Dorsal Striatal Dopamine, Keutamaan Makanan dan Persepsi Kesihatan dalam Manusia (2014)

PLoS One. 2014; 9 (5): e96319.

Diterbitkan dalam talian 2014 Mei 7. doi:  10.1371 / journal.pone.0096319

PMCID: PMC4012945

J. Bruce Morton, Editor

Artikel ini telah dikutip oleh artikel lain dalam PMC.

Abstrak

Sehingga kini, beberapa kajian telah meneroka mekanisme neurokimia yang menyokong perbezaan individu dalam keutamaan makanan pada manusia. Di sini kita menyiasat bagaimana dorsal dorsal striatal, seperti yang diukur oleh pengesan tomografi pelepasan positron (PET) [18F] fluorometatyrosine (FMT), berkait rapat dengan pengambilan keputusan yang berkaitan dengan makanan, serta indeks jisim badan (BMI) dalam 16 berat badan yang sihat kepada individu yang sedang gemuk. Kami mendapati bahawa PET sintetik yang mengikat sintesis Dopamine yang lebih rendah berkorelasi dengan BMI yang lebih tinggi, keutamaan yang lebih tinggi untuk makanan yang "sihat", tetapi juga penilaian kesihatan yang lebih tinggi untuk makanan. Penemuan ini seterusnya menegaskan peranan dopamin dorsal striat dalam tingkah laku yang berkaitan dengan makanan dan memberi penerangan tentang kerumitan perbezaan individu dalam keutamaan makanan.

Pengenalan

Masyarakat moden dikelilingi oleh keterlaluan dan pelbagai pilihan makanan, yang sebahagiannya menyumbang kepada populasi kelebihan berat badan yang semakin meningkat di Amerika Syarikat . Namun, mekanisme neurokimia yang mendasar yang menyokong perbezaan individu dalam pilihan makanan tidak dipahami dengan baik. Sesetengah individu secara semulajadi mendasarkan lebih banyak pilihan makanan ke atas nilai kesihatan barangan makanan berbanding nilai rasa makanan, dan korteks prefrontal ventromedial (vmPFC) telah ditunjukkan untuk memainkan peranan dalam nilai matlamat yang berkaitan dengan pengaruh "kesihatan" dan " rasa " . Selain itu, terdapat variasi yang besar dalam penilaian individu terhadap kandungan kalori dan anggapan "kesihatan" item makanan , dan kajian menunjukkan makanan yang "sihat" terlalu banyak berbanding makanan yang dianggap "tidak sihat", walaupun nilai pemakanan yang sama , .

Dorsal dorsal striatal telah ditunjukkan untuk memainkan peranan dalam motivasi untuk makanan dalam model manusia dan haiwan , , , tetapi hubungan di antara dopamin dan keinginan makanan atau keutamaan pada manusia belum diterokai dengan teliti. Selain itu, kajian yang menggunakan ligan PET yang mengikat reseptor dopamin telah menunjukkan korelasi dengan BMI, bagaimanapun, dalam kedua-dua positif dan negatif arahan, dan bukan semua kajian mendapati persatuan yang penting (untuk melihat semula ). Juga, disebabkan sifat ligan PET yang bergantung kepada keadaan pembebasan dopamine endogen, sukar untuk menafsirkan hubungan antara dopamine striatal dan BMI. Pengikat reseptor dopamin yang lebih rendah boleh mewakili kurang reseptor dopamin stigat yang sedia ada (iaitu hubungan negatif antara pengikat PET dan BMI, seperti yang terdapat dalam ), atau pengikat reseptor dopamine yang lebih besar boleh mewakili pembebasan dopamine endogen yang lebih rendah, membolehkan lebih banyak reseptor yang tersedia di mana ligan PET dapat mengikat (iaitu hubungan positif antara mengikat dan BMI, seperti yang terdapat dalam ). Untuk melengkapkan kajian terdahulu yang telah menggunakan ligan PET yang mengikat reseptor dopamin, di sini kami menggunakan pengukuran yang stabil dari kapasiti sintesis dopamine presinaptik dengan ligan PET [18F] fluorometatyrosine (FMT) yang telah banyak dikaji dalam model manusia dan haiwan , , , .

Matlamat kajian kami adalah untuk mengkaji hubungan antara langkah-langkah sintesis PET denyut dorsal striatal dan BMI dan untuk mengkaji bagaimana langkah-langkah sintesis PET FMT dopamin ini dapat dikaitkan dengan perbezaan individu dalam keutamaan makanan. Kami menghipasi bahawa pengurangan sintesis PET FMT dopamine yang lebih rendah akan sesuai dengan BMI yang lebih tinggi, seperti yang dicadangkan oleh kerja terdahulu . Kami juga meramalkan bahawa individu yang mempunyai dopamin statal endogen yang lebih rendah akan mempunyai keseluruhan pilihan yang lebih baik untuk item makanan (iaitu kedua-dua makanan "sihat" dan "tidak sihat") berbanding dengan individu dengan dopamin striatal yang lebih tinggi dan bahawa persepsi kesihatan seseorang terhadap makanan juga boleh mempengaruhi pilihan.

Kaedah dan Bahan

Mata pelajaran

Subjek tiga puluh tiga yang sihat, tangan kanan yang sebelumnya telah menerima imbasan PET sintetik dopamine dopamin telah dijemput untuk mengambil bahagian dalam kajian tingkah laku yang dibentangkan di sini dan tidak diberi pengetahuan terlebih dahulu untuk kajian itu, hanya memberitahu bahawa ia melibatkan kajian membuat keputusan yang rumit. Daripada 33, subjek 16 bersetuju untuk mengambil bahagian (8 M, umur 20-30). BMI (berat dalam kilogram) / (ketinggian dalam meter) ∧2)) dikira untuk semua mata pelajaran (julat: 20.2-33.4, dengan obesiti 1, subjek berat badan 4 yang berlebihan berat badan dan 11). Subjek tidak mempunyai sejarah penyalahgunaan dadah, gangguan makan, kemurungan utama dan gangguan kecemasan. Subjek juga diminta jika mereka berada dalam keadaan miskin, miskin, sederhana, baik atau sangat baik. Semua yang dilaporkan berada dalam keadaan rata-rata untuk kesihatan yang cemerlang dan tidak sedang berdiet atau cuba menurunkan berat badan. Status sosioekonomi (SES) juga dikumpulkan daripada individu yang menggunakan status sosial status Barratt (BSMSS) .

Kenyataan Etika

Semua subjek memberi persetujuan bertulis dan dibayar untuk penyertaan mengikut garis panduan institusi jawatankuasa etika tempatan (University of California Berkeley (UCB) dan Jawatankuasa Makmal Nasional Lawrence Berkeley (LBNL) untuk Perlindungan Peserta Manusia (CPHP) dan Lawrence Berkeley National Lembaga Kajian Institusi Makmal (LHDN)). CPHP dan LHDNC UCB dan LBNL secara khusus meluluskan kajian yang dibentangkan di sini

Perolehan dan analisis data PET

Pengimejan PET dan pengikatan FMT dilakukan di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley, seperti yang diterangkan sebelum ini . FMT adalah substrat aromatik L-amino decarboxylase (AADC), enzim sintesis dopamine yang aktivitinya sepadan dengan kapasiti dopaminergic neurons untuk mensintesis dopamin dan telah ditunjukkan sebagai petunjuk sintesis pra-synaptik dopamine . FMT dimetabolisme oleh AADC kepada [18F] fluorometatyramine, yang dioksidakan kepada [18F] fluorohydroxyphenylacetic acid (FPAC), kekal di terminal dopaminergik dan boleh dilihat pada imbasan FMT PET. Oleh itu, keamatan isyarat pada imbasan FMT PET telah ditunjukkan sebagai setanding dengan [18F] fluorodopa , di mana pengambilan pelacak sangat berkorelasi (r = 0.97, p <0.003) dengan kadar protein dopamin striatal pada pesakit bedah siasat, seperti yang diukur dengan kaedah kromatografi cecair (HPLC) berprestasi tinggi . Selain itu, berbanding dengan [18F] fluorodopa, FMT juga bukan merupakan substrat untuk O-metilasi dan oleh itu memberikan imej isyarat-bunyi yang lebih tinggi daripada [18F] fluorodopa . Selain itu, langkah-langkah FMT telah terbukti secara langsung sesuai dengan ukuran dopamin pada model penyakit Parkinson haiwan .

Imbasan telah dijalankan sama ada dari 9AM-12PM atau 1PM-4PM. Kelewatan purata antara pengambilalihan data sintesis PET FMT dopamine dan data tingkah laku adalah 2.37 ± 0.26 tahun, setanding dengan kelewatan yang dilaporkan dalam kajian terdahulu dari makmal kami menggunakan PET FMT . Walaupun kelewatan ini tidak ideal, kajian oleh Vingerhoets et al. telah menunjukkan bahawa ki yang berkaitan dengan presinaptic dopamine adalah pengukuran yang relatif stabil, mempunyai peluang 95% yang tinggal dalam nilai 18% dari nilai asalnya dalam subjek sihat individu selama jangka masa 7-tahun. Oleh itu, langkah FMT, setanding dengan [18F] fluorodopa , difikirkan mencerminkan proses yang relatif stabil (iaitu kapasiti sintesis) dan oleh itu tidak terlalu sensitif kepada perubahan yang berkaitan dengan negeri kecil. Selain itu, BMI tidak jauh berbeza antara pengambilalihan PET dan data tingkah laku (perubahan purata dalam BMI: 0.13 ± 1.45, T (15) = 0.2616, p = 0.79, ujian t berpasangan dua ekor). Selain itu, semua subjek telah ditapis untuk sebarang perubahan gaya hidup pada masa itu sejak ujian terakhir (iaitu perubahan dalam diet dan senaman / aktiviti harian, merokok atau minum, kesihatan mental atau status ubat). Akhirnya, perubahan dalam BMI dari masa imbasan PET FMT ke ujian tingkah laku serta masa yang berlalu antara imbasan PET dan ujian tingkah laku digunakan sebagai pembolehubah dalam analisis data regresi berganda.

Imbasan PET dilakukan menggunakan kamera PET Aliran ECAT-HR (Knoxville, TN). Kira-kira 2.5 mCi aktiviti spesifik tinggi FMT disuntik sebagai bolus ke dalam vena antekubital dan urutan pemerolehan dinamik dalam mod 3D diperolehi untuk jumlah masa imbasan min 89. Dua imej anatomi resolusi tinggi (MPRAGE) diperolehi dalam setiap peserta pada pengimbas Siemens 1.5 T Magnetom Avanto MRI (Siemens, Erlangen, Jerman), menggunakan gegelung kepala channel 12 (TE / TR = 3.58 / 2120 ms; saiz voxel = 1.0 × 1.0 × 1.0 mm, kepingan paksi 160; FOV = 256 mm; masa pengimbasan ~ 9 minit). Kedua-dua MPRAGEs adalah purata untuk mendapatkan satu imej struktur resolusi tinggi, yang digunakan untuk menjana kawasan bunga caudate dan cerebellum individu (ROI).

ROI dan cerebellum kiri dan kanan (digunakan sebagai wilayah rujukan, seperti dalam kajian terdahulu ) dilukis secara manual pada imbasan MRI anatomi setiap peserta menggunakan FSLView (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/), seperti yang dinyatakan sebelum ini . Kedua-dua kebolehpercayaan inter-dan intra-rater berada di atas 95% (daripada penarafan yang dibuat oleh dua ahli makmal). Untuk mengelakkan pencemaran isyarat FMT daripada nukleus dopaminergik, hanya tiga perempat daripada bahan kelabu yang berada di bahagian belakang termasuk dalam kawasan rujukan cerebellar. Selepas pendaftaran bersama dengan ruang PET FMT, hanya voxel yang mempunyai peluang 50% di atas untuk ROI dimasukkan untuk memastikan kebarangkalian perkara kelabu yang tinggi.

Imej-imej PET FMT telah dibina semula dengan algoritma pengoptimuman jangkaan subset yang diperintahkan dengan pelemahan berwajaran, berselerak diperbetulkan, diperbetulkan gerakan dan dilicin dengan kernel maksimum separuh lebar 4 mm, menggunakan versi Parametric Mapping versi 8 (SPM8)www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Pengimbasan MRI anatomi telah dikonfigurasikan kepada imej min semua bingkai yang diperiksa dalam imbasan PET FMT menggunakan FSL-FLIRT (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/, versi 4.1.2). Menggunakan program analisa grafis in-house yang melaksanakan rancangan Patlak , , Ki imej, yang mewakili jumlah pengesan yang terkumpul di dalam otak berbanding dengan rantau rujukan (cerebellum , satu amalan piawai dalam analisis PET untuk meminimumkan potensi gangguan bunyi daripada data PET). Ki Nilai-nilai diperoleh secara berasingan dari ROI kiri dan kanan dan persatuan dihitung antara Ki nilai, BMI, dan langkah-langkah tingkah laku. Selain itu, sejak umur dan seks telah terbukti mempunyai kesan terhadap pengikatan FMT , , korelasi antara FMT dan BMI diperbaiki untuk usia dan jenis kelamin (serta perubahan dalam BMI dari saat imbasan PET hingga ujian tingkah laku) oleh pemboleh ubah kawalan dalam korelasi separa Pearson.

Paradigma tingkah laku

Subjek diminta untuk makan hidangan khas, tetapi tidak terlalu berat sejam sebelum sesi ujian. Untuk menggalakkan pematuhan permintaan ini, sesi ujian telah dijadualkan selepas masa makan biasa (iaitu 9AM, 2PM dan 7: 30PM), dan masa makan terakhir direkodkan. Item makanan yang digunakan sebelum ujian dan masa berlalu dari makanan terakhir dimakan kepada sesi ujian dicatat, (seperti ditentukan oleh sumber www.caloriecount.com dan saiz hidangan dan hidangan sendiri dilaporkan oleh individu). Untuk memastikan kelaparan tidak mempengaruhi tugas, kami juga mengukur kelaparan dan kepenuhan dengan skala analog visual .

Gambar lapan item makanan digunakan di mana subjek diminta untuk menilai item dalam blok berasingan 3 berasaskan 1), tastiness, 2) kesihatan dan 3) dalam program E-Prime Professional (Psikologi Software Tool, Inc., Sharpsburg, PA, Amerika Syarikat) (lihat Rajah 1). Untuk menghasilkan tugas yang seimbang dengan jumlah makanan yang sihat, tidak sihat dan neutral, kita mula-mula mencipta nilai kesihatan objektif untuk setiap lapan item makanan dengan memberi skor objektif yang standard -3 (sangat tidak sihat) ke + 3 ( sangat sihat) kepada setiap makanan berdasarkan gred huruf (dari F-minus (sangat tidak sihat) kepada A-plus (sangat sihat) dan maklumat pemakanan dari sumber dalam talian www.caloriecount.com. Gred surat ini menggabungkan beberapa faktor (iaitu kalori, gram lemak, serat dll) dan disenaraikan sebagai rujukan dalam talian untuk "pilihan untuk makan sihat," seperti yang dinyatakan di laman web. Kami kemudiannya mengimbangi tugas dengan kira-kira bilangan yang sama yang sihat (iaitu makanan dengan markah objektif 2 atau 3, seperti buah-buahan dan sayur-sayuran), neutral (iaitu makanan dengan markah objektif 1 dan -1, seperti keropok garam) dan item tidak sihat (iaitu makanan dengan skor matlamat negatif -2 atau -3 seperti bar permen yang sangat diproses).

Rajah 1  

Tugas Kelakuan.

Subjek terlebih dahulu diminta menilai sejauh mana mereka "dikehendaki" atau "dikehendaki" setiap item (skala 1 (sangat tidak mahu) ke 4 (sangat mahukan)), dirujuk ke seluruh teks sebagai "pilihan" selaras dengan kesusasteraan . Item makanan akan muncul dan subjek akan mempunyai sehingga 4 saat untuk bertindak balas, dan mereka menilai semua lapan item makanan sebelum meneruskan ke blok "kesihatan" dan "rasa" seterusnya (lihat di bawah). Kerana manusia mempunyai keupayaan untuk memodulasi pilihan makanan berdasarkan bukan hanya untuk rasa makanan tertentu, tetapi juga terhadap persepsi kesihatan , kami hanya meminta subjek untuk menilai berapa banyak yang mereka mahu makanan atau mencari makanan yang diingini dan blok preferensi selalu disajikan terlebih dahulu. Dalam usaha untuk menangkap berapa banyak subjek yang sebenarnya lebih suka item makanan yang disajikan, subjek dimaklumkan mereka akan menerima item makanan dari tugas pada akhir ujian berdasarkan penilaian "keinginan" mereka. Subjek juga tidak tahu dalam blok kedua dan ketiga yang akan datang (diterangkan di bawah), mereka akan diminta untuk menilai bagaimana sihat dan lazat mereka mendapati setiap item makanan.

Dalam blok kedua, subjek menilai sejauh mana mereka melihat lapan item makanan sebagai sihat atau tidak sihat (-3 untuk sangat tidak sihat kepada 3 untuk sangat sihat) dan dalam blok ketiga, betapa lazatnya mereka mendapati lapan item makanan (-3 untuk tidak pada semua lazat untuk 3 untuk sangat lazat). Perintah blok ini konsisten untuk semua mata pelajaran, kerana kami tidak mahu mempengaruhi rating kesihatan dalam kesan pesanan berpotensi. Subjek dimaklumkan bahawa penilaian kesihatan dan rasa tidak akan mempengaruhi item yang mereka terima berdasarkan jawapan mereka dalam blok "keinginan". Kami memilih skala 6 untuk nilai kesihatan dan rasa untuk membolehkan liputan rasa / kesihatan yang lebih luas, termasuk penilaian "neutral" yang sepadan dengan -1 dan + 1, manakala skala 4 bagi blok keinginan / keutamaan akan mencerminkan hanya item makanan pilihan atau tidak pilihan. Tugas keseluruhan berlangsung sekitar 25 minit. Subjek ditanya pada akhir tugas jika terdapat apa-apa barang makanan yang tidak dikenali yang mungkin membawa kepada tanggapan tidak. Kesemua subjek yang dilaporkan kebiasaan dengan item makanan dan semua item diberi penarafan untuk ketiga-tiga blok oleh semua subjek.

Dopamine di striatum punggung telah ditunjukkan mempunyai persatuan yang kuat dalam motivasi untuk makanan , , . Persepsi rasa juga sangat dikaitkan dengan keinginan makanan, kerana kebanyakan manusia lebih suka makanan yang mereka juga rasa enak . Kerana terdapat banyak gabungan pilihan, rasa dan blok kesihatan yang dapat diperiksa, untuk menghapuskan banyak perbandingan dan potensi untuk korelasi palsu, berdasarkan kesusasteraan ini, kami memeriksa jumlah item makanan yang diberi nilai sendiri sebagai 1). , lazat, dan dilihat "sihat" dan 2) pilihan, lazat, dan dilihat "tidak sihat". (Item pilihan yang diberi nilai sebagai 3 atau 4 dalam blok "keinginan"; item lazat yang diberi nilai sebagai 2 atau 3 dalam blok "tastiness"; dianggap "item yang sihat" yang dinilai sebagai 2 atau 3 dan dilihat sebagai "tidak sihat" -2 dalam blok "kesihatan"). Analisis pasca-hoc juga menyiasat nisbah barangan makanan yang "sihat" -to- "tidak sihat" yang dianggap sebagai "makanan yang sihat" yang dianggap sebagai "sihat" makanan yang tidak benar-benar secara objektif dinilai sebagai sihat (iaitu barang pilihan yang dinilai oleh individu yang sihat minus item subjek yang dinilai sebagai pilihan yang sebenarnya sihat seperti yang ditentukan oleh skor kesihatan objektif yang ditugaskan. (Sebagai contoh, jika subjek menilai "keropok" sebagai pilihan makanan yang disukai dengan skor 3 yang sihat (sangat sihat), dan Skor kesihatan objektif yang diberikan adalah 3 (sihat neutral), ini akan dikira sebagai makanan kesihatan yang diutamakan yang tidak benar-benar sihat.) Kalori purata untuk item pilihan dari setiap subjek juga dikira.

Analisis Statistik

Regresi linear berganda langkah digunakan untuk menguji hubungan antara dua pemboleh ubah bersandar yang berasingan: 1) makanan yang disukai, lazat dan dirasakan sihat dan 2) item makanan yang tidak disukai, lazat dan dirasakan, dan pemboleh ubah bebas: nilai PET FMT yang tepat, nilai kiri PET FMT, BMI, umur, jantina, status sosio-ekonomi, sebarang perubahan BMI antara PET dan ujian tingkah laku dan masa yang berlalu antara PET dan ujian tingkah laku dalam SPSS versi 19 (IBM, Chicago, Ill., USA), dengan kemasukan pemboleh ubah bebas ke model yang ditetapkan pada p <0.05 dan dikecualikan dengan p> 0.1. Nisbah "sihat" -kepada "tidak sihat" yang dirasakan sangat berkorelasi dengan pemboleh ubah bersandar dari item "sihat" yang dirasakan lebih disukai (r = 0.685, p <0.003), dan oleh itu, kami tidak dapat memasukkan pemboleh ubah ini ke dalam model. Walau bagaimanapun, korelasi separa Pearson, yang diperbaiki untuk usia, jantina dan sebarang perubahan BMI, digunakan untuk menguji hubungan langsung antara PET FMT dan 1) BMI, 2) nisbah "sihat" hingga "tidak sihat" dan 3) kalori rata-rata item pilihan, dijalankan dengan SPSS versi 19 (IBM, Chicago, Ill., USA). Kami juga menguji hubungan antara nilai sintesis dopamin PET FMT, bilangan item makanan "sihat" yang disukai yang tidak dinilai sihat oleh skor yang dikira, dan item pilihan yang dinilai sihat oleh skor yang dikira dalam langkah- model regresi berganda yang bijak. (Bilangan item makanan yang dirasakan "sihat" yang disukai yang tidak dinilai sihat oleh skor yang dikira, dan item yang disukai yang dinilai sihat oleh skor yang dikira tidak berkorelasi secara signifikan (r = 0.354, p = 0.23). Kami juga menguji jika ada hubungan antara perubahan BMI dan pemboleh ubah bersandar: nilai PET FMT kiri dan kanan, SES, usia, jantina, masa antara pencitraan PET dan ujian tingkah laku, bilangan makanan “sihat” yang dirasakan lebih disukai dan makanan “tidak sihat” yang dirasakan lebih disukai menggunakan langkah regresi linear berturut-turut. Data ditunjukkan sebagai nilai r Pearson.

Hasil

Hubungan antara nilai-nilai sintesis PET FMT dopamine dan BMI

Kami mula-mula menguji sama ada hubungan penting wujud antara nilai-nilai sintesis PET FMT dopamine dan pengukuran BMI merentas individu 16 (individu purata berlebihan berat badan / obes). Kami mendapati korelasi negatif yang signifikan di antara nilai-nilai sintesis PET mentega FMT dopamine dan BMI, dengan individu BMI yang lebih tinggi yang mempunyai sintesis dopamin yang lebih rendahRajah 2A: Imej haiwan FMT mentah individu BMI yang lebih tinggi (kiri) dan rendah (kanan); Rajah 2B: r = -0.66, p = 0.014, kiri: r = -0.22, p = 0.46 (tidak ketara (ns)), dikawal untuk umur, seks dan sebarang perubahan dalam BMI dari imbasan sintesis PET FMT dopamin ke ujian tingkah laku ).

Rajah 2  

Dorsal stroke dini dan BMI.

Hubungan antara nilai-nilai sintesis PET FMT dopamine dan keutamaan makanan

Subjek menilai item lapan puluh makanan dalam blok berasingan 3 berdasarkan persepsi mereka tentang keseronokan 1), kesesuaian, 2) dan tastiness dari setiap item makanan (lihat Rajah 1). Kira-kira 50% item adalah sihat dan tidak sihat, seperti yang dinyatakan oleh maklumat kesihatan (Lihat Kaedah dan Bahan). Dopamine di striatum punggung telah ditunjukkan mempunyai persatuan yang kuat dalam motivasi untuk makanan , , , sementara sifat makanan hedonik dimediasi melalui mekanisme neuron lain , . Walau bagaimanapun, rasa persepsi sangat dikaitkan dengan keinginan makanan, kerana kebanyakan manusia lebih suka makanan yang mereka juga mendapati lazat . Di sini kita juga dapati bahawa persepsi dan keutamaan rasa sangat berkorelasi, kerana item yang disukai juga dinilai enak (r = 0.707, p <0.002).

Oleh itu, untuk mengkaji bagaimana persepsi kesihatan dapat mempengaruhi pengambilan keputusan yang berkaitan dengan makanan, kami menggunakan regresi linier berganda langkah demi langkah untuk memodelkan hubungan antara pemboleh ubah bersandar dari jumlah item makanan yang dinilai sebagai makanan yang disukai, enak dan dirasakan sihat dan pemboleh ubah bebas FMT di kiri dan kanan kaudate, BMI, umur, jantina, SES, perubahan BMI dari masa imbasan PET ke ujian tingkah laku dan masa berlalu dari masa PET ke ujian tingkah laku. Nilai sintesis dopamin PET FMT caudate kanan secara signifikan menyumbang kepada model regresi untuk bilangan item yang disukai dan lazat yang dianggap sihat (Beta: −0.696; t (15) = −3.625, p <0.003, Rajah 3), sementara semua pemboleh ubah bebas lain dikeluarkan dari model sebagai tidak signifikan (t (15) <1.216, p> 0.246). Kami juga menguji hipotesis bahawa bilangan item "tidak sihat" yang disukai dan dirasakan juga akan menunjukkan hubungan dengan pemboleh ubah bebas ini, tetapi tidak ada pemboleh ubah bebas yang dimasukkan ke dalam model sebagai signifikan (F <2.7, p> 0.1). Oleh itu, individu dengan nilai sintesis dopamin PET FMT yang lebih rendah mempunyai preferensi yang lebih besar untuk makanan yang dirasakan “sihat” tetapi tidak dirasakan “tidak sihat”.

Rajah 3  

Dorsal dorsal striatal dan tingkah laku yang berkaitan dengan makanan.

Hubungan antara nilai-nilai sintesis PET FMT dopamin dan persepsi kesihatan terhadap makanan

Kami menghipnotiskan bahawa hubungan antara nilai-nilai sintesis PET mulut FMT dopamine dan keutamaan untuk barang-barang "sihat" mungkin disebabkan oleh perbezaan individu dalam persepsi kesihatan makanan. Walaupun kami merancang tugas dengan anggaran 1:1 yang sihat untuk makanan yang tidak sihat, individu bervariasi dalam persepsi mereka tentang kesihatan item, dengan nisbah yang sihat kepada item tidak sihat dari 1.83:1 hingga 0.15:1. Oleh itu, sebagai analisis pasca-hoc, kita menyiasat hubungan antara sintesis dopamine PET FMT kanan dan nisbah yang dianggap "sihat" kepada item "tidak sihat", dan mendapati korelasi negatif yang signifikan (r = -0.534, p = 0.04) , dengan nilai sintesis PET FMT dopamine yang lebih rendah bersamaan dengan jumlah item yang lebih tinggi yang dilihat sebagai "sihat" berbanding dengan "tidak sihat".

Oleh itu, kami menggunakan regresi linier berbilang langkah untuk menyiasat hubungan antara sintesis PET FMT dopamin dan preferensi untuk makanan yang sihat tetapi kurang sihat (seperti yang ditentukan oleh skor yang dikira objektif, lihat Kaedahdan pilihan makanan sihat seperti yang ditentukan oleh skor objektif yang dikira. Kami menjumpai hubungan yang signifikan antara nilai sintesis dopamin PET FMT dan pilihan untuk makanan sihat yang dirasakan sihat tetapi bukan sebenarnya (Beta: −0.631, t (15) = −3.043, p <0.01), tetapi tidak ada hubungan yang signifikan antara dopamin PET FMT caudate nilai sintesis dan pilihan untuk makanan sihat sebenar yang dikira (t (15) = −1.54, p> 0.148), menunjukkan preferensi untuk makanan "sihat" yang terlalu dirasakan berkorelasi lebih kuat pada individu FMT yang lebih rendah. Tambahan pula, tidak ada hubungan yang signifikan antara nilai sintesis dopamin PET FMT dengan kalori rata-rata item pilihan (r = 0.288, p> 0.34), yang menunjukkan bahawa individu sintesis dopamin PET FMT yang lebih rendah tidak berbeza dalam kandungan kalori makanan pilihan.

Kami juga tidak menjumpai hubungan antara perubahan nilai sintesis dopamin BMI dan PET FMT, SES, usia, jantina, masa antara pencitraan PET dan ujian tingkah laku, jumlah makanan "sihat" yang dirasakan lebih disukai atau makanan "tidak sihat" yang dirasakan lebih disukai (p> 0.1).

Waktu sesi ujian, masa yang berlalu sejak makan terakhir, dan jumlah kalori yang dimakan pada makanan terakhir tidak berkorelasi secara signifikan dengan tindakan tingkah laku (p> 0.13). Langkah kelaparan dan kepenuhan juga tidak berkaitan dengan tindakan tingkah laku (p> 0.26).

Perbincangan

Tujuan kajian ini adalah untuk mengkaji hubungan antara sintesis dopamine endogenous caudate, BMI dan tingkah laku yang berkaitan dengan makanan. Kami mendapati sintesis dopamine caudate yang lebih rendah seperti yang diukur oleh sintesis PET FMT dopamin yang dikaitkan dengan 1) BMI dan 2 yang lebih tinggi) keutamaan yang lebih tinggi untuk makanan yang "sihat". Kami juga mendapati hubungan antara nilai-nilai sintesis PET denyut-denyut PET yang lebih rendah dan lebih banyak penarafan kesihatan bahan-bahan makanan, serta korelasi yang signifikan dengan makanan yang lebih baik yang dianggap "sihat" yang tidak benar-benar sihat. Kami mendapati tiada hubungan yang signifikan antara PET sintetik dopamin sintetik dan kandungan kalori purata bahan makanan pilihan.

Penyelidikan mencadangkan bahawa keutamaan dan pengambilan makanan yang tidak sihat adalah dua penyumbang kepada peningkatan berat badan dan BMI yang lebih tinggi (Pusat Kawalan dan Pencegahan Penyakit; http://www.cdc.gov/obesity/index.html). Menariknya, kami mendapati sintesis dorsal dorsal tulang belakang yang lebih rendah dikaitkan dengan bilangan pilihan yang lebih tinggi, yang dilihat sebagai makanan yang sihat. Walaupun hubungan ini tidak dapat menyebabkan penyebabnya, penemuan ini menunjukkan perbezaan endogen dalam sintesis dorsal dorsal striatal mungkin sebahagiannya memainkan peranan dalam perbezaan individu untuk keutamaan makanan. Di sini kami mencadangkan bahawa nilai sintesis PET dermatologi dopamine yang lebih rendah mewakili dopamine tonik yang lebih rendah, yang sebagai tindak balas kepada rangsangan yang rapi, membolehkan pecah phasic yang lebih besar dan mungkin mengubah responsiti kepada makanan. ASecara dini, perbedaan-perbedaan di dopamin dorsal striatal ini dapat mempengaruhi pemprosesan rangsangan gustatory pada korteks somatosensori, sebagai studi sebelumnya menunjukkan pengaktifan yang diubah di kedua daerah dorsal striatal dan somotosensory dengan asupan makanan pada individu yang rentan terhadap obesitas . Dopamine dorsal stroke yang lebih rendah juga boleh menyebabkan perbezaan penyambungan antara striatum dorsal dan korteks prefrontal dorsolateral (DLPFC), seperti yang dicadangkan oleh penemuan baru-baru ini . TOleh itu, mekanisme dorsal yang berkaitan dengan dopamine yang hipotesis mungkin mempengaruhi perbezaan persepsi kesihatan melalui penyambungan dengan pemprosesan somatosensori (iaitu sifat sensasi rasa berubah) atau mungkin hubungan dengan DLPFC, yang telah ditunjukkan untuk memainkan peranan dalam menilai lebih lanjut pilihan yang dipilih sebelum ini barangan . Pencitraan resonans magnetik fungsional (fMRI) dapat menjelaskan mekanisme potensi perbezaan individu dalam pilihan makanan dan penarafan nilai-nilai kesihatan yang lebih tinggi.

Pada mulanya, kami meramalkan bahawa individu yang mempunyai dopamine dorsal yang lebih rendah akan mempunyai keutamaan makanan keseluruhan yang lebih besar (iaitu lebih suka lebih banyak item yang diberi nilai sendiri sebagai "sihat" dan "tidak sihat") berbanding dengan individu yang mempunyai dorsal strok. Walau bagaimanapun, satu lagi kajian kami adalah bahawa penarafan lebih tinggi kesihatan makanan (iaitu peningkatan rasa kesihatan), tetapi bukan kandungan kalori makanan pilihan atau keutamaan untuk barangan makanan yang sihat pasti yang objektif, adalah berkaitan dengan endogen langkah dorsal striatal striatal. Oleh itu, satu penjelasan untuk penemuan kami mengenai hubungan yang signifikan dengan hanya makanan "sihat" yang dirasakan adalah makanan yang dianggap "sihat" lebih dibenarkan sebagai pilihan. Ini mungkin berlaku terutamanya kerana kajian kami sengaja dilakukan setelah waktu makan subjek ketika keinginan keseluruhan untuk makanan harus minimum. Oleh itu, subjek lebih menyukai makanan "sihat" yang dinilai tinggi walaupun mereka kenyang dan tidak lapar pada masa itu. Kajian masa depan yang menyelidiki hubungan antara dopamin statal endogen dan pilihan makanan dalam keadaan lapar berbanding keadaan yang lebih baik akan membuktikan hipotesis ini.

Ia juga boleh dikatakan bahawa persepsi kesihatan memerlukan pendedahan dan pengalaman dengan bahan makanan untuk mendapatkan nilai kesihatan, dan mungkin terdapat perbezaan gaya hidup pemakanan atau perubahan sintetik dorsal tulang belakang yang mendasari. Selain itu, perbezaan dengan kebiasaan item makanan boleh dikaitkan dengan perbezaan keutamaan makanan atau penarafan makanan yang lebih sihat. Walau bagaimanapun, subjek melaporkan pada akhir tugas yang mereka kenal dengan semua barangan makanan (lihat Kaedah). Walaupun kami tidak menyiasat perbezaan diet, kami sengaja menyaring subjek yang tidak berdiet pada masa kajian. Di samping itu, semua subjek adalah muda (pelbagai umur 19-30) tanpa sebarang sejarah gangguan makan dan menilai diri mereka sebagai rata-rata untuk kesihatan yang cemerlang. Kami juga menilai status sosioekonomi, dan mendapati tiada pengaruh. Walau bagaimanapun, terdapat pengaruh alam sekitar yang lain terhadap pilihan makanan yang di samping dopamine striatal dapat diterokai lebih lanjut dalam kajian masa depan.

Kami menganggap hipotesis bahawa perbezaan individu dalam persepsi kesihatan boleh menyumbang kepada peningkatan BMI dari masa ke masa, kerana telah melaporkan bahawa peningkatan kecil dalam pengambilan kalori setiap hari (sama ada dilihat sebagai "sihat" atau "tidak sihat") menyumbang kepada peningkatan berat badan secara keseluruhan . Walaupun kita tidak menjumpai hubungan antara BMI dan persepsi kesihatan di sini, mungkin dengan lebih banyak BMI, penarafan kesihatan makanan yang lebih tinggi mungkin lebih jelas dalam subjek BMI yang lebih tinggi. Kurangnya penemuan penting antara BMI dan tingkah laku yang berkaitan dengan makanan juga mungkin mencadangkan bahawa dopamine striatal endogenik lebih rapat berkaitan dengan tingkah laku yang berkaitan dengan makanan daripada BMI itu sendiri sebagai fenotip, kerana BMI dipengaruhi oleh pelbagai faktor rumit dan mungkin bukan peramal terbaik tingkah laku atau penemuan neuroimaging (lihat untuk semakan). Kami juga tidak menemui apa-apa ramalan untuk perubahan dalam BMI untuk masa berlalu antara pengambilalihan PET dan ujian tingkah laku, walaupun perubahan dalam BMI untuk subjek adalah kecil dan tidak banyak berbeza antara titik masa. Walau bagaimanapun, kajian masa depan menggunakan langkah-langkah sintesis PET FMT dopamin, bersama dengan keutamaan makanan dan langkah-langkah persepsi kesihatan, dalam populasi yang mengalami turun naik BMI akan menjadi sangat menarik.

Untuk melengkapkan kajian sebelumnya yang menggunakan ligan PET yang mengikat reseptor dopamine, kami menggunakan satu ukuran keupayaan sintesis dopamin dan menunjukkan bahawa sintesis dopamin yang lebih rendah di striatum dorsal (iaitu caudate) sepadan dengan BMI yang lebih tinggi. Walaupun perlu diperhatikan, disebabkan oleh sifat keratan rentas kajian kita, kita tidak dapat menyimpulkan secara pasti hubungan sebab atau akibat dengan menurunkan nilai sintesis FMT dopamine dorsal yang sepadan dengan BMI yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, kajian kami menggunakan berat badan yang sihat kepada individu yang berlebihan berat badan / obes (bukan berlebihan), dan oleh itu, keputusan kami mungkin menunjukkan bahawa langkah dopamin yang lebih rendah boleh menyebabkan kecacatan terhadap obesiti. Sebaliknya, ia juga mungkin berlaku bahawa downregulation dopamine presynaptic di caudate telah berlaku sebagai tindak balas kepada BMI yang lebih tinggi tinggi, kerana telah menunjukkan bahawa isyarat dopaminergik berkurangan sebagai tindak balas kepada penggunaan lebih banyak makanan dalam model haiwan , , dan penggunaan lebihan makanan biasanya dikaitkan dengan kenaikan berat badan yang membawa kepada BMI yang lebih tinggi. Walaupun kita menggunakan individu yang mempunyai BMI yang terhad dalam kajian kita, mungkin dilihat sebagai had kajian, kita sebenarnya mendapati hasilnya lebih menarik dalam hubungan antara PET FMT dopamine sintesis dan BMI hadir tanpa termasuk individu yang mengidap obes. Lebih-lebih lagi, walaupun saiz sampel kami (n = 16) adalah lebih besar daripada atau dibandingkan dengan saiz sampel lain dalam kajian PET FMT (, , ), replikasi penemuan kami dengan saiz sampel yang lebih besar dan jisim BMI yang lebih luas akan terus menyokong keputusan kami dan mungkin mendapati keutamaan yang lebih besar untuk barangan makanan tidak sihat yang berkaitan dengan nilai-nilai sintesis PET FMT dopamin yang rendah, yang tidak dikesan dalam kajian kami.

Ringkasnya, walaupun sistem neurotransmitter yang lain terlibat dalam memberi makan dan peraturan berat badan , kajian kami mendapati peranan dopamin dorsal striatal dalam pilihan makanan serta persepsi kesihatan makanan pada manusia. Kajian prospektif masa depan yang menggunakan langkah-langkah PET yang berkaitan dengan dopamine sangat menarik untuk mengetahui bagaimana dopamine endogen, serta perbezaan individu dalam tingkah laku makanan, mungkin berkaitan dengan turun naik berat badan pada manusia.

Penyata Pembiayaan

Kerja ini dibiayai dengan murah hati oleh geran NIH DA20600, AG044292 dan F32DA276840, dan Fellowship Komuniti Berat Badan Tanita. Para pendanaan tidak mempunyai peranan dalam reka bentuk kajian, pengumpulan data dan analisis, keputusan untuk menerbitkan, atau penyediaan manuskrip.

Rujukan

1. Swinburn BA, Sack G, Dewan KD, McPherson K, Finegood DT, et al. (2011) Pandemik obesiti global: dibentuk oleh pemacu global dan persekitaran setempat. Lancet 378: 804-814 [PubMed]
2. Hare TA, Camerer CF, Rangel A (2009) Kendiri kendiri dalam membuat keputusan melibatkan modulasi sistem penilaian vmPFC. Sains 324: 646-648 [PubMed]
3. Provencher V, Polivy J, Herman CP (2009) Merasakan kesihatan makanan. Sekiranya sihat, anda boleh makan lebih banyak! Selera 52: 340–344 [PubMed]
4. Gravel K, Doucet E, Herman CP, Pomerleau S, Bourlaud AS, et al. (2012) "Sihat," "diet," atau "hedonik". Bagaimana tuntutan pemakanan menjejaskan persepsi dan pengambilan makanan yang berkaitan dengan makanan? Selera 59: 877-884 [PubMed]
5. PM Johnson, Kenny PJ (2010) Reseptor Dopamine D2 dalam disiflet ganjaran seperti ketagihan dan pemakanan kompulsif dalam tikus gemuk. Nat Neurosci 13: 635-641 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
6. Szczypka MS, Kwok K, Brot MD, Marck BT, Matsumoto AM, et al. (2001) Pengeluaran dopamine di putamen caudate mengembalikan memakan tikus dopamine-kekurangan. Neuron 30: 819-828 [PubMed]
7. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD (2011) Ganjaran, dopamin dan kawalan pengambilan makanan: implikasi untuk obesiti. Trend Cogn Sci 15: 37-46 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
8. Dunn JP, Kessler RM, ID Feurer, Volkow ND, Patterson BW, et al. (2012) Hubungan potensi reseptor jenis Dopamin 2 yang mengikat dengan hormon neuroendokrin berpuasa dan kepekaan insulin dalam obesiti manusia. Penjagaan Diabetes 35: 1105-1111 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
9. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, et al. (2001) Dopamine otak dan obesiti. Lancet 357: 354-357 [PubMed]
10. Ziauddeen H, Farooqi IS, Fletcher PC (2012) Obesiti dan otak: betapa meyakinkan adalah model ketagihan? Nat Rev Neurosci 13: 279-286 [PubMed]
11. Cools R, Frank MJ, Gibbs SE, Miyakawa A, Jagust W, et al. (2009) Dopamine striatal meramalkan pembelajaran pembalikan khusus yang spesifik dan kepekaannya terhadap pentadbiran dadah dopaminergik. J Neurosci 29: 1538-1543 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
12. Cools R, Gibbs SE, Miyakawa A, Jagust W, D'Esposito M (2008) Kapasiti memori yang bekerja meramalkan kapasiti sintesis dopamine di striatum manusia. J Neurosci 28: 1208-1212 [PubMed]
13. DeJesus O, Endres C, Shelton S, Nickles R, Holden J (1997) Penilaian analog fluorinated m-tyrosine sebagai agen pencitraan PET terminal saraf dopamin: perbandingan dengan 6-fluoroDOPA. J Nucl Med 38: 630-636 [PubMed]
14. Eberling JL, Bankiewicz KS, O'Neil JP, Jagust WJ (2007) PET 6- [F] fluoro-Lm-tyrosine Kajian Fungsi Dopaminergik dalam Primata Manusia dan Bukan Orang Lain. Front Hum Neurosci 1: 9. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
15. Wilcox CE, Braskie MN, Kluth JT, Jagust WJ (2010) Kelakuan Berlebihan dan Striatal Dopamin dengan 6- [F] -Fluoro-Lm-Tyrosine PET. J Obes 2010. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
16. Barratt W (2006) The Barratt Measured Status Status Mudah (BSMSS) mengukur SES.
17. VanBrocklin HF, Blagoev M, Hoepping A, O'Neil JP, Klose M, et al. (2004) Satu prekursor baru untuk penyediaan 6- [18F] Fluoro-Lm-tyrosine ([18F] FMT): sintesis cekap dan perbandingan radiolabel. Appl Radiat Isot 61: 1289-1294 [PubMed]
18. Jordan S, Eberling J, Bankiewicz K, Rosenberg D, Coxson P, et al. (1997) 6- [18F] fluoro-Lm-tyrosine: metabolisme, kinetika pelepasan positron positron, dan lesi 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine dalam primata. Brain Res 750: 264-276 [PubMed]
19. Snow BJ (1996) Pengimbasan PET fluorodopa pada penyakit Parkinson. Adv Neurol 69: 449–457 [PubMed]
20. Vingerhoets FJ, Snow BJ, Tetrud JW, Langston JW, Schulzer M, et al. (1994) Positron pelepasan bukti tomografi untuk perkembangan lesi dopaminergik yang disebabkan MPTP manusia. Ann Neurol 36: 765-770 [PubMed]
21. Mawlawi O, Martinez D, Slifstein M, Broft A, Chatterjee R, et al. (2001) Pengimejan penghantaran dopamine mesolimbik manusia dengan tomografi pelepasan positron: I. Ketepatan dan ketepatan pengukuran parameter reseptor D (2) dalam striatum ventral. J Cereb Darah Aliran Metab 21: 1034-1057 [PubMed]
22. Logan J (2000) Analisis grafik data PET yang digunakan untuk tracers boleh balik dan tidak dapat dipulihkan. Nucl Med Biol 27: 661-670 [PubMed]
23. Patlak C, Blasberg R (1985) Penilaian grafik pemalar pemindahan darah-ke-otak dari data pengambilan kali ganda. Generalisasi. J Cereb Darah Aliran Metab 5: 584-590 [PubMed]
24. Laakso A, Vilkman H, Bergman J, Haaparanta M, Solin O, et al. (2002) Perbezaan seks dalam kapasiti sintesis presinaptik dopamin dalam subjek yang sihat. Biol Psikiatri 52: 759-763 [PubMed]
25. Parker BA, Sturm K, MacIntosh CG, Feinle C, Horowitz M, et al. (2004) Hubungan antara pengambilan makanan dan penarafan skala analog visual selera makan dan sensasi lain dalam subjek yang lebih tua dan muda yang sihat. Eur J Clin Nutr 58: 212-218 [PubMed]
26. Hare TA, Malmaud J, Rangel A (2011) Memfokuskan perhatian pada aspek kesihatan makanan perubahan isyarat nilai dalam vmPFC dan meningkatkan pilihan pemakanan. J Neurosci 31: 11077-11087 [PubMed]
27. Berridge KC (2009) 'Memetik' dan 'menginginkan' ganjaran makanan: substrat otak dan peranan dalam gangguan makan. Physiol Behav 97: 537-550 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
28. Goto Y, Otani S, Grace AA (2007) Yin dan Yang pembebasan dopamin: perspektif baru. Neuropharmacology 53: 583-587 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
29. Stice E, Yokum S, Burger KS, Epstein LH, DM Kecil (2011) Belia yang berisiko untuk obesiti menunjukkan pengaktifan lebih banyak kawasan striatal dan somatosensory kepada makanan. J Neurosci 31: 4360-4366 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
30. Wallace DL, Vytlacil JJ, Nomura EM, Gibbs SE, D'Esposito M (2011) Bromocriptine agonis dopamine berbeza mempengaruhi sambungan fungsional fronto-striatal semasa ingatan bekerja. Front Hum Neurosci 5: 32. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
31. Mengarelli F, Spoglianti S, Avenanti A, di Pellegrino G (2013) Cathodal tDCS Lebih Korteks Prefrontal Kiri Mengurangkan Perubahan Keutamaan Pilihan. Cereb Cortex. [PubMed]
32. Katan MB, Ludwig DS (2010) Kalori tambahan menyebabkan kenaikan berat badan-tetapi berapa banyak? JAMA 303: 65-66 [PubMed]
33. Ketidakhadaman makanan dengan ketara meningkatkan reseptor D2008 dopamin (D2R) dalam model tikus obesiti seperti yang dinilai dengan pencitraan muPET di dalam (2C] raclopride) dan in- vivo muPET imaging (11C) raclopride) autoradiografi vitro ([3H] spiper). Sinaps 62: 50-61 [PubMed]