A jutalom összefüggése az élelmiszerek bevitelétől és a várt táplálékfelvételektől az elhízáshoz: funkcionális mágneses rezonancia képalkotó vizsgálat (2008)

. Szerzői kézirat; elérhető a PMC 2009 May 13-ban.

PMCID: PMC2681092

NIHMSID: NIHMS100845

Eric Stice és a Sonja Spoor

Oregon Kutatóintézet

Cara Bohon

Oregon Egyetem Pszichológiai Tanszék

Marga Veldhuizen és a Dana kicsi

JB Pierce laboratórium, Yale Egyetem

Absztrakt

Megvizsgáltuk azt a hipotézist, miszerint az elhízott egyének nagyobb haszonnal járnak az étkezés (tápláló étkezés) és a várható fogyasztás (élelmezés előtti juttatás) alapján, mint a sovány egyének funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) segítségével 33 serdülőkorú lányokkal (M kor = 15.7 SD = 0.9) .

OA sovány serdülőkorú lányokhoz viszonyított bézs fokozott aktivációt mutatott ki az ízérkéregben (elülső és középső rész, elülső operculum) és a szomatoszenzoros régiókban (parietális operculum és Rolandic operculum) a csokoládé turmix várható bevitelére (ízléstelen oldathoz viszonyítva) és a a turmix tényleges fogyasztása (szemben az íztelen megoldással); ezek az agyrégiók az élelmiszer szenzoros és hedonikus aspektusait kódolják.

Azonban oA sovány serdülőkorú lányokhoz viszonyított bézs szintén csökkent aktivációt mutatott a caudate magbann válasz a turmix fogyasztására, szemben az íztelen oldattal, valószínűleg azért, mert csökkentették a dopamin-receptor rendelkezésre állását.

Az eredmények azt sugallják, hogy azok az egyének, akiknél az élelmezés előrejelzése és fogyasztásuk hatására nagyobb aktiválódást mutatnak az ízületi kéregben és a szomatoszenzoros régiókban, de akiknek a striatumban gyengébben aktiválódnak, veszélyeztethetik a túladagolást és következésképpen a súlygyarapodást.

Kulcsszavak: elhízás, megelőző élelmezési juttatás, tápláló élelmezési jutalom, fMRI

Az elhízás egy krónikus betegség, amelyet az Egyesült Államokban évente több mint 111,000 halálozásnak vetnek alá, amely nagyrészt atheroscleroticus cerebrovaszkuláris betegség, szívkoszorúér betegség, vastagbélrák, hiperlipidémia, magas vérnyomás, epehólyag betegség és diabetes mellitus következményei (). Sajnálatos módon az elhízás miatt választott kezelés csak átmeneti súlycsökkenést eredményez () és a legtöbb elhízásmegelőző program nem csökkenti a jövőbeni súlygyarapodás kockázatát (). Ezeknek a beavatkozásoknak korlátozott hatékonysága lehet, mivel az etiológiai folyamatok megértése még mindig hiányos. Noha megállapítást nyert, hogy az elhízás a pozitív energiamérleg eredménye, nem világos, hogy egyes egyének miért olyan nehéz időben egyensúlyba hozni a kalóriabevitelt és a kiadásokat.

Az egyik lehetséges magyarázat az, hogy egyes egyének rendellenességei vannak az étkezési vagy várható bevitelből származó szubjektív jutalomban, ami növeli az elhízás kockázatát. Egyes tudósok azt állítják, hogy az elhízott egyének nagyobb mértékben aktiválják a mezo-limbikus jutalomrendszert az étkezés után (tápláló étrendi jutalom), ami növelheti a túladagolás kockázatát (; ). Ez hasonlít a kábítószer-visszaélések megerősítő érzékenységi modelljéhez, amely szerint néhány ember nagyobb reakcióképességet mutat a pszichoaktív kábítószerekkel szembeni jutalmazás során (). Ezzel szemben mások azt feltételezik, hogy az elhízott egyének kevésbé aktiválják a mezo-limbikus jutalomrendszert az étkezésre adott válaszként, ami túllépnek ahhoz, hogy ezt a hiányt kompenzálják (; ). Ez hasonló a jutalomhiányos szindróma téziséhez, amely azt sugallja, hogy az emberek alkohol és kábítószer-használathoz fordulnak a lassú jutalomáramlás ösztönzése érdekében (). A harmadik hipotézis az, hogy a táplálékfelvételből várható nagyobb haszon (előrejelző élelmezési juttatás) növeli a túlsúlyosodás kockázatát (; ).

Kétféle bizonyíték utal arra, hogy hasznos lehet fogalmilag megkülönböztetni a tápláló élelmezési jutalom és az előzetes élelmezési jutalom között. Először, az állatkísérletek azt sugallják, hogy az étel jutalom értéke az élelmiszerfogyasztástól a kondicionálás utáni várható élelmezési fogyasztásig változik, ahol az élelmiszer-fogyasztáshoz kapcsolódó jelek kezdenek előzetes élelmezési jutalmat váltani ki. A naiv majmok, amelyek nem tapasztaltak jutalmat egy adott környezetben, csak a táplálék ízére reagálva mutatták be a mezotelencephalic dopamin neuronok aktiválását; kondicionálás után azonban a dopaminerg aktivitás megkezdte a jutalom átadását, és végül a maximális aktivitást a kondicionált ingerek váltották ki, amelyek a közelgő jutalmat előre jelezték, nem pedig a tényleges táplálékfelvétel (; ). megállapította, hogy a legnagyobb dopaminerg aktiválás előre látható módon történt, amikor a patkányok megközelítették és nyomták az oszlopot, amely élelmezési jutalmat hozott, és az aktiválás valójában csökkent, amikor a patkány kapta az ételt. Valóban, megállapította, hogy a dopamin-aktivitás nagyobb volt a patkányok magfelfogásában egy kondicionált stimulus bemutatása után, amely általában táplálékfelvételt jelez, mint egy váratlan étkezés után. Másodszor: az, hogy a résztvevők keményen dolgoznak snack-ételek keresésével egy operatív feladat során (amit később megengedhetnek nekik, hogy fogyasztják), jobban megjósolja a ad lib kalóriabevitel, mint a harapnivalók ízének kellemességi besorolása (; ). Úgy tűnik, hogy ezek az adatok azt is sugallják, hogy a táplálékfelvételből származó várt haszon erőteljesebben meghatározza a kalóriabevitelt, mint a haszon, amikor az ételt ténylegesen fogyasztják. Ezek az adatok együttesen azt sugallják, hogy hasznos lehet megkülönböztetni az étkezési élelmezési juttatást az előzetes élelmezési jutalomtól az elhízás lehetséges kockázati tényezőinek vizsgálatakor.

Az agyi képalkotó vizsgálatok olyan régiókat azonosítottak, amelyek úgy tűnik, hogy normál testtömegű egyéneknél táplálkozási táplálékkódot kódolnak. Az ízletes ételek fogyasztása az élelmetlen vagy íztelen ételek fogyasztásához viszonyítva az orbitofrontalis kéreg (OFC) és a frontális operculum / insula nagyobb aktiválódását eredményezi, valamint a dopamin nagyobb felszabadulását eredményezi a hátsó striatumban (; ; ). Más agyi képalkotó vizsgálatok olyan régiókat azonosítottak, amelyek úgy tűnnek, hogy előrejelző élelmezési jutalmat kódolnak normál testtömegű embereknél. Az ízletes étel várható beérkezése, szemben az nem kóstolható vagy íztelen étel várható beérkezésével, az OFC, az amygdala, a cingulate gyrus, a striatum (caudate mag és a putamen), a ventrális testmental, a középső agy, a parahippocampal gyrus és a fusiform nagyobb aktiválódását eredményezi. gyrus (; ). Ezek a tanulmányok arra utalnak, hogy a prediktív és tápláló étkezési jutalmakban kissé eltérő agyrégiók szerepelnek, de van némi átfedés (OFC és striatum). A mai napig csak két tanulmány hasonlította össze közvetlenül a megelőző és tápláló élelmezési jutalomra adott aktivációt, hogy elkülönítsék azokat a régiókat, amelyek nagyobb aktivációt mutatnak az élelmezés jutalom egyik fázisához viszonyítva a másikhoz képest. A kellemes íz előrelátása a tényleges ízhez viszonyítva nagyobb aktivációt eredményezett a dopaminerg középső agyban, a nucleus akumbensben és a jobb hátsó amygdalaban (). Egy másik tanulmány megállapította, hogy egy kellemes ital várása nagyobb aktivációt eredményezett az amygdala és a mediodorsalis thalamus területén, míg az ital fogadása nagyobb aktivációt eredményezett a bal oldali szigetén / operculumban (Small et al., 2008). Ez a két tanulmány azt sugallja, hogy az amygdala, a középső agy, a nucleus akumulének és a mediodorsalis talamusz jobban reagálnak a várható fogyasztásra, mint az élelmiszerfogyasztásra, míg a frontális operculum / insula jobban reagál a fogyasztásra, mint az élelmiszer várható fogyasztására. Így a rendelkezésre álló bizonyítékok azt sugallják, hogy különféle agyrégiókat vontak be a prediktív és étkezési élelmezés juttatásának kódolásába, bár további kutatásokra lesz szükség a határozott következtetések meghozatala előtt.

Bizonyos megállapítások összhangban állnak azzal a tézissel, miszerint az elhízott egyének nagyobb étkezési jutalmat tapasztalnak, bár nem világos, hogy az eredmények tükrözik-e a táplálkozási zavarok és a várható élelmezési juttatás zavarát. A sovány egyénekhez viszonyítva az elhízott emlékeztet arra, hogy a zsírtartalmú és magas cukortartalmú ételek kellemesebb ízűek, és arról számolnak be, hogy az étkezés megerősítő jellegű (; ; ). Azok a gyermekek, akiknél a szülői elhízás miatti elhízás kockázata fennáll, a sok zsírtartalmú étel ízlete sokkal kellemesebb és lelkesebb táplálkozási stílust mutat, mint a sovány szülők gyermekei (; ). Az elhízott gyermekek nagyobb valószínűséggel esznek éhség nélkül (), és keményebben dolgoznak az ételnél, mint a sovány gyerekek (). Az önjelentés szerint az étkezési vágy pozitívan korrelált a testtömeggel és az objektíven mért kalóriabevitelkel (; ; ; ). Az elhízott felnőttek a zsírtartalmú, magas cukortartalmú ételek erősebb vágyakozásáról számolnak be (; ) és több élelemért dolgozik, mint a sovány felnőtteknél (; ). A karcsú egyéneknél elhízottan elhízott anyag nagyobb metabolikus aktivitást mutatott az orális szomatoszenzoros kéregben, amely a szájban, az ajkakban és a nyelvben szenzációhoz kapcsolódik (), amelyek az előbbit érzékenyebbé tehetik az ételek bevitelének jövedelmező tulajdonságaira, és növelhetik a túladagolás kockázatát.

A mai napig kevés agyi képalkotó vizsgálat hasonlította össze az agyaktivációt a képen látható étel vagy a tényleges táplálék bemutatása alapján az elhízott verses sovány egyének körében. Az egyik tanulmány megnövekedett aktivációt mutatott jobb parietális és időbeli kéregben az elhízott, de nem karcsú nők képi ételeknek való kitettsége után, és hogy ez az aktiválás pozitívan korrelált az éhségértékekkel (). az elhízott verses, sovány felnőtteknél a magas kalóriatartalmú ételekről készített képeknél nagyobb a hátsó striatum válasz, és a testtömeg pozitívan korrelált a válaszokkal az izolában, claustrumban, cingulateban, szomatoszenzoros kéregben és az oldalsó OFC-ben. nagyobb aktivitást talált a mediális és laterális OFC, amygdala, ventral striatum, mediális prefrontális kéreg, insula, elülső cinguláris kéreg, ventral pallidum, caudate és hippocampus válaszában a magas kalóriatartalmú ételek (szemben az alacsony kalóriatartalmú ételek) képeivel elhízott rokonok számára sovány egyéneknek. Az OFC aktiválása és a cingulate válasza az ízletes ételek képeinek megtekintésére negatívan korrelált a normál testsúlyú nők BMI-jével (Killgore & Yargelun-Todd, 2005). megállapította, hogy a hátsó sziget és a hátsó hippokampus abnormálisan reagál az eddig elhízott ételek fogyasztására, szemben a sovány egyénekkel, és arra a következtetésre jutott, hogy ezek a rendellenes válaszok növelik az elhízás kockázatát.

Más eredmények jobban összhangban állnak azzal az elképzeléssel, hogy az elhízott egyének kevesebb élelmezési juttatást tapasztalhatnak. megállapította, hogy a morbidly elhízott egyénekben a D2 receptorok csökkennek a striatumban a testtömegükhöz viszonyítva, ami arra utal, hogy ezek csökkent dopaminreceptor-kötődést mutatnak a mezo-limbikus rendszerben. Bár még nem kell meghatározni, hogy az elhízott egyének csökkentett D2 receptor sűrűséget mutat-e a karcsú egyénekhez viszonyítva, az elhízott patkányok alacsonyabb dopamin alapszintnél és csökkent D2 receptor expressziónál, mint a sovány patkányoknál (; ; ), mégis az elhízott patkányok a táplálás során a foszfikusabb felszabadulást mutatják, mint a sovány patkányok (). Ezenkívül a TaqI A1 alléllel rendelkező, sovány és elhízott felnőttek, amelyek csökkentett D2 receptorokkal és gyengébb dopamin jelátvitellel járnak, inkább azért keresnek ételt, hogy működő paradigmákban működjenek (, ). Ezek az eredmények azt bizonyítják, hogy az addiktív viselkedés, például alkohol, nikotin, marihuána, kokain és heroin visszaélés a D2 receptor csökkent sűrűségével és a mezolimbikus áramkörök tompított érzékenységével jár a jutalmazáshoz (; ). feltételezhető, hogy a D2 receptorok hiánya hajlamos arra, hogy az egyének pszichoaktív gyógyszereket szedjenek, vagy túllépjenek egy lassú dopamin jutalmazási rendszer fokozása érdekében. Előfordulhat azonban, hogy a zsírtartalmú és magas cukortartalmú élelmiszerek túladagolása csökkenti a D2 receptorok szabályozását (), párhuzamosan a pszichoaktív gyógyszerek krónikus használatával járó neurális reakcióval (). Valójában az állatkísérletek azt sugallják, hogy az édes és zsíros ételek ismételt bevétele a D2 receptorok alsó szabályozását és a D2 érzékenység csökkentését eredményezi (; Kelley, Will, Steininger, Xhang és Haber, 2003); a kábítószer-visszaélésekre adott válaszként bekövetkező változások.

Összegezve: egyre több bizonyíték van arra, hogy az elhízott egyének általános rendellenességeket mutathatnak az élelmezésben, a karcsú egyénekhez viszonyítva. Konkrétan, a sovány egyénekkel szembeni elhízott emberek szerint nagyobb a vágya a magas zsírtartalmú / magas cukortartalmú ételek iránt, úgy találják, hogy az étkezés erősítő, az szomatoszenzoros kéreg nagyobb nyugalmi aktiválódása mutatkozik, és az élelmezési kéreg nagyobb reakcióképességét mutatják az élelmezéshez és az étkezéshez képen látható ételek. Ugyanakkor vannak bizonyítékok arra is, hogy az elhízott egyének hipofunkcionális striatumot mutatnak, ami arra készteti őket, hogy túllépjenek egy lassú jutalomhálózat fokozása érdekében, vagy a receptorok alulszabályozásának következményei lehetnek. Az egyik tényező, amely hozzájárulhatott a vegyes eredményekhez, az, hogy sok tanulmány önjelentési intézkedéseket alkalmazott, ami félrevezető lehet, mivel azok, akik küzdenek a túladagolással, feltételezhetik, hogy az étel jobban jutalmazza őket, ami befolyásolja a mérleg kitöltését. Ezenkívül az önjelentési skálák valószínűleg megkívánják a várt jutalékot az étel beviteléből, vagy az emlékezet az étel beviteléből származó jutalmat, nem pedig az ételfogyasztás során tapasztalt jutalmat, mivel a tanulmányok nem mérték az élelmi bevitel során észlelt jutalmat. Ezenkívül az önjelentésből és a viselkedési intézkedésekből származó megállapítások érzékenyek a társadalmi kívánatos torzításokra. Ezen túlmenően kevés tanulmány foglalkozott valójában az élelmezés bevitelével vagy a valódi élelmiszerekkel való expozícióval, ami korlátozhatja az eredmények ökológiai érvényességét. Talán a legfontosabb, hogy a korábbi tanulmányok nem használtak olyan paradigmákat, amelyeket kifejezetten az étkezési és megelőző élelmezési jutalom egyéni különbségeinek felmérésére terveztek, amikor az elhízott és a karcsú személyeket hasonlítják össze. Ezért úgy gondoljuk, hogy hasznos lehet olyan objektív agyi képalkotó paradigmákat alkalmazni, amelyek közvetlenül mérik a jutalomáramlás aktiválását az étkezés és a várható táplálékfelvétel függvényében. Tudomásunk szerint a tanulmányok nem használtak agyi képalkotó eljárást annak vizsgálatára, hogy az elhízott egyének az étkezési jutalom áramkörének eltérő aktiválását mutatják-e az étkezés során, vagy várható-e a fogyasztás a karcsú egyénekhez viszonyítva.

A jelen tanulmány objektív agyi képalkotó módszertan segítségével kívánta teljesebben jellemezni az ételekkel kapcsolatos idegi válaszok egyéni különbségeit azzal a reménytel, hogy az elhízás kockázatát növelő neurológiai szubsztrátok jobb megértése elősegíti az etiológiai modelleket és a hatékonyabb megelőző intézkedések megtervezését. és kezelési beavatkozások. Bővítettük a korábbi eredményeket azzal, hogy az aktiválást megvizsgáltuk a csokoládé turmix és az íztelen oldat beérkezése után (tápláló élelmezési jutalom), valamint válaszul olyan jelzésekre, amelyek a csokoládé turmix és az íztelen megoldás közelgő szállítását jelzik az elhízott és sovány egyének körében. Feltételeztük, hogy a sovány egyénekhez viszonyítva az elhízott nagyobb aktiválást mutat majd a tápláló kéregben és a szomatoszenzoros kéregben, és kevesebb aktiválást a striatumban, válaszul a turmixálás előrejelzésére és fogyasztására. Azt is feltételeztük, hogy a résztvevők testtömege lineáris kapcsolatot mutat az aktiválással ezekben az agyi régiókban. Tanulmányoztunk serdülõket, mert csökkenteni akartuk annak kockázatát, hogy az elhízás hosszú ideje a krónikusan gazdag étrendnél másodlagos receptor-szabályozást eredményezhet. Női nőket tanulmányoztunk, mivel ennek a vizsgálatnak az elsődleges célja annak vizsgálata volt, hogy az élelmezési jutalom rendellenességei összefüggenek-e a bulimikus patológiával, ami a férfiaknál ritka.

Módszer

A résztvevők

A résztvevők egészséges serdülőkorú 44 lányok voltak (M kor = 15.7; SD = 0.93); 2% ázsiai / csendes-óceáni szigetlakók, 2% afrikai amerikaiak, 86% európai amerikaiak, 5% indiánok és 5% vegyes faji örökség. A női középiskolás diákok egy nagyobb tanulmányának résztvevőit, akik látszólag teljesítették a jelen képalkotó vizsgálat beillesztési kritériumait, megkérdezték, érdekli-e őket az élelmiszer bemutatására adott idegi válaszreakcióval foglalkozó vizsgálatban való részvétel. Kizártuk azokat a személyeket, akik az elmúlt 3 hónapokban zsíros étkezési vagy kompenzációs magatartásról, pszichotróp gyógyszerek vagy tiltott gyógyszerek bármilyen használatáról, fejsérülésről vagy eszméletvesztésről vagy az I. tengely jelenlegi pszichiátriai rendellenességéről számoltak be. Az 11 résztvevőktől származó adatokat nem elemezték, mert a szkennelés során a fej túlzott mozgását mutatták; Az 4 olyan kifejezett fejmozgást mutatott, hogy a szkennelést befejezték, és a másik 7 fejmozgása meghaladta az 2 mm-t (M = 2.8 mm, tartomány 2 – 8 mm). Mivel a tapasztalatok azt mutatják, hogy azoknak a résztvevőknek a bevonása, akiknek a fejmozgása nagyobb, mint 1 mm, túlzott hibavarianciát eredményez, ezért ezeket a résztvevőket mindig kizárjuk vizsgálatainkból (pl. , ; ). Ennek eredményeként létrejött az 33 résztvevők végső mintája (testtömeg-index tartomány = 17.3 – 38.9). A helyi intézményi felülvizsgálati testület jóváhagyta ezt a projektet. Minden résztvevő és szülő írásbeli hozzájárulást adott.

intézkedések

Testtömeg

A testtömeg-index (BMI = kg / m.)2) az adiposity (). A cipő és a kabát eltávolítása után a magasságot milliméter pontossággal meghatározzuk egy stadionmérő segítségével, és a súlyt 0.1 kg pontossággal meghatározzuk egy digitális skálán. Két magasság- és súlymértéket kaptunk és átlagoltunk. A BMI korrelál a teljes testzsír közvetlen méréseivel, például a kettős energiájú röntgen abszorpciós módszerrel (r = .80 - .90) és egészségügyi intézkedésekkel, beleértve a vérnyomást, a káros lipoprotein profilokat, az ateroszklerotikus elváltozásokat, a szérum inzulinszintet és a cukorbetegséget serdülőkori mintákban (). Egyezményenként (), az elhízást az 95 segítségével határoztuk megth a BMI százaléka az életkor és a nem szerint, a történetileg nemzetközileg reprezentatív adatok alapján, mivel ez a meghatározás szorosan megfelel a BMI-határértéknek, amely a súlyhoz kapcsolódó egészségügyi problémák fokozott kockázatához kapcsolódik (). Serdülők, akiknek BMI-értéke az 50 alatt vanth A százalékos értéket e történelmi normák alkalmazásával soványnak határozták meg. Az 33 résztvevők között, akik felhasználható fMRI adatokat szolgáltattak, az 7-t elhízottnak, az 11-t vékonynak, a többi 15 résztvevőt e két szélsőség közé esett.

fMRI paradigma

A résztvevőket felkérték arra, hogy fogyasztják rendszeres étkezésüket, de a képalkotó ülésüket közvetlenül megelőző 4 – 6 órákban a szabványosítási célokra tartózkodjanak az evéstől vagy az ivástól (beleértve a koffeinmentes italokat is). Ezt a hiányos időszakot úgy választottuk meg, hogy megragadja az éhség állapotát, amelyet a legtöbb egyén él a következő étkezéskor közeledve, amikor az étkezési jutalom különbségei logikusan befolyásolják a kalóriabevitelt. A legtöbb résztvevő befejezte az 16: 00 és 18: 00 közötti paradigmát, de egy részhalmaz befejezte az 11: 00 és 13: 00 közötti szkennelést. A képalkotó munkamenet előtt a résztvevőket egy külön számítógépen végzett gyakorlat révén megismertették az fMRI paradigmával.

A turmix paradigmáját úgy alakították ki, hogy megvizsgálja az élelmezési és előrehozási élelmezési jutalmat. Az ingereket külön 4 szkennelési futtatásban mutattuk be. Az ingerek 3 fekete formákból (gyémánt, négyzet, kör) álltak, amelyek vagy 0.5 ml csokoládé turmix (4 kanál Haagen-Daz vanília fagylalt, 1.5 csésze 2% tej és 2 evőkanál Hershey csokoládé) kézbesítését jelezték. szirup), ízes oldat, vagy nincs oldat. Bár a mutatók és az ingerek párosítását és az inger megjelenítésének időtartamát véletlenszerűen határozták meg a résztvevők között, a bemutató sorrendjét a résztvevők között nem randomizáltuk. Az íztelen oldat, amelyet a nyál természetes ízének utánozására fejlesztettek ki, 25 mM KCl-ből és 2.5 mM NaHCO-ból állt.3 (). Mesterséges nyálat használtunk, mert a víznek olyan íze van, amely aktiválja az ízkérget (Zald & Pardo, 2000). A csokoládé és az íztelen oldatok 50% -ánál az ízt nem a várakozásoknak megfelelően adták át, hogy lehetővé tegye az idegreakció vizsgálatát egy olyan ízre számítva, amely nem keveredett össze az íz tényleges beérkezésével (párosítatlan kísérletek) (ábra 1). A paradigma hat érdekes eseményt mutatott: (1) csokoládé turmix dákás, amelyet turmix íz követ (párosított turmix dákó), (2) a turmix íz átvétele (turmix kézbesítés), (3) csokoládé turmi íz, amelyet nem tej turmix íze követ ( páratlan turmix cue), (4) íztelen oldat dátuma, amelyet íztelen oldat (páros íztelen dákó), (5) íztelen oldat átvétele (íztelen kézbesítés) és (6) íztelen oldat dátuma, amelyet nem ízesített oldat (páratlan íz) . A képeket 5 – 12 másodpercre mutatták be (M = 7) a Windowsból futtatott MATLAB használatával. Az íz kézbesítése történt 4 - 11 másodperc (M = 7) a dátum megjelenése után. Ennek eredményeként minden esemény 4 – 12 másodperc között tartott. Minden futás 16 eseményekből állt. Az ízeket két programozható fecskendőszivattyúval (Braintree Scientific BS-8000) szállítottuk, amelyeket a MATLAB irányított, hogy biztosítsuk az ízérzékelés folyamatos mennyiségét, sebességét és ütemezését. A csokoládé turmixával töltött 60 ml-es fecskendőt és az íztelen oldatot a Tygon csöveken keresztül hullámvezetőn keresztül csatlakoztattuk egy gyűjtőcsőhöz, amely az MRI-szkennerben a madárketrec tekercséhez volt rögzítve. Az elosztócső beilleszkedett a résztvevők szájába, és az ízét a nyelv következetes szegmenséhez juttatta. Ezt az eljárást a múltban sikeresen alkalmazták folyadékok szállítására a szkennerben, és másutt részletesen ismertették (pl. ). Az ízkód a képernyőn 8.5 másodpercig maradt az íz átadását követően, és a résztvevőket arra utasították, hogy nyeljék le, amikor az alak eltűnik. A következő dátum 1 – 5 másodpercre jelenik meg, miután az előző dátum elhagyta. A képeket digitális kivetítővel / fordított képernyő megjelenítő rendszerrel mutattuk be az MRI szkenner furatának hátsó részén lévő képernyőhöz, és a fejtekercsre szerelt tükrön keresztül voltak láthatóak.

ábra 1 

Példa a képek és italok bemutatásának időzítésére és rendelésére a futás alatt.

Öt sor bizonyíték egy folyamatban lévő fMRI-tanulmányból, amely serdülő lányokkal ezt a paradigmát alkalmazta (N = 46) azt sugallja, hogy ez az elvárható és tápláló élelmezési jutalom egyéni különbségeinek érvényes mérőszáma. Először, a résztvevők szignifikánsan értékelték a turmixot (t = 9.79, df = 45, r = .68, p <.0001) kellemesebb, mint az ízléstelen megoldás egy vizuális analóg skálánként, megerősítve, hogy a turmix jobban megtérült a résztvevők számára, mint az ízetlen megoldás. Másodszor, a turmix kellemes érzékenysége korrelált az elülső szigetelés aktiválódásával (r = .70) válaszul a turmix utalásokra és a parahippocampus gyrusban aktiválódva a turmix bevételére válaszul (r = .72). Harmadszor, az aktiváció azokban a régiókban, amelyek megelőző és fogyasztható élelmezési jutalmat képviselnek (; ; ) a turmix előrejelzésére és beérkezésére adott válaszként ebben az fMRI paradigmában korrelált (r = .84 - .91), különféle ételek saját bejelentése alapján, és az iránti vágyakozás, az Élelmezés-vágy-jegyzék adaptált változatával ().1 Negyedszer, a megelőző és tápláló élelmezési jutalomra adott aktiválás ebben az fMRI paradigmában korrelál (r = .82 to .95), hogy mennyire keményen részt vesznek az étkezésekben, és mennyi táplálékot dolgoznak fel az operáns viselkedési feladatban, amely az élelmiszer-megerősítés egyedi különbségeit értékeli (). Ötödször, azok a résztvevők, akik ebben az fMRI paradigmában viszonylag nagyobb aktivációt mutatnak az előre látható és tápláló élelmezési jutalomra reagálva, szignifikánsan mutatták (p <.05) nagyobb súlygyarapodás egy éves követés alatt, mint azok a résztvevők, akik kevésbé aktiválódnak ebben a paradigmában (r = .54 - .65). Ezek az eredmények együttesen bizonyítékot szolgáltatnak az eMMRI élelmezési jutalom paradigmájának érvényességére.

Képalkotó és statisztikai elemzés

A szkennelést Siemens Allegra 3 Tesla csak fejfejű MRI szkennerrel végeztük. Egy standard madárketrec tekercset használtunk az egész agyból származó adatok gyűjtéséhez. A fej mozgásának korlátozására hőszivattyú párnát és további párnát használtunk. Összesen négy funkcionális futtatás során összegyűjtöttük az 152 vizsgálatokat. A funkcionális szkenneléshez T2 * súlyozott gradiens egylépéses echo planáris képalkotási (EPI) szekvenciát (TE = 30 ms, TR = 2000 ms, fordítási szög = 80 °), sík felbontással 3.0 × 3.0 mm2 (64 × 64 mátrix; 192 × 192 mm2 látómező). Az egész agyat lefedve az 32 4mm szeleteket (interleaved beszerzés, nincs átugrás) az AC-PC keresztirányú, ferde sík mentén szereztük meg, ahogy azt a középső szakasz határozta meg. A strukturális vizsgálatokat egy inverziós helyreállítási T1 súlyozott szekvenciával (MP-RAGE) gyűjtöttük össze, ugyanolyan orientációban, mint a funkcionális szekvenciákat, hogy részletes anatómiai képeket biztosítsunk a funkcionális szkenneléshez igazítva. Nagyfelbontású szerkezeti MRI szekvenciák (FOV = 256 × 256 mm2256 × 256 mátrix, vastagság = 1.0 mm, szeletszám UM 160).

Az adatokat előzetesen feldolgozták és elemezték az SPM5 szoftver segítségével (Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, Egyesült Királyság) a MATLAB-ban (Mathworks, Inc., Sherborn, MA) (Friston et al., 1994; ). A képeket időméréssel korrigáltuk a TR 50% -án kapott szeletekhez. Az összes funkcionális képet ezután átlaghoz igazították. A képeket (anatómiai és funkcionális) normalizáltuk az SPM5-ben végrehajtott standard MNI templát-agyba (ICBM152, az átlagos 152 normál MRI-vizsgálatok alapján). A normalizálás 3 mm voxelmérethez vezetett3 a funkcionális képek és az 1 mm voxel mérete3 strukturális képekhez. A funkcionális képeket egy 6 mm FWHM izotróp Gauss-kernelrel simítottuk.

A tápláló jutalom hatására aktiválódott agyi régiók azonosításához a turmix kézhezvételekor a BOLD-választ ellentmondtuk az íztelen oldat bevételekor. Az íz szájába érkezését fogyasztó jutalomnak tekintjük, nem pedig az íz lenyelésének, mindazonáltal elismerjük, hogy az étkezés utáni hatások szintén hozzájárulnak az ételek jutalomértékéhez (). Az agyrégiók azonosítása érdekében, amelyek a turmix-rágó paradigma előrejelző jutalmára válaszul aktiválódnak, a turmixát bekövetkező kézbesítést jelző dákó bemutatása során a BOLD-válasz ellentétben állt az íztelen megoldás várható kézbesítését jelző dákó bemutatója során bekövetkező válaszokkal. Annak elemzésére elemeztük a páratlan dákó bemutatását, amelyben az ízeket nem valósították meg annak biztosítása érdekében, hogy a tényleges ízek beérkezése ne befolyásolja a megelőző agyi aktiválás operatív meghatározását. Az egyes voxelok körülményeire jellemző hatásokat általános lineáris modellek segítségével becsülték meg. Az egyes érdeklődő események beállításainak vektorát összeállítottuk és bevittük a tervezési mátrixba, hogy az eseményekkel kapcsolatos válaszokat az SPM5-ben megvalósított kanonikus hemodinamikai válaszfüggvény (HRF) segítségével modellezzük, amely az 2 gamma funkciók keverékéből áll, amely emulálni a korai csúcsot 5 másodperc alatt és az azt követő alulteljesítést. Az oldatok nyelése által kiváltott variancia figyelembevétele érdekében a dátum eltűnésének idejét (az alanyokat ekkor nyelve megtanítottuk) nem érdekelt változóként vettük fel. A hemodinamikai funkció időbeli származékait is beépítettük az adatok jobb modelljének elérése érdekében (). Az alacsony frekvenciájú zaj eltávolítására és a jel lassú sodródására egy 128 második nagynyomású szűrőt (SPM5-egyezmény alapján) alkalmaztak.

Különálló kontraszttérképeket készítettünk, hogy összehasonlítsuk az egyes résztvevők aktivációit a fent említett kontrasztokkal az SPM5-ben. Ezután a csoportok közötti összehasonlításokat véletlenszerű effektus modellekkel végeztük a résztvevők közötti változékonyság számbavétele érdekében. A fogyasztói táplálék jutalmának elemzéséhez a turmix - ízetlen kontraszt paraméterbecslési képeit egy második szintű 2 × 2 ANOVA-ba (elhízott vagy sovány) vitték be (tejbegríz nyugta - íztelen nyugta). Az étel előtti jutalom elemzéséhez a párosítatlan turmixból - a páratlan ízetlen kontrasztból (azaz a turmix-jelzésből, amelyet nem követi a turmix-átvétel - az ízléstelen jelzésből nem következik az ízléstelen átvétel) származó paraméterbecslési képeket a második 2 × 2 szintű ANOVA-ba (elhízott vs. sovány) (párosítatlan turmix - páratlan ízetlen). Így ANOVA modelleket használtunk arra, hogy konkrétan teszteljük, hogy az elhízott résztvevőknél szignifikánsan nagyobbak-e az ételjutalom rendellenességei, mint a sovány résztvevőknél.

Az egyedi SPM kontraszt térképeket regressziós modellekbe is bevittük, a BMI-értékeket kovariánsként adva. Ez a modell megvizsgálta, hogy a magasabb BMI-pontszámú résztvevők nagyobb aktiválást mutattak-e, és úgy gondolják, hogy tükrözik az étkezési és megelőző élelmezési jutalmat az alacsonyabb BMI-ponttal rendelkezőkhez viszonyítva. A regressziós modelleket úgy becsüljük meg, hogy ezeknek a kapcsolatoknak egy érzékenyebb tesztet nyújtsanak a mintában szereplő összes résztvevő adatai alapján (az ANOVA modellek csak az elhízott és sovány résztvevőkre vonatkoztak).

A BOLD aktiválás fontosságát úgy határozzuk meg, hogy figyelembe vesszük a válasz maximális intenzitását és a válasz mértékét. Az SPM elsősorban a maximális intenzitásra támaszkodik a szignifikancia meghatározásakor, és szigorú intenzitáskritériumot állít fel a t-szélre fésült térképek p <0.001 (korrigálatlan) voxelenként és egy liberálisabb mértékű kritérium (3 voxel klaszter kritériuma). A konvenciót követően ezt a kritériumot használtuk az aktivációnk szignifikanciájának meghatározására mind a regressziós, mind az ANOVA modellek esetében. Az aktiválási klasztereket jelentősnek tekintették a p <.05 (a klaszterek vonatkozásában) korrigálva az egész agy többszörös összehasonlítására. Korábbi vizsgálatok alapján irányított kereséseket hajtottunk végre a táplálékkiegészítő és a várakozással járó jutalom által aktivált területeken: striatum, amygdala, középagyi régiók, orbitofrontális kéreg, dorsolaterális prefrontális kéreg, insula, elülső cingulate gyrus, parahippocampal gyrus és fusiform gyrus.

Eredmények

Annak vizsgálata, hogy az elhízott résztvevők eltéréseket mutattak-e a megelőző élelmezési jutalomban a karcsú résztvevőkhöz viszonyítva (turmix cukor versus íztelen cue)

Elemzéseket végeztünk, amelyek összehasonlították az elhízott serdülőkorú lányok agyi reakcióit (N = 7, M BMI = 33, SD = 4.25) serdülő lányoknak (N = 11, M BMI = 19.6, SD = 1.08) egy ANOVA csoportmodell segítségével. Összesen 13 aktivációs klaszterek találhatók az insulán, a Rolandic régióban, valamint az időbeli, frontális és parietális operációs régiókban; az elhízott résztvevők nagyobb aktiválást mutattak ezeken a területeken, mint a karcsú résztvevők (2A – B ábra és a Táblázat 1). Az 13 aktivációs klaszterek közül az 9 balra esett, az 4 pedig a jobb féltekére. Az elhízott résztvevők nagyobb aktiválást mutattak a bal első elülső cingulate kéregben (Brodmann ventrális terület (BA) 24), mint a karcsú résztvevők. Táblázat 1 jelentés koordinátákat, voxel méretét, nem korrigált p-értékek és effektusméretek (η2). Számos p-érték szignifikáns volt a p <, 05 teljes agy korrigálva a klaszter szintjén. Ezen elemzések hatásmérete kicsi (η2 = .01) nagyra (η2 = .17), amelynek átlagos hatása .05, amely egy közepes effektméretre vonatkozik .2

ábra 2 

A. A bal oldali elülső szigetelés nagyobb mértékű aktivációjának saggitalis szakasza (−36, 6, 6, Z = 3.92, P nem korrigálva <001), válaszul az elhízott ételre jutó táplálékra, szemben a sovány alanyokkal, B. a paraméter oszlopdiagramjai becslések ...
Táblázat 1 

Az elhízott serdülőkorú lányok körében fokozott aktivációt mutató prediktív élelmezési juttatás és tápláló élelmezési juttatásN = 7) összehasonlítva a Lean serdülő lányokkal (N = 11)

Annak vizsgálata, hogy a résztvevők BMI mutatott-e lineáris kapcsolatot az előzetes élelmezési jutalommal

Az egyedi SPM kontraszttérképeket regressziós modellekbe adtuk, BMI-pontszámmal együtt, mint kovariátort, hogy megvizsgáljuk, hogy a BMI lineárisan kapcsolódik-e az aktiváláshoz az előre látható élelmezési jutalom alapján. Ezek az elemzések érzékenyebbek voltak, mivel az összes résztvevőt bevonják, nem pedig csak az elhízott és sovány résztvevőket. Megállapítottuk, hogy a BMI pozitív korrelációt mutat a ventrális laterális és dorsalis lateralis prefrontalis kéregben és az időbeli operculumban az előre látható élelmezési jutalomra adott válaszként (3A ábra és a Táblázat 2). Azonban a hatások egyike sem volt szignifikáns p <, 05 teljes agy korrigálva a klaszter szintjén. Ezeknek az elemzéseknek a hatásmérete mind nagy volt kritériumok (tartomány r = .48 - .68), átlaggal r = .56.

ábra 3 

A. A nagyobb aktiváció tengelymetszete a bal temporális operkulumban (TOp; −54, −3, 3, Z = 3.41, P nem korrigálva <001) és a jobb ventrolaterális prefrontális kéregben (VLPFC; 45, 45, 0, Z = 3.57, P javítatlan <.001) in ...
Táblázat 2 

A megelőző élelmezési juttatás és a fogyasztó élelmezési jutalom a testtömeg-index függvényében reagáló régiók (N = 33)

Annak vizsgálata, hogy az elhízott résztvevők mutattak-e különbségeket a tápláló étel-haszonban a sovány résztvevőkhöz képest (turmix bevétele versus ízléstelen bevétele ellen)

A várható élelmezési jutalom eredményeivel összehasonlítva azt találtuk, hogy az elhízott serdülőkorú lányok nagyobb aktiválást mutattak a Rolandic operculumban és a frontális operculumban a tápláló étrendi jutalom hatására, mint a sovány résztvevők (2C – D ábra és a Táblázat 1). A rolandic operculumban az aktivációs klaszter szignifikáns volt a p <.05 teljes agy korrigálva a klaszter szintjén (lásd Táblázat 1). Ezeknek az elemzéseknek a hatásmérete kicsitől (η2 = .03) közepes (η2 = .08), amelynek átlagos hatása .06, amely egy közepes effektméretre vonatkozik kritériumok.

Annak vizsgálata, hogy a résztvevők BMI mutattak-e lineáris kapcsolatot az étkezés élelmezésének jutalmával

Az egyedi SPM kontraszt térképeket regressziós modellekbe is bevittük, a BMI pontszámmal együtt, mint annak változóját, hogy megvizsgáljuk, hogy a BMI lineárisan kapcsolódik-e az aktiváláshoz az étvágygerjesztő élelmezési jutalom alapján. Pozitív összefüggést találtunk a BMI és az instala aktiválása és az operculum több régiója között (3B – C ábra és a Táblázat 2). A BMI emellett negatív korrelációban volt a caudate-mag aktiválásával is, az érzékeny modellben a tápláló élelmezési jutalomra reagálva, jelezve, hogy a magas BMI-résztvevők csökkentett választ mutattak ezen a területen, mint az alacsony BMI-résztvevők (3D – E ábra és a Táblázat 2). A p-értékek egyike sem volt szignifikáns p <, 05 teljes agy korrigálva a klaszter szintjén. Ezen elemzések hatásmérete közepes volt (r = .35) nagy (r = .58) per kritériumok, nagy átlagos hatás mellett (r = .48).

Megbeszélés

Ez a tanulmány megvizsgálta azt a hipotézist, miszerint az elhízott serdülőkorú lányok differenciált aktiválást mutatnak a jutalomáramlásban az étkezés és a várható fogyasztás függvényében a karcsú serdülőkorú lányokhoz viszonyítva, és hogy az aktiválás lineárisan kapcsolódik a résztvevők BMI-jéhez. Az agyi válaszokat a csokoládé turmix és az íztelen oldat (tápláló élelmezési jutalom) beérkezésekor, valamint a csokoládé turmix közelgő kézbesítésére utaló, az íztelen oldat jelzésére adott válaszok (előrejelző élelmezési jutalom) alapján választottuk. Korábbi tanulmányok eredményei alapján (pl. ), az elhízott résztvevők étrendbeli és prediktív élelmezési jutalmainak rendellenességeire számíthattunk az elhízott társaikhoz képest.

Hipotézis szerint a tápláló és prediktív élelmezési jutalomra adott válaszok az előrejelzett régiókban eltérőek voltak az elhízott serdülőkorú lányoknál, szemben a karcsú társaikkal. Az elhízott résztvevők nagyobb aktiválást mutattak az elsődleges ízelítőkéregben (anterior insula / frontális operculum) és a szomatoszenzoros kéregben (Rolandic operculum, temporal operculum, parietal operculum és a posterior insula) és az elülső cingulateban, a várt élelmezési jutalom mértékéhez viszonyítva hogy támaszkodjon a résztvevőkre. Ezek a hatásméretek kicsitől nagyokig voltak, az átlagos hatásméret közepes. Bebizonyosodott, hogy az insula szerepet játszik a megelőző élelmezési jutalomban (; ; ) és élelmezési vágy (). Ezenkívül Balleine és Dickenson (2001) kimutatták, hogy az insula reszekciójával rendelkező állatok nem tudják meg, hogy az ételekre reagáló viselkedés leértékelődött-e, és arra utalnak, hogy az insula szerepet játszik a prediktív élelmezési jutalomban. Megállapítottuk, hogy a ventrális elülső cingulate régió részt vesz az élelmiszerek energiatartalmának és ízlésének kódolásában (). Ennek eredményeként megállapításaink azt sugallhatják, hogy az elhízott egyének fokozottabb előrejelzést tapasztaltak a turmix ízletességéről, mint a karcsú egyéneknek. A jövőbeni tanulmányok során fontos annak kizárása, hogy a zsírtartalmú és magas cukortartalmú ételek túllépésének eredményeként bekövetkező kondicionálás nem járul hozzá az elhízott résztvevők által megjelölt megnövekedett élelmezési jutalomhoz.

A hipotézis szerint bizonyítékok is voltak arra, hogy az elhízott résztvevők differenciált aktiválást mutattak a tápláló élelmezési jutalom függvényében a karcsú résztvevőkhöz képest. Az előbbiek fokozott aktivációt mutattak a Rolandic operculumban, a frontális operculumban, a posterior insula-ban és a cingulate gyrus-ban a tápláló élelmezési jutalom hatására, az utóbbihoz képest. A hatásméretek kicsi és közepes volumenűek voltak, az átlagos hatásméret közepes volt. Ezek az eredmények konvergálnak a korábbi tanulmányok eredményeivel; megállapította, hogy a testzsír százaléka összefüggésben van az izolátum megnövekedett aktivációjával az étkezés szenzoros élménye során, és nagyobb aktivitást talált a szomatoszenzoros kéregben, miközben a BMI függvényében pihen. Tekintettel arra, hogy az izolát és a felüljáró operculumot az élelmiszer-bevitelből származó szubjektív jutalomhoz társították (; ), ezek a megállapítások azt sugallhatják, hogy az elhízott egyének nagyobb étkezési jutalmat tapasztalnak a karcsú egyénekhez képest, ami megfelelhet a bevezetésben vázolt más tanulmányok viselkedési adatainak.

Regressziós modellekkel is megvizsgáltuk, hogy a BMI lineárisan kapcsolódik-e az aktiváláshoz az előre látható és tápláló élelmezési jutalomra reagálva, hogy érzékenyebb teszttel szolgáljanak a feltételezett kapcsolatok. Összehasonlítva az ANOVA modellek eredményeivel, megnövekedett aktiválást találtunk az ideiglenes operculumban a várható élelmezési jutalomhoz, a BMI függvényében. Ezenkívül nagyobb válaszokat találtak a dorsolateralis prefrontalis kéregben, a várható élelmezési jutalomra adott válaszként, a BMI függvényében. Az ANOVA modellek eredményeivel összehasonlítható az isula / frontoparietalis operculum megnövekedett aktiválása is, az étkezési táplálkozási juttatás hatására, a BMI függvényében. Összességében a regressziós modellek eredményei általában egybevágtak az ANOVA modellek eredményeivel, annak ellenére, hogy az utóbbi elemzések csak az elhízott és sovány résztvevőkre vonatkoztak, további hipotéziseinkkel összhangban levő eredményeket szolgáltatva. A regressziós modellekben azonosított kapcsolatok jellemzően nagy hatások voltak.

Érdekes módon a regressziós modellek azt sugallták, hogy a korábbi megállapítások alapján feltételezhető, hogy a BMI fordítottan kapcsolódik a caudate-mag aktiválódásához a tápláló élelmezési jutalomra adott válaszként (). Ez egy nagy effekt méret volt. Funkcionális megállapításunk alátámasztja és kiterjeszti a. Által végzett tanulmány eredményeit , amelyben azt találták, hogy a morbidly elhízott csökkentette a D2 receptor rendelkezésre állását nyugalomban a putamenben a BMI-vel arányosan. Ezek az eredmények tükrözhetik a dopamin receptor alacsonyabb elérhetőségét. Lehetséges, hogy az egyének túllépnek, hogy stimulálják a lassú és régóta fennálló dopamin alapú jutalmazási rendszert (). Alternatív megoldásként a magas zsírtartalmú és magas cukortartalmú ételek fogyasztása a receptorok lecsökkentését eredményezheti, amint azt az anyaghasználók körében megfigyelték (). Mint már megjegyeztük, az állatkísérletek azt sugallják, hogy az édes és zsíros ételek ismételt bevétele a D2 receptorok alsó szabályozását és a D2 érzékenység csökkentését eredményezi (; ). Egy másik lehetséges értelmezés az, hogy az elhízott egyének pihenés közben az élelmezési jutalom áramkörének hibás működését mutatják, de étellel vagy ételjeggyel való érintkezés esetén hiperfunkciót mutatnak. Ez az értelmezés összhangban áll azokkal a bizonyítékokkal, amelyek szerint az elhízott és az elhízott egyének nagyobb érzékenységet mutatnak a hátsó szigetén és a hátsó hippokampuszban az étkezés után a karcsú egyéneknél () szerint az étellel kapcsolatos kitettségek az elhízott, de nem karcsú egyének jobb parietális és időbeli kéregének nagyobb aktiválódását eredményezik (; ) szerint az elhízott egyének nagyobb aktiválást mutatnak a háti striatumban, az insulaban, a claustrumban és a szomatoszenzoros kéregben, válaszul az étkezési jelekre, mint a sovány egyének () szerint az elhízott patkányok alacsonyabb dopamin alapszinttel és csökkent D2 receptor expresszióval rendelkeznek, mint a sovány patkányok (; ; ), és hogy az elhízott patkányok a táplálás során fázisebben engedik fel a dopamint, mint a sovány patkányok (). Ez az értelmezés azonban nem felel meg annak a bizonyítéknak, miszerint az elhízott, karcsú egyedekhez viszonyított metabolikus aktivitása nagyobb volt az orális szomatoszenzoros kéregben (), és hogy az OFC aktiválása és az ízléses ételek képeinek megtekintésére a cinguláció negatív korrelációt mutatott a normál súlyú nők BMI-jével (). A jövőbeli kutatások során hasznos annak meghatározása, hogy mely értelmezés magyarázza a látszólag inkonzisztens eredményeket, mivel ez jelentősen elősegítené az elhízáshoz hozzájáruló etiológiai és fenntartó folyamatok megértését.

A jelen megállapítások együttesen azt sugallják, hogy a különböző agyrégiókat aktiválják a prediktív és tápláló élelmezési jutalom, ami fontos hozzájárulás, mivel csak néhány kutatás kísérelte meg azonosítani a megelőző és tápláló élelmezési jutalom idegi szubsztrátjait. Az ANOVA modellekben az elhízást és a karcsú résztvevőket hasonlítják össze (Táblázat 1), a rolandic operculum és a frontális operculum aktiválódott mind a turmix előrejelzésével, mind a fogyasztásával, de a temporal operculum, a parietal operculum, az elülső szigetelés, a hátsó sziget és a ventrális elülső cingulate csak a turmix várható beérkezésekor aktiválódott. A BMI és az aktivációs régiók kapcsolatát vizsgáló regressziós modellekben (Táblázat 2) nem volt átfedés az aktivált régiókban: míg a ventrolaterális prefrontalis kéreg, a dorsalis laterális prefrontalis kéreg és az időleges operculum a turmix várható beérkezésekor aktiválódott, az insula, a frontoparietális operculum, a parietális operculum és a caudate mag a válaszra aktiválódott turmix kézhezvétele. Ezek az eredmények nagymértékben megegyeznek a korábbi tanulmányok eredményeivel, amelyekben a tápláló és megelőző élelmezési jutalomra jellemző agyrégiókat vizsgálták (; ; ; Small és munkatársai, 2008; ).

Ez a tanulmány újszerű, mivel az elsők között tesztelték a BMI és a prediktív és tápláló élelmezési jutalom idegi reakciója közötti kapcsolatot, egy paradigma alkalmazásával, amely magában foglalja az élelmiszer szkennerbe juttatását. Ennek a tanulmánynak azonban számos korlátozása van, amelyeket figyelembe kell venni. Először is, közepes mintánk volt a csoporthatások közötti teszteléshez, bár ez nagyobb volt, mint a korábban közzétett, az eddig közzétett élelmezési jutalom fMRI vizsgálata. Másodszor, csak egy ízletes ízt használtunk fel. Lehet, hogy más ízek jobban örülnek a résztvevőknek, és nagyobb jutalomreakciót eredményeztek az agyban. Harmadsorban, mivel a turmix kézhezvétele előtt mindig volt dákó (azaz soha nem adták át kóda nélkül), a résztvevők mindig is tudtak az ízről, mielőtt azt kézbesítették. Korábbi tanulmányok (pl. ) az ízre és az ízekre adott különbséget találták annak függvényében, hogy azok várhatóak-e vagy nem vártak-e. Ezért a nyomozóknak mérlegelniük kell, hogy a váratlan élelmezési juttatás megszerzésére adott válaszintézkedéseket bevonják-e a jövőbeli vizsgálatokba. Negyedszer, a turmix paradigmájához használt útmutatások geometriai alakzatok voltak, amelyek valószínűleg nem rendelkeznek elegendő jutalom-jelentéssel a résztvevők számára, és ezért tompított előrejelző érzéseket és agyi aktivációt okozhattak. Ötödször, korlátozott viselkedési adatokat gyűjtöttünk az fMRI paradigma validálására a tanulmányunk résztvevőivel. Mindazonáltal a folyamatban lévő, ezt a paradigmát használó tanulmányok érvényességi adatai azt sugallják, hogy az élelmezési jutalom egyéni különbségeinek igazolható mértéke.

Összegezve, eredményeink arra utalnak, hogy a prediktív és tápláló étkezési jutalmak során az elhízás státusának és a BMI-nek függvényében eltérő idegválasz alakul ki, bár fontos lesz ezeket a kapcsolatokat független mintákban megismételni. Mivel sok olyan régióban volt nagyobb válasz, amelyről kimutatták, hogy az elhízott résztvevők élelmezési jövedelmét kódolják, a válasz mintája összhangban áll a viselkedésbeli vizsgálatokkal, amelyek azt sugallják, hogy az elhízott egyének nagyobb jutalékot várnak el az ételek bevételekor és nagyobb érzéki élvezetet élnek meg étkezéskor. Ugyanakkor azt is megállapítottuk, hogy a magasabb BMI-del rendelkező résztvevők kevesebb aktivációt mutattak a striatumban az élelmiszer-fogyasztás hatására, mint az alacsonyabb BMI-vel, ami összhangban áll azzal a javaslattal, miszerint az elhízott egyének kevesebb fázisos dopamin-felszabadulást tapasztalhatnak, amikor élelmet fogyasztanak sovány egyének. Biológiai szempontból lehetséges, hogy az egyének nagyobb jutalmat számíthatnak az étel bevitelére, és nagyobb szomatoszenzoros élvezetet élvezhetnek étkezés közben, mégis kevesebb fázisos felszabadulást tapasztalnak ételek fogyasztásakor, mivel mindegyik különálló idegi áramkört tartalmaz. Ugyanakkor az is lehetséges, hogy ezeknek a rendellenességeknek egy része megelőzi az elhízást, míg mások a túlzás következményei. Például az előbbi két hatás növeli a hiperfágia kockázatát, amely pozitív energiamérleget eredményez, és az utóbbi hatás a receptorcsökkenés következménye lehet, amely a magas zsírtartalmú és magas cukortartalmú étrend fogyasztását követi. Alternatív megoldásként a dopamin-közvetített jutalomáramkör hibás működése miatt az egyének túlléphetnek annak érdekében, hogy kompenzálják ezt a jutalomhiányt, amely kondicionálás révén nagyobb előrejelző élelmezési juttatást és fokozott fejlődést eredményez a szomatoszenzoros kéregben. A prospektív tanulmányok során elengedhetetlen annak megvizsgálása, hogy ezek közül mely rendellenességek megelőzik az elhízás kialakulását, és melyek a krónikus túlaltatás következményei. Reméljük, hogy az elhízás kialakulását megelőző rendellenességek szisztematikus vizsgálata lehetővé teszi a hatékonyabb megelőzési és kezelési beavatkozások megtervezését.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a tanulmányt a Nemzeti Egészségügyi Intézet kutatási támogatása (R1MH64560A) támogatta.

Köszönet illeti Keely Muscatell projekt kutatási asszisztensét és a résztvevőket, akik lehetővé tették ezt a tanulmányt.

Lábjegyzetek

1Az élelmiszer-vágy leltár (FCI, ) felméri a különféle élelmiszerek iránti vágy mértékét. Ezt a skálát úgy adaptáltuk, hogy megkérdeztük arra is, hogy az ízléses résztvevők hogyan találják meg az ételeket. Az eredeti FCI belső konzisztenciát mutatott (α = .93), 2-hetes teszt-újravizsgálati megbízhatóság (r = .86), és az intervenciós hatások észlelésének érzékenysége (; ). Egy kísérleti tanulmányban (n = 27) a vágy skála és az ízlés skála belső konzisztenciát mutatott (α = .91 és .89).

2Míg egyes szoftvercsomagok, például az AFNI (Functional NeuroImages Analysis) elsősorban a hangerőre összpontosítanak, és így nagyobb klaszterkritériumot használnak, addig az SPM elsősorban az intenzitásra koncentrál, és kisebb klaszterkritériumot használ (de nagyobb intenzitási követelményeket). A fényerősség követelménye t <0.001, és a szomszédos 3 voxeles minimális klaszter kritérium a t-térképek küszöbértékéhez standard az SPM számára, és ezt a megközelítést használtuk a korábbi vizsgálatokban. Ebben az összefüggésben fontos megjegyezni, hogy az általunk jelentett összes klaszter nagyobb, mint 3 voxel (1 táblázatok és a and22).

3Annak bizonyítékai alapján, hogy a jutalomhoz kapcsolódó idegi funkciók fokozódtak a nők középső follikuláris szakaszában () létrehozott egy dihotóm változót, amely tükrözi, hogy a résztvevők elvégezték-e az fMRI vizsgálatot a midfollicularis szakaszban (4 – 8 nap a menstruáció kezdete után; n = 2) vagy sem (n = 31). Amikor az összes elemzés során ellenőriztük ezt a változót, akkor az aktiválás a jelentett régiókban szignifikáns maradt.

Referenciák

  • Balleine B, Dickinson A. Az izolált kéreg sérüléseinek hatása az instrumentális kondicionálásra: Bizonyítékok az ösztönző tanulásban betöltött szerepére. Journal of Neuroscience. 2000; 20: 8954-8964. [PubMed]
  • Barlow SE, Dietz WH. Elhízás értékelése és kezelése: Szakértői bizottság ajánlásai. Gyermekgyógyászat. 1998; 102: E29. [PubMed]
  • Bello NT, Lucas LR, Hajnal A. Ismétlődő szacharóz hozzáférés befolyásolja a dopamin D2 receptor sűrűségét a striatumban. Neuroreport. 2002; 13: 1557-1578. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Berns GS, McClure SM, Pagoni G, Montague PR. A kiszámíthatóság modulálja az emberi agy válaszát a jutalomra. Journal of Neuroscience. 2001; 21: 2793-2798. [PubMed]
  • Blackburn JR, Phillips AG, Jakubovic A, Fibiger HC. Dopamin és előkészítő viselkedés: Neurokémiai elemzés. Viselkedési idegtudomány. 1989; 103: 15-23. [PubMed]
  • Cohen J. A viselkedéstudomány statisztikai hatalmi elemzése. 2. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum; 1988.
  • Cole TJ, Bellizzi MC, Flegal K, Dietz WH. A gyermekek túlsúlyának és elhízásának egységes meghatározása az egész világon: Nemzetközi felmérés. British Medical Journal. 2000; 320: 1-6. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Jön DE, Blum K. Jutalomhiányos szindróma: a viselkedési rendellenességek genetikai szempontjai. Előrelépés az agykutatásban. 2000; 126: 325-341. [PubMed]
  • Davis C, Strachan S, Berkson M. Érzékenység a jutalomra: A túlzás és az elhízás következményei. Étvágy. 2004; 42: 131-138. [PubMed]
  • Dawe S, Loxton NJ. Az impulzivitás szerepe az anyaghasználat és az étkezési rendellenességek kialakulásában. Idegtudomány és biológiai viselkedés áttekintés. 2004; 28: 343-351. [PubMed]
  • De Araujo, IE, Rolls ET. Az emberi agyban az élelmiszer textúra és az orális zsír ábrázolása. Journal of Neuroscience. 2004; 24: 3086-3093. [PubMed]
  • Delahanty LM, Meigs JB, Hayden D, Williamson DA, Nathan DM. A kiindulási BMI pszichológiai és magatartási összefüggései a cukorbetegség megelőzési programjában. Cukorbetegség-gondozás. 2002; 25: 1992-1998. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Del Parigi A, Chen K, Hill DO, Wing RR, Reiman E, Tataranni PA. Az étkezésre vonatkozó rendellenes idegi válaszok fennmaradása potobézis egyéneknél. Az elhízásról szóló nemzetközi folyóirat. 2004; 28: 370-377. [PubMed]
  • Dietz WH, Robinson TN. A testtömeg-index (BMI) használata a túlsúly mérésére gyermekek és serdülőknél. The Journal of Pediatrics. 1998; 132: 191-193. [PubMed]
  • Dreher JC, Schmidt PJ, Kohn P, Furman D, Rubinow D, Berman KF. A menstruációs ciklus fázisa modulálja a jutalomhoz kapcsolódó idegi funkciókat a nőkben. Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai. 2007; 104: 2465-2470. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Drewnowski A, Kurth C, Holden-Wiltse J, Saari J. Élelmezési preferenciák az emberi elhízásban: Szénhidrátok és zsírok. Étvágy. 1992; 18: 207-221. [PubMed]
  • Epstein LJ, Templom JL, Neaderhiser BJ, Salis RJ, Erbe RW, Leddy JJ. Étel megerősítése, a dopamin D2 receptor genotípusa és az energiabevitel elhízott és nem elhízott emberekben. Viselkedési idegtudomány. 2007; 121: 877-886. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Epstein LH, Wright SM, Paluch RA, Leddy JJ, Hawk LW, Jaroni JL és mtsai. Élelmiszer-hedonika és megerősítés mint a dohányosok laboratóriumi étel-bevitelének meghatározója. Élettan és viselkedés. 2004a; 81: 511-517. [PubMed]
  • Epstein LH, Wright SM, Paluch RA, Leddy JJ, Hawk LW, Jaroni JL és mtsai. Az étel megerősítése és a dopamin genotípusok összefüggése és annak hatása a dohányosok élelmezés-fogyasztására. American Journal of Clinical Nutrition. 2004b; 80: 82-88. [PubMed]
  • Fetissov SO, Meguid MM, Sato T, Zhang LH. A dopaminerg receptorok expressziója a sovány és elhízott Zucker hipotalamuszában és az étkezés. American Journal of Physiology. 2002; 283: R905-910. [PubMed]
  • Fisher JO, Birch LL. Étkezés és túlsúly hiányában az 5 és 7 életkorú lányok közötti étkezés. American Journal of Clinical Nutrition. 2002; 76: 226-231. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Flegal K, Graubard B, Williamson D, Gail M. Túlsúly, túlsúly és elhízás okozta túlzott halálesetek. Az American Medical Association naplója. 2005; 293: 1861-1867. [PubMed]
  • Forman EM, Hoffman KL, McGrath KB, Herbert JD, Brandsma LL, Lowe MR. Az elfogadási és kontroll-alapú stratégiák összehasonlítása az étkezési vágy kezelésében: analóg tanulmány. Viselkedéskutatás és terápia. 2007; 45: 2372-2386. [PubMed]
  • Franken IH, Muris P. A jutalomérzékenység különbségei az egészséges testsúlyú nők étkezési vágyához és relatív testtömegéhez kapcsolódnak. Étvágy. 2005; 45: 198-201. [PubMed]
  • Gottfried JA, O'Doherty J, Dolan RJ. A prediktív jutalomérték kódolása az emberi amygdala és orbitofrontalis kéregben. Tudomány. 2003; 301: 1104-1107. [PubMed]
  • Hamdi A, Porter J, Prasad C. Csökkent striatális D2 dopamin receptorok elhízott Zucker patkányokban: Változások az öregedés során. Agykutatás. 1992; 589: 338-340. [PubMed]
  • Henson RN, Price CJ, MD Rugg, Turner R, Friston KJ. Az eseményekkel kapcsolatos BOLD válaszok késleltetési különbségeinek észlelése: Alkalmazás szavakkal szemben a nem szavakkal kezdeti és ismételt arcbemutatók esetén. Neuroimage. 2002; 15: 83-97. [PubMed]
  • Jeffery R, ​​Drewnowski A, Epstein LH, Stunkard AJ, Wilson GT, Wing RR, Hill D. Súlycsökkenés hosszú távú fenntartása: Jelenlegi állapot. Egészségpszichológia. 2000; 19: 5-16. [PubMed]
  • Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Regionális agyi véráramlás étkezés során elhízott és normál testtömegű nők esetén. Agy. 1997; 120: 1675-1684. [PubMed]
  • Kelley AE, Will MJ, Steininger TL, Zhang M., Haber SN. Nagyon ízletes ételek korlátozott napi fogyasztása (csokoládé biztosítása) megváltoztatja a striatális enkefalin gén expresszióját. Európai Neuroscience folyóirat. 2003; 18: 2592-2598. [PubMed]
  • Killgore WD, Yurgelun-Todd, DA. A testtömeg előre jelzi az orbitofrontalis aktivitást a magas kalóriatartalmú ételek vizuális bemutatása során. Neuro. 2005; 16: 859-863. [PubMed]
  • Kiyatkin EA, Gratton A. Az extracelluláris dopamin elektrokémiai monitorozása táplálékra rányomó patkányok magmag-gyűjtőiben. Agykutatás. 1994; 652: 225-234. [PubMed]
  • LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, Mesulam MM. Az éhezés szelektíven modulálja a kortikolimbikus aktivációt az emberek étkezési stimulusaira. Viselkedési idegtudomány. 2001; 115: 493-500. [PubMed]
  • Martin CK, O'Neil, PM, Pawlow L. Az étkezési vágy változásai alacsony és nagyon alacsony kalóriatartalmú étrend esetén. Elhízottság. 2006; 14: 115-121. [PubMed]
  • Martinez D., Gil R., Slifstein M., Hwang DR, Huang Y, Perez A. és mtsai. Az alkoholfüggőség a tompa dopamin transzmisszióval jár a ventrális striatumban. Biológiai pszichiátria. 2005; 58: 779-786. [PubMed]
  • Nederkoorn C, Smulders FT, Jansen A. Cephalic fázis válaszok, sóvárgás és táplálékfelvétel normál alanyokban. Étvágy. 2000; 35: 45-55. [PubMed]
  • O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neurális válaszok az elsődleges ízjutalom előrejelzésekor. Idegsejt. 2002; 33: 815-826. [PubMed]
  • O'Doherty JP, Rolls ET, Francis S, Bowtell R, McGlone F. A kellemes és riasztó íz ábrázolása az emberi agyban. Journal of Neurophysiology. 2001; 85: 1315-1321. [PubMed]
  • Orosco M, Rouch C, Nicolaidis S. Rostromedialis hypothalamic monoamin változások az inzulin és glükóz intravénás infúziójára adott válaszként szabadon tápláló, elhízott Zucker patkányoknál: mikrodialízis-vizsgálat. Étvágy. 1996; 26: 1-20. [PubMed]
  • Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD. A vágy képei: Élelmezés-vágy aktiválás az fMRI során. NeuroImage. 2004; 23: 1486-1493. [PubMed]
  • Rissanen A, Hakala P, Lissner L, Mattlar CE, Koskenvuo M, Ronnemaa T. Különösen az étrendi zsírok és az elhízás szempontjából részesült előnyben: A súlytól eltérő monozigótikus ikrek tanulmányozása. Az elhízásról szóló nemzetközi folyóirat. 2002; 26: 973-977. [PubMed]
  • Robinson TE, Berridge KC. Ösztönző-érzékenyítés és függőség. Függőség. 2001; 96: 103-114. [PubMed]
  • Roefs A, Herman CP, MacLeod CM, Smulders FT, Jansen A. Első pillantásra: hogyan értékelik az elfoglalt étkezõk a zsírtartalmú ízletes ételeket? Étvágy. 2005; 44: 103-114. [PubMed]
  • Rothemund Y, Preuschof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. A hátsó striatum differenciális aktiválása magas kalóriatartalmú vizuális élelmezési stimulák révén elhízott egyéneknél. Neuroimage. 2007; 37: 410-421. [PubMed]
  • Saelens BE, Epstein LH. Az élelmezés megerősítő értéke elhízott és nem elhízott nők esetében. Étvágy. 1996; 27: 41-50. [PubMed]
  • Schultz W, Apicella P, Ljungberg T. A majom-dopamin neuronok válaszai a jutalmazott és kondicionált ingerekre a késleltetett válaszfeladat tanulásának egymást követő lépéseinél. Journal of Neuroscience. 1993; 13: 900-913. [PubMed]
  • Schultz W, Romo R. A majom középső agyának dopamin neuronjai: Az azonnali viselkedési reakciókat kiváltó ingerekre adott válaszok kontingenciái. Journal of Neurophysiology. 1990; 63: 607-624. [PubMed]
  • Kicsi DM, Gerber J, Mak YE, Hummel T. Differenciális idegválaszok az ortonasalis és a retronasalis szagú észlelés során. Idegsejt. 2005; 47: 593-605. [PubMed]
  • Kis DM, Jones-Gotman M, Dagher A. A takarmány által indukált dopamin felszabadulás dorzális striatumban korrelál az egészséges ember önkéntesek étkezési kellemességével. Neuroimage. 2003; 19: 1709-1715. [PubMed]
  • Kis DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M. A csokoládé evéshez kapcsolódó agyi aktivitás változásai: Az örömtől az ellenszenvig. Agy. 2001; 124: 1720-1733. [PubMed]
  • Stice E, Shaw H, Marti CN. Gyerekek és serdülők elhízásmegelőzési programjainak metaanalitikus áttekintése: A vékony beavatkozás működik. Pszichológiai közlemény. 2006; 132: 667-691. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  • Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JF. Elterjedt jutalomrendszer-aktiválás az elhízott nőkben a magas kalóriatartalmú ételekről készített képek alapján. Neuroimage. 2008; 41: 636-647. [PubMed]
  • Stunkard AJ, Berkowitz RI, Stallings VA, Schoeller DA. Az energiabevitel, nem pedig az energiakibocsátás, meghatározza a csecsemők testméretét. American Journal of Clinical Nutrition. 1999; 69: 524-530. [PubMed]
  • Temple JL, Legerski C, Giacomelli AM, Epstein LH. Az étel jobban megerősíti a túlsúlyt, mint a sovány gyermekeket. American Journal of Clinical Nutrition In Press.
  • Veldhuizen MG, Bender G, Constable RT, Small DM. Kóstolás íz hiányában: A korai ízekkéreg modulálása az íz figyelembevételével. Kémiai érzékszervek. 2007; 32: 569-581. [PubMed]
  • Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ. A dopamin szerepe a gyógyszerek megerősítésében és függőségben emberben: képalkotó vizsgálatok eredményei. Viselkedési farmakológia. 2002; 13: 355-366. [PubMed]
  • Volkow ND, Wang GJ, Maynard L, Jayne M., Fowler JS, Zhu W, et al. Az agydopamin az emberek étkezési viselkedésével jár. Az étkezési rendellenességek nemzetközi folyóirata. 2003; 33: 136-142. [PubMed]
  • Wang GJ, Volkow ND, Felder C, Fowler J, Levy A, Pappas N, et al. Az orális szomatoszenzoros kéreg fokozott nyugalmi aktivitása elhízott betegeknél. Neuroreport. 2002; 13: 1151-1155. [PubMed]
  • Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS. A dopamin szerepe az emberek élelmezés-motivációjában: az elhízás következményei. Szakértői vélemény a terápiás célokról. 2002; 6: 601-609. [PubMed]
  • Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W, et al. Agyi dopamin és elhízás. Lancet. 2001; 357: 354-357. [PubMed]
  • Wardle J, Guthrie C, Sanderson S, Birch D, Plomin R. Ételek és tevékenységi preferenciák sovány és elhízott szülők gyermekeinél. Az elhízásról szóló nemzetközi folyóirat. 2001; 25: 971-977. [PubMed]
  • Westenhoefer J, Pudel V. Ételekkel való öröm: Az élelmiszer-választás fontossága és a szándékos korlátozás következményei. Étvágy. 1993; 20: 246-249. [PubMed]
  • Fehér MA, Whisenhunt BL, Williamson DA, Greenway FL, Netemeyer RG. Az élelmiszer-vágy leltár kidolgozása és validálása. Elhízáskutatás. 2002; 10: 107-114. [PubMed]
  • Worsley KJ, Friston KJ. Újra áttekintették az fMRI idősorainak elemzését. [levél; megjegyzés] Neuroimage. 1995; 2: 173–181. [PubMed]
  • Yamamoto T. Neurális aljzatok az ízlés kognitív és érzelmi szempontjainak feldolgozására az agyban. Szövettan és citológia archívumai. 2006; 69: 243-255. [PubMed]
  • Yang ZJ, Meguid MM. A dopaminerg hatás elhízott és sovány zucker patkányokban. Neuroreport. 1995; 6: 1191-1194. [PubMed]
  • Zald DH, Parvo JV. Corticalis aktiváció, amelyet intraorális vízzel történő stimulálás vált ki az emberekben. Kémiai érzékszervek. 2000; 25: 267-275. [PubMed]