Hubungan Imbalan dari Asupan Makanan dan Asupan Makanan yang Diantisipasi dengan Obesitas: Studi Pencitraan Resonansi Magnetik Fungsional (2008)

Abstrak

Obesitas adalah penyakit kronis yang dikreditkan dengan lebih dari kematian 111,000 setiap tahun di AS, yang sebagian besar disebabkan oleh penyakit serebrovaskular aterosklerotik, penyakit jantung koroner, kanker kolorektal, hiperlipidemia, hipertensi, penyakit kandung empedu, dan diabetes mellitus (Flegal, Graubard, Williamson, & Gail, 2005). Sayangnya, pengobatan pilihan untuk obesitas hanya menghasilkan penurunan berat badan sementara (Jeffery et al., 2000) dan sebagian besar program pencegahan obesitas tidak mengurangi risiko kenaikan berat badan di masa depan (Stice, Shaw, & Marti, 2006). Intervensi ini mungkin memiliki kemanjuran terbatas karena pemahaman kita tentang proses etiologi masih belum lengkap. Meskipun telah ditetapkan bahwa obesitas adalah hasil dari keseimbangan energi positif, tidak jelas mengapa beberapa individu mengalami kesulitan menyeimbangkan asupan kalori dengan pengeluaran.

Salah satu penjelasan yang mungkin adalah bahwa beberapa individu memiliki kelainan dalam hadiah subjektif dari asupan makanan atau asupan yang diantisipasi yang meningkatkan risiko obesitas. Beberapa ahli berhipotesis bahwa individu yang obesitas mengalami aktivasi yang lebih besar dari sistem hadiah meso-limbik dalam menanggapi asupan makanan (hadiah makanan yang dikonsumsi), yang dapat meningkatkan risiko makan berlebihan (Davis, Strachan, & Berkson, 2004; Dawe & Loxton, 2004). Ini mirip dengan model sensitivitas penguatan penyalahgunaan zat, yang menyatakan bahwa orang-orang tertentu menunjukkan reaktivitas yang lebih besar dari sirkuit hadiah untuk obat-obatan psikoaktif (Dawe & Loxton, 2004). Sebaliknya, yang lain berhipotesis bahwa individu yang obesitas mengalami lebih sedikit aktivasi sistem imbalan meso-limbik sebagai respons terhadap asupan makanan, yang menyebabkan mereka makan berlebihan untuk mengkompensasi kekurangan ini (Comings & Blum, 2000; Wang, Volkow, & Fowler, 2002). Ini mirip dengan tesis sindrom defisiensi pahala, yang menunjukkan bahwa orang beralih ke alkohol dan penggunaan narkoba untuk merangsang sirkuit imbalan yang lamban (Comings & Blum, 2000). Hipotesis ketiga adalah bahwa imbalan yang diantisipasi lebih besar dari asupan makanan (hadiah makanan antisipatif) meningkatkan risiko makan berlebihan (Pelchat, Johnson, Chan, Valdez, & Ragland, 2004; Roefs, Herman, MacLeod, Smulders, & Jansen, 2005).

Dua baris bukti menyiratkan mungkin berguna untuk secara konseptual membedakan antara hadiah makanan yang dikonsumsi dan hadiah makanan yang diantisipasi. Pertama, penelitian pada hewan menunjukkan bahwa nilai hadiah makanan bergeser dari konsumsi makanan ke konsumsi makanan yang diantisipasi setelah pengkondisian, di mana isyarat yang terkait dengan konsumsi makanan mulai mendapatkan hadiah makanan yang bersifat antisipatif. Monyet naif yang tidak mengalami penghargaan dalam pengaturan menunjukkan aktivasi neuron dopamin mesotelencephalic hanya sebagai respons terhadap rasa makanan; Namun, setelah pengkondisian, aktivitas dopaminergik mulai mendahului pengiriman hadiah dan akhirnya aktivitas maksimal ditimbulkan oleh rangsangan terkondisi yang memprediksi hadiah yang akan datang daripada dengan tanda terima makanan yang sebenarnya (Schultz, Apicella, & Ljungberg, 1993; Schultz, & Romo, 1990). Kiyatkin dan Gratton (1994) menemukan bahwa aktivasi dopaminergik terbesar terjadi secara antisipatif ketika tikus mendekati dan menekan bar yang menghasilkan hadiah makanan dan aktivasi benar-benar menurun ketika tikus menerima dan memakan makanan. Memang, Blackburn, Phillips, Jakubovic, dan Fibiger (1989) menemukan bahwa aktivitas dopamin lebih besar dalam nukleus accumbens tikus setelah presentasi stimulus terkondisi yang biasanya menandakan penerimaan makanan daripada setelah pengiriman makanan yang tidak terduga. Kedua, seberapa keras peserta bekerja untuk mendapatkan makanan ringan dalam tugas operan (yang kemudian diizinkan untuk mereka konsumsi) adalah prediktor yang lebih kuat dari ad lib asupan kalori daripada peringkat kesenangan dari rasa makanan ringan (Epstein, Temple et al., 2007; Epstein et al., 2004a). Data ini juga tampaknya menyiratkan bahwa imbalan yang diantisipasi dari asupan makanan adalah penentu asupan kalori yang lebih kuat daripada hadiah yang dialami ketika makanan tersebut benar-benar dikonsumsi. Secara kolektif, data ini menyiratkan bahwa mungkin berguna untuk membedakan antara hadiah makanan konsumtif dan hadiah makanan antisipatif ketika memeriksa faktor-faktor risiko potensial untuk obesitas.

Studi pencitraan otak telah mengidentifikasi daerah-daerah yang tampaknya mengkodekan hadiah makanan yang dikonsumsi pada individu dengan berat badan normal. Konsumsi makanan yang enak, relatif terhadap konsumsi makanan yang tidak enak atau makanan tanpa rasa, menghasilkan aktivasi orbitofrontal cortex (OFC) yang lebih besar dan operculum / insula frontal, serta pelepasan dopamin yang lebih besar di striatum dorsal (O'Doherty, Deichmann, Critchley, & Dolan, 2002; Small, Jones-Gotman, & Dagher, 2003; Volkow et al., 2003). Studi pencitraan otak lainnya telah mengidentifikasi daerah yang tampaknya mengkodekan hadiah makanan antisipatif pada manusia dengan berat normal. Penerimaan yang diantisipasi dari makanan yang enak, versus penerimaan yang diantisipasi dari makanan yang tidak enak atau makanan tanpa rasa, menghasilkan aktivasi yang lebih besar dalam OFC, amygdala, cingulate gyrus, striatum (caudate nucleus dan putamen), area ventral tegmental, otak tengah, girus otak kasar, dan fusiformis gyrus (O'Doherty et al., 2002; Pelchat et al., 2004). Studi-studi ini menunjukkan bahwa daerah otak yang agak berbeda terlibat dalam hadiah makanan antisipatif dan konsumtif, tetapi ada beberapa tumpang tindih (OFC dan striatum). Sampai saat ini hanya dua studi yang secara langsung membandingkan aktivasi dalam menanggapi hadiah makanan yang bersifat antisipatif dan konsumsi untuk mengisolasi daerah yang menunjukkan aktivasi yang lebih besar sebagai tanggapan terhadap satu fase imbalan makanan dibandingkan yang lainnya. Antisipasi rasa yang menyenangkan, versus rasa yang sebenarnya, menghasilkan aktivasi yang lebih besar di otak tengah dopaminergik, nucleus accumbens, dan amigdala kanan posterior (O'Doherty et al., 2002). Studi lain menemukan bahwa antisipasi minuman yang menyenangkan menghasilkan aktivasi yang lebih besar di amigdala dan thalamus mediodorsal, sedangkan penerimaan minuman menghasilkan aktivasi yang lebih besar di insula kiri / operculum (Small et al, 2008). Dua studi ini menunjukkan bahwa amigdala, otak tengah, nukleus accumbens, dan thalamus mediodorsal lebih responsif terhadap konsumsi yang diantisipasi dibandingkan konsumsi makanan, sedangkan operculum / insula frontal lebih responsif terhadap konsumsi dibandingkan konsumsi makanan yang diantisipasi. Dengan demikian, bukti yang tersedia tampaknya menunjukkan bahwa daerah otak yang berbeda telah terlibat dalam pengkodean hadiah makanan antisipatif dan konsumtif, meskipun penelitian lebih lanjut akan diperlukan sebelum kesimpulan yang tegas dimungkinkan.

Temuan-temuan tertentu tampaknya konsisten dengan tesis bahwa individu yang obesitas mengalami hadiah makanan yang lebih besar, meskipun tidak jelas apakah temuan tersebut mencerminkan gangguan pada hadiah makanan yang dikonsumsi versus antisipatif. Obesitas relatif terhadap individu kurus mengingat bahwa makanan tinggi lemak dan tinggi gula lebih enak dicicipi dan melaporkan bahwa makan lebih menguatkan (Rissanen et al., 2002; Saelens & Epstein, 1996; Westenhoefer & Pudel, 1993). Anak-anak yang berisiko mengalami obesitas berdasarkan tingkat obesitas orangtua merasakan makanan berlemak tinggi lebih menyenangkan dan menunjukkan gaya makan yang lebih bersemangat daripada anak-anak dari orang tua yang kurus (Stunkard, Berkowitz, Stallings, & Schoeller, 1999; Wardle, Guthrie, Sanderson, Birch, & Plomin, 2001). Anak-anak yang kegemukan lebih mungkin makan tanpa rasa lapar (Fisher & Birch, 2002) dan bekerja lebih keras untuk makanan daripada anak-anak kurus (Temple et al., Dalam pers). Mengidam makanan yang dilaporkan sendiri berkorelasi positif dengan massa tubuh dan asupan kalori yang diukur secara obyektif (Delahanty, Meigs, Hayden, Williamson, & Nathan, 2002; Forman et al., 2007; Franken & Muris, 2005; Nederkoorn, Smulders, & Jansen, 2000). Orang dewasa yang kegemukan melaporkan keinginan kuat akan makanan tinggi lemak dan tinggi gula (Drewnowski, Kurth, Holden-Wiltse, & Saari, 1992; Putih, Whisenhunt, Williamson, Greenway, & Netemeyer, 2002) dan bekerja untuk lebih banyak makanan daripada orang dewasa kurus (Epstein et al., 2007; Saelens & Epstein, 1996). Obesitas yang relatif tidak normal pada individu kurus menunjukkan aktivitas metabolisme istirahat yang lebih besar di korteks somatosensori oral, wilayah yang berhubungan dengan sensasi di mulut, bibir, dan lidah (Wang, Volkow, Felder et al., 2002), yang dapat membuat yang pertama lebih sensitif terhadap sifat-sifat bermanfaat dari asupan makanan dan meningkatkan risiko makan berlebihan.

Sampai saat ini, beberapa studi pencitraan otak telah membandingkan aktivasi otak dalam menanggapi presentasi makanan bergambar atau makanan aktual di antara individu kurus yang mengalami obesitas. Satu studi menemukan peningkatan aktivasi di korteks parietal dan temporal kanan setelah paparan makanan bergambar pada wanita gemuk tetapi tidak kurus dan bahwa aktivasi ini berkorelasi positif dengan peringkat kelaparan (Karhunen, Lappalainen, Vanninen, Kuikka, & Uusitupa, 1997). Rothemund and associates (2007) menemukan respons striatum punggung yang lebih besar terhadap gambar-gambar makanan berkalori tinggi pada orang dewasa kurus yang bertubuh gemuk dan bahwa massa tubuh berkorelasi positif dengan respons pada insula, klaustrum, cingulate, korteks somatosensori, dan lateral OFC. Stoeckel dan rekannya (2008) menemukan aktivasi yang lebih besar pada OFC medial dan lateral, amigdala, ventral striatum, medial prefrontal cortex, insula, anterior cingulate cortex, ventral pallidum, caudate, dan respon hipokampus terhadap gambar makanan berkalori tinggi (versus makanan rendah kalori) untuk kerabat obesitas untuk individu yang kurus. Namun, aktivasi OFC dan cingulate dalam menanggapi gambar makanan enak berkorelasi negatif dengan BMI di antara wanita dengan berat badan normal (Killgore & Yargelun-Todd, 2005). Del Parigi et al (2004) menemukan bahwa dorsal insula dan hippocampus posterior tetap responsif secara abnormal terhadap konsumsi makanan pada orang yang sebelumnya gemuk dibandingkan dengan individu kurus, mengarah pada kesimpulan bahwa respons abnormal ini dapat meningkatkan risiko obesitas.

Temuan lain lebih konsisten dengan anggapan bahwa individu yang obesitas mungkin mengalami lebih sedikit hadiah makanan. Wang et al. (2001) menemukan bahwa reseptor D2 berkurang di striatum pada individu yang obesitas secara proporsional dengan massa tubuh mereka, menunjukkan bahwa mereka menunjukkan penurunan ikatan reseptor dopamin dalam sistem meso-limbic. Meskipun belum ditentukan apakah individu gemuk menunjukkan penurunan kepadatan reseptor D2 relatif terhadap individu kurus, tikus gemuk memiliki tingkat dopamin basal yang lebih rendah dan mengurangi ekspresi reseptor D2 daripada tikus tanpa lemak (Fetissov, Meguid, Sato, & Zhang, 2002; Hamdi, Porter, & Prasad, 1992; Orosco, Rouch, & Nicolaidis, 1996), namun tikus yang obesitas menunjukkan lebih banyak pelepasan dopamin fasik selama menyusui daripada tikus tanpa lemak (Yang & Meguid (1995). Selain itu, orang dewasa yang kurus dan gemuk dengan alel TaqI A1, yang dikaitkan dengan berkurangnya reseptor D2 dan sinyal dopamin yang lebih lemah, bekerja lebih banyak untuk mendapatkan makanan dalam paradigma operan (Epstein et al., 2004b, 2007). Hasil ini menggemakan bukti bahwa perilaku adiktif seperti alkohol, nikotin, ganja, kokain, dan penyalahgunaan heroin dikaitkan dengan berkurangnya kepadatan reseptor D2 dan sensitivitas tumpul dari sirkuit mesolimbik untuk hadiah (Comings & Blum, 2000; Martinez et al., 2005). Wang, Volkow, dan Fowler (2002) berpendapat bahwa defisit dalam reseptor D2 dapat mempengaruhi individu untuk menggunakan obat-obatan psikoaktif atau makan berlebihan untuk meningkatkan sistem imbalan dopamin yang lamban. Namun, ada kemungkinan bahwa makanan berlemak tinggi dan terlalu banyak gula menyebabkan regulasi reseptor D2 yang menurun (Davis et al., 2004), sejajar dengan respons saraf terhadap penggunaan kronis obat psikoaktif (Volkow, Fowler, & Wang, 2002). Memang, penelitian pada hewan menunjukkan bahwa asupan berulang makanan manis dan berlemak mengakibatkan regulasi reseptor D2 turun dan penurunan sensitivitas D2 (Bello, Lucas, & Hajnal, 2002; Kelley, Will, Steininger, Xhang, & Haber, 2003); perubahan yang terjadi sebagai respons terhadap penyalahgunaan zat.

Singkatnya, ada bukti yang muncul bahwa orang gemuk dapat menunjukkan kelainan umum dalam hadiah makanan dibandingkan dengan orang kurus. Secara khusus, obesitas relatif terhadap individu kurus melaporkan keinginan yang lebih besar untuk makanan tinggi lemak / tinggi gula, menemukan makan lebih kuat, menunjukkan aktivasi istirahat yang lebih besar dari korteks somatosensori, dan menunjukkan reaktivitas yang lebih besar dari korteks gustatory terhadap asupan makanan dan presentasi makanan atau makanan bergambar. Namun, ada juga bukti bahwa orang gemuk menunjukkan striatum hypofunctioning, yang dapat mendorong mereka untuk makan berlebihan untuk meningkatkan jaringan hadiah yang lamban atau mungkin akibat dari down-regulasi reseptor. Salah satu faktor yang mungkin berkontribusi pada temuan campuran adalah bahwa banyak studi menggunakan langkah-langkah laporan diri, yang bisa menyesatkan karena mereka yang berjuang dengan makan berlebihan mungkin berasumsi bahwa makanan lebih bermanfaat bagi mereka, yang mempengaruhi bagaimana mereka menyelesaikan skala. Selain itu, skala laporan diri kemungkinan memanfaatkan imbalan yang diantisipasi dari asupan makanan, atau memori hadiah dari asupan makanan, daripada hadiah yang dialami selama konsumsi makanan, karena penelitian tidak mengukur imbalan yang dirasakan selama asupan makanan. Selain itu, temuan dari laporan diri dan tindakan perilaku rentan terhadap bias keinginan sosial. Selain itu, beberapa penelitian telah benar-benar melibatkan asupan makanan atau paparan makanan nyata, yang dapat membatasi validitas ekologis temuan. Mungkin yang paling penting, penelitian sebelumnya tidak menggunakan paradigma yang secara khusus dirancang untuk menilai perbedaan individu dalam hadiah makanan yang dikonsumsi dan antisipatif ketika membandingkan obesitas dengan individu kurus. Dengan demikian, kami pikir mungkin berguna untuk menggunakan paradigma pencitraan otak objektif yang secara langsung mengukur aktivasi sirkuit hadiah sebagai respons terhadap asupan makanan dan asupan makanan yang diantisipasi. Sejauh pengetahuan kami, penelitian belum menggunakan pencitraan otak untuk menguji apakah orang gemuk menunjukkan aktivasi diferensial dari rangkaian hadiah makanan selama konsumsi makanan atau konsumsi yang diantisipasi relatif terhadap individu kurus.

Penelitian ini berusaha untuk lebih mengkarakterisasi sifat perbedaan individu dalam respon saraf terhadap makanan menggunakan metodologi pencitraan otak objektif, dengan harapan bahwa pemahaman yang lebih baik dari substrat neurologis yang meningkatkan risiko obesitas akan memajukan model etiologi dan desain pencegahan yang lebih efektif. dan intervensi pengobatan. Kami memperluas temuan sebelumnya dengan memeriksa aktivasi dalam menanggapi penerimaan milkshake cokelat versus solusi tanpa rasa (hadiah makanan konsumtif) dan sebagai respons terhadap isyarat yang mengindikasikan pengiriman milkshake cokelat yang akan datang dibandingkan solusi tanpa rasa (hadiah makanan antisipatif) di antara orang gemuk dan kurus. Kami berhipotesis bahwa obesitas relatif terhadap individu kurus akan menunjukkan aktivasi yang lebih besar di korteks gustatory dan somatosensory cortex, dan lebih sedikit aktivasi di striatum, sebagai respons terhadap antisipasi dan konsumsi milkshake. Kami juga berhipotesis bahwa massa tubuh peserta akan menunjukkan hubungan linier dengan aktivasi di daerah otak ini. Kami mempelajari remaja karena kami ingin mengurangi risiko bahwa sejarah obesitas yang panjang mungkin mengakibatkan reseptor-regulasi sekunder akibat diet kaya kronis. Kami mempelajari wanita karena tujuan utama penelitian ini adalah untuk menguji apakah kelainan imbalan makanan berkorelasi dengan patologi bulimia, yang jarang terjadi pada pria.

metode

Ukuran

Massa Tubuh

Indeks massa tubuh (BMI = kg / m²) digunakan untuk mencerminkan adipositas (Dietz & Robinson, 1998). Setelah melepas sepatu dan mantel, tinggi diukur ke milimeter terdekat menggunakan stadiometer dan berat badan dinilai ke 0.1 kg terdekat menggunakan skala digital. Dua ukuran tinggi dan berat diperoleh dan dirata-rata. BMI berkorelasi dengan pengukuran langsung total lemak tubuh seperti dual energy x-ray absorptiometry (r = .80 ke .90) dan dengan tindakan kesehatan termasuk tekanan darah, profil lipoprotein yang merugikan, lesi aterosklerotik, kadar insulin serum, dan diabetes mellitus dalam sampel remaja (Dietz & Robinson, 1998). Per konvensi (Barlow & Dietz, 1998), obesitas didefinisikan menggunakan 95^th persentil BMI untuk usia dan jenis kelamin, berdasarkan data historis yang representatif secara nasional karena definisi ini sesuai dengan titik potong BMI yang dikaitkan dengan peningkatan risiko masalah kesehatan terkait berat badan (Cole, Bellizzi, Flegal, & Dietz, 2000). Remaja dengan skor BMI di bawah 50^th persentil menggunakan norma-norma historis ini didefinisikan sebagai lean. Di antara peserta 33 yang menyediakan data fMRI yang dapat digunakan, 7 diklasifikasikan sebagai obesitas, 11 diklasifikasikan sebagai lean, dan sisa peserta 15 jatuh di antara kedua ekstrem ini.

Paradigma fMRI

Peserta diminta untuk mengkonsumsi makanan reguler mereka, tetapi untuk tidak makan atau minum (termasuk minuman berkafein) selama 4 – 6 jam segera sebelum sesi pencitraan mereka untuk tujuan standardisasi. Kami memilih periode kekurangan ini untuk menangkap keadaan lapar yang dialami sebagian besar individu ketika mereka mendekati makanan berikutnya, yang merupakan waktu ketika perbedaan individu dalam hadiah makanan secara logis akan berdampak pada asupan kalori. Sebagian besar peserta menyelesaikan paradigma antara 16: 00 dan 18: 00, tetapi subset menyelesaikan pemindaian antara 11: 00 dan 13: 00. Sebelum sesi pencitraan, para peserta dibiasakan dengan paradigma fMRI melalui latihan pada komputer yang terpisah.

Paradigma milkshake dirancang untuk memeriksa hadiah makanan yang dikonsumsi dan antisipatif. Stimuli disajikan dalam 4 pemindaian yang berjalan terpisah. Stimulus terdiri dari 3 bentuk hitam (berlian, persegi, lingkaran) yang menandakan pengiriman 0.5 ml milkshake cokelat (4 sendok es krim Hailla-Daz vanilla, 1.5 cangkir susu 2%, dan 2 sendok makan cokelat Hershey sirup), larutan tawar, atau tanpa larutan. Meskipun pasangan isyarat dengan rangsangan dan durasi presentasi stimulus ditentukan secara acak di seluruh peserta, kami tidak mengacak urutan presentasi di seluruh peserta. Solusi tawar, yang dirancang untuk meniru rasa air liur alami, terdiri dari 25 mM KCl dan 2.5 mM NaHCO₃ (O'Doherty et al., 2001). Kami menggunakan air liur buatan karena air memiliki rasa yang mengaktifkan korteks rasa (Zald & Pardo, 2000). Pada 50% percobaan coklat dan larutan hambar, rasa tidak disampaikan seperti yang diharapkan untuk memungkinkan penyelidikan respon saraf untuk mengantisipasi rasa yang tidak dibingungkan dengan penerimaan rasa yang sebenarnya (percobaan tidak berpasangan) (Gambar 1). Ada enam peristiwa yang menarik dalam paradigma: (1) isyarat milkshake cokelat diikuti oleh rasa milkshake (isyarat milkshake berpasangan), (2) tanda terima rasa milkshake (pengiriman milkshake), (3) isyarat milkshake cokelat diikuti dengan tanpa rasa milkshake ( isyarat milkshake tidak berpasangan), (4) isyarat hambar diikuti oleh larutan tawar (isyarat hambar dipasangkan), (5) tanda terima solusi hambar (pengiriman tanpa rasa), dan (6) isyarat hambar isyarat diikuti dengan tidak ada solusi tawar (isyarat tawar tanpa rasa) . Gambar disajikan selama 5 – 12 detik (M = 7) menggunakan MATLAB dijalankan dari Windows. Pengiriman rasa terjadi 4 hingga 11 detik (M = 7) setelah permulaan isyarat. Akibatnya, setiap acara berlangsung antara 4 – 12 detik. Setiap proses terdiri dari acara 16. Selera dikirim menggunakan dua pompa jarum suntik yang dapat diprogram (Braintree Scientific BS-8000) yang dikendalikan oleh MATLAB untuk memastikan volume, kecepatan, dan waktu pengiriman rasa yang konsisten. Enam puluh ml jarum suntik diisi dengan milkshake cokelat dan larutan hambar dihubungkan melalui tabung Tygon melalui panduan gelombang ke manifold yang melekat pada koil sangkar burung di pemindai MRI. Manifold masuk ke mulut peserta dan memberikan rasa ke segmen lidah yang konsisten. Prosedur ini telah berhasil digunakan di masa lalu untuk mengirimkan cairan dalam pemindai dan telah dijelaskan secara rinci di tempat lain (misalnya, Veldhuizen, Bender, Constable, & Small, 2007). Isyarat rasa tetap di layar selama 8.5 detik setelah rasa disampaikan, dan peserta diperintahkan untuk menelan ketika bentuk menghilang. Isyarat berikutnya muncul 1 ke 5 detik setelah isyarat sebelumnya meledak. Gambar disajikan dengan proyektor digital / sistem tampilan layar terbalik ke layar di bagian belakang lubang pemindai MRI dan dapat dilihat melalui cermin yang dipasang pada koil kepala.

 

Gambar 1

Contoh waktu dan pemesanan presentasi gambar dan minuman selama lari.

Lima baris bukti dari penelitian fMRI yang sedang berlangsung yang menggunakan paradigma ini dengan gadis remaja (N = 46) menyarankan bahwa itu adalah ukuran yang valid dari perbedaan individu dalam hadiah makanan antisipatif dan konsumsi. Pertama, peserta menilai milkshake secara signifikan (t = 9.79, df = 45, r = .68, p <.0001) lebih menyenangkan daripada larutan tanpa rasa per skala analog visual, yang menegaskan bahwa milkshake lebih bermanfaat bagi peserta daripada solusi tanpa rasa. Kedua, tingkat kenikmatan milkshake berkorelasi dengan aktivasi di insula anterior (r = .70) sebagai respons terhadap isyarat milkshake dan dengan aktivasi dalam gyrus parahippocampal sebagai respons terhadap penerimaan milkshake (r = .72). Ketiga, aktivasi di daerah yang mewakili hadiah makanan antisipatif dan konsumtif (LaBar et al., 2001; O'Doherty et al., 2002; Small et al., 2001) dalam menanggapi antisipasi dan penerimaan milkshake dalam paradigma fMRI ini berkorelasi (r = .84 ke .91) dengan suka dan keinginan mengidam yang dilaporkan sendiri untuk berbagai makanan, seperti yang dinilai dengan versi yang disesuaikan dari Food Craving Inventory (White et al., 2002).¹ Keempat, aktivasi sebagai respons terhadap imbalan makanan yang bersifat antisipatif dan konsumtif dalam paradigma fMRI ini berkorelasi (r = .82 ke .95) dengan seberapa keras peserta bekerja untuk makanan dan berapa banyak makanan yang mereka bekerja dalam tugas perilaku operan yang menilai perbedaan individu dalam penguat makanan (Saelens & Epstein, 1996). Kelima, peserta yang menunjukkan aktivasi yang relatif lebih besar sebagai respons terhadap hadiah makanan antisipatif dan konsumtif dalam paradigma fMRI ini menunjukkan secara signifikan (p <05) peningkatan berat badan lebih banyak selama 1 tahun masa tindak lanjut dibandingkan dengan peserta yang menunjukkan aktivasi yang lebih sedikit dalam paradigma ini (r = .54 hingga .65). Secara kolektif, temuan ini memberikan bukti validitas paradigma imbalan makanan fMRI ini.

Hasil

Tes apakah peserta obesitas menunjukkan perbedaan dalam antisipasi hadiah makanan relatif terhadap peserta kurus (isyarat milkshake versus isyarat hambar)

Kami melakukan analisis yang membandingkan respons otak pada gadis remaja yang mengalami obesitas (N = 7, M BMI = 33, SD = 4.25) untuk remaja perempuan kurus (N = 11, M BMI = 19.6, SD = 1.08) menggunakan model ANOVA grup. Sebanyak cluster aktivasi 13 terletak di dalam insula, wilayah Rolandic, dan wilayah opercular temporal, frontal dan parietal; peserta obesitas menunjukkan aktivasi yang lebih besar di bidang ini dibandingkan dengan peserta lean (Gambar 2A – B dan Tabel 1). Dari gugus aktivasi 13 ini, 9 jatuh di sebelah kiri dan 4 di belahan kanan. Peserta obesitas juga menunjukkan aktivasi yang lebih besar di korteks cingulate anterior kiri (daerah Brodmann ventral (BA) 24) daripada peserta ramping. Tabel 1 melaporkan koordinat, ukuran voxel, tidak dikoreksi p-nilai, dan ukuran efek (η²). Beberapa nilai p signifikan pada p <.05 seluruh otak dikoreksi di tingkat cluster. Ukuran efek dari analisis ini berkisar dari kecil (η² = .01) ke besar (η² = .17), dengan efek rata-rata .05, yang mewakili ukuran efek sedang per Kriteria Cohen (1988).²

 

Gambar 2

A. Bagian saggital dari aktivasi yang lebih besar di insula anterior kiri (-36, 6, 6, Z = 3.92, P tidak dikoreksi <.001) sebagai respons terhadap penghargaan makanan antisipatif pada obesitas dibandingkan dengan subjek kurus dengan B. grafik batang parameter perkiraan dari ...

 

Tabel 1

Daerah Menampilkan Peningkatan Aktivasi selama Imbalan Makanan Antisipasi dan Imbalan Makanan Consummatory di Girls Remaja Obese (N = 7) dibandingkan dengan Lean Adolescent Girls (N = 11)

Tes apakah peserta BMI menunjukkan hubungan linier dengan hadiah makanan antisipatif

Masing-masing peta kontras SPM dimasukkan ke dalam model regresi dengan skor BMI sebagai kovariat untuk menguji apakah BMI secara linear terkait dengan aktivasi sebagai respons terhadap antisipasi hadiah makanan. Analisis ini lebih sensitif karena melibatkan semua peserta, bukan hanya peserta yang gemuk dan kurus. Kami menemukan korelasi positif BMI dengan aktivasi di korteks prefrontal lateral dan dorsal lateral ventralum temporal sebagai respons terhadap hadiah makanan antisipatif (Gambar 3A dan Tabel 2). Namun, tidak ada efek yang signifikan p <.05 seluruh otak dikoreksi di tingkat cluster. Ukuran efek dari analisis ini semuanya besar Cohen's (1988) kriteria (kisaran r = .48 ke .68), dengan rata-rata r = .56.

 

Gambar 3

A. Bagian aksial dari aktivasi yang lebih besar di operkulum temporal kiri (TOp; −54, −3, 3, Z = 3.41, P tidak dikoreksi <.001) dan di korteks prefrontal ventrolateral kanan (VLPFC; 45, 45, 0, Z = 3.57, P tidak dikoreksi <.001) di ...

 

Tabel 2

Wilayah Menanggapi selama Imbalan Makanan Antisipasi dan Imbalan Makanan Consummatory sebagai Fungsi Indeks Massa Tubuh (N = 33)

Diskusi

Studi ini menguji hipotesis bahwa remaja perempuan dengan obesitas akan menunjukkan aktivasi yang berbeda dalam sirkuit imbalan dalam menanggapi konsumsi makanan dan konsumsi yang diantisipasi relatif terhadap remaja perempuan yang kurus dan aktivasi yang akan secara linier terkait dengan BMI peserta. Respons otak diperiksa selama penerimaan milkshake cokelat versus solusi tanpa rasa (hadiah makanan konsumtif) dan sebagai respons terhadap isyarat yang mengindikasikan pengiriman milkshake cokelat yang akan datang versus solusi tanpa rasa (hadiah makanan antisipatif). Berdasarkan temuan penelitian sebelumnya (misalnya, Wang, Volkow, Felder et al., 2002), kami mengharapkan kelainan pada hadiah makanan yang dikonsumsi dan antisipatif di antara peserta yang obesitas relatif terhadap rekan mereka yang kurus.

Seperti yang dihipotesiskan, respon terhadap hadiah makanan yang bersifat antisipatif dan antisipatif di wilayah yang diprediksi berbeda pada remaja perempuan obesitas dibandingkan dengan rekan-rekan mereka yang kurus. Peserta obesitas menunjukkan aktivasi yang lebih besar di korteks gustatory primer (insula anterior / operculum frontal) dan di korteks somatosensorik (operandum Rolandic, operculum temporal, operculum parietal, dan posterior insula) dan cingulata anterior sebagai respons terhadap ukuran penghitungan hadiah makanan dibandingkan untuk peserta lean. Ukuran efek ini kecil hingga besar, dengan ukuran efek rata-rata yang sedang. Insula telah terbukti berperan dalam hadiah makanan antisipatif (Gottfried, O'Doherty, & Dolan, 2003; Small et al., 2005; Yamamoto, 2006) dan keinginan makanan (Pelchat et al., 2004). Selain itu, Balleine dan Dickenson (2001) menunjukkan bahwa hewan dengan reseksi insula gagal mengetahui bahwa perilaku merespons makanan didevaluasi, juga menunjukkan peran insula dalam antisipasi hadiah makanan. Wilayah cingulate anterior ventral telah ditemukan terlibat dalam pengkodean konten energi dan palatabilitas makanan (Araujo & Rolls, 2004). Sebagai hasilnya, temuan kami mungkin menunjukkan bahwa individu gemuk mengalami peningkatan antisipasi kelezatan milkshake dibandingkan dengan individu kurus. Penting untuk penelitian di masa depan untuk mengesampingkan kemungkinan bahwa pengkondisian yang terjadi sebagai akibat dari makan berlebihan makanan berlemak tinggi dan gula tinggi tidak berkontribusi pada peningkatan hadiah makanan antisipatif yang ditunjukkan oleh peserta yang obesitas.

Juga seperti dihipotesiskan, ada bukti bahwa peserta obesitas menunjukkan aktivasi berbeda dalam menanggapi hadiah makanan yang dikonsumsi relatif terhadap peserta lean. Yang pertama menunjukkan peningkatan aktivasi dalam operan Rolandic, operculum frontal, insula posterior, dan cingulate gyrus sebagai respons terhadap hadiah makanan yang dikonsumsi dibandingkan dengan yang terakhir. Ukuran efek kecil sampai sedang besarnya, dengan ukuran efek rata-rata yang sedang. Hasil ini menyatu dengan yang dari studi sebelumnya; Del Parigi et al. (2004) menemukan bahwa persentase lemak tubuh berkorelasi dengan peningkatan aktivasi di insula selama pengalaman sensorik makan dan Wang, Volkow, Felder et al. (2002) menemukan aktivasi yang lebih besar di korteks somatosensori sambil beristirahat sebagai fungsi BMI. Mengingat bahwa insula dan operculum di atasnya telah dikaitkan dengan hadiah subjektif dari asupan makanan (Small et al., 2003; Yamamoto, 2006), temuan ini dapat menyiratkan bahwa orang gemuk mengalami hadiah makanan yang lebih besar dibandingkan dengan orang kurus, yang mungkin sesuai dengan data perilaku dari penelitian lain sebagaimana diuraikan dalam pengantar.

Kami juga menguji apakah BMI secara linear terkait dengan aktivasi sebagai respons terhadap hadiah makanan antisipatif dan konsumtif dengan model regresi untuk memberikan tes yang lebih sensitif dari hubungan yang dihipotesiskan. Sebanding dengan hasil yang ditemukan dalam model ANOVA, kami menemukan peningkatan aktivasi dalam operculum temporal untuk hadiah makanan antisipatif sebagai fungsi dari BMI. Selanjutnya, respon yang lebih besar ditemukan di korteks prefrontal dorsolateral sebagai respons terhadap hadiah makanan antisipatif sebagai fungsi dari BMI. Juga sebanding dengan temuan dari model ANOVA adalah peningkatan aktivasi di insula / frontoparietal operculum dalam menanggapi hadiah makanan konsumtif sebagai fungsi dari BMI. Secara keseluruhan, hasil dari model regresi umumnya menyatu dengan temuan dari model ANOVA, meskipun analisis yang terakhir hanya melibatkan peserta obesitas dan lean, memberikan temuan lebih lanjut sesuai dengan hipotesis kami. Hubungan yang diidentifikasi dalam model regresi biasanya memiliki efek yang besar.

Menariknya, model regresi menunjukkan bahwa BMI berbanding terbalik dengan aktivasi di nukleus kaudat sebagai respons terhadap hadiah makanan yang dikonsumsi, sebagaimana dihipotesiskan berdasarkan temuan sebelumnya.Wang et al., 2001). Ini adalah ukuran efek yang besar. Temuan fungsional kami menguatkan dan memperluas hasil yang dilaporkan dalam penelitian yang dilakukan oleh Wang et al. (2001), di mana mereka menemukan bahwa obesitas yang tidak normal menunjukkan penurunan ketersediaan reseptor D2 saat istirahat dalam putamen sebanding dengan BMI mereka. Temuan ini dapat mencerminkan ketersediaan reseptor dopamin yang lebih rendah. Ada kemungkinan bahwa individu makan berlebihan untuk merangsang sistem penghargaan berbasis dopamin yang lambat dan lama (Wang et al., 2001). Sebagai alternatif, peningkatan asupan makanan tinggi lemak dan tinggi gula dapat mengakibatkan reseptor regulasi, seperti yang telah diamati di antara pengguna zat (Davis et al., 2004). Sebagaimana dicatat, penelitian pada hewan menunjukkan bahwa asupan berulang makanan manis dan berlemak mengakibatkan regulasi reseptor D2 yang menurun dan penurunan sensitivitas D2 (Bello et al., 2002; Kelley et al., 2003). Interpretasi lain yang mungkin adalah bahwa orang gemuk menunjukkan hypofunctioning dari sirkuit hadiah makanan saat beristirahat, tetapi hyperfunctioning ketika terkena makanan atau isyarat makanan. Interpretasi ini sesuai dengan bukti bahwa individu yang obesitas dan post-obes menunjukkan respons yang lebih besar pada insula dorsal dan hippocampus posterior setelah asupan makanan relatif terhadap individu yang kurus (Del Parigi et al., 2004), bahwa paparan isyarat makanan menghasilkan aktivasi yang lebih besar pada korteks parietal dan temporal kanan pada orang yang obesitas tetapi tidak kurus (Karhunen et al., 1997; Stoeckel et al., 2008), bahwa individu yang obesitas menunjukkan aktivasi yang lebih besar pada striatum dorsal, insula, claustrum, dan korteks somatosensori sebagai respons terhadap isyarat makanan daripada individu kurus (individu kurus).Rothemund et al., 2007), bahwa tikus gemuk memiliki tingkat dopamin basal lebih rendah dan mengurangi ekspresi reseptor D2 daripada tikus tanpa lemak (Fetissov et al., 2002; Hamdi et al., 1992; Orosco et al., 1996) dan bahwa tikus gemuk menunjukkan lebih banyak pelepasan dopamin fasik selama menyusui daripada tikus tanpa lemak (Yang & Meguid, 1995). Namun, interpretasi ini tidak sesuai dengan bukti bahwa obesitas relatif terhadap individu kurus menunjukkan aktivitas metabolisme istirahat yang lebih besar di korteks somatosensori oral (Wang, Volkow, Felder et al., 2002) dan bahwa aktivasi OFC dan cingulate dalam menanggapi melihat gambar makanan enak berkorelasi negatif dengan BMI di antara wanita dengan berat badan normal (Killgore & Yurgelun-Todd, 2005). Ini akan berguna untuk penelitian masa depan untuk menentukan interpretasi mana yang menjelaskan temuan yang tampaknya tidak konsisten, karena akan secara signifikan memajukan pemahaman kita tentang proses etiologi dan pemeliharaan yang berkontribusi terhadap obesitas.

Secara kolektif, temuan ini menunjukkan bahwa daerah otak yang berbeda diaktifkan oleh hadiah makanan antisipatif versus konsumsi, yang merupakan kontribusi penting karena hanya beberapa penelitian yang berusaha mengidentifikasi substrat saraf imbalan makanan antisipatif dan konsumsi. Dalam model ANOVA membandingkan obesitas dengan peserta lean (Tabel 1), operculum Rolandic dan operculum frontal diaktifkan dengan antisipasi dan konsumsi milkshake, tetapi operculum temporal, operculum parietal, insula anterior, insula posterior, dan cingulate anterior ventral hanya diaktifkan sebagai respons terhadap penerimaan yang diharapkan dari milkshake. Dalam model regresi yang meneliti hubungan BMI dengan daerah aktivasi (Tabel 2), tidak ada tumpang tindih di daerah yang diaktifkan: sedangkan korteks prefrontal ventrolateral, korteks prefrontal lateral dorsal dan operculum temporal diaktifkan sebagai respons terhadap antisipasi penerimaan milkshake, insula, operabulum frontoparietal, operabum parietal, dan nukleus kaudat diaktifkan sebagai respons terhadap tanda terima milkshake. Temuan ini sebagian besar menyatu dengan yang dari penelitian sebelumnya yang telah menyelidiki daerah otak khusus untuk hadiah makanan konsumtif dan antisipatif (O'Doherty et al., 2002; Pelchat et al., 2004; Small et al., 2003; Small et al., 2008; Volkow et al., 2003).

Penelitian ini adalah novel dalam hal ini adalah salah satu yang pertama untuk menguji hubungan antara BMI dan respon saraf terhadap hadiah makanan antisipatif dan konsumtif menggunakan paradigma yang melibatkan pengiriman makanan dalam pemindai. Namun, penelitian ini memiliki beberapa keterbatasan yang harus diperhatikan. Pertama, kami memiliki ukuran sampel yang moderat untuk menguji antara efek kelompok, meskipun itu lebih besar dari kebanyakan studi fMRI yang dipublikasikan sebelumnya tentang hadiah makanan yang diterbitkan hingga saat ini. Kedua, kami hanya menggunakan satu rasa yang enak. Mungkin selera lain lebih bermanfaat bagi peserta dan akan menghasilkan respons hadiah yang lebih besar di otak. Ketiga, karena penerimaan milkshake selalu didahului oleh cue (yaitu, tidak pernah dikirimkan tanpa cue), peserta selalu tahu tentang rasa sebelum dikirim. Studi sebelumnya (misalnya, Berns, McClure, Pagoni, & Montague, 2001) telah menemukan respons yang berbeda terhadap rasa dan rasa sebagai fungsi apakah mereka diharapkan atau tidak terduga. Oleh karena itu, peneliti harus mempertimbangkan untuk memasukkan ukuran tanggapan terhadap penerimaan hadiah makanan yang tidak terduga dalam penelitian selanjutnya. Keempat, isyarat yang digunakan untuk paradigma milkshake adalah bentuk-bentuk geometris, yang mungkin tidak memiliki makna hadiah yang cukup bagi para partisipan dan karena itu mungkin telah menghasilkan sensasi antisipatif tumpul dan aktivasi otak. Kelima, kami mengumpulkan data perilaku terbatas untuk memvalidasi paradigma fMRI dengan peserta dalam penelitian kami. Meskipun demikian, data validitas dari studi yang sedang berlangsung menggunakan paradigma ini menunjukkan itu adalah ukuran yang valid dari perbedaan individu dalam hadiah makanan.

Sebagai kesimpulan, hasil kami menunjukkan perbedaan respon saraf selama hadiah makanan antisipatif dan konsumsi sebagai fungsi dari status obesitas dan BMI, meskipun akan penting untuk mereplikasi hubungan ini dalam sampel independen. Karena ada respon yang lebih besar di banyak daerah yang telah terbukti mengkodekan hadiah makanan pada peserta obesitas, pola respon konsisten dengan studi perilaku yang menunjukkan bahwa individu obesitas mengantisipasi lebih banyak hadiah dari asupan makanan dan mengalami kenikmatan indera yang lebih besar ketika makan. Namun, kami juga menemukan bahwa peserta dengan BMI yang lebih tinggi menunjukkan lebih sedikit aktivasi di striatum dalam menanggapi konsumsi makanan dibandingkan dengan mereka yang memiliki BMI lebih rendah, yang konsisten dengan proposal bahwa individu yang obesitas mungkin mengalami lebih sedikit pelepasan dopamin fasik ketika mengonsumsi makanan relatif terhadap individu kurus. Secara biologis dimungkinkan bahwa individu dapat mengantisipasi lebih banyak ganjaran dari asupan makanan dan mengalami kenikmatan somatosensori yang lebih besar ketika makan, namun mengalami pelepasan dopamin fasik yang lebih sedikit ketika makanan dikonsumsi, karena masing-masing melibatkan sirkuit saraf yang terpisah. Namun, ada juga kemungkinan bahwa beberapa kelainan ini terjadi sebelum obesitas sedangkan yang lain merupakan konsekuensi dari makan berlebihan. Sebagai contoh, dua efek sebelumnya dapat meningkatkan risiko hiperphagia yang menghasilkan keseimbangan energi positif, dan efek yang kedua mungkin merupakan produk dari reseptor-regulasi sekunder akibat konsumsi makanan tinggi lemak dan tinggi gula. Atau, hipofungsi dari sirkuit hadiah yang dimediasi dopamin dapat menyebabkan individu makan berlebihan untuk mengkompensasi defisit hadiah ini, yang melalui pengkondisian menghasilkan hadiah makanan antisipatif yang lebih besar dan peningkatan pengembangan korteks somatosensotri. Sangat penting bagi penelitian prospektif untuk menyelidiki mana dari kelainan ini yang mendahului timbulnya obesitas dan yang merupakan produk dari makan berlebihan kronis. Ini adalah harapan kami bahwa studi sistematis tentang kelainan yang terjadi sebelum obesitas dapat memungkinkan desain intervensi pencegahan dan pengobatan yang lebih efektif.

Ucapan Terima Kasih

Catatan kaki

Referensi