미겔 알론소 - 알론소, 스티븐 C. 우즈, 마샤 Pelchat, 패트리샤 수 그리폰, 에릭 Stice, 사다 프 파루 키 (Farooqi) 쵸산 Khoo, 리차드 디 Mattes, Gary K. 보샹
추상
이 기사는 동물과 인간의 음식 보상의 신경 과학에 대한 현재의 연구와 여러 분야의 관점을 검토하고, 식품 중독에 대한 과학적 가설을 검토하고, 방법론 및 전문 용어의 문제점을 논의하고, 지식 격차와 향후 연구 필요성을 확인합니다. 여기에 언급 된 주제는 동물과 인간의 보상 체계의 음식 섭취, 신경 해부학 및 신경 생물학, 맛있는 식품 및 약물에 대한 뇌 보상 시스템의 반응성, 갈망 대 중독의 번역 및 인지력의 규제에서 보상 및 쾌락적인 측면의 역할을 포함합니다 음식 보상의 통제. 내용은 국제 생명 과학 연구소 (International Life Sciences Institute)의 북미 지부 (North American Branch)가 2013에서 개최 한 워크샵을 기반으로합니다.
- 탐닉
- 갈망
- 정의
- 음식 보상 시스템
- 맛있는 음식
- 번역 과학
소개
음식 보상 시스템과 중독 사이의 추측 된 연결과 함께 음식물 섭취의 규제에서 인간의 음식 보상 시스템의 역할에 대한 지식이 증가하면서 과학계 내에서 관심과 연구가 증가하고있다. 니코틴, 알코올, 마리화나, 메스 암페타민, 코카인, 아편 유사 제와 같은 많은 일반적인 식품 물질이 인간에 의해 일반적으로 남용되는 약물과 비교되었습니다 (그림 1). 이러한 약물은 반복되는 부정적인 결과 (남용)와 생리적 의존 (내성)을 특징으로하는 습관적인 사용과 관련이 있습니다. 최근의 질문은 식품 물질 (예 : 설탕, 감미료, 소금 및 지방)이 유사한 중독성 과정을 유발할 수 있는지 여부에 초점을두고 있습니다. 음식의 쾌락 속성은 에너지 요구량이 충족 되어도 체중 증가와 비만에 기여할 때조차 먹이를 자극 할 수 있습니다.1 최근 미국의 소아 및 성인 비만에 대한 미국의 견적에 따르면 3 수십 년 동안 성장한 이후 비만 율은 지난 10 년간 평준화되었다.2 그러나 비만의 유행은 매우 높으며, 미국인들은 광범위한 건강 문제의 위험에 빠지게되고 미국의 의료 비용에 추가됩니다.
마약과 맛있는 음식은 여러 가지 특성을 공유합니다. 둘 다 뇌 보상 시스템에서 급격한 도파민 증가에 의해 부분적으로 중재되는 강력한 보강 효과를 갖는다.3 이 리뷰는 이러한 유사점과 섭식 행동, 에너지 섭취 및 비만에 대한 식품에 대한 쾌락 반응의 잠재적 영향에 중점을 둡니다. 다루어지는 주제에는 인간의 음식 섭취 규제에 대한 쾌락 적 기여, 신경 해부학 및 뇌 보상 시스템의 일반 원칙, 음식에 대한 뇌 보상뿐만 아니라 식품과 약물 간의 유사성, 과식 및 비만에 대한 유전 적 기여, 식품 보상에 대한인지 조절, 번역 응용 프로그램 및 음식의 경우 "중독"을 정의하는 데있어 어려움이 있습니다. 이 연구가 식품 중독의 개념과 그 원인, 발현 및 관리에 대한 명확한 설명을 제공하지만 약물과 식품 물질 간의 특정 경로 및 평행 큐 반응에 대한 비판적 질문과 섭취 행동에 미치는 영향은 아직 답이 없습니다. 인간에 대한 미래의 연구가 필요하다.
인체 중 식품 섭취에 대한 규제에 대한 HEDONIC 기여
미국의 비만 보급과 1 인당 식량 소비는 후반 1970 이후 극적으로 증가했으며,4 음식물 섭취의 기초가되는 연결 기질을 더 완전히 이해할 필요가 있음을 강조했다. 음식물 섭취에 대한 규제는 항상성과 비 호소 반응성 인자 사이의 밀접한 상호 관계를 수반한다. 전자는 영양 요구와 관련이 있으며, 혈액 및 지방 저장소 내에서 사용 가능한 에너지를 모니터링하지만, 두 가지 유형의 요소가 주요 뇌 회로에서 상호 작용하지만 영양 및 에너지 요구 사항과 관련이없는 것으로 간주됩니다. 일정한 에너지 균형을 유지하려면 매우 정확한 수준의 통제가 필요합니다. 에너지 섭취량과 에너지 소비 사이의 미묘하지만 지속적인 불일치조차도 체중 증가를 유발할 수 있습니다.5 매일 필요한 에너지 (체중에 따라 증가)에 대해 하루 11 칼로리의 양의 균형 또는 연간 약 4000kcal6- 8 평균 체중의 사람은 1 년에 걸쳐 200 파운드 증가 할 수 있습니다. 수년에 걸쳐 체중 증가를 유지하려면 절대 섭취량이 실질적으로 증가하는 양의 균형을 유지해야합니다 (지난 35 년 동안 섭취량이> XNUMXkcal / d 증가한 일반 인구에서 관찰 됨). 그러나 잔액은 매일 소량 만 양수이면됩니다.
통제 된 환경 조건 (예 : 실험실 환경에서의 동물)에 대한 실험적 연구는 오랜 기간 동안 체중을 정확하게 제어하는 데 필요한 에너지와 에너지 섭취량을 일치시키는 항상성 요인이 있음을 시사합니다.9 대조적으로, 역학 연구의 인구 데이터는 인간의 체중 증가에 강력한 경향을 나타냅니다. 지난 30 년 동안 성인 비만 율은 15의 1976 %에서 35.7-2009의 2010 %로 두 배 이상 증가했습니다. 평균 미국 성인은 오늘 24에서보다는 1960 파운드 더 무겁다보다는 더 중대하다,10 미국 성인의 68.7 %는 과체중 또는 비만입니다.11 이 평균 체중 증가는 환경 변화를 반영합니다. 또한 시간 경과에 따라 음식 섭취에 대한 비경제적인 기여도가 항상성보다 더 영향력을 미칠 수 있다고 제안한다 (그림 2).
대부분의 비 호모 스테로이드 기전은 뇌의 보상 시스템과 관련이 있습니다. 이러한 역할을 이해하는 것이이 분야의 연구에서 최우선 과제입니다. 최근까지 대부분의 연구는 식욕 조절 및 대사성 호르몬과 같은 항상성 신호의 역할과 혈액에서 영양소의 가용성에 초점을 두었습니다.12 그러나 동물과 인간이 비 규제 방식으로 또는 신진 대사 필요 이상의 방식으로 섭취하는 방법에 대한 관심은 최근 몇 년 동안 우선 순위가되었습니다.12 다음 섹션에서는 신경 전달 물질 인 도파민에 대해 논의합니다. 도파민은 중뇌에서 생성되어 측 중격근과 같은 변연 영역을 자극합니다. 도파민은 음식 섭취에 대한 주요한 비 호모 스태틱 영향으로 나타났습니다.
식사를 시작하는 신호 메커니즘은 일반적으로 비 호모 스태틱 (nonhomeostatic) 인 반면, 식사 크기를 결정하는 메커니즘은 종종 항상성 (homeostatic) (즉, 식사가 시작될 때 영향을 미치는 요소는 식사가 끝날 때를 결정하는 요소와 질적으로 다릅니다). 예상 식사는 예상 에너지 부하에 대해 소화 시스템을 준비하는 호르몬의 신경 조절되고 조정 된 분비가 선행됩니다13 인식, 보상, 습관, 편의, 기회 및 사회적 요인에 의해 조정됩니다. 대조적으로, 식사 중단 (즉, 식사 크기 및 충만감 또는 포만감)은 위장관 (예 : 콜레시스토키닌, 글루카곤 유사 펩타이드 -1, 그렐린, 아포지 단백질 A-IV, 펩티드 YY)의 신호에 의해 부분적으로 제어됩니다. 섭취 한 영양분에 비례하여, 그리고 부분적으로 비 호이스트 (nonhomeostatic) 신호에 의해 발생한다.9 일부 호르몬 매개체 (예 : 그렐린 및 렙틴)는 항상성 및 비 호모 스테로이드 조절에 관여하는 뇌 영역의 조정 된 영향을 통해 작용합니다.
음식물 섭취에 대한 항상성 조절은 대개 사람이 주어진 식사에서 얼마나 많은 양을 먹을지를 결정하기 위해서조차도 호모 스테로이드 컨트롤에 부수적 인 것입니다. 이 신호는 확률 적이며 비 호이 모티브 요인에 의해 쉽게 수정됩니다. 지난 수십 년 동안 에너지 밀도가 높고 맛이 높은 식품의 가용성이 계속 증가함에 따라 보상 관련 신호가 발휘할 수있는 영향이 입증되었습니다. 본질적으로 보상 관련 신호는 그렇지 않으면 안정적인 체중을 유지하기 위해 작용할 항상성 신호를 무효화하여 과식에 기여합니다.13
마약과 음식은 특정 형질을 공유하지만 질적 양적 측면에서도 다릅니다. 코카인이나 암페타민과 같은 약물 남용은 뇌 도파민 회로에 직접적인 영향을 미친다. 다른 약물은 유사한 뇌 회로에 영향을 미치며 뇌의 보상 회로에 직접적으로 신속하게 액세스 할 수 있습니다. 식품은 두 가지 간접적 인 방법으로 동일한 회로에 영향을 미칩니다. 첫 번째는 미뢰에서 두뇌의 도파민 분비 뉴런에 이르는 신경 입력을 통한 것이고, 두 번째 단계는 호르몬과 섭취 한 음식의 소화 흡수에 의해 생성되는 후기 단계를 통해서입니다. 그러나 중요한 점은 신경 회로 수준과 특정 수준에서 통제가 너무 완전하게 상호 관련되어 있기 때문에 음식물 섭취와 이분법에 대한 다양한 영향 (예 : 항상성 대 비 호전적 또는 보수적 대 보상)이 오도 된 것입니다. 관련된 신경 전달 물질. 미래의 연구는 동일한 개체에서 약물이나 식품의 효과를 비교함으로써 이러한 개념을 직접 평가할 필요가 있습니다. 전반적으로, 인간의 음식 섭취에 대한 규제를 연구하기 위해서는 더 나은 행동 측정이 필요합니다.
뇌의 보상 시스템 : NEUROANATOMY 및 일반 원칙
인간의 경험에있는 거의 모든 것이 보람을 가질 수 있으므로 중독성을 가질 수있는 잠재력을 부여합니다. 이는 문화권 내외부에서 분명합니다. 5th 판에 따르면 미국 정신과 학회 정신 장애의 진단 및 통계 편람 (DSM-5),14 중독에 대한 진단은 철회, 관용, 장기간에 걸친 더 많은 양의 물질의 사용, 물질 획득 및 / 또는 사용, 반복적 인 시도 종료, 포기 된 활동, 불리한 결과에도 불구하고 계속 사용 (그림 3).14 따라서 다른 자극과 마찬가지로 음식은 용의주합니다.
보상의 경험을 중재하는 신경계는 연구가 숫자와 복잡성 모두에서 증가하는 뇌 영역의 네트워크로 구성됩니다.15 mesocorticolimbic 경로는이 시스템의 핵심 구성 요소입니다. 그것은 midbrain의 복부 tegmental 영역에 위치한 dopaminergic 뉴런에서 변연 forebrain, 특히 원자핵뿐만 아니라 전두엽 피질의 대상 영역에 예상을 보내 발생합니다.16 전전두엽 피질은 교대 핵 및 측두부 피질 영역으로의 하강 투상을 제공합니다.17 이 mesocorticolimbic 회로는 보상 신호를 처리하고 쥐의 동기 부여 된 행동을 조절하는 최종 공통 경로의 핵심 역할을하며, 이미징 데이터에 따르면 인간의 경우입니다.18
mesolimbic 경로에 대해 제안 된 중심 역할을 뒷받침하는 연구에서 음식물에 노출 된 후 쥐의 측면 핵에 도파민 수치가 상승하는 것으로 나타 났으며,19 과자,20 그리고 섹스.21 자기 투여 약물 (예 : 코카인, 모르핀, 에탄올)은 또한 쥐의 도란관 도파민의 증가로 이어집니다.22 도파민 수준도 달콤한 농도가 높아질수록 높아집니다.23 및 쥐에있는 약.22 마지막으로 인간을 대상으로 한 영상 연구는 음식에 대한 선조체의 활성화를보고하며,24 약제,25 돈,26 낭만적 인 사랑.27
시간이 지남에 따라 인간과 동물은 단순히 보상을 경험하지 않습니다. 학습 과정의 일부로서, 측위 핵의 도파민 수준 및 측위 핵 뉴런의 활동은 음식에 대한 신호에 반응하여 상승하며,28 과자,29 섹스,21 또는 마약.30 중추의 신경 활동은 큰 보상과 작은 보상에 대한 신호에 반응하여 증가합니다.29 쥐의 뇌와 마찬가지로 인간의 뇌도 음식, 약물 또는 알코올에 대한 신호에 매우 민감합니다.3,31
어떤 경우에는 신호가 즉각적으로 보상을받을 수 있음을 알릴 수 있습니다. 다른 경우에는 보상이 임박했음을 알릴 수 있지만 피험자는 접근을 기다릴 필요가 있습니다. 보상의 즉각적인 가용성을 알리는 단서는 도파민의 증가 된 수준을 이끌어내는 반면, 대기를 신호하는 신호는 쥐의 도란 트인 도란 트의 감소 된 수준으로 이끌어 낸다.32 사실, 마약을 기다리는 것은 쥐와 인간 모두에게 불리한 상태이며, 그 시작은 대체 보상의 평가 절하와 관련이 있습니다. 대체 보상에 대한 부주의는 중독의 특징입니다. 따라서 쥐는 코카인을 스스로 관리 할 기회를 기다리는 동안 다르게 맛있는 사카린 큐를 섭취하는 것을 피한다. 맛의 단서가 커지면 마약 복용이 강렬 해집니다.33-35 마찬가지로, 흡연을 기다리는 인간은 혐오적인 정서적 행동을 나타내며, 돈을 얻고 잃는 것에 대한 정상적인 선조 적 반응을 유도하지 못합니다. 중요하게도, 이러한 결과는 2 가지 선택 시험을 찾고 담배를 더 많이 마시는 것과 관련이 있습니다.26,36,37 이러한 조건 하에서, 마약 연구 (설치류 연구와 인간 연구에서 니코틴의 코카인)를 복용하는 것은 조건화 된 혐오 상태에 대한 최선의 교정이며, 따라서 부정적인 보강을 통해 지속적으로 마약 복용 행동을 강화 (즉, "찍기")합니다.38
개인의 반응은 크게 다르며 일부 사람과 동물은 다른 사람보다 반응이 좋습니다. 따라서 경험을 통해 보상, 특히 마약에 대한 응답 성을 극적으로 바꿀 수 있습니다. 풍부한 환경에 노출 된 후 약물 및 알코올 섭취량이 크게 감소합니다.39 및 실행중인 휠에 대한 액세스40 쥐에서, 또는 인간에서 운동에 노출 된 후.41 대조적으로 만성 수면 박탈은 인간의 음식 자극에 대한 반응과 쥐의 코카인에 대한 반응을 현저하게 증가시킵니다.42,43 마찬가지로, 사람의 경우, 약물 남용과 방해받지 않는 식사로 특징 지워지는 섭식 장애 사이에는 높은 동반 질환이 있습니다.44 쥐에서는 코카인에 대한 중독과 같은 행동이 지방에 대한 빙빙 돌리기의 역사에 의해 (3 배 이상)45 에탄올에 대한 반응은 설탕에 대한 우울증의 역사에 의해 증대된다.46
요컨대 도파민은 쥐와 인간에서 테스트 한 모든 자연적인 보상과 약물 남용을 추적 할뿐만 아니라 이러한 물질에 대한 신호를 추적합니다. 매우 맛있어 보이는 단맛의 큐 유도 된 기대47,48 또는 학대의 마약26,49 적은 보상의 평가 절하로 이어진다. 실제로 마약 단서는 평가 절하뿐만 아니라 선호 보상에 대한 접근을 기다릴 필요가있을 때 혐오적인 상태가되기도합니다. 이 상태는 조건부 갈망 및 / 또는 철수와 관련 될 수 있습니다. 최근의 자료에 따르면,이 조건화 된 혐오 상태는 단일 약물 노출에 따라 발전 할 수 있으며 누가 약물을 언제, 얼마나 많이 복용할지 예측할 수 있습니다.50 그럼에도 불구하고 전술 한 바와 같이 경험 (예 : 대체 보상의 유용성, 운동 기회, 만성 수면 박탈, 또는 빙빙의 과거력 등)을 통해 쥐와 인간의 개인적 취약성을 감소 시키거나 증대시킬 수 있습니다 지방에).
인간 행동의 범위에서 모든 종류의 자극이 보람을 느낄 수 있다는 점에 유의해야합니다 (예 : 일광욕, 쇼핑, 도박, 피어싱, 문신, 운동, 음식, 음료, 성행위 및 약물). 이러한 각각의 자극은 때로는 큰 비용으로 추구, 취하거나 참여하는 것을 포함하여 중독성 행동의 개발을 지원할 수 있습니다. 이러한 자극 중 일부는 잠재적으로 다른 사람들보다 중독성이 높으며 일부 개인은 더 취약합니다. 따라서 음식은 다른 보람있는 자극과 마찬가지로 중독성 행동의 발달을 뒷받침 할 잠재력이 있습니다. 반면에 건강은 중재, 대체 보상의 가용성 및 동기 부여 된 행동의 영역에 걸친 균형에 의해 촉진됩니다.
BRAIN REWARD는 뇌가 우울한 음식과 병에 반응하여 약에 대한 반응을 보입니다.
학대와 맛있는 음식의 마약은 동물과 인간의 보상 회로를 어떻게 사용하는지에있어서 유사점을 보여줍니다. 첫째, 약물은 보상 학습 영역과 도파민 신호 전달을 활성화합니다.51; 맛있은 음식물 섭취는 동일한 경로를 통해 작용합니다.24 둘째, 도파민 성 체계의 소성 변화 (D2 수용체의 하향 조절과 D1 수용체의 상향 조절)에 의해 야기되는 관용 때문에 마약 사용이 증가한다.52,53; 맛있는 음식을 섭취하면 비슷한 효과가 나타납니다.54,55 셋째, 마약 사용을 중단하는 어려움은 보상 및 주의력 관련 뇌 영역에서 마약 신호에 대한 과민 반응과 관련이 있습니다56,57; 비만인 피험자는 맛있은 음식 단서에 노출 될 때 유사한 활성화 패턴을 보입니다.58,59
만성 약물 사용은 섭취의 단계적 확대를 유도하는 방식으로 보상 회로에서 신경 적응증을 유도합니다. 동물 실험에 따르면 약물 남용의 습관적 섭취로 선조체 D2 도파민 수용체와 도파민 수치가 감소합니다.53 습관적 섭취는 대조군 동물에 비해 실험 동물에서 마약 섭취 및 전기적 자극에 대한 보상 영역의 민감도를 감소시킨다.52,60 이러한 결과는 약물 의존적 개체가 D2 수용체 가용성 및 보상 영역 민감도가 낮고 약물의 도파민 방출이 낮으며 건강한 대조군의 연구 결과와 비교할 때 행복감이 감소 함을 나타내는 횡단면 데이터와 일치합니다.61,62 마찬가지로, 동물 실험에 따르면 과량 섭취와 비유 수 조건의 배정은 D2 수용체 이용 가능성 감소, 도파민 가용성 및 매출 감소, 음식 섭취, 약물 투여 및 전기 자극에 대한 보상 영역의 감응도 저하를 초래한다는 것이 입증되었습니다.54,63
위의 데이터는 뚱뚱한 사람이 희박한 사람보다 적은 D2 수용체를 가지고 있으며 맛좋은 음식 섭취에 대한 보상 영역 반응이 감소했다는 횡단면 증거와 일치합니다.64,65 또한 인간에 대한 장기적인 연구 결과에 따르면 음식에 대한 뇌의 보상 반응은 과식과 체중 증가로 인한 것일 수 있습니다.66 이러한 결론은 설치류와 돼지와 같은 동물에서 실험적으로 비만이 유도 됨으로써 뒷받침된다.67 인간에 대한 더 많은 증거는 참가자들이 체중 안정 또는 비만 유발식이 가능한 음식을 매일 섭취하도록 무작위로 선정 된 실험적 연구에서 비롯된 것입니다. 후자의 그룹에서는 이것이 음식에 대한 선호도를 감소 시켰지 만, 원하는 것은 증가했습니다.68 최근의 연구 결과에 따르면 인간의 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)에서 관찰 된 선조체의 무딘 반응성은 높은 특이성을 가지고 있음을 시사한다. 아이스크림의 규칙적인 섭취를보고하는 피험자는 드물게 아이스크림만을 먹는 청소년에 비해 아이스크림에 근거한 밀크 쉐이크의 수령에 대한 보상 지역 응답이 적다. 초콜렛과 사탕과 같은 다른 고밀도 식품의 섭취는 아이스크림 영수증에 대한 보상 지역 응답과 관련이 없었습니다.69 이 선택성은 마약 중독에서 보이는 관용의 현상과 유사점을 제시합니다.
또 다른 관심 영역은 미래 체중 증가의 예측에 관한 것입니다. 체중 증가 위험이있는 젊은 사람에 대한 연구에 따르면 보상 가치 평가 및주의와 관련된 뇌 영역에서 음식 신호에 과민 반응으로 나타나는 상승 된 인센티브 효과가 미래의 체중 증가를 예측합니다.70-72 이것은 초기 취약성보다는 과식 기간 후에 나타나는 유지 관리 요소 일 수 있습니다. 인센티브 감작의 발전을 이끄는 메커니즘은 초기에는 맛있는 음식에 대한 보상 반응의 상승과 연관 학습 능력의 향상과 관련이있는 것으로 보인다.73
TD2 수용체 밀도와 DA 신호가 음식물 섭취에 따라 감소 할 때 음식물 섭취로 인한 초기 과다 보상 반응이 과식으로 이어질 때 개인이 비만의 위험에 처하게되는 역동적 인 취약성 모델과 일치합니다. 피드 포워드 방식으로 음식 큐의 인센티브를 인코딩하는 지역의 과민 반응이 나타날 때74 (그림 4).
비만의 동적 취약성 모델. TaqIA 은 단일 염기 다형성을 지칭한다. ANKK1 1800497 대립 유전자 변이체를 갖는 유전자 (rs3) : A1 / A1, A1 / A2및 A2 / A2.
미래에 반복 측정 디자인을 사용하는 뇌 영상 검사는 음식물 단서에 대한 반응이 높아지면 향후 체중 증가의 위험이 증가할지 여부와 같은 동적 인 취약성 가설을 검사하는 데 유용 할 수 있습니다. 가설 기반의 관계에 대한 실험적 확인과 마찬가지로 신경 과학 기반 예방 및 치료 중재 (예 : 음식에 둔한 선조체 반응을 교정하는 것)에 대한 조사가 중요 할 것입니다.
과식과 마약 사용의 신경 효과 사이의 유사점은 유사하지만 동일하지는 않습니다. 학대 약물은 음식물에서 발생하지 않는 도파민 신호의 인공 강화 작용을 일으 킵니다. 이러한 차이점과 다른 점에도 불구하고 마약과 맛있는 음식에는 섭취 증가를 촉진하는 방식으로 보상 시스템에 참여할 수있는 능력이 있음을 제안하는 데 충분한 유사점이 있습니다. 그러나 특정 식품의 중독성 여부를 판단하는 것은 유용하지 않습니다. 즐거운 행동을 시도하는 소수의 사람들 만이 중독됩니다. 대신, 더 생산적인 경로는 학대와 맛이 좋은 음식의 마약이 두뇌 보상 시스템과 소통하는 메커니즘을 이해하고 두 가지 기여 과정의 기초가되는 개인차를 연구하는 데 초점을 맞 춥니 다. 약물 및 예상 반응 신호에 의해 유발 된 보상 및주의 관련 영역의 과민 반응). 마지막으로, 의존성에 대한 증거가 다소 복잡하고 결정적이지 않기 때문에 음식 중독보다는 음식 "중독"(즉, 의존성을 암시)이라는 개념을 고려하는 것이 더 유용 할 수 있지만 광대 한 연구는 비만으로 인해 건강 및 사회적 영향.
과식과 비만에 대한 유전 적 공헌
최근의 연구는 인간 유전학이 음식 보상의 뇌 메커니즘을 결정하는 데 중요한 역할을한다는 것을 보여줍니다. 과식의 극한 표현형과 관련된 심각한 형태의 비만에 대한 연구는 비만과 당뇨병과 같은 복잡한 이종 질환에 대한 다루기 쉬운 접근법을 제공합니다. 그들은 체중과 관련된 표현형을 조절하는 메커니즘에 대한 통찰뿐만 아니라 단일 유전자 / 경로의 원리에 대한 증거를 입증 할 수 있습니다. 이 접근법은 구형 및 신규 표적의 유효성을 확인하고 계층화 된 약물의 단계를 설정함으로써 약물 발견을 발전시킬 수 있습니다. 진단, 상담 및 개입의 진보를 통해 환자에게 혜택을 줄 수도 있습니다.
쌍둥이, 가족 및 입양 연구에 따르면 체중이 유전 적으로 높습니다. 일반적인 비만은 다종 다양성이며, 40 % -70 %로 추정되는 개체 간 변이에 대한 유전 적 기여도가 있습니다.75 현재 분자 유전학은 체중에 영향을 미치는 일반적인 DNA 변이종을 확인했습니다. 게놈 차원의 연관성 연구는 전세계 수십만 명의 유전 물질을 조사했습니다. 그러나 지금까지 확인 된 모든 유전 인자는 체질량 지수 (BMI)의 변동성의 5 % 만 차지합니다.76 중증의 비만 환자에서 몇몇 희귀종의 고도 침투 유전 변이가 확인되었으며, 뇌 보상 시스템과 관련된 변화가 있었다.
펩티드와 호르몬, 특히 렙틴은 에너지 균형을 조절하는 역할을 할 수 있습니다. Leptin은 음식 보상과 관련된 뇌 영역에 영향을줌으로써 인간의 에너지 균형을 결정하는 중추적 인 역할을합니다. Leptin 결핍은 식욕과 음식 섭취를 증가시킵니다. 이 호르몬은 도파민에 의한 중추 측부의 활성화와 관련이있는 음식물 섭취를 조절합니다. 시상 하부의 렙틴 - 멜라노 코르 틴 경로의 알려진 돌연변이가 과다증 (hyperphagia)을 일으킨다.그림 5). 연구에서는 fMRI를 사용하여 렙틴 결핍 환자의 표현형을 평가했습니다. 정액 연구에서, Farooqi et al.77 선천성 렙틴 결핍이있는 2 인간 환자에서 뇌 반응을 평가했습니다. 67 일간의 렙틴 대체 요법 전후의 음식 이미지는 주요 선조체 부위의 신경 활성화에 감쇠를 나타내 었으며, 음식 섭취 중에 생성되는 포만 신호에 대한 반응을 향상시키면서 음식 보급의 인식을 감소시켰다.77
멜라노 코르 틴 4 수용체의 돌연변이MC4R) 유전자는 인간 비만의 가장 일반적인 유전 적 원인이다.78 몇 가지 치료 옵션 (예 : 시부트라민, 세로토닌 및 노르 아드레날린 섭취 억제제)이 인체 피험자에서 MC4R 돌연변이 그러나 장기적인 체중 유지가 거의 이루어지지 않습니다.78 이종 접합체 인 10 환자에서 선조체 활성화를 비교하기위한 fMRI 데이터 사용 MC4R 결핍 및 20 컨트롤 (10 비만 및 10 린)은 MC4R 결핍은 선조체 활성화 및 음식 보상 변화와 관련이있다.79 이것은 멜라노 코르티닌 성 색조가 체중 증가와 함께 일어나는 도파민 성 변화를 조절할 수 있음을 시사합니다.
추가적인 유전 적 돌연변이, 특히 자율 신경 기능 장애, 정서적 불안정 및 자폐증 유형과 함께 과다증을 유발하는 유전 적 돌연변이는 방실 핵의 발생 및 기능에 관여하는 기본 나선 루프 - 헬릭스 전사 인자 인 단일 신경계 1와 최근 연결되었다 시상 하부의그림 5).80
비만에서 뇌 보상 경로의 약리학 적 조작은 fMRI 연구를 통해 시부트라민 섭취 후 치료 결과와 관련된 뇌 보상 시스템의 상관 관계를 조사합니다81 또는 새로운 μ-opioid 수용체 길항제.82
약물 보상과 음식 보상에 관련된 회로의 차이는 현재 제안 된 것보다 많아서 비만에 대한 연구가 필요하다. 중독성 식품의 분류는 일반적으로 도움이되지 않습니다. 오히려 다양한 표현형에서의 식사에 대한 신경의 기여를 이해하는 것이이 분야에서 진전을 이루는데 중요한 단계입니다. 행동의 이질성을 민감하고 객관적인 방식으로 정의하고 기본 행동의 생물학을 이해할 수있는 도구를 개발할 필요가 있습니다.
식량 보상의 통 제적 통제 : 통역 적용
인간의 경우, 맛있은 음식에 대한 행동은인지, 특히 집행 기능에 의해 조절됩니다. 이러한 높은 수준의 정신 기능은 먹는 행동의 자기 조절을 지원하고 배면 외 전전두엽 피질, 전두엽 피질 및 정수리 외 피질과 같은 뇌의 외측 및 등쪽 영역을 포함하는 네트워크에 매핑됩니다. 우리가 살고있는 환경은 음식물 섭취를 억제하기 위해 제한된 생리적 인 자원에 도전합니다. 일상 생활에서 중심적인 딜레마는 식욕을 돋 우고 즉각적으로 먹을 수있는 음식 섭취의 결과와 함께 자신의 내부 목표 (즉, 지식, 원칙, 또는 건강을 유지하거나 체중을 조절하는 것과 같은 행동을 유도하는 데 사용되는 규범)의 균형을 유지하는 것입니다. 이 갈등은 특히 원하거나 갈망하는 음식으로 인해 어려움을 겪습니다. 인지와 보상 사이의 상호 작용은 인간의 음식 섭취를 규제하는 기본 요소입니다.
fMRI에 대한 최근의 연구는 음식의 보상 효과를 억제하는 능력을 보여줍니다. 이 보고서는 참가자들이 그림에 표시된 맛있는 음식의 섭취를 지연 시키거나 특정 음식을 섭취하지 않는 장기적 이점에 대해 생각해 보라고 요청했을 때 실행 기능 /인지 조절과 관련된 뇌 영역 모집을 보여주었습니다.83 남성이 자발적으로 굶주림을 억제하도록 요청할 때 이러한 뇌 영역의 유사한 약혼이 나타납니다.84 음식 갈망은 갈망 관련 단서에 대한인지 적 자원의 자동적 인 방향 때문에 경쟁적인지 요구를 방해한다는 증거도있다.85 따라서 건강에 좋지 않은 음식에 대한주의 집중 편향은 시간이 지남에 따라 BMI의 증가를 예측할 수 있습니다.86
전두엽 피질의 측부 섹터의 참여는 개인의 과식 및 체중 증가 경향을 극복하기위한 보상 메커니즘의 신경 신호 일 수 있습니다. 관측 연구는 성공적인 체중 감량 유지자와 덜 성공적인 뚱뚱한 과목에서 뇌 영역에서 더 높은 활성화를 나타냈다..87,88 이 발견은 알코올 중독의 분야에서 관찰되는 것과 약간의 유사점을 공유합니다알콜 중독 환자의 1 차 친척이 건강한 개인보다 더 높은 수준에서도 안정된 전두엽 활동을 보이기 때문에.89 제한된 종단 및 실험 데이터로 인해 과식 / 비만과인지 간의 구체적인 방향성은 부분적으로 만 알려져 있습니다. 유망 연구에 따르면 실행 기능, 특히 억제 제어를 측정하는 테스트에서 성능이 저하 된 개인은 향후 체중 증가의 가능성이 더 커짐을 보여줍니다.90 그러나 추가 된 무게는 이러한 보상 메커니즘을 손상 시키거나 방해하여 악순환을 일으킬 수 있습니다. 증가하는 단면 증거는 비만 (BMI> 30kg / m2)은 실행 기능, 주의력 및 기억을 포함하여 손상된인지 능력과 관련되어 있습니다.91 휴식을 취한 뇌 관류조차도 대뇌 피질 (cingulate cortex)과 같은 실행 기능과 관련된 영역에서 BMI와 음의 상관 관계가 있습니다.92 이것은 실험적인 비만 동물 모델에도 나타납니다.67 체중 감소는 비만 (과체중이 아닌) 개인의 임원 기능과 기억의 작은 향상과 관련이 있습니다.93 신경인지 검사와 성격 문헌에 대한 축적 된 증거는식이 요법과 관련이있는 선조체 지역과 함께자가 조절을 뒷받침하는 외측 전두엽 영역이 식습관과 비만에 대한 취약성의 개인차와 관련된 중요한 신경 시스템임을 시사한다.94
인식 행동 치료,인지 훈련, 운동, 비 침습적 뇌 자극, 신경 수유 피드백,식이 변형 및 약물 치료를 비롯하여인지 조절과 관련된 뇌 영역의 활동을 향상시키기 위해 앞으로 많은 잠재적 인 전략을 사용할 수 있습니다. 이 분야는 아직 젊지 만 특정 식품이나 영양 제품이 그러한 뇌의 변화를 촉진 할 수있는 가능성이 있습니다. 신경 과학 기술은 객관적이고 민감한 정보를 제공하면서 잠재적 인 화합물이나 개입을 스크리닝하는 데 사용될 수 있습니다.
최근의 무작위 위약 대조 연구에 따르면 8 주 섭취로 외전두엽 전엽의 활성화가 증가하는 것으로 나타 났으며 이는 어린이의 docosahexaenoic acid omega-3 보충제 섭취량,95 7 일 건강한 노인 개인에 닭고기 보충제의 본질의 섭취,96 24 시간의 고 질산염 식단 (잎이 많은 녹색 채소와 근대 뿌리 주스)을 노인들에게 제공합니다.97 이 결과는 음식물 보상에 대한 통제를 촉진 할 수있는 뇌 영역에 대한 식품 및 영양소의 잠재적 조절 역할을 설명합니다. 반대로, Edwards et al.98 74 일 동안 고지방 (7 % kcal)식이 요법을 먹는 것이 좌식 남성의인지 기능을 무디게한다고보고했다. 식품 섭취에 대한인지 조절의 기여도를 높이기위한 대안 전략으로는인지 훈련과 비 침습적 뇌 자극의 조합이 있습니다.99
인지, 보상 및 항상성과 관련된 뇌 시스템 간의 상호 작용은 고립되어 발생하지 않습니다. 오히려 그것들은 환경과 그로부터 생기는 상황 적 요소들에 내포되어있다.그림 6).100 생태 학적으로 유효한 환경에서 수행 된 더 많은 연구와 실생활의 개인 - 식품 상호 작용에 가까운 측면을 통합 할 수있는 연구가 필요합니다. 예를 들어, 문화적 가치가 어떻게 음식 보상 시스템을 형성하는지에 대해서는 거의 알려지지 않았으며, 이는 아마도인지의 뇌 기질을 통해 일어날 것입니다. 문화적으로 결정된 태도와 음식에 대한 견해는 음식 보상의 처리와 표현에 영향을 줄 수 있습니다.
식품 보상 및 환경 영향에 대한인지 조절. 음식물 섭취에 대한 조절, 특히 음식 보상에 대한인지 조절의 조절 효과는 여러 수준의 환경 영향의 맥락에서 발생합니다. Gidding et al.에 따르면 (2009),100 4 수준의 영향이 있습니다. 개인 수준 (수준 1)은 가족 환경 (수준 2) 내에 중첩되어 있으며 역할 모델링, 먹이 스타일, 제공 및 음식 사용 가능성 등과 같은 요소의 영향을받습니다. 미 환경 수준 (수준 3)은 지역 환경 또는 지역 사회를 말하며 건강한 식생활을 가능하게하거나 방해하는 지역 학교, 운동장, 도보 지역 및 쇼핑 시장을 포함합니다. 매크로 환경 수준 (4 수준)은 개인의 선택에 영향을 줄 수있는 광범위한 지역, 주, 국가 및 국제 경제 및 산업 정책 및 법률을 나타냅니다. Gidding et al. (2009)100 이 모델은 서로 수준의 중첩과 수준 간의 상호 영향의 중요성을 인식한다고 명시하고 있습니다.
일반적으로이 분야는 연구실에서 클리닉으로 과학적 진보를 가져 오는 방법 론적 혁신을 보장합니다. 여기에는 휴대용, 비 침습적 도구 및 전산화 된 평가와 같은 신흥 신경 기술이 포함되어있어 먹는 행동의 핵심 신경인지 요소를 검사합니다. 이러한 방법은 건강한 식습관 및 체중 조절과 관련하여 뇌에 영양소, 식품 및 다이어트의 영향에 대한 지식 기반을 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다.
식품의 경우 "증세"를 정의 할 때의 과제
수많은 혼란의 근원은 "중독"이라는 용어와 관련이 있으며, 다음과 같은 네 가지 단어에 중점을 둡니다. 좋아함, 보상, 원하고 갈망합니다. 좋아하는 것은 자극에 대한 쾌락 적 반응 또는 즐거움으로 정의됩니다. 보상은 흔히 쾌락의 동의어로 간주되지만 행동 주의자는 그 행동을 앞선 행위를 강화시키는 것으로 정의합니다. 따라서 강화제는 의식적인 인식이나 즐거움없이 작동 할 수 있습니다 (예 : 사후 학습에서의 에너지 조절). 원하는 것은 욕망과 같습니다. 바라는 무엇인가로 넘어가는 과정에서, 물건은 보상을 물건이나 단서와 짝을 지은 결과로 인센티브를 얻었다고합니다. 갈망은 매우 강한 욕망입니다.
음식 갈망 (즉, 특정 음식을 먹고 싶은 강렬한 욕망)은 매우 일반적입니다101 반드시 병적 인 것은 아닙니다. 음식은 갈망 할만큼 맛있지 않아도됩니다. 음식 갈망은 간식 증가,식이 제한에 대한 부적합한 준수, 폭식 / 식욕 부진을 포함하여 체중 증가로 이어질 수있는 행동뿐만 아니라 높은 BMI와 상관 관계가 있습니다.102,103 대조적으로, 많은 사람들은 갈망이 "신체의 지혜"(즉, 영양 필요)를 반영한다고 믿습니다. 그러나 영양 결핍시 단조 로움이나 제한은 갈망을 불러올 수도 있습니다. Pelchat와 Shaefer에 의한 젊은 성인의 연구에서,104 피험자는 기준선보다 단조로운 조작을하는 동안 훨씬 더 많은 갈망을보고했다.
음식 갈망의 본질과 관련하여, 음식의 종류는 문화에 따라 다릅니다. 갈망을 유도하는 주요 식품 특성 (예 : 기호성, 에너지, 지방 또는 당분 함량)이 있는지 여부 또는 식품이 섭취되는 방식인지 여부는 알려져 있지 않습니다 (예 : 금지 된 것으로 인식되는 경우, 또는 간헐적으로 제한된 방식으로 소비되는 경우). 인간에 대한 제한된 액세스의 역할은 실험적으로 평가되기 시작했습니다. 예를 들어,이 메커니즘은 일본 여성들의 스시 갈망의 증가를 설명하기 위해 제안되었습니다.105 이러한 질문을 해결하는 것은 특히 중요하며 정책 (예 : 단 음료 또는 다이어트를 금지해야하는지 여부)에 영향을 미칠 수 있습니다.
독창적 인 연구는 음식 갈망을 유도하는 동안 뇌 활성화를 검사하기 위해 fMRI를 사용했습니다. Pelchat et al.106 해마, insula 및 caudate - 약물 갈망에 관여하는 3 사이트에서 변화가 일어난다는 것을 발견했다. 그러나 동일한 뇌 보상 기질에서의 활성화는 아주 정상적이며 음악과 같이 무해한 즐거운 자극에 대해 관찰 될 수 있습니다.107 뇌 활성화의 그러한 패턴은 중독을 의미하지 않습니다. 음식에 대한 두뇌 보상 경로의 활성화는 특이도가 낮은 민감한 매개 변수입니다. 왜냐하면 많은 즐거움과 동기 부여 된 행동의 원천이이 시스템의 활성화로 이어지기 때문입니다. Neuroimaging은 메커니즘을 이해하는 데 유용합니다. 그러나 중독 자체를 진단하는 것은 유효한 방법론이 아닙니다.
미국 정신과 학회 (American Psychiatric Association)는 섭식 장애 또는 약물 남용 장애로 음식 중독을인지하지 못했습니다. 그러나 DSM 기준은 식품 중독 척도로 사용되고 있습니다.108 이 조치를 수용하려면 진단이 모든 식품 또는 특정 유형의 식품에 대한 무질서한 대응인지 여부를 확인해야합니다. 또한 관용과 철수의 개념이 음식의 경우에 어떤 의미인지는 불확실합니다. 기능 장애의 한계점 또한 불분명하고 식품 및 의약품에 대해 정의되어 있지 않습니다. 궁극적으로, 식품 중독은 부적응 행동의 부정적인 결과에 근거한 진단 일 것이지만, 음식 중독 그 자체는 아무 것도 일으키지 않습니다.
결론
이 검토는 몇 가지 주요 결과를 나타냅니다. 첫째, 음식 섭취에 대한 규제는 복잡하고 환경 단서와인지, 감각, 대사, 내분비 및 신경 경로를 통한 여러 단계의 통제가 필요합니다. 식품의 보람있는 특성은 항상성 센터에서 생성 된 기본적인 포화 신호를 무시할 수 있습니다. 둘째로, 음식과 약물은 중복되는 뇌 보상 경로에 관여하며, 둘 다 도파민 방출을 유도합니다. 그러나 질적 및 양적 측면에서 근본적인 차이점이 있습니다. 일반적으로 학대받는 약물은 도파민 신호를 인위적으로 연장하지만, 맛좋은 음식 섭취는 그렇지 않습니다. 셋째, 중독은 개인의 주관적인 경험에 의해 결정됩니다. 어떤 양의 도파민 방출과 뇌 보상 시스템의 활성화는 중독을 위해 필요하거나 충분한 조건이 아닙니다. 마지막으로, 개인 경험과 유전 적 변이는 뇌가 음식의 보람있는 성질에 어떻게 반응하는지에 차이가 있다는 사실을 뒷받침합니다. 실제 생활에서 이러한 뇌 반응은 추가 요인 (예 : 보상 대안, 인식 및 환경 영향)에 의해 조절됩니다.
아래에 나열된 몇 가지 확인 된 연구 요구 사항은 최선의 협업 접근 방식에 의해 해결 될 수 있습니다.
범위 확장. 식량 보상 분야의 연구 범위는 식 행동 표현형과 뇌 / 신경인지 기반의 평가 및 식중독 표현형의 특이성과 전반적인 관련성 / 함의에 대한 검토로 확대되어야한다.
음식 대 마약 중독 메커니즘. 가능한 정보는 식품과 약물에 대한 중독과 중독의 차이점에 대한 연구의 확대로 보완되어야한다. 현재 알려진 것보다 마약 대 식품에 관련된 회로에서 더 많은 차이가있을 수 있습니다.
식량 보상은 내재적 개인의 취약성과 비교됩니다. 2 구성 요소 사이의 상호 작용과 동역학을 결정하여 고유 한 취약성 요인으로부터 음식물의 보람있는 특성을 제거해야합니다. 보람 있고 중독성있는 행동을위한 특정한 표적이 될 수있는 음식이나 음식의 특징을 식별 할 필요가 있습니다. 또는 어떤 음식이나, 아마도 더 많은 식량 성분이 "중독성"일 수 있습니까? 상황과 경험은 무엇입니까?
인간의 먹는 행동. 식습관 표현형을 포함하여 인간의 섭식 행동과 근본적인 생물의 이질성을 더 잘 정의하고 이해할 수있는 새로운 방법론과 도구가 개발되어야합니다. 이러한 방법은 재현 가능하고 타당한 정보를 제공해야합니다. 특히, 먹는 경우 충동 적 행동에서 중독성 행동으로 전환을 구분할 수있는 새로운 마커를 확인하고 개발하는 것이 필요합니다.
용어 및 통계의 명확화. 인간의 식습관 행동의 다양성을 설명하기위한 의미, 정의 및 척도의보다 나은 일치와 조화가 필요합니다. 특히, DSM-5에 표시된 중독 개념과 정의가 어떻게 명확히 할 필요가 있습니다 (그림 3)14 식품에 적용될 수 있거나 적용되어야한다. 이는 검증 된 측정 기준에 동의하지 않을 경우 식품 및 / 또는 기타 물질의 오식을 방지하기 위해 필요합니다. DSM-5 정의가 모든 음식에 대한 무질서한 반응에 해당하는지, 특정 유형의 음식 또는 성분에 해당하는지 명확하게 밝혀야합니다. 또한 음식의 경우 관용과 철수의 개념이 의미하는 바는 불확실합니다. 건강상의 문제 (예 : 비만)와 관련이있는 것처럼 기능 장애의 한계도 불분명하고 정의되어 있지 않습니다.
과식의 병인학, 인과 관계 및 유지. 과식으로 이어지는 병인 과정의 인과 관계를 알려주는 연구와 인간을 유지하는 유지 과정을 수행해야한다. 도파민 반응과 뇌 보상 시스템 활성화의 정확한 시간 경과를 밝히기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 무작위 통제 시험과 같은 실험적 연구는 음식 중독 및 / 또는 비만이 보상 값의 변화를 일으키는 지 또는 그 반대인지를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.
식량 보상 시스템의 진화. 이러한 맥락에서 음식 보상의 진화 적 측면에 대한 더 깊은 이해가 필요합니다. 인간의 보상 체계가 식품에 대한 기대와 반응으로 진화하여 생존을 유지 했습니까? 아니면 식품 환경에 의해 형성되었거나 변형 되었습니까?
마지막으로 인간 먹는 행동의 neurocognitive 구성 요소를 더 잘 평가할 수있는 혁신적인 방법이 필요합니다. 이 분야의 새로운 방법 개발은 발견을 향상시키고 궁극적으로 두뇌에 영양소, 식품 및 다이어트의 영향에 대한 지식 기반을 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 저해 메커니즘을 자극하고 활성화 메커니즘을 억제하는 새로운 방법의 기반을 제공하여 식량과 영양, 의약 및 공중 보건 분야에 잠재적 인 영향을 미친다.
감사의
국제 생명 과학 연구소의 북미 지부 (ILSI 북미)는 5 월 9, 2013, Charles Sumner 학교 박물관 및 워싱턴 DC의 기록 보관소에서 "Human Food Reward System에 관한 현재의 견해에 대한 자료 워크샵"을 소집했습니다. . 이 기사에서는 발표자가 작성한 프레젠테이션을 요약하고 각 프레젠테이션의 내용은 각 저자의 견해를 반영합니다. 저자는 Meg Bouvier Medical Writing의 Rita Buckley, Christina West 및 Margaret Bouvier에게 워크샵 프로그램 기획위원회에서 봉사하는 미국 농무부 농업 연구청 (Agricultural Research Service)의 원고 개발 담당 편집자 서비스 및 David Klurfeld에게 감사를 전합니다. 저자는 ILSI 북미의 Eric Hentges와 Heather Steele에게 워크숍 계획 및이 작업에 대한 의견을 보내 주셔서 감사드립니다.
자금. 워크샵은 미 농무부 / 농업 연구원, ILSI 북미, Monell Chemical Senses Center 및 Purdue University Ingestive Behavior Research Center에서 후원했습니다. 워크샵에 참가하고이 기사에 기고 한 편집 서비스 및 연사를위한 기금은 ILSI 북미 지역에서 제공되었습니다.
관심 선언. MA-A. Ajinomoto와 Rippe Lifestyle Institute의 연구 지원을 받고 Wrigley와 ILSI North America의 과학 고문입니다. GKB는 ILSI 북미 이사회에 있습니다.
- © 저자 2015. 국제 생명 과학 연구소 (International Life Sciences Institute)를 대표하여 옥스퍼드 대학 출판부에서 발행.
이것은 크리에이티브 커먼즈 저작자 표시 라이센스 조건에 따라 배포되는 개방형 액세스 아티클입니다 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), 원본 저작물을 적절히 인용 한 경우 모든 매체에서 제한없이 재사용, 배포 및 복제 할 수 있습니다.
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