코멘트 : 연구는 비만 한 사람의 감작과 hypofrontality를 보여줍니다. 둘 다 중독과 관련된 두뇌 변화의 특징입니다.
중뇌 (A)에서 꼬리 핵의 포도당 대사는 비만 한 사람 대 희박한 사람 (B)에서 유의하게 높았다.
대부분의 서방 국가에서 매년 비만의 유병률과 중증도가 증가하고 있습니다. 비만은 일반적으로 과도한 에너지 섭취로 인해 발생하지만, 현재 일부 사람들이 과식하고 체중을 늘리는 경향이 있는지 분명하지 않습니다.
중추 신경계는 굶주림 신호 처리 및 음식 섭취 조절에 밀접하게 관련되어 있기 때문에 체중 증가 및 비만의 원인이 뇌에 존재할 가능성이 있습니다.
투르 쿠 대학교 (University of Turku)와 알토 대학 (Aalto University)의 연구원은 이제 비만에서 뇌의 역할에 대한 새로운 증거를 발견했다. 연구진은 기능을 측정했다. 뇌 회로 여러 뇌 영상 기법에 관여합니다.
결과는 비만 대 마른 개인에서 뇌 포도당 대사가 보상 처리에 관여하는 뇌의 선조체 영역에서 상당히 더 높았다는 것을 보여주었습니다. 또한, 비만인 개인의 보상 체계는 음식 사진에 더 강하게 반응하는 반면,인지 제어와 관련된 전두엽 피질 영역의 반응은 약화되었습니다..
"결과는 비만인 개인의 뇌가 신체가 추가 에너지 섭취를 필요로하지 않는 경우에도 식사를 촉진하는 신호를 지속적으로 생성 할 수 있음을 시사합니다.”라고 투르 쿠 대학의 Lauri Nummenmaa 겸임 교수는 말합니다.
“결과는 비만과 체중 증가에서 뇌의 역할을 강조합니다. 그 결과는 현재의 비만 모델뿐만 아니라 비만의 약리학 적 및 심리적 치료법 개발에도 큰 영향을 미칩니다.”라고 Nummenmaa는 말합니다.
참가자는 병적으로 비만 한 사람과 건강하고 건강한 사람이었습니다. 그들의 두뇌 포도당 대사 양전자로 측정 방출 단층 촬영 시체가 인슐린 신호 전달 측면에서 포화 상태에있는 동안. 뇌 반응 식품의 사진까지 기능성 자기 공명 영상.
이 연구는 핀란드 아카데미, 투르 쿠 대학교 병원, 투르 쿠 대학교, Åbo Akademi University 및 Aalto University에서 지원합니다.
결과는 1 월 27th, 2012 과학 저널 PLoS ONE에 발표되었습니다.
연구 : 비장에서의 Striatum과 그 Limbic Connectivity는 비정상적 예측 보상 처리를 중재한다.
라 우리 Nummenmaa, 유시 Hirvonen, Jarna C. Hannukainen 하이디 Immonen 마르쿠스 M. Lindroos, 폴리나 살미넨, Pirjo Nuutila .. 인 PLoS ONE, 2012; 7 (2) : e31089 DOI : 10.1371 / journal.pone.0031089
추상
비만은 보상 회로를 찾는 뇌 회로와인지 조절을 지배하는 회로에서 불균형이 특징입니다. 여기에서 우리는 배 쪽 꼬리 핵과 편도선, insula 및 전두엽 피질과의 연결이 비만의 비정상적인 보상 처리에 기여한다는 것을 보여줍니다. 우리는 (N = 19) 16- [2F] 플루오 18 옥시 글루코오스 피험자 ([병적 비만 역내 뇌 당 흡수를 측정 하였다 (N = 2) 및 가중 정상18F) FDG) 양전자 방출 단층 촬영 (PET)을 euglycemic 고 인슐린 혈증과 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)으로 보았을 때 예상 음식 보상은 식욕을 돋 우고 맛없는 음식 그림을 반복적으로 제시함으로써 유발되었다. 첫째, 우리는 정상적인 체중과 비교하여 비만에서 배측 꼬리 핵의 포도당 섭취율이 높다는 것을 발견했다. 둘째, 비만인 피험자는 fMRI에서 식욕을 유발하는 음식과 부드러운 음식을 보는 동안 꼬리 핵에서 증가 된 혈류 역학적 반응을 보였다. caudate는 정상 체중 군과 비만군 군에서 편도체 및 insula와 함께 업무 관련 기능이 향상되었다. 마지막으로, 비만 한 피험자는 정상 체중 피험자보다 배측 외측 및 외측 두부 피질에 대한 식욕 돋우는 것에 비해 작은 반응을 보였고, 외측 외전 두 피질을 활성화시키지 못한 것은 등쪽 꼬리 핵에서 높은 포도당 대사와 관련이 있었다. 이러한 결과는 비만에서 외부 음식 단서에 대한 민감성이 증가하면 비정상적인 자극 - 반응 학습과 뒷쪽 꼬리 핵에 의해 뒷받침되는 인센티브 동기 부여가 포함될 수 있으며 이는 차례로 편도 및 뇌 섬엽으로부터의 비정상적으로 높은 입력 및 전두엽 피질 영역. 보상 회로의 응답 성과 상호 연결성에서의 이러한 기능적 변화는 비만 과식을 설명하는 중요한 메커니즘 일 수 있습니다.
인용 : Nummenmaa L, Hirvonen J, Hannukainen JC, Immonen H, Lindroos MM, 외. (2012) 등쪽 Striatum과 그것의 무기력 연결성은 비만에있는 예기 된 보상 사례금을 중재한다. PLoS ONE 7 (2) : e31089. doi : 10.1371 / journal.pone.0031089
에디터 : 루이지애나 주립 대학 보건 과학 센터 야 플링 탕 (Ya-Ping Tang)
수신 : 8 월 19, 2011; 수락 : 1 월 2, 2012; 게시 : 2 월 3, 2012
저작권 : © 2012 Nummenmaa et al. 이것은 크리에이티브 커먼즈 저작자 표시 라이센스 (Creative Commons Attribution License)의 조건에 따라 배포되는 오픈 액세스 아티클로 원작자와 출처가 인정되는 한 모든 매체에서 무제한 사용, 배포 및 복제가 가능합니다.
기금 : 이 작품은 핀란드 아카데미에서 지원되었습니다 (교부금 #256147 및 #251125 http://www.aka.fi)에서 LN까지, Aalto University (AivoAALTO Grant, http://www.aalto.fi) Sigrid 주 슬리 우스 재단 (www.sigridjuselius.fi/foundation) 투르 쿠 대학교 병원 (EVO 교부금 http://www.tyks.fi). 재단 기금은 연구 설계, 데이터 수집 및 분석, 출판 결정 또는 원고 작성에 아무런 역할을하지 못했습니다.
경쟁 관심: 저자는 경쟁적 이익이 없다고 선언했다.
개요
대부분의 서방 국가에서 매년 비만의 유병률과 중증도가 증가하고 있습니다 [1]. 맛있은 음식의 무제한 가용성은 비만을 촉진시키는 가장 명백한 환경 요인입니다 [2], 식품 부족 상태에서 높은 당분 및 지방 섭취량을 통해 에너지를 급속하게 섭취하는 유전자는 고열량 음식이 유비쿼터스로 제공되는 현대 사회에서 책임이되었습니다. 현재의 비만 전염병과 싸우려면 음식 소비가 추구되거나 억제되는지 여부를 결정하는 요인을 이해하는 것이 필수적입니다. 먹는 것은 영양소를 제공하지만 강렬한 기분과 즐거움을 유발하기 때문에 강화 작용이 강합니다. 비교 연구에 따르면 피질 (편도, 시상 하부, 선조체)와 전두엽 (전 운동 륜, 전두 운동 궤양 및 내측 전두엽) 영역을 포함하는 상호 연결된 보상 회로가 식욕 행동을 유도하는 데 중요한 역할을한다는 것이 입증되었습니다 [3], [4], [5]. 인간의 기능 영상 연구는 보상 회로의 하위 구성 요소가 식품 사진과 같은 외부 음식 단서의 처리에 기여한다는 것을 보여주었습니다 [6], [7], [8], [9], 그리고 보상 회로의 기능 장애도 비만과 약물 중독과 관련이있다. [2], [10], [11], [12], [13], [14]. 현재 연구에서 우리는 토닉 활동, 지역 반응 및 보상 회로의 상호 연결이 과식과 비만을 설명하는 중요한 메커니즘 일 수있는 방법을 보여줍니다.
탁월한 음식은 강한 동기 부여 능력을 가지고 있습니다. 맛있는 케이크 또는 우리가 가장 좋아하는 음식의 냄새를 한눈에 볼 수있는 강한 충동이 유발 될 수 있으며 이러한 단서에 노출되면 생리학 포만 신호를 무시하고 음식 소비를 유발할 수 있습니다 [15]. 따라서 과식은 보상 회로와 보상 추구를 저해하는 네트워크 사이의 균형에 달려있다. 예를 들어, 외측 전전 두 피질 [16], [17], [18]. 인간의 이미징 연구에서 나온 현존하는 문헌에 비만은 이러한 시스템의 불균형에 의해 특징 지어진다. 즉, 보상 회로는 비만에 대한 기대에 보상을 줄 수 없으며 억제 네트워크는 보상 회로를 제어하지 못할 수도있다 [2], [10], [11], [12], [13], [14], [19]. 음식에 대한 보상 회로의 반응에는 개인차가 크며 이는 과식과 비만에 기여하는 중요한 요소가 될 수 있습니다. [2]. 성격 특성 보상은식이 요법과 몸무게와 관련이 있습니다. [20], fMRI 연구에 따르면 정상 체중 개인의 식욕을 돋우는 음식 사진에 대한 복부 선조체의 반응도 예측합니다. [21]. 유사하게, 외부 음식 단서에 대한자가보고 민감도는 보상 회로의 상호 연결성과 양의 상관 관계가있다 [22]. 이러한 결과에 따라 fMRI 연구에 따르면 비만인의 보상 회로가 단순한 음식의 시력에 과민 반응을 일으키는 것으로 확인되었습니다. 비만인들은 편도체, 꼬리 핵 (caudate nucleus) 및 전과부 피질 (anterior singulate cortex)에서 음식 그림에 대한 상승 된 반응을 나타낸다 [10], [19], 도파민 성 보상 회로의 과도한 작용으로 비만 한 사람이 과식하기 쉬운 경향이 있다고 제안되어왔다. PET 연구는 약물 남용과 과도한 식품 섭취의 메커니즘에서 도파민 성 공통점을 입증하여 적어도 일부 경우에는 비만이 '식품 중독'으로 특징 지어 질 수 있음을 시사한다. 중뇌의 도파민 성 (dopaminergic) 보상 경로는 음식과 약물 소비를 조절한다. [23] 특히 음식과 마약 갈망의 감각을 일으킴으로써 [24], 마약과 음식 모두는 변연계에서 도파민을 증가시킴으로써 보강 효과를 발휘한다. 중독성 장애를 가진 환자는 기저로 낮은 기준 D2 수용체 (D2R) 밀도와 약물 남용 약물 투여 후 둔화 된 도파민 방출을 감소시킨다. 약물 남용과 마찬가지로, 음식 섭취는 건강한 피험자의 등쪽 줄무늬 체에서의 도파민 방출과 관련이 있으며, 도파민 방출량은 음식 즐거움 평가와 양의 상관 관계가 있습니다 [12]. 중독성 장애가있는 환자와 마찬가지로, 비만 한 대상자는 기준선 선조체 D2R 농도는 BMI에 방향성이있다. [11].
비록 보상 회로의 감도 변화가 비만을 설명하는 중요한 요소 일지 모르지만, 보상 회로가 비만 한 사람들에게 식품 관련 선행 보상 기능에 얼마나 기여하는지는 여전히 파악하기 어렵다. 첫째, 정상 체중 및 비만 환자의 식품에 대한 보상 회로 반응의 상승에 대한 이전 시연 [10], [19] 두뇌에있는 보상 회로의 토닉 baseline 활동에있는 다름을 언급하지 않았다. 전두엽 피질에서 음의 낮은 포도당 대사는 낮은 선조체 도파민 D를 예측합니다2 비만 환자의 수용체 밀도 – 조절 장애 보상 회로의 특징 – [17]. 그러나, 예상 보상을 처리하는 신경 회로망의 강장제 활성이 외부 식품 단서에 대한 기능적 반응을 예측하는지는 알려져 있지 않다. 둘째, 소수의 연구 만이 비만이 보상 회로의 기능적 연결성을 변화시키는 지 여부를 테스트하기위한 시스템 차원의 접근법을 취했다. 건강한 인간에 대한 최근의 이미징 연구에서 인간 보상 회로 내의 연결성은 외부 음식 단서에 대한 개별 민감도에 의존한다는 것을 보여 주었지만 [22]비만 및 정상 체중 개인과 관련된 또 다른 연구는 비만이 편도체에서 안와 상피 피질 (OFC) 로의 결핍 된 기능적 연결과 관련이 있으며 OFC에서 복부 줄무늬까지의 연결성이 높다는 결론을 내렸다 [25]. 그러나 이러한 기능적 변화를 일으키는 정확한 신경 메커니즘은 아직 알려지지 않았습니다.
이 연구에서 우리는 다중 모달 뇌 영상을 [18F] 식욕을 돋우는 음식과 희박한 음식 그림의 프리젠 테이션에 의해 유도 된 예상 보상을 포함하는 fMRI 실험을 이용한 FDG PET. 참가자들에게 실제로 보상이 주어지지는 않았지만, 보상과 같은 목표가 실제로 복부 striatum에서 보상 기대 반응을 유도한다는 것과 같이 실제로 보상이 주어지지 않더라도 간결성을 위해 '예상 보상'이라는 용어를 사용한다는 점에 유의하십시오. 배달 된 [21]. 글루코스 이용률은 스파이크 빈도와 밀접하게 관련되어 있다는 것이 확인되었습니다 [26]따라서 포도당 신진 대사 속도는 휴식 중 뇌의 토닉 기저 활성화를 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 뇌척수 처리 된 고 인슐린 혈전증 [27] PET 스캔 동안 우리는 인슐린 신호의 측면에서 신체가 포화 상태에있는 상황에서 비만과 정상 체중 개인의 뇌 포도당 대사를 비교할 수있었습니다. fMRI 실험을 통해 우리는 식욕을 돋우는 음식과 단조로운 음식을 보는 동안 지역 뇌 반응과 보상 회로의 효과적인 연결성 측면에서 비만 및 정상 체중 개인이 다른지 비교할 수있었습니다. 마지막으로 PET와 fMRI 데이터를 결합하여 PET 스캔에서 파생 된 지역적 포도당 대사율 (GMR)을 사용하여 fMRI 실험에서 식욕을 돋우는 음식에 대한 뇌 반응을 예측할 수있었습니다.
재료 및 방법
참가자
남서 핀란드 병원 지역 윤리위원회는 연구 프로토콜을 승인했으며 모든 참가자는 윤리위원회에서 승인하고 정보에 입각 한 동의서에 서명했습니다. 이 연구는 헬싱키 선언에 따라 수행되었습니다. 표 1 참가자 요약을 제공합니다. 비만군은 19 명의 신경 학적으로 손상되지 않은 병적으로 뚱뚱한 사람들 (MBMI = 43.87, SDBMI = 6.60). 그 중 5 명은 경구 용 당뇨병 치료제를 사용했으며 PET 연구에서 제외되었습니다. 신경 학적으로 정상인 16 명의 자원자가 대조군 (MBMI = 24.10, SDBMI = 2.07), 연령, 신장 및 고혈압 지수 (혈압)와 관련하여 환자와 일치 하였다. 섭식 장애, 심한 정신 질환 및 약물 남용은 모든 참가자에게 배제 기준이었다. 한 명의 정상 체중 환자는 과도한 두부 운동으로 인해 fMRI 데이터 분석에서 제외되었다.
테이블 1. 참가자의 특성.
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.t001
행동 측정
실험에 앞서 참가자들은 시각적 아날로그 스케일을 사용하여 기아에 대한 느낌을 평가했습니다. fMRI 실험 후 참가자들은 자기 평가 마네킹을 사용하여 컴퓨터에서 실험 자극의가 (쾌적함과 불쾌감)을 평가했습니다. [28] 1 (불쾌한)에서 9 (즐거운)까지의 척도가 있습니다.
PET 취득 및 분석
연구는 12 시간의 금식 후에 수행되었습니다. 대상자들은 카페인 함유 음료를 삼가고 PET 연구를하기 전에 24 시간을 흡연하지 않았습니다. 어떤 종류의 격렬한 신체 활동도 전날 저녁부터 금지되었습니다. 두개의 카테터를 식염수, 인슐린, 포도당 주입 용 및 방사성 추적자 주입 용으로,18F] FDG, 동맥혈 샘플링을 위해 반대편 온난화 된 팔에 또 다른 혈액을 공급한다. euglycemic 고 인슐린 클램프 기법은 이전에 설명한대로 사용되었다 [27]. 인슐린 주입 속도는 1 mU · kg- 1 · 분- 1 (Actrapid, Novo Nordisk, 코펜하겐, 덴마크). 고 인슐린 혈증 동안, 20 % 포도당을 정맥 내 주입하여 혈당을 유지시켰다. 포도당 주입 속도는 동맥혈에서 5-10 분마다 측정 한 혈장 포도당 농도에 따라 조정되었습니다. Euglycemic 고 인슐린 클램프의 시점 100 + -10 분에 [18F] FDG (189 ± 9 MBq)를 40 초에 정맥 주사하고 40 분 (4 • 30 s, 3 • 60 s, 7 • 300 s)에 대한 동적 뇌 스캔을 시작했다. 스캔하는 동안 동맥혈 샘플을 방사능 분석을 위해 그렸습니다. 4.25 mm 해상도의 GE Advance PET 스캐너 (General Electric Medical Systems, Milwaukee, WI, USA)를 PET 연구에 사용했다 [29], [30]. [18F] FDG를 전술 한 바와 같이 합성 하였다 [31]. 혈장 방사능을 자동 감마 카운터 (Wizard 1480 3 ", Wallac, Turku, Finland)로 측정 하였다.
이전에 기술 된 바와 같이 동적 PET 스캔과는 별도로 각 포도당에 대한 대뇌 포도당 섭취율을 측정 하였다 [29], [30]단, 0.8의 일괄 상수가 사용되었다는 점을 제외하고는 [32]. 파라 메트릭 포도당 신진 대사 이미지의 표준화 및 통계 분석은 SPM 5 소프트웨어 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). 파라 메트릭 이미지는 선형 및 비선형 변환을 사용하여 MNI 공간에서 사내 포도당 대사 템플릿으로 정규화되고 FWHM 10mm의 가우시안 커널로 평활화되었습니다. 정규화 된 매개 변수 이미지에 대한 간단한 t- 대비를 사용하여 포도당 대사의 그룹 차이를 분석했습니다. 통계 임계 값은 수정되지 않은 p <.001로 설정되었으며 최소 클러스터 크기는 100 개의 연속 복셀입니다. PET 데이터의 SVC (Small Volume Correction)의 경우, 보상 시스템 (꼬리 핵, 편도체, 시상, 인 슐라 및 안와 전두 피질) 내에서 사전 관심 영역을 해부학 적으로 정의했으며 WFU 피카 틀 라스를 사용하여 정의했습니다. [33] 및 AAL [34] 아틀라스.
fMRI를위한 실험적 설계
자극과 디자인은 다음과 같이 요약됩니다. 그림 1. 자극은 식욕을 돋 우는 음식 (예 : 초콜릿, 피자, 스테이크), 평범한 음식 (예 : 렌즈 콩, 양배추, 크래커) 및 평균 광도, RMS 대비 및 저급 시각적 특징과 관련하여 일치 된 자동차의 풀 컬러 사진을 디지털화 한 것입니다 에너지. 독립적 인 29 건강한 자원 봉사자 샘플은 SAM과 함께 자극의 원자가 (불쾌감 대 쾌활함)를 평가했습니다. 원자가 등급 분석 (M식욕을 돋우는 = 6.64, M온화한 = 3.93, M자동차 = 4.41) 식욕을 돋우는 음식이 순한 음식보다 더 쾌적하다고 평가됨, t (28) = 10.97, p <.001, 자동차, t (28) = 7.52, p <.001, 차이가 없음 단조로운 음식과 자동차의 즐거움에서 t (28) = 1.19.
그림 1. fMRI에 대한 실험적 설계 및 사용 된 자극의 예.
참가자들은 식욕을 자극하는 음식, 자동차 및 부드러운 음식의 15.75 신기원을 번갈아 보았습니다. 각시기는 세 번의 null 이벤트와 의사 랜덤하게 혼합 된 여섯 개의 실험 자극으로 구성되었습니다.
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.g001
검사를받는 동안 피험자는 세 가지 null 이벤트가 혼합 된 한 카테고리 (식욕을 돋우는 음식, 부드러운 음식 또는 자동차)에서 6 가지 자극을 포함하는 15.75 초 신기원을 교대로 보았습니다. 음식 이미지의 암시 적 처리를 연구하기 위해 간단한 자극 표시 기간과 자극의 쾌락 적 가치와 관련이없는 행동 과제를 사용했습니다. 하나의 시험은 자극 이미지의 1000 ms 프리젠 테이션과 저 대비 중앙 십자가 (750 ms). Null 이벤트는 낮은 콘트라스트 십자가의 1750 ms 프리젠 테이션으로 구성됩니다. 음식과 자동차의 자극은 화면의 왼쪽이나 오른쪽으로 약간 옮겨졌고 참가자는 자극이 제시된 측면에 따라 왼쪽 또는 오른쪽 버튼을 누르라는 지시를 받았다. 널 재판에서 응답이 요구되지 않았습니다. 각 신기원 중 자극의 순서는 시험 유형 (자극 또는 무효)에 대해 의사 무작위 배정되어 같은 유형의 3 회의 연속 시도가 없었다. 이 의사 무작위 화는 순진한 참가자의 자극 발생의 예측 불가능 성을 유지하면서 설계 효율을 향상 시켰습니다. [35]. 자극의 시야는 무작위 적으로 완전히 평형을 이룹니다. 전체적으로 72 식욕을 자극하는 음식 시련 (12 시대), 72 희박한 음식 시련 (12 시대) 및 144 자동차 시연 (24 시대)이있었습니다. 디자인의 힘을 극대화하고 식욕을 돋우는 음식을 볼 때의 이월 효과를 방지하기 위해 자극시기는 차가운 자극기가 항상 식욕을 자극하는시기와 자극이없는시기 사이에 표시되도록 고정되었습니다. 작업의 시작시기는 참가자들간에 균형을 이루었습니다. 총 작업 시간은 14 분입니다. 참가자들은 fMRI 실험을 시작하기 전에 스캐너 외부의 작업을 연습했습니다.
fMRI 수집 및 분석
스캔 세션은 오전 또는 정오 (9 am-2 pm) 전후로 진행되었습니다. 참가자는 스캐닝을하기 전에 적어도 3 시간 동안 물만 먹고 마시는 것을 삼가도록 지시 받았습니다. MR 이미징은 Turku PET 센터에서 Philips Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova Dual 스캐너를 사용하여 수행되었습니다. 고해상도 해부학 이미지 (1 mm3 해상도)는 T1 가중 시퀀스 (TR 25 ms, TE 4.6 ms, 플립 각도 30 °, 스캔 시간 376 s)를 사용하여 수집되었습니다. 전체 뇌 기능 데이터는 혈액 - 산소 - 수준 의존성 (BOLD) 신호 대비에 민감한 에코 - 평면 이미징 (EPI) 시퀀스로 획득되었다 (TR = 3000 ms, TE = 50 ms, 90 ° 플립 각, 192 mm FOV, 64 × 64 매트릭스, 62.5 kHz 대역폭, 4.0 mm 슬라이스 두께, 슬라이스 간 0.5 mm 간격, 오름차순으로 획득 한 30 인터리브 슬라이스). 총 270 기능적 부피를 얻었고 첫 번째 5 부피는 평형 효과를 허용하기 위해 버려졌습니다. SPM5 소프트웨어를 사용하여 데이터를 사전 처리하고 분석했습니다 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). EPI 이미지는 슬라이스 시간 차이를 보정하기 위해 시간에 sinc 보간되고 헤드 움직임을 보정하기 위해 강체 변형에 의해 첫 번째 스캔에 다시 정렬되었습니다. EPI와 구조 이미지는 선형 및 비선형 변환을 사용하여 MNI 공간 (몬트리올 신경 학회 (MNI) - 국제 컨소시엄 브레인 매핑)의 T1 표준 템플리트에 맞춰 코어 화되고 정규화되었으며 FWHM 8-mm의 가우스 커널로 부드럽게 처리되었습니다.
지역 효과 분석
전체 뇌 무작위 효과 모델은 128 단계 프로세스 (1 단계 및 05 단계)를 사용하여 구현되었습니다. 이 무작위 효과 분석은 개체 간 분산을 기반으로 효과를 평가하여 참가자가 도출 된 모집단에 대한 추론을 허용했습니다. 각 참가자에 대해 GLM을 사용하여 BOLD 활성화 지수에 대한 작업 매개 변수의 지역적 영향을 평가했습니다. 모델에는 모션 관련 분산을 설명하기 위해 세 가지 실험 조건 (식욕을 돋우는 음식, 부드러운 음식 및 자동차) 및 관심없는 효과 (재정렬 매개 변수)가 포함되었습니다. 저주파 신호 드리프트는 고역 통과 필터 (컷오프 005 초)를 사용하여 제거되었고 AR (20) 시간적 자기 상관 모델링이 적용되었습니다. 개별 대비 이미지는 식욕을 돋우는 부드러운 음식과 음식의 주요 효과 (즉, 다른 관심 효과에 대한 식욕을 돋우는 음식과 부드러운 음식)를 사용하여 생성되었습니다. 두 번째 수준의 분석에서는 새로운 GLM에서 이러한 대비 이미지를 사용하고 통계 이미지, 즉 SPM-t 맵을 생성했습니다. 첫 번째 수준에서 균형 잡힌 설계 (즉, 각 주제에 대한 유사한 이벤트, 유사한 숫자)를 사용하는이 두 번째 수준 분석은 주제 내 및 주제 간의 차이를 모두 포함하여 실제 혼합 효과 설계에 근접합니다. 초기 분석은 p <.XNUMX에서 엄격한 거짓 발견 률 (FDR) 보정을 적용했을 때 두 번째 수준의 그룹 간 대비가 유의하지 않은 것으로 나타났습니다. 따라서 통계 임계 값은 수정되지 않은 p <.XNUMX로 설정되었으며 그룹 간 비교를위한 최소 클러스터 크기는 XNUMX 개의 연속 복셀입니다.
일반 선형 모델 (GLM)에서의 Psychophysiological interaction (PPI)
두 뇌 영역 간의 생리 학적 연결성은 심리적 맥락의 함수로 다양 할 수 있습니다 [36] Psychophysiological Interaction (PPI)로 알려져 있습니다. PPI는 작업 관련 공분산의 문맥 변조에 민감한 일반 선형 모델로 식별 할 수 있습니다. 동적 인 캐주얼 모델링이나 네트워크 연결성의 구조 방정식 모델링과 달리 PPI는 특정 해부 모형을 필요로하지 않습니다. 오히려 '소스'영역으로 시작하여 뇌의 다른 '대상'보셀 / 클러스터를 식별합니다.이 소스는 컨텍스트에 종속적 인 연결성을가집니다. 대상 지역은 작업 또는 컨텍스트와의 상관 관계가 아니라 이러한 요인 간의 상호 작용과 관련이 있습니다. 중요한 PPI는 그 자체로 원천과 표적 부위 사이의 인과 관계의 방향 또는 신경 화학적 성질을 나타내지는 않으며, 연결성이 단일 또는 다중 - 시냅스 연결에 의해 매개되는지 또는 신기원에서 신기원으로의 구조적 신경 생식의 변화를 나타내지는 않는다. 그러나 그들은 지역 시스템 간의 상호 작용을 나타내며, PPI 결과는 동적 인과 관계 모델링과 같은 다른 연결 방법과 일치한다 [37].
오른쪽 caudate 핵은 식욕을 돋우는 식욕 률이없는 음식 대조군에 대한 연결 분석을위한 소스 영역으로 사용되었습니다. PET 데이터 분석 (아래 참조)에서 두 번째 수준의 비만 대 정상 체중 대조의이 영역에 대한 전역 최대치 (2, 8, 4)를 사용하여 소스 영역의 중심에 대한 통계적으로 독립적 인 추정치를 도출했습니다. 이것은 소스 영역 선택에서 '이중 침지'를 효과적으로 방지합니다. [38]이론적으로는 PET와 fMRI 데이터의 그럴듯한 통합을 가능하게했다. 이 위치에서 반경 10의 구형 ROI가 생성되었습니다. 각 참가자의 시계열은 ROI에서 모든 복셀 시간 계열의 첫 번째 고유 진동수를 사용하여 계산되었습니다. 이 BOLD 시계열은 SPM5의 PPI- deconvolution 매개 변수 기본값을 사용하여이 영역에 대한 '연결 시간 계열'을 추정하기 위해 역 분개되었습니다 [39]. 정신 생리학 적 상호 작용 기간 (PPI Regressor)은 ROI 신경 시간 시계열과 과제의 주요 효과 (즉 식욕을 돋우기위한 1, 연약한 음식에 대한 -1)에 대한 요소 별 제품으로 계산되었습니다. 이 제품은 표준 역학 반응 함수 (hrf)에 의해 재 컨벌루션되었습니다. 모델에는 또한 hrf에 의해 컨벌루션 된 태스크의 주 효과, 각 소스에 대한 '연결 시간 시리즈'및 관심 회귀 효과가없는 회귀 변수가 포함됩니다. 주제 별 PPI 모델 [36] 양성 및 음성 PPI에 대해 대조 영상이 생성되었다. 이 전뇌 분석을 통해 확인 된 지역은 상황에 따라 소스 지역과의 연결성이 크게 또는 덜 변화합니다 (예 : 식욕을 자극하는 음식 대 미각 음식). 그런 다음 대비 이미지를 두 번째 수준의 GLM 분석으로 입력하여 관심있는 대비 및 Gaussian Random Field 이론을 사용하여 생성 된 SPM t- 맵을 사용하여 통계적 추론을 수행했습니다.
결과
행동 측정
자극 원자가 등급은 3 (자극 : 식욕을 자극하는 음식 대 약한 음식 대 자동차) × 2 (그룹 : 비만 vs. 정상 - 무게) 혼합 ANOVA로 분석되었습니다. 이는 원자가 등급이 자극 카테고리에 따라 크게 다르다는 것을 보여 주었다. F (2,60) = 6.01, p = .004, ηp2 = .17, 그러나 비만 및 정상 체중 그룹에서 유사했습니다 (F = 1.46). Bonferronni 수정과의 다중 비교 결과, 참가자들은 식욕을 돋우는 음식이 순한 음식, t (31) = 4.67, p <.001 또는 자동차, t (31) = 2.76, p = .01보다 더 즐겁다 고 평가했지만, 순한 평가는하지 않았습니다. 자동차보다 더 즐거운 음식, t (31) = .41. 기아 등급도 환자와 대조군에서 동일했습니다 (p> .05).
두뇌 포도당 대사
비만 환자는 정상 체중 군 (X = 4, Y = 8, Z = 4, T = 3.97, p = .03, SVC)보다 우측 꼬리 핵에서 포도당 대사가 유의하게 높았다그림 2), 다른 선험적 인 관심 영역 (편도체, 시상, insula, 또는 orbitofrontal 피질)에서 아닙니다.
그림 2. euglycemic hyperinsulinemia 동안 2- [18F] FDG를 이용한 PET 검사는 우측 꼬리 핵의 포도당 대사율 (GMR, μmol / 100 g * min)X = 4, Y = 8, Z = 4)은 정상 체중 환자보다 비만 환자에서 유의하게 높았다 (p<.05, SVC).
패널 A는 그룹 간 효과의 통계적 매개 변수지도를 보여주고, 패널 B는 꼬리 핵의 주제별 GMR 값을 보여줍니다.
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.g002
fMRI의 지역적 영향
모든 피험자에 걸쳐 식욕을 자극하는 것과 대조적으로 자극적 인 음식을 대조하여 보상 회로를 강력하게 활성화했습니다. 활성화 전은 내측 전전두엽 피질, 전엽 피질 회, 우측 복부 선조체, 양측 후부 뇌 섬엽, 후부 cingulate gyrus와 precuneus에서 관찰되었다그림 3, 표 2). 그러나 그룹 간 분석 결과, 예상 보상에 대한 코딩은 비만에 달려 있음이 밝혀졌습니다. 모든 음식에 대한 반응 (식욕을 돋우고 가벼움)은 왼쪽 편도선, 해마, 후부 대뇌 피질 및 방추형 이이뿐만 아니라 우측 체 감각 피질에서 정상 체중 군보다 비만군에서 높았다. 그러나, 좌측 상부 전두엽의 정상 체중 군보다 비만군에서의 반응이 낮았다. 표 3 이러한 활성화 초점에 대한 요약을 제공합니다.
그림 3. 모든 피험자의 식욕을 자극하는 음식 대 미끄러운 음식에 대한 반응이 증가한 두뇌 영역.
식욕을 돋우는 음식은 전방 (ACC) 및 후방 대상 피질 (PCC), 내측 전두엽 피질 (mPFC), 우측 꼬리 핵 (CAUD) 및 양측 인 슐라 (INS)의 활동을 증가 시켰습니다. 데이터는 육안 검사를 위해 수정되지 않은 p <.005로 표시됩니다.
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.g003
테이블 2. 모든 피험자에 걸쳐 식욕을 돋우는 음식 대 단맛이없는 음식에 대한 증가 된 반응을 보여주는 뇌 영역, p <.05 (FDR 수정 됨).
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.t002
테이블 3. 그룹 간 (비만 vs. 정상 체중 및 정상 체중 vs. 비만) 모든 (식욕을 돋우고 단조로운) 음식 사진에 대한 뇌 반응의 차이, p <.005 (unc.).
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.t003
다음으로, 우리는 비만 한 사람들이 덜 맛있는 음식보다 식욕을 돋우는 것에 더 큰 기능적 반응을 보일 것인지 질문했다. 이를 위해 우리는 그룹 (비만, 정상 체중)과 음식 유형 (식욕을 돋 우는, 부드러운) 사이의 상호 작용 분석을 적용했습니다. 비만이 보상 회로의 과다 활동과 관련이 있다는 예측과 일치하여, 우측 꼬리 핵의 식욕을 자극하는 음식에 대한 반응은 정상 체중 개인보다 비만에서 더 컸다.그림 4a, 표 4). 대조적으로, 비만 한 피험자는 왼쪽 insula, lateral frontal cortex, superior parietal lobule, right orbitofrontal cortex 및 superior temporal gyrus에서 정상 체중 군보다 덜 맛있거나 약한 음식에 비해 기능적 반응이 더 작았 다 (그림 4b, 표 4). 따라서, 비만 한 대상자는 예상되는 음식 보상에 대한 지역 기능적 반응에 불균형을 갖는 것으로 나타났습니다 : 꼬리 핵에서의 더 큰 반응 및 몇몇 전두엽 피질 부위에서의 더 작은 반응
그림 4. 꼬리 핵과 전방 insula의 정상 체중과 비만 과목에 식욕을 돋 우고 맛없는 음식에 대한 차동 과식 반응.
식욕을 돋우는 음식과 무미건조 한 음식에 대한 뇌 반응은 비만 환자의 오른쪽 꼬리 핵 (CAUD) 머리에서 더 컸고, 식욕을 돋우는 음식과 무미건조 한 음식에 대한 반응은 정상 체중 인 사람의 오른쪽 전방 인 슐라 (INS)에서 더 컸습니다. . 데이터는 육안 검사를 위해 수정되지 않은 p <.005로 표시됩니다.
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.g004
테이블 4. 식욕을 돋우는 음식 대 단조로운 음식에 대한 뇌 반응의 그룹 간 (비만 대 정상 체중 및 정상 체중 대 비만) 차이, p <.005 (unc.).
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.t004
마지막으로, 관찰 된 caudate nucleus의 강산성 과다가18F] FDG PET 스캔은 fMRI에 대한 예상외 보상을 예측할 것이며, 먼저 우리는 파라 메트릭 GMR 이미지로부터 꼬리말 핵의 주제별 GMR 값을 추출한다. 다음으로, 우리는 fMRI에서 식욕을 돋우는 것에 대한 BOLD 반응과 부드러운 음식에 대한 BOLD 반응을 비교하는 두 번째 수준 모델에서 회귀 변수로이 값을 사용했습니다. 이 분석은 꼬리 핵의 포도당 대사 증가가 우측 외측 전두엽 피질에 대한 식욕을 돋우는 것에 비해 작은 반응을 예언했다.그림 5). 이 발견은 전두엽 피질에 의한 피질 상 보상 시스템의 불충분 한 억제 조절과 일치한다.
그림 5. 100- [2F] FDG PET 스캔 도중 꼬리 핵의 높은 포도당 신진 대사율 (GMR, μmol / 18 g * min)은 fMRI 실험에서 오른쪽 외측 전두엽 피질 (LFC)의 부드러운 음식에 대한 반응과 부정적으로 관련이 있었다.
패널 A는 차이가 관찰 된 영역을 나타내고, 패널 B는 GMR 및 BOLD 응답의 산점도를 나타낸다.
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.g005
정신 생리학 적 상호 작용
비만에서 비정상적인 예상 보상을 매개하는 데 꼬리 핵의 중심 역할에 대한 증거를 찾은 후, 우리는 다음으로이 뇌 영역이 변연계와 같은 다른 주요 뇌 영역과 비정상적인 기능적 작업 관련 연결성을 가지고 있는지 물었습니다. 즉, 우리는 식욕을 돋우는 음식과 부드러운 음식을 보면서 꼬리 핵에서 예상되는 보상 관련 활동을 조절하는 데 중심이 될 뇌 영역을 물었습니다. 우리는 PET 데이터에서 포도당 대사의 차이가 가장 큰 복셀을 종자 영역의 중심으로 사용하여 미상핵의 기능적 연결성을 결정하기 위해 심리 생리 학적 상호 작용을 사용했습니다. 우리는 비만 피험자가 오른쪽 꼬리 핵과 오른쪽 기저 측 편도체 (X = 33, Y = -5, Z = -16, T = 3.92, p <.005, unc.), 일차 체성 감각 피질 (X = 39, Y = −13, Z = 32, T = 3.63, p <.005, unc.) 및 후방 인 슐라 (X = 30, Y = 14, Z = 18, T = 3.47, p <.005, unc) .) 정상 체중 대상 (그림 6).
그림 6. 효과적인 연결성.
식욕을 돋우는 음식과 단맛이없는 음식을 볼 때 오른쪽 꼬리 핵과 오른쪽 편도체 (AMY), 인 슐라 (INS) 및 체성 감각 피질 (SSC) 간의 효과적인 연결성은 정상 체중 대상보다 비만에서 더 컸습니다. 데이터는 육안 검사를 위해 수정되지 않은 p <.005로 표시됩니다.
doi : 10.1371 / journal.pone.0031089.g006
토론
이 연구는 비만이 뇌의 보상 회로의 기능적 연결뿐만 아니라 반응을 변화시키는 구체적인 방법을 밝힙니다. 특히, 결과는 예상 음식 보상 과정에서 다양한 신경 입력을 통합하는 습관적 학습 및 인센티브 동기를 촉진하는 영역 인 등 꼬리 핵의 중심 역할을 강조합니다. 고 인슐린 혈증 성 정상 혈당 클램프로 달성 된 고 인슐린 혈증 동안, 등쪽 꼬리 핵은 정상 체중 대상체보다 비만 대상체에서 더 높은 기초 포도당 대사를 가졌다. fMRI 실험은 비만 및 정상 체중 피험자들이 음식 자극의 쾌적함에 대해 유사한 자기보고를 하였지만, 자극이 두 그룹간에 서로 다른 뇌 활성화 패턴과 연결성 변화를 유발한다는 것을 보여주었습니다. 식욕을 돋우는 음식과 부드러운 음식을 대조했을 때 꼬리 핵은 비만인에서 더 큰 반응을 보였다. 대조적으로, 비만 피험자는 식욕을 돋우는 음식에 반응하여 등측 및 안와 전두 피질과 같은 피질 억제 영역을 활성화하지 못했습니다. 이 현상은 등쪽 꼬리 핵에서 더 높은 기초 포도당 대사와 유의 한 상관 관계가 있었다. 마지막으로, 비만 대 정상 체중 참가자에서 높은 포도당 대사를 보인 등쪽 꼬리 핵의 매우 동일한 영역은 식욕을 돋우는 음식과 부드러운 음식을 보는 동안 비만 대상에서 편도체 및 후방 인 슐라와의 연결성이 증가한 것으로 나타났습니다. 중요한 것은 참가자가 자극 그림의 내용에 고의적으로주의를 기울이지 않는 조건에서 이러한 효과가 관찰되었다는 것입니다. 따라서, 결과는 식사에 대한 시각적 신호의 암묵적 보상 처리가 비만에 의해 조절된다는 것을 시사하며, 이는 비만인이 고 칼로리 음식을 볼 때 식사를 억제하는 데 문제가있는 이유를 설명 할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 우리는 행동 작업이 음식 사진의 보상 가치와 무관하더라도 참가자가 명시적인 보상 처리에 어느 정도 참여할 수 있다는 점에 유의해야합니다. 따라서 향후 연구에서는 비만 및 정상 체중 개인이 암시 적 보상 처리와 명시 적 보상 처리 측면에서 다를 수 있는지 여부를 확인해야합니다.
꼬리 핵의 지역적 차이
지느러미 꼬리 핵 (dorsal caudate nucleus)은 습관적 인 자극 - 반응 학습, 동기 부여 및 컨디셔닝에 연루되어 있으며 인간의 영상 연구는 보상 신호 및 중독과 관련된 다양한 기능에 기여한다고 제안합니다. 약물 중독 환자는 기준 D2 수용체 (D2R) 밀도와 약물 남용 약물 투여 후 둔화 된 도파민 방출 [40]. 음식 소비는 또한 건강한 피험자의 등쪽 줄무늬 체에서의 도파민 방출과 관련이 있으며, 방출되는 도파민의 양은 음식 즐거움의 평가와 양의 상관 관계가있다 [12]. fMRI 실험에서 꼬리 핵의 활성화는 특정 식품에 대한 자기보고 된 갈망과 관련이있다 [8], 그리고 비만 한 대상자는 음식 이미지에 증가 된 선조체 반응을 나타내는 것으로 밝혀졌다 [10]. 비만 한 대상자는 또한 기저 선조체 D2R 농도에 영향을 미칠 수 있으며 약물 사용이나 식사로 보상 회로의 영구적 인 과대 평가로 인한 일시적인 도파민 증가를 보상하는 하향 조절을 반영 할 수 있다고 제안되어왔다 [11].
고 인슐린 혈 클램프를 사용하여 인슐린 신호 전달의 측면에서 신체가 포화 상태에있는 상황을 시뮬레이션했습니다. 이 접근법은 생체 내 포만감을 완전히 시뮬레이트하지는 않지만 오르 토 센세이션 자극과 위장관에서 호르몬의 방출이 없기 때문에 위약 대조 정맥 포도당은 포만의 호르몬 마커를 증가시키는 것으로 나타났습니다 [41] 남성의 보상 회로에서의 도파민 작용 [42]. 우리는 비만인의 지느러미 줄무늬가 고 인슐린 클램프시 정상 체중과 비교하여 지나치게 활동적이라는 것을 발견했습니다. 클램핑은 안정한 혈당 수치를 유지하기 때문에 클램프 중에 비만 한 대상에서 포도당 대사가 증가하면 비만인의 꼬리표 핵이 혈당 농도가 감소 할 수없는 경우에도 음식 갈망에 기여할 수 있다고합니다. 또한 암시 적 학습과 습관 형성에 관여하기 때문에, caudate는 암시 적 (말초) 및 명백한 (시각적, 감각적 인) 포만 신호의 처리에 기여할 수 있습니다. 이러한 신호는 신체가 추가적인 에너지 섭취를 요구하지 않을 때에도 과식으로 이어질 수 있습니다.
비만군에서 D2striatum의 R 가용성은 부 신피질 포도당 대사와 부적으로 관련이있다 [43]. 우리의 PET-fMRI 병합 결과는 이러한 결과와 유사합니다. 꼬리표 핵의 포도당 대사가 fMRI의 식욕을 자극하는 음식에 대한 기능적 반응을 모형화하기위한 회귀 변수로 사용되었을 때, 우리는 caudate 핵에서의 포도당 대사 및 전두엽 BOLD 반응과 유의 한 부 (-)의 관련성을 발견했다그림 5). 따라서, 억제 제어 및 돌출도 귀속에 기여하는 전두엽 기전에 관여하지 않으면 꼬리 핵에서 음식 유도 보상 신호의 문턱을 낮춤으로써 과식을 촉진 할 수있다. 그러나 일부 이전 연구 [19] 비만 환자와 정상 체중 환자의 식품 사진에 대한 정면 반응의 상승을보고했다. 연구를 통한 이러한 불일치는 전두엽 피질의 업무 의존적 인 참여를 반영하는 것으로 보입니다. 우리의 연구는 간략히 제시된 음식 단서의 암시 적 처리를 포함하지만, Rothemund와 동료는 메모리 작업으로 비교적 긴 자극 프레젠테이션을 사용했습니다. 따라서, 비만 한 사람들이 특히 그들이보고있는 음식 항목을 명시 적으로 처리하지 않을 때인지 조절 회로를 작동시키지 못할 수도 있습니다. 따라서 다양한 광고에서 '보이지 않는'음식이나 무인 음식 그림조차도 비만 한 개인의 식사에 대한 강력한 충동을 유발할 수 있음을 나타냅니다.
꼬리 핵과 편도의 효과적인 연결성
편도선은 보상 처리의 초기 단계에 관여한다. [44], 그리고 그것은 음식의 시각적 인 프리젠 테이션에 일관된 응답을 보여준다. [6], [22]. 보상 드라이브의 개인차 [21] 체중 [10] 음식의 시각적 프리젠 테이션에 대한 편도의 반응에 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 본 연구에서 우리는 또한 음식물에 대한 편도의 반응이 비만군에서 증가 함을 발견했다. 또한, 꼬리 핵의 효과적인 연결 패턴 (PPIs)이 검사되었을 때, 우리는 비만 한 대상에서 꼬리 핵과 동측 편도선의 연결성이 상승한다는 것을 발견했다. 일반적으로 이러한 데이터는 정상 체중 피험자의 이전 연구 결과와 일치하며 편도체와 계층 사이의 효과적인 연결성은 음식에 대한 자체보고 욕구 ( '외식 민감성')의 개인차에 의해 영향을 받는다는 것을 보여줍니다 [22]. 그럼에도 불구하고, 선행 연구에서 특히 복부 선조체가 보상 기대에 연관되어 있음이 밝혀졌다. [21] 복부 줄무늬 (편평 핵)와 편도체 사이의 결합은 외부 식품 감도에 의해 영향을 받는다 [22]우리는 비만이 편도체와 꼬리 핵의 더 많은 부분들 사이의 결합에 영향을 미친다는 것을 발견했다. 보상 처리에있어서 등 지느러미의 역할에 관한 증거는 다소 복합적이며, 일부 연구에서는 예상 처리 [45] 및 나머지는 [46] 보상. 그럼에도 불구하고, 잠재적 보상에 대한 행동 - 결과 연관성을 코드화하는데있어서의 등쪽 선조의 역할은 훨씬 더 잘 확립되어있다 [47], [48]. 결과적으로, 우리는 비만에서 맛있는 음식에 반복적으로 노출되면 음식 자극 - 보상 반응 연관성과 선호도가 강해지고 비만인의 잠재적 보상에 관한 암시 적 결과 평가를 통해 편도선과 등쪽 선조와의 상호 연관성을 조정할 것을 제안한다 음식.
중요한 PPI의 해석은 심리적 맥락의 함수로서 해부학 적 연관성의 차별적 인 관계가 있다는 것입니다. 이러한 연결이 존재하는지 여부를 밝히기 위해 PPI를 사용할 수는 없지만 우리가 관찰 한 PPI는 선 및 편도 사이의 직접적인 해부학 적 연결이 지원되기 때문에 종자와 표적 부위 사이의 직접적인 해부학 적 연결의 변화를 반영하는 것으로 보입니다 다른 영장류의 연구를 추적함으로써 [49], [50]. 그럼에도 불구하고 PPI는 관측 된 연결성의 방향성을 추론하는 데 사용할 수 없으므로 i) 꼬리 핵에서 포도당 대사가 증가하면 꼬리 핵과 편도선 사이의 연결성이 증가하는지 또는 ii) 편도선에서 입력이 증가하면 포도당 대사가 증가하는지 꼬리 핵에.
Amygdala 뉴런은 striatum에 대한 예상을 통해 보상을 얻습니다. [44]. striatum에서 μ-opioid 수용체의 자극은 과식을 유발하지만 이것은 편도체의 불 활성화에 의해 차단 될 수있다 [51], [52]. 따라서 amygdalo-striatal 연결성의 증가는 caudate 핵의 활동에있어서 토닉 증가로 이어질 수 있으며 이는 비만 과식을 설명하는 중요한 메커니즘이 될 수있다. 함께 amygdala는 식욕을 돋우는 음식 단서에 정서적 인 원자가를 할당하고 등쪽 꼬리 핵과의 향상된 연결성에 의해 학습되고 강박적인 식사 패턴에 영향을줌으로써 예상되는 음식 보상에 관여 할 수 있습니다.
가성 핵과 뇌졸중의 효과적인 연결성
PPI 분석 결과, 정상 체중 군과 비만군에서 Dorsal striatum과 posterior insula 사이의 상호 연관성이 높았으나, 전두엽의 식욕을 자극하는 음식에 대한 지방 반응은 비만군에서 더 적었다. anterior insula는 자율 및 내장 신호를 동기 부여 및 감정적 기능으로 통합하는 반면, 후부 insula는 체성 감각, 전정 및 운동 통합뿐만 아니라 신체 상태 모니터링의 기초가되는 것으로 생각됩니다 [53]. 최근의 연구는 또한 insula의 체성 감각 신호가 중독에 크게 기여할 수 있다고 지적했다. 특히 남용 의약품을 섭취 할 것을 촉구했다. [53]). 이전의 PET 및 fMRI 연구는 insula를 외부 음식 단서의 쾌적함 처리와 연결 시켰습니다 [8], [9], [46], 그러나 leptin과 같은 말초 신호는 또한 음식을 보는 것에 대한 섬 모양의 반응에 영향을 미친다. 렙틴이 결핍 된 성인의 경우, 식욕을 돋우는 음식에 대한 섬 형 반응은 렙틴 대체 기간보다 렙틴 결핍 기간 동안 더 큽니다 [54]. 더욱이, 렙틴 결핍이있는 비만 환자들에서, 렙틴 보충은 식욕을 돋우는 음식에 대한 섬 형 반응을 약화시킨다 [55]. insula는 내부 (즉, 호르몬)와 외부 (즉, 시각적) 음식 관련 단서를 처리하기 때문에 [56]이 내적 및 외적 단서의 통합에서의 혼란은 insula와 dorsal striatum으로부터의 높은 연결로 인해 과식 대상자가 음식의 시력에 과식하는 경향이 더 커지게 할 수있다. 후부 절연체는 신체 상태를 감시하는 데 관여하기 때문에 후부 척추와 후부 꼬리 핵 사이의 연결성이 향상되면 척추에 의한 식후 체세포 상태의 회상 표현이 배 쪽 꼬리 핵이 관여하는 인센티브 학습을 통해 잠재적으로 영양 섭취를 강화할 수 있음을 암시 할 수있다 [18]. 이 개념과 일치하여, 꼬리표 핵은 또한 비만에서 신체 감각 피질과 더 높은 업무 관련 연결성을 보여 주었고, 음식의 단순한 시각적 단서가 식사와 관련된 신체적 감각을 유발할 수 있음을 확인했습니다. 이러한 감각은 생리 학적 굶주림 신호가없는 경우에도 먹이를 더 촉진 할 수 있습니다 [15]. 그럼에도 불구하고 일부 선행 연구는 희박한 사람보다 비만의 음식 관련 보상에 대한 예측 된 및 관련 음식에 대한 전방 섬 부분의 반응이 높다는 것을 발견했다 [10], [57]. 이러한 불일치 발견에 대한 명확한 설명이 없어도 유전 및 호르몬 요인뿐만 아니라 과거력이나 습관을 먹는 것과 같이 연구에 참여한 비만 한 대상 집단의 차이를 반영 할 수도 있습니다.
제한 사항 및 향후 방향
본 연구의 한 가지 분명한 한계는 많은 표본 크기 (n = 35)에도 불구하고 fMRI 데이터에 대한 그룹 간 비교는 다중 비교를 위해 수정했을 때 유의하지 않았다는 것이다. 그룹 간 차이가 예상 지역에서 관찰되었지만 결과를 해석 할 때 몇 가지주의를 기울여야합니다. 또한, 비만인의 음식 그림에 대한 뇌의 반응이 높아지는 정확한 심리적 기전을 완전히 묘사하지 못했다는 점을 강조해야합니다. 우리는 음식의 즐거움 ( '좋아하는 것')에 대한 평가를 받았지만 비만인과 정상 체중 인 사람 사이에서 비슷했습니다. 따라서 비만에 식욕을 돋우는 음식이 좋아지면 뇌 반응의 차이에 기여할 가능성은 낮습니다. 그러나, 좋아하는 것보다 음식 갈망이 비만의 음식 그림에 대한 뇌의 반응을 조절하는 주요 요인 일 수 있다고 추측 할 수 있습니다. 이 가설을 뒷받침 할 때, 비만 및 정상 체중 개인이 비슷하게 음식을 좋아하지만, 스트레스 유발식이 요법은 비만 한 개인에서 훨씬 더 높다. [58]. 따라서 향후 기능적 영상 연구에서 정상 체중 인 사람과 비만 한 사람의 음식에 대한 '갈망'과 '좋아하는'반응을 풀어내는 것이 필수적입니다. 더욱이, 갈망 반응이 보상 회로의 도파민 성 링크에 의해 매개된다면, [24], 예를 들어 비만 대 마른 개인의 선조체 도파민 가용성이 음식을 통한 외부 자극에 대한 보상 회로의 반응을 예측하는지 여부를 테스트 할 수있는 결합 된 신경 전달 물질 -PET-fMRI 연구를 수행하는 것이 필수적 일 것입니다.
결론
우리는 비만이 caudate nucleus의 포도당 대사 증가와 관련이 있고, 지역 반응이 수정되고 식욕을 자극하는 음식과 그렇지 않은 음식을 볼 때 보상 회로의 연결성이 변함을 보여줍니다. 이러한 데이터는 중독성 장애에서 작용하는 뇌 기능 변화에 대한 결과와 병행하며, 비만이 중독과 함께 일반적인 신경 기질을 공유 할 수 있다는 견해를 뒷받침합니다 [2], [59]. 특히, 비만에서 외부 음식 단서에 대한 민감성이 향상되면 비정상적인 자극 - 반응 학습과 뒷쪽 꼬리 핵에 의해 뒷받침되는 인센티브 동기 부여가 포함될 수 있는데, 이는 차례로 편도 및 후부 인대로부터의 비정상적으로 높은 입력 및 전두엽에 의한 기능 장애 억제 제어 피질 영역. 보상 회로 및인지 제어 시스템의 응답 성과 상호 연결성에서 이러한 기능적 변화는 지혈 과식을 설명하는 중요한 메커니즘 일 수 있습니다y.
이 연구는 핀란드 아카데미, 투르 쿠 대학교, 투르 쿠 대학교 병원 및 Åbo 아카데미 대학교의 지원을 받아 심장 혈관 및 대사 연구의 분자 이미징 분야의 핀란드 우수 센터에서 수행되었습니다. 우리는이 연구를 가능하게하는 참가자뿐만 아니라 데이터 수집에 도움을 준 투르 쿠 PET 센터 방사선 의사들에게 감사드립니다.
실험을 계획하고 설계했습니다. LN JH PN. 실험 수행 : LN JH JCH HI MML PS. 분석 된 데이터 : LN JH JCH HI. 논문 작성 : LN JH PN.
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