Aktivasi kortikolimbik yang lebih besar ke isyarat makanan berkalori tinggi setelah makan pada orang dewasa yang kegemukan vs normal (2012)

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

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

Abstrak

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi respons saraf terhadap isyarat makanan bermanfaat sebelum dan sesudah makan pada orang dewasa yang kelebihan berat badan / obesitas (OB) dan berat badan normal (NW). Berdasarkan literatur sebelumnya, kami mengharapkan aktivasi diferensial yang lebih besar untuk isyarat makanan vs objek untuk OB dibandingkan dengan peserta NW baik sebelum makan dan setelah konsumsi makan siang yang khas. Dua puluh dua orang kelebihan berat badan / obesitas (11 laki-laki) dan 16 normal-berat (6 laki-laki) berpartisipasi dalam tugas pencitraan resonansi magnetik fungsional yang memeriksa respons saraf terhadap isyarat visual dari makanan berkalori tinggi dan rendah sebelum dan sesudah makan.

TKelompok OB menunjukkan peningkatan respons saraf terhadap makanan berkalori tinggi dan rendah setelah makan dibandingkan dengan peserta NW di daerah frontal, temporal, dan limbiks.

Selain itu, aktivasi yang lebih besar di daerah kortikolimbik (lateral OFC, caudate, cingulate anterior) ke isyarat makanan berkalori tinggi terlihat jelas pada peserta OB vs NW setelah makan.

Temuan ini menunjukkan bahwa untuk individu OB, isyarat makanan berkalori tinggi menunjukkan respon berkelanjutan di daerah otak yang terlibat dalam hadiah dan kecanduan bahkan setelah makan. Selain itu, isyarat makanan tidak menimbulkan respons otak yang sama setelah makan dalam kelompok NW menunjukkan bahwa aktivitas saraf dalam menanggapi isyarat makanan berkurang dengan berkurangnya rasa lapar untuk orang-orang ini.

Lihat artikel lain di PMC itu mengutip artikel yang diterbitkan.
Kata kunci: fMRI, obesitas, sistem penghargaan, kortikolimbik, OFC, makanan berkalori tinggi

Asupan makanan pada manusia dipengaruhi oleh berbagai faktor di atas dan di luar kendali homeostatis. Ketersediaan, isyarat sensorik (misalnya, aroma, daya tarik visual, rasa), dan kesenangan adalah faktor yang mempengaruhi apa dan berapa banyak manusia makan bahkan setelah kenyang. Mengingat keadaan obesitas saat ini di Amerika dan di seluruh dunia, memahami bagaimana faktor-faktor ini mempengaruhi asupan makanan menjadi penting untuk kesehatan, kesejahteraan, dan alasan ekonomi (Rigby, Kumanyika, & James, 2004). Dalam dekade terakhir, model hewan dari motivasi makanan telah dilengkapi dengan investigasi manusia non-invasif terhadap sistem makanan dan penghargaan makanan. Keduanya tidak teratur (Dimitropoulos & Schultz, 2008; Farooqi et al., 2007) dan populasi neurotypical (Gautier et al., 2000; Goldstone et al., 2009; Killgore et al., 2003; LaBar et al., 2001; Stoeckel et al., 2008; Tataranni et al., 1999; Wang, Volkow, Thanos, & Fowler, 2004) telah diperiksa menggunakan teknik neuroimaging yang dirancang untuk lebih memahami mekanisme saraf yang terlibat selama kelaparan dan kenyang dan bagaimana mereka berhubungan dengan obesitas dan gangguan makan.

Penelitian sampai saat ini menunjukkan bahwa isyarat makanan visual mengaktifkan motivasi makanan dan menghargai sirkuit saraf (misalnya, korteks prefrontal [PFC], orbitofrontal korteks [OFC], amygdala, striatum punggung dan perut, hipotalamus, insula) ketika lapar, dan makanan berkalori tinggi itu isyarat mendapatkan respons yang lebih besar di wilayah ini relatif terhadap gambar makanan rendah kalori (Killgore et al., 2003; LaBar et al., 2001; Stoeckel et al., 2008; Wang et al., 2004). Respon saraf terhadap isyarat makanan visual di daerah hadiah terlihat pada individu dengan berat normal dan obesitas dan di berbagai durasi puasa. Efek dari isyarat makanan pada respon saraf setelah kenyang juga telah diperiksa, meskipun lebih jarang, dengan hasil yang bervariasi di berbagai penelitian. Sebagai contoh, penelitian telah menunjukkan bahwa individu dengan berat badan normal menunjukkan penurunan aktivasi pada isyarat makanan setelah makan. LaBar et al. (2001) menemukan bahwa gambar makanan yang disajikan selama pencitraan resonansi magnetik fungsional (fMRI) menimbulkan aktivasi yang lebih besar di amigdala, gyrus parahippocampal, dan gyrus fusiform kanan ketika peserta lapar dibandingkan dengan ketika mereka kenyang dengan makan pilihan mereka. Sebagai tambahan, Goldstone dan rekannya (2009) melaporkan tidak ada aktivasi diferensial yang signifikan di daerah selera dan hadiah untuk makanan tinggi vs rendah kalori setelah makan sarapan. Sebaliknya, penelitian dengan individu yang kelebihan berat badan dan obesitas menunjukkan isyarat makanan terus menimbulkan respons saraf setelah makan. Secara khusus, Martin dan kolega (2010) menemukan aktivitas otak lebih besar dalam menanggapi makanan vs isyarat objek di medial prefrontal cortex, caudate, superior frontal gyrus, dan hippocampus setelah partisipan yang obesitas menelan makanan berkalori 500. Penelitian menggunakan modalitas lain (misalnya, pelacakan isyarat makanan) konsisten dengan pekerjaan fMRI yang menunjukkan arti-penting isyarat makanan yang ditahan setelah mengonsumsi makanan cair di antara individu yang mengalami obesitas (Castellanos et al., 2009).

Perbandingan langsung obesitas dengan individu dengan berat badan normal juga menunjukkan respons yang berbeda terhadap isyarat makanan yang terkait dengan status berat badan (Bruce et al., 2010; Geliebter et al., 2006; Martin et al., 2010; Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008). Secara kolektif, penelitian menunjukkan bahwa orang gemuk menunjukkan aktivasi yang lebih besar terhadap isyarat makanan dibandingkan dengan peserta dengan berat badan normal di beberapa daerah otak, termasuk daerah sistem penghargaan. Aktivasi yang lebih besar untuk makanan vs isyarat objek di antara peserta obesitas dibandingkan dengan kontrol telah terlihat di PFC, OFC, cingulate anterior, insula, amigdala, dan striatum selama kelaparan (Stoeckel et al., 2008), dalam PFC, caudate, hippocampus, dan lobus temporal segera setelah makan (Martin et al., 2010), dan di striatum, insula, hippocampus, dan lobus parietal dalam keadaan selera makan yang netral (tidak lapar atau kenyang) (Rothemund et al., 2007). Selain itu, aktivasi diferensial untuk jenis makanan (kalori tinggi, rendah kalori, makanan pesta) telah diperiksa antara individu yang gemuk dan normal setelah puasa dan selama keadaan nafsu makan netral. Sebagai contoh, individu yang obesitas menunjukkan respons yang lebih besar terhadap isyarat tinggi vs rendah kalori daripada mereka dengan berat normal di daerah seperti putamen (Rothemund et al., 2007), OFC lateral, PFC medial, insula, striatum, dan amigdala (Stoeckel et al., 2008). Ada beberapa bukti respon neuronal yang lebih besar terhadap isyarat makanan di antara berat badan normal dibandingkan dengan kelompok kelebihan berat badan / obesitas seperti pada PFC medial (Stoeckel et al., 2008) dan wilayah temporal (Martin et al., 2010), tetapi sebagian besar hasil yang dilaporkan pada perbandingan langsung antara kelompok dengan berat badan normal dan obesitas / kelebihan berat badan menunjukkan aktivasi yang lebih besar terhadap isyarat makanan di antara individu yang kelebihan berat badan / obesitas.

Sampai saat ini, banyak literatur neuroimaging yang terkait dengan makanan telah menggunakan periode lama kekurangan kalori untuk memeriksa respons saraf selama kelaparan (misalnya, 8-36hrs; Gautier et al., 2000; Gautier et al., 2001; Goldstone et al., 2009; Karhunen, Lappalainen, Vanninen, Kuikka, & Uusitupa, 1997; LaBar et al., 2001; Stoeckel et al., 2008; Tataranni et al., 1999) dengan beberapa pengecualian (Killgore et al., 2003; Martin et al., 2010). Tidak jelas apakah durasi puasa memengaruhi respons saraf karena studi bervariasi secara dramatis dalam protokol pencitraan, prosedur prescan, dan metode statistik (misalnya, koreksi volume kecil untuk analisis seluruh otak yang tidak dikoreksi) di mana analisis kriteria ketat atau wilayah minat (ROI) dapat dilakukan. mempengaruhi hasil pelaporan. Tujuan dari karya yang disajikan di sini adalah untuk memperluas penelitian yang ada dengan mengidentifikasi respons saraf terhadap makanan yang dihargai selama kekurangan kalori normatif yang terjadi di antara waktu makan. Tujuan kami adalah untuk menguji kelaparan dan kejenuhan yang lebih naturalistik yang terjadi selama hari-hari biasa dalam masyarakat yang kebarat-baratan. Secara khusus, kami bertujuan untuk menguji respon saraf yang ditimbulkan oleh isyarat makanan berkalori tinggi pada individu dengan berat badan normal dan kelebihan berat badan / obesitas sebelum dan sesudah makan. Berdasarkan literatur sebelumnya, kami mengharapkan aktivasi diferensial yang lebih besar untuk isyarat makanan vs objek untuk kelebihan berat badan / obesitas dibandingkan dengan peserta dengan berat badan normal baik sebelum makan dan setelah konsumsi makan siang yang khas. Kami paling tertarik pada respon saraf khusus untuk isyarat makanan tinggi dan rendah kalori setelah makan karena literatur ini kurang dan kami merasa itu dapat menerangi dampak lanjutan dari makanan yang sangat diinginkan setelah makan. Kami berhipotesis bahwa makanan bermanfaat (berkalori tinggi) akan menimbulkan respons saraf yang lebih besar di berbagai wilayah otak, termasuk sistem imbalan kortikolimbik (OFC, cingulate anterior, insula, ventral striatum, dan amygdala; Berthoud & Morrison, 2008; Kringelbach, 2004), bahkan setelah mengonsumsi makanan dengan kalori 750 untuk sampel peserta yang kelebihan berat badan dan obesitas (selanjutnya disebut obesitas) dibandingkan dengan peserta dengan berat badan normal. Sebaliknya, berdasarkan literatur sebelumnya kami mengharapkan peserta dengan berat badan normal menunjukkan lebih sedikit respons saraf di seluruh wilayah otak, termasuk daerah kortikolimbik, terhadap isyarat makanan (terlepas dari jenis kalori) dibandingkan dengan peserta obesitas sebelum dan setelah makan.

metode

Peserta

Dua puluh dua orang obesitas (OB) [BMI mean (SD): 31.6 (4.5)] dan individu-individu normal-berat (NW) 16 berpartisipasi dalam penelitian ini (lihat Tabel 1 untuk karakteristik kelompok). Orang-orang ini direkrut dari iklan ke komunitas Case Western Reserve University. Peserta berada dalam kesehatan yang baik, memiliki penglihatan normal ke koreksi-normal, dan memenuhi syarat untuk pemindaian MRI (yaitu, bebas dari implan feromagnetik). Individu yang melaporkan riwayat masalah kejiwaan atau neurologis, penurunan atau kenaikan berat badan yang signifikan dalam beberapa bulan 6 terakhir, atau cedera kepala dengan kehilangan kesadaran tidak memenuhi syarat untuk berpartisipasi. Semua peserta memberikan persetujuan tertulis dan mendapat kompensasi finansial atas partisipasi mereka. Penelitian ini disetujui oleh Dewan Peninjau Institusional Kasus Medis Rumah Sakit Universitas untuk Investigasi Manusia.

Tabel 1 

Karakteristik Peserta

Prosedur

Peserta dipindai antara 12 dan 2pm secara berurutan untuk pemindaian sebelum dan sesudah makan. Sebagai bagian dari proyek yang lebih besar membandingkan individu dengan berat badan normal dan kelebihan berat badan / obesitas dengan individu dengan kelainan langka (sindrom Prader-Willi; PWS), pemindaian dibatasi oleh parameter penelitian mengenai individu dengan PWS. Dengan demikian, pemindaian pada hari yang terpisah (dan sebagai hasilnya, mengimbangi keadaan premeal dan pasca-makan) tidak layak. Peserta diminta untuk makan sarapan ringan sebelum 8: 00am sebelum janji mereka pada hari scan mereka dan untuk menahan diri dari makan sampai prosedur eksperimental selesai. Lima belas peserta dalam setiap kelompok melaporkan makan sarapan [jam puasa- OB: rentang 6.2 (.68) = 5 – 8hrs, NW: rentang 5.6 (1.1) = 3-7hrs, t= −1.79, p = .08]. Laporan partisipan tentang konten sarapan dicatat dan diperkirakan untuk asupan kalori; ini tidak berbeda antara kelompok (OB: 372.1 (190) kalori; NW: 270 (135) kalori, t= −1.6, p = .12, n = 15 per grup). Delapan peserta (OB: n = 7; NW: n = 1) melaporkan tidak makan sarapan karena mereka biasanya tidak sarapan. Untuk menentukan apakah peserta yang mengonsumsi sarapan berbeda dari yang tidak, data fMRI pemindaian premeal dibandingkan antara kedua kelompok (p <05, tidak dikoreksi). Kedua kelompok gagal untuk membedakan respon mereka terhadap isyarat makanan pada setiap perbedaan minat (misalnya, kalori tinggi vs. rendah kalori). Kelompok tersebut juga tidak berbeda dalam hal peringkat kelaparan sebelum dan sesudah pemindaian premeal (kelaparan sebelum pemindaian: t= .43, p = .67; setelah pemindaian premeal: t= .39, p = .69) atau kalori makan siang yang dikonsumsi (t= .41 p = .68). Konfirmasi lebih lanjut diberikan dengan melakukan analisis fMRI dengan hanya peserta yang makan sarapan (n = 15 per kelompok) dan temuan kunci tetap sama. Karena itu, semua analisis yang dilaporkan selanjutnya mengabaikan status konsumsi sarapan.

Sebelum pemindaian, peserta menjalani tes neuropsikologis (sebagai bagian dari studi yang lebih besar tidak dilaporkan di sini) dan pelatihan tentang tugas-tugas fungsional. Penilaian tinggi badan, berat badan, dan preferensi makanan juga diperoleh selama waktu ini. Penilaian preferensi makanan diberikan untuk mendapatkan ukuran preferensi makanan tinggi dan rendah kalori untuk setiap peserta. Penilaian tersebut mengharuskan para peserta untuk menilai kartu flash foto makanan 74 (7 "× 6"; PCI Education Publishing, 2000) yang mencakup makanan penutup, daging, buah-buahan, sayuran, camilan, roti, dan pasta pada skala 5-point Likert dari 'tidak suka' menjadi 'suka'. Foto-foto untuk penilaian preferensi makanan berbeda dari gambar yang digunakan dalam tugas fMRI. Kalori preferensi makanan berkalori tinggi (misalnya, kue, keripik kentang, hot dog) dan rendah kalori (misalnya, buah-buahan dan sayuran) tidak berbeda di dalam atau di antara kelompok (lihat Tabel 1).

Setelah pemindaian premeal, peserta diberi makanan yang disiapkan oleh Unit Penelitian Klinis Dahms di Rumah Sakit Universitas yang distandarisasi untuk menyediakan sekitar 750 kalori dan terdiri dari sandwich (pilihan kalkun, daging sapi panggang, atau vegetarian), sekotak susu, satu porsi buah, dan salah satu sisi sayuran atau keju cottage. Pilihan menu seimbang untuk konten makronutrien. Peserta diinstruksikan untuk makan sampai kenyang dan sisa makanan ditimbang untuk memperkirakan jumlah kalori yang dikonsumsi. Pemindaian pasca makan biasanya dimulai dalam waktu 30 menit setelah makan dihentikan. Segera sebelum dan sesudah scan premeal dan postmeal, peserta menjawab pertanyaan, 'Seberapa lapar Anda saat ini?' pada skala mulai dari 0–8 dengan 0 menjadi 'tidak lapar sama sekali' hingga 8 - 'sangat lapar'. Perlu dicatat bahwa sementara peserta diinstruksikan untuk makan sampai kenyang, ukuran langsung kenyang tidak diberikan tetapi secara tidak langsung disimpulkan oleh perubahan status kelaparan.

desain tugas fMRI

Perubahan kontras tingkat ketergantungan oksigen darah (BOLD) diukur dalam tugas diskriminasi persepsi desain blok. Peserta ditunjukkan dengan tombol tekan apakah gambar warna berdampingan dari makanan berkalori tinggi (misalnya, kue, donat, keripik kentang, kentang goreng), makanan rendah kalori (sayuran atau buah-buahan segar), atau objek (furnitur) adalah "Sama" atau "berbeda" objek. Gambar dimodifikasi untuk ukuran, kecerahan, dan resolusi yang konsisten. Setiap gambar disajikan hanya satu kali selama prosedur fMRI. Parameter tugas yang sama / berbeda dipilih untuk memastikan peserta menghadiri rangsangan. Gambar disajikan dalam blok yang sesuai dengan tipe gambar 3: makanan berkalori tinggi, makanan berkalori rendah, dan furnitur. Paradigma ini sebelumnya telah ditunjukkan untuk mengaktifkan OFC lateral, insula, hipotalamus, thalamus, dan amigdala sebagai respons terhadap isyarat makanan (Dimitropoulos & Schultz, 2008). Semua menjalankan fungsional terdiri dari blok 8 (masing-masing 21 detik, dengan istirahat 14-detik antara blok), dengan pasangan gambar 6 per blok. Durasi stimulasi ditetapkan pada 2250 ms dan interval interstimulus (ISI) pada 1250 ms. Setiap rangkaian disajikan balok furnitur, makanan berkalori tinggi, dan makanan berkalori rendah dalam urutan seimbang. Dua jalur fungsional disajikan selama setiap sesi pemindaian (pra-makan dan pasca makan).

Akuisisi Data fMRI

Semua pemindaian dilakukan di Pusat Penelitian Imaging. Data pencitraan diperoleh pada 4.0T Bruker MedSpec MR pemindai menggunakan trasmitt array fase-saluran 8 yang menerima koil kepala. Gerakan kepala diminimalkan dengan penempatan bantalan busa di sekitar kepala. Gambar fungsional diperoleh menggunakan sekuen gema-gema gradien-gema single-shot di atas 35 irisan aksial yang berdekatan yang sejajar dengan bidang AC-PC dengan resolusi inplane 3.4 X 3.4 X 3 mm (TR = 1950, TE = 22 ms, flip angle = 90 derajat). Data aktivasi BOLD diperoleh selama dua kali berjalan (5: menit 01, volume / pengukuran 157 EPI) per sesi MRI. Stimulus visual diproyeksikan kembali ke layar transparan yang ditempatkan di dekat ujung pemindai MRI dan dilihat melalui cermin yang dipasang pada koil kepala. 2D T1-gambar struktur berbobot (TR = 300, TE = 2.47ms, FOV = 256, matriks = 256 × 256, sudut sandal = 60 derajat, NEX = 2), tebal 3mm, diposisikan di bidang yang sama dan lokasi irisan seperti gema data -planar untuk pendaftaran dalam pesawat dan volume struktural 3D resolusi tinggi (3D MPRAGE, berdekatan, akuisisi sagital, 176 slice pilih partisi, masing-masing dengan 1 mm isotropik voxels, TR = 2500, TE = 3.52ms, TI = 1100, FOV = 256, matriks = 256 × 256, sudut balik = derajat 12, NEX = 1) dikumpulkan selama sesi awal (awal).

Pemrosesan dan Analisis Data fMRI

Pemrosesan gambar, analisis, dan tes signifikansi statistik dilakukan dengan menggunakan Brainvoyager QX (Brain Innovation, Maastricht, Belanda; Goebel, Esposito, & Formisano, 2006). Langkah-langkah preprocessing termasuk koreksi gerakan tiga dimensi trilinear, pemulusan spasial menggunakan filter Gaussian dengan nilai maksimum setengah lebar 7 mm, dan penghapusan tren linier. Parameter koreksi gerakan ditambahkan ke matriks desain dan gerakan> 2 mm di sepanjang sumbu (x, y, atau z) menyebabkan data tersebut dibuang (<1% dibuang untuk sampel ini). Data untuk setiap individu diselaraskan dengan gambar anatomi 2D dan 3D resolusi tinggi untuk tampilan dan lokalisasi. Kumpulan data individu mengalami transformasi linier sedikit demi sedikit menjadi kisi 3D proporsional yang ditentukan oleh Talairach dan Tournoux (1988) dan dikoregistrasi dengan set data 3D resolusi tinggi dan diamplas menjadi 3 mm3 voxels. Kumpulan data yang dinormalisasi dimasukkan ke dalam analisis tingkat kedua di mana aktivasi fungsional diperiksa menggunakan analisis model linear umum (GLM) efek acak untuk pemindaian sebelum makan dan untuk pemindaian setelah makan. Untuk setiap periode waktu (sebelum / sesudah makan) perbedaan kontras berikut ini dibandingkan antara subjek obesitas dan berat badan normal: makanan berkalori tinggi, makanan rendah kalori, semua makanan (gabungan tinggi dan rendah kalori) dan objek . Peta statistik yang dihasilkan dikoreksi untuk beberapa perbandingan, menggunakan koreksi ambang berbasis cluster (berdasarkan simulasi Monte Carlo yang dilakukan dalam Brain Voyager). Nilai p ambang awal p <.01 dan koreksi klaster berdekatan minimum diterapkan untuk setiap peta kontras mulai dari 7-12 voxel (189-324 mm3) memberikan koreksi berdasarkan keluarga dari p <.05.

Analisis interaksi antara kelompok kelompok (OB vs NW) berdasarkan kondisi kontras (makanan vs objek; tinggi kalori vs rendah kalori; tinggi kalori vs objek; rendah kalori vs objek) dilakukan untuk setiap kelaparan negara. Untuk memvisualisasikan efek interaksi, analisis post-hoc dilakukan pada kelompok dengan perbedaan yang paling berbeda antara kelompok dan kondisi dan untuk kelompok dalam sistem imbalan kortikolimbik (OFC, cingulate anterior, insula, ventral striatum, dan amigdala). Khususnya, untuk analisis post-hoc, besarnya aktivasi sinyal BOLD (nilai beta) diekstraksi untuk setiap subjek. SPSS (Versi 17; SPSS, Inc; Chicago, IL) digunakan untuk melakukan analisis post-hoc (uji-t) dan untuk mengkonfirmasi temuan Brain Voyager. Setelah ekstraksi, kontras beta dihitung untuk setiap kondisi kalori vs objek non-makanan selama setiap keadaan lapar (kalori tinggi - objek, keadaan premeal; objek kalori rendah, keadaan premeal; objek kalori tinggi, keadaan postmeal; kalori rendah - objek , status pasca makan). Uji t Student pair post hoc kemudian dilakukan untuk mengidentifikasi perbedaan antara kontras tinggi dan rendah untuk setiap keadaan makan secara terpisah untuk masing-masing wilayah dalam setiap kelompok.

Hasil

Data Perilaku

Kelaparan

Peringkat pada skala kelaparan sebelum setiap sesi pemindaian berbeda secara signifikan antara kondisi sebelum dan sesudah makan, dengan peserta dalam kedua kelompok menunjukkan rasa lapar yang lebih besar sebelum sesi pemindaian awal: pemindaian awal-rata-rata OB (SD) = 4.72 (1.5), NW = 4.59 (1.5 ); pemindaian pasca-makan - OB = .45 (.85) NW = .44 (.81). Kelompok tidak berbeda pada status kelaparan pada awal (t= -. 266, p = .79) atau pemindaian pasca-makan (t= -. 06, p = .95). Data ini menunjukkan manipulasi makanan efektif, dengan kedua kelompok melaporkan penurunan kelaparan dari sesi preeme ke postmeal.

Akurasi Tugas

Akurasi tugas selama menjalankan fungsional (tugas yang sama / berbeda) lebih besar dari 90% untuk sesi pemindaian: persentase rata-rata awal = 97.3 (.03); postmeal = 99.0 (.02), untuk kondisi makanan dan bukan makanan: keseluruhan makanan = 93.8 (2.9); keseluruhan bukan makanan = 94.5 (1.7) (t= −1.42, p = .16), dan untuk setiap grup: OB = 99.1 (.02), NW = .97.8 (.02). Akurasi antar kelompok tidak berbeda (t= −1.68, p = .11).

Kalori makan siang dikonsumsi

Rata-rata, peserta OB mengkonsumsi 591 kalori (SD = 68.4) dan peserta NW mengonsumsi 607 kalori (SD = 116.1), t= .91, p = .37. Dari kalori 750 yang disediakan dalam makanan, item yang paling mungkin tetap tidak dimakan termasuk bagian dari bumbu (mayones dan / atau mustard) dan lauk sayuran.

Data fMRI

Respon awal: interaksi kondisi kelompok ×

Untuk menguji perbedaan kelompok dalam kondisi premeal, kontras berikut diperiksa: OB> NW [(i) makanan> objek, (ii) tinggi kalori> rendah kalori, (iii) tinggi kalori> objek, (iv) rendah -kalori> objek], NW> OB [(v) makanan> objek, (vi) kalori tinggi> rendah kalori, (vii) objek> berkalori tinggi, (viii) objek> rendah kalori].

Dalam kondisi premeal, kelompok obesitas menunjukkan aktivitas yang secara signifikan lebih besar daripada kelompok dengan berat badan normal terhadap makanan vs. objek dan untuk kalori tinggi vs. rangsangan objek di area kortikal terutama prefrontal termasuk korteks prefrontal anterior bilateral (aPFC) (x, y , z = 23, 58, 0; −34, 63, 2). OB menunjukkan aktivasi yang lebih besar daripada NW untuk kontras rendah kalori vs. objek di aPFC serta girus frontal superior (BA6; −3, 11, 60) dan otak kecil (47, −57, −33). Sebaliknya, kelompok NW menunjukkan aktivitas yang lebih besar daripada kelompok OB dalam kondisi makanan vs. objek terutama di daerah yang lebih posterior termasuk parietal (−46, 0, 7), mid-cingulate (−14, −9, 42; −23, −26, 44) dan lobus temporal (−34, −1, −28; −43, −30, 17). Semua wilayah aktivasi antar-grup yang signifikan (p <.05, dikoreksi) disertakan dalam Tabel 2.

Tabel 2 

Daerah otak yang berbeda berdasarkan kontras isyarat kelompok dan visual selama scan premeal dan postmeal

Respon saraf pada peserta dengan berat badan normal menunjukkan perbedaan yang lebih besar antara makanan tinggi vs rendah kalori relatif terhadap peserta obesitas. Selama premeal, kelompok OB tidak menunjukkan respons yang lebih besar terhadap makanan tinggi vs rendah kalori daripada kelompok NW. Sebaliknya, kelompok NW menunjukkan respons yang lebih besar terhadap isyarat makanan tinggi vs rendah kalori daripada OB di hemisfer kiri postcentral gyrus (BA43; −55, −12, 15), insula (−40, −2, 15) , gyrus parahippocampal (−23, −12, −15) (lihat Tabel 2/Gambar 1) dan secara bilateral di otak kecil (45, −50, −34; −16, −65, −19).

Gambar 1 

Berat badan normal vs obesitas. Kiri: Hasil pemindaian pra-makan. Peningkatan aktivasi kelompok dengan berat badan normal menjadi makanan tinggi kalori vs rendah kalori selama kondisi premeal dalam A) girus postcentral / BA43, B) insula / BA13, dan C) gyrus parahippocampal / BA28. Aktivasi yang signifikan ...
Analisis post-hoc

Analisis post-hoc dilakukan pada wilayah yang signifikan di NW> OB high-vs. kontras rendah kalori untuk mengkonfirmasi temuan BV dan menjelaskan perbedaan dalam kelompok. Selain daerah kortikolimbik (insula), daerah lain dipilih karena kontras tinggi vs rendah kalori menunjukkan perbedaan paling signifikan antar kelompok. Temuan otak kecil dikeluarkan dari analisis post-hoc karena aktivasi terlihat di wilayah ini sebagai respons terhadap isyarat rendah kalori vs. objek dalam kontras OB> NW (lihat Tabel 2). Untuk peserta NW selama pemindaian premeal, respon yang lebih besar diperoleh untuk isyarat makanan berkalori tinggi dibandingkan dengan isyarat makanan rendah kalori pada gyrus postcentral (BA43; p <.05; Gambar 1a). Respon juga berbeda secara signifikan untuk peserta OB (p <.05) dengan makanan berkalori tinggi yang menimbulkan deaktivasi lebih besar pada gyrus postcentral dibandingkan makanan rendah kalori selama pemindaian premeal. Untuk parahippocampal gyrus (BA28), respon secara signifikan lebih besar (p <.05) terhadap isyarat berkalori tinggi daripada isyarat rendah kalori selama pemindaian premeal untuk peserta NW (Gambar 1b). Selain itu, pada peserta NW, aktivasi parahippocampal menurun secara signifikan (p <.05) dari pemindaian premeal ke postmeal sebagai respons terhadap isyarat makanan berkalori tinggi (Gambar 1b). Isyarat makanan berkalori tinggi menimbulkan respons diferensial di insula oleh keadaan makan untuk kedua kelompok (Gambar 1c). Untuk peserta NW, aktivasi secara signifikan lebih besar (p <.05) sebagai respons terhadap isyarat kalori tinggi daripada isyarat rendah kalori selama pemindaian premeal. Sebaliknya, untuk peserta OB, isyarat berkalori tinggi menimbulkan respons yang lebih besar di insula daripada isyarat rendah kalori selama pemindaian pasca makan (p <.05).

Respon pasca makan: interaksi kondisi kelompok ×

Untuk memeriksa perbedaan kelompok dalam kondisi pasca makan, kontras berikut diperiksa: OB> NW [(i) makanan> objek, (ii) kalori tinggi> rendah kalori, (iii) tinggi kalori> objek, (iv) rendah -kalori> objek], NW> OB [(v) makanan> objek, (vi) kalori tinggi> rendah kalori, (vii) objek> berkalori tinggi, (viii) objek> rendah kalori].

Dalam keadaan pasca-makan, kelompok obesitas menunjukkan respons yang lebih besar dibandingkan dengan kelompok berat-normal terhadap kontras makanan terhadap objek di beberapa wilayah, termasuk daerah frontal [PFC dorsolateral (BA9; 0, 53, 21), lateral OFC (BA47; 29 , 25, −9), dan superior frontal gyrus (BA6; 17, 15, 48)], serta daerah temporal dan lebih posterior seperti cingulate posterior (18, −46, 0) dan entorhinal cortex (29, 6) , −9). Respon yang lebih besar ditunjukkan di antara OB dibandingkan dengan peserta NW untuk kontras tinggi kalori vs objek di beberapa daerah yang merupakan bagian dari sistem penghargaan kortikolimbik: OFC lateral (32, 29, −3), cingulate anterior (−4, 16, −15), caudate (8, 7, 14) (lihat Tabel 2; Gambar 2), dan daerah frontal lainnya termasuk PFC (BA8; 4, 23, 51), dan girus frontal medial (BA6; 2, 47, 37). Kontras rendah kalori vs objek menghasilkan respons yang lebih besar di antara OB daripada peserta NW di daerah frontal [aPFC (−16, 59, 3), PFC dorsolateral (0, 52, 24) dan girus frontal superior (BA6; −3, 11, 60)], daerah lobus temporal [lobus temporal anterior (45, 4, −13; −50, 18, −13), gyrus supramarginal temporal (BA40; −57; −50, midXX, dan 20) 53, −63, 24)], caudate (−2, 22, 3) dan cingulate posterior (21, −48, 3). Kelompok NW tidak menunjukkan respons yang lebih besar daripada kelompok OB dalam kontras apa pun selama keadaan pasca-makan. Selain itu, seperti keadaan awal, kelompok OB tidak menunjukkan respons yang lebih besar daripada kelompok NW terhadap kontras tinggi kalori dan rendah kalori. Lihat Tabel 2 untuk semua daerah aktivasi antara kelompok yang mencapai signifikansi (p <05, dikoreksi).

Gambar 2 

Obesitas vs Normal-Weight. Kiri: Hasil pemindaian pasca makan. Peningkatan aktivasi kelompok obesitas menjadi isyarat kalori vs objek tinggi selama kondisi pasca makan di A) lateral OFC / BA47, B) anterior cingulate / BA25, dan C) Caudate. Aktivasi yang signifikan untuk kalori tinggi ...
Analisis post-hoc

Daerah kortikolimbik yang signifikan dalam kontras OB> NW tinggi vs. non-makanan dipilih untuk analisis post-hoc untuk mengkonfirmasi temuan BV dan menjelaskan perbedaan dalam kelompok (lihat Gambar 2). Untuk peserta OB selama pemindaian pasca makan, isyarat makanan berkalori tinggi menimbulkan respons yang lebih besar di lateral OFC (BA47; p <.05) daripada isyarat rendah kalori (Gambar 2a). Demikian pula, respons pada caudate juga berbeda secara signifikan untuk peserta OB (p <.05) dengan makanan berkalori tinggi yang memunculkan aktivasi lebih besar daripada makanan rendah kalori selama pemindaian pasca-makan (Gambar 2c).

Diskusi

Penelitian ini menggunakan fMRI untuk menguji perbedaan respons saraf terhadap isyarat makanan antara individu yang gemuk dan normal sebelum dan sesudah makan. Data kami memperluas literatur neuroimaging makanan dengan memberikan bukti aktivasi lebih besar untuk isyarat makanan (baik tipe tinggi dan rendah kalori) setelah makan di antara obesitas dibandingkan dengan individu dengan berat badan normal. Daerah prefrontal dan kortikolimbik termasuk OFC, caudate, dan cingulate anterior menunjukkan respons yang lebih besar secara signifikan terhadap isyarat makanan berkalori tinggi vs objek setelah makan pada peserta yang obesitas dibandingkan dengan kelompok berat badan normal. Daerah otak ini telah terlibat dalam respons hedonis, pemrosesan hadiah, dan kecanduan. Temuan ini menarik karena partisipan makan makanan yang cukup besar dan melaporkan penurunan kelaparan segera sebelum pemindaian, sehingga menunjukkan dampak lanjutan dari isyarat makanan berkalori tinggi pada sirkuit hadiah otak setelah konsumsi makanan untuk peserta yang obesitas. Selain itu, isyarat makanan tidak menimbulkan respons otak yang sama setelah makan pada individu dengan berat normal yang menyarankan aktivitas saraf dalam menanggapi isyarat makanan berkurang dengan berkurangnya rasa lapar.

Respon awal

Temuan kami menunjukkan peningkatan aktivasi korteks prefrontal anterior di antara obesitas dibandingkan dengan peserta dengan berat normal dalam menanggapi kondisi makanan gabungan dan kedua jenis isyarat makanan secara terpisah. Namun, kami juga menemukan bahwa di seluruh tipe kontras (misalnya, kalori tinggi vs objek, dll) individu dengan berat badan normal menunjukkan aktivasi yang lebih besar di beberapa daerah dibandingkan dengan kelompok obesitas, dengan pengecualian respon terhadap makanan rendah kalori. Faktanya, untuk kontras tinggi vs rendah kalori, kelompok-kelompok berbeda secara dramatis ketika kelompok normal-berat menunjukkan aktivasi yang lebih besar di insula, girus postcentral, gyrus dan otak kecilippocampal dan otak kecil dan kelompok obesitas tidak menunjukkan aktivasi diferensial yang lebih besar untuk tinggi. vs. isyarat rendah kalori di wilayah mana pun dibandingkan dengan kelompok berbobot normal.

Sekilas, temuan ini agak mengejutkan dan tidak terduga berdasarkan literatur sebelumnya. Beberapa penelitian telah menunjukkan aktivasi yang lebih besar pada isyarat makanan untuk obesitas vs berat badan normal selama puasa dan khususnya untuk isyarat tinggi vs rendah kalori (Martin et al., 2010; Stoeckel et al., 2008) dan karenanya, kami memperkirakan temuan serupa. Namun, ada dua hal yang menarik dalam temuan ini. Pertama, ada aktivasi yang lebih besar di daerah prefrontal anterior otak pada kelompok obesitas dibandingkan dengan kelompok berat badan normal untuk makanan premeal dan kalori tinggi vs objek. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan respon yang lebih besar dari PFC terhadap isyarat makanan pada mereka yang mengalami gangguan makan dibandingkan dengan kelompok berat badan normal (Holsen et al., 2006); dan telah terlibat dalam kecanduan, terlibat dalam aktivasi yang diinduksi isyarat dalam menanggapi gambar terkait alkohol dalam alkoholik (George et al., 2001; Grusser et al., 2004). Kedua, untuk kelompok dengan berat badan normal, isyarat makanan rendah kalori tampaknya tidak menggunakan sistem saraf yang serupa dengan isyarat kalori tinggi seperti yang ditunjukkan oleh perbedaan yang signifikan antara aktivasi kalori tinggi dan rendah untuk kelompok ini. Pemeriksaan post-hoc dari nilai beta di insula, gyrus sentral post dan gyrus parahippocampal hasil (Gambar 1) menunjukkan bahwa perbedaan kelompok terutama didorong oleh peningkatan aktivasi di daerah ini untuk makanan berkalori tinggi pada kelompok normal, dan dalam kasus pos girus sentral dan daerah insula, juga penonaktifan makanan berkalori tinggi untuk kelompok obesitas. Daerah-daerah ini memainkan peran dalam pemrosesan indera rasa dan penciuman. Insula telah secara konsisten ditunjukkan untuk mengaktifkan isyarat makanan visual dan penelitian primata telah menunjukkan bahwa korteks rasa primer terletak di dalam insula (Prita, Macaluso, & Eslinger, 1999). Gyrus postcentral (BA43) telah terlibat dalam persepsi rasa (terletak di dalam wilayah somatosensori yang paling dekat dengan lidah) dan isyarat makanan sebelumnya telah ditunjukkan untuk mengaktifkan daerah ini (Frank et al., 2010; Haase, Green, & Murphy, 2011; Killgore et al., 2003; Wang et al., 2004). Demikian pula, meskipun gyrus parahippocampal terkenal untuk pengkodean dan pengambilan memori, tampaknya terlibat dalam pemrosesan isyarat makanan visual karena telah berulang kali terbukti secara berbeda menanggapi makanan dibandingkan isyarat objek dalam penelitian sebelumnya (Berthoud, 2002; Bragulat et al., 2010; Haase et al., 2011; Killgore et al., 2003; LaBar et al., 2001; Tataranni et al., 1999). Selain itu, stimulasi gyrus parahippocampal telah ditemukan untuk meningkatkan efek otonom dan endokrin seperti sekresi lambung (Halgren, 1982). Makanan rendah kalori tampaknya menimbulkan respons saraf yang lebih besar daripada yang kami harapkan untuk kelompok obesitas yang ditunjukkan oleh hasil kontras tinggi vs rendah kalori (di mana tidak ada aktivasi yang terlihat dibandingkan dengan berat normal) dan kalori rendah signifikan dibandingkan Temuan objek.

Respon pasca makan

Berbeda dengan kondisi premeal, hasil postmeal menunjukkan aktivasi yang lebih besar untuk isyarat makanan tinggi dan rendah kalori di antara obesitas dibandingkan dengan peserta dengan berat badan normal. Makanan vs objek, kalori tinggi vs objek, atau kontras rendah kalori vs objek ditunjukkan untuk mendapatkan aktivasi di daerah frontal, temporal, dan lebih posterior. Seperti yang diharapkan, peserta dengan berat badan normal tidak menunjukkan aktivasi yang lebih besar di wilayah mana pun daripada peserta obesitas selama tugas pasca-makan. Namun, tidak ada efek kelompok yang signifikan untuk kondisi kalori tinggi vs rendah. Kelompok obesitas menunjukkan aktivasi diferensial kurang untuk makanan tinggi vs rendah kalori daripada yang kami perkirakan, menunjukkan aktivasi yang lebih baik untuk kontras tinggi vs objek dan rendah vs objek.

Temuan utama kami menunjukkan peningkatan aktivasi untuk makanan berkalori tinggi (vs objek) setelah makan pada individu yang obesitas. Daerah frontal hemisfer kanan (lateral OFC, PFC / BA8 medial frontal gyrus / BA6) menunjukkan respons yang lebih besar terhadap makanan berkalori tinggi pada kelompok obesitas. Daerah prefrontal (BA6,8) sebelumnya telah ditunjukkan untuk menanggapi isyarat makanan dalam sampel obesitas dan berat normal dan khusus untuk makanan berkalori tinggi saat lapar (Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008). OFC lateral memainkan peran penting dalam sirkuit saraf yang berhubungan dengan makanan dan merespon secara istimewa isyarat makanan berkalori tinggi (Goldstone et al., 2009; Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008). Penelitian primata telah menunjukkan hubungan dengan korteks rasa primer di insula dan hipotalamus, dan mengidentifikasi bahwa korteks rasa sekunder terletak di lateral OFC (Baylis, Rolls, & Baylis, 1995; Gulungan, 1999). Aktivasi OFC lateral telah terbukti berkorelasi positif dengan penilaian subyektif individu dari kesenangan makanan yang menunjukkan bahwa makanan yang sangat bermanfaat dapat mengaktifkan area ini lebih daripada makanan yang kurang diinginkan (Kringelbach, O'Doherty, Rolls, & Andrews, 2003). Temuan kami menunjukkan wilayah OFC tidak mengurangi respons setelah makan pada individu yang obesitas (lihat Gambar 2). Aktivasi OFC yang serupa tidak terlihat pada kelompok pembanding dengan berat badan normal. OFC lateral juga telah terbukti dimodulasi oleh rasa lapar dengan penurunan penembakan neuron setelah rasa kenyang.Critchley & Rolls, 1996). Sangat menarik bahwa makanan yang digunakan untuk mencapai rasa kenyang dalam penelitian ini tidak termasuk makanan tinggi lemak / manis. Jika neuron di OFC lateral terkena rasa kenyang karena makanan tertentu, maka kekenyalan terhadap satu makanan tertentu tidak mengurangi penembakan sebagai respons terhadap jenis makanan lain (Critchley & Rolls, 1996), ini dapat mendukung kelanjutan aktivitas OFC yang terlihat sebagai respons terhadap makanan berkalori tinggi setelah makan di antara peserta yang mengalami obesitas.

Cingulate anterior juga menunjukkan respons yang berbeda antara kelompok setelah makan, dengan respons yang lebih besar di antara kelompok obesitas terhadap kalori tinggi vs objek. Temuan sebelumnya menunjukkan ACC menunjukkan aktivasi lebih besar untuk makanan berkalori tinggi vs rendah, sementara lapar dan penurunan sinyal lebih kecil setelah makan pada individu yang obesitas dibandingkan dengan kontrol (Bruce et al., 2010; Stoeckel et al., 2008). ACC telah terlibat dalam motivasi makanan, mengaktifkan sebagai respons terhadap pemberian lemak dan sukrosa (De Araujo & Rolls, 2004), dan menunjukkan peningkatan aktivasi untuk isyarat terkait narkoba di antara pecandu (Volkow, Fowler, Wang, Swanson, & Telang, 2007). Penelitian terbaru juga menunjukkan keparahan kecanduan makanan berkorelasi positif dengan aktivasi dalam ACC selama antisipasi makanan enak (Gearhardt et al., 2011). Selain itu, makanan berkalori tinggi vs isyarat objek menimbulkan respons yang lebih besar di wilayah berekor pada kelompok obesitas. Tidak seperti penelitian sebelumnya yang menggunakan PET menunjukkan penurunan aktivasi di kaudat dan putamen setelah makan cair (Gautier et al., 2000), temuan kami menunjukkan aktivasi lanjutan striatum menjadi makanan berkalori tinggi. Ini konsisten dengan bukti dari literatur hewan yang menunjukkan bahwa neuron yang didistribusikan melalui nukleus accumbens, caudate, dan putamen memediasi dampak hedonis dari makanan yang mengandung gula / lemak tinggi (Kelley et al., 2005).

Ringkasan dan Kesimpulan

Temuan kami menunjukkan bahwa individu yang obesitas dan berat badan normal berbeda secara substansial dalam respons otak mereka terhadap isyarat makanan, terutama setelah makan. Sementara lapar, individu gemuk menunjukkan respons yang lebih besar terhadap kedua jenis isyarat makanan di daerah prefrontal anterior yang terlibat dalam kecanduan. Sebaliknya, selama premeal, individu dengan berat badan normal menunjukkan respons preferensial yang jelas terhadap isyarat tinggi vs rendah kalori di daerah yang terlibat dalam pemrosesan sensorik — perbedaan yang tidak diamati setelah makan malam. Setelah makan, dampak dari makanan berkalori tinggi terlihat di antara peserta yang obesitas karena isyarat kalori tinggi terus menimbulkan aktivasi di area otak yang terlibat dalam pemrosesan hadiah dan rasa bahkan setelah melaporkan penurunan kelaparan. Selain itu, makanan rendah kalori juga menimbulkan respons saraf yang lebih besar setelah makan di antara orang gemuk dibandingkan dengan peserta dengan berat badan normal menyoroti kelanjutan respons terhadap jenis isyarat makanan di antara orang gemuk dan penurunan aktivasi di antara mereka dengan berat badan normal. Temuan ini sangat menarik mengingat bahwa mayoritas peserta menjalani pengurangan kalori normatif sebelum makan siang sehingga temuan ini dapat digeneralisasikan ke siklus puasa / makan alami.

Penelitian ini memiliki beberapa keterbatasan. Pertama, karena kendala pada pengumpulan data sebagai bagian dari proyek yang lebih besar, kami tidak dapat mengimbangi keadaan puasa dan pasca-makan lintas individu. Meskipun ini tidak ideal dan temuan harus direplikasi dengan prosedur yang diimbangi, baik durasi pendek dan lebih lama (1-14 hari) tes-retest studi fMRI telah menunjukkan keandalan tes-retest yang baik dalam tugas-tugas sensorimotor (Friedman et al., 2008) dan dalam respon striatal selama tugas reaktivitas isyarat alkohol (Schacht et al., 2011). Kurangnya keseimbangan ini membuat dalam kelompok sebelum dan sesudah makan perbandingan sulit untuk ditafsirkan, dan karenanya bukan fokus utama di sini. Kurangnya keseimbangan di seluruh negara makan diminimalkan dalam hasil antara kelompok, karena kedua kelompok cocok dalam prosedur pemindaian. Dalam studi masa depan, penyeimbang akan memungkinkan analisis yang lebih lengkap dari modulasi antara waktu respon makanan dalam kelompok. Kedua, dimasukkannya laki-laki dan perempuan dalam sampel ini mungkin memiliki efek yang tidak diketahui pada data yang ditetapkan sebagai fungsi hadiah pada wanita telah ditunjukkan bervariasi tergantung pada tahap siklus menstruasi (Dreher et al., 2007), faktor yang tidak diperhitungkan dalam sampel ini mengingat tuntutan proyek yang lebih besar. Perlu dicatat bahwa peserta tidak memiliki preferensi untuk jenis makanan tertentu berdasarkan penilaian preferensi makanan; ini mungkin merupakan hasil dari pemberian tugas secara langsung sebelum pemindaian puasa, yang mungkin mencerminkan peningkatan palatabilitas selama kelaparan. Namun, hanya karena seseorang mungkin menilai makanan dengan sangat tinggi, itu tidak berarti mereka akan lebih suka makanan yang enak jika diberikan pilihan (misalnya, penulis AD suka wortel tetapi jika diberi pilihan es krim atau wortel, es krim akan selalu menang). Ukuran pengambilan keputusan preferensi makanan dapat menghasilkan hasil yang lebih diskriminatif pada preferensi tinggi vs rendah kalori. Meskipun peringkat perilaku, peserta obesitas dan berat badan normal menunjukkan aktivasi otak diferensial berdasarkan jenis kalori. Selain itu, penelitian di masa depan harus mereplikasi temuan ini dengan memasukkan langkah-langkah kepuasan yang lebih baik. Meskipun peringkat kelaparan dinilai pada empat titik waktu (sebelum dan setelah setiap pemindaian) dan menunjukkan penurunan kelaparan setelah makan, peringkat langsung rasa kenyang tidak diperoleh. Kami secara tidak langsung menyimpulkan rasa kenyang dengan mengubah status kelaparan. Akhirnya, kami tidak membatasi sampel ini untuk peserta yang tidak kidal karena sebagai bagian dari proyek yang lebih besar peserta ini dibandingkan dengan populasi yang jarang di mana kami tidak dapat memilih pada kriteria kidal. Sementara penelitian ini bukan tanpa keterbatasan, temuan ini memberikan bukti awal di antara obesitas untuk respon berkelanjutan terhadap isyarat makanan di daerah otak yang berhubungan dengan hadiah bahkan setelah makan, bila dibandingkan dengan respon dalam kontrol berat badan normal. Pekerjaan di masa depan harus memperluas temuan ini dengan memeriksa sejauh mana diet dan kebiasaan makan mempengaruhi respon saraf terhadap isyarat makanan.

Partisipan dalam penelitian ini hanya mengindikasikan rasa lapar sedang sebelum pemindaian puasa. Bahkan mereka yang melewatkan sarapan hanya menunjukkan rasa lapar sedang sebelum pemindaian. Banyak dari penelitian sebelumnya berfokus pada pemeriksaan respons saraf setelah puasa yang lama dan tidak biasa. Temuan kami menarik karena kelaparan ekstrim tidak diperlukan untuk memperoleh respons saraf terhadap isyarat makanan. Bahkan, memahami bagaimana sistem saraf merespons selama kelaparan yang lebih khas dapat memberi kita wawasan kritis tentang mekanisme di balik makan berlebihan. Sangat menarik untuk dicatat bahwa respons saraf terhadap isyarat makanan tidak berbeda antara mereka yang melakukannya dan mereka yang tidak mengonsumsi sarapan. Ini mungkin menunjukkan bahwa bagi individu yang biasanya melewatkan sarapan, respons hadiah terhadap isyarat makanan tidak berbeda secara mendasar dari mereka yang mengonsumsi sarapan. Yang juga menarik adalah kenyataan bahwa mayoritas peserta yang melewatkan sarapan mengalami obesitas; ini mungkin mengindikasikan asupan makanan yang lebih buruk karena penelitian telah menunjukkan bahwa makan sarapan berhubungan dengan kebiasaan makan yang lebih sehat dan mengurangi total asupan makanan harian (de Castro, 2007; Leidy & Racki, 2010).

Kami telah menunjukkan di sini bahwa untuk individu yang kegemukan, isyarat makanan berkalori tinggi menunjukkan respons berkelanjutan di daerah otak yang terlibat dalam penghargaan dan kecanduan bahkan setelah menelan makanan yang cukup besar. Respons hedonis yang berlanjut ini setelah beban kalori yang tinggi mungkin penting untuk memahami perilaku makan berlebihan. Pekerjaan di masa depan diarahkan pada sejauh mana penambahan makanan manis / gurih berkalori tinggi untuk makan membatasi respon saraf dalam sistem penghargaan untuk individu yang obesitas dijamin mengingat temuan saat ini.

  • MRI fungsional digunakan untuk memeriksa respons otak terhadap makanan sebelum dan sesudah makan
  • Obesitas menunjukkan respons otak yang lebih besar terhadap isyarat makanan setelah makan daripada berat badan normal
  • Peningkatan respons OFC, caudate, dan cingulate anterior setelah makan dalam obesitas
  • Respon kortikolimbik setelah makan menyiratkan arti-penting makanan berkalori tinggi
  • Aktivitas sebagai respons terhadap isyarat makanan dalam berat normal berkurang dengan berkurangnya rasa lapar

Ucapan Terima Kasih

Pekerjaan ini didukung oleh hibah RO3HD058766-01 dan UL1 RR024989 dari National Institutes of Health, dan Hibah Peluang ACES dari National Science Foundation. Kami berterima kasih kepada Pusat Kasus untuk Penelitian Pencitraan, Jack Jesberger, Brian Fishman, dan Angela Ferranti dan Kelly Kanya atas bantuan penelitian mereka; kepada Jennifer Urbano Blackford dan Elinora Price untuk komentar mereka yang bermanfaat pada naskah; dan untuk semua individu yang berpartisipasi.

Catatan kaki

Penafian Penerbit: Ini adalah file PDF dari manuskrip yang belum diedit yang telah diterima untuk publikasi. Sebagai layanan kepada pelanggan kami, kami menyediakan naskah versi awal ini. Naskah akan menjalani penyalinan, penyusunan huruf, dan peninjauan bukti yang dihasilkan sebelum diterbitkan dalam bentuk citable akhir. Harap perhatikan bahwa selama proses produksi, kesalahan dapat ditemukan yang dapat memengaruhi konten, dan semua penafian hukum yang berlaku untuk jurnal tersebut.

Benturan Kepentingan: Penulis menyatakan tidak ada benturan kepentingan.

Referensi

  1. Baylis LL, Rolls ET, Baylis GC. Koneksi aferen dari daerah rasa korteks orbitofrontal caudolateral primata. Ilmu saraf. 1995; 64 (3): 801 – 812. [PubMed]
  2. Berthoud HR. Berbagai sistem saraf yang mengontrol asupan makanan dan berat badan. Ulasan Neuroscience dan Biobehavioral. 2002; 26 (4): 393 – 428. [PubMed]
  3. Berthoud HR, Morrison C. Otak, nafsu makan, dan obesitas. Ulasan Tahunan Psikologi. 2008; 59: 55 – 92. [PubMed]
  4. Bragulat V, Dzemidzic M, Bruno C, Cox CA, Talavage T, Considine RV, dkk. Probe bau terkait makanan dari sirkuit hadiah otak selama kelaparan: Sebuah studi FMRI percontohan. Obesitas (Silver Spring, Md.) 2010; 18 (8): 1566 – 1571. [PubMed]
  5. Bruce AS, Holsen LM, Kamar RJ, Martin LE, Brooks WM, Zarcone JR, dkk. Anak-anak yang obesitas menunjukkan hiperaktifasi terhadap gambar makanan dalam jaringan otak yang terkait dengan motivasi, penghargaan dan kontrol kognitif. Jurnal Internasional Obesitas (2005) 2010; 34 (10): 1494 – 1500. [PubMed]
  6. Castellanos EH, Charboneau E, Dietrich MS, Taman S, Bradley BP, Mogg K, dkk. Orang dewasa gemuk memiliki bias perhatian visual untuk gambar isyarat makanan: Bukti untuk fungsi sistem hadiah yang berubah. Jurnal Internasional Obesitas (2005) 2009; 33 (9): 1063 – 1073. [PubMed]
  7. Critchley HD, Rolls ET. Lapar dan kenyang memodifikasi respons neuron penciuman dan visual pada korteks orbitofrontal primata. Jurnal Neurofisiologi. 1996; 75 (4): 1673 – 1686. [PubMed]
  8. De Araujo IE, Rolls ET. Representasi di otak manusia dari tekstur makanan dan lemak oral. Jurnal Neuroscience: Jurnal Resmi Society for Neuroscience. 2004; 24 (12): 3086 – 3093. [PubMed]
  9. de Castro JM. Waktu hari dan proporsi makronutrien yang dimakan berhubungan dengan total asupan makanan harian. The British Journal of Nutrition. 2007; 98 (5): 1077 – 1083. [PubMed]
  10. Dimitropoulos A, Schultz RT. Sirkuit saraf yang berhubungan dengan makanan pada sindrom Prader-Willi: Respon terhadap makanan tinggi atau rendah kalori. Jurnal Autisme dan Gangguan Perkembangan. 2008; 38 (9): 1642 – 1653. [PubMed]
  11. Dreher JC, Schmidt PJ, Kohn P, Furman D, Rubinow D, Berman KF. Fase siklus menstruasi memodulasi fungsi saraf terkait hadiah pada wanita. Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Amerika Serikat. 2007; 104 (7): 2465 – 2470. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  12. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptin mengatur daerah striatal dan perilaku makan manusia. Sains (New York, NY) 2007; 317 (5843): 1355. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  13. Frank S, Laharnar N, Kullmann S, Veit R, Canova C, Hegner YL, dkk. Pemrosesan gambar makanan: Pengaruh konten kelaparan, gender dan kalori. Penelitian Otak. 2010; 1350: 159 – 166. [PubMed]
  14. Friedman L, Stern H, Brown GG, Mathalon DH, Turner J, Glover GH, dkk. Uji ulang dan reliabilitas antar-lokasi dalam studi fMRI multicenter. Pemetaan Otak Manusia. 2008; 29: 958 – 972. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  15. Gautier JF, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, Heiman M, dkk. Respons otak yang berbeda terhadap kekenyangan pada pria gemuk dan kurus. Diabetes. 2000; 49 (5): 838 – 846. [PubMed]
  16. Gautier JF, Del Parigi A, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, et al. Efek kekenyangan terhadap aktivitas otak pada wanita gemuk dan kurus. Penelitian Obesitas. 2001; 9 (11): 676 – 684. [PubMed]
  17. Gearhardt AN, Yokum S, PT Orr, Stice E, WR Corbin, Brownell KD. Korelasi saraf dari kecanduan makanan. Arsip Psikiatri Umum. 2011; 68 (8): 808 – 816. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  18. George MS, Anton RF, Kesalahan Besar C, Teneback C, DJ Jubah, Lorberbaum JP, dkk. Aktivasi korteks prefrontal dan talamus anterior pada subjek alkoholik pada paparan isyarat spesifik alkohol. Arsip Psikiatri Umum. 2001; 58 (4): 345 – 352. [PubMed]
  19. Geliebter A, Ladell T, Logan M, T Schneider, Sharafi M, Hirsch J. Responsivity terhadap rangsangan makanan pada orang yang gemuk dan pemakan pesta kurus menggunakan MRI fungsional. Nafsu makan. 2006; 46 (1): 31 – 35. [PubMed]
  20. Goebel R, Esposito F, Formisano E. Analisis data kontes analisis gambar fungsional (FIAC) dengan Brainvoyager QX: Dari subjek tunggal hingga kelompok yang selaras secara kortikal, analisis model linier umum dan analisis komponen mandiri kelompok mandiri. Pemetaan Otak Manusia. 2006; 27: 392 – 401. [PubMed]
  21. Goldstone AP, de Hernandez CG, Beaver JD, Muhammed K, Croese C, Bell G, dkk. Puasa bias sistem penghargaan otak terhadap makanan berkalori tinggi. The European Journal of Neuroscience. 2009; 30 (8): 1625 – 1635. [PubMed]
  22. Grusser SM, Wrase J, Klein S, Hermann D, Smolka MN, Ruf M, dkk. Aktivasi striatum dan korteks prefrontal medial yang diinduksi isyarat dikaitkan dengan kekambuhan berikutnya pada pecandu alkohol. Psikofarmakologi. 2004; 175 (3): 296 – 302. [PubMed]
  23. Halgren E. Fenomena mental yang disebabkan oleh stimulasi dalam sistem limbik. Neurobiologi Manusia. 1982; 1 (4): 251 – 260. [PubMed]
  24. Haase L, Green E, Murphy C. Pria dan wanita menunjukkan aktivasi otak yang berbeda sesuai selera ketika lapar dan kenyang di area gustatory dan reward. Nafsu makan. 2011; 57 (2): 421 – 434. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  25. Holsen LM, Zarcone JR, Brooks WM, Butler MG, Thompson TI, Ahluwalia JS, et al. Mekanisme saraf yang mendasari hiperfagia pada sindrom prader-willi. Obesitas (Silver Spring, Md.) 2006; 14 (6): 1028 – 1037. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  26. Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Aliran darah otak regional selama paparan makanan pada wanita gemuk dan berat normal. Otak: Jurnal Neurologi. 1997; 120 (Pt 9) (Pt 9): 1675 – 1684. [PubMed]
  27. Kelley AE, Baldo BA, Pratt WE, Will MJ. Sirkuit kortikostriatal-hipotalamus dan motivasi makanan: Integrasi energi, tindakan, dan penghargaan. Fisiologi & perilaku. 2005; 86 (5): 773–795. [PubMed]
  28. Killgore WD, AD Muda, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, Yurgelun-Todd DA. Aktivasi kortikal dan limbik selama menonton makanan tinggi atau rendah kalori. NeuroImage. 2003; 19 (4): 1381 – 1394. [PubMed]
  29. Kringelbach ML. Makanan untuk dipikirkan: Pengalaman hedonis di luar homeostasis di otak manusia. Ilmu saraf. 2004; 126 (4): 807 – 819. [PubMed]
  30. Kringelbach ML, O'Doherty J, Rolls ET, Andrews C. Aktivasi korteks orbitofrontal manusia menjadi stimulus makanan cair berkorelasi dengan kesenangan subjektifnya. Cerebral Cortex (New York, NY: 1991) 2003; 13 (10): 1064–1071. [PubMed]
  31. LaBar KS, DR Gitelman, TB Parrish, Kim YH, Nobre AC, Mesulam MM. Lapar secara selektif memodulasi aktivasi kortikolimbik ke rangsangan makanan pada manusia. Behavioral Neuroscience. 2001; 115 (2): 493 – 500. [PubMed]
  32. Leidy HJ, Racki EM. Penambahan sarapan kaya protein dan efeknya pada kontrol nafsu makan akut dan asupan makanan pada remaja yang 'melewatkan sarapan'. Jurnal Internasional Obesitas (2005) 2010; 34 (7): 1125–1133. [PubMed]
  33. Martin LE, Holsen LM, Kamar RJ, Bruce AS, Brooks WM, Zarcone JR, dkk. Mekanisme saraf terkait dengan motivasi makan pada orang dewasa yang gemuk dan sehat. Obesitas (Silver Spring, Md.) 2010; 18 (2): 254 – 260. [PubMed]
  34. Prita TC, Macaluso DA, Eslinger PJ. Persepsi rasa pada pasien dengan lesi korteks insular. Behavioral Neuroscience. 1999; 113 (4): 663 – 671. [PubMed]
  35. Rigby NJ, Kumanyika S, James WP. Menghadapi epidemi: Kebutuhan akan solusi global. Jurnal Kebijakan Kesehatan Masyarakat. 2004; 25 (3 – 4): 418 – 434. [PubMed]
  36. Rolls ET. Otak dan emosi. New York: Oxford University Press; 1999.
  37. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, et al. Aktivasi diferensial dorsal striatum oleh rangsangan makanan visual berkalori tinggi pada individu obesitas. NeuroImage. 2007; 37 (2): 410 – 421. [PubMed]
  38. Schacht JP, Anton RF, Randall PK, Li X, Henderson S, Myrick H. Stabilitas tanggapan striatal fMRI terhadap isyarat alkohol: Pendekatan pemodelan linear hierarkis. NeuroImage. 2011; 56: 61 – 68. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  39. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, DB Twieg, Knowlton RC, Cox JE. Aktivasi sistem hadiah yang meluas pada wanita gemuk dalam menanggapi gambar makanan berkalori tinggi. NeuroImage. 2008; 41 (2): 636 – 647. [PubMed]
  40. Talairach J, atlas steriotaxic Tournoux P. Co-planar dari otak manusia. Sistem proporsional dimensi 3: Suatu pendekatan untuk pencitraan otak. New York: Penerbit Medis Thieme, Inc; 1988.
  41. Tataranni PA, Gautier JF, Chen K, Uecker A, Bandy D, Salbe AD, dkk. Korelasi neuroanatomik tentang kelaparan dan kejenuhan pada manusia menggunakan tomografi emisi positron. Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Amerika Serikat. 1999; 96 (8): 4569 – 4574. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  42. Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM, Telang F. Dopamine dalam penyalahgunaan dan kecanduan narkoba: Hasil studi pencitraan dan implikasi pengobatan. Arsip Neurologi. 2007; 64 (11): 1575 – 1579. [PubMed]
  43. Wang GJ, Volkow ND, Thanos PK, Fowler JS. Kesamaan antara obesitas dan kecanduan obat sebagaimana dinilai oleh pencitraan neurofungsional: Sebuah tinjauan konsep. Jurnal Penyakit Addictive. 2004; 23 (3): 39 – 53. [PubMed]