Observacións: o estudo revela tanto a sensibilización como a hipofrontalidade en individuos obesos. Ambos son as marcas dos cambios cerebrais relacionados coa adicción.
O metabolismo da glicosa do núcleo caudado no cerebro medio (A) foi significativamente maior en individuos obesos versus delgados (B).
Na maioría dos países occidentais, o aumento anual da prevalencia e a gravidade da obesidade é actualmente substancial. Aínda que a obesidade normalmente resulta simplemente por un consumo excesivo de enerxía, actualmente non está claro por que algunhas persoas son propensas a comer de máis e gañar peso.
Debido a que o sistema nervioso central está íntimamente implicado no procesado dos sinais de fame e no control da inxestión de alimentos, é posible que a causa do aumento de peso e da obesidade poida estar no cerebro.
Os investigadores da Universidade de Turku e da Universidade de Aalto agora atoparon novas probas sobre o papel do cerebro na obesidade. Os investigadores mediron o funcionamento circuítos cerebrais implicados con múltiples métodos de imaxe cerebral.
Os resultados revelaron que en individuos obesos versus magros, o metabolismo da glicosa no cerebro foi significativamente maior nas rexións estriais do cerebro, que están implicadas no procesamento de recompensas. Ademais, o sistema de recompensa do individuo obeso respondeu con máis forza ás imaxes dos alimentos, mentres que as respostas nas rexións corticais frontais implicadas no control cognitivo minguáronse.
"Os resultados suxiren que os cerebros dos individuos obesos poderían xerar sinais constantemente que fomenten a alimentación aínda que o corpo non necesite unha absorción de enerxía adicional", Di o profesor adxunto Lauri Nummenmaa da Universidade de Turku.
"Os resultados destacan o papel do cerebro na obesidade e na ganancia de peso. Os resultados teñen importantes implicacións nos modelos actuais de obesidade, pero tamén no desenvolvemento de tratamentos farmacolóxicos e psicolóxicos da obesidade ", di Nummenmaa.
Os participantes eran individuos obesos mórbidos e controis sans e saudables. O seu cerebro metabolismo da glicosa foi medido con positrón Tomografía de emisión durante as condicións en que o corpo estaba saciado en termos de sinalización de insulina. Respostas do cerebro medíronse con imaxes de alimentos resonancia magnética funcional.
A investigación está financiada pola Academia de Finlandia, o Hospital Universitario Turku, a Universidade de Turku, a Universidade Åbo Akademi ea Universidade de Aalto.
Os resultados publicáronse en xaneiro de 27th, 2012 na revista científica PLoS ONE.
O ESTUDIO: o estriado dorsal ea súa conectividade límbida median o procesamento anormal de recompensas anticipadoras na obesidade
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
Abstracto
A obesidade caracterízase por un desequilibrio nos circuítos cerebrais que promove a procura de recompensas e os que rexen o control cognitivo. Aquí amosamos que o núcleo caudado dorsal e as súas conexións coa amígdala, a insula e a cortiza prefrontal contribúen ao procesamento anormal da recompensa na obesidade. Medimos a absorción rexional de glicosa cerebral en pacientes con obesidade mórbida (n = 19) e normais (n = 16) con 2- [18F] fluoro-2-desoxiglucosa ([]18F] FDG) Tomografía por emisión de positróns (PET) durante a hiperinsulinemia eglicémica e con resonancia magnética funcional (fMRI) mentres que a recompensa anticipada dos alimentos foi inducida por repetidas presentacións de imaxes apetitosas e insignificantes. En primeiro lugar, descubrimos que a taxa de captación de glicosa no núcleo caudado dorsal era máis alta nos suxeitos obesos que en peso normal. Os segundos, os suxeitos obesos mostraron un aumento das respostas hemodinámicas no núcleo caudado mentres observaban alimentos apetecibles e insignificantes no fMRI. O caudado tamén mostrou unha elevada conectividade funcional relacionada coa tarefa coa amígdala e a insula nos suxeitos obesos versus peso normal. Finalmente, os suxeitos obesos tiveron respostas máis pequenas en alimentos apetitosos ou insignificantes nas corticias dorsolateral e orbitofrontal que as de peso normal, e a falta de activación do córtex prefrontal dorsolateral correlacionouse cun alto metabolismo da glicosa no núcleo caudado dorsal. Estes descubrimentos suxiren que unha maior sensibilidade ás indicacións alimentarias externas na obesidade pode implicar unha aprendizaxe anormal de estímulo-resposta e unha motivación de incentivos subordinada ao núcleo caudado dorsal, o que pode ser debido a unha entrada anormalmente elevada da amígdala e do insula e un control inhibitorio disfuncional por parte do rexións corticais frontales. Estes cambios funcionais na capacidade de resposta e interconectividade do circuíto de recompensa poderían ser un mecanismo crítico para explicar o exceso da obesidade.
Cita: Nummenmaa L, J Hirvonen, JC Hannukainen, Immonen H, Lindroos MM, et al. (2012) O estriado dorsal ea súa conectividade límbida median o procesamento anormal de recompensas anticipadas na obesidade. PLoS ONE 7 (2): e31089. doi: 10.1371 / journal.pone.0031089
Editor: Ya-Ping Tang, Centro de Ciencias da Saúde da Universidade Estatal de Louisiana, Estados Unidos
Recibido: 19 de agosto, 2011; Aceptado: xaneiro 2, 2012; Publicado: febreiro 3, 2012
Copyright: © 2012 Nummenmaa et al. Este é un artigo de acceso aberto distribuído baixo os termos da licenza de recoñecemento de Creative Commons, que permite o uso, distribución e reprodución sen restricións en calquera soporte, sempre que se acrediten o autor e orixe orixinais.
Financiamento: Este traballo foi apoiado pola Academia de Finlandia (concede #256147 e #251125 http://www.aka.fi) a LN, pola Universidade de Aalto (subvención AivoAALTO, http://www.aalto.fi) Fundación Sigrid Juseliuswww.sigridjuselius.fi/fundation) Turku University Hospital (concesión de EVO.) http://www.tyks.fi). Os financiadores non tiñan ningún papel no deseño do estudo, na recollida e análise de datos, na decisión de publicar ou na preparación do manuscrito.
Intereses competidores: Os autores declararon que non existen intereses en competencia.
introdución
Na maioría dos países occidentais, o aumento anual da prevalencia e a gravidade da obesidade é actualmente substancial [1]. A dispoñibilidade ilimitada de alimentos apetitosos é o factor ambiental máis evidente que promove a obesidade [2], e os xenes que promoven a inxestión rápida de enerxía a través do consumo elevado de azucre e graxa en condicións de escaseza de alimentos convertéronse nunha responsabilidade nas sociedades modernas onde a comida con alto contido calórico está omnipresente. Para combater a epidemia actual de obesidade, é imperativo entender cales son os factores que determinan se o consumo de alimentos é perseguido ou restrinxido. Comer proporciona nutrientes, pero tamén é altamente reforzante, porque induce intensos sentimentos de pracer e recompensa. Os estudos comparativos estableceron que un circuíto de recompensa interconectado que comprende áreas subcorticales (amígdala, hipotálamo, estriado) e frontocortical (motor, premotor, orbital e medial) ten un papel fundamental na orientación dos comportamentos apetitivos. [3], [4], [5]. Os estudos de imaxe funcional nos humanos demostraron ademais que os subcomponentes do circuíto de recompensa contribúen ao procesamento de sinais de alimentos externos como imaxes de alimentos. [6], [7], [8], [9], e as disfuncións do circuíto de recompensa tamén se asociaron tanto coa obesidade como coa adicción ás drogas. [2], [10], [11], [12], [13], [14]. No presente estudo mostramos como a actividade tónica, as respostas rexionais e a interconectividade do circuíto de recompensa poden ser os mecanismos críticos que explican o exceso de alimentos e a obesidade.
Os alimentos apetecibles levan un forte poder motivacional. A simple visión dun delicioso bolo ou o cheiro da nosa comida favorita pode provocar un forte desexo de comer agora mesmo, e a exposición a estes indicios pode excluír sinais de saciedade fisiolóxica e provocar o consumo de alimentos [15]. O exceso de drogas depende probablemente do equilibrio entre o circuíto de recompensa e as redes que inhiben a procura de recompensas, como as corticias prefrontais dorsolateral [16], [17], [18]. A literatura existente de estudos de imaxe en humanos suxire que a obesidade caracterízase por un desequilibrio nestes sistemas, xa que o circuíto de recompensa é hiperactivo para recompensar a anticipación na obesidade e que as redes inhibidoras non poden controlar o circuíto de recompensa. [2], [10], [11], [12], [13], [14], [19]. Hai grandes diferenzas individuais na capacidade de resposta do circuíto de recompensa cara aos alimentos, e isto pode ser un factor crítico que contribúa á alimentación excesiva e á obesidade [2]. A unidade de recompensa de trazos de personalidade está asociada de xeito positivo aos desexos de alimentos e ao peso corporal [20], e estudos de resonancia magnética fílmica revelaron que tamén predice as respostas do estriado ventral a apetitosas imaxes de alimentos en individuos de peso normal [21]. Do mesmo xeito, a sensibilidade autoinformada a referencias alimentarias externas está correlacionada positivamente coa interconectividade do circuíto de recompensa [22]. En consonancia con estes resultados, os estudos de fMRI confirmaron que o circuíto de recompensa de individuos obesos é hipersensible á simple vista dos alimentos. Os individuos obesos mostran respostas elevadas ás imaxes de alimentos en amígdala, núcleo caudado e córtex cingulado anterior [10], [19], e propúxose que esta hiperactividade do circuíto de recompensa dopaminérxica pode facer que os individuos obesos estean propensos a comer de máis. Os estudos de PET demostraron aínda máis as comúns dopaminérxicas nos mecanismos de abuso de drogas e inxestión excesiva de alimentos, o que suxire que polo menos nalgúns casos a obesidade pode caracterizarse como unha "dependencia alimentaria". As vías de recompensa dopaminérxicas no cerebro medio modular o consumo de alimentos e drogas [23] particularmente a través da creación de sensacións de desexo de alimentos e drogas [24], e ambas as drogas e os alimentos exercen os seus efectos reforzantes aumentando a dopamina nas rexións límbicas. Os pacientes con trastornos adictivos mostran tónicamente a liña de base máis baixa D2 receptor (D2R) densidade no estriado e liberación de dopamina despois da administración do fármaco de abuso. Similar aos fármacos de abuso, o consumo de alimentos está asociado coa liberación de dopamina no estriado dorsal en individuos sans, ea cantidade de dopamina liberada está correlacionada positivamente coas cualificacións do gusto alimentario. [12]. Similar a pacientes con trastornos adictivos, os suxeitos obesos teñen un estriatal basal máis baixo D2D, que é direccionalmente proporcional ao IMC [11].
Aínda que a sensibilidad alterada do circuíto de recompensa pode ser un factor crítico que explica a obesidade, segue sendo difícil de descubrir exactamente como o circuíto de recompensa contribúe a funcións de recompensa anticipada relacionadas cos alimentos en individuos obesos. En primeiro lugar, demostracións previas de respostas elevadas de circuítos de recompensa a alimentos en materias normais e obesas [10], [19] non abordaron as diferenzas na actividade tónica da liña de recompensa no cerebro. O metabolismo de glicosa tónicamente baixo no córtex prefrontal prevé a baixa dopamina D de estratos2 densidade de receptores - un distintivo do circuíto de recompensa non regulado - en suxeitos obesos [17]. Non obstante, se a actividade tónica das redes neuronais que procesan a recompensa anticipada prevé que as respostas funcionais ás indicacións externas dos alimentos sexan descoñecidas. En segundo lugar, só un puñado de estudos tomaron unha visión a nivel de sistemas para probar se a obesidade alteraría a conectividade funcional do circuíto de recompensa. Mentres un estudo de imaxe recente en humanos saudables demostrou que a conectividade dentro do circuíto de recompensa humana depende da sensibilidade individual ás indicacións externas dos alimentos [22]outro, que involucra individuos obesos e de peso normal, suxeriu que a obesidade está asociada específicamente coa conectividade funcional deficiente da amígdala ao córtex orbitofrontal (OFC) e unha maior conectividade do OFC ao estrato ventral [25]. Non obstante, os mecanismos neurais exactos subxacentes a estes cambios funcionais permanecen descoñecidos.
Neste estudo aplicamos a imaxe cerebral multimodal combinando [18F] PET FDG cun experimento fMRI que inclúe a recompensa anticipatoria inducida pola presentación de imaxes de comida apetitosa e suave. Nótese que aínda que non se entregaron recompensas aos participantes, usamos o termo "recompensa anticipatoria" por mor da concisión, xa que ver obxectivos altamente gratificantes como alimentos induce respostas de anticipación recompensas no estriado ventral, mesmo cando non hai recompensas. entregado [21]. Estableceuse que a utilización de glicosa está estreitamente asociada á frecuencia de picado [26], polo tanto, as taxas de metabolismo de glicosa pódense usar para medir a activación tonal do cerebro durante o descanso. Usando abrazadeira hiperinsulinémica [27] durante a exploración PET, puidemos comparar o metabolismo da glicosa cerebral de individuos obesos e de peso normal nunha situación na que o corpo está saciado en termos de sinalización da insulina. O experimento fMRI permitiunos comparar se os individuos obesos e de peso normal difiren tanto nas respostas cerebrais rexionais como na conectividade efectiva do circuíto de recompensa durante a visualización de alimentos apetitosos vs. Finalmente, a combinación dos datos PET e fMRI permitiunos usar as taxas metabólicas rexionais da glicosa (GMRs) derivadas na exploración PET para predicir as respostas cerebrais aos alimentos apetitosos no experimento fMRI.
Materiais e Métodos
os participantes
O Comité Ético do Distrito Hospitalario do suroeste de Finlandia aprobou o protocolo de estudo e todos os participantes asinaron formularios de consentimento informado aprobados polos comités éticos. O estudo foi realizado de acordo coa Declaración de Helsinki. Táboa 1 presenta un resumo dos participantes. O grupo obeso consistía en dezanove individuos con obesidade mórbida e neurolóxicos intactos (M.)BMI = 43.87, SDBMI = 6.60). Cinco deles utilizaron a medicación antidiabética oral e foron excluídos dos estudos de PET. Comenzáronse dezaseis individuos voluntarios con peso normal e neurolóxicosBMI = 24.10, SDBMI = 2.07) e coincidiron cos pacientes con respecto á idade, altura e índices de hipertensión (é dicir, presión arterial). Os trastornos alimentarios, os trastornos mentais graves e o abuso de substancias foron criterios de exclusión para todos os participantes. Un tema de peso normal foi excluído das análises de datos de fMRI debido ao movemento excesivo da cabeza.
Táboa 1. Características dos participantes.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t001
Medidas de comportamento
Antes do experimento, os participantes valoraron a súa sensación de fame usando unha escala analóxica visual. Despois do experimento de fMRI, os participantes valoraron a valencia (agradable fronte ao desagrado) dos estímulos experimentais nunha computadora usando o maniquí de autoavaliación [28] cunha escala que vai desde 1 (desagradable) a 9 (agradable).
Adquisición e análise de PET
Os estudos realizáronse despois do xaxún horas 12. As persoas abstiveron de beber conteñen cafeína e de fumar horas 24 antes dos estudos de PET. Non se permitiu ningunha actividade física extenuante a partir da noite anterior. Dous catetos foron inseridos en veas antecubitales, unha para infusións salina, insulina e glicosa e inxección de radiotrazador.18F] FDG, e outro no brazo quente e oposto para a mostraxe de sangue arterializado. Usouse a técnica de abrazamento hiperinsulínico euglycémico como se describiu anteriormente [27]. A taxa de infusión de insulina foi 1 mU · kg-1 · Min-1 (Actrapid, Novo Nordisk, Copenhague, Dinamarca). Durante a hiperinsulinemia, mantívose a euglycemia infundindo glicosa 20% por vía intravenosa. A taxa de infusión de glicosa foi axustada de acordo coas concentracións de glicosa no plasma medidas en cada 5 – 10 min do sangue arterializado. No punto de tempo 100 + −10 minutos de abrazadeira hiperinsulínica euglycémica, [18F] FGD (189 ± 9 MBq) foi inxectado por vía intravenosa sobre 40 segundo e a exploración cerebral dinámica para 40 min (fotogramas; 4 • 30 s, 3 • 60, 7 • 300 s) comezaron. Durante o escaneo extraíronse mostras de sangue arterial para a análise de radioactividade. Un estudo de GE Advance PET (General Electric Medical Systems, Milwaukee, WI, EUA) con resolución de 4.25 mm foi usado para estudos de PET como se describiu anteriormente [29], [30]. [18F] A FDG foi sintetizada como se describiu anteriormente [31]. A radioactividade por plasma medíase cun contador gamma automático (Asistente 1480 3 ″, Wallac, Turku, Finlandia).
A taxa de captación de glicosa cerebral foi medida por cada voxel por separado a partir de análises de PET dinámico como se describiu anteriormente [29], [30], excepto que se empregou unha constante de 0.8 [32]. A normalización e análise estatística das imaxes paramétricas do metabolismo da glicosa realizáronse co software SPM 5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). As imaxes paramétricas normalizáronse nun modelo interno de metabolismo da glicosa no espazo MNI usando transformacións lineais e non lineais e suavizáronse cun núcleo gaussiano de 10 mm de FWHM. Empregáronse contrastes t simples para as imaxes paramétricas normalizadas para analizar as diferenzas de grupo no metabolismo da glicosa. O limiar estatístico fixouse en p <.001, sen corrixir, cun tamaño mínimo de cúmulo de 100 voxeles contiguos. Para correccións de pequeno volume (SVC) nos datos de PET, definíronse rexións de interese a priori anatómicamente dentro do sistema de recompensa (núcleo caudado, amígdala, tálamo, insula e córtex orbitofrontal) mediante o pickatlas da WFU [33] e AAL [34] atlas
Deseño experimental de fMRI
Estímulos e deseño resúmense en figura 1. Os estímulos foron fotografías dixitalizadas a todo cor de comidas apetitosas (por exemplo, chocolate, pizza, bistec), comidas suaves (por exemplo, lentellas, repolo, galletas) e coches coincidentes con características visuales de baixo nivel, como a luminosidade media, o contraste RMS e o global. enerxía. Unha mostra independente de voluntarios sans de 29 valorou a valencia (desagradable versus agradable) dos estímulos co SAM. Análise dos índices de valencia (M.)apetitoso = 6.64, Msosa = 3.93, Mcoches = 4.41) estableceu que os apetitosos alimentos clasificáronse como máis agradables que os insípidos, t (28) = 10.97, p <.001 e coches, t (28) = 7.52, p <.001, pero non houbo diferenzas no agrado dos alimentos e dos coches insípidos, t (28) = 1.19.
Figura 1. Deseño experimental de fMRI e exemplos dos estímulos utilizados.
Os participantes vían alternativamente 15.75 épocas de apetitosos alimentos, automóbiles e comidas suaves. Cada época consistía en seis estímulos experimentais mesturados pseudoaleatoriamente con tres eventos nulos.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g001
Mentres se exploraban, os suxeitos vían alternativamente unha segunda época de 15.75 que contiña seis estímulos dunha categoría (alimentos apetitosos, comidas suaves ou coches) mesturados con tres eventos nulos. Para estudar o procesamento implícito das imaxes dos alimentos, usamos duracións breves de visualización de estímulos e unha tarefa de comportamento que non tiña relación co valor hedónico dos estímulos: un único ensaio consistía nunha presentación de imaxe de estímulo 1000 ms seguida dun centro de baixo contraste cruz (750 ms). Os eventos nulos incluían unha presentación de cruz de baixo contraste 1750 ms. Os estímulos do alimento e do coche foron desprazados lixeiramente cara á esquerda ou á dereita da pantalla, e os participantes recibiron instrucións de presionar o botón esquerdo ou dereito segundo o lado do estímulo. En probas nulos non se solicitou resposta. A orde dos estímulos durante cada época foi pseudoaleatorizada con respecto ao tipo de proba (estímulo ou nulo), de xeito que non máis de tres ensaios consecutivos eran do mesmo tipo. Esta pseudoaleatorización mellorou a eficiencia do deseño, preservando a imprevisibilidade dos estímulos estímulos en participantes inxenuos [35]. O campo visual dos estímulos foi randomizado e totalmente compensado. En total houbo un total de probas de alimentos apetitosos de 72 (en épocas 12), ensaios de alimentos brancos 72 (en épocas 12) e ensaios de coches 144 (en épocas 24). Para maximizar o poder do deseño e evitar os efectos de retorno de comidas apetitosas, a orde das épocas de estímulo foi fixada de tal xeito que a época de estímulo do coche sempre se presentou entre as estímulos apetitosos e insignificantes. A época inicial da tarefa foi compensada entre os participantes. A duración total da tarefa foi 14 minutos. Os participantes practicaron a tarefa fóra do escáner antes de iniciar o experimento de fMRI.
Adquisición e análise de fMRI
As sesións de dixitalización tiveron lugar ao redor da mañá ou no mediodía cedo (9 am – 2 pm) Os participantes recibiron instrucións de absterse de comer e beber só auga durante polo menos tres horas antes da exploración. A imaxe por RM realizouse con Philips Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova Dual Scanner no centro PET de Turku. Imaxes anatómicas de alta resolución (1 mm.)3 resolución) foron adquiridos usando unha secuencia ponderada T1 (TR 25 ms, TE 4.6 ms, ángulo de xiro 30 °, tempo de dixitalización 376 s). Os datos funcionais do cerebro enteiro foron adquiridos con secuencia de imaxe planar de eco (EPI), sensible ao contraste de sinal dependente do nivel de sangue-osíxeno (BOLD) (TR = 3000 ms, TE = 50 ms, ángulo de xiro 90 °, 192 mm FOV, matriz 64 × 64, ancho de banda 62.5 kHz, espesor de porción 4.0 mm, diferenza 0.5 mm entre franxas, franxas 30 intercaladas adquiridas en orde ascendente). Adquiríronse un total de volumes funcionais de 270 e descartáronse os primeiros volumes de 5 para permitir efectos de equilibrio. Os datos foron preprocesados e analizados mediante o software SPM5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). As imaxes de EPI foron sinc interpoladas no tempo para corrixir as diferenzas de tempo de corte e reagrupar ao primeiro escaneado por transformacións ríxidas para corrixir os movementos da cabeza. As imaxes estruturais e EPI foron rexistradas e normalizadas no modelo estándar T1 no espazo MNI (Instituto Neurolóxico de Montreal (MNI) - Consorcio Internacional para o mapeo do cerebro) utilizando transformacións lineales e non lineales e suavizadas cun núcleo gaussiano de FWHM 8-mm.
Análise de efectos rexionais
Implementouse un modelo de efectos aleatorios de cerebro enteiro mediante un proceso de dúas etapas (primeiro e segundo nivel). Esta análise de efectos aleatorios avaliou os efectos sobre a base da varianza entre suxeitos e permitiu así inferencias sobre a poboación da que se sacaron os participantes. Para cada participante, empregamos un GLM para avaliar os efectos rexionais dos parámetros das tarefas nos índices de activación BOLD. O modelo incluíu tres condicións experimentais (alimentos apetitosos, alimentos insípidos e automóbiles) e efectos sen interese (parámetros de realineación) para explicar a varianza relacionada co movemento. Eliminouse a derivación do sinal de baixa frecuencia usando un filtro de paso alto (corte de 128 segundos) e aplicouse o modelado AR (1) de autocorrelacións temporais. As imaxes de contraste individuais xeráronse empregando o contraste apetitoso - alimentos insípidos, así como o efecto principal dos alimentos (ou sexa, apetitosos e insensos contra outros efectos de interese). A análise de segundo nivel empregou estas imaxes de contraste nun novo GLM e xerou imaxes estatísticas, é dicir, mapas SPM-t. Con deseños equilibrados no primeiro nivel (é dicir, eventos similares para cada tema, en números similares) esta análise do segundo nivel aproxímase de preto a un verdadeiro deseño de efectos mixtos, tanto dentro como entre a varianza do tema. A análise inicial revelou que ningún dos contrastes entre grupos de segundo nivel foi significativo cando se aplicou a corrección da taxa de descubrimento de falsos estritos (FDR) a p <.05. En consecuencia, o limiar estatístico estableceuse en p <.005, sen corrixir, cun tamaño de clúster mínimo de 20 voxeles contiguos para as comparacións entre grupos.
Interacción psicofisiolóxica (PPI) no modelo lineal xeral (GLM)
A conectividade fisiolóxica entre dúas rexións cerebrais pode variar en función do contexto psicolóxico [36] coñecido como Interacción Psicofisiolóxica (PPI). Os PPIs pódense identificar por modelos lineais xerais sensibles á modulación contextual da covarianza relacionada coa tarefa. En contraste coa modelización casual dinámica ou a modelaxe de ecuacións estruturais da conectividade de rede, as IPP non requiren un modelo anatómico especificado. Máis ben, iníciase cunha rexión 'fonte' e identifica calquera outro voxel / clúster "obxectivo" no cerebro co que a fonte ten conectividade dependente do contexto. As rexións obxectivo non precisan correlacionarse só coa tarefa ou o contexto, senón as interaccións entre estes factores. Os PPIs significativos non indican por si mesmos a dirección ou neuroquímica das influencias causais entre as rexións de orixe e destino, nin se a conectividade está mediada por conexións mono ou poli sinápticas, nin cambios na neuroplasticidade estrutural da época á época. Non obstante, indican interaccións entre sistemas rexionais e os resultados das IPP coinciden con outros métodos de conectividade, como a modelaxe causal dinámica. [37].
O núcleo caudado dereito utilizouse como rexión de orixe para os análises de conectividade para o contraste de alimentos apetitosos menos fríos. Usouse o máximo global (2, 8, 4) para esta rexión no contraste obeso versus peso normal de segundo nivel nas análises de datos de PET (véxase máis abaixo) para obter unha estimación estatística independente para o centro da rexión de orixe; isto fíxose efectivamente fronte á "dobre inmersión" na selección da rexión de orixe [38], e permitiu a integración teóricamente plausible dos datos de PET e fMRI. Neste lugar xerouse un ROI esférico cun radio 10 mm. A serie temporal para cada participante calculouse utilizando o primeiro valor propio de todas as series temporais de voxel no ROI. Esta serie temporal BOLD foi desconvolta para estimar unha "serie de tempo neuronal" para esta rexión usando os valores predeterminados do parámetro PPI-deconvolución en SPM5 [39]. O termo de interacción psicofisiolóxica (PPI regresor) foi calculado como o elemento elemento-elemento do ROI series temporais neuronais e un vector que codifica o efecto principal da tarefa (é dicir, 1 para alimentos apetitosos, −1 para alimentos brancos). Este produto volveuse envolver pola función de resposta hemodinámica canónica (hrf). O modelo tamén incluíu os principais efectos da tarefa que compuxo o hrf, a "serie de tempo neuronal" para cada "fonte" e os regresores do movemento como efectos de ningún interese. Modelos PPI con sabedoría [36] executáronse e xeráronse imaxes de contraste para IPPs positivos e negativos. As rexións identificadas por todo o cerebro enteiro teñen un cambio maior ou menor na conectividade coa rexión de orixe segundo o contexto (isto é, alimentos apetitosos ou insignificantes). As imaxes de contraste entraron a continuación en análises GLM de segundo nivel para contrastes de interese, e t-mapas SPM xerados usando a teoría Gaussiana do campo aleatorio para facer inferencias estatísticas.
Resultados
Medidas de comportamento
Os índices de valencia do estímulo analizáronse cun 3 (estímulo: comida apetitosa fronte a comida suave vs. coches). 2 (grupo: obeso vs peso normal) ANOVA mixto. Isto revelou que as clasificacións de valencia diferían significativamente entre as categorías de estímulos, F (2,60) = 6.01, p = .004, ηp2 = 17, pero foron similares entre os grupos obesos e de peso normal (F = 1.46). Múltiples comparacións coas correccións de Bonferronni revelaron que os participantes valoraron os alimentos apetecibles como máis agradables que os alimentos insípidos, t (31) = 4.67, p <001 ou coches, t (31) = 2.76, p = 01, pero non puntuaron os insípidos alimentos máis agradables que os coches, t (31) =, 41. As clasificacións de fame tamén foron iguais entre os grupos de pacientes e control (p> .05).
Metabolismo da glicosa cerebral
Os suxeitos obesos tiñan un metabolismo de glicosa significativamente máis elevado no núcleo caudado dereito que os suxeitos con peso normal (X = 4, Y = 8, Z = 4, T = 3.97, p = .03, SVC) (figura 2), pero non en ningunha outra rexión de interese a priori (amígdala, tálamo, insula ou córtex orbitofrontal).
Figura 2. As pescudas de PET con 2- [18F] FDG durante a hiperinsulinemia eglicémica mostran que a taxa metabólica de glicosa (GMR, µmol / 100 g * min) no núcleo caudado dereito (X = 4, Y = 8, Z = 4) foi significativamente maior nos suxeitos obesos e non en peso normal (p<.05, SVC).
O panel A mostra o mapa paramétrico estatístico do efecto entre os grupos, o panel B mostra os valores GMR do suxeito no núcleo caudado.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g002
Efectos rexionais en fMRI
En todos os suxeitos, o contraste entre os alimentos apetecibles e os brancos provocou unha activa activación do circuíto de recompensa. Observáronse focos de activación no córtex prefrontal medial, xiro cingulado anterior, estriado ventral dereito, insula posterior bilateral e xiro e precuneo cingulado posterior (figura 3, Táboa 2). Non obstante, a análise entre grupos revelou que a codificación da recompensa anticipada dependía da obesidade. As respostas a todos os alimentos (apetitosos e insignificantes) foron maiores nos suxeitos obesos que en peso normal na amígdala esquerda, no hipocampo, na cortiza cingulada posterior e no xiro fusiforme, así como na cortiza somatosensorial dereita. Non obstante, as respostas foron máis baixas en obesos que en materias de peso normal no xiro frontal superior esquerdo. Táboa 3 presenta un resumo destes focos de activación.
Figura 3. As rexións cerebrais mostran un aumento da resposta a alimentos apetitosos e insignificantes en todos os individuos.
Os alimentos apetecibles aumentaron a actividade na cortiza cingulada anterior (ACC) e posterior (PCC), na cortiza prefrontal medial (mPFC), no núcleo caudado dereito (CAUD) e na íntula bilateral (INS). Os datos están representados en p <.005, sen corrixir para a inspección visual.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g003
Táboa 2. Rexións cerebrais que mostran unha maior resposta aos alimentos apetitosos fronte aos suaves en todos os suxeitos, p <05 (corrixido FDR).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t002
Táboa 3. Diferenzas entre grupos (obesos vs. peso normal e peso normal vs. obesos) nas respostas cerebrais a todas as imaxes de alimentos (apetitosas e insípidas), p <.005 (inc.).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t003
A continuación preguntamos se os suxeitos obesos mostran respostas funcionais máis específicas para os alimentos apetitosos e non. Para iso, aplicamos unha análise de interacción entre o grupo (obeso, peso normal) e o tipo de alimento (apetitoso, soso). De acordo coa previsión de que a obesidade estaría asociada coa hiperactividade no circuíto de recompensa, a resposta a alimentos apetecibles e insignificantes no núcleo dereito caudado era maior en individuos con peso obeso que en normais.Imaxe 4a, Táboa 4). En contraste, os suxeitos obesos tiveron respostas funcionais menores en alimentos apetecibles e insignificantes que os suxeitos de peso normal na insula esquerda, córtex frontal lateral, lóbulo parietal superior, córtex orbitofrontal dereito e xiro temporal superior (Imaxe 4b, Táboa 4). Así, os suxeitos obesos parecían ter un desequilibrio nas respostas funcionais rexionais da recompensa de alimentos prevista: maiores respostas no núcleo caudado e respostas menores en varias rexións corticais frontales
Figura 4. Respostas diferenciadas de BOLD a alimentos apetitosos e insignificantes nos suxeitos de peso normal e obesos no núcleo caudado e na insula anterior.
As respostas cerebrais aos alimentos apetitosos e insípidos foron maiores na cabeza do núcleo caudado dereito (CAUD) dos pacientes obesos, mentres que as respostas aos alimentos apetitosos vs. insensos foron maiores na ínsula anterior dereita (INS) dos individuos de peso normal. . Os datos están representados en p <.005, sen corrixir para a inspección visual.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g004
Táboa 4. Diferenzas entre grupos (obesos vs. peso normal e peso normal vs. obesos) nas respostas cerebrais aos alimentos apetitosos fronte aos insípidos, p <.005 (inc.).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t004
Finalmente, para examinar se a hiperactividade tónica do núcleo caudado observada no [18F] O escáner de PET FDG podería predecir unha recompensa anticipada anormal no fMRI, primeiro extraemos valores GMR do suxeito no núcleo caudado das imaxes paramétricas GMR. A continuación, usamos estes valores como un regresor nun modelo de segundo nivel que compara as respostas BOLD a un alimento apetecible versus brando en fMRI. Esta análise mostrou que o aumento do metabolismo da glicosa no núcleo caudado predijo respostas máis pequenas ao alimento apetecible e insignificante específicamente no córtex frontal lateral dereito (figura 5). Este descubrimento é consistente co control inhibitorio insuficiente dos sistemas subcortical de recompensa polo córtex frontal.
Figura 5. A alta taxa metabólica de glicosa (GMR, µmol / 100 g * min) no núcleo caudado durante a exploración de PET 2- [18F] FDG asociouse negativamente coas respostas a alimentos apetitosos ou insignificantes no córtex frontal lateral dereito (LFC) lateral no experimento fMRI.
O panel A mostra a rexión onde se observou a diferenza, o panel B mostra un diagrama de dispersión das respostas GMRs e BOLD.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g005
Interaccións psicofisiolóxicas
Despois de atopar evidencias dun papel central do núcleo caudado na mediación dunha recompensa anticipada anormal na obesidade, preguntamos a continuación se esta rexión cerebral ten unha conectividade funcional anormal relacionada coa tarefa con outras rexións cerebrais clave, como as do sistema límbico. É dicir, preguntamos que rexións cerebrais serían centrais na modulación da actividade anticipada relacionada coa recompensa no núcleo caudado mentres se vían os alimentos apetitosos fronte aos insípidos. Usamos interaccións psicofisiolóxicas para determinar a conectividade funcional do núcleo caudado, usando o voxel con maior diferenza no metabolismo da glicosa nos datos de PET como centro da rexión de sementes. Descubrimos que os suxeitos obesos mostraron unha conectividade significativamente máis forte entre o núcleo caudado dereito e a amígdala basolateral dereita (X = 33, Y = −5, Z = −16, T = 3.92, p <.005, unc.), Córtex somatosensorial primaria (X = 39, Y = −13, Z = 32, T = 3.63, p <.005, unc.) E insula posterior (X = 30, Y = 14, Z = 18, T = 3.47, p <.005, unc .) que os suxeitos de peso normal (figura 6).
Figura 6. Conectividade efectiva.
Ao ver alimentos apetitosos fronte a insípidos, a conectividade efectiva entre o núcleo caudado dereito e a amígdala dereita (AMY), a insula (INS) e a cortiza somatosensorial (SSC) foi maior en obesos que en suxeitos de peso normal. Os datos están representados en p <.005, sen corrixir para a inspección visual.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g006
Conversa
Este estudo revela as formas específicas en que a obesidade modifica a capacidade de resposta e as conexións funcionais do circuíto de recompensa no cerebro. En concreto, os resultados subliñan un papel central para o núcleo caudado dorsal, unha rexión que promove a aprendizaxe habitual e a motivación de incentivos, na integración de varias entradas neuronais no proceso de recompensa anticipada dos alimentos. Durante a hiperinsulinemia alcanzada coa pinza euglicémica hiperinsulinémica, o núcleo dorsal caudado tiña un metabolismo basal da glicosa en suxeitos obesos que en suxeitos de peso normal. O experimento fMRI mostrou que, aínda que os suxeitos obesos e de peso normal deron autoinformes similares ao agradecemento dos estímulos alimentarios, os estímulos provocaron patróns diferenciais de activación cerebral e cambios na conectividade entre os dous grupos. Cando os alimentos apetitosos e insensos contrastáronse entre si, o núcleo caudado mostrou maior resposta nos suxeitos obesos. Pola contra, os suxeitos obesos non activaron rexións inhibitorias corticais, como a cortiza dorsolateral e orbitofrontal, en resposta a un apetitoso alimento; este fenómeno tamén se correlacionou significativamente cun metabolismo basal da glicosa no núcleo dorsal caudado. Finalmente, a mesma rexión do núcleo caudado dorsal que mostrou un metabolismo elevado da glicosa en participantes obesos versus de peso normal tamén mostrou unha maior conectividade coa amígdala e a ínsula posterior en individuos obesos mentres vían alimentos apetitosos fronte a insípidos. É importante destacar que estes efectos observáronse en condicións nas que os participantes non prestaban atención deliberada ao contido das imaxes de estímulo. En consecuencia, os resultados suxiren que o procesamento da recompensa implícita das pistas visuais para comer está modulado pola obesidade, o que pode explicar por que os individuos obesos teñen problemas para restrinxir a súa alimentación ao ver alimentos con alto contido calórico. Non obstante, debemos ter en conta que é posible que os participantes puidesen participar ata certo punto no procesamento explícito de recompensas, aínda que a tarefa de comportamento era independente do valor de recompensa das fotos dos alimentos. En consecuencia, os estudos futuros necesitan establecer se os individuos obesos e de peso normal poderían diferir con respecto ao procesamento de recompensas implícito ou explícito.
Diferenzas rexionais no núcleo caudado
O núcleo caudado dorsal estivo implicado no aprendizaxe de resposta estímulo habitual, a motivación e o condicionamento, e os estudos de imaxe en humanos suxiren que contribúe a diversas funcións relacionadas coa sinalización de recompensas e vicios.. Os pacientes con dependencia de drogas mostran un nivel de referencia máis baixo D2 receptor (D2R) densidade no estriado e liberación de dopamina despois da administración do fármaco de abuso [40]. O consumo de alimentos tamén está asociado coa liberación de dopamina no estriado dorsal en individuos sans, e a cantidade de dopamina liberada está correlacionada positivamente coas cualificacións do gusto alimentario. [12]. Nos experimentos de fMRI, a activación do núcleo caudado asociouse cun desexo auto-reportado de alimentos específicos [8]e atopouse que os suxeitos obesos mostran respostas estriadas elevadas ás imaxes dos alimentos [10]. Os suxeitos obesos tamén reduciron o estriatal D de base2D e densidade, e propúxose que isto poida reflectir unha regulación baixa que compensa frecuentes aumentos de dopamina transitoria debido á superestimación perpetua do circuíto de recompensa por consumo ou consumo de drogas [11].
Usando a abrazadeira hiperinsulémica, simulamos unha situación na que o corpo está en estado saciado en termos de sinalización de insulina. Aínda que este enfoque non simula completamente a saciedade fisiolóxica debido á falta de estimulación orosensorial e liberación de hormonas do intestino, demostrouse que a glicosa intravenosa controlada polo placebo aumenta os marcadores hormonais da saciedade [41] e actividade dopaminérxica no circuíto de recompensa en machos [42]. Descubrimos que o estriado dorsal dos suxeitos obesos permanece hiperactivo en comparación cos suxeitos de peso normal durante a abrazadeira hiperinsulínica. Como a sujeción mantén uns niveis estables de glicosa no sangue, o elevado metabolismo da glicosa nos suxeitos obesos durante a pinza suxire que o núcleo caudado dos suxeitos obesos pode contribuír ao desexo dos alimentos, mesmo cando a concentración de glicosa no sangue non pode diminuír. Ademais, debido á súa implicación na aprendizaxe implícita e na formación de hábitos, o caudado pode contribuír ao procesamento de sinais de saciedade implícita (periférica) e explícita (visual ou orosensorial). Estes sinais poderían levar posteriormente a comer de máis, aínda que o corpo non requirise un consumo adicional de enerxía.
Estableceuse que nos suxeitos obesos, D2A dispoñibilidade de R no estriado está asociada negativamente co metabolismo da glicosa frontocortical [43]. Os nosos datos combinados de PET-fMRI coincidiron con estes resultados. Cando se empregou o metabolismo da glicosa no núcleo caudado como regresor para modelar as respostas funcionais aos alimentos apetitosos contra os brancos no fMRI, atopamos unha asociación negativa significativa co metabolismo da glicosa no núcleo caudado e as respostas BOLD prefrontais (figura 5). En consecuencia, o incumprimento dos mecanismos prefrontais que contribúen ao control inhibitorio e á atribución de potenciación poderían promover a alimentación excesiva reducindo o limiar para a sinalización da recompensa inducida por alimentos no núcleo caudado. Non obstante, tamén hai que ter en conta que algúns estudos anteriores [19] reportaron respostas frontales elevadas a imaxes de alimentos en individuos obesos versus peso normal. É probable que estas discrepancias entre os estudos reflictan o compromiso dependente da tarefa do córtex frontal: mentres que o noso estudo implicou o procesamento implícito de sinais de alimentos presentados brevemente, Rothemund e os seus colegas empregaron unha presentación de estímulos relativamente longa cunha tarefa de memoria. Así, é posible que as persoas obesas non poidan activar os circuítos de control cognitivo especialmente cando non procesan explícitamente os alimentos que están a ver. En consecuencia, isto suxire que incluso as imaxes "invisibles" ou autónomas de diversos anuncios poden provocar impulsos poderosos para comer en individuos obesos.
Conectividade efectiva do núcleo caudado e amígdala
A amígdala está implicada nas primeiras fases de procesamento de recompensas [44], e mostra respostas consistentes ás presentacións visuais dos alimentos [6], [22]. As diferenzas individuais nos dous recompensan a unidade [21] e peso corporal [10] Sábese que inflúen as respostas da amígdala ás presentacións visuais de alimentos. No presente estudo tamén descubrimos que as respostas da amígdala aos alimentos eleváronse nos suxeitos obesos. Ademais, cando se inspeccionaron os patróns de conectividade efectivos (IPP) do núcleo caudado, descubrimos que a conectividade do núcleo caudado ea amígdala ipsilateral elevábase nos suxeitos obesos. En sentido xeral, estes datos concordan coas conclusións anteriores en temas normais que amosan que a conectividade efectiva entre a amígdala eo estrato está influenciada polas diferenzas individuais no desexo de comer auto-declarado cando ven os alimentos ('sensibilidade dos alimentos externos') [22]. Non obstante, mentres que estudos anteriores atoparon que o estriado ventral está implicado na anticipación da recompensa [21] e ese acoplamento entre o estriado ventral (núcleo accumbens) ea amígdala está influenciado pola sensibilidade alimentaria externa [22], descubrimos que a obesidade influíu no acoplamento entre a amígdala e as partes máis dorsais do núcleo caudado. A evidencia relativa ao papel do estriado dorsal no procesamento de recompensas é máis ben mixta, con algúns estudos que o relacionan co procesamento anticipatorio [45] e outros ao consumidor [46] recompensas. Non obstante, o papel do estriado dorsal na codificación de asociacións de acción e resultado para posibles recompensas está moito mellor establecido [47], [48]. En consecuencia, propoñemos que as exposicións repetidas a alimentos apetecibles na obesidade resultan en asociacións e preferencias de resposta de estímulo-recompensa dos alimentos e implican avaliacións de resultados implicadas sobre as recompensas potenciais en individuos obesos e modular a interconectividade entre a amígdala eo estriado dorsal. alimentos.
A interpretación dun PPI significativo é que hai un compromiso diferencial das conexións anatómicas en función do contexto psicolóxico. Aínda que o PPI non pode usarse para revelar se existen ou non conexións, é probable que as IPP que observamos reflicten cambios no compromiso de conexións anatómicas directas entre as rexións de sementes e diana porque se admiten tales conexións anatómicas directas entre o estriado ea amígdala. trazando estudos noutros primates [49], [50]. Non obstante, as IPP non se poden empregar para inferir a direccionalidade da conectividade observada, polo que non podemos dicir si i) o aumento do metabolismo da glicosa no núcleo caudado aumenta a conectividade entre o núcleo caudado e a amígdala ou ii) o aumento dos ingresos pola amígdala aumentan o metabolismo da glicosa no núcleo caudado.
As neuronas da amígdala facilitan a busca de recompensas a través das súas proxeccións ao estriado [44]. A estimulación dos receptores µ-opiáceos no estriado provoca a alimentación excesiva, pero isto pódese bloquear mediante a inactivación da amígdala [51], [52]. En consecuencia, a elevada conectividade amygdalo-striatal pode levar a aumentos tónicos na actividade do núcleo caudado, o que podería ser o mecanismo crítico que explica o exceso da obesidade. En conxunto, a amígdala podería estar implicada na recompensa de alimentos anticipada asignando valencia emocional a pistas de comida apetitosas e influíndo nos patróns de comer aprendidos e compulsivos mediante unha conectividade reforzada co núcleo caudado dorsal.
Conectividade efectiva do núcleo caudado e insula
As análises de PPI revelaron que a interconectividade entre o estriado dorsal e a insula posterior elevábase nos suxeitos obesos versus peso normal, mentres que as respostas rexionais a alimentos apetitosos e insignificantes na insula anterior eran menores nos suxeitos obesos. A ínsula anterior integra sinais autonómicos e viscerais en funcións motivacionais e emocionais, mentres que se cre que a insula posterior subxace a integración somatosensorial, vestibular e motora, así como monitorizar os estados corporais. [53]. Os traballos recentes tamén sinalan que a sinalización somatosensorial no insula pode contribuír significativamente á adicción, especialmente cos desexos de consumir a droga de abuso (ver revisión en ref. [53]). Os estudos previos de PET e fMRI ligaron a insula co procesamento de agradecemento de sinais de alimento externas [8], [9], [46], pero os sinais periféricos como a leptina tamén inflúen na resposta insular ao ver os alimentos. En adultos con deficiencia de leptina, as respostas insulares a alimentos apetitosos son maiores durante a deficiencia de leptina e non durante a substitución da leptina [54]. Ademais, nos suxeitos obesos con deficiencia de leptina, a substitución da leptina atenuou as respostas insulares ao ver alimentos apetitosos [55]. Como a insula procesan sinais internas (é dicir, hormonais) e externas (é dicir, visuales) relacionadas co alimento [56], as interrupcións nesta integración de sinais internas e externas poden facer que os suxeitos obesos sexan máis propensos a comer de máis na vista dos alimentos debido á elevada conectividade do insula e do estriado dorsal. Unha vez que a insula posterior está implicada no seguimento dos estados corporais, a conectividade mellorada entre o núcleo posterior e o caudado dorsal podería implicar que as representacións recordadas dos estados somáticos post-prandial polo insula poderían reforzar os comportamentos alimenticios a través da aprendizaxe incentivada subordinada ao núcleo caudado dorsal [18]. De acordo con esta noción, o núcleo caudado tamén mostrou unha maior conectividade relacionada coa tarefa coa cortiza somatosensorial na obesidade, confirmando que as simples indicacións visuais dos alimentos poden provocar sensacións somáticas asociadas á alimentación. Estas sensacións poden promover a alimentación aínda en ausencia de sinais de fame fisiolóxica [15]. Non obstante, hai que ter en conta que algúns estudos anteriores atoparon respostas insulares anteriores elevadas a recompensas alimentarias esperadas e consumadoras en individuos obesos e non en individuos delgados. [10], [57]. Aínda que non temos explicacións claras sobre estes resultados discrepantes, é posible que poidan reflectir diferenzas nas poboacións obesas de suxeitos implicadas nos estudos, como a historia e hábitos alimentarios, así como factores xenéticos e hormonais.
Limitacións e orientacións futuras
Unha limitación obvia do presente estudo foi que, a pesar dun gran tamaño da mostra (n = 35), as comparacións entre grupos para os datos de fMRI non eran significativas cando se corrixían as comparacións múltiples. Aínda que se observaron as diferenzas entre os grupos nas rexións previstas, debería xustificarse cando se interpretan os resultados. Ademais, hai que destacar que non puidemos delinear completamente o mecanismo psicolóxico exacto que resulta en respostas cerebrais elevadas a imaxes de alimentos en individuos obesos. Aínda que adquirimos valoracións da agradable percepción dos alimentos, estes eran similares entre individuos obesos e de peso normal. En consecuencia, o máis elevado gusto dos alimentos apetitosos na obesidade é pouco probable que contribúa ás diferenzas nas respostas cerebrais. Non obstante, podería especular que o desexo dos alimentos no canto de gustar podería ser o factor clave que modula as respostas do cerebro ás imaxes dos alimentos na obesidade. En apoio desta hipótese, demostrouse que aínda que os individuos obesos e de peso normal 'gusta' de alimentos de xeito similar, o desexo alimentario inducido polo estrés é moito maior nos individuos obesos. [58]. En estudos de imaxe funcional futuros, sería imperativo desentrañar as respostas de "ansia" e "gusto" a alimentos en individuos obesos versus peso normal. Ademais, dado que as respostas do desexo están mediadas pola conexión dopaminérxica do circuíto de recompensa, [24], Sería imprescindible realizar estudos combinados de neurotransmisores-PET-fMRI nos que se puidese comprobar se, por exemplo, a dispoñibilidade de dopamina estriada en individuos obesos e magros predí as respostas do circuíto de recompensa á estimulación externa con alimentos.
Conclusión
Mostramos que a obesidade está asociada a un elevado metabolismo da glicosa do núcleo caudado, así como ás respostas rexionais modificadas e á conectividade alterada do circuíto de recompensa cando se ven alimentos apetitosos e insignificantes. Estes datos son paralelos cos descubrimentos do funcionamento cerebral alterado en trastornos adictivos, e apoian a opinión de que a obesidade pode compartir un sustrato neuronal común con adiccións [2], [59]. Especificamente, a sensibilidade mellorada aos sinais alimentarios externos na obesidade pode implicar unha aprendizaxe anormal de estímulo-resposta e motivación de incentivos subordinada ao núcleo caudado dorsal, que á súa vez pode deberse a unha entrada anormalmente alta da amígdala e da insula posterior e un control inhibitorio disfuncional por parte do frontal rexións corticales. Estes cambios funcionais na capacidade de resposta e interconectividade do circuíto de recompensa e dos sistemas de control cognitivo poderían ser un mecanismo crítico que explique o exceso en obesity.
O estudo foi realizado dentro do Centro de Excelencia en Imaxe Molecular en Investigacións Cardiovasculares e Metabólicas de Finlandia, apoiado pola Academia de Finlandia, a Universidade de Turku, o Hospital Universitario de Turku e a Universidade de Åbo Academy. Grazas aos radiógrafos PET Turku pola súa axuda tanto na adquisición de datos como nos nosos participantes para facer posible este estudo.
Concibida e deseñada as experiencias: LN JH PN. Realizou os experimentos: LN JH JCH HI MML PS. Analizou os datos: LN JH JCH HI. Escribiu o artigo: LN JH PN.
References
OMS (2000) Obesidade: prevención e xestión da epidemia global. Informe dunha consulta da OMS. Rep. Tecnoloxía do Organo Mundial da Saúde 894: i – xii, 1 – 253. Atopar este artigo en liña
Volkow ND, Wise RA (2005) Como pode a drogodependencia axudarnos a entender a obesidade? Nature Neuroscience 8: 555 – 560. Atopar este artigo en liña
Berridge KC (1996) Recompensa de alimentos: substrato cerebral de querer e gustar. Comentarios de neurociencia e bio-comportamento 20: 1 – 25. Atopar este artigo en liña
Ikemoto S, Panksepp J (1999) O papel do núcleo accumbens dopamina no comportamento motivado: unha interpretación unificadora con especial referencia á procura de recompensas. Opinións sobre a investigación do cerebro 31: 6 – 41. Atopar este artigo en liña
Kelley AE (2004) Control estriado ventral da motivación apetitiva: papel no comportamento ingestivo e aprendizaxe relacionada coa recompensa. Comentarios de neurociencia e bio-comportamento 27: 765 – 776. Atopar este artigo en liña
Killgore WDS, Young AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, et al. (2003) Activación cortical e límbica durante a visualización de alimentos de alta ou baixa calor. NeuroImage 19: 1381 – 1394. Atopar este artigo en liña
LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, et al. (2001) A fame modula selectivamente a activación corticolímbica aos estímulos alimentarios nos humanos. Neurociencia do comportamento 115: 493 – 500. Atopar este artigo en liña
Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD (2004) Imaxes do desexo: activación do desexo dos alimentos durante a fMRI. NeuroImage 23: 1486 – 1493. Atopar este artigo en liña
Wang GJ, Volkow ND, Telang F, Jayne M, Ma J, et al. (2004) A exposición a estímulos alimentarios apetitosos activa o cerebro humano. Neuroimagem 21: 1790-1797. Atopar este artigo en liña
Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW Iii, Twieg DB, Knowlton RC, et al. (2008) Activación do sistema de recompensa xeneralizada en mulleres obesas en resposta a imaxes de alimentos ricos en calorías. NeuroImage 41: 636 – 647. Atopar este artigo en liña
Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, et al. (2001) Dopamina e obesidade do cerebro. Lancet 357: 354-357. Atopar este artigo en liña
DM pequeno, Jones-Gotman M, Dagher A (2003) A liberación de dopamina inducida pola alimentación no estriado dorsal se correlaciona coas valoracións de agradabilidade das comidas en voluntarios humanos sans. NeuroImage 19: 1709 – 1715. Atopar este artigo en liña
Kelley AE, Berridge KC (2002) A neurociencia das recompensas naturais: relevancia para as drogas adictivas. Journal of Neuroscience 22: 3306 – 3311. Atopar este artigo en liña
Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F (2008) Circuitos neuronais superpuestos en adicción e obesidade: evidencia de patoloxía de sistemas. Transaccións filosóficas da Royal Society B-Biological Sciences 363: 3191 – 3200. Atopar este artigo en liña
Cornell CE, Rodin J, Weingarten H (1989) Comida inducida polo estímulo ao saciarse. Physiol Behav 45: Atopar este artigo en liña
Koob GF, Volkow ND (2010) Neurocircuitry of Addiction. Neuropsicofarmacoloxía 35: 217 – 238. Atopar este artigo en liña
Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, et al. (2008) Os receptores D2 de estratosis de dopamina baixos están asociados co metabolismo prefrontal nos suxeitos obesos: Posibles factores que contribúen. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Atopar este artigo en liña
Verdejo-Garcia A, Bechara A (2009) Unha teoría de dependencia somática. Neurofarmacoloxía 56: 48 – 62. Atopar este artigo en liña
Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, HC Bauknecht, Klingebiel R, et al. (2007) Activación diferencial do estriado dorsal por estímulos visuais alimentarios altos en calorías en individuos obesos. NeuroImage 37: 410 – 421. Atopar este artigo en liña
Franken IHA, Muris P (2005) As diferenzas individuais na sensibilidade de recompensa están relacionadas co desexo dos alimentos e o peso relativo das mulleres sans. Apetito 45: 198-201. Atopar este artigo en liña
Beaver JB, Lawrence AD, van Ditzhuijzen J, Davis MH, Woods A, et al. (2006) As diferenzas individuais na unidade de recompensa predicen as respostas neuronais a imaxes de alimentos. Journal of Neuroscience 26: 5160 – 5166. Atopar este artigo en liña
Passamonti L, Rowe JB, Schwarzbauer C, MP de Ewbank, von dem Hagen, et al. (2009) A personalidade predice a resposta do cerebro para ver alimentos apetitosos: a base neuronal dun factor de risco para comer en exceso. J Neurosci 29: 43-51. Atopar este artigo en liña
Dagher A (2009) A neurobioloxía do apetito: a fame como vicio. Xornal Internacional de Obesidade 33: S30-S33. Atopar este artigo en liña
Berridge KC, Ho CY, Richard JM, DiFeliceantonio AG (2010) O cerebro tentado come: circuítos de pracer e desexo na obesidade e trastornos da alimentación. Brain Research 1350: 43 – 64. Atopar este artigo en liña
Stoeckel LE, Kim J, RE Weller, Cox JE, Cook EW Iii, et al. (2009) Conectividade efectiva dunha rede de recompensas en mulleres obesas. Boletín Brain Research 79: 388 – 395. Atopar este artigo en liña
Sokoloff L (1999) Enerxética da activación funcional nos tecidos neuronais. Investigación Neuroquímica 24: 321 – 329. Atopar este artigo en liña
DeFronzo RA, Tobin JD, Andrés R (1979) Técnica de fixación de glicosa: un método para cuantificar a secreción de insulina e a resistencia. AmJPhysiol 237: E214 – E223. Atopar este artigo en liña
Bradley MM, Lang PJ (1994) Medición da emoción: o maniquí de autoavaliación e o diferencial semántico. Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry 25: 49-59. Atopar este artigo en liña
Kaisti KK, Langsjo JW, Aalto S, Oikonen V, Sipila H, et al. (2003) Efectos do sevoflurano, propofol e óxido nitroso adicional no fluxo sanguíneo cerebral rexional, o consumo de osíxeno e o volume sanguíneo en humanos. Anestesioloxía 99: 603 – 613. Atopar este artigo en liña
Kaisti KK, Metsahonkala L, Teras M, Oikonen V, Aalto S, et al. (2002) Efectos dos niveis cirúrxicos de anestesia por propofol e sevoflurano sobre o fluxo sanguíneo cerebral en suxeitos sans estudados con tomografía por emisión de positróns. Anestesioloxía 96: 1358 – 1370. Atopar este artigo en liña
Hamacher K, Coenen HH, Stocklin G (1986) Síntese estereospecífica eficiente de 2- [F-18] -Fluoro-2-Desoxi-D-glicosa engadida con portador de aminopoliéter. Journal of Nuclear Medicine 27: 235-238. Atopar este artigo en liña
Graham MM, Muzi M, Spence AM, O'Sullivan F, Lewellen TK, et al. (2002) O FDG fixo constante no cerebro humano normal. Journal of Nuclear Medicine 43: 1157-1166. Atopar este artigo en liña
Maldxian JA, Laurienti PJ, Kraft RA, Burdette JH (2003) Un método automatizado para o interrogatorio neuroanatómico e citoarquitectónico baseado en atlas de conxuntos de datos de fMRI. Neuroimagem 19: 1233-1239. Atopar este artigo en liña
Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, Crivello F, Etard O, et al. (2002) Etiquetado anatómico automatizado das activacións no SPM usando unha parcelación anatómica macroscópica do cerebro dun suxeito MRI de MNI. Neuroimagem 15: 273-289. Atopar este artigo en liña
Amaro E, Barker GJ (2006) Deseño do estudo en resonancia magnética: principios básicos. Brain and Cognition 60: 220 – 232. Atopar este artigo en liña
Friston KJ, Buechel C, Fink GR, Morris J, Rolls E, et al. (1997) Interaccións psicofisiolóxicas e moduladoras en neuroimagen. NeuroImage 6: 218 – 229. Atopar este artigo en liña
Passamonti L, Rowe JB, Ewbank M, Hampshire A, Keane J, et al. (2008) A conectividade desde o cingulado ventral anterior á amígdala modúlase por motivación apetitiva en resposta a sinais faciais de agresión. NeuroImage 43: 562 – 570. Atopar este artigo en liña
Kriegeskorte N, Simmons WK, Bellgowan PSF, Baker CI (2009) Análise circular en neurociencia dos sistemas: os perigos da dobre inmersión. Nature Neuroscience 12: 535 – 540. Atopar este artigo en liña
Gitelman DR, Penny WD, Ashburner J, Friston KJ (2003) Modelaxe de interaccións rexionais e psicofisiolóxicas en fMRI: a importancia da deconvolución hemodinámica. NeuroImage 19: 200 – 207. Atopar este artigo en liña
Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM (2004) Dopamina en abuso de drogas e adicción: resulta de estudos de imaxe e implicacións do tratamento. Psiquiatría Molecular 9: 557 – 569. Atopar este artigo en liña
Haltia LT, Savontaus E, Vahlberg T, Rinne JO, Kaasinen V (2010) Cambios hormonais agudos tras o desafío intravenoso da glicosa en suxeitos humanos delgados e obesos. Revista escandinava de investigación clínica e de laboratorio 70: 275-280. Atopar este artigo en liña
Haltia LT, Rinne JO, Merisaari H, Maguire RP, Savontaus E, et al. (2007) Efectos da glicosa intravenosa na función dopaminérxica no cerebro humano in vivo. Sinapsis 61: 748 – 756. Atopar este artigo en liña
Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, et al. (2008) Os receptores D2 de estratosis de dopamina baixos están asociados co metabolismo prefrontal nos suxeitos obesos: Posibles factores que contribúen. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Atopar este artigo en liña
Ambroggi F, Ishikawa A, Campos HL, Nicola SM (2008) As neuronas basolaterales da amígdala facilitan o comportamento que busca a recompensa mediante o excitante núcleo das neuronas accumbens. Neurón 59: 648 – 661. Atopar este artigo en liña
Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Logan J, Jayne M, et al. (2002) A motivación de alimentos "non-hídricos" en humanos implica a dopamina no estriado dorsal e o metilfenidato amplifica este efecto. Sinapsis 44: 175 – 180. Atopar este artigo en liña
DM pequeno, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M (2001) Cambios na actividade cerebral relacionados con comer chocolate - Do pracer á aversión. Cerebro 124: 1720-1733. Atopar este artigo en liña
O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, et al. (2004) Funcións disociables do estriado ventral e dorsal no condicionamento instrumental. Ciencia 304: 452-454. Atopar este artigo en liña
Balleine BW, MR Delgado, Hikosaka O (2007) O papel do estriado dorsal na recompensa e na toma de decisións. Journal of Neuroscience 27: 8161 – 8165. Atopar este artigo en liña
Russchen FT, Bakst I, DG Amaral, Prezo JL (1985) The Amygdalostriatal Projections in the Monkey - anterograde Tracing Study. Brain Research 329: 241-257. Atopar este artigo en liña
Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC (2002) Comparación das proxeccións do hipocampo, amígdala e perirrinal ao núcleo accumbens: Estudo combinado anterógrado e retrógrado no cerebro do macaco. Journal of Comparative Neurology 450: 345 – 365. Atopar este artigo en liña
Will MJ, Franzblau EB, Kelley AE (2004) A amígdala é fundamental para o consumo de compulsión mediada por opiáceos da graxa. NeuroReport 15: 1857 – 1860. Atopar este artigo en liña
Baldo BA, Alsene KM, Negron A, Kelley AE (2005): a hiperfagia inducida pola inhibición do núcleo accumbens mediada por un receptor de GABAA: dependencia da saída neuronal intacta da rexión central amygdaloid. Neurociencia do comportamento 119: 1195 – 1206. Atopar este artigo en liña
Naqvi NH, Bechara A (2009) A illa oculta da adicción: a insula. Tendencias en Neurociencias 32: 56-67. Atopar este artigo en liña
Baicy K, London ED, Monterosso J, Wong ML, Delibasi T, et al. (2007) O reemplazo de leptina altera a resposta do cerebro aos sinais dos alimentos en adultos con deficiencia de leptina xeneticamente. Actas da Academia Nacional de Ciencias 104: 18276 – 18279. Atopar este artigo en liña
Rosenbaum M, Sy M, Pavlovich K, Leibel RL, Hirsch J (2008) A leptina inverte os cambios inducidos pola perda de peso nas respostas rexionais da actividade neuronal a estímulos alimentarios visuais. The Journal of Clinical Investigation 118: 2583 – 2591. Atopar este artigo en liña
Cornier MA, Salzberg AK, Endly DC, Bessesen DH, Rojas DC, et al. (2009) Os efectos da sobrealimentación na resposta neuronal a cus dos alimentos visuais en individuos de fino e reducido obeso. PLoS ONE 4: e6310. Atopar este artigo en liña
Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, pequeno DM (2008) Relación de recompensa da inxestión de alimentos e ingesta prevista de alimentos para a obesidade: un estudo funcional de imaxe por resonancia magnética. Journal of Abnormal Psychology 117: 924 – 935. Atopar este artigo en liña
Lemmens SG, Rutters F, Born JM, Westerterp-Plantenga MS (en prensa) O estrés aumenta a falta de alimentos e a inxestión de enerxía en suxeitos con sobrepeso visceral en ausencia de fame. Fisioloxía e comportamento en prensa, proba corrixida.
Nathan PJ, Bullmore ET (2009) Desde o gusto hedónico ata a motivación: receptores centrais de mu-opiáceos e comportamento compulsivo. International Journal of Neuropsychopharmacology 12: 995 – 1008. Atopar este artigo en liña
;