Plus grande activation corticolimbique des signaux alimentaires riches en calories après avoir mangé chez des adultes obèses par rapport à des adultes de poids normal (2012)

Appétit. 2012 Feb;58(1):303-12. doi: 10.1016 / j.appet.2011.10.014.

Dimitropoulos A1, Tkach J, Ho A, Kennedy J.

Abstract

L'objectif de cette recherche est d'identifier la réponse neuronale aux signaux de récompense des aliments avant et après avoir mangé chez des adultes en surpoids / obèses (OB) et de poids normal (NW). Sur la base de la littérature précédente, nous nous attendions à une plus grande activation différentielle des signaux alimentaires par rapport aux objets pour OB par rapport aux participants du Nord-Ouest à la fois avant et après la consommation d'un déjeuner typique. Vingt-deux personnes en surpoids / obèses (11 masculin) et 16 de poids normal (6 masculin) ont participé à une tâche d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle examinant la réponse neuronale aux signaux visuels d'aliments riches en calories et hypocaloriques avant et après le repas.

TLe groupe OB a montré une augmentation de la réponse neuronale aux aliments riches en calories et en calories après le repas par rapport aux participants du nord-ouest des régions frontale, temporale et limbique.s.

En outre, une activation plus importante dans les régions corticolimbiques (OFC latéral, caudé, cingulaire antérieur) à des signaux alimentaires hypercaloriques était évidente chez les participants OB par rapport aux NW après avoir mangé.

Ces résultats suggèrent que, chez les sujets OB, les signaux alimentaires riches en calories montrent une réponse soutenue dans les régions du cerveau impliquées dans la récompense et la dépendance, même après avoir mangé. De plus, les signaux alimentaires n’ont pas provoqué de réponse cérébrale similaire après avoir mangé dans le groupe NW, ce qui laisse supposer que l’activité neuronale en réponse aux signaux alimentaires diminue lorsque la faim diminue chez ces personnes.

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Mots clés: IRMf, obésité, système de récompense, corticolimbique, OFC, aliments riches en calories

L'ingestion de nourriture chez l'homme est influencée par une variété de facteurs indépendants de la volonté de l'homéostatique. La disponibilité, les signaux sensoriels (p. Ex. L'arôme, l'attrait visuel, le goût) et le plaisir sont des facteurs qui influent sur ce que mangent les humains et ce qu'ils mangent, même après avoir été rassasiés. Étant donné l’état actuel de l’obésité aux États-Unis et dans le monde, il est essentiel de comprendre en quoi ces facteurs influent sur la consommation alimentaire pour des raisons de santé, de bien-être et d’économie (Rigby, Kumanyika et James, 2004). Au cours de la dernière décennie, les modèles animaux de motivation alimentaire ont été complétés par des enquêtes humaines non invasives sur le système d'appétit et de récompense des aliments. Les deux désordonnés (Dimitropoulos et Schultz, 2008; Farooqi et al., 2007) et les populations neurotypiques (Gautier et al., 2000; Goldstone et al., 2009; Killgore et al., 2003; LaBar et al., 2001; Stoeckel et al., 2008; Tataranni et al., 1999; Wang, Volkow, Thanos et Fowler, 2004) ont été examinés à l'aide de techniques de neuroimagerie conçues pour mieux comprendre les mécanismes neuronaux impliqués dans la faim et la satiété et leurs liens avec l'obésité et les troubles de l'alimentation.

Les recherches menées à ce jour indiquent que les signaux visuels des aliments activent la motivation alimentaire et récompensent les circuits neuronaux (cortex préfrontal [CPF], cortex orbitofrontal [OFC], cortex orbitofrontal [OFC]), amygdale, striatum dorsal et ventral, hypothalamus, insula) lorsqu'ils sont affamés Les signaux induisent une plus grande réponse dans ces régions par rapport aux images d’aliments hypocaloriques (Killgore et al., 2003; LaBar et al., 2001; Stoeckel et al., 2008; Wang et al., 2004). La réponse neuronale aux signaux visuels de nourriture dans les régions de récompense est visible chez les individus de poids normal et les personnes obèses et à différentes durées de jeûne. L'effet des signaux alimentaires sur la réponse neuronale après satiété a également été examiné, bien que moins fréquemment, avec des résultats variables selon les études. Par exemple, des recherches ont montré que les individus de poids normal présentent une activation réduite aux signaux de nourriture après avoir mangé. LaBar et al. (2001) ont constaté que les images d'aliments présentées au cours de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) provoquaient une plus grande activation de l'amygdale, du gyrus parahippocampique et du gyrus fusiforme droit lorsque les participants avaient faim par rapport au moment où ils étaient rassasiés par un repas de leur choix. En outre, Goldstone et ses collègues (2009) n'ont signalé aucune activation différentielle significative dans les régions en appétit et en récompense pour les aliments riches en calories par rapport aux aliments faibles en calories après le petit déjeuner. En revanche, les recherches sur les individus en surpoids et obèses suggèrent que les signaux alimentaires continuent de provoquer une réponse neuronale après avoir mangé. Plus précisément, Martin et ses collègues (2010) L'activité cérébrale trouvée était plus importante en réponse à la nourriture par rapport aux signaux de l'objet dans le cortex préfrontal médial, le gyrus caudé, le gyrus frontal supérieur et l'hippocampe après que des participants obèses aient ingéré un repas 500. La recherche utilisant d’autres modalités (p. Ex. Suivi oculaire des signaux alimentaires) est cohérente avec le travail en IRMf indiquant que la saillance des signaux alimentaires est conservée après l’ingestion d’un repas liquide par des individus obèses (Castellanos et al., 2009).

Les comparaisons directes entre les individus obèses et de poids normal ont également montré une réponse différentielle aux signaux alimentaires associés au statut pondéral (Bruce et al., 2010; Geliebter et al., 2006; Martin et al., 2010; Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008). Ensemble, les études indiquent que les individus obèses montrent une plus grande activation des signaux alimentaires par rapport aux participants de poids normal dans plusieurs régions du cerveau, y compris les régions du système de récompense. On a observé une plus grande activation de la nourriture par rapport aux indices d'objet chez les participants obèses par rapport aux témoins dans les PFC, l'OFC, la cingulaire antérieure, l'insula, l'amygdale et le striatum pendant la faim (Stoeckel et al., 2008), dans le PFC, le caudé, l’hippocampe et le lobe temporal immédiatement après avoir mangé (Martin et al., 2010), et dans le striatum, l’insula, l’hippocampe et le lobe pariétal, à l’état d'appétit neutre (ni affamé ni rassasié) (Rothemund et al., 2007). En outre, l'activation différentielle en fonction des types d'aliments (aliments hypercaloriques, hypocaloriques) a été examinée entre les individus obèses et de poids normal après le jeûne et pendant un état d'appétit neutre. Par exemple, les individus obèses montrent une meilleure réponse aux signaux hypocaloriques que les sujets de poids normal dans des régions telles que le putamen (Rothemund et al., 2007), OFC latéral, PFC médial, insula, striatum et amygdala (Stoeckel et al., 2008). Certaines données semblent indiquer une plus grande réponse neuronale aux signaux alimentaires chez les groupes de poids normal / obèses, comme dans le cas du PFC médian (Stoeckel et al., 2008) et des régions temporales (Martin et al., 2010), mais la majorité des résultats rapportés sur les comparaisons directes entre les groupes de poids normal et les groupes d'obésité / en surpoids indiquent une activation plus importante des signaux alimentaires chez les individus en surpoids / obèses.

À ce jour, une grande partie de la littérature sur la neuro-imagerie liée aux aliments utilise de longues périodes de privation de calories pour examiner la réponse neurale en cas de faim (par exemple, 8 – 36hrs; Gautier et al., 2000; Gautier et al., 2001; Goldstone et al., 2009; Karhunen, Lappalainen, Vanninen, Kuikka et Uusitupa, 1997; LaBar et al., 2001; Stoeckel et al., 2008; Tataranni et al., 1999) à quelques exceptions près (Killgore et al., 2003; Martin et al., 2010). Il est difficile de savoir si la durée du jeûne a une incidence sur la réactivité neuronale, les études variant considérablement en termes de protocole d'imagerie, de procédures de préanalyse et de méthodes statistiques (corrections de petit volume aux analyses du cerveau entier non corrigées), là où des analyses de critères rigoureux ou des régions d'intérêt peuvent affecter les rapports de résultats. L'objectif du travail présenté ici est d'étendre les recherches existantes en identifiant la réponse neuronale aux aliments enrichissants au cours de la privation calorique normative qui se produit entre les repas. Notre objectif était d'examiner une faim et une satiété plus naturalistes qui se produisent au cours d'une journée typique de la société occidentalisée. Plus précisément, nous avons cherché à examiner la réactivité neuronale induite par les signaux alimentaires riches en calories chez les individus de poids normal et en surpoids / obèses avant et après les repas. D'après la littérature précédente, nous nous attendions à une plus grande activation différentielle des signaux alimentaires par rapport aux objets pour les personnes en surpoids / obèses par rapport aux participants de poids normal, à la fois avant et après un repas typique. Nous avons été plus intéressés par la réponse neuronale spécifique aux signaux de repas hypercaloriques et hypocaloriques après avoir mangé, car cette littérature fait défaut et nous pensons qu'elle peut éclairer l'impact continu d'aliments hautement désirables après avoir mangé. Nous avons émis l’hypothèse que les aliments enrichissants (riches en calories) susciteraient une plus grande réactivité neuronale dans plusieurs régions du cerveau, y compris le système de récompense corticolimbique (OFC, cingulate antérieur, insula, striatum ventral et amygdala); Berthoud et Morrison, 2008; Kringelbach, 2004), même après l’ingestion d’un repas 750-calories chez un échantillon de participants en surpoids et obèses (ci-après dénommés obèses) par rapport aux participants de poids normal. En revanche, sur la base de la littérature précédente, nous nous attendions à ce que les participants de poids normal montrent moins de réponses neuronales dans les régions du cerveau, y compris les régions cortico-limbiques, aux signaux alimentaires (quel que soit le type de calories) par rapport aux participants obèses avant et après avoir mangé.

Méthodologie

Participants

Vingt-deux personnes obèses (OB) [IMC moyenne (SD): 31.6 (4.5)] et 16 de poids normal (NW) ont participé à cette recherche (voir Tableau 1 pour les caractéristiques du groupe). Ces personnes ont été recrutées à partir d'annonces dans la communauté de la Case Western Reserve University. Les participants étaient en bonne santé, avaient une vision normale à normale corrigée et étaient admissibles à l'examen IRM (c.-à-d. Sans implants ferromagnétiques). Les personnes ayant signalé des antécédents de problèmes psychiatriques ou neurologiques, une perte ou un gain de poids important au cours des derniers mois 6 ou une blessure à la tête avec une perte de conscience ne pouvaient pas participer. Tous les participants ont donné leur consentement écrit en connaissance de cause et ont été rémunérés pour leur participation. Cette recherche a été approuvée par le comité d'examen institutionnel du centre hospitalier universitaire des hôpitaux pour les recherches sur les êtres humains.

Tableau 1 

Caractéristiques des participants

Procédure

Les participants ont été scannés entre 12 et 2pm de manière consécutive pour un scan prémeal et postmeal. Dans le cadre d'un projet plus vaste comparant des individus de poids normal et en surpoids / obèses à des individus atteints d'une maladie rare (syndrome de Prader-Willi; PWS), le balayage était limité par les paramètres de l'étude concernant les individus atteints de PWS. Par conséquent, il n’était pas possible de scanner des jours différents (et par conséquent, de contrebalancer l’état avant et après les repas). Les participants ont été invités à prendre un petit déjeuner léger avant 8: 00am avant leur rendez-vous le jour de leur examen et à s'abstenir de manger jusqu'à la fin de la procédure expérimentale. Quinze participants de chaque groupe ont indiqué qu'ils prenaient leur petit-déjeuner [heures de jeûne- OB: plage 6.2 (.68) = 5 – 8hrs, NW: plage 5.6 (1.1) = 3 – 7hr, t= −1.79, p = .08]. Le rapport du participant sur le contenu du petit-déjeuner a été enregistré et estimé pour l'apport calorique; cela ne différait pas entre les groupes (calories: OB: 372.1 (190); calories: NW: 270 (135), t= −1.6, p = 12, n = 15 par groupe). Huit participants (OB: n = 7; NW: n = 1) ont déclaré ne pas prendre de petit-déjeuner car ils ne prennent généralement pas de petit-déjeuner. Pour déterminer si les participants qui ont pris le petit déjeuner différaient de ceux qui n'en avaient pas, les données IRMf de scan prémeal ont été comparées entre les deux groupes (p <05, non corrigée). Les deux groupes n'ont pas réussi à différer dans leur réponse aux signaux alimentaires sur les contrastes d'intérêt (par exemple, hypocalorique vs hypocalorique). Les groupes ne différaient pas non plus sur les cotes de la faim avant et après le scan prémeal (faim avant scan: t= .43, p = .67; après l'analyse du prémeal: t= .39, p = .69) ou les calories consommées au déjeuner (t= .41 p = .68). Une confirmation supplémentaire a été fournie en effectuant les analyses IRMf avec uniquement les participants qui prenaient leur petit-déjeuner (n = 15 par groupe) et les principaux résultats sont restés les mêmes. Par conséquent, toutes les analyses présentées ci-après ne tiennent pas compte de l'état de consommation du petit-déjeuner.

Avant la numérisation, les participants ont subi des tests neuropsychologiques (dans le cadre d’une étude plus vaste non décrite ici) et une formation aux tâches fonctionnelles. La taille, le poids et une évaluation des préférences alimentaires ont également été obtenus pendant cette période. L'évaluation des préférences alimentaires a été réalisée pour obtenir une mesure des préférences alimentaires riches en calories et en calories pour chaque participant. L'évaluation a obligé les participants à évaluer les cartes-éclair de type photographie contenant des aliments 74 (7 «× 6»; PCI Educational Publishing, 2000) comprenant des desserts, des viandes, des fruits, des légumes, des snacks, des pains et des pâtes sur une échelle de Likert à point 5 de «n'aime pas» à «aimer». Les photographies pour l’évaluation des préférences alimentaires étaient différentes des images utilisées dans la tâche IRMf. Les cotes de préférence alimentaire en calories (par exemple, gâteaux, biscuits, croustilles, hot dogs) et en calories (par exemple, fruits et légumes) ne différaient pas au sein des groupes ou entre eux (voir Tableau 1).

Après le scan prémeal, les participants ont reçu un repas préparé par l'unité de recherche clinique Dahms des hôpitaux universitaires standardisé pour fournir environ 750 calories et consistant en un sandwich (choix de dinde, rôti de bœuf ou végétarien), carton de lait, une portion de fruit, et soit un côté d'un légume ou du fromage cottage. Les choix de menu étaient équilibrés pour la teneur en macronutriments. Les participants ont été invités à manger à satiété et toute nourriture restante a été pesée pour estimer le nombre de calories consommées. Le scan post-repas commençait généralement dans les 30 minutes suivant la fin du repas. Immédiatement avant et après les scans avant et après le repas, les participants ont répondu à la question: «À quel point avez-vous faim en ce moment? sur une échelle allant de 0 à 8, 0 étant «pas du tout faim» à 8 - «extrêmement faim». Il convient de noter que bien que les participants aient reçu pour instruction de manger jusqu'à ce qu'ils soient rassasiés, une mesure directe de satiété n'a pas été administrée, mais a été indirectement déduite par le changement de l'état de faim.

conception des tâches IRMf

Les modifications du contraste en gras du taux d'oxygène dans le sang (BOLD) ont été mesurées dans une tâche de discrimination perceptuelle de la conception de blocs. Les participants indiquent en appuyant sur un bouton si les images couleur juxtaposées d’aliments hypocaloriques (gâteaux, beignets, croustilles, frites), d’aliments hypocaloriques (fruits ou fruits frais) ou d’objets (meubles) sont les “Même” ou “différent” objet. Les images ont été modifiées pour une taille, une luminosité et une résolution cohérentes. Chaque image n'a été présentée qu'une fois au cours de la procédure IRMf. Les paramètres de tâche identiques / différents ont été sélectionnés pour garantir que les participants répondent aux stimuli. Les images ont été présentées sous forme de blocs correspondant aux types d’images 3: aliments à haute teneur en calories, aliments à faible teneur en calories et mobilier. Il a déjà été démontré que ce paradigme activait la CFO latérale, l’insula, l’hypothalamus, le thalamus et l’amygdale en réponse à des signaux alimentaires (Dimitropoulos et Schultz, 2008). Toutes les analyses fonctionnelles étaient composées de blocs 8 (secondes 21 chacune, avec une pause entre les blocs 14), avec des paires d’images 6 par bloc. La durée du stimulus a été définie à 2250 ms et l'intervalle entre les stimuli (ISI) à 1250. Chaque série a présenté des blocs de meubles, des aliments riches en calories et des aliments faibles en calories dans un ordre équilibré. Deux cycles fonctionnels ont été présentés lors de chaque séance de numérisation (avant et après les repas).

Acquisition de données IRMf

Toutes les numérisations ont été effectuées au Case Center for Imaging Research. Les données d'imagerie ont été acquises sur un scanner MR 4.0T Bruker MedSpec en utilisant une bobine de tête de réception à matrice de phases à réseau de canaux 8. Les mouvements de la tête ont été minimisés par la mise en place d'un rembourrage en mousse autour de la tête. Les images fonctionnelles ont été acquises à l’aide d’une séquence écho-planaire monochrome à écho dégradé sur des tranches axiales contiguës 35 alignées parallèlement au plan AC-PC avec une résolution interne de 3.4 X 3.4 X 3 mm (TR = 1950, TE = 22 ms, retournement) angle = 90 degrés). Les données d'activation BOLD ont été acquises au cours de deux analyses (5: minutes 01, volumes / mesures 157 EPI) par session d'IRM. Les stimuli visuels ont été rétroprojectés sur un écran translucide placé près de l'extrémité du scanner IRM et visualisés à travers un miroir monté sur l'enroulement de la tête. Images structurelles pondérées 2D T1 (TR = 300, TE = 2.47ms, FOV = 256, matrice = 256 × 256, angle d'inclinaison = degrés 60, NEX = 2), épaisseur 3mm, positionnées dans le même plan et la même tranche que l'éco données planes pour l'enregistrement dans le plan et un volume structural 3D haute résolution (3D MPRAGE, contiguë, acquisition sagittale, partitions 176 slice select, chacune avec des voxels isotropes mm 1, TR = 2500, TE = 3.52ms, TI = 1100, TI = 256, FOV = 256, matrice = 256 × 12, angle de retournement = degrés 1, NEX = XNUMX) ont été recueillis au cours de la session initiale (première session).

Prétraitement et analyse des données IRMf

Le traitement des images, les analyses et les tests de signification statistique ont été réalisés avec Brainvoyager QX (Brain Innovation, Maastricht, Pays-Bas; Goebel, Esposito et Formisano, 2006). Les étapes de prétraitement comprenaient la correction de mouvement trilinéaire en trois dimensions, le lissage spatial à l'aide d'un filtre gaussien avec une valeur demi-maximale pleine largeur de 7 mm et la suppression de la tendance linéaire. Des paramètres de correction de mouvement ont été ajoutés à la matrice de conception et un mouvement> 2 mm le long de n'importe quel axe (x, y ou z) a entraîné le rejet de ces données (<1% rejeté pour cet échantillon). Les données de chaque individu ont été alignées avec des images anatomiques 2D et 3D haute résolution pour l'affichage et la localisation. Les ensembles de données individuels ont subi une transformation linéaire par morceaux en une grille 3D proportionnelle définie par Talairach et Tournoux (1988) et ont été co-enregistrés avec l'ensemble de données haute résolution 3D et rééchantillonnés au format 3 mm3 voxels. Les ensembles de données normalisés ont été entrés dans une analyse de deuxième niveau dans laquelle l'activation fonctionnelle a été examinée en utilisant une analyse de modèle linéaire général (GLM) à effets aléatoires pour les analyses avant le repas et pour les analyses après le repas. Pour chacune des périodes (avant / après le repas), les contrastes suivants ont été comparés entre les sujets obèses et de poids normal: les aliments riches en calories, les aliments faibles en calories, tous les aliments (combinés à haute et basse calories) et les objets . Les cartes statistiques résultantes ont été corrigées pour des comparaisons multiples, en utilisant une correction de seuil basée sur des grappes (basée sur des simulations de Monte Carlo effectuées dans Brain Voyager). Une valeur de p seuil initiale de p <01 et une correction minimale de cluster contigu appliquée à chaque carte de contraste allant de 7 à 12 voxels (189 à 324 mm3) a fourni une correction familiale de p <05.

L'analyse de l'interaction intergroupe de groupe (OB vs. NW) par contraste de condition (nourriture contre objet; riche en calories vs faible en calories; riche en calories vs objet; faible en calories vs objet) a été réalisée pour chaque faim Etat. Pour visualiser les effets d'interaction, des analyses post-hoc ont été effectuées sur les groupes présentant les différences les plus distinctes entre les groupes et les conditions et sur les groupes dans les systèmes de récompense corticolimbiques (COF, cingulaire antérieur, insula, striatum ventral et amygdala). Plus précisément, pour les analyses post-hoc, la magnitude d'activation du signal BOLD (valeurs bêta) a été extraite pour chaque sujet. SPSS (version 17; SPSS, Inc.; Chicago, IL) a été utilisé pour effectuer les analyses post-hoc (tests t) et pour confirmer les résultats de Brain Voyager. Lors de l'extraction, des contrastes bêta ont été calculés pour chaque condition calorique par rapport aux objets non alimentaires pendant chaque état de faim (objet hypocalorique, état prémeal, objet hypocalorique, état prémeal, objet hypocalorique, état postmeal, objet hypocalorique , état post-repas). Des tests t de Student appariés post-hoc ont ensuite été effectués pour identifier les différences entre les contrastes les plus élevés et les plus bas pour chaque état de repas séparément pour chaque région de chaque groupe.

Resultats

Données comportementales

Faim

Les notations sur l'échelle de la faim avant chaque session de scan différaient de manière significative entre les conditions avant et après le repas, les participants des deux groupes indiquant une faim plus importante avant la session de scan avant repas: moyenne des valeurs de balayage (DS) = 4.72 (1.5), NW = 4.59 (1.5). ) scan post-repas - OB = .45 (.85) NW = .44 (.81). Les groupes ne différaient pas en ce qui concerne le statut de faim au moment des repas (t= -. 266, p = .79) ou analyses après le repas (t= - .06, p = .95). Ces données indiquent que la manipulation des aliments a été efficace et que les deux groupes ont signalé une diminution de la faim, des séances prémeal à post-repas.

Précision de la tâche

L’exactitude de la tâche au cours des exécutions fonctionnelles (tâche identique / différente) était supérieure à 90% pour la session d’analyse: pourcentage moyen prémeal = 97.3 (.03); post-repas = 99.0 (.02), pour les conditions alimentaires et non alimentaires: nourriture globale = 93.8 (2.9); non alimentaire global = 94.5 (1.7) (t= −1.42, p = .16) et pour chaque groupe: OB = 99.1 (.02), NW = .97.8 (.02). La précision entre les groupes ne différait pas (t= −1.68, p = .11).

Déjeuner calories consommées

En moyenne, les participants OB ont consommé des calories 591 (SD = 68.4) et les participants NW ont consommé des calories 607 (SD = 116.1), t= .91, p = .37. Parmi les calories 750 fournies dans le repas, les articles les plus susceptibles de rester non consommés comprennent les portions de condiments (mayonnaise et / ou moutarde) et le plat d'accompagnement de légumes.

Données IRMf

Réponse prématurée: interaction groupe × condition

Pour examiner les différences entre les groupes dans l'état prémeal, les contrastes suivants ont été examinés: OB> NW [(i) aliment> objet, (ii) hypocalorique> hypocalorique, (iii) hypocalorique> objet, (iv) faible -calorie> objet], NW> OB [(v) aliment> objet, (vi) hypocalorique> hypocalorique, (vii) hypercalorique> objet, (viii) hypocalorique> objet].

Dans l'état prémeal, le groupe obèse a montré une activité significativement plus grande que le groupe de poids normal à la nourriture contre l'objet et aux stimuli hypercaloriques par rapport à l'objet dans les zones corticales principalement préfrontal, y compris le cortex préfrontal antérieur bilatéral (aPFC) (x, y , z = 23, 58, 0; -34, 63, 2). OB a montré une plus grande activation que NW aux contrastes hypocaloriques vs objets dans l'aPFC ainsi que dans le gyrus frontal supérieur (BA6; -3, 11, 60) et le cervelet (47, -57, -33). En revanche, le groupe NW a montré une plus grande activité que le groupe OB dans les conditions nourriture vs objet principalement dans les régions plus postérieures, y compris pariétal (−46, 0, 7), mi-cingulaire (−14, −9, 42; −23, −26, 44) et le lobe temporal (−34, −1, −28; −43, −30, 17). Toutes les régions d'activation intergroupes significatives (p <05, corrigées) sont incluses dans Tableau 2.

Tableau 2 

Régions cérébrales qui différaient selon le groupe et le contraste des repères visuels lors des balayages avant et après le repas

La réponse neuronale chez les participants de poids normal a montré une plus grande distinction entre les aliments riches en calories et faibles en calories par rapport aux participants obèses. Pendant les repas, le groupe OB n'a pas montré de réponses plus grandes que le groupe NO aux aliments riches en calories ou en calories. En revanche, le groupe NW a montré une meilleure réponse aux signaux alimentaires riches en calories que les OB dans le gyrus post-central de l'hémisphère gauche (BA43; −55, −12, 15), l'insula (−40, −2, 15) , gyrus parahippocampe (−23, −12, −15) (voir Tableau 2/Figure 1) et bilatéralement dans le cervelet (45, −50, −34; −16, −65, −19).

Figure 1 

Poids normal vs obèse. Gauche: Résultats de l'analyse pré-repas. Augmentation de l'activation du groupe de poids normal en un aliment hypocalorique par rapport à un aliment hypocalorique pendant la période de repas, dans A) Gyrus post-central / BA43, B) Insula / BA13 et C) Gyrus parahippocampal / BA28. Activation significative ...
Analyses post-hoc

Des analyses post-hoc ont été menées sur des régions significatives du nord-ouest> OB high-vs. contraste hypocalorique pour confirmer les résultats de BV et éclairer les différences intra-groupe. En plus des régions corticolimbiques (insula), d'autres régions ont été sélectionnées parce que le contraste hypocalorique et hypocalorique présentait les différences les plus significatives entre les groupes. Les résultats du cervelet ont été exclus des analyses post-hoc, car une activation a été observée dans cette région en réponse à des signaux hypocaloriques par rapport à l'objet dans le contraste OB> NW (voir Tableau 2). Pour les participants NW pendant le scan prémeal, une plus grande réponse a été obtenue aux signaux alimentaires riches en calories par rapport aux signaux alimentaires hypocaloriques dans le gyrus postcentral (BA43; p <05; Figure 1a). La réponse a également différé de manière significative pour les participants OB (p <.05) avec des aliments riches en calories provoquant une plus grande désactivation dans le gyrus postcentral que les aliments hypocaloriques pendant le scan prémeal. Pour le gyrus parahippocampique (BA28), la réponse était significativement plus élevée (p <05) aux signaux hypocaloriques qu'aux signaux hypocaloriques lors du scan prémeal pour les participants NW (Figure 1b). De plus, chez les participants du nord-ouest, l'activation du parahippocampe a significativement diminué (p <05) entre les scans pré-repas et post-repas en réponse à des signaux alimentaires riches en calories (Figure 1b). Les signaux alimentaires riches en calories ont provoqué une réponse différentielle insule par repas pour les deux groupes (Figure 1c). Pour les participants NW, l'activation était significativement plus élevée (p <.05) en réponse à des signaux riches en calories que les signaux hypocaloriques lors de l'analyse prémeal. En revanche, pour les participants OB, les signaux hypocaloriques ont suscité une plus grande réponse dans l'insula que les signaux hypocaloriques lors de l'analyse post-repas (p <05).

Réponse post-repas: interaction groupe × condition

Pour examiner les différences entre les groupes dans l'état post-repas, les contrastes suivants ont été examinés: OB> NW [(i) aliment> objet, (ii) hypocalorique> hypocalorique, (iii) hypocalorique> objet, (iv) faible -calorie> objet], NW> OB [(v) aliment> objet, (vi) hypocalorique> hypocalorique, (vii) hypercalorique> objet, (viii) hypocalorique> objet].

À l’état post-repas, le groupe obèse a montré une réponse plus grande que le groupe poids normal aux contrastes entre aliments et objets dans plusieurs régions, y compris les zones frontales [PFC dorsolatérale (BA9; 0; 53, 21), OFC latéral (BA47; 29 , 25, −9) et le gyrus frontal supérieur (BA6; 17, 15, 48)], ainsi que les régions temporales et postérieures telles que le cingulat postérieur (18, −46, 0) et le cortex entorhinal (29, XX , -6). Une réponse plus élevée a été observée parmi les patients OB par rapport aux participants du Nord-Ouest pour le contraste hypercalorique vs. objet dans plusieurs régions faisant partie des systèmes de récompense corticolimbiques: OFC latéral (9, 32, −29), cingulaire antérieur (−3, 4, −16), caudate (15, 8, 7) (voir Tableau 2; Figure 2) et d’autres régions frontales, y compris le PFC (BA8; 4, 23, 51) et le gyrus frontal médial (BA6; 2, 47, 37). Le contraste entre faible teneur en calories et objet a donné une réponse plus grande parmi les participants de l’OB que les participants du Nord-Ouest dans les zones frontales [aPFC (-16, 59, 3), les PFC dorsolatérales (0, 52) et le gyrus frontal supérieur (BA24; −6; 3, 11)], régions du lobe temporal [lobe temporal antérieur (60, 45, −4; −13, −50, −18, −XX 13, −40, 57)], caudé (−50, 20, 53) et cingulaire postérieur (63, −24, 2). Le groupe NW n'a pas montré de réponse supérieure à celle du groupe OB, quel que soit le contraste observé après le repas. En outre, à l'instar de l'état prémeal, le groupe OB n'a pas montré de réponse plus grande que le groupe NW au contraste riche en calories ou faible en calories. Voir Tableau 2 pour toutes les régions d'activation inter-groupes qui ont atteint la signification (p <05, corrigé).

Figure 2 

Obèse vs poids normal. Gauche: Résultats de l'analyse post-repas. Activation accrue du groupe obèse à des signaux calorifiques comparés à l’objet au cours de l’état post-repas en A) latéral OFC / BA47, B) antérieur cingulaire / BA25 et C) Caudé. Activation significative à haute teneur en calories ...
Analyses post-hoc

Des régions corticolimbiques significatives dans le contraste OB> NW élevé vs non alimentaire ont été choisies pour les analyses post-hoc afin de confirmer les résultats de BV et d'éclairer les différences intra-groupe (voir Figure 2). Pour les participants OB pendant le scan post-repas, les signaux alimentaires riches en calories ont suscité une plus grande réponse dans l'OFC latéral (BA47; p <05) que les signaux hypocaloriques (Figure 2a). De même, la réponse chez le caudé différait également de manière significative pour les participants OB (p <05) avec des aliments riches en calories provoquant une plus grande activation que les aliments hypocaloriques au cours de l'analyse post-repas (Figure 2c).

a lieu

Cette étude a utilisé l'IRMf pour examiner les différences de réponse neurale aux signaux alimentaires entre les individus obèses et de poids normal avant et après avoir mangé. Nos données étendent la littérature sur la neuro-imagerie des aliments en fournissant des preuves d'une plus grande activation des signaux alimentaires (types de calories élevés et faibles en calories) après avoir mangé chez les personnes obèses par rapport aux individus de poids normal. Les régions préfrontal et corticolimbiques, y compris l'OFC, le caudé et le cingulaire antérieur, ont montré une réponse significativement plus grande aux signaux alimentaires riches en calories que les objets après avoir mangé chez des participants obèses par rapport au groupe de poids normal. Ces régions du cerveau ont été impliquées dans la réponse hédonique, le traitement des récompenses et la dépendance. Les résultats présentent un intérêt particulier car les participants ont mangé un repas copieux et ont signalé une diminution de la faim immédiatement avant le balayage, indiquant ainsi l'impact continu des signaux alimentaires riches en calories sur les circuits de récompense du cerveau après la consommation d'aliments pour les participants obèses. En outre, les signaux alimentaires n’ont pas provoqué de réponse cérébrale similaire après avoir mangé chez des individus de poids normal, ce qui suggère que l’activité neuronale en réponse aux signaux alimentaires est réduite lorsque la faim diminue.

Réponse de prémélange

Nos résultats montrent une activation accrue du cortex préfrontal antérieur chez les obèses par rapport aux participants de poids normal en réponse à la situation alimentaire combinée et aux deux types de signaux alimentaires séparément. Cependant, nous avons également constaté que, quel que soit le type de contraste (par exemple, hypercalorique par rapport à un objet, etc.), les individus de poids normal présentaient une plus grande activation dans plusieurs régions que le groupe obèse, à l'exception de la réponse aux aliments hypocaloriques. En fait, pour le contraste entre haute et basse calories, les groupes différaient radicalement, le groupe de poids normal présentant une plus grande activation dans l'insula, le gyrus post-central, le gyrus parahippocampal et le cervelet et le groupe obèse ne montrant pas une activation différentielle supérieure à élevée. contre les signaux hypocaloriques dans n’importe quelle région par rapport au groupe de poids normal.

À première vue, ces résultats étaient quelque peu surprenants et inattendus d'après la littérature précédente. Plusieurs études ont montré une plus grande activation des signaux alimentaires pour les obèses par rapport au poids normal pendant le jeûne et en particulier pour les signaux hypercaloriques par rapport aux calories faibles (Martin et al., 2010; Stoeckel et al., 2008) et donc, nous avons prédit des résultats similaires. Les présentes conclusions présentent toutefois deux points d’intérêt. Premièrement, il y a une plus grande activation dans les régions préfrontales antérieures du cerveau du groupe des obèses que chez celui des poids normaux pour les contrastes entre aliments prémeal et aliments riches en calories et objets riches en calories. Des recherches antérieures ont montré que le PFC réagissait mieux aux signaux alimentaires chez les personnes souffrant de troubles de l’alimentation par rapport à un groupe de poids normal (Holsen et al., 2006) et il a été impliqué dans la toxicomanie, se livrant à une activation induite par le signal en réponse aux images associées à l'alcool chez les alcooliques (George et al., 2001; Grusser et al., 2004). Deuxièmement, pour le groupe de poids normal, les signaux alimentaires hypocaloriques ne semblent pas engager les systèmes neuronaux de la même manière que les signaux hypocaloriques, comme le montre la différence significative entre les activations hypercalorique et hypercalorique de ce groupe. Examen post-hoc des valeurs bêta dans les résultats de l'insula, du gyrus post central et du gyrus parahippocampique (Figure 1) montrent que les différences de groupe sont principalement dues à une activation accrue dans ces régions des aliments à haute teneur en calories dans le groupe de poids normal, et dans le cas des régions post-gyrus et insula, une désactivation des aliments à haute teneur en calories pour groupe obèse. Ces régions jouent un rôle dans le traitement sensoriel du goût et de l'olfaction. Il a été démontré de façon constante que l’insula s’active aux signaux visuels des aliments et les recherches sur les primates ont démontré que le cortex gustatif principal se situe dans l’insula (Pritchard, Macaluso et Eslinger, 1999). Le gyrus post-central (BA43) a été impliqué dans la perception du goût (situé dans la région somatosensorielle la plus proche de la langue) et il a déjà été démontré que des signaux alimentaires activaient cette région (Frank et al., 2010; Haase, Green et Murphy, 2011; Killgore et al., 2003; Wang et al., 2004). De même, bien que le gyrus parahippocampal soit surtout connu pour l’encodage et la récupération de la mémoire, il semble être impliqué dans le traitement des signaux visuels pour les aliments, car il a été démontré à maintes reprises qu’il répondait différemment aux signaux aliments par rapport aux objets dans des recherches antérieures (Berthoud, 2002; Bragulat et al., 2010; Haase et al., 2011; Killgore et al., 2003; LaBar et al., 2001; Tataranni et al., 1999). De plus, il a été constaté que la stimulation du gyrus parahippocampique augmentait les effets sur le système nerveux autonome et le système endocrinien, tels que la sécrétion gastrique (Halgren, 1982). Les aliments à faible teneur en calories semblent induire une réponse neuronale plus importante que celle attendue pour le groupe des obèses, ce qui est indiqué par les résultats de contraste entre haute et basse calories (où aucune activation significative n’est observée par rapport au poids normal) et par la différence significative entre faible et riche en calories. résultats d'objet.

Réponse post-repas

Contrairement à l'état prémal, les résultats après le repas indiquent une plus grande activation des signaux alimentaires riches en calories et hypocaloriques chez les obèses par rapport aux participants de poids normal. Il a été démontré que les contrastes aliments / objets, riches en calories ou objets, ou hypocaloriques / objets provoquaient une activation dans les régions frontale, temporale et plus postérieure. Comme prévu, les participants de poids normal n’ont montré une activation supérieure dans aucune région par rapport aux participants obèses pendant la tâche qui a suivi le repas. Cependant, il n'y avait aucun effet de groupe significatif pour les conditions à haute ou basse calories. Le groupe des obèses présentait moins d'activation différentielle que prévu dans les aliments hypocaloriques par rapport aux aliments hypercaloriques, ce qui correspond à une activation plus importante des contrastes élevé vs objet et faible par rapport à objet.

Nos principales constatations indiquent une activation accrue des aliments (par rapport aux objets) riches en calories après avoir été consommés par des personnes obèses. Les régions frontales de l'hémisphère droit (OFC latéral, Gyrus frontal médial PFC / BA8 / BA6) ont présenté une meilleure réponse aux aliments riches en calories dans le groupe des obèses. Il a déjà été démontré que les régions préfrontal (BA6,8) réagissent aux signaux de repérage dans les échantillons obèses et de poids normal, et plus particulièrement aux aliments riches en calories pendant la faim (Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008). L’OFC latéral joue un rôle important dans les circuits neuronaux liés aux aliments et répond de préférence aux signaux alimentaires riches en calories (Goldstone et al., 2009; Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008). Des recherches sur les primates ont montré des liens avec le cortex gustatif primaire de l'insula et de l'hypothalamus, et ont révélé que le cortex gustatif secondaire se situe dans l'OFC latéral (Baylis, Rolls et Baylis, 1995; Rouleaux, 1999). Il a été démontré que l’activation de l’OFC latéral était positivement corrélée aux évaluations subjectives de l’agréabilité des aliments par un individu, ce qui indique que les aliments très enrichissants peuvent activer cette zone plus que les aliments moins souhaitables (Kringelbach, O'Doherty, Rolls et Andrews, 2003). Nos résultats indiquent que la région OFC ne diminue pas la réponse après avoir mangé chez des individus obèses (voir Figure 2). Une activation similaire de l'OFC n'a pas été observée dans le groupe témoin de poids normal. On a également montré que l’OFC latéral était modulé par la faim avec une diminution du déclenchement neuronal après la satiété d’un goût particulier (Critchley et Rolls, 1996). Il est intéressant de noter que le repas utilisé pour atteindre la satiété dans cette étude n'incluait pas d'aliments riches en matières grasses / sucrées. Si les neurones de l’OFC latéral sont sujets à une satiété spécifique à un aliment, le fait de se satisfaire d’un aliment en particulier ne réduit pas le tir en réponse à un autre type d’aliment (Critchley et Rolls, 1996), ceci peut soutenir la poursuite de l'activité de l'OFC observée en réponse aux aliments riches en calories après avoir mangé chez des participants obèses.

Le cingulaire antérieur a également montré une réponse différenciée entre les groupes après avoir mangé, avec une plus grande réponse parmi le groupe obèse à haute teneur en calories par rapport à l'objet. Des résultats antérieurs indiquent que l'ACC montre une activation plus importante des aliments riches en calories par rapport aux aliments hypocaloriques, tandis que les changements de signal affaiblis par la faim et moins importants après avoir mangé chez les individus obèses par rapport aux témoinsBruce et al., 2010; Stoeckel et al., 2008). L’ACC a été impliqué dans la motivation alimentaire, s’activant en réponse à l’administration de graisse et de saccharose (De Araujo et Rolls, 2004), et présentant une activation accrue des signaux liés à la drogue chez les toxicomanes (Volkow, Fowler, Wang, Swanson et Telang, 2007). Des recherches récentes ont également montré une corrélation positive entre la sévérité de la dépendance alimentaire et l’activation du CAC pendant l’anticipation d’une nourriture au goût agréable (Gearhardt et al., 2011). En outre, les aliments riches en calories par rapport aux indices des objets ont provoqué une plus grande réponse dans la région caudée du groupe des obèses. Contrairement aux recherches précédentes utilisant du PET indiquant une diminution de l’activation chez le caudé et le putamen après un repas liquide (Gautier et al., 2000), nos résultats indiquent une activation continue du striatum sur les aliments riches en calories. Ceci est cohérent avec les preuves dans la littérature animale indiquant que les neurones distribués à travers le noyau accumbens, caudé et putamen médient l’effet hédonique des aliments riches en sucre / en matières grasses (Kelley et al., 2005).

Résumé et conclusions

Nos résultats démontrent que les individus obèses et de poids normal diffèrent considérablement dans leur réponse cérébrale aux signaux alimentaires, notamment après avoir mangé. Bien qu'affamés, les individus obèses montrent une meilleure réponse aux deux types de signaux alimentaires dans les régions préfrontales antérieures impliquées dans la dépendance. En revanche, pendant la période de repas, les individus de poids normal manifestent une réponse préférentielle nette aux signaux hypercaloriques par rapport aux calories faibles dans les régions impliquées dans le traitement sensoriel - une différence qui n’est pas observée après le repas. Après avoir mangé, l’impact des aliments riches en calories est évident chez les participants obèses, car des signaux hypercaloriques continuent de provoquer une activation dans les zones du cerveau impliquées dans le traitement de la récompense et le goût, même après une diminution déclarée de la faim. De plus, les aliments à faible teneur en calories entraînent également une plus grande réponse neuronale chez les obèses obèses que chez les participants de poids normal, soulignant la réactivité continue de ces types de signaux alimentaires chez les obèses et la diminution de l'activation chez ceux de poids normal. Ces résultats sont particulièrement intéressants étant donné que la majorité des participants ont subi une privation calorique normative avant de déjeuner, rendant ces résultats généralisables aux cycles naturels de jeûne / repas.

Cette étude a plusieurs limites. Premièrement, en raison des contraintes liées à la collecte de données dans le cadre d’un projet plus vaste, nous n’avons pas été en mesure de contrebalancer le jeûne et l’état post-repas chez les individus. Même si cela n’est pas idéal et que les résultats doivent être répliqués avec des procédures équilibrées, les études IRM test-retest de courte et de longue durée (jours 1 – 14) ont montré une bonne fiabilité test-retest dans les tâches sensorimotrices (Friedman et al., 2008) et dans la réponse striatale lors de tâches de réactivité de signal d’alcool (Schacht et al., 2011). L'absence de ce contrepoids rend la comparaison entre les groupes avant et après les repas difficile à interpréter, et n'est donc pas le principal objectif ici. L'absence de contrepoids entre les états de repas est minimisée dans les résultats entre les groupes, car les deux groupes sont appariés dans la procédure de balayage. Dans les études futures, un contrepoids permettrait une analyse plus complète de la modulation inter-temporelle de la réponse alimentaire. Deuxièmement, l'inclusion des hommes et des femmes dans cet échantillon peut avoir des effets inconnus sur l'ensemble de données, car il a été démontré que le fonctionnement de la récompense chez les femmes varie selon le stade du cycle menstruel (Dreher et al., 2007), facteur non pris en compte dans cet échantillon compte tenu des exigences du projet plus vaste. Il convient de noter que les participants n'avaient pas de préférence pour un type de nourriture spécifique sur la base de l'évaluation de la préférence alimentaire. cela peut être le résultat de l'administration de la tâche directement avant l'analyse à jeun, ce qui peut refléter une plus grande palatabilité pendant la faim. Cependant, ce n’est pas parce qu’on accorde une grande valeur à un aliment qu’ils le préféreraient à un autre aliment agréable au goût (par exemple, l'auteur AD aime les carottes, mais si on leur donne le choix de la crème glacée ou des carottes, la crème glacée sera toujours gagner). Une mesure de la prise de décision en matière de préférence alimentaire peut donner des résultats plus discriminants entre préférence haute et basse calories. Malgré les évaluations comportementales, les participants obèses et de poids normal présentent une activation cérébrale différentielle selon le type de calories. De plus, les études futures devraient reproduire ces résultats en incluant de meilleures mesures de la satiété. Bien que les cotes de faim aient été évaluées à quatre moments (avant et après chaque balayage) et aient montré une diminution de la faim après avoir mangé, les cotes directes de satiété n'ont pas été obtenues. Nous avons indirectement déduit la satiété en modifiant le statut de faim. Enfin, nous n’avons pas limité cet échantillon aux participants droitiers car, dans le cadre du projet plus vaste, ces participants étaient comparés à une population rare dans laquelle nous ne pouvions pas sélectionner de critères de transfert immédiat. Bien que cette étude ne soit pas sans limites, ces résultats fournissent des preuves préliminaires parmi les obèses pour une réponse durable aux signaux alimentaires dans les régions cérébrales liées aux récompenses, même après avoir mangé, par rapport à une réponse chez des témoins de poids normal. Les travaux futurs devraient développer ces résultats en examinant dans quelle mesure les régimes alimentaires et les habitudes alimentaires influent sur la réponse neurale aux signaux alimentaires.

Les participants à cette étude n'ont indiqué qu'une faim modérée avant l'analyse à jeun. Même ceux qui ont sauté le petit-déjeuner n'ont indiqué qu'une faim modérée avant de scanner. Une grande partie de la recherche précédente était axée sur l'examen de la réponse neurale après un jeûne prolongé et atypique. Nos résultats sont intéressants car l'extrême faim n'est pas nécessaire pour susciter une réponse neuronale aux signaux alimentaires. En fait, comprendre comment les systèmes neuronaux réagissent pendant une faim plus typique peut nous donner un aperçu critique des mécanismes derrière la suralimentation. Il est intéressant de noter que la réponse neuronale aux signaux alimentaires ne différait pas entre ceux qui en consommaient et ceux qui ne prenaient pas de petit-déjeuner. Cela peut indiquer que pour les personnes qui sautent le petit déjeuner, la réponse de récompense aux signaux de nourriture n’est pas fondamentalement différente de celle de ceux qui consomment le petit-déjeuner. Il est également intéressant de noter que la majorité des participants ayant sauté le petit-déjeuner étaient obèses; cela peut indiquer une diminution de l'apport alimentaire, car les recherches ont montré que le petit-déjeuner était lié à des habitudes alimentaires plus saines et à une réduction de l'apport alimentaire quotidien total (de Castro, 2007; Leidy et Racki, 2010).

Nous avons montré ici que pour les personnes obèses, les signaux alimentaires riches en calories montrent une réponse soutenue dans les régions du cerveau impliquées dans la récompense et la dépendance, même après l'ingestion d'un repas copieux. Cette réponse hédonique continue après une charge calorique élevée peut être essentielle à la compréhension du comportement de surconsommation. Les travaux futurs ont pour objectif de déterminer dans quelle mesure l'ajout d'un aliment sucré / salé riche en calories à un repas permet de limiter la réponse neuronale dans les systèmes de récompense des personnes obèses, compte tenu des résultats actuels.

  • L'IRM fonctionnelle a été utilisée pour examiner la réponse du cerveau aux aliments avant et après les repas.
  • Les obèses ont montré une plus grande réponse cérébrale aux signaux alimentaires après le repas que le poids normal
  • Augmentation de la réponse de l'OFC, du caudé et du cingulaire antérieur après avoir mangé chez des personnes obèses
  • La réponse corticolimbique après le repas implique la présence continue de la nourriture hypercalorique
  • L'activité en réponse aux signaux alimentaires liés à un poids normal diminue avec une faim réduite

Remerciements

Ce travail a été financé par les subventions RO3HD058766-01 et UL1 RR024989 des National Institutes of Health et par la subvention d’ACES Opportunity Grant de la National Science Foundation. Nous remercions Jack Jesberger, Brian Fishman, Angela Ferranti et Kelly Kanya, du Centre de recherche en imagerie, pour leur aide à la recherche; Jennifer Urbano Blackford et Elinora Price pour leurs commentaires utiles sur le manuscrit; et à toutes les personnes qui ont participé.

Notes

Avis de non-responsabilité de l'éditeur: Ceci est un fichier PDF d’un manuscrit non édité qui a été accepté pour publication. En tant que service à nos clients, nous fournissons cette première version du manuscrit. Le manuscrit subira une révision, une composition et une révision de la preuve résultante avant sa publication dans sa forme définitive. Veuillez noter que des erreurs pouvant affecter le contenu peuvent être découvertes au cours du processus de production, de même que tous les dénis de responsabilité qui s'appliquent à la revue.

Conflit d’intérêts: Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.

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