Penambahan Berat Badan Berhubungan dengan Mengurangi Respons Striatal terhadap Makanan Palatable (2010)

Komentar: Penelitian menunjukkan pada manusia bahwa makanan - penguat alami - dapat menyebabkan penurunan reseptor dopamin. Apakah pornografi di Internet kurang merangsang dibandingkan makanan yang "sangat enak"?

 

LAY ARTICLE: Penelitian Meneliti Siklus Vicious of Overeating dan Obesity (abstrak di bawah)

Dirilis: 9 / 29 / 2010 4: 30 PM EDT
Sumber: University of Texas di Austin

Newswise - Penelitian baru memberikan bukti dari siklus setan yang diciptakan ketika seseorang yang kelebihan berat badan untuk mengkompensasi berkurangnya kenikmatan dari makanan.

Orang yang obesitas memiliki lebih sedikit reseptor kesenangan dan makan berlebihan untuk mengimbangi, menurut sebuah studi oleh University of Texas di rekan peneliti senior Austin dan ilmuwan senior Oregon Research Institute Eric Stice dan rekan-rekannya yang diterbitkan minggu ini di The Journal of Neuroscience.

Stice menunjukkan bukti bahwa makan berlebihan ini lebih lanjut dapat melemahkan respons reseptor kesenangan ("sirkuit hadiah hypofunctioning"), yang semakin mengurangi hadiah yang didapat dari makan berlebihan.
Asupan makanan berhubungan dengan pelepasan dopamin. Tingkat kesenangan yang didapat dari makan berhubungan dengan jumlah dopamin yang dilepaskan. Bukti menunjukkan bahwa orang gemuk memiliki lebih sedikit reseptor dopamin (D2) di otak dibandingkan dengan orang kurus dan menyarankan orang gemuk makan berlebihan untuk mengkompensasi defisit hadiah ini.

Orang dengan lebih sedikit reseptor dopamin perlu mengambil lebih banyak zat bermanfaat - seperti makanan atau obat-obatan - untuk mendapatkan efek yang didapat orang lain dengan lebih sedikit.

"Meskipun temuan baru-baru ini menunjukkan bahwa individu gemuk mungkin kurang merasakan kenikmatan saat makan, dan karenanya makan lebih banyak untuk mengimbangi, ini adalah bukti prospektif pertama yang menunjukkan bahwa makan berlebihan itu sendiri semakin menumpulkan sirkuit hadiah," kata Stice, seorang ilmuwan senior di Oregon Research Institute, pusat penelitian perilaku independen nirlaba. “Responsif yang melemah dari sirkuit hadiah meningkatkan risiko kenaikan berat badan di masa depan dengan cara umpan-maju. Ini mungkin menjelaskan mengapa obesitas biasanya menunjukkan perjalanan kronis dan resisten terhadap pengobatan. "

Menggunakan Pencitraan Resonansi Magnetik Fungsional (fMRI), tim Stice mengukur sejauh mana area otak tertentu (dorsal striatum) diaktifkan sebagai respons terhadap konsumsi individu akan rasa milkshake cokelat (versus solusi tanpa rasa). Peneliti melacak perubahan peserta dalam indeks massa tubuh selama enam bulan.

Hasil menunjukkan bahwa peserta yang mengalami kenaikan berat badan menunjukkan aktivasi yang lebih sedikit dalam menanggapi asupan milkshake pada follow-up enam bulan relatif terhadap pemindaian awal mereka dan relatif terhadap wanita yang tidak menambah berat badan.

"Ini adalah kontribusi baru untuk literatur karena, untuk pengetahuan kami, ini adalah studi fMRI prospektif pertama untuk menyelidiki perubahan dalam respon striatal terhadap konsumsi makanan sebagai fungsi dari perubahan berat badan," kata Stice. "Hasil ini akan menjadi penting ketika mengembangkan program untuk mencegah dan mengobati obesitas."

Penelitian ini dilakukan di pusat pencitraan otak The University of Oregon. Rekan penulis Stice termasuk Sonja Yokum, mantan rekan pasca doktoral di The University of Texas di Austin.

Stice telah mempelajari gangguan makan dan obesitas selama 20 tahun. Penelitian ini telah menghasilkan beberapa program pencegahan yang andal mengurangi risiko timbulnya gangguan makan dan obesitas.

 

PEMBELAJARAN: Penambahan Berat Badan Berhubungan dengan Mengurangi Respons Striatal terhadap Makanan yang Dapat Dimakan.

J Neurosci. Naskah penulis; tersedia dalam PMC Mar 29, 2011.
Diterbitkan dalam bentuk yang diedit akhir sebagai:
PMCID: PMC2967483
NIHMSID: NIHMS240878
Versi terakhir penerbit artikel ini tersedia gratis di J Neurosci
Lihat artikel lain di PMC itu mengutip artikel yang diterbitkan.

Abstrak

Konsisten dengan teori bahwa individu dengan sirkuit hadiah fungsi hipo berfungsi berlebihan untuk mengkompensasi defisit hadiah, manusia yang gemuk versus kurus memiliki lebih sedikit reseptor D2 striatal dan menunjukkan respons striatal yang lebih sedikit terhadap asupan makanan yang enak, dan respons striatal yang rendah terhadap asupan makanan memprediksi kenaikan berat badan di masa depan pada mereka yang berisiko genetik untuk mengurangi sinyal sirkuit hadiah berbasis dopamin. Namun penelitian pada hewan menunjukkan bahwa asupan makanan yang enak menghasilkan regulasi reseptor D2 yang menurun, mengurangi sensitivitas D2, dan menurunkan sensitivitas hadiah, menyiratkan bahwa makan berlebihan dapat berkontribusi terhadap berkurangnya respons striatal. Dengan demikian, kami menguji apakah makan berlebihan mengarah pada berkurangnya respon striatal terhadap asupan makanan yang enak pada manusia menggunakan pencitraan resonansi magnetik fungsional (fMRI). Hasil menunjukkan bahwa wanita yang mengalami kenaikan berat badan selama periode 6-bulan menunjukkan penurunan respons striatal terhadap konsumsi makanan yang enak dibandingkan dengan wanita yang stabil berat badannya. Secara kolektif, hasilnya menunjukkan bahwa sensitivitas rendah sirkuit hadiah meningkatkan risiko makan berlebihan dan bahwa makan berlebihan ini dapat melemahkan responsifitas sirkuit hadiah dalam proses umpan-maju.

Kata kunci: obesitas, striatum, fMRI, rasa, hadiah, kenaikan berat badan

Pengantar

Striatum memainkan peran penting dalam mengkodekan hadiah dari asupan makanan. Memberi makan dikaitkan dengan pelepasan dopamin (DA) di striatum dorsal dan derajat pelepasan DA berkorelasi dengan jumlah kesenangan dari makan (Szczypka et al., 2001; Small et al., 2003). Striatum punggung merespons terhadap konsumsi cokelat pada manusia kurus dan peka terhadap devaluasi dengan memberi makan di luar kenyang (Small et al., 2001).

Manusia yang obesitas menunjukkan ketersediaan reseptor D2 striatal yang lebih sedikit daripada manusia tanpa lemak (Wang et al., 2001; Volkow et al., 2008) dan tikus gemuk memiliki tingkat DA basal yang lebih rendah dan mengurangi ketersediaan reseptor D2 daripada tikus tanpa lemak (Orosco et al., 1996; Fetissov et al., 2002). Obesitas dibandingkan manusia tanpa lemak menunjukkan lebih sedikit aktivasi daerah target DA striatal (caudate, putamen) sebagai respons terhadap asupan makanan yang enak.Stice et al., 2008b, a), namun menunjukkan aktivasi striatal yang lebih besar sebagai respons terhadap gambar makanan (Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008; Stice et al., 2010), yang menyarankan disosiasi antara hadiah makanan yang dikonsumsi dan arti penting dari isyarat makanan. Secara kritis, manusia yang menunjukkan aktivasi striatal yang lebih lemah dalam menanggapi asupan makanan yang memiliki alel A1 TaqIA, yang dikaitkan dengan ketersediaan reseptor striatal D2 yang lebih rendah (Noble et al., 1991; Ritchie & Noble, 2003; Tupala et al., 2003) dan mengurangi metabolisme istirahat striatal (Mulia, 1997), menunjukkan kenaikan berat badan di masa depan yang meningkat (Stice et al., 2008a). Secara kolektif, temuan ini sesuai dengan teori bahwa individu dengan kapasitas pensinyalan yang lebih rendah dalam sirkuit hadiah berlebihan untuk mengkompensasi defisit hadiah ini (Blum, 1996; Wang, 2002).

Namun, ada bukti bahwa konsumsi makanan yang enak menyebabkan penurunan regulasi pensinyalan DA. Asupan teratur makanan tinggi-lemak dan tinggi-gula yang menghasilkan kenaikan berat badan menyebabkan regulasi-bawah reseptor D2 pasca-sinaptik, penurunan sensitivitas D2, dan berkurangnya sensitivitas hadiah pada tikus (Colantuoni et al., 2001; Bello et al., 2002; Kelley et al., 2003; Johnson & Kenny, 2010). Karena data ini menyiratkan bahwa makan berlebihan dapat berkontribusi pada pelemahan lebih lanjut dari respon striatal terhadap makanan, kami melakukan studi prospektif-langkah fungsional magnetic resonance imaging (fMRI) yang diulang untuk menguji secara langsung apakah makan berlebihan dikaitkan dengan berkurangnya aktivasi striatal dalam menanggapi makanan yang enak di manusia.

Bahan dan Metode

Peserta

Partisipan adalah wanita muda yang kelebihan berat badan dan obesitas 26 (usia M = 21.0, SD = 1.11; M BMI = 27.8; SD = 2.45). Sampel terdiri dari 7% Asia / Kepulauan Pasifik, 2% Afrika Amerika, 77% Eropa Amerika, 5% Asli Amerika, dan 9% warisan ras campuran. Peserta memberikan persetujuan tertulis. Panel peninjau etika setempat menyetujui penelitian ini. Mereka yang melaporkan makan berlebihan atau perilaku kompensasi dalam 3 bulan terakhir, penggunaan obat-obatan psikotropika atau obat-obatan terlarang saat ini, cedera kepala dengan kehilangan kesadaran, atau gangguan kejiwaan Axis I saat ini dikeluarkan. Data dikumpulkan pada awal dan pada tindak lanjut 6-bulan.

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 masing-masing diperoleh dan dirata-rata. Peserta diminta untuk menahan diri dari makan selama 3 jam sebelum menyelesaikan tindakan antropomorfik untuk tujuan standardisasi. BMI berkorelasi dengan ukuran langsung total lemak tubuh seperti dual energy x-ray absorptiometry (r = .80 ke .90) dan dengan tindakan kesehatan seperti tekanan darah, profil lipoprotein yang merugikan, lesi aterosklerotik, kadar insulin serum, dan diabetes mellitus (Dietz & Robinson, 1998).

Paradigma fMRI

Peserta diminta untuk mengkonsumsi makanan reguler mereka, tetapi untuk tidak makan atau minum (termasuk minuman berkafein) selama 4-6 jam sebelum sesi pencitraan mereka untuk standarisasi. 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. Peserta menyelesaikan paradigma antara 11: 00 dan 13: 00 atau 16: 00 dan 18: 00. Meskipun kami berusaha melakukan pemindaian dasar dan tindak lanjut pada waktu yang sama, karena keterbatasan penjadwalan hanya 62% dari peserta yang melakukan pemindaian kedua dalam waktu 3 jam saat mereka menyelesaikan pemindaian dasar mereka (perbedaan waktu pemindaian = M) 3.0 jam, kisaran = .5 hingga 6.0 jam). Peserta dibiasakan dengan paradigma fMRI melalui latihan di komputer terpisah sebelum pemindaian.

Paradigma milkshake dirancang untuk menguji aktivasi dalam menanggapi konsumsi dan mengantisipasi konsumsi makanan yang enak (Gambar 1), meskipun laporan ini hanya berfokus pada yang pertama. Stimulus disajikan dalam 5 proses pemindaian terpisah. Stimuli terdiri dari 2 gambar (segelas milkshake dan segelas air) yang menandakan pengiriman 0.5 ml milkshake coklat atau larutan tanpa rasa. Urutan presentasi diacak di seluruh peserta. Milkshake coklat terdiri dari 4 sendok es krim vanilla Häagen-Daz, 1.5 cangkir susu 2%, dan 2 sendok makan sirup coklat Hershey. Larutan tanpa rasa tanpa kalori, yang dirancang untuk meniru rasa alami air liur, terdiri dari 25 mM KCl dan 2.5 mM NaHCO3. Kami menggunakan air liur buatan karena air memiliki rasa yang mengaktifkan rasa korteks (Zald & Pardo, 2000). Gambar disajikan selama 2 detik menggunakan MATLAB. Pengiriman rasa terjadi 7-10 detik setelah permulaan isyarat dan berlangsung 5 detik. Setiap acara yang menarik berlangsung selama 5 detik. Setiap lari terdiri dari 20 acara asupan milkshake dan 20 acara asupan larutan hambar. Cairan dikirim menggunakan 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 yang diisi dengan milkshake coklat dan larutan tanpa rasa dihubungkan melalui pipa Tygon melalui pemandu gelombang ke manifold yang terpasang pada kumparan kepala di pemindai MRI. Lipatannya pas ke mulut peserta dan menyampaikan rasa ke segmen lidah yang konsisten (Gambar 2). Prosedur ini telah berhasil digunakan di masa lalu untuk mengirimkan cairan dalam pemindai dan telah dijelaskan secara rinci di tempat lain (Stice et al., 2008b). Peserta diperintahkan untuk menelan ketika mereka melihat isyarat 'menelan'. 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.
Gambar 2    

Manifold gustatory tertambat ke meja. Tabung dan jarum suntik baru digunakan untuk setiap subjek dan corong dibersihkan dan disterilkan di antara penggunaan.

Pencitraan dan analisis statistik

Pemindaian dilakukan oleh pemindai MRI kepala-satunya Siemens Allegra 3 Tesla. Koil sangkar burung standar digunakan untuk memperoleh data dari seluruh otak. Bantal vakum busa thermo dan bantalan tambahan digunakan untuk membatasi gerakan kepala. Secara total, pemindaian 152 dikumpulkan selama masing-masing berjalan fungsional. Pemindaian fungsional menggunakan urutan pencitraan gema planar (EPI) tunggal T2 * gradien tertimbang (TE = 30 ms, TR = 2000 ms, sudut flip = 80 °) dengan resolusi 3.0 × 3.0 mm dalam pesawat2 (64 × 64 matrix; 192 × 192 mm2 bidang pandang). Untuk menutupi seluruh otak, irisan 32 4mm (akuisisi interleaved, no skip) diperoleh sepanjang AC-PC transverse, bidang miring seperti yang ditentukan oleh bagian midsagittal. Pemindaian struktural dikumpulkan menggunakan pemulihan inversi urutan tertimbang T1 (MP-RAGE) dalam orientasi yang sama dengan urutan fungsional untuk memberikan gambar anatomi rinci selaras dengan pemindaian fungsional. Urutan MRI struktural beresolusi tinggi (FOV = 256 × 256 mm2, 256 × 256 matriks, ketebalan = 1.0 mm, nomor irisan ≈ 160) diperoleh.

Data pra-diproses dan dianalisis menggunakan SPM5 (Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, UK) di MATLAB (Mathworks, Inc., Sherborn, MA) (Worsley dan Friston, 1995). Gambar-akuisisi-waktu dikoreksi ke irisan yang diperoleh pada 50% dari TR. Gambar fungsional disesuaikan dengan rata-rata. Gambar anatomi dan fungsional dinormalisasi ke otak templat MNI standar yang diimplementasikan dalam SPM5 (ICBM152, berdasarkan rata-rata pemindaian MRI normal 152). Normalisasi menghasilkan ukuran voxel 3 mm3 untuk gambar fungsional dan ukuran voxel 1 mm3 untuk gambar struktural. Gambar fungsional dihaluskan dengan kernel Gaussian isotropik 6 mm FWHM.

Untuk mengidentifikasi daerah otak yang diaktifkan oleh konsumsi makanan yang enak, kami membandingkan respons BOLD selama menerima milkshake versus menerima solusi tanpa rasa. Kami menganggap kedatangan rasa di mulut sebagai hadiah penyempurnaan, bukan ketika rasa ditelan, tetapi mengakui bahwa efek setelah konsumsi berkontribusi pada nilai hadiah makanan (O'Doherty et al., 2002). Efek kondisi-spesifik pada masing-masing voxel diestimasi menggunakan model linear umum. Vektor dari pengaturan untuk setiap peristiwa yang menarik dikompilasi dan dimasukkan ke dalam matriks desain sehingga respons terkait peristiwa dapat dimodelkan oleh fungsi respons hemodinamik kanonik (HRF), seperti yang diterapkan dalam SPM5, yang terdiri dari campuran fungsi gamma 2 yang meniru puncak awal di 5 detik dan undershoot berikutnya. Untuk menjelaskan varians yang disebabkan oleh menelan solusi, kami memasukkan waktu isyarat menelan (subjek dilatih untuk menelan pada saat ini) sebagai variabel kontrol. Kami juga menyertakan turunan temporal dari fungsi hemodinamik untuk mendapatkan model data yang lebih baik (Henson et al., 2002). Filter high-pass kedua 128 (per konvensi SPM5) digunakan untuk menghilangkan noise frekuensi rendah dan memperlambat drift pada sinyal.

Masing-masing peta dibuat untuk membandingkan aktivasi di dalam masing-masing peserta untuk tanda terima milkshake kontras - tanda terima tanpa rasa. Perbandingan antar-kelompok kemudian dilakukan dengan menggunakan model efek acak untuk menjelaskan variabilitas antar-peserta. Perkiraan paradigma dimasukkan ke dalam tingkat kedua 2 × 2 efek acak ANOVA (tanda terima milkshake - tanda hambar) oleh (kelompok penambahan berat badan vs kelompok stabil berat badan atau kelompok pertambahan berat vs kelompok penurun berat badan atau kelompok penstabil berat vs kelompok penurun berat badan ). Signifikansi dari aktivasi BOLD ditentukan dengan mempertimbangkan baik intensitas maksimum dari suatu respon maupun tingkat dari respon. Kami melakukan pencarian wilayah yang menarik menggunakan puncak di striatum punggung yang diidentifikasi sebelumnya (Stice et al., 2008a) sebagai centroid untuk mendefinisikan bola berdiameter 10-mm. Signifikansi untuk ini ROI a priori dinilai pada ambang statistik dari P <0.005 tidak dikoreksi dan luas cluster ≥ 3 voxel. Untuk menyesuaikan fakta bahwa kami melakukan beberapa perbandingan, kami melaporkan nilai p yang dikoreksi False Discovery Rate (FDR) (p <.05).

Pengesahan

Bukti menunjukkan bahwa paradigma fMRI ini adalah ukuran yang valid dari perbedaan individu dalam hadiah makanan antisipatif dan konsumtif (Stice et al., 2008b). Peserta menilai milkshake secara signifikan (r = .68) lebih menyenangkan daripada solusi hambar per skala analog visual. Peringkat kesenangan milkshake berkorelasi dengan aktivasi di gyrus parahippocampal dalam menanggapi penerimaan milkshake (r = .72), wilayah yang sensitif terhadap devaluasi makanan (Small et al., 2001). Aktivasi di daerah yang mewakili pemberian makanan konsumer dalam menanggapi penerimaan milkshake dalam paradigma fMRI ini berkorelasi (r = .84 hingga .91) dengan persepsi kesenangan yang dirasakan sendiri untuk berbagai makanan, seperti yang dinilai dengan versi yang disesuaikan dari Food Craving Inventory (White et al., 2002). Aktivasi sebagai respons terhadap imbalan makanan 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). Sebuah studi pendahuluan menggunakan paradigma yang sama dengan wanita perguruan tinggi (N = 20) menemukan bahwa wanita yang mengharapkan makanan akan dihargai, seperti yang dinilai dengan Eating Expectancy Inventory, menunjukkan aktivasi yang lebih besar dalam VMPFC, cingulate gyrus, frontal operculum, amygdala, dan parahippocampal gyrus (η2 = .21 ke .42) sebagai tanggapan terhadap tanda terima milkshake daripada wanita yang mengharapkan makanan menjadi kurang bermanfaat.

Hasil

Kami menguji apakah subjek yang menunjukkan peningkatan> 2.5% dalam BMI selama 6 bulan tindak lanjut (N = 8, M% perubahan BMI = 4.41, kisaran = 2.6 hingga 8.2) menunjukkan penurunan aktivasi kaudat dalam menanggapi asupan milkshake relatif. untuk mereka yang menunjukkan <2% perubahan BMI (N = 12, M% BMI perubahan = 05, kisaran = -0.64 hingga 1.7) untuk memberikan tes langsung a priori hipotesis bahwa kenaikan berat badan akan dikaitkan dengan penurunan respons striatal terhadap makanan yang enak dibandingkan dengan peserta yang beratnya stabil. Analisis eksplorasi juga menguji apakah peserta yang menunjukkan penurunan BMI> 2.5% (N = 6, M% perubahan BMI = -4.7, kisaran: -3.1 hingga -6.8) menunjukkan perubahan diferensial dalam respons striatal terhadap makanan yang enak dibandingkan peserta yang tetap berat badan. stabil atau bertambah berat. Dalam hal perubahan berat mentah, ini diterjemahkan ke dalam perubahan berat badan rata-rata 6.4 lbs untuk kelompok penambahan berat badan, perubahan berat rata-rata 0.5 lbs untuk kelompok berat badan stabil, dan rata-rata perubahan berat −6.8 lbs untuk kelompok penurunan berat badan . Meskipun kelompok tidak berbeda pada BMI pada awal, kami mengontrol variabel ini. Karena ada beberapa variasi waktu saat pemindaian baseline dan tindak lanjut dilakukan di seluruh subjek yang mungkin memengaruhi hasil, kami juga mengontrol perbedaan waktu dari dua pemindaian (dalam jam). Perkiraan parameter dari milkshake - kontras tanpa rasa dimasukkan ke dalam efek acak tingkat kedua 2 × 2 × 2 ANOVA (misalnya, penambahan berat badan - berat stabil) oleh (tanda terima milkshake - tanda terima tanpa rasa) oleh (tindak lanjut 6 bulan - baseline) .

Seperti yang dihipotesiskan, kelompok penambahan berat badan menunjukkan aktivasi yang lebih sedikit pada kaudat kanan sebagai respons terhadap asupan milkshake (12, -6, 24, Z = 3.44, FDR dikoreksi p = .03, r = -.35; 9, 0, 15, Z = 2.96, FDR dikoreksi p = .03, r = -.26) pada 6-bulan tindak lanjut dibandingkan dengan baseline relatif terhadap perubahan yang diamati pada peserta yang stabil berat (Ara. 3). Kelompok penurunan berat badan tidak menunjukkan perubahan signifikan dalam aktivasi di kaudat dalam menanggapi asupan milkshake dibandingkan dengan kelompok penambahan berat badan atau kelompok stabil berat (Ara. 3). Untuk menggambarkan hubungan antara pengukuran terus menerus dari tingkat kenaikan berat badan dan besarnya pengurangan respons striatal terhadap makanan yang enak, kami mengalami kemunduran perubahan dalam BMI terhadap perubahan aktivasi caudate kanan (12, -6, 24) untuk semua peserta di SPSS , mengendalikan IMT awal dan perbedaan waktu pemindaian (Ara. 4). Untuk menentukan apakah perubahan pada kaudat kanan untuk mereka yang mendapatkan berat badan dibandingkan dengan mereka yang mempertahankan berat badan secara signifikan lebih besar daripada di daerah cermin kaudat kiri, kami membandingkan aktivasi di kaudat kanan dan kiri dengan menggunakan analisis ROI. Kami melakukan ANOVA menguji interaksi antara belahan bumi, waktu, dan kelompok untuk kontras antara aktivasi dalam menanggapi penerimaan milkshake versus solusi hambar. Tidak ada interaksi yang signifikan (F (1, 18) = 0.91, p = 0.35). Dengan demikian, meskipun analisis kami mengungkapkan waktu yang signifikan dengan interaksi kelompok dalam kaudat kanan, tetapi tidak kaudat kiri, kami tidak dapat menyimpulkan bahwa efek yang diamati secara signifikan lateralized.

Gambar 3    

Penampang koronal menunjukkan kurangnya aktivasi pada kaudatus kanan (12, -6, 24, Z = 3.44, pFDR = .03, P <.05) pada kelompok pertambahan berat badan (N = 8; ≥2% BMI gain) versus berat badan kelompok stabil (N = 12; ≤2% perubahan BMI) selama penerimaan milkshake ...
Gambar 4    

Plot pencar menunjukkan perubahan aktivasi caudate kanan selama penerimaan milkshake - penerimaan hambar pada tindak lanjut 6-bulan dibandingkan dengan baseline sebagai fungsi perubahan dalam% BMI.

Diskusi

Hasil menunjukkan bahwa kenaikan berat badan dikaitkan dengan pengurangan aktivasi striatal dalam menanggapi asupan makanan yang enak dibandingkan dengan respon awal, yang merupakan kontribusi baru untuk literatur karena ini adalah studi prospektif fMRI pertama yang menyelidiki perubahan dalam respon striatal untuk konsumsi makanan sebagai fungsi dari perubahan berat badan. Temuan ini memperluas hasil dari percobaan yang menunjukkan bahwa diet tinggi lemak dan tinggi gula menghasilkan pengurangan kapasitas pensinyalan sirkuit hadiah berbasis DA dan sensitivitas hadiah pada tikus.Colantuoni et al., 2001; Bello et al., 2002; Kelley et al., 2003; Johnson & Kenny, 2010). Temuan ini juga sesuai dengan bukti bahwa penurunan berat badan yang disebabkan oleh pengobatan menghasilkan peningkatan ketersediaan reseptor D2 pada manusia (Steele et al., 2010) dan peningkatan regulasi gen yang mengatur kapasitas pensinyalan DA pada tikus (Yamamoto, 2006). Secara kolektif, data ini menunjukkan bahwa makan berlebihan berkontribusi terhadap pengurangan respons striatal terhadap makanan yang enak.

Temuan di atas diambil bersamaan dengan bukti bahwa respons striatal yang rendah terhadap makanan yang enak meningkatkan risiko kenaikan berat badan di masa depan jika digabungkan dengan genotipe yang terkait dengan penurunan kapasitas pensinyalan sirkuit imbalan berbasis DA (Stice et al., 2008a) menyiratkan bahwa mungkin ada umpan-maju proses kerentanan, di mana respons striatal awal yang rendah terhadap makanan dapat meningkatkan risiko makan berlebih, yang berkontribusi terhadap regulasi reseptor D2 dan menumpulkan respons striatal terhadap makanan, sehingga semakin meningkatkan risiko makan berlebih di masa depan dan kenaikan berat badan akibatnya. Jika model umpan-maju dari hubungan respon striatal terhadap makanan dan replikasi makan berlebih dalam penelitian independen, ini akan menyarankan bahwa penelitian di masa depan harus mengevaluasi intervensi perilaku dan farmakologis yang meningkatkan reseptor D2 dan kapasitas pensinyalan dalam sirkuit imbalan berbasis DA sebagai sarana mencegah atau mengobati obesitas. Model kerja ini juga akan menyiratkan bahwa program pencegahan dan kebijakan kesehatan harus berusaha untuk mengurangi asupan makanan berlemak / gula tinggi selama pengembangan untuk menghindari tumpahan lebih lanjut dari respon striatal terhadap makanan dan mengurangi risiko kenaikan berat badan di masa depan pada populasi rentan.

Penting untuk mengakui, bagaimanapun, bahwa penelitian ini dan penelitian sebelumnya yang memperkirakan kenaikan berat badan (Stice et al., 2008a) melibatkan peserta yang sudah kelebihan berat badan dengan penilaian awal. Dengan demikian, mungkin saja makan berlebihan sudah berkontribusi pada respons striatal tumpul terhadap makanan. Akan bermanfaat untuk memeriksa responsivitas daerah hadiah terhadap penerimaan makanan di antara individu kurus yang berisiko tinggi dan rendah untuk kenaikan berat badan di masa depan untuk lebih mengkarakterisasi kelainan yang ada sebelum kenaikan berat badan yang tidak sehat. Penting juga untuk dicatat bahwa hipo-sensitivitas sirkuit hadiah terhadap asupan makanan hanya satu dari banyak proses etiologi yang kemungkinan meningkatkan risiko obesitas dan lebih lanjut bahwa obesitas adalah kondisi heterogen yang mungkin memiliki jalur etiologi yang berbeda secara kualitatif (Davis et al., 2009).

Penting untuk mempertimbangkan keterbatasan penelitian ini. Pertama, kami tidak secara langsung menilai fungsi DA, jadi kami hanya bisa berspekulasi bahwa perubahan pensinyalan DA berkontribusi pada perubahan yang diamati dalam respons striatal. Namun, Hakyemez et al. (2008) menegaskan bahwa ada hubungan positif antara pelepasan DA yang diinduksi d-amfetamin oral di ventral striatum yang dinilai melalui positron emission tomography (PET) dan aktivasi BOLD yang dinilai melalui fMRI di wilayah yang sama selama antisipasi (persiapan motor untuk mendapatkan) hadiah uang (r = .51), sejajar dengan hasil dari studi PET / fMRI lain (Schott et al., 2008). Kedua, kami tidak melakukan pengukuran berat badan pada waktu yang sama hari untuk peserta pada baseline dan penilaian tindak lanjut 6-bulan, yang mungkin telah menyebabkan kesalahan dalam pemodelan kami tentang perubahan berat badan. Namun, kami melakukan standarisasi waktu sejak makan terakhir dengan meminta peserta untuk menjauhkan diri dari segala jenis asupan makanan atau minuman (selain air) selama 3 jam sebelum ditimbang. Kami juga menemukan bahwa BMI menunjukkan reliabilitas tes-ulang 1-bulan yang tinggi (r = .99) dalam penelitian sebelumnya yang juga tidak melakukan pengukuran berat badan pada waktu yang sama pada awal dan penilaian tindak lanjut (Stice, Shaw, Burton, & Wade, 2006). Ketiga, kami tidak dapat mengkonfirmasi bahwa peserta benar-benar pantang makan selama 4-6 jam sebelum pemindaian fMRI, yang mungkin telah memperkenalkan varian yang tidak perlu.

Sebagai kesimpulan, hasil ini diambil dalam kombinasi dengan temuan masa lalu menunjukkan bahwa responsivitas rendah dari sirkuit imbalan berbasis DA terhadap asupan makanan dapat meningkatkan risiko makan berlebih, dan lebih lanjut bahwa makan berlebihan ini menghasilkan pelemahan tambahan dalam respons sirkuit hadiah, sehingga meningkatkan risiko kenaikan berat badan di masa depan dengan cara meneruskan umpan. Model kerja ini dapat menjelaskan mengapa obesitas biasanya menunjukkan perjalanan kronis dan resisten terhadap pengobatan.

Ucapan Terima Kasih

Studi ini didukung oleh hibah NIH: R1MH64560A DK080760

Referensi

  1. Bello NT, Lucas LR, Hajnal A. Akses sukrosa berulang mempengaruhi kepadatan reseptor D2 dopamin di striatum. Neuroreport. 2002; 13: 1575 – 1578. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  2. Blum K, Sheridan PJ, RC Kayu, Braverman ER, Chen TJ, Cull JG, Comings DE. Gen reseptor dopamin D2 sebagai penentu sindrom defisiensi pahala. JR Soc Med. 1996; 89: 396 – 400. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  3. Colantuoni C, Schwenker J, McCarthy J, Rada P, Ladenheim B, Kadet JL, Schwartz GJ, Moran TH, Hoebel BG. Asupan gula berlebihan mengubah ikatan pada reseptor dopamin dan mu-opioid di otak. Neuroreport. 2001; 12: 3549 – 3552. [PubMed]
  4. Davis, dkk. Dopamin untuk "keinginan" dan opioid untuk "suka": Perbandingan orang dewasa gemuk dengan dan tanpa pesta makan. Kegemukan. 2009; 17: 1220 – 1225. [PubMed]
  5. Dietz WH, Robinson TN. Penggunaan indeks massa tubuh (BMI) sebagai ukuran kelebihan berat badan pada anak-anak dan remaja. J Pediatr. 1998; 132: 191 – 193. [PubMed]
  6. Fetissov SO, Meguid MM, Sato T, Zhang LH. Ekspresi reseptor dopaminergik dalam hipotalamus tikus Zucker kurus dan gemuk dan asupan makanan. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2002; 283: R905 – 910. [PubMed]
  7. Hakyemez HS, Dagher A, Smith SD, Zald DH. Penularan dopamin striatal pada manusia yang sehat selama tugas imbalan moneter pasif. Neuroimage. 2008; 39: 2058 – 2065. [PubMed]
  8. Henson RN, Harga CJ, Rugg MD, Turner R, Friston KJ. Mendeteksi perbedaan latensi dalam respons BOLD terkait-acara: penerapan kata-kata versus non-kata-kata dan presentasi wajah awal versus berulang. Neuroimage. 2002; 15: 83 – 97. [PubMed]
  9. Johnson PM, Kenny PJ. Reseptor D2 dopamin dalam disfungsi hadiah seperti kecanduan dan makan kompulsif pada tikus gemuk. Ilmu Saraf Alam. 2010; 13: 635 – 641. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  10. Kelley AE, Will MJ, Steininger TL, Zhang M, Haber SN. Pembatasan konsumsi harian makanan yang sangat enak (chocolate Ensure (R)) mengubah ekspresi gen striatal enkephalin. Eur J Neurosci. 2003; 18: 2592 – 2598. [PubMed]
  11. EP Mulia, Blum K, Ritchie T, Montgomery A, Sheridan PJ. Hubungan alelik dari gen reseptor dopamin D2 dengan karakteristik pengikatan reseptor dalam alkoholisme. Psikiatri Arch Gen. 1991; 48: 648 – 654. [PubMed]
  12. EP Mulia, Gottschalk LA, Fallon JH, Ritchie TL, Wu JC. D2 polimorfisme reseptor dopamin dan metabolisme glukosa regional otak. Am J Med Genet. 1997; 74: 162 – 166. [PubMed]
  13. O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Respon saraf selama mengantisipasi rasa hadiah utama. Neuron. 2002; 33: 815 – 826. [PubMed]
  14. Orosco M, Rouch C, Nicolaïdis S. Rostromedial perubahan monoamine hipotalamus sebagai respons terhadap infus insulin dan glukosa intravena pada tikus Zucker yang gemuk dengan makan bebas: sebuah studi mikrodialisis. Nafsu makan. 1996; 26: 1 – 20. [PubMed]
  15. Ritchie T, Noble EP. Asosiasi tujuh polimorfisme gen reseptor dopamin D2 dengan karakteristik pengikatan reseptor otak. Neurochem Res. 2003; 28: 73 – 82. [PubMed]
  16. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. Aktivasi diferensial dorsal striatum oleh rangsangan makanan visual berkalori tinggi pada individu obesitas. Neuroimage. 2007; 37: 410 – 421. [PubMed]
  17. Saelens BE, Epstein LH. Memperkuat nilai makanan pada wanita gemuk dan tidak gemuk. Nafsu makan. 1996; 27: 41 – 50. [PubMed]
  18. Schott BH, Minuzzi L, RM Krebs, Elmenhorst D, Lang M, Winz OH, Seidenbecher CI, Coenen HH, Heinze HJ, Zilles K, Duzel E, Bauer A. Mesolimbik, aktivasi pencitraan resonansi magnetik fungsional selama penghargaan terkait dengan hadiah terkait pelepasan dopamin ventral striatal. Jurnal Ilmu Saraf. 2008; 28: 14311 – 14319. [PubMed]
  19. DM kecil, Jones-Gotman M, Dagher A. Pelepasan dopamin yang diinduksi pemberian makan di dorsal striatum berkorelasi dengan peringkat kesenangan makan pada sukarelawan manusia yang sehat. Neuroimage. 2003; 19: 1709 – 1715. [PubMed]
  20. DM kecil, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M. Perubahan aktivitas otak yang terkait dengan makan cokelat: dari kesenangan menjadi kebencian. Otak. 2001; 124: 1720 – 1733. [PubMed]
  21. Steele KE, Prokopowicz GP, Schweitzer MA, Magunsuon TH, Lidor AO, Kuwabawa H, Kumar A, Brasic J, Wong DF. Perubahan reseptor dopamin pusat sebelum dan sesudah operasi bypass lambung. Obes Surg. 2010; 20: 369 – 374. [PubMed]
  22. Stice E, Shaw E, Burton E, Wade E. Disonansi dan program pencegahan gangguan makan berat badan yang sehat: Percobaan efikasi acak. Jurnal Psikologi Abnormal. 2006; 74: 263 – 275. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  23. Stice E, Spoor S, Bohon C, DM Kecil. Hubungan antara obesitas dan respons striatal tumpul terhadap makanan dimoderatori oleh alel TaqIA A1. Ilmu. 2008a; 322: 449 – 452. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  24. Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, DM Kecil. Hubungan imbalan dari asupan makanan dan asupan makanan yang diantisipasi dengan obesitas: studi pencitraan resonansi magnetik fungsional. J Abnorm Psychol. 2008b; 117: 924 – 935. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  25. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen S. Respon sirkuit responsif terhadap makanan memprediksi peningkatan masa depan massa tubuh: efek moderat dari DRD2 dan DRD4. Neuroimage. 2010; 50: 1618 – 1625. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  26. 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: 636 – 647. [PubMed]
  27. Szczypka MS, Kwok K, Brot MD, Marck BT, Matsumoto AM, Donahue BA, Palmiter RD. Produksi dopamin dalam putamen kaudat mengembalikan pemberian makan pada tikus yang kekurangan dopamin. Neuron. 2001; 30: 819 – 828. [PubMed]
  28. Tupala E, Hall H, Bergström K, Mantere T, Räsänen P, Särkioja T, Tiihonen J. Dopamine, reseptor D2 dan transporter dalam alkohol tipe 1 dan 2 yang diukur dengan autoradiografi belahan otak manusia. Pemetaan Otak Hum. 2003; 20: 91 – 102. [PubMed]
  29. Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, Logan J, Alexoff D, Ding YS, Wong C, Ma Y, Pradhan K. Reseptor D2 striatal dopamin rendah dikaitkan dengan metabolisme prefrontal pada subjek obesitas: kemungkinan faktor yang berkontribusi . Neuroimage. 2008; 42: 1537 – 1543. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  30. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS. Peran dopamin dalam motivasi untuk makanan pada manusia: implikasi untuk obesitas. Target Ahli Target. 2002; 6: 601 – 609. [PubMed]
  31. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W, Netusil N, Fowler JS. Dopamin otak dan obesitas. Lanset. 2001; 357: 354 – 357. [PubMed]
  32. MA Putih, Whisenhunt BL, Williamson DA, Greenway FL, Netemeyer RG. Pengembangan dan validasi inventaris keinginan makanan. Obes Res. 2002; 10: 107 – 114. [PubMed]
  33. Worsley KJ, Friston KJ. Analisis deret waktu fMRI ditinjau kembali. Neuroimage. 1995; 2: 173–181. [surat; komentar] [PubMed]
  34. Yamamoto T. Neural substrat untuk pemrosesan aspek kognitif dan afektif rasa di otak. Arch Histol Cytol. 2006; 69: 243 – 255. [PubMed]
  35. Zald DH, Pardo JV. Aktivasi kortikal diinduksi oleh stimulasi intraoral dengan air pada manusia. Indera Chem. 2000; 25: 267 – 275. [PubMed]