Commentaires: Une étude révèle à la fois une sensibilisation et une hypofrontalité chez les individus obèses. Les deux sont caractéristiques des changements cérébraux liés à la dépendance.
Le métabolisme du glucose du noyau caudé dans le cerveau moyen (A) était significativement plus élevé chez les personnes obèses que chez les personnes maigres (B).
Dans la plupart des pays occidentaux, l’augmentation annuelle de la prévalence et de la gravité de l’obésité est actuellement importante. Bien que l’obésité soit généralement le résultat d’un apport énergétique excessif, il n’est pas clair pour l’instant pourquoi certaines personnes ont tendance à trop manger et à prendre du poids.
Étant donné que le système nerveux central est intimement impliqué dans le traitement des signaux de faim et le contrôle de la prise alimentaire, il est possible que la cause de la prise de poids et de l'obésité se trouve dans le cerveau.
Des chercheurs de l'université de Turku et de l'université d'Aalto ont maintenant trouvé de nouvelles preuves du rôle du cerveau dans l'obésité. Les chercheurs ont mesuré le fonctionnement circuits cérébraux impliqué dans de multiples méthodes d'imagerie cérébrale.
Les résultats ont révélé que chez les personnes obèses par rapport aux personnes maigres, le métabolisme du glucose cérébral était significativement plus élevé dans les régions striatales du cerveau, qui sont impliquées dans le traitement des récompenses. De plus, le système de récompense de l'individu obèse a répondu plus vigoureusement aux images alimentaires, alors que les réponses dans les régions corticales frontales impliquées dans le contrôle cognitif étaient atténuées..
"Les résultats suggèrent que le cerveau des personnes obèses pourrait constamment générer des signaux qui favorisent l'alimentation, même lorsque le corps n'aurait pas besoin d'une consommation d'énergie supplémentaire.», Explique le professeur adjoint Lauri Nummenmaa de l'Université de Turku.
«Les résultats mettent en évidence le rôle du cerveau dans l'obésité et la prise de poids. Les résultats ont des implications majeures sur les modèles actuels d'obésité, mais aussi sur le développement de traitements pharmacologiques et psychologiques de l'obésité », explique Nummenmaa.
Les participants étaient des individus obèses morbides et des témoins maigres et en bonne santé. Leur cerveau métabolisme du glucose a été mesurée avec du positron tomographie par émission dans des conditions de saturation du corps en termes de signalisation de l'insuline. Réponses cérébrales à des images d'aliments ont été mesurés avec imagerie par résonance magnétique fonctionnelle.
La recherche est financée par l'Académie de Finlande, l'Hôpital universitaire de Turku, l'Université de Turku, l'Université d'Åbo Akademi et l'Université d'Aalto.
Les résultats ont été publiés le 27th de janvier, 2012 dans la revue scientifique PLoS ONE.
L'ETUDE: Le striatum dorsal et sa connectivité limbique facilitent le traitement anormal des récompenses anticipées dans le traitement de l'obésité
Lauri Nummenmaa, Jussi Hirvonen, Jarna C. Hannukainen, Heidi Immonen, Markus M. Lindroos, Paulina Salminen, Pirjo Nuutila .. PLoS ONE, 2012; 7 (2): e31089 DOI: 10.1371 / journal.pone.0031089
Abstract
L'obésité est caractérisée par un déséquilibre dans les circuits cérébraux favorisant la recherche de récompense et ceux régissant le contrôle cognitif. Nous montrons ici que le noyau caudé dorsal et ses connexions avec l'amygdale, l'insula et le cortex préfrontal contribuent au traitement anormal de la récompense dans le cadre de l'obésité. Nous avons mesuré la consommation régionale de glucose cérébral chez des sujets obèses morbides (n = 19) et à poids normal (n = 16) atteints de 2- [18F] fluoro-2-désoxyglucose ([18F] FDG) par tomographie par émission de positrons (TEP) au cours de l'hyperinsulinémie euglycémique et en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), tandis qu'une récompense alimentaire anticipée a été induite par des présentations répétées d'images de produits appétissants et fades. Premièrement, nous avons constaté que le taux d'absorption du glucose dans le noyau caudé dorsal était plus élevé chez les obèses que chez les sujets de poids normal. Deuxièmement, les sujets obèses ont présenté des réponses hémodynamiques accrues dans le noyau caudé tout en observant les aliments appétissants par rapport aux aliments fades dans l'IRMf. Le caudé a également montré une connectivité fonctionnelle liée à la tâche élevée avec l'amygdale et l'insula chez les sujets obèses par rapport à un poids normal. Enfin, les sujets obèses réagissaient moins bien aux aliments appétissants qu'aux aliments fades dans les cortex dorsolatéral et orbitofrontal par rapport aux sujets de poids normal, et l'absence d'activation du cortex préfrontal dorsolatéral était corrélée à un métabolisme élevé du glucose dans le noyau caudé dorsal. Ces résultats suggèrent qu'une sensibilité accrue aux signaux alimentaires externes liés à l'obésité pourrait impliquer un apprentissage anormal du stimulus-réponse et une motivation incitative servie par le noyau caudé dorsal, ce qui pourrait être dû à une contribution anormalement élevée de l'amygdale et de l'insula et à un contrôle inhibiteur dysfonctionnel de régions corticales frontales. Ces changements fonctionnels dans la réactivité et l'interconnectivité du circuit de récompense pourraient constituer un mécanisme essentiel pour expliquer la suralimentation liée à l'obésité.
Citation: Nummenmaa L, J Hirvonen, JC Hannukainen, H Immonen, Lindroos MM et al. (2012) Striatum dorsal et sa connectivité limbique jouent un rôle médiateur dans le traitement de la récompense anticipée anormale dans le traitement de l'obésité. PLoS ONE 7 (2): e31089. doi: 10.1371 / journal.pone.0031089
Rédacteur en chef: Ya-Ping Tang, Centre des sciences de la santé de l'Université d'État de Louisiane, États-Unis d'Amérique
reçu: August 19, 2011; Accepté: janvier 2, 2012; Publié: February 3, 2012
Droits d'auteur: © 2012 Nummenmaa et al. Ceci est un article en accès libre distribué sous les termes de la licence Creative Commons Attribution, qui permet une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur tout support, moyennant mention de l'auteur et de la source d'origine.
Financement: Ce travail a été soutenu par l’Académie de Finlande (subventions #256147 et #251125 http://www.aka.fi) à LN, par l’université Aalto (subvention AivoAALTO, http://www.aalto.fi) Fondation Sigrid Juselius (www.sigridjuselius.fi/foundation) Hôpital universitaire de Turku (subvention EVO http://www.tyks.fi). Les bailleurs de fonds n'ont joué aucun rôle dans la conception de l'étude, la collecte et l'analyse des données, la décision de publication ou la préparation du manuscrit.
Intérêts concurrents: Les auteurs ont déclaré qu'ils n'existaient pas de conflit d'intérêts.
Introduction
Dans la plupart des pays occidentaux, l’augmentation annuelle de la prévalence et de la gravité de l’obésité est actuellement importante. . La disponibilité sans restriction d'aliments palatables est le facteur environnemental le plus évident qui favorise l'obésité et les gènes favorisant un apport énergétique rapide via un apport élevé en sucre et en graisses dans des conditions de pénurie alimentaire sont devenus un handicap dans les sociétés modernes où la nourriture à haute teneur en calories est omniprésente. Pour lutter contre l'épidémie d'obésité actuelle, il est donc impératif de comprendre quels facteurs déterminent si la consommation alimentaire est poursuivie ou restreinte. Manger apporte des nutriments mais est également très stimulant, car il induit des sentiments intenses de plaisir et de récompense. Des études comparatives ont établi qu'un circuit de récompense interconnecté comprenant des zones sous-corticales (amygdale, hypothalamus, striatum) et fronto-corticales (moteur, prémoteur, orbital et médial) joue un rôle clé dans la conduite des comportements appétitifs. , , . Des études d'imagerie fonctionnelle chez l'homme ont en outre montré que des sous-composants du circuit de récompense contribuent au traitement des signaux externes liés aux aliments, tels que des images d'aliments. , , , et les dysfonctionnements du circuit de récompense ont également été associés à l'obésité et à la toxicomanie. , , , , , . Dans la présente étude, nous montrons que l'activité tonique, les réponses régionales ainsi que l'interconnectivité du circuit de récompense peuvent être les mécanismes critiques expliquant la suralimentation et l'obésité.
Les aliments au goût agréable ont un fort pouvoir de motivation. Le simple fait de voir un délicieux gâteau ou l'odeur de notre aliment préféré peut susciter un vif désir de manger, et l'exposition à de tels signaux peut avoir préséance sur les signaux de satiété physiologiques et déclencher la consommation d'aliments. . La suralimentation dépend donc probablement de l’équilibre entre le circuit de récompense et les réseaux qui inhibent la recherche de récompense, tels que les cortex préfrontal dorsolatéraux. , , . La littérature existante d'études d'imagerie chez l'homme suggère que l'obésité est caractérisée par un déséquilibre dans ces systèmes, en ce sens que le circuit de récompense est trop actif pour récompenser l'anticipation de l'obésité et que les réseaux inhibiteurs peuvent ne pas exercer de contrôle sur le circuit de récompense. , , , , , , . Il existe de grandes différences individuelles dans la réactivité du circuit de récompense envers les aliments, et cela peut être un facteur critique contribuant à la suralimentation et à l'obésité . Le lecteur de récompense de trait de personnalité est positivement associé aux envies de manger et au poids corporel , et des études d'IRMf ont révélé qu'il prédit également les réponses du striatum ventral à des images alimentaires appétissantes chez les individus de poids normal . De même, la sensibilité autodéclarée aux signaux alimentaires externes est positivement corrélée à l'interconnectivité du circuit de récompense. . Conformément à ces résultats, des études IRMf ont confirmé que le circuit de récompense des obèses est hypersensible à la simple vue des aliments. Les individus obèses présentent des réponses élevées aux images d'aliments dans l'amygdale, le noyau caudé et le cortex antérieur cingulaire , et il a été suggéré que cette hyperactivité du circuit de récompense dopaminergique peut rendre les individus obèses enclins à trop manger. Des études PET ont en outre démontré les points communs dopaminergiques dans les mécanismes de l'abus de drogues et de la consommation alimentaire excessive, suggérant qu'au moins dans certains cas, l'obésité pourrait être qualifiée de «dépendance alimentaire». Les voies de récompense dopaminergiques dans le cerveau moyen modulent la consommation d'aliments et de drogues en particulier en créant des sensations de soif de nourriture et de drogue , et les médicaments et les aliments exercent leurs effets de renforcement en augmentant la dopamine dans les régions limbiques. Les patients présentant des troubles de dépendance présentent une valeur D plus faible au départ.2 récepteur (D2R) la densité dans le striatum et la libération de dopamine émoussée après l'administration de la drogue d'abus. Comme dans le cas des drogues faisant l'objet d'abus, la consommation d'aliments est associée à la libération de dopamine dans le striatum dorsal chez des sujets en bonne santé, et la quantité de dopamine libérée est positivement corrélée avec les évaluations de l'agilité des aliments . Semblables aux patients ayant des troubles de dépendance, les sujets obèses ont une D striatale inférieure au départ2D densité, qui est directionnellement proportionnelle à l'IMC .
Bien qu'une altération de la sensibilité du circuit de récompense puisse être un facteur critique expliquant l'obésité, il reste difficile de déterminer comment le circuit de récompense contribue exactement aux fonctions de récompense anticipées liées à l'alimentation chez les individus obèses. Premièrement, des démonstrations précédentes de réponses de circuit de récompense élevées aux aliments chez des sujets de poids normal et obèses , n'ont pas abordé les différences dans l'activité tonique de base du circuit de récompense dans le cerveau. Le métabolisme du glucose toniquement bas dans le cortex préfrontal laisse présager une faible dopamine D striatale2 densité des récepteurs - une caractéristique du circuit de récompense dérégulé - chez les sujets obèses . Cependant, on ignore si l’activité tonique des réseaux de neurones qui traitent la récompense anticipée prédit des réponses fonctionnelles aux signaux alimentaires externes. Deuxièmement, seules quelques études ont adopté une approche systémique pour vérifier si l'obésité modifierait la connectivité fonctionnelle du circuit de récompense. Une récente étude d'imagerie réalisée chez des humains en bonne santé a montré que la connectivité au sein du circuit de récompense humain dépend de la sensibilité individuelle aux signaux alimentaires externes. , un autre impliquant des individus obèses et de poids normal suggère que l'obésité est spécifiquement associée à une connectivité fonctionnelle déficiente de l'amygdale au cortex orbitofrontal (OFC) et à une connectivité accrue de l'OFC au striatum ventral . Cependant, les mécanismes neuronaux sous-jacents à ces changements fonctionnels restent inconnus.
Dans cette étude, nous avons appliqué l'imagerie cérébrale multimodale en combinant [18F] FDG PET avec une expérience IRMf impliquant une récompense anticipée induite par la présentation d'images appétissantes et fades. Notez que bien qu'aucune récompense n'ait été réellement remise aux participants, nous utilisons le terme «récompense anticipée» pour des raisons de concision, car voir des cibles très gratifiantes telles que des aliments induit de manière fiable des réponses d'anticipation de récompense dans le striatum ventral, même si aucune récompense n'est réellement obtenue. livré . Il a été établi que l’utilisation du glucose est étroitement liée à la fréquence de dopage Par conséquent, les taux de métabolisme du glucose peuvent être utilisés pour mesurer l'activation tonique de base du cerveau pendant le repos. En utilisant une pince hyperinsulinémique apprêtée lors de la TEP, nous avons pu comparer le métabolisme du glucose cérébral des individus obèses et de poids normal dans une situation où le corps est dans un état rassasié en termes de signalisation de l'insuline. L'expérience IRMf nous a permis de comparer si les individus obèses et de poids normal diffèrent en ce qui concerne les réponses cérébrales régionales et la connectivité efficace du circuit de récompense lors de la visualisation d'aliments appétissants et fades. Enfin, la combinaison des données TEP et IRMf nous a permis d'utiliser les taux métaboliques régionaux du glucose (GMR) dérivés du PET scan pour prédire les réponses cérébrales aux aliments appétissants dans l'expérience IRMf.
Matériels et méthodes
Participants
Le comité d'éthique du district hospitalier du sud-ouest de la Finlande a approuvé le protocole de l'étude et tous les participants ont signé un formulaire de consentement éclairé approuvé par le comité d'éthique. L'étude a été menée conformément à la déclaration d'Helsinki. Tableau 1 présente un résumé des participants. Le groupe des obèses était constitué de dix-neuf sujets obèses morbides neurologiquement intacts (MTest IMC - Calcul de votre index de masse corporelle = 43.87, SDTest IMC - Calcul de votre index de masse corporelle = 6.60). Cinq d'entre elles utilisaient un antidiabétique oral et ont été exclues des études PET. Seize sujets volontaires de poids normal neurologiquement intacts ont servi de témoins (MTest IMC - Calcul de votre index de masse corporelle = 24.10, SDTest IMC - Calcul de votre index de masse corporelle = 2.07) et ont été appariés avec les patients en ce qui concerne l'âge, la taille et les indices d'hypertension (c.-à-d. La pression artérielle). Les troubles de l’alimentation, les troubles mentaux graves et la toxicomanie étaient des critères d’exclusion pour tous les participants. Un sujet de poids normal a été exclu des analyses de données IRMf en raison d'un mouvement excessif de la tête.
Tableau 1. Caractéristiques des participants.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t001
Mesures comportementales
Avant l'expérience, les participants ont évalué leur sensation de faim à l'aide d'une échelle visuelle analogique. Après l’expérience IRMf, les participants ont évalué la valence (agréable ou désagréable) des stimuli expérimentaux sur un ordinateur à l’aide du mannequin d’auto-évaluation. avec une échelle allant de 1 (désagréable) à 9 (agréable).
Acquisition et analyses PET
Les études ont été effectuées après le jeûne de plusieurs heures 12. Les sujets se sont abstenus de consommer des boissons contenant de la caféine et de fumer 24 quelques heures avant les études PET. Toute activité physique intense était interdite dès la veille. Deux cathéters ont été insérés dans les veines antécubitales, un pour les perfusions de solution saline, d’insuline et de glucose et l’injection de radiotraceur [18F] FDG et un autre dans le bras réchauffé opposé pour le prélèvement de sang artérialisé. La technique de clamp hyperglycémique hyperglycémique euglycémique a été utilisée comme décrit précédemment . Le taux de perfusion d’insuline était de 1 mU · kg-1 · Min-1 (Actrapid, Novo Nordisk, Copenhague, Danemark). Au cours de l'hyperinsulinémie, l'euglycémie a été maintenue en perfusant 20% glucose par voie intraveineuse. La vitesse de perfusion de glucose a été ajustée en fonction des concentrations plasmatiques de glucose mesurées toutes les minutes 5 – 10 dans le sang artérialisé. Au moment 100 + −10 minutes de pince hyperinsulinémique euglycémique, [18F] FDG (189 ± 9 MBq) a été injecté par voie intraveineuse sur 40 seconde et le balayage dynamique du cerveau pour 40 min (images; 4 • 30, 3 • 60, 7 • 300 -) a été lancé. Au cours du balayage, des échantillons de sang artériel ont été prélevés pour analyse de la radioactivité. Un scanner PET GE Advance (General Electric Medical Systems, Milwaukee, WI, États-Unis) avec une résolution de 4.25 mm a été utilisé pour les études PET comme décrit précédemment , . [18F] FDG a été synthétisé comme décrit précédemment . La radioactivité plasmatique a été mesurée avec un compteur gamma automatique (Wizard 1480 3 ", Wallac, Turku, Finlande).
Le taux d’absorption cérébrale du glucose a été mesuré pour chaque voxel séparément des balayages dynamiques par PET, comme décrit précédemment. , , sauf qu'une constante localisée de 0.8 a été utilisée . La normalisation et les analyses statistiques des images paramétriques du métabolisme du glucose ont été réalisées à l'aide du logiciel SPM 5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Les images paramétriques ont été normalisées dans un modèle de métabolisme du glucose en interne dans l'espace MNI en utilisant des transformations linéaires et non linéaires, et lissées avec un noyau gaussien de FWHM 10 mm. Des contrastes t simples pour les images paramétriques normalisées ont été utilisés pour analyser les différences de groupe dans le métabolisme du glucose. Le seuil statistique a été fixé à p <.001, non corrigé, avec une taille de cluster minimale de 100 voxels contigus. Pour les corrections de petits volumes (SVC) dans les données TEP, des régions d'intérêt a priori définies anatomiquement dans le système de récompense (noyau caudé, amygdale, thalamus, insula et cortex orbitofrontal) ont été définies à l'aide du pickatlas WFU et AAL atlas.
Plan expérimental pour IRMf
Les stimuli et le design sont résumés dans Figure 1. Les stimuli étaient des photographies numérisées en couleur d’appétissants aliments (ex. Chocolat, pizza, steak), d’aliments sans saveur (ex. Lentilles, chou, craquelins) et de voitures assorties de caractéristiques visuelles de bas niveau telles que la luminosité moyenne, le contraste RMS et la luminosité globale. énergie. Un échantillon indépendant de volontaires sains 29 a évalué la valence (désagrément par rapport à l'agréable) des stimuli avec la MAS. Analyse des valeurs de valence (Mappétissant = 6.64, Mfade = 3.93, Mvoitures = 4.41) ont établi que les aliments appétissants étaient considérés comme plus agréables que les aliments fades, t (28) = 10.97, p <001, et les voitures, t (28) = 7.52, p <001, mais il n'y avait aucune différence dans l'agrément des aliments et des voitures fades, t (28) = 1.19.
Figure 1. Conception expérimentale de l'IRMf et exemples de stimuli utilisés.
Les participants ont vu alterner les époques 15.75 des mets appétissants, des voitures et des aliments fades. Chaque époque était composée de six stimuli expérimentaux mélangés de manière pseudo-aléatoire avec trois événements nuls.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g001
Pendant la numérisation, les sujets visionnaient des époques de seconde en 15.75 contenant six stimuli appartenant à une même catégorie (aliments appétissants, aliments fades ou voitures), mélangées à trois événements nuls. Afin d'étudier le traitement implicite des images d'aliments, nous avons utilisé de brèves durées d'affichage de stimulus et une tâche comportementale sans lien avec la valeur hédonique des stimuli: Un seul essai comprenait la présentation 1000 ms d'une image de stimulus suivie d'un contraste central faible. croix (750 ms). Les événements nuls comprenaient une présentation ms 1750 d'un croisement à faible contraste. Les stimuli de nourriture et de voiture ont été légèrement décalés à gauche ou à droite de l'écran et les participants ont été invités à appuyer sur le bouton gauche ou droit en fonction du côté où le stimulus était présenté. Lors des essais nuls, aucune réponse n'a été demandée. L'ordre des stimuli à chaque époque était pseudo-randomisé en fonction du type d'essai (stimulus ou nul), de sorte que pas plus de trois essais consécutifs étaient du même type. Cette pseudo-randomisation a amélioré l'efficacité de la conception tout en préservant l'imprévisibilité des débuts de stimulus chez les participants naïfs. . Le champ visuel des stimuli était randomisé et totalement contrebalancé. Au total, il y a eu un total d'essais alimentaires appétissants 72 (aux époques 12), d'essais alimentaires 72 fades (aux époques 12) et d'essais automobiles 144 (aux époques 24). Afin de maximiser la puissance de la conception et d’empêcher les effets de report de regarder des aliments appétissants, l’ordre des époques de stimulus a été fixé de manière à ce que l’époque de stimulation automobile soit toujours présentée entre les époques appétissante et douce. L'époque de départ de la tâche était contrebalancée par les participants. La durée totale de la tâche était de 14 minutes. Les participants ont pratiqué la tâche en dehors du scanner avant de commencer l'expérience IRMf.
Acquisition et analyse par IRMf
Les séances de numérisation ont eu lieu vers le matin ou tôt vers midi (heure de 9 - heure de 2). Il a été demandé aux participants de s'abstenir de manger et de boire uniquement de l'eau pendant au moins trois heures avant de procéder à la numérisation. L'IRM a été réalisée avec le scanner Philips Nova Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova dans le centre PET de Turku. Images anatomiques haute résolution (1 mm3 résolution) ont été acquises en utilisant une séquence pondérée T1 (TR 25 ms, TE 4.6 ms, angle de retournement 30 °, temps de scrutation 376 s). Les données fonctionnelles concernant l'ensemble du cerveau ont été acquises avec une séquence d'imagerie écho-planaire (EPI), sensible au contraste du signal dépendant du taux d'oxygène dans le sang (BOLD) (TR = 3000 ms, TE = 50 ms, angle de retournement 90 °, 192 mm. FOV, matrice 64 × 64, largeur de bande 62.5 kHz, épaisseur de tranche 4.0 mm, espace entre les tranches 0.5 mm, tranches entrelacées 30 acquises par ordre croissant). Un total de volumes fonctionnels 270 a été acquis et les premiers volumes 5 ont été écartés pour tenir compte des effets d'équilibrage. Les données ont été prétraitées et analysées à l'aide du logiciel SPM5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Les images EPI ont été sincèrement interpolées à temps pour corriger les différences de temps de coupe et réalignées au premier balayage par des transformations de corps rigides pour corriger les mouvements de la tête. Les images EPI et structurelles ont été enregistrées et normalisées selon le modèle standard T1 dans l'espace MNI (Institut neurologique de Montréal (MNI) - Consortium international pour la cartographie du cerveau) à l'aide de transformations linéaires et non linéaires, puis lissées avec un noyau gaussien de FWHM 8-mm.
Analyse des effets régionaux
Un modèle d'effets aléatoires du cerveau entier a été mis en œuvre en utilisant un processus en deux étapes (premier et deuxième niveaux). Cette analyse des effets aléatoires a évalué les effets sur la base de la variance inter-sujets et a donc permis des inférences sur la population dont les participants étaient tirés. Pour chaque participant, nous avons utilisé un GLM pour évaluer les effets régionaux des paramètres de la tâche sur les indices d'activation BOLD. Le modèle comprenait trois conditions expérimentales (aliments appétissants, aliments fades et voitures) et des effets sans intérêt (paramètres de réalignement) pour tenir compte de la variance liée au mouvement. La dérive du signal basse fréquence a été supprimée en utilisant un filtre passe-haut (coupure 128 s) et une modélisation AR (1) des autocorrélations temporelles a été appliquée. Les images de contraste individuelles ont été générées en utilisant le contraste appétissant - aliments fades, ainsi que pour l'effet principal des aliments (c'est-à-dire les aliments appétissants et fades contre d'autres effets d'intérêt). L'analyse de deuxième niveau a utilisé ces images de contraste dans un nouveau GLM et a généré des images statistiques, c'est-à-dire des cartes SPM-t. Avec des conceptions équilibrées au premier niveau (c'est-à-dire des événements similaires pour chaque sujet, en nombres similaires), cette analyse de second niveau se rapproche étroitement d'une véritable conception à effets mixtes, avec une variance à la fois à l'intérieur et entre les sujets. L'analyse initiale a révélé qu'aucun des contrastes de deuxième niveau entre les groupes n'était significatif lorsque la correction stricte du taux de fausses découvertes (FDR) à p <05 était appliquée. En conséquence, le seuil statistique a été fixé à p <.005, non corrigé, avec une taille de cluster minimale de 20 voxels contigus pour les comparaisons entre les groupes.
Interaction psychophysiologique (IPP) dans le modèle linéaire général (GLM)
La connectivité physiologique entre deux régions du cerveau peut varier en fonction du contexte psychologique connu sous le nom d'interaction psychophysiologique (PPI). Les IPP peuvent être identifiés par des modèles linéaires généraux sensibles à la modulation contextuelle de la covariance liée aux tâches. Contrairement à la modélisation occasionnelle dynamique ou à la modélisation par équation structurelle de la connectivité réseau, les IPP ne nécessitent pas de modèle anatomique spécifié. Au lieu de cela, on commence avec une région «source» et identifie tout autre voxel / groupe «cible» dans le cerveau avec lequel cette source a une connectivité dépendante du contexte. Les régions cibles ne doivent pas nécessairement être liées à la tâche ou au contexte, mais aux interactions entre ces facteurs. Les IPP significatifs n'indiquent pas en eux-mêmes la direction ou la neurochimie des influences causales entre les régions source et cible, ni si la connectivité est médiée par des connexions mono- ou polynaptiques, ni des changements dans la neuroplasticité structurelle d'une époque à l'autre. Cependant, ils indiquent des interactions entre les systèmes régionaux et les résultats des IPP s'accordent avec d'autres méthodes de connectivité telles que la modélisation causale dynamique. .
Le noyau caudé droit a été utilisé comme région source pour les analyses de connectivité pour le contraste appétissant des aliments moins fades. Le maximum global (2, 8, 4) pour cette région du contraste de second niveau obèse par rapport au poids normal dans les analyses de données PET (voir ci-dessous) a été utilisé pour obtenir une estimation statistiquement indépendante du centre de la région source; cela évite efficacement les "doubles pics" dans la sélection de la région source , et a permis une intégration théoriquement plausible des données PET et IRMf. Une ROI sphérique de rayon 10 mm a été générée à cet emplacement. La série chronologique de chaque participant a été calculée en utilisant la première variable propre de toutes les séries chronologiques de voxels du ROI. Cette série chronologique BOLD a été décomposée pour estimer une «série chronologique neuronale» pour cette région à l'aide des paramètres par défaut du paramètre PPI-deconvolution dans SPM5. . Le terme d'interaction psychophysiologique (régresseur PPI) a été calculé comme le produit élément par élément de la série temporelle neuronale ROI et un vecteur codant pour l'effet principal de la tâche (par exemple 1 pour les aliments appétissants, −1 pour les aliments fades). Ce produit a ensuite été reconfiguré par la fonction de réponse hémodynamique canonique (hrf). Le modèle comprenait également les principaux effets de la tâche résolue par le hrf, la «série temporelle neuronale» pour chaque «source» et les régresseurs de mouvement en tant qu'effets sans intérêt. Modèles d'IPP par sujet ont été exécutés et des images de contraste ont été générées pour les IPP positifs et négatifs. Les régions identifiées par cette analyse du cerveau complet subissent un changement plus ou moins important de la connectivité avec la région source en fonction du contexte (aliments appétissants ou sans goût). Les images de contraste ont ensuite été entrées dans des analyses GLM de second niveau pour les contrastes d’intérêt, et des cartes t SPM générées à l’aide de la théorie du gaussian Random Field pour réaliser des inférences statistiques.
Résultats
Mesures comportementales
Les valeurs de valence du stimulus ont été analysées avec une ANOVA mixte 3 (stimulus: aliments appétissants, aliments fades et voitures) x 2 (groupe: obèses ou poids normal). Cela a révélé que les valeurs de valence différaient de manière significative d’une catégorie de stimulus à l’autre, F (2,60) = 6.01, p = .004, ηp2 = 17, mais étaient similaires dans les groupes obèses et de poids normal (F = 1.46). Des comparaisons multiples avec les corrections de Bonferronni ont révélé que les participants ont évalué les aliments appétissants comme plus agréables que les aliments fades, t (31) = 4.67, p <001, ou les voitures, t (31) = 2.76, p = 01, mais n'ont pas noté fades aliments plus agréables que les voitures, t (31) = 41. Les cotes de la faim étaient également égales dans les groupes de patients et de contrôle (p> 05).
Métabolisme du glucose cérébral
Les sujets obèses avaient un métabolisme du glucose significativement plus élevé dans le noyau caudé droit que les sujets de poids normal (X = 4, Y = 8, Z = 4, T = 3.97, p = .03, SVC) (Figure 2), mais pas dans une autre région d’intérêt a priori (amygdale, thalamus, insula ou cortex orbitofrontal).
Figure 2. Les examens TEP avec 2- [18F] FDG au cours de l'hyperinsulinémie euglycémique montrent que le taux métabolique du glucose (RGM, µmol / 100 g * min) dans le noyau caudé droit (X = 4, Y = 8, Z = 4) était significativement plus élevé chez les sujets obèses que chez les sujets de poids normal (p<.05, SVC).
Le panneau A montre la carte paramétrique statistique de l'effet entre les groupes, le panneau B montre les valeurs de GMR du sujet en fonction du sujet dans le noyau caudé.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g002
Effets régionaux en IRMf
Chez tous les sujets, les aliments appétissants et fades contrastés ont entraîné une activation robuste du circuit de récompense. Des foyers d’activation ont été observés dans le cortex préfrontal médial, le gyrus cingulaire antérieur, le striatum ventral droit, l’insula postérieure bilatérale et le gyrus cingulaire postérieur et le précuneus (Figure 3, Tableau 2). Cependant, une analyse entre les groupes a révélé que le codage de la récompense anticipée dépendait de l'obésité. Les réponses à tous les aliments (appétissants et fades) étaient plus élevées chez les sujets obèses que chez les sujets de poids normal dans l'amygdale gauche, l'hippocampe, le cortex cingulaire postérieur et le gyrus fusiforme, ainsi que dans le cortex somatosensoriel droit. Cependant, les réponses étaient plus faibles chez les sujets obèses que chez les sujets de poids normal dans le gyrus frontal supérieur gauche. Tableau 3 présente un résumé de ces foyers d'activation.
Figure 3. Les régions cérébrales montrent une réponse accrue aux aliments appétissants par rapport aux aliments fades chez tous les sujets.
Les aliments appétissants ont augmenté l'activité dans le cortex cingulaire antérieur (ACC) et postérieur (PCC), le cortex préfrontal médian (mPFC), le noyau caudé droit (CAUD) et l'insula bilatérale (INS). Les données sont tracées à p <.005, non corrigées pour l'inspection visuelle.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g003
Tableau 2. Régions cérébrales montrant une réponse accrue aux aliments appétissants par rapport aux aliments fades chez tous les sujets, p <05 (corrigé par FDR).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t002
Tableau 3. Différences entre les groupes (obèse vs poids normal et poids normal vs obèse) dans les réponses cérébrales à toutes les images alimentaires (appétissantes et fades), p <.005 (unc.).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t003
Ensuite, nous avons demandé si les sujets obèses montreraient de plus grandes réponses fonctionnelles spécifiquement aux aliments appétissants plutôt qu'aux aliments fades. À cette fin, nous avons appliqué une analyse d’interaction entre le groupe (obèse, poids normal) et le type de nourriture (appétissant, doux). Conformément à la prédiction selon laquelle l'obésité serait associée à l'hyperactivité dans le circuit de récompense, la réponse aux aliments appétissants par rapport aux aliments fades dans le noyau caudé droit était plus forte chez les individus obèses que chez les individus de poids normal (Figure 4a, Tableau 4). En revanche, les sujets obèses présentaient des réponses fonctionnelles aux aliments appétissants par rapport aux aliments fades plus faibles que les sujets de poids normal dans l’insula gauche, le cortex frontal latéral, le lobule pariétal supérieur, le cortex orbitofrontal droit et le gyrus temporal supérieur (Figure 4b, Tableau 4). Ainsi, les sujets obèses semblaient présenter un déséquilibre dans les réponses fonctionnelles régionales à la récompense alimentaire attendue: réponses plus importantes dans le noyau caudé et réponses plus petites dans plusieurs régions corticales frontales.
Figure 4. Réponses BOLD différentielles aux aliments appétissants et fades chez les sujets de poids normal et obèses du noyau caudé et de l'insula antérieure.
Les réponses du cerveau aux aliments appétissants par rapport aux aliments fades étaient plus importantes dans la tête du noyau caudé droit (CAUD) des patients obèses, tandis que les réponses aux aliments appétissants ou fades étaient plus importantes dans l'insula antérieure droite (INS) des individus de poids normal. . Les données sont tracées à p <.005, non corrigées pour l'inspection visuelle.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g004
Tableau 4. Différences entre les groupes (obèse vs poids normal et poids normal vs obèse) dans les réponses cérébrales aux aliments appétissants par rapport aux aliments fades, p <.005 (unc.).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t004
Enfin, examiner si l'hyperactivité tonique du noyau caudé observée dans l'in [18La TEP F] FDG permettait de prédire une récompense anticipée anormale sur l'IRMf. Nous avons tout d'abord extrait les valeurs GMR du sujet dans le noyau caudé à partir d'images GMR paramétriques. Ensuite, nous avons utilisé ces valeurs en tant que régresseur dans un modèle de second niveau comparant les réponses BOLD à des mets appétissants et sans goût en IRMf. Cette analyse a montré qu'une augmentation du métabolisme du glucose dans le noyau caudé permettait de prédire des réponses plus faibles aux aliments appétissants par rapport aux aliments fades, en particulier dans le cortex frontal latéral droit (Figure 5). Cette découverte est compatible avec un contrôle inhibiteur insuffisant des systèmes de récompense sous-corticaux par le cortex frontal.
Figure 5. Un taux élevé de métabolisme du glucose (GMR, µmol / 100 g * min) dans le noyau caudé au cours de la TEP-2- [18F] FDG était associé négativement aux réponses aux aliments appétissants par rapport aux aliments fades dans le cortex frontal latéral droit (LFC) dans l'expérience IRMf.
Le panneau A montre la région où la différence a été observée, le panneau B montre un diagramme de dispersion des réponses GMR et BOLD.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g005
Interactions psychophysiologiques
Après avoir trouvé des preuves d'un rôle central du noyau caudé dans la médiation d'une récompense anticipative anormale dans l'obésité, nous avons ensuite demandé si cette région cérébrale avait une connectivité fonctionnelle anormale liée à la tâche avec d'autres régions clés du cerveau, telles que celles du système limbique. Autrement dit, nous avons demandé quelles régions du cerveau seraient centrales dans la modulation de l'activité liée à la récompense d'anticipation dans le noyau caudé tout en regardant les aliments appétissants par rapport aux aliments fades. Nous avons utilisé des interactions psychophysiologiques pour déterminer la connectivité fonctionnelle du noyau caudé, en utilisant le voxel avec la plus grande différence de métabolisme du glucose dans les données TEP comme centre de la région des graines. Nous avons constaté que les sujets obèses présentaient une connectivité significativement plus forte entre le noyau caudé droit et l'amygdale basolatérale droite (X = 33, Y = −5, Z = −16, T = 3.92, p <.005, unc.), Cortex somatosensoriel primaire (X = 39, Y = −13, Z = 32, T = 3.63, p <.005, unc.) Et insula postérieure (X = 30, Y = 14, Z = 18, T = 3.47, p <.005, unc .) que les sujets de poids normal (Figure 6).
Figure 6. Connectivité efficace.
Lors de la visualisation d'aliments appétissants ou fades, la connectivité efficace entre le noyau caudé droit et l'amygdale droite (AMY), l'insula (INS) et le cortex somatosensoriel (SSC) était plus grande chez les sujets obèses que chez les sujets de poids normal. Les données sont tracées à p <.005, non corrigées pour l'inspection visuelle.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g006
a lieu
Cette étude révèle les manières spécifiques dont l'obésité modifie la réactivité ainsi que les connexions fonctionnelles du circuit de récompense dans le cerveau.. Plus précisément, les résultats soulignent un rôle central pour le noyau caudé dorsal, une région favorisant l'apprentissage habituel et la motivation incitative, dans l'intégration de divers intrants neuronaux dans le processus de récompense alimentaire anticipée. Au cours de l'hyperinsulinémie obtenue avec un clamp euglycémique hyperinsulinémique, le noyau caudé dorsal avait un métabolisme du glucose basal plus élevé chez les sujets obèses que chez les sujets de poids normal. L'expérience d'IRMf a montré que bien que les sujets obèses et de poids normal aient donné des auto-évaluations similaires à l'agréable des stimuli alimentaires, les stimuli ont suscité des modèles différentiels d'activation cérébrale et des changements de connectivité entre les deux groupes. Lorsque les aliments appétissants et fades ont été comparés les uns aux autres, le noyau caudé a montré une plus grande réponse chez les sujets obèses. En revanche, les sujets obèses n'ont pas réussi à activer les régions inhibitrices corticales, telles que les cortex dorsolatéral et orbitofrontal, en réponse à une nourriture appétissante; ce phénomène était également significativement corrélé avec un métabolisme basal du glucose plus élevé dans le noyau caudé dorsal. Enfin, la même région du noyau caudé dorsal qui a montré un métabolisme élevé du glucose chez les participants obèses par rapport aux participants de poids normal a également montré une connectivité accrue avec l'amygdale et l'insula postérieure chez les sujets obèses alors qu'ils regardaient des aliments appétissants par rapport aux aliments fades. Surtout, ces effets ont été observés dans des conditions où les participants ne prêtaient pas délibérément attention au contenu des images de stimulation. En conséquence, les résultats suggèrent que le traitement de récompense implicite des signaux visuels pour manger est modulé par l'obésité, ce qui peut expliquer pourquoi les personnes obèses ont des problèmes pour retenir leur alimentation en voyant des aliments riches en calories. Nous devons néanmoins noter qu'il est possible que les participants aient pu être engagés dans une certaine mesure dans le traitement des récompenses explicites, même si la tâche comportementale était indépendante de la valeur de récompense des images alimentaires. En conséquence, des études futures doivent déterminer si les individus obèses et de poids normal pourraient différer en ce qui concerne le traitement des récompenses implicites et explicites.
Différences régionales dans le noyau caudé
Le noyau caudé dorsal a été impliqué dans l'apprentissage, la motivation et le conditionnement habituels stimulus-réponse, et des études d'imagerie chez l'homme suggèrent qu'il contribue à diverses fonctions liées au signal de récompense et aux dépendances.. Les patients toxicomanes présentent une valeur de référence D inférieure2 récepteur (D2R) densité dans le striatum et libération émoussée de dopamine après l'administration du médicament d'abus . La consommation de nourriture est également associée à la libération de dopamine dans le striatum dorsal chez des sujets en bonne santé, et la quantité de dopamine libérée est positivement corrélée avec les évaluations de l’agrément alimentaire. . Dans les expériences en IRMf, l'activation du noyau caudé a été associée à un état de manque déclaré par certains aliments. , et les sujets obèses ont montré des réponses striatales élevées aux images de nourriture . Les sujets obèses ont également réduit le D striatal de base2D densité, et il a été suggéré que cela pourrait refléter une régulation négative qui compense les augmentations transitoires fréquentes de la dopamine dues à la surestimulation perpétuelle du circuit de récompense par la consommation de drogue ou l'alimentation .
En utilisant la pince hyperinsulinémique, nous avons simulé une situation où le corps est dans un état saturé en termes de signalisation de l'insuline. Bien que cette approche ne simule pas complètement la satiété physiologique en raison d'un manque de stimulation orosensorielle et de la libération d'hormones par l'intestin, il a été démontré que la glycémie intraveineuse contrôlée par placebo augmentait les marqueurs hormonaux de la satiété. et activité dopaminergique dans le circuit de récompense chez les hommes . Nous avons constaté que le striatum dorsal des sujets obèses reste hyperactif par rapport aux sujets de poids normal lors du clamp hyperinsulinémique. Comme le clampage maintient des taux de glucose sanguin stables, le métabolisme élevé du glucose chez les sujets obèses pendant le clampage suggère que le noyau caudé des sujets obèses peut contribuer à la sensation de faim, même lorsque la concentration de glucose dans le sang ne peut pas diminuer. De plus, en raison de son implication dans l'apprentissage implicite et la formation d'habitudes, le caudé peut contribuer au traitement des signaux de satiété implicites (périphériques) et explicites (visuels, orosensoriels). Ces signaux pourraient par la suite conduire à une surconsommation même lorsque le corps n'aurait pas besoin d'un apport énergétique supplémentaire.
Il a été établi que chez les sujets obèses, D2La disponibilité de R dans le striatum est associée négativement au métabolisme du glucose frontocortical . Nos données combinées PET-IRMf ont été mises en parallèle avec ces résultats. Lorsque le métabolisme du glucose dans le noyau caudé était utilisé comme régresseur pour modéliser les réponses fonctionnelles aux aliments appétissants par rapport aux aliments doux en IRMf, nous avons trouvé une association négative significative avec le métabolisme du glucose dans le noyau caudé et les réponses BOLD préfrontales (Figure 5). En conséquence, le fait de ne pas engager les mécanismes préfrontaux contribuant au contrôle inhibiteur et à l’attribution de la saillance pourrait favoriser la suralimentation en abaissant le seuil de la signalisation de récompense induite par la nourriture dans le noyau caudé. Cependant, il convient également de noter que certaines études antérieures ont rapporté des réactions frontales élevées à des images de nourriture chez des individus obèses par rapport à des individus de poids normal. Il est probable que ces divergences entre les études reflètent un engagement du cortex frontal dépendant de la tâche: alors que notre étude impliquait le traitement implicite de signaux alimentaires présentés brièvement, Rothemund et ses collègues ont utilisé une présentation de stimulus relativement longue avec une tâche de mémoire. Il est donc possible que les personnes obèses ne parviennent pas à activer les circuits de contrôle cognitif, en particulier lorsqu'elles ne traitent pas explicitement les produits alimentaires qu'elles visualisent. En conséquence, cela suggère que même des images d'aliments "invisibles" ou non surveillées dans diverses publicités pourraient déclencher une forte envie de manger chez les personnes obèses.
Connectivité efficace du noyau caudé et de l'amygdale
L'amygdale participe aux premières étapes du traitement des récompenses , et il montre des réponses cohérentes aux présentations visuelles des aliments , . Différences individuelles dans les deux types de récompense et poids corporel sont connus pour influencer les réactions des amygdales lors des présentations visuelles des aliments. Dans la présente étude, nous avons également constaté que les réactions des amygdales aux aliments étaient élevées chez les sujets obèses. De plus, lors de l’inspection des modèles de connectivité effective (IPP) du noyau caudé, nous avons constaté que la connectivité du noyau caudé et de l’amygdale homolatérale était élevée chez les sujets obèses. De manière générale, ces données concordent avec les observations antérieures chez les sujets de poids normal, selon lesquelles la différence d'efficacité entre le désir déclaré de manger à la vue d'un aliment et sa densité («sensibilité alimentaire externe») influent sur la connectivité effective entre l'amygdale et la strate. . Néanmoins, alors que des études antérieures ont montré que le striatum ventral est particulièrement impliqué dans l’anticipation des récompenses et que le couplage entre le striatum ventral (nucleus accumbens) et l'amygdale est influencé par la sensibilité alimentaire externe , nous avons constaté que l’obésité avait une influence sur le couplage entre l’amygdale et les parties plus dorsales du noyau caudé. Les données concernant le rôle du striatum dorsal dans le traitement des récompenses sont plutôt mitigées, certaines études le liant au traitement par anticipation. et d'autres à consommer récompenses. Néanmoins, le rôle du striatum dorsal dans le codage des associations action-résultat pour les récompenses potentielles est beaucoup mieux établi , . Par conséquent, nous proposons que les expositions répétées à des aliments appétissants dans l’obésité entraînent de fortes associations et réponses entre stimulus alimentaire et récompense, ainsi que des évaluations implicites des résultats concernant les avantages potentiels des individus obèses, modulant ainsi l’interconnexion entre l’amygdale et le striatum dorsal à la vue de nourriture.
L'interprétation d'un IPP significatif est qu'il existe un engagement différentiel des connexions anatomiques en fonction du contexte psychologique. Bien que les IPP ne puissent pas être utilisés pour déterminer si de telles connexions existent ou non, il est probable que les IPP que nous avons observés reflètent des changements dans l'engagement de connexions anatomiques directes entre la graine et les régions cibles, car de telles connexions anatomiques directes entre le striatum et l'amygdale sont soutenues. en traçant des études chez d'autres primates , . Néanmoins, les IPP ne peuvent pas être utilisés pour déduire la directionnalité de la connectivité observée. Par conséquent, nous ne pouvons pas dire si i) un métabolisme accru du glucose dans le noyau caudé augmente la connectivité entre le noyau caudé et l'amygdale, ou ii) une augmentation des intrants provenant de l'amygdale augmente le métabolisme du glucose dans le noyau caudé.
Les neurones d'Amygdala facilitent la recherche de récompense via leurs projections au striatum . La stimulation des récepteurs μ-opioïdes dans le striatum provoque une suralimentation, mais elle peut être bloquée par une inactivation de l'amygdale , . En conséquence, une connectivité amygdale-striatale élevée peut conduire à une augmentation tonique de l'activité du noyau caudé, ce qui pourrait être le mécanisme critique expliquant la suralimentation en obésité. Dans l’ensemble, l’amygdale pourrait être impliquée dans la récompense alimentaire attendue en attribuant une valence émotionnelle aux signaux alimentaires appétissants et en influençant les habitudes alimentaires acquises et compulsives par une connectivité améliorée avec le noyau caudé dorsal.
Connectivité efficace du noyau et de l'insula Caudate
Les analyses de l'IPP ont révélé que l'interconnexion entre le striatum dorsal et l'insula postérieure était élevée chez les sujets obèses par rapport à son poids normal, tandis que les réponses régionales aux aliments appétissants par rapport à des aliments fades dans l'insula antérieur étaient moins importantes chez les sujets obèses. L'insula antérieure intègre des signaux autonomes et viscéraux dans les fonctions motivationnelles et émotionnelles, alors que l'insula postérieure est supposée sous-tendre l'intégration somatosensorielle, vestibulaire et motrice ainsi que la surveillance des états corporels . Des travaux récents indiquent également que la signalisation somatosensorielle dans l’insula peut contribuer de manière significative à la toxicomanie, en particulier en cas de consommation excessive de drogue (voir la réf. De la réf. ). Des études antérieures de PET et d’IRMf ont établi un lien entre l’insula et le traitement des signaux alimentaires externes , , , mais des signaux périphériques tels que la leptine influencent également la réponse insulaire à la vue des aliments. Chez les adultes déficients en leptine, les réponses insulaires aux aliments appétissants sont plus importantes pendant le déficit en leptine que pendant le remplacement de la leptine. . De plus, chez les sujets obèses présentant un déficit en leptine, le remplacement de la leptine atténue les réponses insulaires lors de la visualisation d'aliments appétissants . Comme l'insula traite les signaux alimentaires internes (à savoir hormonaux) et externes (à savoir visuels) , des perturbations dans cette intégration des signaux internes et externes peuvent rendre les sujets obèses plus enclins à trop manger à la vue des aliments en raison de la connectivité élevée de l’insula et du striatum dorsal. Étant donné que l'insula postérieure est impliquée dans la surveillance des états corporels, une connectivité améliorée entre l'insula postérieur et le noyau caudé dorsal pourrait impliquer que les représentations rappelées des états somatiques post-prandiaux par l'insula pourraient potentiellement renforcer les comportements alimentaires par le biais d'un apprentissage incitatif soutenu par le noyau caudé dorsal. . Conformément à cette notion, le noyau caudé a également montré une plus grande connectivité liée à la tâche avec le cortex somatosensoriel dans l'obésité, confirmant que de simples indices visuels des aliments pourraient déclencher des sensations somatiques associées à la consommation de nourriture. Ces sensations peuvent en outre favoriser l’alimentation même en l’absence de signaux physiologiques de faim. . Néanmoins, il convient de noter que certaines études antérieures ont révélé une augmentation des réponses insulaires antérieures aux récompenses attendues et consommées liées à la nourriture chez les obèses plutôt que chez les individus maigres. , . Bien que nous n'ayons aucune explication claire sur ces résultats discordants, il est possible qu'ils reflètent les différences entre les populations obèses impliquées dans les études, telles que l'historique et les habitudes alimentaires, ainsi que des facteurs génétiques et hormonaux.
Limites et orientations futures
L’une des limites évidentes de la présente étude est que, malgré la taille importante de l’échantillon (n = 35), les comparaisons entre groupes de données IRMf n’ont pas été significatives lorsqu’elles ont été corrigées pour des comparaisons multiples. Bien que les différences entre les groupes aient été observées dans les régions prévues, il convient de faire preuve de prudence lors de l'interprétation des résultats. En outre, il convient de souligner que nous n’avons pas été en mesure de définir complètement le mécanisme psychologique exact qui entraîne des réactions cérébrales élevées aux images d’aliments chez des individus obèses. Bien que nous ayons acquis des évaluations de l’agilité perçue («goût») des aliments, celles-ci étaient similaires chez les individus obèses et de poids normal. En conséquence, le fait que les aliments appétissants pour l’obésité soient plus appréciés ne contribuera probablement pas aux différences de réponses cérébrales. Cependant, on pourrait supposer que le besoin impérieux de nourriture plutôt que d’aimer pourrait être le facteur clé qui module les réponses du cerveau aux images de la nourriture dans l’obésité. À l'appui de cette hypothèse, il a été démontré que, même si les individus «de même» aiment les aliments «obèses» et de poids normal, le besoin de nourriture provoqué par le stress est beaucoup plus important chez les individus obèses. . Dans les futures études d'imagerie fonctionnelle, il serait donc impératif de démêler les réponses de "soif" et de "goût" aux aliments chez les personnes obèses par rapport aux personnes de poids normal. De plus, étant donné que les réponses au besoin sont provoquées par le lien dopaminergique du circuit de récompense, , il serait impératif de mener des études combinées neurotransmetteur-PET-IRMf dans lesquelles on pourrait tester si, par exemple, la disponibilité de la dopamine striatale chez les personnes obèses par rapport aux personnes maigres prédit les réponses du circuit de récompense à la stimulation externe avec des aliments.
Conclusion
Nous montrons que l'obésité est associée à un métabolisme élevé du glucose dans le noyau caudé, ainsi qu'à des réponses régionales modifiées et à une connectivité altérée du circuit de récompense lorsque des aliments appétissants sont consommés. Ces données sont parallèles aux conclusions sur le fonctionnement altéré du cerveau dans les troubles de la dépendance et confortent l'opinion selon laquelle l'obésité peut partager un substrat neural commun avec les dépendances. , . En particulier, une sensibilité accrue aux signaux alimentaires externes liés à l'obésité peut impliquer un apprentissage anormal du stimulus-réponse et une motivation d'incitation entretenue par le noyau caudé dorsal, ce qui peut être dû à une contribution anormalement élevée de l'amygdale et de l'insula postérieure et à un contrôle inhibiteur dysfonctionnel de la face régions corticales. Ces changements fonctionnels dans la réactivité et l'interconnectivité du circuit de récompense et des systèmes de contrôle cognitifs pourraient constituer un mécanisme critique expliquant les excès alimentaires chez les patients obèsesy.
L'étude a été menée au sein du Centre d'excellence finlandais en imagerie moléculaire dans la recherche cardiovasculaire et métabolique, avec le soutien de l'Académie de Finlande, de l'Université de Turku, de l'Hôpital universitaire de Turku et de l'Académie d'Åbo. Nous remercions les radiographes du Centre PET de Turku pour leur aide dans l’acquisition des données, ainsi que les participants qui ont rendu cette étude possible.
Conçu et conçu les expériences: LN JH PN. Réalisé les expériences: LN JH JCH HI MML PS. Analysé les données: LN JH JCH HI. A écrit le papier: LN JH PN.
Bibliographie
WHO (2000) Obésité: prévenir et gérer l’épidémie mondiale. Rapport d'une consultation de l'OMS. Représentant technique mondial pour la santé des organes 894: i – xii, 1 – 253. Retrouvez cet article en ligne
Volkow ND, Wise RA (2005) Comment la toxicomanie peut-elle nous aider à comprendre l'obésité? Nature Neuroscience 8: 555 – 560. Retrouvez cet article en ligne
Berridge KC (1996) Récompense alimentaire: Substrat cérébral du désir et de la sympathie. Examen des neurosciences et des comportements biologiques 20: 1 – 25. Retrouvez cet article en ligne
Ikemoto S, Panksepp J (1999) Le rôle du noyau accumbens dopamine dans le comportement motivé: une interprétation unificatrice faisant référence à la recherche de récompenses. Examen de la recherche sur le cerveau 31: 6 – 41. Retrouvez cet article en ligne
Kelley AE (2004) Contrôle striatal ventral de la motivation d'appétit: rôle dans le comportement ingéré et l'apprentissage lié aux récompenses. Examen des neurosciences et des comportements biologiques 27: 765 – 776. Retrouvez cet article en ligne
Killgore WDS, Young AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, et al. (2003) Activation corticale et limbique lors du visionnage d'aliments riches en calories par rapport à faibles. NeuroImage 19: 1381 – 1394. Retrouvez cet article en ligne
LaBar KS, DR Gitelman, TB Parrish, Kim YH, AC Nobre, et al. (2001) Hunger module sélectivement l'activation corticolimbique en stimuli alimentaire chez l'homme. Neuroscience du comportement 115: 493 – 500. Retrouvez cet article en ligne
Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD (2004) Images de désir: activation du besoin de nourriture pendant l'IRMf. NeuroImage 23: 1486 – 1493. Retrouvez cet article en ligne
Wang GJ, ND de Volkow, F de Telang, Jayne M, Ma J et al. (2004) L'exposition à des stimuli alimentaires appétitifs active considérablement le cerveau humain. Neuroimage 21: 1790 – 1797. Retrouvez cet article en ligne
Stoeckel LE, RE Weller, Cook EW III, Twieg DB, Knowlton RC, et al. (2008) Activation généralisée du système de récompense chez les femmes obèses en réponse à des images d'aliments riches en calories. NeuroImage 41: 636 – 647. Retrouvez cet article en ligne
Wang GJ, ND Volkow, Logan J, NR Pappas, CT Wong, et al. (2001) dopamine cérébrale et obésité. Lancet 357: 354 – 357. Retrouvez cet article en ligne
Petit DM, Jones-Gotman M, Dagher A (2003) La libération de dopamine induite par l'alimentation dans le striatum dorsal est en corrélation avec les indices de plaisir du repas chez des volontaires sains. NeuroImage 19: 1709 – 1715. Retrouvez cet article en ligne
Kelley AE, Berridge KC (2002) La neuroscience des récompenses naturelles: pertinence par rapport aux drogues addictives. Journal of Neuroscience 22: 3306 – 3311. Retrouvez cet article en ligne
ND de Volkow, Wang GJ, Fowler JS, Telang F (2008) Chevauchement des circuits neuronaux dans la dépendance et l’obésité: preuve de la pathologie des systèmes. Transactions philosophiques de la Société royale B-Sciences biologiques 363: 3191 – 3200. Retrouvez cet article en ligne
Cornell CE, Rodin J, Weingarten H (1989) Mange induit par le stimulus quand il est rassasié. Physiol Behav 45: Retrouvez cet article en ligne
Koob GF, ND de Volkow (2010) Neurocircuitry of Addiction. Neuropsychopharmacologie 35: 217 – 238. Retrouvez cet article en ligne
ND de Volkow, Wang GJ, F de Telang, JS de Fowler, PK de Thanos, et al. (2008) Les récepteurs D2 striataux à faible taux de dopamine sont associés au métabolisme préfrontal chez les sujets obèses: facteurs contributifs possibles. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Retrouvez cet article en ligne
Verdejo-Garcia A, Bechara A (2009) Une théorie du marqueur somatique de la dépendance. Neuropharmacologie 56: 48 – 62. Retrouvez cet article en ligne
Y Rothemund, C Preuschhof, G Bohner, HC Bauknecht, R Klingebiel, et al. (2007) Activation différentielle du striatum dorsal par des stimuli visuels alimentaires hypercaloriques chez les personnes obèses. NeuroImage 37: 410 – 421. Retrouvez cet article en ligne
Franken IHA, Muris P (2005) Les différences individuelles en termes de sensibilité aux récompenses sont liées à l’envie de manger et au poids corporel relatif de femmes en bonne santé. Appetite 45: 198 – 201. Retrouvez cet article en ligne
Beaver JB, Lawrence, AD, van Ditzhuijzen, Davis, MH, Woods A, et al. (2006) Les différences individuelles dans le lecteur de récompense prédisent les réponses neuronales aux images de nourriture. Journal of Neuroscience 26: 5160 – 5166. Retrouvez cet article en ligne
Passamonti L, Rowe JB, Schwarzbauer C, MP Ewbank, von Dem Hagen E., et al. (2009) La personnalité prédit la réponse du cerveau à la visualisation d'aliments appétissants: la base neurale d'un facteur de risque de suralimentation. J Neurosci 29: 43–51. Retrouvez cet article en ligne
Dagher A (2009) La neurobiologie de l'appétit: la faim comme dépendance. Journal international de l'obésité 33: S30 – S33. Retrouvez cet article en ligne
Berridge KC, Ho CY, Richard JM, DiFeliceantonio AG (2010) Le cerveau tenté mange: circuits du plaisir et du désir dans l'obésité et les troubles de l'alimentation. Recherche sur le cerveau 1350: 43 – 64. Retrouvez cet article en ligne
Stoeckel LE, Kim J, RE Weller, JE Cox, Cook EW III, et al. (2009) Connectivité efficace d'un réseau de récompenses chez les femmes obèses. Bulletin de recherche sur le cerveau 79: 388 – 395. Retrouvez cet article en ligne
Sokoloff L (1999) Énergétique de l'activation fonctionnelle dans les tissus neuraux. Recherche neurochimique 24: 321 – 329. Retrouvez cet article en ligne
DeFronzo RA, Tobin JD, Andres R (1979) Technique du clamp de glucose: méthode de quantification de la sécrétion et de la résistance à l’insuline. AmJPhysiol 237: E214 – E223. Retrouvez cet article en ligne
Bradley MM, Lang PJ (1994) Mesurer l'émotion - Le mannequin d'auto-évaluation et le différentiel sémantique. Journal de thérapie comportementale et psychiatrie expérimentale 25: 49-59. Retrouvez cet article en ligne
Kaisti KK, JW Langsjo, S. Aalto, Oikonen V, H. Sipila et al. (2003) Effets du sévoflurane, du propofol et de l’oxyde nitreux en complément sur le débit sanguin cérébral régional, la consommation d’oxygène et le volume sanguin chez l’homme. Anesthésiologie 99: 603 – 613. Retrouvez cet article en ligne
Kaisti KK, Metsahonkala, L, Teras, Oikonen, V, Aalto, et al. (2002) Effets des niveaux chirurgicaux d'anesthésie au propofol et au sévoflurane sur le débit sanguin cérébral chez des sujets en bonne santé étudiés par tomographie par émission de positrons. Anesthésiologie 96: 1358 – 1370. Retrouvez cet article en ligne
Hamacher K, Coenen HH et Stocklin G (1986) Synthèse stéréospécifique efficace du désoxy-D-glucose 2- [F-18] -Fluoro-2-ajouté en utilisant un substitut nucléophile soutenu par un aminopolyéther. Journal de médecine nucléaire 27: 235 – 238. Retrouvez cet article en ligne
Graham MM, Muzi M, Spence AM, O'Sullivan F, Lewellen TK, et al. (2002) Le FDG est une constante dans le cerveau humain normal. Journal de médecine nucléaire 43: 1157 – 1166. Retrouvez cet article en ligne
JUS Maldjian, PJ Laurienti, RA Kraft et Burdette JH (2003) Méthode automatisée pour l'interrogation d'atlas neuroanatomiques et cytoarchitectoniques d'ensembles de données IRMf. Neuroimage 19: 1233 – 1239. Retrouvez cet article en ligne
Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, Crivello F, Etard O, et al. (2002) Marquage anatomique automatisé des activations dans SPM à l'aide d'une parcellation anatomique macroscopique du cerveau d'un seul sujet de MNI IRM. Neuroimage 15: 273 – 289. Retrouvez cet article en ligne
Amaro E, Barker GJ (2006) Conception de l'étude en IRM: principes de base. Cerveau et cognition 60: 220 – 232. Retrouvez cet article en ligne
Friston KJ, Buechel C, Fink GR, Morris J, Rolls E, et al. (1997) Interactions psychophysiologiques et modulatrices en neuroimagerie. NeuroImage 6: 218 – 229. Retrouvez cet article en ligne
Passamonti L, Rowe JB, Ewbank M, Hampshire A, Keane J, et al. (2008) La connectivité du cingulaire antérieur ventral à l'amygdale est modulée par la motivation appétitive en réponse aux signaux d'agression du visage. NeuroImage 43: 562 – 570. Retrouvez cet article en ligne
Kriegeskorte N, W Simmons, PSF Bellgowan, Baker CI (2009) Analyse circulaire en neuroscience des systèmes: les dangers du double pendage. Nature Neuroscience 12: 535 – 540. Retrouvez cet article en ligne
Gitelman DR, Penny WD, J Ashburner, Friston KJ (2003) Modélisation des interactions régionales et psychophysiologiques en IRMf: l'importance de la déconvolution hémodynamique. NeuroImage 19: 200 – 207. Retrouvez cet article en ligne
ND de Volkow, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM (2004) Dopamine dans l’abus de drogues et la toxicomanie: résultats d’études par imagerie et conséquences pour le traitement. Psychiatrie moléculaire 9: 557 – 569. Retrouvez cet article en ligne
Haltia LT, Savontaus E, Vahlberg T, Rinne JO, Kaasinen V (2010) Changements hormonaux aigus suite à une provocation intraveineuse de glucose chez des sujets humains maigres et obèses. Journal scandinave d'investigation clinique et de laboratoire 70: 275–280. Retrouvez cet article en ligne
Haltia LT, JO Rinne, Merisaari H., RP Maguire, E. Savontaus, et al. (2007) Effets du glucose par voie intraveineuse sur la fonction dopaminergique dans le cerveau humain in vivo. Synapse 61: 748 – 756. Retrouvez cet article en ligne
ND de Volkow, Wang GJ, F de Telang, JS de Fowler, PK de Thanos, et al. (2008) Les récepteurs D2 striataux à faible taux de dopamine sont associés au métabolisme préfrontal chez les sujets obèses: facteurs contributifs possibles. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Retrouvez cet article en ligne
Ambroggi F, Ishikawa A, champs HL, Nicola SM (2008) Les neurones de l'amygdale basolatérale facilitent le comportement de recherche de récompense en excitant les neurones du noyau accumbens. Neuron 59: 648 – 661. Retrouvez cet article en ligne
ND de Volkow, Wang GJ, Fowler JS, Logan J, Jayne M, et al. (2002) Chez l’homme, la motivation alimentaire «non hédonique» implique la dopamine dans le striatum dorsal et le méthylphénidate amplifie cet effet. Synapse 44: 175 – 180. Retrouvez cet article en ligne
Petit DM, RJ Zatorre, Dagher A, Evans Evans, Jones-Gotman M (2001) Modifications de l'activité cérébrale liées à la consommation de chocolat - Du plaisir à l'aversion. Brain 124: 1720–1733. Retrouvez cet article en ligne
O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, et al. (2004) Rôles dissociables du striatum ventral et dorsal dans le conditionnement instrumental. Science 304: 452 – 454. Retrouvez cet article en ligne
Balleine BW, MR Delgado, Hikosaka O (2007) Le rôle du striatum dorsal dans la récompense et la prise de décision. Journal of Neuroscience 27: 8161 – 8165. Retrouvez cet article en ligne
Russchen FT, Bakst I, DG Amaral, Price JL (1985) Les projections amygdalostriatales chez le singe - une étude de traçage antérograde. Brain Research 329: 241–257. Retrouvez cet article en ligne
Friedman DP, JP Aggleton, RC Saunders (2002) Comparaison des projections de l'hippocampe, de l'amygdale et du périrhinal avec le noyau accumbens: étude de traçage antérograde et rétrograde combinée dans le cerveau de macaque. Journal de neurologie comparée 450: 345 – 365. Retrouvez cet article en ligne
Will MJ, Franzblau EB, Kelley AE (2004) L'amygdale est essentielle à la consommation excessive de graisse par les opioïdes. NeuroReport 15: 1857 – 1860. Retrouvez cet article en ligne
Baldo BA, KM Alsene, Negron A, Kelley AE (2005) Hyperphagie induite par l’inhibition de la coque du noyau accumbens induite par le récepteur GABAA: Dépendance à la sortie neurale intacte de la région amygdaloïde centrale. Neuroscience du comportement 119: 1195 – 1206. Retrouvez cet article en ligne
Naqvi NH, Bechara A (2009) L'île cachée de la dépendance: l'insula. Tendances en neurosciences 32: 56 – 67. Retrouvez cet article en ligne
Baicy K, Londres ED, Monterosso J, ML Wong, Delibasi T, et al. (2007) Le remplacement de la leptine modifie la réponse du cerveau aux signaux alimentaires chez les adultes génétiquement déficients en leptine. Actes de l'Académie nationale des sciences 104: 18276 – 18279. Retrouvez cet article en ligne
Rosenbaum M, Sy M, Pavlovich K, Leibel RL, Hirsch J (2008) La leptine inverse les modifications induites par la perte de poids dans les réponses de l'activité neuronale régionale aux stimuli visuels alimentaires. Le journal d'investigation clinique 118: 2583 – 2591. Retrouvez cet article en ligne
Cornier MA, Salzberg AK, DC enfin, Bessesen DH, Rojas DC, et al. (2009) Les effets de la suralimentation sur la réponse neuronale aux signaux visuels vis-à-vis des aliments chez les personnes minces et à obèses réduites. PLoS ONE 4: e6310. Retrouvez cet article en ligne
Stice E, Spoor S, Bohon C, MG Veldhuizen, Petit DM (2008) Relation entre récompense entre ingestion alimentaire et ingestion alimentaire anticipée et obésité: étude d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Journal of Anormal Psychology (Journal de la psychologie anormale) 117: 924 – 935. Retrouvez cet article en ligne
Lemmens SG, Rutters F, né JM, MS Westerterp-Plantenga (sous presse) Le stress augmente le «manque» de nourriture et l'apport énergétique chez les sujets en surpoids viscéral en l'absence de faim. Physiologie et comportement sous presse, preuve corrigée.
Nathan PJ, Bullmore ET (2009) De l'hédonisme du goût à la motivation: récepteurs centraux opioïdes et comportement alimentaire. Journal international de neuropsychopharmacologie 12: 995 – 1008. Retrouvez cet article en ligne
;
