Brain Res Bull. 2009 aug 14;79(6):388-95. doi: 10.1016/j.brainresbull.2009.05.016.
Stoeckel LE1, Kim J., Weller RE, Cox JE, Kach EW 3, Horwitz B.
mythologesch
Iwwerdriwwe Reaktivitéit op Nahrungszeechen bei fettleibeg Fraen schéngt deelweis duerch e hyperaktive Belounungssystem vermëttelt ze ginn, deen den Nukleus accumbens, Amygdala an Orbitofrontal Cortex enthält. Déi aktuell Etude benotzt funktionell Magnéitesch Resonanz Imaging (fMRI) fir z'ënnersichen, ob Differenzen tëscht 12 fettleibeg an 12 normalgewiicht Frae bei der Belounungsrelatéierter Gehiraktivéierung als Äntwert op Nahrungsbilder kënnen duerch Ännerungen an de funktionnelle Interaktiounen tëscht Schlësselbelounungsnetzregiounen erkläert ginn.
Eng Zwee-Schrëtt Wee Analyse / General Linear Model Approche gouf benotzt fir ze testen ob et Gruppendifferenzen an Netzwierkverbindungen tëscht Nucleus accumbens, Amygdala, an Orbitofrontal Cortex als Äntwert op High- a Low-Kalorie Nahrungsbilder waren. Et war anormal Konnektivitéit an der fettleibeger Grupp als Äntwert op béid High- a Low-Kalorie Nahrungsstécker am Verglach mat normale Gewiichtskontrollen.
Am Verglach mat Kontrollen hat déi fettleibeg Grupp e relativen Defizit an der Amygdala Modulatioun vun der Aktivatioun a béid orbitofrontal Cortex an nucleus accumbens, awer exzessiv Afloss vun der orbitofrontal cortex Modulatioun vun der Aktivatioun an nucleus accumbens. Déi defizit Projektioune vun der Amygdala kéinte mat suboptimaler Modulatioun vun den affektive / emotionalen Aspekter vum Belounungswäert vun engem Iessen oder eng verbonne Motivatiounssall vun engem cue bezéien, wärend eng verstäerkte orbitofrontal Cortex zu Nucleus accumbens Konnektivitéit zu enger verstäerkter Fuerderung bäidroe fir ze iessen an Äntwert op e Liewensmëttel kéier.
Also ass et méiglech datt net nëmmen eng gréisser Aktivatioun vum Belounungssystem, awer och Differenzen an der Interaktioun vu Regiounen an dësem Netz zum relativ erhéigen Motivatiounswäert vu Liewensmëttel bei fettleibeg Individuen bäidroen.
D'Etiologie vun der Adipositas schéngt deelweis erkläert ze ginn duerch iwwerdriwwe Reaktivitéit op Hiweiser, déi mat Liewensmëttel verbonne sinn, besonnesch op héich-fetteg, energiedichte Liewensmëttel (zB.12]). De Mechanismus fir d'erhéicht motivational Salience vun dësen Reizen bei fettleibeg Individuen kann en hyperaktive Belounungssystem sinn, deen den Nukleus accumbens / ventral Striatum (NAc), Amygdala (AMYG), an Orbitofrontal Cortex (OFC) enthält. Eng fréier funktionell magnetesch Resonanz Imaging (fMRI) Studie huet eng verstäerkte Aktivatioun vun dëse Regiounen fonnt als Äntwert op héich-Kalorie Nahrungsbilder bei fettleibeg am Verglach mat normalgewiicht Individuen ([77]; Figebam. 1). Aner Studien, déi fettleibeg Individuen oder déi mat méi héije BMIs u Liewensmëttelreiz ausgesat hunn, hunn och anormal Aktivéierungsmuster an dëse Regiounen fonnt ([22], [23], [28], [43], [68]), souwéi anerer ([40], [68]). Stimuli assoziéiert mat héichkaloriege Liewensmëttel kënnen exzessiv Motivatioun fir net-homeostatescht Iessen vun dësen Aarte vu Liewensmëttel ausléisen ([10], [11], [53]). Dësen exzessive net-homeostatesche Wonsch fir Liewensmëttel ze konsuméieren gouf als Incentive Salience oder "Wëllen" bezeechent a schéngt gréisstendeels iwwer de mesocorticolimbesche Dopaminsystem geregelt ze ginn, deen NAc, AMYG, an OFC enthält (z.6]).
Déi meescht mënschlech fMRI Studien benotzen eng Mass univariate statistesch Analyse Approche fir d'funktionell Charakteristike vu verschiddene makroskopesche Gehirregiounen z'erkennen. D'Enquêteuren integréieren dacks Informatioun iwwer d'funktionell Spezialisatioun vun enger Grupp vu Regiounen fir z'erklären wéi dës Regiounen interagéiere kënnen fir eng bestëmmte Funktioun ze maachen. Wéi och ëmmer, déi eenzeg valabel empiresch baséiert Conclusiounen, déi aus esou Analysen gezunn kënne ginn, bezéien sech op d'Gréisst an d'Ausmooss vun der Aktivatioun an engem bestëmmte Set vu Gehirregiounen, net wéi dës Regiounen funktionell interagéieren. Konnektivitéitsanalysen erlaben Enquêteuren ze studéieren wéi Netzwierker vu Gehirregiounen interagéieren fir kognitiv a Verhalensfunktiounen auszeféieren (z.34]). Et ass wichteg ze bemierken datt d'Inferenzen aus traditionelle Aktivéierungsstudien net direkt op Konnektivitéitsstudien transferéieren. Dat ass, et kann gemooss Differenzen am Hellegkeet vun Gehir Aktivéierung tëscht Gruppen, awer keng Grupp Differenzen an Konnektivitéit, a vice versa (z.B. [52]).
Path Analyse, eng Aart vu struktureller Equatiounsmodelléierung, ass eng multivariate, hypothese-baséiert Approche applizéiert fir funktionell Neuroimaging fir Richtungsbezéiungen tëscht engem bestëmmte Set vu verbonne Gehirregiounen z'ënnersichen ([51]). Dëst ass eng Method fir d'Analyse vun der effektiver Konnektivitéit, an dësem Fall bedeit Ännerungen an der Aktivatioun vun enger Gehirregioun, déi aus Ännerungen an der Aktivatioun an enger anerer Regioun resultéieren. Wee Modeller sinn entwéckelt baséiert op priori Hypothesen an huelen eng kausal Struktur un, wou A → B bedeit Verännerungen an der Regioun A ginn hypothetiséiert op Doudesursaach Ännerungen an der Regioun B (zB, [69]). Gehirregiounen an engem Netzwierkmodell ginn typesch ausgewielt op Basis vu fréiere funktionnelle Neuroimaging Studien, a Verbindungen tëscht dëse Regioune ginn normalerweis definéiert op Basis vun de bekannten neuroanatomesche Verbindungen, meeschtens aus Déiereliteratur, unzehuelen Homologie a Gehirregiounen tëscht Arten (zB [z.69]). Déi geschätzte Parameterwäerter berechent mat der Pathanalyse representéieren d'Quantifizéierung vun de Richtungsweeër tëscht Regiounen am Modell. Dës Weekoeffizienten kënnen dann benotzt ginn fir Vergläicher tëscht Verbindungen bannent Themen ze maachen an Äntwert op Ännerungen an Aufgabbedéngungen oder tëscht Themen a Gruppen am General Linear Model (GLM) Kader (zB [z.44], [64]).
D'NAc, AMYG an OFC funktionnéieren zesummen als Deel vum Belounungssystem. Et gi staark anatomesch Verbindungen tëscht dëse Regiounen (kuckt Figebam. 2; AMYG → OFC: [7], [16], [30], [38], [60], [65], [71], AMYG → NAc: [30], [38], [71], an OFC → NAc: [7], [16], [17], [30], [38], [56], [60], [65], [71]). Och wann et kloer ass datt NAc, AMYG, an OFC méi staark a fettleibeg aktivéiert sinn am Verglach mat normale Gewiichtskontrollen wann Dir Liewensmëttelbilder kuckt, besonnesch héichkalorie Liewensmëttelbilder ([77]), ass et onsécher ob d'Aktivatioun an dëse Regiounen op e puer gemeinsamen ënnerierdesche Belounungsprozess bezéien (zB Incentive Salience oder Motivatioun fir eng Belounung unzegoen an ze konsuméieren) oder ob et verschidde Prozesser sinn (zB Hedonik oder de Genosskomponent vun der Belounung an/ oder Léieren) déi dëst Aktivéierungsmuster ausmaachen (kuckt [8] fir eng Diskussioun iwwer dës verschidde belonningsprosessen). D'NAc, AMYG, an OFC hu jidderee vill funktionell Eegeschaften. Den NAc / ventral Striatum funktionéiert als Interface tëscht Belounungsveraarbechtung, homeostatesche Mechanismen, a Motorausgang (zB [z.41]), awer kann och fir Belounungswäert codéieren ([57]). Den OFC ka multimodal sensoresch Representatioune vu Liewensmëttel a Liewensmëttelstécker codéieren ([10], [11]). Zesumme kënnen AMYG an OFC déi assoziativ Prozesser vermëttelen, woubäi Liewensmëttel-relatéiert Reizen Incentive Salience oder aner motivational Eegeschafte kréien (zB [z.6], [31]), awer béid Coden och fir hedonesch Wäert, AMYG iwwer Bottom-up an OFC iwwer Top-down Prozesser ([7]).
An dëser Etude hu mir d'fMRI Daten vum Stoeckel et al. [77] an eng zwee-Etapp Path Analyse plus GLM Approche fir d'Interaktioune vu Schlësselbelounungsstrukturen (NAc, AMYG, an OFC) an engem einfachen Netz z'ënnersichen fir ze bestëmmen ob dës Strukturen zesumme funktionnéieren als Äntwert op Biller vun héich- a kalorienarme Liewensmëttel anescht an fettleibeg an normal Gewiicht Individuen. Mir hunn erwaart effektiv Verbindungen tëscht Gehirregiounen ze fannen, wéi an eisem Modell spezifizéiert an normale Gewiichtskontrollen als Äntwert op héich- a kalorienarme Liewensmëttelbilder. Zousätzlech hu mir erwaart eng Zuel vu geännerten effektiven Verbindungen an eiser fettleibeger Grupp ze fannen, déi hëllefe kënnen z'erklären firwat d'Liewensmëttel d'Motivatiounspotenz fir dës Individuen erhéicht hunn.
Material a Methoden
D'Daten, déi fir d'Wee Analyse benotzt goufen, waren déiselwecht Donnéeën, déi am Stoeckel et al. [77]. Mat Ausnam vun der Sektioun, déi d'Methoden vun der Weeanalyse diskutéiert, gëtt d'Informatioun hei ënnen méi detailléiert an Stoeckel et al. [77].
Participanten
D'Participante waren 12 fettleibeg (Body Mass Index, BMI = 30.8 - 41.2) an 12 normalgewiicht (BMI = 19.7 - 24.5) Rechthändler Frae rekrutéiert vun der University of Alabama zu Birmingham (UAB) Gemeinschaft. Et goufe keng Gruppendifferenzen am mëttleren Alter (obese: 27.8, SD = 6.2; Kontroll: 28, SD = 4.4), Ethnie (obese: 7 Afro-Amerikaner, 5 Kaukasier; Kontroll: 6 Afro-Amerikaner, 6 Kaukasier), Ausbildung (obese: 16.7 Joer, SD = 2.2; Kontroll: 17.2, SD = 2.8), oder mëttleren Dag vum menstruellen Zyklus (obese: Dag 6.8, SD = 3.1, Kontroll: Dag 5.7, SD = 3.3, alles an der follikulärer Phase ). D'Participanten goufen rekrutéiert mat Annoncen an der UAB Zeitung a Fligeren op verschiddene Plazen um UAB Campus plazéiert. Si goufen informéiert datt den Zweck vun der Studie war d'Muster vun der Gehiraktivitéit an "hongereg" Participanten vu verschiddene BMI's ze kucken an Äntwert op visuell Biller vu verschiddenen Objeten wéi Liewensmëttel a Kontrollbilder. Eenzelpersoune goufen ausgeschloss op Basis vu verschidde gesondheetleche Kritären, dorënner eng positiv Iessstéierungsgeschicht, aktiv Diät oder Participatioun un engem Gewiichtsverloschtprogramm, oder Gewiicht > 305 Pond (138 kg) mat Ëmgank > 64 Zoll (163 cm), déi lescht wéinst Scanner Aschränkungen. All Participanten hunn eng schrëftlech informéiert Zoustëmmung ënnerschriwwen nodeems d'Studieprozeduren an d'Risiken erklärt goufen. All Prozedure goufen iwwerpréift an guttgeheescht vum Institutional Review Board for Human Use bei UAB.
Stimuli
D'Reizen, déi während der Imaging Sessioun benotzt goufen, bestoen aus 252 Faarfbilder, all vu konsequent Gréisst, Opléisung a Luminanz ([77]). Déi 168 Iessbiller goufen an Kalorie- a Kalorie-Kategorien ënnerdeelt, jidderee besteet aus 84 eenzegaartege Biller. Niddereg-Kalorie Liewensmëttel Biller bestoung aus esou niddereg-Fett Elementer wéi gedämpft Geméis a gebraten Fësch. Héich-Kalorie Liewensmëttel waren haaptsächlech Elementer héich u Fett wéi Kéisekuch oder Pizza. Kontroll Reizen bestoung aus Biller vun Autoen, déi breet variéiert am Mark, Modell, Alter a Faarf. D'Autosbiller waren als mëttelméisseg interessant Kontrollreiz geduecht, déi mat den niddereg-Kalorie-Biller op Angenehmegkeet baséiert op Resultater vu Stoeckel et al. [77], mat den héich-Kalorie Liewensmëttel méi héich bewäert.
Prozedur
No grëndlecher Screening fir BMI ze validéieren an aner Studiekritäre z'iwwerpréiwen, goufen d'Participanten fir d'fMRI Sessioun geplangt. Si goufen opgefuerdert en normale Frühstück tëscht 7-8 AM ze iessen, awer de Mëttegiessen ze iwwersprangen an nëmme Waasser ze konsuméieren, sou datt se ongeféier 8-9 Stonnen gefruer hunn, ier se tëscht 3-5 PM gebild goufen.
Wärend d'Participanten am Magnéit waren, goufen visuell Reizen an engem Blockdesignformat presentéiert, mat insgesamt sechs 3:09 min Runs pro Imaging Sessioun. All Laf bestoung aus zwee 21 s Epoch all vun Autoen (C), niddereg-Kalorie Liewensmëttel (LC), an héich-Kalorie Liewensmëttel (HC) pseudorandomly zu de Participanten presentéiert. Bannent all 21 s Epoch vun Iessen oder Auto Biller, siwen eenzel Biller goufen all presentéiert 2.5 s. Eng Spalt vun 0.5 Sekonnen huet d'Biller getrennt, an e Spalt vun 9 Sekonnen huet d'Epoken getrennt. All Lücken bestoung aus engem groe eidele Bildschierm mat engem Fixatiounskräiz. All Laf bestoung aus 63 Bänn fir insgesamt 378 Bänn iwwer sechs Runen, vun deenen 84 Bänn während jiddereng vun den Auto, Kalorie-Liewensmëttel a Kalorie-Liewensmëttelbelaaschtung erfaasst goufen. Déi visuell Biller goufen vun engem Laptop Computer mat VPM Software presentéiert ([18]). D'Biller goufen op e Bildschierm hannert dem Kapp vum Participant projizéiert an iwwer e 45 ° Single-Surface-Heckprojetspigel gekuckt, deen un der Kappspiral verbonnen ass. D'Participanten goufen finanziell kompenséiert fir hir Participatioun. All Prozedure goufen iwwerpréift an guttgeheescht vum UAB's Institutional Review Board for Human Use.
MRI Acquisitioun a Veraarbechtung
Funktionell MRI Daten goufe mat engem Philips Intera 3T ultra-kuerz Bore Magnéit mat engem Sensibilitéitskodéierungs (SENSE) Kappspiral ausgestatt. Biller goufen gesammelt mat engem Single-shot T2 *-gewiicht Gradient-Echo EPI Pulssekvens. Mir hunn TE = 30 msec, TR = 3 sec, an en 85° Flipwinkel fir 30 axial Scheiwen 4 mm déck mat engem 1 mm Interslice Spalt, eng Scanresolutioun vun 80 × 79, rekonstruéiert op 128 × 128, a mat engem 230 benotzt. × 149 × 230 mm FOV. Déi éischt véier Scans goufen verworf fir de Magnéit z'erméiglechen e Steady-State Magnetiséierung z'erreechen.
D'Donnéeë goufen virveraarbecht (Bewegungskorrektur, Normaliséierung zum MNI Koordinatesystem mat der SPM2 EPI Schabloun, a Glättung mat engem 6 mm FWHM Gaussian Filter) mat dem SPM2 Software Package (Wellcome Dept. Imaging Neuroscience, London, UK). Keng Datesätz konnten d'Bewegungsinklusiounskriterien erfëllen, déi waren datt d'Bewegung virun der Korrektur <2 mm an der Iwwersetzungsbewegung an <2° an der Rotatiounsbewegung war (Detailer an [77]).
Datenanalyse
fMRI Daten
Block-Design Blutt Sauerstoff Niveau ofhängeg (BOLD) Äntwerte goufen am Kontext vum General Linear Model op enger Voxel fir Voxel Basis analyséiert wéi am SPM2 implementéiert ([[27]). Den Zäitverlaf vun der Gehiraktivéierung gouf modelléiert mat enger Boxcar Funktioun, déi mat der kanonescher hämodynamescher Reaktiounsfunktioun (HRF) an enger temporärer Derivatfunktioun konvolvéiert ass. D'Date goufen High-Pass gefiltert (1/128 Hz) fir niddereg Frequenzdriften ze läschen. En éischten Uerdnung autoregressive Modell gouf och implementéiert fir Autokorrelatiounen am Feelerbegrëff vum fMRI Modell ze korrigéieren.
Eng zwee-Etapp zoufälleg-Effekter Prozedur gouf fir d'statistesch Analyse benotzt fir souwuel bannent-Thema an tëscht-Sujet Verännerlechkeet ze Kont. Als éischt goufen d'fMRI Daten vun all eenzel Participant benotzt fir statistesch Kontraster vun de Parameter Schätzungen ze generéieren fir d'Ënnerscheeder tëscht den Zäitpunkten entspriechend den High-Kalorie a Low-Kalorie Liewensmëttel ze testen. Resultater vun enger fréierer Etude ([77]) Grupp Differenzen a Mustere vun der Belounungsbezunnen Aktivatioun fonnt, mat der fettleibeger Grupp déi méi grouss Aktivatioun fir High-Kalorie Liewensmëttel a Kontrollen op Low-Kalorie Liewensmëttel weist. D'Liewensmëttel> Kontroll Reizen Kontrast gouf dunn an zweete Niveau Een-Probe T-Test Analyse fir d'bannen-Grupp Vergläicher agefouert fir d'Grupp Maxima fir eis Regiounen vun Interesse (ROI) ze lokaliséieren: bilateral NAc, AMYG, a Mëtt OFC (p) < .05, net korrigéiert).
D'ROI's fir AMYG an OFC goufen definéiert mat der WFU Pickatlas an den AAL an Talairach Daemon Atlassen ([47], [49], [79]). Well NAc an dëse Bibliothéiken net verfügbar war, hu mir eng Kugel 6 mm am Radius gezeechent mat der WFU Pickatlas zentréiert op enger Voxel Location bestëmmt duerch Moyenne vu Voxel Standuert Dimensiounen aus relevante fMRI Studien ([1], [54], [58]). D'Klassifikatioun vun der regionaler Plaz vun aktivéierte Voxel gouf verifizéiert mat der WFU Pickatlas a visueller Inspektioun vun den Donnéeën mat engem mënschleche Gehiratlas ([48]).
Wee Analyse
Path Analyse gouf benotzt fir d'Kraaft an d'Richtung vun de Bezéiungen (effektiv Verbindungen) tëscht observéierte Variablen (ROIs) ze bestëmmen, geschätzt mat simultane Regressiounsgleichungen iwwer maximal Wahrscheinlechkeet Schätzung. Dëst ass eng vun den allgemengste Modeller Approche benotzt fir effektiv Konnektivitéit ze studéieren ([69]). Mir hunn eng zwee-Schrëtt Wee Analyse /GLM Approche benotzt, no enger ähnlecher Method wéi Kim et al. [44]. Fir all Participant: (1) ROIs goufen ausgewielt fir am Modell ze enthalen, (2) d'Zäitreidaten goufen an zwou Gruppen opgedeelt, déi mat Volumen fir déi zwee Aufgabbedéngungen (High- a Low-Kalorie Liewensmëttel) assoziéiert sinn, (3) Resumé Daten goufen fir all Konditioun fir all ROI extrahéiert, (4) e Modell gouf designéiert deen d'Interaktioune vun den ROIs spezifizéiert, (5) d'Varianz-Kovarianz (Zuel vu Scanvolumen X Zuel vun ROIs) Matrix fir all Konditioun gouf berechent, an (6) de Wee Koeffizienten fir d'Verbindungen tëscht ROIs an de Modeller goufen iwwer maximal Wahrscheinlechkeet Schätzung geschat. Widderholl-Moossnamen ANOVA war dann benotzt bannent-Grupp (dh Zoustand) an tëscht-Grupp Differenzen an de Modell Verbindungen mat de Wee Koeffizienten vun de Modeller fir all eenzel ze bestëmmen.
Modell Spezifizéierung
D'Regiounen, déi am Modell abegraff sinn (OFC, AMYG, an NAc) si Komponente vun deem wat als "Motiv Circuit" bezeechent gouf ([63]), involvéiert de mesokortikolimbesche Dopaminsystem ([6], [36], [39], [45], [63], [66], [73], [80], [83]). D'Verbindungen am Modell goufen deelweis definéiert baséiert op der bekannter anatomescher Konnektivitéit vun de Strukturen an dësem Netz, awer och berücksichtegt methodologesch Aschränkungen (zB d'temporär Resolutioun vu fMRI an de Problem vun der Identifikatioun mat net-rekursive Modeller mat struktureller Equatiounsmodelléierung;7], [30], [38], [60], [65], [71]; Figebam. 2). Fir zouverlässeg Wee Koeffizient Wäerter ze schätzen, gouf de Modell ageschränkt rekursiv ze sinn (dh keng géigesäiteg Weeër waren am Modell abegraff).
Dee selwechte Weemodell gouf fir all Thema konstruéiert. Fir Inter-Thema Variabilitéit z'erméiglechen, definéiert mir déi exakt Koordinate vun all Regioun fir all Hemisphär vum lokalen Maximum vun der statistescher Kaart vun all Participant bannent 12 mm vum Grupp Maximum (an der selwechter anatomescher Regioun) entstinn aus de Liewensmëttel> Autoen Kontrast ( p < .05, net korrigéiert; [52]). D'MNI Koordinate vun de Regiounen waren NAc, lénks (x, y, z): -6, 10, -10 [Kontrollen] an -10, 14, -6 [obese]; NAc riets, (x, y, z): 6, 10, -10 [Kontrollen] an 6, 12, -10 [obese]; AMYG, lénks (x, y, z): -26, -2, -20 [Kontrollen] an -20, 0, -24 [obese]; AMYG, riets (x, y, z): 22, 0, -20 [Kontrollen] an 24, 2, -24 [obese]; OFC, lénks (x, y, z): -22, 36, -10 [Kontrollen] an -22, 30, -14 [obese]; OFC, riets (x, y, z): 26, 36, -14 [Kontrollen] an 26, 30, -4 [obese]. Fir all Regioun gouf den Haapteigenvariat vun der Zäitserie aus enger 4-mm Kugel extrahéiert, déi um Thema spezifesch lokalen Maximum zentréiert ass. Den Haaptleit (dh 1st) Eigenvariat ass eng Zesummefaassung, ähnlech wéi e gewiichtent mëttlere robusten zu Auslänner, baséiert op der Varianz vun all de Voxelen, déi an der Sphär 4 mm am Radius abegraff sinn.
Déi regional Zäitreihendaten (Haapteigenvariate Wäerter) goufen dann an zwee Datesätz getrennt: Zäitpunkte verbonne mat (1) den High-Kalorie Liewensmëttel an (2) de Low-Kalorie Liewensmëttel. Fir déi hemodynamesch Lag ze berechnen, hu mir e 6 s (2 TR) physiologeschen Verspéidung tëscht dem Ufank an der Offset vun eisen zwee Bedéngungen ugeholl an d'Daten ugepasst, déi mir deementspriechend extrahéiert hunn ([32]). Dëst huet zu zwee 84 (Zuel vun Scan Bänn) X 6 (Zuel vun ROIs) Matrixentgasung vun Daten fir all Conditioun (Héich- a Kalorie-Liewensmëttel) fir all Participant.
Path Parameter Schätzunge
E Wee Modell war fit un d'Daten Matrixentgasung souwuel fir héich-Kalorie an niddereg-Kalorie Liewensmëttel onofhängeg fir all Participant. Déi fräi Wee Koeffizienten goufen geschat duerch d'Minimaliséierung vun der Diskrepanz tëscht enger Korrelatiounsmatrix, déi aus de fMRI-Daten observéiert gouf, an enger Korrelatiounsmatrix, déi vum Modell virausgesot gëtt mat der LISREL Software (Versioun 8, SSI Scientific Software). Déi standardiséiert Parameter Schätzungen (ähnlech wéi β's an der Regressioun), oder Weekoeffizienten, fir all Verbindung (AMYG → OFC, OFC → NAc, an AMYG → NAc) bannent all Hemisphär (lénks a riets) vu béide Modeller (Héich- an Niddereg- Kalorie Liewensmëttel) fir all Participant goufen an SPSS importéiert fir spéider Analysen. E gemëschte Modell ANOVA gouf fir jiddereng vun den dräi Verbindungen duerchgefouert, an deenen d'Faktoren Grupp (obese versus Kontroll), Liewensmëttelkategorie (Héich- versus Low-Kalorie) an Hemisphär waren. Well dëst eng explorativ Studie war, hu mir fir d'Bedeitung vu spezifesche Weekoeffizienten getest soulaang d'Omnibusmodeller op d'mannst bal bedeitend Effekter weisen (p <0.10). Fir all Grupp goufen e Probe T-Tester benotzt fir ze testen ob d'Weekoeffizienten an den High- a Low-Kalorie-Liewensmëttelmodeller wesentlech ënnerschiddlech vun Null waren, wat d'Konnektivitéit ugeet wéi spezifizéiert. Pairwise Vergläicher goufen benotzt fir d'Ënnerscheeder an de Weekoeffizienten fir all Hemisphär (lénks a riets) fir bannent-Grupp (High-Kalorie vs Low-Kalorie Liewensmëttel) an tëscht-Grupp Vergläicher (obese vs Kontrollen fir High-Kalorie a Low-Kalorie) ze testen -Kalorie Liewensmëttel, onofhängeg). Gepaart t-Tester goufen fir bannent-Grupp Vergläicher benotzt an onofhängeg Echantillon t-Tester sech fir tëscht-Grupp Vergläicher benotzt.
Resultater
All déi geschätzte Weekoeffizienten waren wesentlech anescht wéi Null fir déi fettleibeg Grupp a Kontrollen fir béid Hemisphären a béid High- a Low-Kalorie Nahrungsmodeller, konsequent mam spezifizéierte Konnektivitéitsmodell (p Wäerter <0.001; Table 1).
Tëscht Gruppe Vergläicher
OFC → NAc
Et war keen Haapteffekt vun der Grupp fir d'OFC → NAc Verbindung, obwuel et en Trend war (F [1,22] = 3.70, p = 0.067), wat méi grouss Konnektivitéit fir déi fettleibeg Grupp bezeechent (0.53 ± 0.06) am Verglach mat de Kontrollen (0.41 ± 0.06). Et waren keng bedeitend Grupp X Kategorie oder Grupp X Kategorie X Lateralitéit Interaktiounen, obwuel et en Trend zu enger Grupp X Lateralitéit Interaktioun war (p = 0.059). Lénkse Wee Koeffizienten vun OFC → NAc waren wesentlech méi héich an der fettleibeger Grupp fir héich- a kalorienarme Liewensmëttel (p Wäerter <.03; Figebam. 3).
AMYG → OFC
Et war en Haapteffekt vun der Grupp sou datt déi mëttlere Konnektivitéit vun AMYG → OFC manner war fir fettleibeg Participanten (0.64 ± 0.07) am Verglach mat Kontrollen (0.84 ± 0.07), wat eng relativ méi staark Richtungsbezéiung an der Gehiraktivéierung tëscht dëse Strukturen an Äntwert op weist Liewensmëttel an Kontrollen (F [1,22] = 4.46, p = 0.046). Et ware keng bedeitend Grupp no Kategorie oder Grupp duerch Lateralitéit Interaktiounen, obwuel et en Trend (p = 0.066) zu enger Grupp vu Kategorie X Lateralitéit Interaktioun war. Spéider Analysen weisen datt Weekoeffizienten wesentlech méi grouss waren an de Kontrollen fir héichkalorie Liewensmëttel bilateral a vu riets AMYG → riets OFC fir kalorienarme Liewensmëttel (p Wäerter < .05; Figebam. 3).
AMYG → NAc
Et war en Haapteffekt vun der Grupp fir déi mëttler AMYG → NAc Verbindung sou datt et méi schwaach Konnektivitéit fir déi fettleibeg Grupp war (0.35 ± 0.05) am Verglach mat Kontroll Participanten (0.49 ± 0.05; F [1,22] = 6.00, p = 0.023 ). Et waren keng bedeitend Grupp X Kategorie oder Grupp X Kategorie X Lateralitéit Interaktiounen, obwuel et en Trend zu enger Grupp X Lateralitéit Interaktioun war (p = 0.09). Pairwise Vergläicher uginn datt lénks Säit Wee Koeffizienten wesentlech méi grouss waren fir Kontrollen fir héich- a kalorienarme Liewensmëttel (p Wäerter <.05; Figebam. 3).
Bannent-Grupp Vergläicher vun héich- vs kalorienarme Liewensmëttel Konditiounen
D'Wee Koeffizienten vun AMYG → OFC bilateral waren wesentlech méi grouss fir den High-Kalorie Liewensmëttelkategorie Verglach an de Kontrollen (lénks: p = 0.007, riets: p = 0.002; kuck. Figebam. 4). Keen vun de Weekoeffizienten ënnerscheede sech wesentlech tëscht den héich- a kalorienarme Liewensmëttelbedéngungen an der fettleibeger Grupp.
Diskussioun
Virdrun Fuerschung huet gewisen datt Nahrungsstécker, besonnesch déi mat héichkaloriege Liewensmëttel assoziéiert, Hyperaktivitéit a Gehirregiounen ausléisen, dorënner NAc, AMYG, an OFC geduecht fir ze mediéieren oder op d'mannst Code fir motivational an emotional Prozesser bei fettleibeg Individuen (zB [z.68], [77]). An der heiteger Studie hu mir gepréift ob et Differenzen an Netzwierkverbindungen tëscht NAc, AMYG an OFC waren als Äntwert op High- a Low-Kalorie Nahrungsbilder innerhalb an tëscht fettleibeg an normaler Gewiichtgruppen. Et ass wichteg ze bemierken datt dëst déi éischt mënschlech Konnektivitéitsstudie ass déi funktionell Neuroimaging benotzt fir d'Interaktioun vu Gehirregiounen an engem Belounungsnetz ze moossen. Mir hunn aberrant Konnektivitéit an der fettleibeger Grupp fonnt als Äntwert op béid héich- a kalorienarme Nahrungsstécker am Verglach mat normale Gewiichtskontrollen. Speziell schéngt et datt déi fettleibeg Grupp e relativen Defizit an der AMYG-moduléierter Aktivatioun vu béiden OFC an NAc huet, awer eng Tendenz zu exzessivem Afloss vun der OFC Modulatioun vun der Aktivatioun vun NAc. Sou ass et méiglech, datt net nëmmen méi grouss Aktivatioun vun der Belounung System, awer och Differenzen an der Interaktioun vu Regiounen an dësem Netz kann zum relativ erhéigen Motivatiounswäert vu Liewensmëttel bei fettleibeg Individuen bäidroen.
De Belounungsmodell
All Weeverbindungen tëscht NAc, AMYG, an OFC ware bedeitend fir High- a Low-Kalorie Nahrungsmodeller a béid fettleibeg Grupp an normal Gewiicht Kontrollen, konsequent mat bekannten anatomesche Verbindungen tëscht dëse Regiounen ([7], [16], [17], [30], [38], [56], [60], [65], [71]). Dëst Netz gëtt innervéiert vum ventralen tegmentale Gebitt, deen Dopamin op dëse Circuit verëffentlecht als Äntwert op motivational wichteg Evenementer ([9], [39], [71]). Wéi och ëmmer, d'Projektiounen tëscht NAc, AMYG, an OFC wéi illustréiert an Figebam. 2 sinn glutamatergesch ([39], [71]).
Dëst NAc, AMYG, an OFC Belounungsnetz ass e Subcircuit vun engem gréissere "Motiv Circuit" geduecht fir d'Verhalen ze aktivéieren an ze direkten an Äntwert op motivational-relevant Reizen ([39], [63]). D'NAc, AMYG, an OFC, besonnesch, hu wichteg belount-relatéiert Funktiounen, déi méiglecherweis zu allgemengen a Liewensmëttelspezifesche Motivatiounsprozesser bäidroen ([6], [10], [11], [36], [39], [45], [63], [66], [73], [80], [83]). Den NAc / Ventral Striatum gouf konzeptualiséiert als den 'limbesche Motor' Interface ([55]) a schéngt an der Veraarbechtung involvéiert ze sinn am Zesummenhang mat Pavlovian Conditioning, Incentive Salience, a Belounungsverfügbarkeet, Wäert a Kontext ([13], [15], [21]). Dës Regioun, a Verbindung mam ventralen Pallidum iwwer opioid-mediéiert Mechanismen, kann och fir hedonesch Wäert codéieren ([9], [10], [11], [74], [75]). Den NAc / ventral Striatum schéngt och fir den allgemenge motivationalen Milieu ze codéieren (zB [z.14]), wat d'hierarchesch Organisatioun vun erakommen Belounungs-Zesummenhang Signaler erlaabt. Fir d'Liewensmëttelbelounung schéngt den NAc / ventralen Striatum präventiv Bedeelegung un der Kodéierung vun Zeeche verbonne mat Liewensmëttel ze weisen (versus Liewensmëttelverbrauch) a kann homeostatesch an net-homeostatesch Signaler integréieren fir de motivationalen Zoustand ze moduléieren ([42], [76]). Dës Regioun kéint och codéieren fir de relativen Belounungswäert vu verfügbare Liewensmëttelreizungen ([57]). D'AMYG schéngt an motivational-relevanten assoziativen Prozesser involvéiert ze sinn ([61], [62]). Zousätzlech zu der Kodéierung fir méi allgemeng affektiv a motivational Eegeschaften, kann d'AMYG Aktivitéit op déi spezifesch Eegeschafte vu Liewensmëttelbezunnen Reizen bezéien ([2]). Den OFC schéngt eng Schlësselregioun ze sinn fir Belounungswäert an hedonesch Erfahrung ze iwwersetzen ([46]), d'Veraarbechtung vun den temporäre a Sécherheetscharakteristike vun der Belounung ([14]), an ass a Motivatiounsrelatéierte Léierprozesser a Verbindung mat AMYG involvéiert ([24], [59]). Den OFC weist multimodal Äntwerten op Liewensmëttelstécker ([67]) a gouf als 'tertiär Geschmaachgebitt' bezeechent, no der gustatorescher Veraarbechtung am insularesche Cortex ([10], [11]).
Bedeitung vun Grupp Differenzen an Konnektivitéit
OFC → NAc
Obese Fraen hunn méi grouss lénks Hemisphär OFC → NAc Konnektivitéit gewisen wéi d'Kontrollen fir béid High- a Low-Kalorie Liewensmëttel. Dëse Wee kann an der fettleibeger Grupp verstäerkt ginn duerch d'Kombinatioun vun enger verstäerkter OFC Aktivéierung duerch Nahrungsfotoen an erhöhte Dopamin (DA) Funktioun bannent der NAc an dësen Individuen. Horvitz [33] huet proposéiert datt DA handelt fir glutamatergesch Belounungsinputen vun OFC op NAc ze gaten. Wéinst dësem Gate, an der Präsenz vun enger héijer DA Funktioun bannent NAc, ginn héich Aktivitéitsniveauen bannent OFC méi effektiv fir d'NAc Aktivitéit weider ze erhéijen. Och wann d'Roll vum DA bei Adipositas kontrovers ass ([20], [29], [81]), indirekt Beweiser suggeréiert eng erhöhte DA Funktioun am Belounungssystem vu mëll bis mëttelméisseg fettleibeg Individuen (zB [z.20]), wéi déi an eiser Probe. Mir spekuléieren datt den OFC → NAc Wee e Schlëssel fir déi proposéiert positiv Relatiounen tëscht der Nahrungsreaktioun, méi grousser Intake an héije BMI ([25], [78]) wéinst staarker Kopplung vun iwwerdriwwen subjektiven Belounungswäert vun Iesswueren vermëttelt vum OFC mat Ausgangsweeër, déi vum NAc zougänglech sinn. Schlussendlech, wéinst proposéierte Parallelen tëscht Adipositas an Drogenofhängeger (z.B.82]), ass et bemierkenswäert datt Sucht Enquêteuren proposéiert hunn datt dysreguléiert PFC (inklusiv OFC) → NAc synaptesch Glutamat Iwwerdroung erklärt erhéicht Motivatioun fir Drogen an Äntwert op Drogenbezunnen Zeechen ([37], [39]).
AMYG → OFC an AMYG → NAc
Bei den fettleibege Participanten am Verglach mat Kontrollen hu mir reduzéiert Weekoeffizienten vun AMYG op OFC an NAc fonnt. Dës Differenzen waren bedeitend fir AMYG → OFC bilateral fir High-Kalorie Liewensmëttel an an der rietser Hemisphär fir Low-Kalorie Liewensmëttel. AMYG → NAc Konnektivitéit war méi niddereg an der fettleibeger Grupp an der lénkser Hemisphär fir héich-Kalorie a kalorienarme Liewensmëttel. Och wann d'Relevanz vun dëse Gruppendifferenzen fir Adipositas net kloer ass, ass et méiglech datt reduzéierter Konnektivitéit vum AMYG op dës Strukturen d'Flexibilitéit bei der Aktualiséierung vum Belounungswäert behënnert. Basisléieren, wouduerch Reizen, déi mat primäre Belounungen verbonne sinn, motivational Wäert kréien, kënnen am AMYG optrieden ([5]). D'AMYG → OFC Projektioun kann grondleeënd motivational relevant assoziativ Informatioun un den OFC transferéieren, déi Informatioun vum AMYG benotzt fir subjektiv Wäert ze bestëmmen an op spéider instrumental Wiel Verhalen ze beaflossen ([15]). Als e Beispill vun der Wichtegkeet vun dësem Wee fir d'Belounungswäert z'änneren, Baxter a Kollegen [3] fonnt, datt Rhesus Macaques net verännert hunn hir Verhalen während enger Belounungsdevaluatiounsaufgab ze änneren nodeems d'Verbindung tëscht AMYG an OFC gestéiert gouf. An engem cue-outcome Léierparadigma, Schoenbaum a Kollegen [70] fonnt datt d'Stéierung vum AMYG → OFC-Wee iwwer Läsionéierung zu méi cue-selektiven OFC-Neuron-Feierung als Äntwert op d'Sensoresch am Géigesaz zu assoziativen Eegeschafte vun der cue gefouert huet. Wat d'Verdauungsverhalen ugeet, kann eng defizitéiert AMYG → OFC Verbindung an den fettleibege Participanten en suboptimalen Transfer vu Basis affektiven / emotionalen Wäert betreffend Liewensmëttel a Nahrungsstécker bedeitend wichteg fir d'Aktualiséierung vum subjektiven Belounungswäert vun dësen Hiweiser fir Flexibilitéit am Nahrungsaufnahme Verhalen ze erliichteren. Am Verglach mat Normalgewiicht Individuen, kann de Belounungswäert vu Liewensmëttel a Liewensmëttelstécker méi staark gedriwwe ginn duerch déi sensoresch Eegeschafte vun de Liewensmëttel a Nahrungszeechen fir fettleibeg Individuen. Zousätzlech kann de sensoresch ugedriwwene Belounungswäert vun de Liewensmëttel a Liewensmëttelstécker manner béisbar sinn am Gesiicht vu verännerleche Belounungskontingenzen.
Ähnlech wéi d'AMYG → OFC Verbindung, eng defizit Verbindung an den fettleibege vun AMYG → NAc kéint de Basis hedonesche Signal uginn, dat déngt fir de Belounungswäert vu Liewensmëttel oder Iesswueren (AMYG) ze moduléieren ass net passend gewiicht mat anere Signaler (zB motivational , homeostatesch) ier de passenden Verdauungsverhalen bestëmmt gëtt ([84]).
Aschränkungen a Viraussetzungen
- E Modell ze spezifizéieren mat der Pathanalyse an der fMRI kann eng Erausfuerderung sinn, well d'Zuel an d'Kombinatioun vu Verbindungen tëscht Regiounen wesentlech eropgeet mat all zousätzlech Regioun, déi am Modell abegraff ass, wat d'Schätzung vun dëse Weekoeffizienten zouverlässeg mécht an d'Erkenntnisser méi schwéier ze interpretéieren. Zum Beispill, an dëser Etude mat 3 Regiounen pro Hemisphär (6 Regiounen am Ganzen), ginn et k = N(N + 1) / 2 = 21 Fräiheetsgraden pro Datesaz (k = 42 Fräiheetsgrade fir déi zwee getest Modeller) zougewisen fir d'Auswierkunge vum Interessi ze schätzen. Zwielef Fräiheetsgrade gi benotzt fir d'Varianten ze schätzen, déi mat all Regioun a béide Modeller verbonne sinn (6 Regiounen pro Modell × 2 Modeller). Mat engem minimum vu 5 Datepunkte noutwendeg fir d'Parameterwäerter fir all Wee am Modell zouverlässeg ze schätzen ([4]), dëst léisst maximal 30 schätzbare Weeër fir zwee Modeller mat all 6 Regiounen (15 schätzbare Weeër pro Modell). Dëst limitéiert d'Komplexitéit vum Modell dee mat der Pathanalyse getest ka ginn an ass ee Grond firwat mir gewielt hunn net interhemisphäresch Verbindungen an eise Modeller ze enthalen.
- Mir hunn déi zwee-Etapp SEM / GLM Approche gewielt fir direkt fir Gruppendifferenzen tëscht Verbindungen an engem hypothetiséierte Modell ze testen a waren net esou interesséiert fir de Fit vum Modell tëscht Gruppen per se ze vergläichen. Dës Approche ass anescht wéi déi traditionell fMRI a Path Analyse Methodologie genannt "gestackte Modell Approche" vergläicht Modell fit tëscht Aufgaben oder Gruppen ([50]). Wéi och ëmmer, Protzner a McIntosh [64] kierzlech gemellt datt absolut Modellfitinformatioun net néideg ass fir zouverlässeg Parameterschätzunge mat Hëllef vu Weeanalyse ze generéieren.
- Eng aner Begrenzung vun dëser Etude bezitt sech op d'Kraaft fir Differenzen tëscht de Weekoeffizienten z'entdecken, déi an eise Modeller geschat ginn, wéinst de klenge Probegréissten, déi fir all Grupp benotzt ginn. Mat gréissere Gruppegréissten hätten eis Trendniveau Resultater méiglecherweis statistesch Bedeitung erreecht.
- Mir hunn net de ventrale tegmentale Beräich (VTA) abegraff, d'Quell vun Dopamin am mesokortikolimbesche Circuit proposéiert fir vill vun de Prozesser ze vermëttelen, déi mat der Belounung verbonne sinn ([26], [35], [72]), an eisem Modell wéinst methodologeschen Aschränkungen am Zesummenhang mat BOLD fMRI, déi d'Aktivatioun an de Gehirnstammregioune wéi de VTA schwéier z'entdecken ([19]).
Conclusiounen a Resumé
Zesummegefaasst huet eis Neuroimaging Studie aberrant Belounungsnetzverbindung bei fettleibeg Individuen am Verglach mat Kontrollen fonnt, mat reduzéierter Konnektivitéit vun AMYG op OFC an NAc a verstäerkter Konnektivitéit an OFC → NAc an dëse Participanten. Dës Resultater addéieren zu fréiere Berichter fir ze weisen datt et net nëmmen eng iwwerdriwwe Belounungssystemaktivéierung als Äntwert op Liewensmëttel gëtt, awer och eng anormal Interaktioun tëscht Regiounen an dësem Netz bei fettleibeg Individuen. Besonnesch, mir denken, datt d'Iwwernuechtung bei fettleibeg Individuen duerch zwee Mechanismen beaflosst ka ginn: (1) erhéicht OFC → NAc Konnektivitéit kéint zu enger verstäerkter Drive bäidroe fir Liewensmëttel ze konsuméieren an (2) Mangel un Konnektivitéit vun AMYG kéint zu suboptimaler Modulatioun vun der affektiver / emotionaler Resultat féieren. Aspekter vun engem Iessen oder Liewensmëttel Hiweiser Belounung Wäert. Ouni déi entspriechend affektiv / emotional Informatioun fir d'Devaluatioun vu Liewensmëttel oder Nahrungszeechen no der Nahrungsaufnahme ze signaliséieren, kann eng verstäerkte Fuert homeostatesch Mechanismen iwwerwannen, déi zu Hyperphagie a verstäerkter Gewiichtsgewënn féieren. Natierlech hu mir en einfache Belounungsnetz getest. Weider Studien sinn néideg fir d'Konnektivitéit am Belounungssystem z'ënnersichen a wéi dës Regiounen mat homeostatesche Mechanismen am Hypothalamus a Gehirnstamm interagéiere kënnen, wéi och déi kognitiv Mechanismen vun der Nahrungsaufnahmekontroll am prefrontale Cortex. Et wäert och interessant sinn ze bestëmmen wéi individuell Differenzen an interoceptive an exteroceptive Faktoren dëst Belounungsnetz moduléieren fir besser ze verstoen wéi d'Belounungsmechanismen d'Verdauungsverhalen beaflossen.
Arbeschterlidder
Ënnerstëtzt vum NIH-NIDCD Intramural Research Programm, de GCRC Grant M01 RR-00032 vum National Center for Research Resources, de Procter and Gamble Co., a Ressourcen vum UAB's Center for the Development of Functional Imaging (CDFI).
Noten
Verzichterklärung vum Verlag: Dëst ass eng PDF-Datei vun engem net verworfene Manuskript deen fir d'Publikatioun akzeptéiert gouf. Als Service fir eis Cliente këmmeren mir dës fréie Versioun vum Manuskript. De Manuskript wäert d'Kopieveraarbechtung, d'Setzgarantie an d'Iwwerpréiwung vum entstinnende Beweis ënnerwerfen, ier se an der Final citat Form publizéiert gëtt. Maacht weg datt während dem Produktiounsfehler eventuell Décisiounen entdeckt kënne ginn, déi d'Inhalter beaflosse kënnen, an all gesetzlech Verännerungen, déi op d'Zäitschrëft gelidden sinn.
Konflikt vu Wënsch
D'Auteuren deklaréieren datt se keng konkurréiere finanziell Interesse hunn.
Referenze
;