肥満対正常体重成人（2012）における食事後の高カロリー食品合図に対するより大きなコルチコリンの活性化

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

ディミトロプロスA1, Tkach J, ホーA, ケネディJ.

抽象

この研究の目的は、太り過ぎ/肥満（OB）および通常体重（NW）の成人における摂食前後のやりがいのある食品手がかりに対する神経反応を特定することです。 以前の文献に基づいて、我々は典型的な昼食の摂食前と摂食後の両方で、NW参加者と比較してOBに対する対象物に対する食物手がかりへのより大きな示差的活性化を予想した。 22人の過体重/肥満（男性11）および16正常体重（男性6）が、食事の前後の高カロリー食品と低カロリー食品の視覚的合図に対する神経反応を調べる機能的磁気共鳴画像診断作業に参加した。

TOBグループは、前頭部、側頭部、および辺縁系領域のNW参加者と比較して、食事後の高カロリーおよび低カロリー食品に対する神経反応の増加を示したs.

加えて、高カロリーの食物の合図に対するコルチコリンピック領域（側方OFC、尾状、前帯状）におけるより大きな活性化は、食事後のOB対NW参加者において明らかであった。

これらの所見は、OBの人たちにとって、高カロリーの食品手がかりは、食事の後でさえも報酬と嗜癖に関係する脳領域で持続的な反応を示すことを示唆しています。 さらに、食物手がかりはNWグループで食後に同様の脳反応を誘発しなかったことから、食物手がかりに反応した神経活動はこれらの個人の飢餓の減少と共に減少することが示唆された。

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キーワード： fMRI、肥満、報酬システム、コルチコリン系、OFC、高カロリー食品

ヒトにおける食物摂取は恒常性制御を超えた、そして超えた様々な要因によって影響を受ける。 利用可能性、感覚的手がかり（例えば、香り、視覚的魅力、味）、および喜びは、満腹になった後も人間が何をどれだけ食べるのかに影響を与える要因です。 アメリカおよび世界中での肥満の現状を考えると、これらの要因が食物摂取にどのように影響するかを理解することは、健康、福祉、および経済的理由から不可欠となっています（Rigby、Kumanyika、およびJames、2004年） 過去10年以内に、食品動機づけの動物モデルは、食品の食欲および報酬システムの非侵襲的な人間による調査によって補完されてきました。 両方とも混乱した（Dimitropoulos＆Schultz、2008年; Farooqi他、2007）および神経型集団（ゴーティエ他、2000; ゴールドストーン他、2009; Killgore他、2003; LaBarら、2001; Stoeckelら、2008; Tataranni et al。、1999; Wang、Volkow、Thanos、およびFowler、2004年飢餓や満腹時に関与する神経機構、さらにそれらが肥満や摂食障害にどのように関連するかをさらに理解するように設計された神経画像技術を用いて検討されている。

これまでの研究は、空腹時に視覚的な食物の手がかりが食物のやる気を刺激し、神経回路（例えば、前頭前皮質[PFC]、眼窩前頭皮質、扁桃体、背側および腹側線条体、視床下部、島）に報酬を与えることを示しています低カロリー食品の画像と比較して、これらの地域では手がかりが大きな反応を引き出す。Killgore他、2003; LaBarら、2001; Stoeckelら、2008; Wangら、2004） 報酬領域における視覚的な食物の手がかりに対する神経反応は、正常体重および肥満の個体の両方においてそして様々な絶食期間にわたって見られる。 満腹後の神経反応に対する食物手がかりの効果もまた、それほど頻繁ではないにしても試験されており、研究を通して結果は様々である。 例えば、研究では、普通体重の個体は、食事後のフードキューに対する活性化の低下を示すことが示されています。 ラバー等。 （2001） 彼らは彼らが選択した食事で満腹したときと比較して空腹時に機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の間に提示された食物の写真が扁桃体、海馬傍回、右紡錘状回においてより大きな活性化を引き出した。 加えて、 ゴールドストーンと同僚（2009） 朝食を食べた後に、高カロリー食品と低カロリー食品との食欲および報酬領域において有意な差別的活性化は報告されていない。 対照的に、太り過ぎや肥満の人を対象とした研究では、食事の合図が食べた後も神経反応を引き出し続けることが示唆されています。 具体的には、 Martinとその同僚（2010） 肥満の参加者が500カロリーの食事を摂取した後、内側前頭前野、尾状、上前頭回、および海馬で、食物対対象物の合図に反応して脳の活動が高かったことがわかった。 他のモダリティを使用した研究（例：フードキューのアイトラッキング）は、肥満者の間で液体食事を摂取した後のフードキューの保持された顕著性を示すfMRIの研究と一致している（Castellanos et al。、2009).

肥満者と正常体重の個体を直接比較したところ、体重の状態に関連した食事の合図に対する反応が異なることも示されています（Bruceら、2010; Geliebterら、2006; Martin他、2010; Rothemundら、2007; Stoeckelら、2008） まとめると、肥満の人は報酬システム領域を含む複数の脳領域の通常体重の参加者と比較して、食物の手がかりに対してより大きな活性化を示すことが研究により示されている。 対照と比較して肥満参加者の食物対対象物手がかりへのより大きな活性化は、飢餓中のPFC、OFC、前帯状回、島、扁桃体、および線条体で見られた（Stoeckelら、2008）PFCでは、食後すぐに尾状、海馬、側頭葉（Martin他、2010そして、線条体、島、海馬、および頭頂葉において、中立的な食欲状態（空腹でも満腹でもない）（Rothemundら、2007） さらに、食物タイプ（高カロリー、低カロリー、過食）への示差的活性化は、絶食後および中立的な食欲状態の間の肥満および普通体重の個体間で調べられてきた。 例えば、肥満の人は、被殻のような領域で普通の体重の人よりも、高カロリーキューと低カロリーキューとの反応が大きくなります。Rothemundら、2007）、外側OFC、内側PFC、島、線条体、および扁桃体（Stoeckelら、2008） 内側PFCの場合のように、過体重/肥満群と比較して、正常体重の間で食物の合図に対するより大きな神経細胞反応のいくつかの証拠があります（Stoeckelら、2008）および側頭領域（Martin他、2010しかし、正常体重群と肥満/太りすぎの群の間の直接比較に関する報告された結果の大多数は、太りすぎ/肥満の個人の間で食物の手がかりへのより大きな活性化を示している。

今日まで、食品関連のニューロイメージングの文献の多くは、空腹時の神経反応を調べるために長期間のカロリー欠乏を利用してきました（例：8-36hrs; ゴーティエ他、2000; ゴーティエ他、2001; ゴールドストーン他、2009; Karhunen、Lappalainen、Vanninen、Kuikka、およびUusitupa、1997年; LaBarら、2001; Stoeckelら、2008; Tataranni et al。、1999）いくつかの例外を除いてKillgore他、2003; Martin他、2010） 厳密な基準または関心領域（ＲＯＩ）分析が可能である場合、研究はイメージングプロトコル、プレスキャン手順、および統計的方法（例えば、未補正全脳分析に対する小量補正）の両方で劇的に異なるため、絶食期間が神経反応性に影響を及ぼすかどうかは不明である。結果報告に影響します。 ここに提示された研究の目的は、食事の間に起こる規範的なカロリー欠乏の間に報酬のある食物に対する神経反応を特定することによって既存の研究を拡張することです。 私たちの目的は、西洋社会の典型的な一日の間に起こる、より自然主義的な飢餓と満腹感を調べることでした。 具体的には、我々は食事の前後に正常体重および過体重/肥満の個人において高カロリーの食物の手がかりによって引き出される神経反応性を調べることを目的とした。 以前の文献に基づいて、我々は典型的な昼食の摂食前と摂食後の両方で、通常体重の参加者と比較して、過体重/肥満に対する食物手がかり対物体に対するより大きな差異的活性化を予想した。 この文献には欠けているので、食事後の高カロリーおよび低カロリーの食品合図に特異的な神経反応に最も関心があり、食事後の非常に望ましい食品の継続的な影響を明らかにする可能性があると考えています。 私たちは、報酬の高い（高カロリー）食品は、副腎皮質刺激報酬システム（OFC、前帯状回、島、腹側線条体、および扁桃体）を含む複数の脳領域でより大きな神経反応性を引き出すと仮定しました。 Berthoud＆Morrison、2008年; クリンゲルバッハ、2004通常体重の参加者と比較して、太り過ぎおよび肥満の参加者のサンプル（以下、肥満と称する）についてのＸＮＵＭＸカロリー食の摂取後でさえ）。 対照的に、以前の文献に基づくと、普通体重の参加者は、食事の前後の肥満の参加者と比較して、（カロリーの種類に関係なく）食事の合図に対する副腎皮質領域を含む脳領域全体の神経反応が少ないことが予想された。

メソッド

一般

22人の肥満（OB）［BMI平均（SD）：31.6（4.5）］および16の正常体重（NW）の個人がこの研究に参加した（参考文献）。 テーブル1 グループ特性の場合）。 これらの個人は、ケースウェスタンリザーブ大学コミュニティへの広告から募集されました。 参加者は健康で、正常から矯正まで正常な視力を持ち、MRIスキャンに適していました（すなわち、強磁性のインプラントはありませんでした）。 精神医学的または神経学的問題の病歴、過去6ヶ月間の有意な体重減少または増加、あるいは意識喪失を伴う頭部外傷を報告した個人は参加する資格がなかった。 参加者全員がインフォームドコンセントの書面による同意を与え、参加に対して金銭的に補償された。 この研究は、大学病院のケースメディカルセンターの治験審査委員会によって承認されました。

テーブル1 

参加者の特徴

手順

参加者は食事前と食事後のスキャンのために12と2pmの間で連続的にスキャンされた。 正常体重および過体重/肥満の個体をまれな障害（Prader-Willi症候群; PWS）の個体と比較する大規模プロジェクトの一環として、スキャンはPWSの個体に関する研究パラメータによって制約された。 従って、別々の日にスキャンすること（そして結果として、食事前と食事後の状態を相殺すること）は実現不可能であった。 参加者は、スキャン当日の予約の前に8：00amの前に軽い朝食を食べるように求められ、実験手順が完了するまで食事を控えるように求められた。 各グループの15人の参加者は朝食を食べることを報告した[断食時間 - OB：6.2（.68）範囲= 5 – 8hrs、NW：5.6（1.1）範囲= 3 – 7hrs、 t＝ −ＸＮＵＭＸ、ｐ ＝ ．ＸＮＵＭＸ］。 朝食内容の参加者報告が記録され、カロリー摂取量について推定された。 これはグループ間で違いはなかった（OB：1.79（08）カロリー; NW：372.1（190）カロリー、 t= −1.6、p = .12、n = 15 /グループ）。 7人の参加者（OB：n = 1; NW：n = 05）は、通常朝食を食べないため、朝食を食べないと報告しました。 朝食を摂取した参加者が摂取しなかった参加者と異なるかどうかを判断するために、食前スキャンのfMRIデータをXNUMXつのグループ間で比較しました（p <.XNUMX、未修正）。 XNUMXつのグループは、関心のあるコントラスト（たとえば、高カロリーと低カロリー）での食事の手がかりに対する反応に違いはありませんでした。 グループはまた、食前スキャンの前後の空腹評価についても違いはありませんでした（スキャン前の空腹： t= .43、p = .67; 食前スキャン後： t= .39、p = .69）または消費されたランチカロリー（t= .41 p = .68）。 朝食を食べた参加者（1群あたりn = 15）のみを用いてfMRI分析を実施することによってさらなる確認が提供され、重要な知見は同じままであった。 したがって、以後報告されるすべての分析は、朝食の摂取状況を無視しています。

スキャンの前に、参加者は神経心理学的テスト（ここでは報告されていない大規模研究の一環として）および機能的タスクに関するトレーニングを受けました。 身長、体重、そして食物の好みの評価もこの間に得られました。 各参加者について高および低カロリー食品嗜好の尺度を得るために食品嗜好評価を行った。 この評価では、参加者は、デザート、肉、果物、野菜、スナック、パン、パスタを含む74食品（7”×6”； PCI Educational Publishing、2000）の写真用フラッシュカードを5ポイントのLikertスケールで評価する必要がありました。 「嫌い」から「好き」へ。 食物嗜好性評価のための写真は、fMRI課題で使用された画像とは異なっていた。 高カロリー（例：ケーキ、クッキー、ポテトチップス、ホットドッグ）と低カロリー（例：果物や野菜）の食品嗜好度はグループ内でもグループ間でも違いはありませんでした（参照）。 テーブル1).

食事前のスキャンに続いて、参加者は、約750カロリーを提供するように標準化され、サンドイッチ（七面鳥、ローストビーフ、またはベジタリアンの選択）、牛乳のカートン、30食分からなる大学病院のダームス臨床研究ユニットによって準備された食事を与えられました。果物、そして野菜またはカッテージチーズのいずれかの側面。 メニューの選択肢は、主要栄養素の内容についてバランスが取れていました。 参加者は満腹になるまで食べるように指示され、残りの食物は消費されたカロリー数を推定するために計量されました。 食後スキャンは通常、食事終了後0分以内に開始されました。 食前と食後のスキャンの直前と直後に、参加者は「あなたは今どのくらい空腹ですか？」という質問に答えました。 8〜0の範囲のスケールで、8は「まったく空腹ではない」からXNUMX〜「非常に空腹」です。 参加者は満腹になるまで食べるように指示されたが、満腹の直接的な測定は行われず、空腹状態の変化によって間接的に推測されたことに注意すべきである。

fMRIタスク設計

血中酸素濃度依存（BOLD）コントラストの変化は、ブロックデザインの知覚弁別課題で測定されました。 高カロリー食品（ケーキ、ドーナツ、ポテトチップス、フライドポテトなど）、低カロリー食品（新鮮な野菜や果物など）、またはオブジェクト（家具など）のカラー画像が並べて表示されているかどうかをボタンで示した参加者「同じ」または「異なる」オブジェクト。 画像は、一貫したサイズ、明るさ、および解像度に合わせて変更されました。 各画像は、ｆＭＲＩ処置中に一度だけ提示された。 参加者が刺激に参加していることを確認するために、同じ/異なるタスクパラメータが選択されました。 画像は、高カロリー食品、低カロリー食品、および家具という3画像タイプに対応するブロックで表示されました。 このパラダイムは、食品の合図に反応して、外側OFC、島、視床下部、視床、および扁桃体を活性化することが以前に示されています（Dimitropoulos＆Schultz、2008年） すべての機能実行は、8ブロック（各21秒、ブロック間の14秒休止）、ブロックあたり6画像ペアで構成されていました。 刺激持続時間はＸＮＵＭＸ ｍｓに設定され、刺激間間隔（ＩＳＩ）はＸＮＵＭＸ ｍｓに設定された。 各実験では、バランスの取れた順序で家具、高カロリー食品、低カロリー食品のブロックが提示されました。 各スキャンセッション中に2回の機能的な実行が示された（食事前および食事後）。

fMRIデータ取得

すべてのスキャンはイメージング研究のためのケースセンターで行われました。 イメージングデータは、ＸＮＵＭＸチャンネル位相アレイトランスミッタ受信ヘッドコイルを使用してＸＮＵＭＸＴ Ｂｒｕｋｅｒ ＭｅｄＳｐｅｃ ＭＲスキャナで取得した。 頭部の動きは、頭部の周りに発泡体の詰め物を配置することによって最小限に抑えた。 機能的画像は、ＡＣ − ＰＣ平面に平行に整列されたＸＮＵＭＸ連続軸方向スライス上の勾配エコー単一ショットエコー平面シーケンスを使用して、面内解像度ＸＮＵＭＸＸＸＮＵＭＸＸＸＮＵＭＸｍｍ（ＴＲ ＝ ＸＮＵＭＸ、ＴＥ ＝ ＸＮＵＭＸｍｓ、フリップ）で得られた。角度= 4.0度） ＭＲＩセッション毎に２回の実行（ＸＮＵＭＸ：ＸＮＵＭＸ分、ＸＮＵＭＸ ＥＰＩ体積／測定）の間にＢＯＬＤ活性化データを取得した。 視覚刺激は、ＭＲＩスキャナの端部近くに配置された半透明スクリーン上に逆投影され、ヘッドコイルに取り付けられた鏡を通して見られた。 8D T35加重構造画像（TR = 3.4、TE = 3.4ms、FOV = 3、マトリックス= 1950×22、フリップ角= 90度、NEX = 5）、エコーと同じ平面およびスライス位置に配置面内位置合わせおよび高解像度01D構造体積（157D MPRAGE、連続、サジタル取得、2スライス等分割ボクセル、それぞれTR = 1、TE = 300ms、TI = 2.47、FOV =）の平面データＸＮＵＭＸ、行列＝ ＸＮＵＭＸ×ＸＮＵＭＸ、フリップ角＝ ＸＮＵＭＸ度、ＮＥＸ ＝ ＸＮＵＭＸ）は、最初の（食前）セッション中に収集された。

fMRIデータの前処理と分析

画像処理、分析、および統計的有意性の試験は、Brainvoyager QX（Brain Innovation、Maastricht、The Netherlands）を用いて行った。 Goebel、Esposito、およびFormisano、2006年）。 前処理ステップには、トリリニア7次元モーション補正、半値全幅2 mmのガウスフィルターを使用した空間平滑化、および線形トレンド除去が含まれていました。 モーション補正パラメーターが計画行列に追加され、任意の軸（x、y、またはz）に沿ったモーションが1 mmを超えると、そのデータが破棄されました（このサンプルでは2％未満が破棄されました）。 各個人のデータは、表示とローカリゼーションのために高解像度の3Dおよび3D解剖学的画像と位置合わせされました。 個々のデータセットは、によって定義される比例XNUMXDグリッドへの区分的線形変換を受けました。 タライラックとトゥルヌー（1988） そして高解像度3Dデータセットと一緒に登録され、3 mmにリサンプリングされた。3 ボクセル。 正規化されたデータセットは、食事前のスキャンと食事後のスキャンの変量効果一般線形モデル（GLM）分析を使用して、機能の活性化を調べる第01レベルの分析に入力されました。 各期間（食前/食後）について、肥満の被験者と通常の体重の被験者の間で次のコントラストを比較しました：高カロリー食品、低カロリー食品、すべての食品（高カロリーと低カロリーの組み合わせ）およびオブジェクト。 結果の統計マップは、クラスターベースのしきい値補正（Brain Voyager内で実行されたモンテカルロシミュレーションに基づく）を使用して、多重比較のために補正されました。 p <.7の初期しきい値p値と、12〜189ボクセル（324〜XNUMX mm）の範囲の各コントラストマップに適用される最小連続クラスター補正3）p <.05の家族ごとの修正を提供しました。

条件の対照（食物対対象物、高カロリー対低カロリー、高カロリー対対象物、低カロリー対対象物）による群（ＯＢ対ＮＷ）の群間相互作用分析を各空腹について行った。状態。 相互作用の効果を視覚化するために、事後分析を、群および条件にわたって最も明確な差異を有するクラスター、およびコルチコリン報酬システム（OFC、前帯状回、島状、腹側線条体、および扁桃体）におけるクラスターについて行った。 具体的には、事後分析のために、各被験者についてBOLDシグナルの活性化の程度（ベータ値）を抽出した。 SPSS（バージョン17; SPSS、Inc; Chicago、IL）を使用して事後分析（t検定）を行い、Brain Voyagerの知見を確認した。 抽出時に、各​​飢餓状態中の各カロリー状態対非食品対象物についてベータコントラストを計算した（高カロリー - 対象物、食前状態；低カロリー - 対象物、食前状態；高カロリー - 対象物、食後状態；低カロリー - 対象物）。 、食後の状態）。 その後、事後対スチューデントｔ検定を実施して、各グループ内の各領域について別々に各食事状態について高コントラストと低コントラストとの間の差を同定した。

結果

行動データ

飢え

各スキャンセッション前の空腹スケールの評価は食前と食後の条件の間で有意に異なり、両方のグループの参加者は食前スキャンセッション前のより大きな空腹を示した：食前スキャン - OB平均（SD）= 4.72（1.5）、NW = 4.59（1.5） ; 食後スキャン - OB = .45（.85）NW = .44（.81）。 グループは食前の飢餓状態に違いはなかった（t= - 。266、p = .79）または食後のスキャン（t= - 。06、p = .95） このデータは、食の操作が効果的であることを示し、両グループとも食前から食後のセッションへの飢餓の減少を報告した。

タスク精度

機能実行中のタスクの精度（同じ/異なるタスク）は、スキャンセッションで90％を超えていました。食前平均パーセンテージ= 97.3（.03）; 食後および食料以外の条件の場合は食後= 99.0（.02）：全体的な食物= 93.8（2.9）。 総合フード以外= 94.5（1.7）（t＝ −ＸＮＵＭＸ、ｐ ＝ ．ＸＮＵＭＸ）、そして各グループについて：ＯＢ ＝ ＸＮＵＭＸ（．ＸＮＵＭＸ）、ＮＷ ＝ ．ＸＮＵＭＸ（．ＸＮＵＭＸ）。 グループ間の精度に違いはありませんでした（t＝ −ＸＮＵＭＸ、ｐ ＝ ．ＸＮＵＭＸ）。

消費カロリー

平均して、OB参加者は591カロリーを消費し（SD = 68.4）、NW参加者は607カロリーを消費した（SD = 116.1）。 t= .91、p = .37。 食事で提供されている750カロリーのうち、食べられないままになる可能性が最も高いアイテムには、調味料の一部（マヨネーズおよび/またはマスタード）および野菜のおかずが含まれていました。

fMRIデータ

食前反応：グループ×条件相互作用

食前の状態のグループの違いを調べるために、次のコントラストを調べました：OB> NW [（i）食品>オブジェクト、（ii）高カロリー>低カロリー、（iii）高カロリー>オブジェクト、（iv）低-カロリー>オブジェクト]、NW> OB [（v）食品>オブジェクト、（vi）高カロリー>低カロリー、（vii）高カロリー>オブジェクト、（viii）低カロリー>オブジェクト]。

食前の状態では、肥満のグループは、両側前頭前野（aPFC）を含む主に前頭前野の領域で食物対物体および高カロリー対物体の刺激に対して通常の体重のグループよりも有意に大きな活動を示しました（x、y 、z = 23、58、0; −34、63、2）。 OBは、aPFC、上前頭回（BA6; -3、11、60）および小脳（47、-57、-33）で、低カロリー対オブジェクトのコントラストに対してNWよりも大きな活性化を示しました。 対照的に、NWグループは、主に頭頂葉（-46、0、7）、中尖葉（-14、-9、42; -23、）を含むより後部の領域で、食物対物体の状態でOBグループよりも大きな活動を示しました。 −26、44）および側頭葉（−34、−1、−28; −43、−30、17）。 すべての重要なグループ間活性化領域（p <.05、修正済み）はに含まれています テーブル2.

テーブル2 

食前および食後スキャン中に群および視覚的合図コントラストによって異なる脳領域

普通体重の参加者における神経反応は、肥満の参加者と比較して、高カロリー食品と低カロリー食品との間のより大きな区別を示した。 食事前の期間中、OBグループはNWグループよりも高カロリー食品と低カロリー食品との間で大きな反応を示さなかった。 対照的に、NWグループは、左半球の中心後回（OB43、-55、-12、15）、島（-40、-2、15）において、OBよりも高カロリーおよび低カロリーの食物合図に対して大きな反応を示した。 、海馬傍回（-23、-12、-15）（を参照） テーブル2/図1）および両側の小脳（ＸＮＵＭＸ、−ＸＮＵＭＸ、−ＸＮＵＭＸ； −ＸＮＵＭＸ、−ＸＮＵＭＸ、−ＸＮＵＭＸ）。

図1 

通常体重対肥満。 左： 食前スキャンの結果 A）中心後回/ BA43、B）島内/ BA13、およびC）海馬傍回/ BA28における食前状態での高カロリー食対低カロリー食に対する正常体重グループの活性化の増加。 著しい活性化 ...
事後分析

事後分析は、NW> OB高vsの重要な地域で実施されました。 BVの所見を確認し、グループ内の違いを明らかにするための低カロリーコントラスト。 皮質辺縁領域（島）に加えて、高カロリーと低カロリーのコントラストがグループ間で最も有意な差を示したため、他の領域が選択されました。 小脳の所見は、OB> NWコントラストの低カロリー対オブジェクトの手がかりに応答してこの領域で活性化が見られたため、事後分析から除外されました（を参照）。 テーブル2）。 食前スキャン中のNW参加者の場合、中心後回の低カロリー食品キューと比較して、高カロリー食品キューに対してより大きな反応が誘発されました（BA43; p <.05; 図1a）。 OB参加者の反応も大幅に異なり（p <.05）、高カロリー食品は、食前スキャン中に低カロリー食品よりも中心後回でより大きな不活性化を誘発しました。 海馬傍回（BA28）の場合、NW参加者の食前スキャン中の反応は、低カロリーの手がかりよりも高カロリーの手がかりに対して有意に大きかった（p <.05）（図1b）。 さらに、北西部の参加者では、高カロリーの食事の合図に応じて、海馬傍回の活性化が食前から食後のスキャンまで大幅に減少しました（p <.05）（図1b） 高カロリー食品の合図は両方のグループのために食事の状態によって島で異なる反応を引き出しました（図1c）。 NW参加者の場合、食前スキャン中の活性化は、低カロリーの手がかりよりも高カロリーの手がかりに応答して有意に大きかった（p <.05）。 対照的に、OB参加者の場合、高カロリーの手がかりは、食後のスキャン中に低カロリーの手がかりよりも島で大きな反応を引き出しました（p <.05）。

食後の反応：グループ×条件の相互作用

食後の状態のグループの違いを調べるために、次の対比を調べました：OB> NW [（i）食品>オブジェクト、（ii）高カロリー>低カロリー、（iii）高カロリー>オブジェクト、（iv）低-カロリー>オブジェクト]、NW> OB [（v）食品>オブジェクト、（vi）高カロリー>低カロリー、（vii）高カロリー>オブジェクト、（viii）低カロリー>オブジェクト]。

食後の状態では、肥満群は、前部領域[背側PFC（BA9; 0、53、21）、側面OFC（BA47; 29）を含む複数の領域で、食物対対象物の対照に対して通常体重群と比較してより大きい反応を示した。 、ＸＮＵＭＸ、−ＸＮＵＭＸ）、および上前頭回（ＢＡＸＮＵＭＸ； ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ）］、ならびに後帯状回（ＸＮＵＭＸ、−ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ）および嗅内皮質（ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ）のような側頭部および後部領域。 、−ＸＮＵＭＸ）。 コルチコリン減量報酬システムの一部であるいくつかの領域において、高カロリー対オブジェクトコントラストに関して、NW参加者と比較してOBの間でより大きい応答が示された：外側OFC（25、9、 - 6）、前帯状回（ - 17、15） −48）、尾状（18、46、0）（を参照） テーブル2; 図2）、およびＰＦＣ（ＢＡＸＮＵＭＸ； ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ）、および内側前頭回（ＢＡＸＮＵＭＸ； ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ）を含む他の前頭部領域。 、-8;オブジェクトのコントラスト対低カロリーが前頭領域におけるNW参加[APFC（-4、23、51）、背外側PFC（6、2、47）と優れた前頭回（BA37よりOBの間で大きな応答が得られました16、59）]、側頭葉領域[前側頭葉（3、0、 - 52; - 24、6、 - 3）、側頭上回回（BA11、 - 60、 - 45、4）、および中期gyr） ＸＮＵＭＸ、−ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ）］、尾状（−ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ）および後部帯状回（ＸＮＵＭＸ、−ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ）。 食後の状態では、対照的にNW群はOB群よりも大きな反応を示さなかった。 さらに、食前状態と同様に、高カロリー対低カロリーのコントラストに対して、OBグループはNWグループよりも大きな反応を示さなかった。 見る テーブル2 有意性に達したすべてのグループ間活性化領域（p <.05、修正済み）。

図2 

肥満対普通体重。 左： 食後スキャンの結果 A）側方OFC / BA47、B）前帯状回/ BA25、およびC）尾状期における食後状態中の高カロリー対目的合図に対する肥満群の活性化の増加。 高カロリーへの大幅な活性化 ...
事後分析

BVの所見を確認し、グループ内の違いを明らかにするために、事後分析のためにOB> NWの高コントラストと非食品コントラストの有意な皮質辺縁領域を選択しました（を参照）。 図2）。 食後スキャン中のOB参加者の場合、高カロリーの食品の手がかりは、低カロリーの手がかり（BA47; p <.05）よりも外側のOFCで大きな反応を誘発しました。図2a）。 同様に、尾状核の反応もOB参加者で有意に異なり（p <.05）、食後スキャン中に低カロリー食品よりも高い活性化を誘発する高カロリー食品でした（p <.XNUMX）。図2c).

議論

この研究では、fMRIを使用して、食事前後の肥満者と正常体重の個人との間の食糧合図に対する神経反応の違いを調べた。 本発明者らのデータは、正常体重の個体と比較して、肥満者の間で食事をした後の食品の手がかり（高カロリーおよび低カロリーの両方のタイプ）に対するより大きな活性化の証拠を提供することによって食品神経画像の文献を拡張する。 OFC、尾状核、および前帯状回を含む前頭前野および副腎皮質皮質領域は、正常体重群と比較して、肥満の参加者での食事後の対象に対して、高カロリー食品の合図に対して有意に高い反応を示した。 これらの脳の領域は、快楽への反応、報酬処理、そして中毒に関係しています。 参加者はかなりの食事を食べ、スキャンの直前に空腹感の減少を報告し、肥満の参加者の食物摂取後の脳の報酬回路に対する高カロリーの食事の合図の継続的な影響を示しているので、所見は特に興味深い。 さらに、フードキューは通常体重の個体で食事後に同様の脳反応を誘発しなかったことから、フードキューに反応した神経活動は飢餓の減少と共に減少することが示唆された。

食事前の反応

本発明者らの知見は、組み合わせた食物状態および両方のタイプの食物手がかりに別々に反応して、正常体重の参加者と比較して肥満者の間で前前頭前野の活性化が増加することを示している。 しかしながら、我々はまた、低カロリー食品への反応を除いて、対照タイプ（例えば、高カロリー対対象物など）にわたって、肥満群と比較して、正常体重の個体が複数の領域においてより大きい活性化を示すことを見出した。 実際、高カロリー対低カロリーコントラストでは、島、中心後回、傍海馬回、および小脳において正常体重群とより大きい活性化を示す群とでは群が劇的に異なり、肥満群は高カロリー群に対してより大きな活性化差を示さなかった。通常体重グループと比較して、どの地域でも対低カロリー合図。

一見したところ、これらの発見は以前の文献に基づくと幾分驚くべきそして予想外のものであった。 いくつかの研究では、空腹時の肥満対通常体重、特に高カロリーと低カロリーの合図では、食品の合図に対する活性化が大きいことが示されていますMartin他、2010; Stoeckelら、2008したがって、我々は同様の発見を予測した。 しかし、今回の調査結果には2つの関心点があります。 第一に、肥満群の方が前食前の正常体重群と比較して高カロリー対対象物対照と比較して、脳の前方前頭前野の活性化が大きい。 以前の研究では、通常の体重のグループと比較して、摂食障害の人々のフードキューに対するPFCの反応が大きいことが示されています（Holsenら、2006; そしてそれは中毒に関係しており、アルコール依存症患者のアルコール関連画像に反応して手がかりによって誘発される活性化に関与している（ジョージ他、2001; Grusserら、2004） 第二に、普通体重グループでは、このグループの高カロリー活性化と低カロリー活性化との間の有意差によって示されるように、低カロリー食品の合図は高カロリーの合図と同様に神経系に関与しないようである。 島内のベータ値の事後検査、中枢後回、海馬傍回の結果（図1グループの違いが主にこれらの地域では普通体重グループの高カロリー食品への活性化の増加によって引き起こされていることを示しています、そしてポスト中枢回と島嶼地域の場合には高カロリー食品への失活も肥満グループ。 これらの領域は、味と嗅覚の感覚処理において役割を果たします。 島は視覚的な食物の手がかりに活性化することが一貫して示されており、霊長類の研究は一次味覚皮質が島の中に位置することを証明している（Pritchard、Macaluso、およびEslinger、1999年） 中心後回（BA43）は味覚（舌に最も近い体性感覚領域内に位置する）に関係しており、食物の手がかりはこの領域を活性化することが以前に示されている（Frankら、2010; Haase、Green、およびMurphy、2011年; Killgore他、2003; Wangら、2004） 同様に、傍海馬回は記憶の符号化および検索で最もよく知られているが、以前の研究では食物対対象物の手がかりに差別的に反応することが繰り返し示されてきたので視覚的食物手がかりの処理に関与しているようである。Berthoud、2002; Bragulatら、2010; Haase他、2011; Killgore他、2003; LaBarら、2001; Tataranni et al。、1999） さらに、傍海馬回の刺激は、胃分泌などの自律神経および内分泌の影響を増大させることがわかっています（ハグレン、1982） 低カロリー食品は、高カロリー対低カロリーコントラストの結果（通常体重と比較して有意な活性化は見られない）および有意な低カロリー対で示される肥満群に対して予想されるよりも大きな神経反応を誘発するように思われる。オブジェクトの発見

食後の反応

食前の状態とは対照的に、食後の結果は、普通体重の参加者と比較して、肥満の間で高カロリーおよび低カロリーの食品手がかりに対するより大きな活性化を示している。 食物対対象物、高カロリー対対象物、または低カロリー対対象物の対比は、前頭部、側頭部、およびより後方の領域で活性化を引き出すことが示された。 予想通り、普通体重の参加者は食後の作業中に肥満の参加者よりもどの地域でも大きな活性化を示さなかった。 しかし、高カロリー条件と低カロリー条件の間で有意なグループ効果はありませんでした。 肥満群は、我々が予想したよりも高対低カロリー食品に対して差次的な活性化を示さず、高対対象コントラストおよび低対対象コントラストの両方に対してより大きな活性化を示した。

私たちの主な調査結果は、肥満の個人で食事をした後の高カロリー食品への活性化の増加を示しています（オブジェクトに対して）。 肥満群では、右半球の前頭領域（外側OFC、PFC / BA8内側前頭回/ BA6）が高カロリー食品に対してより大きな反応を示した。 前頭前野（BA6,8）は、肥満や普通体重のサンプルでは食事の合図に、特に空腹時には高カロリー食品に反応することが以前に示されています（Rothemundら、2007; Stoeckelら、2008） 側方OFCは食品関連の神経回路において重要な役割を果たし、高カロリー食品の合図に優先的に反応する（ゴールドストーン他、2009; Rothemundら、2007; Stoeckelら、2008） 霊長類の研究は、島内の一次味覚皮質および視床下部への関連性を実証し、そして二次味覚皮質が外側OFCに位置することを確認した（Baylis、Rolls、およびBaylis、1995年; ロール、1999） 側方OFCの活性化は、個人の主観的な食感の主観的評価と正の相関があることが示されており、これは非常にやりがいのある食品があまり望ましくない食品よりもこの領域を活性化し得ることを示している。Kringelbach、O'Doherty、Rolls、およびAndrews、2003年） 私達の調査結果はOFCの地域が肥満の個人で食べることの後で応答を減らさないことを示します（見なさい 図2） 正常体重比較群では、OFCの同様の活性化は見られなかった。 側方OFCはまた、特定の味の満腹後のニューロン発火の減少を伴う空腹により調節されることが示されている（Critchley＆Rolls、1996年） この研究で満腹感を得るために使用された食事が高脂肪/甘い食品を含まなかったことは興味深いです。 側方OFCのニューロンが食品特有の満腹感にさらされる場合、その特定の食品への満腹は別の食品タイプに反応して発火を減少させることはありません（Critchley＆Rolls、1996年）、これは肥満の参加者の間で食事の後に高カロリー食品に反応して見られる継続的なOFC活動を支持するかもしれません。

前帯状回はまた、食後の群間で異なる応答を示し、肥満群の間では高カロリー対対象に対してより大きい応答を示した。 以前の知見は、ACCは、コントロールと比較して、肥満の個人では、空腹時と高カロリー食品と低カロリー食品との活性化が大きいことと、食後のシグナル変化が小さいことを示しています。Bruceら、2010; Stoeckelら、2008） ACCは脂肪やショ糖の投与に反応して活性化し、食品の動機づけに関わってきました。De Araujo＆Rolls、2004年そして中毒者の間で薬物関連の手がかりへの活性化の増加を示すVolkow、Fowler、Wang、Swanson、およびTelang、2007年） 最近の研究はまた、食物依存症の重症度が、美味しい食べ物を予想している間のACCの活性化と正の相関があることを示しています（Gearhardtら、2011） さらに、高カロリー食品対対象物の手がかりは、肥満群の尾状領域でより大きな反応を引き出した。 以前のPETを使用した研究とは異なり、流動食後の尾状核および被殻における活性化の低下を示しています（ゴーティエ他、2000）、我々の調査結果は高カロリー食品への線条体の継続的な活性化を示している。 これは、側坐核、尾状核、被殻を介して分布するニューロンが高糖/脂肪含有食品の快楽への影響を媒介することを示す動物の文献からの証拠と一致しています（Kelley et al。、2005).

まとめと結論

我々の調査結果は、肥満と普通体重の個体が、特に食後の食の合図に対する彼らの脳の反応において実質的に異なることを示しています。 おなかがすいている間、肥満の人は中毒に関与する前前頭前野の両方のタイプのフードキューに対してより大きな反応を示します。 対照的に、食前の間、正常体重の個体は、感覚処理に関与する領域において、高カロリー対低カロリーの合図に対する明らかな優先的反応を示す - 食後には観察されない差異。 高カロリーの合図は、飢餓の減少が報告された後でさえも、報酬処理および味覚に関与する脳の領域において活性化を誘発し続けるので、高カロリー食品の影響は肥満参加者の間で明らかである。 さらに、低カロリー食品はまた、肥満者の間でのこれらのタイプの食品手がかりに対する継続的な反応性および正常体重の人の間での低下した活性化を強調して、肥満者の間での食事後のより大きい神経反応を誘発する。 参加者の大多数が昼食を食べる前に規範的なカロリーの欠乏を経験したことを考えると、これらの発見は特に興味深いものです。

この研究にはいくつかの制限があります。 まず、大規模プロジェクトの一環としてのデータ収集に対する制約のため、個人間で断食と食後の状態を相殺することができませんでした。 これは理想的ではなく、知見は相殺された手順で再現されるべきであるが、短期間および長期間（1 - 14日）の試験 - 再試験fMRI研究は感覚運動課題において良好な試験 - 再試験信頼性を示したフリードマン他、2008）およびアルコール合図反応性課題中の線条体反応（）Schachtら、2011） しかしながら、このような均衡の欠如は食事の比較前後のグループ内の解釈を困難にし、したがってここでの主な焦点ではない。 両方のグループがスキャン手順で一致しているので、食事状態間のバランスの欠如はグループ間の結果において最小にされる。 将来の研究では、カウンターバランスは食物反応のグループ内の時間的変調のより完全な分析を可能にするだろう。 第二に、女性の報酬機能は月経周期の段階によって異なることが実証されているため、このサンプルに男性と女性の両方を含めることはデータセットに未知の影響を与える可能性がある（Dreherら、2007）、大規模プロジェクトの要求を考慮すると、このサンプルで考慮されていない要因。 参加者は、食品の好みの評価に基づいて特定の食品の種類を好みませんでした。 これは、空腹時スキャンの直前にタスクを管理した結果である可能性があります。これは、空腹時のおいしさの増加を反映する可能性があります。 しかし、食品を非常に高く評価するかもしれないという理由だけで、選択が与えられれば彼らがそれを別のおいしそうな食品に好むことを必ずしも意味するわけではありません（例：著者ADはニンジンが大好きです。勝つ）。 食物嗜好の意思決定の尺度は、高カロリー嗜好と低カロリー嗜好に関してより識別力のある結果をもたらし得る。 行動評価にもかかわらず、肥満と通常体重の参加者の両方がカロリーの種類によって異なる脳の活性化を示しています。 さらに、将来の研究では、これらの知見をより良い満腹度の尺度を含めて再現する必要があります。 飢餓評価は４つの時点（各スキャンの前後）で評価され、そして食後の減少した飢餓を示したが、満腹感の直接評価は得られなかった。 私たちは、空腹状態の変化によって満腹感を間接的に推論しました。 最後に、大規模プロジェクトの一環として、これらの参加者が利き手の基準で選択できない稀少な人口と比較されていたため、このサンプルを右利きの参加者に限定しませんでした。 この研究にはその制限がないわけではないが、これらの知見は、通常体重コントロールにおける反応と比較した場合、摂食後でさえも報酬に関連した脳領域における食物の合図に対する持続的反応の予備的証拠を提供する。 今後の研究では、食事習慣や食習慣が食品の合図に対する神経反応にどの程度影響するかを調べることによって、これらの知見を拡大する必要があります。

この研究の参加者は、空腹時スキャンの前に中程度の空腹感しか示さなかった。 朝食をとばした人々でさえ、スキャンの前に中程度の空腹感しか示さなかった。 以前の研究の多くは、長期にわたる異型の断食後の神経反応の検査に焦点を当ててきました。 我々の発見は興味深いものです。なぜなら、極端な飢餓は食物の合図に対する神経反応を引き出すのに必要ではないからです。 実際、より典型的な飢餓の間に神経系がどのように反応するかを理解することは、私たちに過食の背後にあるメカニズムへの批判的な洞察を与えるかもしれません。 食品の合図に対する神経反応は、朝食を摂取した人々と朝食を摂取しなかった人々との間で差がなかったことに注目することは興味深いです。 これは、一般的に朝食をとばす個人にとって、食事の合図に対する報酬の反応は、朝食をとる人と基本的に変わらないことを示しているかもしれません。 朝食をスキップした参加者の大多数が肥満であったという事実も興味深い。 研究によれば、朝食を食べることはより健康的な食習慣と1日の総食物摂取量の減少に関連していることが示されているので、これは食事の摂取量の不足を示すかもしれません。デカストロ、2007; Leidy＆Racki、2010年).

肥満の人のために、高カロリーの食物の手がかりはかなりの食事の摂取の後でさえも報酬と中毒に関係する脳の地域で持続的な反応を示すことをここに示しました。 高カロリー負荷後もこの継続的な快楽の反応は、食べ過ぎの行動を理解するのに重要かもしれません。 現在の知見を考慮すると、食事への高カロリーの甘い／風味の良い食品の添加が、肥満者のための報酬システムにおける神経反応を抑制する程度に向けられた将来の研究。

  • 機能的MRIを用いて食事前後の食物に対する脳の反応を調べた
  • 肥満は通常体重よりも食後に食物の合図に対してより大きな脳反応を示した
  • 肥満者における食後のOFC、尾状、および前帯状回の反応の増加
  • 食事後のコルチコリン吸収応答は高カロリー食品の顕著な持続性を意味する
  • 通常の体重でのフードキューに反応した活動は飢餓の減少と共に減少する

謝辞

この研究は、国立衛生研究所からの助成金RO3HD058766-01およびUL1 RR024989、ならびに国立科学財団からのACES機会助成金によって支援された。 私達は彼らの研究援助のために画像研究のためのケースセンター、Jack Jesberger、Brian Fishman、そしてAngela FerrantiとKelly Kanyaに感謝します。 原稿に対する有用なコメントについては、Jennifer Urbano BlackfordとElinora Priceにご連絡ください。 そして参加したすべての個人に。

脚注

出版社の免責事項： これは、編集が許可されていない原稿のPDFファイルです。 私達の顧客へのサービスとして私達は原稿のこの初期版を提供しています。 原稿は、最終的に引用可能な形式で出版される前に、写本編集、組版、および結果として得られた証明のレビューを受けます。 制作プロセス中に、内容に影響を与える可能性のある誤りが発見される可能性があり、またジャーナルに適用されるすべての法的な免責事項が関係します。

利益相反：著者は利益相反を宣言しません。

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