Différences individuelles dans l’activité de Nucleus Accumbens en ce qui concerne l’alimentation et les images sexuelles prédisent le gain de poids et le comportement sexuel (2012)

J Neurosci. Manuscrit de l'auteur; disponible dans PMC Oct 18, 2012.

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PMCID: PMC3377379

NIHMSID: NIHMS370916

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Abstract

Les échecs de l'autorégulation sont fréquents et sont à l'origine de la plupart des problèmes les plus épineux auxquels la société contemporaine est confrontée, allant des excès alimentaires à l'obésité en passant par le comportement sexuel impulsif et le VIH / sida. L'une des raisons pour lesquelles les gens peuvent être enclins à adopter des comportements indésirables est leur sensibilité accrue aux signaux liés à ces comportements. les gens peuvent trop manger en raison de leur hyperréactivité aux signaux alimentaires, les toxicomanes peuvent rechuter après avoir été exposés à la drogue de leur choix, et certaines personnes peuvent avoir une activité sexuelle impulsive car elles sont facilement excitées par des stimuli érotiques. Une question ouverte est de savoir dans quelle mesure les différences individuelles de réactivité des signaux neuronaux sont liées aux résultats comportementaux réels. Nous montrons ici que les différences individuelles d'activité cérébrale liée à la récompense humaine dans le noyau accumbens à la nourriture et les images sexuelles prédisent un gain de poids et une activité sexuelle ultérieurs six mois plus tard. Ces résultats suggèrent qu'une sensibilité accrue de la récompense dans le cerveau aux signaux alimentaires et sexuels est associée à la complaisance de manger avec excès et d'activité sexuelle, respectivement, et fournit la preuve d'un mécanisme neuronal commun associé aux comportements d'appétit.

Bien que les humains aient une capacité impressionnante d’autorégulation, les échecs sont fréquents et conduisent à de nombreux problèmes de santé évitables, allant des excès alimentaires à l’obésité, en passant par le comportement sexuel impulsif et le VIH / sida. Une des raisons pour lesquelles les gens peuvent avoir de tels comportements est due à une sensibilité accrue aux signaux environnementaux (Heatherton, 2011). Des études de neuroimagerie évaluant la réactivité aux signaux appétitifs ont systématiquement observé l’activation des circuits de récompense humaine, y compris le striatum ventral et l’amygdale (Passamonti et al., 2009; Demos et al., 2010). Par exemple, les femmes obèses manifestent une plus grande activité dans le noyau accumbens (NAcc) en réponse à des aliments hypercaloriques que les sujets de contrôle du poids santé (Stoeckel et al., 2008). Les femmes atteintes de boulimie mentale manifestent également une activité de récompense du cerveau accrue lorsqu’elles observent les signaux de nourriture (Brooks et al., 2011). De même, des indices d’attractivité physique activent le cancer chez l'homme et la femme (Cloutier et al., 2008), de même que l'exposition à des images érotiques (Hamann et al., 2004).

La réactivité neuronale et physiologique aux signaux de drogue prédit d’importants résultats comportementaux, tels que l’arrêt du tabac (Janes et al., 2010) et la cocaïne rechute (Back et al., 2010). Une telle réactivité permet-elle de prévoir les résultats à long terme des comportements non liés à la drogue? Une question ouverte est de savoir si les différences individuelles d'activité cérébrale, en particulier dans les régions associées à la motivation à la récompense, sont associées à une prédisposition accrue à l'indulgence et permettent ainsi de prévoir le gain de poids futur et / ou la promiscuité sexuelle. Nous avons émis l’hypothèse que les différences individuelles dans l’activité des NACC en réponse à la visualisation d’aliments et de scènes sexuelles permettraient de prévoir le gain de poids et le comportement sexuel futurs.

Une cohorte d'étudiantes de première année (N = 58) a été scannée peu après son arrivée sur le campus à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) tout en visionnant des images d'animaux, des scènes environnementales, des aliments appétissants et des personnes (Figure 1). Certaines des images de personnes représentaient des personnes dans des scènes sexuelles ou en train de consommer de l'alcool. Les instructions de tâche visaient simplement à indiquer si une personne était présente dans l'image. Avant la numérisation, les participants ont été pesés sous l’apparence que c’était une étape nécessaire de la procédure de numérisation. En tant que tels, les participants étaient naïfs par rapport aux objectifs de l'étude. Six mois plus tard, les participants 48 sont retournés au laboratoire où ils ont de nouveau été pesés et ont rempli des questionnaires évaluant leur comportement sexuel. On a émis l’hypothèse que l’activité dans le CNRC refléterait les différences individuelles dans les comportements d’appétit (par exemple, manger et avoir des relations sexuelles).

Figure 1 

Représentation du paradigme cue-réactivité. Quatre-vingt images de chaque catégorie (animaux, nourriture, scènes sexuelles, scènes environnementales, personnes en général et personnes buvant de l’alcool [non présentées ici]) ont été affichées une à la fois pendant des secondes 2, suivies d’un bref ...

Méthodologie

Sujets

Cinquante-huit étudiantes de langue maternelle anglaise de première année au Dartmouth College ont participé à cette expérience. Parmi les 58, 48 est revenu six mois plus tard pour une session comportementale de suivi; ainsi, seuls les participants à 10 ont été perdus de vue (c’est-à-dire qu’ils n’ont pas répondu aux demandes de retour) à six mois. Les participants avaient entre 18 et 19 (âge moyen = années 18). Aucun sujet n'a rapporté d'anomalies neurologiques et tous avaient une acuité visuelle normale ou corrigée. Chaque sujet a donné son consentement éclairé conformément aux directives du Comité pour la protection des sujets humains du Dartmouth College et a reçu une compensation monétaire pour sa participation à cette étude.

Appareil

L'imagerie a été réalisée sur un scanner Philips Intera Achieva 3-Tesla (Phillips Medical Systems, Bothell, WA) avec une bobine de tête SENSE (SENSEitivity Encoding). Au cours de la numérisation, des stimuli visuels ont été générés avec un ordinateur portable Apple MacBook Pro exécutant le logiciel SuperLab 4.0 (Cedrus Corporation, San Pedro, CA). Un projecteur LCD Epson (modèle ELP-7000) a été utilisé pour afficher des stimuli sur un écran placé à la tête du trou du scanner, les sujets étant visionnés à travers un miroir monté au-dessus de la bobine de tête. Une presse à touches sensible à la lumière et à fibres optiques s'interfaçant avec la boîte de Cedrus Lumina enregistrait les réponses des sujets. Des coussins ont été placés autour de la tête pour minimiser les mouvements lors de la numérisation et améliorer le confort.

Imagerie

Les images anatomiques ont été acquises à l'aide d'une séquence d'écho à gradient rapide haute résolution préparée par aimantation 3-D (MPRAGE; tranches sagittales 60, TE = 4.6 ms, TR = 9.9 ms, angle d'inversion = 8 °, taille de voxel = 1 × 1 × 1 mm). Les images fonctionnelles ont été collectées à l'aide d'écho de champ rapide T2 *, d'images fonctionnelles planaires (EPI) sensibles au contraste BOLD (TR = 2500 ms, TE = 35 ms, angle de retournement = 90 °, 3 × 3 mm, résolution dans le plan, facteur de détection de 2). Un balayage fonctionnel a été effectué en cinq analyses et lors de chaque analyse, des images axiales 144 (coupes 36, épaisseur des coupes 3.5, saut 0.5 entre les coupes) ont été acquises, permettant une couverture complète du cerveau.

Procédure

Temps 1

Les participants (n = 58) devaient suivre une session IRMf dans le premier mois suivant leur arrivée sur le campus. Les participants ont été priés de s'abstenir de manger, de consommer de l'alcool ou de la caféine et de ne pas fumer pendant deux heures avant leur séance d'IRMf. Immédiatement avant l'analyse, chaque sujet était invité à répondre à une série de questions pour évaluer son état actuel, dans lequel il répertoriait la consommation d'aliments et de boissons, son niveau d'activité et son niveau de faim actuel.

De manière critique, en plus de l’auto-évaluation de leur poids par les participants (une procédure standard pour l’analyse IRMf), ces participants ont également été pesés et mesurés à l’aide d’une balance Detecto Physician calibrée (Société Cardinal Scale Manufacturing Company, Webb City, MO) immédiatement avant l’analyse. Afin d’expliquer la nécessité d’obtenir ces données anthropométriques, les participants ont été informés de l’importance d’une lecture précise des mesures corporelles pour l’analyse IRMf. Ces mesures ont été utilisées pour calculer l’indice de masse corporelle (IMC: [poids en kg] / [hauteur en m]2) et servir d’évaluation de base (Time 1) de l’IMC à utiliser par rapport à ceux obtenus avec Time 2 (six mois plus tard).

Les sujets ont ensuite été scannés selon un paradigme événementiel lié à la réactivité, tout en visionnant des images d'animaux (80), de nourriture (80), de personnes buvant de l'alcool (80), de personnes en scènes sexuelles (80), de personnes (non sexuelles / non sexuelles). boire) (80) et les scènes environnementales (80) (Figure 1). Les images ont été compilées à partir d'Internet, ainsi que du système international d'images affectives (IAPS, Lang Bradley et Cuthbert 1997) et redimensionnées à l'aide d'Adobe Photoshop.® 7.0 (San Jose, CA) doit être 480 par pixels 360. Lors de la numérisation, les sujets devaient simplement déterminer si chaque image contenait ou non une personne et utiliser les touches du clavier pour donner leurs réponses (réponse gaucher pour «non-personne»; réponse droitier pour «personne»). Le but de cette tâche était d'assurer l'attention des sujets sur les images. Chaque image a été présentée pendant 2000 ms suivie d'un réticule (500ms) et s'est mélangée de façon aléatoire dans l'essai avec des périodes de fixation instables (0 –10,000 ms; intervalle moyen entre essais [ITI] = 5,000 ms).

Time 2 (suivi de six mois)

Environ 6 mois après le temps 1, les mêmes 58 participants ont été contactés et invités à retourner au laboratoire pour une session de suivi comportemental. Au total, 48 participants sont revenus pour participer à cette session. Le temps moyen entre les séances était de 180.5 jours (entre 160 jours et 200 jours). Au cours de cette session, l'inventaire d'orientation socio-sexuelle (Simpson & Gangested, 1991) et l'inventaire du désir sexuel (SDI) (Spector, Carey et Steinberg, 1996) ont été administrés. Une fois les questionnaires remplis, les participants ont été à nouveau pesés et mesurés sur la même balance médicale étalonnée que celle utilisée par Time 1.

Analyses de données IRMf

Les données IRMf ont été analysées à l'aide du logiciel Statistical Parametric Mapping (SPM2, Département de neurologie cognitive de Wellcome, Londres, Royaume-Uni) (Friston et al., 1995). Pour chaque exécution fonctionnelle, les données ont été prétraitées afin d'éliminer les sources de bruit et les artefacts. Les données fonctionnelles ont été réalignées au sein et entre les séries pour corriger le mouvement de la tête, co-enregistrées avec les données anatomiques de chaque participant et transformées en un espace anatomique standard (voxels isotropes 3-mm) basé sur le modèle cérébral ICBM 152 (Institut neurologique de Montréal). Les données normalisées ont ensuite été lissées spatialement (largeur totale 6-mm à mi-hauteur [FWHM]) à l’aide d’un noyau gaussien, puis analysées à l’échelle mondiale pour permettre des comparaisons entre groupes. Les analyses de données IRMf ont inclus: la formation d’images de contraste statistique, l’analyse régionale des réponses hémodynamiques une région d'intérêt anatomiquement définie (ROI) pour le noyau accumbens et une analyse de régression exploratoire du cerveau entier.

Images statistiques

Pour chaque participant, un modèle linéaire général incorporant des effets de tâche (modélisé comme une fonction liée à un événement et une fonction de réponse hémodynamique canonique), une moyenne et une tendance linéaire ont été utilisés pour calculer des images de contraste t (estimations de paramètres pondérés) pour chaque effet. comparaison à chaque voxel. Ces images de contraste individuelles ont ensuite été soumises à une analyse à effets aléatoires de second niveau afin de créer des images t moyennes (seuillées à p = 0.001, non corrigées).

Analyses de région d'intérêt (ROI)

Cette étude visait à examiner les différences individuelles dans le traitement des récompenses lors de la visualisation simple de stimuli alimentaires et de scènes sexuelles. Afin d’explorer spécifiquement l’implication du noyau accumbens (NAcc), plaque tournante du système de récompense dopaminergique systématiquement identifié dans les études de récompense, de dépendance et de motivation chez l’homme et l’animal, des ROI ont été créés sur la base de coordonnées anatomiques définies dans une enquête stéréotaxique du sujet humain. NAcc (Neto et al., 2008). Les ROI sphériques de 6mm ont été construites centrées sur les coordonnées de l'INM x = −9, y = 6, z = −4 (NAcc à gauche) ainsi que x = 9, y = 6, z = −4 (z NAcc). Les intensités de signal (valeurs bêta) pour cette ROI ont ensuite été calculées séparément pour chaque condition par rapport à la valeur de base de la fixation et la relation entre l'activité dans cette zone et les mesures comportementales a été examinée statistiquement.

Analyses exploratoires de régression sur l'ensemble du cerveau. Bien que les principales analyses rapportées ici reposent sur un a priori région d'intérêt définie centrée sur le NAcc, pour identifier des activations supplémentaires qui ont montré une relation entre le comportement appétitif et l'activité cérébrale, nous avons effectué des analyses de régression exploratoires supplémentaires du cerveau entier. Pour identifier les régions associées au changement de poids, le changement d'IMC pour chaque sujet a été entré dans une analyse de régression du cerveau entier examinant la réponse neuronale aux images alimentaires (nourriture> ligne de base). De même, pour identifier les régions dont l'activité en réponse à des scènes sexuelles était associée au comportement sexuel, les scores SDI (dyadique et solitaire) pour chaque sujet ont été saisis dans une analyse de régression du cerveau entier examinant la réponse neurale aux images alimentaires (scènes sexuelles> ligne de base) .

Résultats

Prévoir le changement de poids

Les régions d’intérêt anatomiques (ROI) ont été sélectionnées pour les NAcc gauche et droit en fonction de coordonnées stéréotaxiques (x, y, z = +/− 9, 6, −4) (Figure 2a). L'activité en réponse à la visualisation des images d'aliments (pendant la numérisation; temps 1) a ensuite été utilisée pour prédire le changement de poids environ six mois plus tard (temps 2; calculé comme l'indice de masse corporelle [IMC] au temps 2 - IMC au temps 1). Les résultats ont révélé que l'activité dans le NAcc gauche était en corrélation positive avec le changement de l'IMC, de sorte qu'une plus grande activité prédisait un gain de poids ultérieur (r = 0.37, p <0.05; Figure 2b). Surtout, cette relation était unique aux images culinaires. L'activité NAcc en réponse aux images non alimentaires n'a pas prédit la prise de poids (animaux: r = −0.07; personnes: r = −0.17; scènes de beuverie: r = 0.01; scènes sexuelles: r = −0.26; scènes environnementales: −0.03 ). Lorsqu'elle est comparée directement (en utilisant des formules standard pour comparer les valeurs r à l'aide de la transformation Fishers r en z), la corrélation entre la réactivité des signaux alimentaires et le changement de l'IMC diffère de la corrélation pour les images non alimentaires (p <0.01).

Figure 2 

Noyau accumbens activité à la nourriture et des images sexuelles prédit respectivement le gain de poids et le désir sexuel. (A) Le retour sur investissement anatomique du NAcc gauche avec les coordonnées centrales de Talairach (x, y, z) −9, 6, −4 est affiché sur une tranche de cerveau coronale. ...

La relation entre l'activité NAcc gauche et le changement de poids était également évidente dans les analyses de régression du cerveau entier. Les résultats des analyses de régression du cerveau entier ont révélé que l'activité dans le noyau gauche accumbens (lNAcc; -9 9 -3) était la seule région à montrer une corrélation significative avec l'IMC à ce seuil. En utilisant un seuil statistique plus clément (p <0.005), des corrélations positives supplémentaires ont été observées dans le cingulaire antérieur (BA 32: 6 50 0) et le gyrus temporal inférieur (BA 20; 36-5-33).

Prédire le comportement sexuel

Tout comme on a étudié les images de réactivité aux aliments comme prédicteurs potentiels de la prise de poids, on a utilisé la réactivité de images aux images sexuelles pour prédire le désir sexuel (indexé par l’Inventaire du désir sexuel: désir sexuel solitaire (SDI-SSD), qui mesure se comporter sexuellement par soi-même et le désir sexuel dyadique (SDI-DSD), qui mesure l’intérêt de se comporter sexuellement avec un partenaire) (Spector et al., 1996). L'activité NAcc gauche en réponse à la visualisation de scènes sexuelles était positivement corrélée avec le désir sexuel solitaire (r = 0.36, p = 0.01) et le désir sexuel dyadique (r = 0.39, p <0.01; Figure 2c). Alors que la relation entre le gain de poids et l'activité NAcc était propre aux images alimentaires, la relation entre le désir sexuel et l'activité NAcc était unique aux images sexuelles. Aucune des autres catégories d'images ne prédisait le désir sexuel (tous les r <± 0.20), et la corrélation entre la réactivité au signal pour les scènes sexuelles et les scores SDI différait des corrélations d'images non sexuelles (p <0.05).

Les résultats de l'analyse exploratoire du cerveau entier ont révélé des corrélations positives supplémentaires entre la réactivité des signaux aux scènes sexuelles et les mesures du désir sexuel solitaire et dyadique (seuil à p <0.001, taille de cluster minimum = 5 voxels) dans une région du cortex orbitofrontal (BA 10: 15 58 0) gyrus temporal moyen droit (BA 20: 39 2 - 20) et gyrus parahippocampique gauche (- 21 - 27 - 16).

Bien que l'on s'attend à ce que le nombre de partenaires sexuels déclarés par les participants soit utilisé comme une variable continue, 26 des 48 participants de retour ont déclaré n'avoir aucun partenaire sexuel. Ainsi, étant donné que plus de la moitié des participants n'ont déclaré aucune activité sexuelle au cours de l'année, le comportement sexuel a été traité comme une variable discrète (individus ayant eu des relations sexuelles au cours de l'année [N = 22] par rapport à ceux qui n'en avaient pas [N = 26]). L'activité dans le NAcc gauche lors de la visualisation d'images sexuelles était plus importante chez les individus qui ont déclaré une activité sexuelle avec au moins un partenaire (t [46] = 6.30, p <0.0001) L'activité NAcc gauche ne différait pas entre les groupes pour aucun des autres indices d'image ( tous les P> 14).

a lieu

La présente étude démontre que l'activité de récompense en réponse à des signaux appétitifs prédit des résultats comportementaux à long terme et consécutifs. Selon des études menées chez l'homme et chez l'animal, l'exposition à des signaux appétitifs augmente la probabilité qu'une substance désirée soit consommée ou qu'un comportement soit adopté (Stewart et al., 1984; Drummond et al., 1990; Jansen, 1998). Travaux récents de Kober et al (2010) ont révélé que les stratégies cognitives visant à réduire les fringales de cigarettes et de nourriture s'accompagnaient d'une activité réduite dans le striatum ventral. Martin et Delgado (2011) démontré des réductions d'activité striatale similaires lors de décisions monétaires réglées avec succès, suggérant peut-être qu'une autorégulation active pourrait être associée à une sensibilité réduite aux récompenses (Kober et al., 2010; Martin et Delgado, 2011). Des études d'imagerie suggèrent que l'autorégulation implique un équilibre entre les régions cérébrales sous-corticales représentant la récompense, la saillance et la valeur émotionnelle d'un stimulus et les régions fronto-pariétales associées au contrôle exécutif (Wagner et Heatherton, 2011), en particulier le cortex préfrontal dorsolatéral (Hare, Camerer et Rangel, 2009; Staudinger, Erk et Walter, 2011). Collectivement, ces résultats suggèrent un modèle général d'activité de cerveau lié à la récompense, selon lequel une activité accrue dans le noyau accumbens peut être utilisée comme indicateur indirect de comportements d'appétit futurs, la réduction de tels comportements pouvant impliquer des systèmes cognitifs d'ordre supérieur. De plus, il est prouvé que les variations génétiques peuvent affecter différemment le rapport entre l’activité de récompense et le poids (Stice et al., 2010).

Il semble probable que le stress associé à la première année d'université pourrait être un facteur contribuant aux changements de comportement. Les recherches sur des animaux non humains indiquent que le stress affaiblit le contrôle préfrontal sur le comportement (Arnsten, 2009) tout en sensibilisant les systèmes de récompense aux stimuli biologiquement saillants (Piazza et Le Moal, 1996). Ainsi, le stress peut perturber les efforts d'autorégulation car il est associé à un contrôle descendant réduit du cortex préfrontal en conjonction avec des réponses hédoniques accrues aux stimuli appétitifs (Heatherton et Wagner, 2011). Par exemple, de nombreuses recherches démontrent que le stress et d’autres types d’effets négatifs entraînent une augmentation de l’alimentation, en particulier chez ceux qui tentent de contrôler leur poids (Heatherton et Baumeister, 1991). D'autres facteurs, tels que des exercices moins fréquents, le fait de ne pas être influencé par les parents, des changements dans la routine quotidienne du sommeil et leurs conséquences hormonales peuvent tous contribuer au gain de poids et aux changements de comportement sexuel observés chez les étudiants. Des recherches futures sont nécessaires pour démêler ces mécanismes présumés.

Comme indiqué précédemment, l'exposition aux signaux augmente l'activité dans les régions de récompense du cerveau, mais elle produit également une activité spontanée dans le réseau d'observation d'action, par exemple lorsque les fumeurs s'engagent spontanément dans des zones du cerveau représentant une action en regardant d'autres personnes en train de fumer (Wagner et al., 2011). Selon les recherches contemporaines sur la cognition sociale, l'exposition à des signaux appétitifs prime le comportement en dehors des intentions ou de la conscience des gens (Bargh et Morsella, 2008). Le mécanisme présumé pour l’amorçage comportemental est que l’exposition aux signaux active les représentations mentales qui conduisent à la poursuite inconsciente de l’objectif, ce qui produit finalement les mêmes résultats que la poursuite consciente d’objectifs (Dijksterhuis et al., 2007). En effet, même si les gens sont conscients d’être exposés à des signaux appétitifs, ils peuvent ne pas être conscients de l’effet de ces signaux sur leur comportement (Stacy et Wiers, 2010). De ce point de vue, l'exposition à la nourriture ou aux images sexuelles active les représentations mentales de leurs comportements et les objectifs inconscients de s'engager dans ces comportements.

Les recherches actuelles impliquent qu'il existe des différences individuelles dans la mesure dans laquelle l'exposition aux signaux prime le comportement, de sorte que certains individus montrent une activité de récompense plus robuste pour les signaux appétitifs, ce qui, à son tour, peut produire un plus grand amorçage comportemental. Il est important de noter que la réactivité de repérage dans la présente étude montre une spécificité matérielle, de sorte que ceux qui ont montré une activité de récompense accrue vis-à-vis des images de nourriture ont pris du poids mais ne se sont pas engagés davantage dans un comportement sexuel, et inversement. Comprendre comment les différences individuelles dans la réactivité aux récompenses amorce des actions spécifiques ayant des résultats comportementaux mesurables à long terme peut aider à développer des stratégies plus efficaces pour prévenir les échecs de l'autorégulation, tels que la suralimentation ou la participation à des activités sexuelles à risque. Cette recherche montre que les différences individuelles en termes de sensibilité des signaux sélectifs aux signaux appétitifs ont des conséquences à long terme importantes.

Remerciements

Nous remercions Cary Savage, Paul Whalen, Courtney Rogers, Tammy Moran, Leah Somerville, Kristina Caudle et Dylan Wagner de leur aide dans le cadre de ce projet. Ce travail a été soutenu par l'Institut national de lutte contre l'abus des drogues (DA022582).

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