Laporan Saintifik 5, Nombor artikel: 10041 (2015)
doi: 10.1038 / srep10041
AbstrRoti kentang makanan ringan memacu pengambilan makanan dalam tikus makan libitum iklan, yang dikaitkan dengan modulasi sistem ganjaran otak dan litar lain. Di sini, kami menunjukkan bahawa pengambilan makanan dalam tikus yang kenyal dipicu oleh nisbah lemak / karbohidrat yang optimum. Seperti kerepek kentang, campuran lemak lemak / karbohidrat yang terpengaruh mempengaruhi pola otak aktiviti otak tikus, yang mempengaruhi litar yang berkaitan misalnya untuk memberi ganjaran / ketagihan, tetapi jumlah kawasan termodulat dan tahap modulasi lebih rendah berbanding makanan ringan itu sendiri.
Pengenalan
Ketersediaan ad libitum makanan yang enak dapat mengakibatkan hiperaktif hedonik, iaitu peningkatan pengambilan tenaga dan, akibatnya, peningkatan berat badan yang meningkat akibat perubahan pola tingkah laku pengambilan makanan1. Untuk memicu pengambilan makanan di luar rasa kenyang, faktor-faktor mesti terlibat yang mengatasi keseimbangan tenaga dan keseimbangan energi melalui jalur isyarat yang berbeza dari sistem ganjaran bukan homestatik2. Seperti yang ditunjukkan sebelum ini, pengambilan kerepek kentang makanan ringan sangat memodulasi aktiviti dalam sistem ganjaran otak dalam tikus ad libitum yang diberi makan. Selain itu ia membawa kepada pengaktifan yang berbeza di kawasan otak yang mengawal selia pengambilan makanan, kenyang, tidur, dan aktiviti lokomotif3. Kajian kelakuan mengesahkan bahawa pengambilan tenaga dan aktiviti locomotor yang berkaitan dengan makanan meningkat apabila terdapat kerepek kentang3. Walaupun peraturan neurobiologi pengambilan makanan adalah jauh lebih rumit daripada pengawalan ketagihan dadah, beberapa pertindihan mekanisme neurofisiologi yang mencabar, corak pengaktifan otak, dan akibat tingkah laku telah dibincangkan secara kontroversial4,5,6,7. Litar otak yang terlibat sangat diaktifkan oleh pengambilan makanan selepas sekatan, tetapi juga dengan pengambilan makanan yang sangat enak khususnya8,9,10. Secara umum, makanan yang sangat enak adalah tinggi kalori dan / atau kaya dengan lemak dan / atau karbohidrat. Oleh itu, hipotesis bahawa ketumpatan tenaga makanan adalah faktor penting yang mencetuskan pengambilan makanan di luar rasa kenyang yang mengakibatkan berat badan meningkat dan, akhirnya, dalam obesiti11,12.
Kajian tingkah laku baru-baru ini mendedahkan bahawa lemak dan karbohidrat adalah penentu molekul utama kesedaran makanan ringan13. Selain itu, kandungan tenaga kerepek kentang terutamanya (94%) ditentukan oleh kandungan lemak dan karbohidrat. Oleh itu, dapat diandaikan bahawa kandungan tenaga adalah daya dorong hedonik hyperphagia dalam hal kentang goreng. Oleh yang demikian, kami menjalankan ujian keutamaan tingkah laku untuk menyiasat pengambilan makanan dengan kandungan lemak / karbohidrat yang berbeza dan pengukuran pengimejan resonans magnetik (MRI) untuk menyiasat modulasi aktiviti otak keseluruhan yang disebabkan oleh tikus.
Keputusan dan perbincangan
Untuk ujian keutamaan, serbuk standard chow (STD) telah ditambahkan kepada setiap makanan ujian (1: 1) untuk mengecualikan pengaruh sifat organoleptik (Rajah 1a)13. Telah ditunjukkan sebelum bahawa perintah dan tempoh ujian tidak mempengaruhi hasilnya13. Pada mulanya, pengambilan relatif meningkat dengan peningkatan lemak dan, oleh itu, kandungan tenaga makanan ujian dengan maksimum pada komposisi karbohidrat 35% lemak dan 45%. Namun, kandungan lemak yang lebih tinggi menyebabkan penurunan pengambilan makanan (Rajah 1a). Kerana lemak mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi daripada karbohidrat, penemuan ini menunjukkan bahawa kandungan tenaga bukanlah satu-satunya penentu pengambilan makanan pada tikus yang tidak dilepaskan. Hebatnya, nisbah lemak / karbohidrat rata-rata makanan ujian yang paling menarik hampir tepat dipadankan dengan komposisi kerepek kentang (Rajah 1a). Ia masih perlu disiasat jika kesimpulan di atas boleh diperluaskan kepada produk makanan lain dengan nisbah lemak / karbohidrat yang sama seperti coklat atau makanan ringan lain.
Rajah 1: (a) Aktiviti makanan ujian dengan nisbah lemak / karbohidrat yang berbeza untuk mendorong pengambilan makanan tambahan semasa persembahan makanan ujian jangka pendek (minit 10) dalam ujian keutamaan dua pilihan.
Perbezaan dalam pengambilan tenaga setiap makanan ujian berbanding dengan rujukan (lemak 17.5%, karbohidrat 32.5% dan 50% STD) dipaparkan sebagai sumbangan relatif dari makanan ujian masing-masing kepada jumlah pengambilan makanan ujian dan rujukan (min ± SD). Di bawah, komposisi makanan ujian ditunjukkan dan komposisi min yang paling menarik dibandingkan dengan komposisi kerepek kentang. (b) Pengambilan tenaga dan aktiviti locomotor yang berkaitan dengan pemakanan semasa fasa 7 hari persembahan makanan ujian berterusan. Kedua-dua faktor tersebut ditunjukkan dalam pergantungan mereka pada makanan ujian [standard chow (STD) atau campuran 35% lemak dan 65% karbohidrat (FCH)] dalam fasa latihan (TP) dan fasa mangan (MnP) semasa 12 / 12 jam kitaran cahaya / gelap selama 7 hari. Data menunjukkan min ± SD 16 haiwan dalam 4 sangkar pada 7 hari berturut-turut. Selain itu, data statistik yang sesuai disenaraikan (** p <0.01, *** p <0.001, ns = tidak signifikan).
Kami baru-baru ini menunjukkan bahawa pengambilan kerepek kentang dalam tikus ad libitum yang dimakan dengan kuat memodulasi seluruh aktiviti otak terutama yang mempengaruhi litar ganjaran dan sistem yang berkaitan dengan pengambilan makanan, tidur, dan aktiviti lokomotor3. Oleh itu, kajian ini menyiasat kesan nisbah lemak / karbohidrat makanan ujian pada modulasi ini. Untuk tujuan ini, tikus makan libitum didedahkan kepada makanan ujian yang mengandung lemak 35% lemak dan karbohidrat 65% (FCH) sebagai model yang paling halus (565 vs 535 kcal / 100 g) untuk kerepek kentang. Kumpulan kawalan menerima STD serbuk. Selepas itu, perubahan pola otak keseluruhan semasa fasa pemakanan direkodkan oleh pencitraan resonans magnetik mangan (MEMRI)14,15 seperti yang dinyatakan sebelum ini3. Menurut reka bentuk kajian yang ditunjukkan di dalam Rajah 1b, fasa latihan (TP) yang menawarkan makanan ujian ad libitum diikuti oleh fasa perantaraan tanpa makanan ujian (tujuh hari setiap satu). Sebelum pengukuran MEMRI, agen berkontrak manganese klorida ditadbir oleh pam osmotik subkutan secara subkutan yang ditanamkan untuk memetakan aktiviti otak bersepadu selama tujuh hari berikutnya. Semasa fasa mangan (MnP) ini, tikus telah memulihkan akses kepada makanan ujian yang sudah diketahui. Standard chow pellet dan air paip didapati libitum iklan sepanjang keseluruhan kajian (Rajah 1b). Persediaan ujian ini berbanding pengambilan tenaga serta pola aktiviti otak keseluruhan kedua-dua kumpulan dan mengakibatkan pengambilan tenaga yang ketara dalam kumpulan FCH semasa TP dan MnP dalam cahaya serta dalam kitaran gelap hari berbanding dengan kawalan (Rajah 1b). Tambahan pula, aktiviti lokomotif tikus tunggal berhampiran dispenser makanan dikira. Berbeza dengan ujian locomotor lain, seperti ujian lapangan terbuka yang mengukur aktiviti locomotor umum dan kebimbangan, aktiviti lokomotor yang berkaitan dengan pemakanan, yang dinilai dalam kajian ini, agak mencerminkan tingkah laku mencari makanan. Kegiatan locomotor yang berkaitan dengan pemakanan, bagaimanapun, hanya sedikit dinaikkan apabila FCH boleh didapati daripada serbuk STD semasa kitaran gelap TP (min aktiviti locomotor [counts] STD 205 ± 46, FCH 230 ± 41, n = 4, p = 0.0633 ) dan MnP (min aktiviti locomotor [counts] STD 155 ± 24, FCH 164 ± 17, n = 4, p = 0.2123) (Rajah 1b). Sebaliknya, akses kepada kerepek kentang menyebabkan aktiviti locomotor yang berkaitan dengan makanan yang lebih tinggi berbanding dengan kumpulan kawalan STD yang sama semasa kitaran gelap3, yang ketara baik dalam TP (aktiviti lokomotor min [kiraan] STD 205 ± 46, kerepek kentang 290 ± 52, n = 4, p <0.001) dan dalam MnP (aktiviti lokomotor min [dikira] STD 155 ± 24, kerepek kentang 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Oleh itu, dapat disimpulkan bahawa nisbah lemak / karbohidrat menentukan enaknya kerepek kentang, tetapi bahawa perilaku makan juga dipengaruhi oleh komponen lain dalam makanan ringan. Akan tetap spekulatif, bagaimanapun, jika perbezaan ini berkaitan dengan aspek "menginginkan" - dan "menyukai" dari pengambilan makanan16.
Pemantauan aktiviti otak keseluruhan oleh MEMRI menunjukkan perbezaan yang signifikan dalam pengaktifan kawasan otak dengan pengambilan FCH berbanding STD (Rajah 2a, b, Rajah 3, lajur pertama, Jadual 1). Keputusan sekarang dibandingkan dengan analisis MEMRI sebelumnya mengenai modulasi pola aktiviti otak semasa pengambilan keripik kentang vs STD di bawah keadaan yang sama3. Data bekas disenaraikan dalam lajur kedua Buah ara. 2 and 3. Walaupun FCH mempunyai nisbah lemak / karbohidrat yang sama dan ketumpatan tenaga hampir sama berbanding dengan kerepek kentang, FCH mengaktifkan bilangan yang lebih kecil (33) kawasan otak dengan ketara berbeza daripada STD daripada kerepek kentang (kawasan 78, Rajah 2). Kesan dikesan dalam kumpulan berfungsi yang berkaitan dengan ganjaran dan ketagihan (Rajah 3a), pengambilan makanan (Rajah 3b), tidur (Rajah 3c), dan aktiviti lokomotif (Rajah 3d). Rajah 2b menunjukkan gambaran keseluruhan kawasan otak yang berbeza secara aktif berbeza membandingkan kesan FCH dan kentang goreng, masing-masing, dengan STD. Di samping itu, perubahan pecahan dalam pengaktifan, iaitu pengambilan mangan yang mencerminkan aktiviti neuron, berbeza dengan penggunaan FCH vs STD berbanding kentang goreng berbanding STD (Rajah 3, lajur ketiga). Nukleus accumbens dianggap sebagai struktur utama sistem ganjaran17. Pengambilan FCH membawa kepada pengaktifan 7.8-kali ganda peningkatan aktif dalam salah satu daripada empat substruktur, sub-teras utama hemisfera kiri. Peningkatan dalam kawasan subkelen shell serta di sub-teras utama hemisfera kanan tidak penting (Rajah 3a). Pengambilan cip kentang di bawah keadaan yang serupa juga membawa kepada pengaktifan tertinggi oleh jauh subkusat teras kiri nukleus accumbens. Berbanding dengan FCH, bagaimanapun, tahap pengaktifan dalam substruktur ini adalah dua kali ganda lebih tinggi. Berbeza dengan FCH, ketiga-tiga substrat lain juga diaktifkan dengan ketara berbanding dengan kawalan (Rajah 3a). Oleh itu, dapat disimpulkan bahawa FCH mengaktifkan sistem ganjaran di otak, tetapi dengan kesan kecil daripada keripik kentang. Kesimpulan ini juga dicerminkan oleh struktur lain sistem ganjaran / kecanduan, yang telah diaktifkan secara aktif oleh pengambilan kerepek kentang dan FCH, seperti nukleus katil stria terminalis (kiri hemisfera)17,18, subiculum dorsal19, atau korteks prelimbik (hemisfer kanan dan kiri)20. Sebaliknya, struktur otak yang lain tidak terjejas dengan pengambilan FCH, walaupun mereka adalah komponen penting dari litar ganjaran dan jelas dimodulasi oleh pengambilan keripik kentang, seperti pallidum ventral, kawasan tegal ventral, atau putamen caudate (Jadual 1)3.
Rajah 2: (a) Kawasan otak yang aktif secara berlainan (campuran 35% fat / 65% karbohidrat (FCH) berbanding chow standard (STD) dan kentang goreng vs STD3) dengan analisis morphometric berasaskan voxel yang dicontohkan untuk tiga keping yang dipaparkan di permukaan otak tikus purata.
Data min lemak / karbohidrat kumpulan makanan (FCH, lajur kiri) dibandingkan dengan perubahan dalam corak aktiviti otak yang disebabkan oleh cip kentang di bawah keadaan yang sama (dikaji semula dari Hoch et al. 20133, lajur kanan). (b) 3D pengedaran kawasan otak yang berbeza secara aktif berbeza yang dipaparkan dalam pandangan paksi dan sagittal (35% fat / 65% makanan ujian karbohidrat FCH vs STD, kolum kiri, dan kentang goreng vs STD, lajur kanan, dikaji semula dari Hoch et al. 20133). Sfera biru melambangkan kawasan otak dengan kawasan otak yang lebih rendah, merah dengan aktiviti yang lebih tinggi selepas pengambilan makanan uji masing-masing FCH atau keripik kentang3, masing-masing berbanding STD. Saiz sfera melambangkan tahap kepentingan (kecil: p ≤ 0.05, sederhana: p ≤ 0.01, besar: p ≤ 0.001, n = 16).
Gambar 3: Kawasan otak yang ditugaskan untuk kumpulan fungsional (a) "ganjaran dan ketagihan", (b) "pengambilan makanan", (c) "tidur", dan (d) "aktiviti lokomotor" pada pandangan sagital tikus otak dengan pengumpulan mangan yang berbeza (p <0.05) dalam struktur otak tikus yang diberi makan secara ad libitum dengan akses tambahan kepada 35% makanan karbohidrat lemak / 65% (FCH, lajur pertama) atau kerepek kentang makanan ringan (dikaji dari Hoch et al. . 2013 XNUMX3, lajur kedua).
Segi empat tepat merah melambangkan kawasan otak yang diaktifkan secara signifikan oleh kerepek kentang makanan ringan atau FCH, kedua-duanya berbanding bubuk chow standard (STD), segi empat biru kawasan otak masing-masing dengan aktiviti yang lebih tinggi kerana pengambilan serbuk STD vs kentang kentang makanan ringan atau FCH. Segitiga yang dilekatkan pada segi empat tepat di kiri dan / atau kanan menunjukkan belahan bumi terdapat perbezaan yang ketara. Segi empat tepat tanpa segitiga mewakili struktur otak pusat. Lajur ketiga menunjukkan perubahan pecahan makanan ringan dan FCH, masing-masing, berbanding STD (*** p <0.001, ** p <0.01, * p <0.05, n = 16). Inti Acb: rantau teras nukleus; Acb shell: shell shell of the nucleus accumbens, Arc: arcuate hypothalamic nucleus, BNST: bed nucleus of stria terminalis, CgCx: cingulate cortex, CPu: caudate putamen (stratium), DS: dorsal subiculum, Gi: gigantocellular nucleus, GPV: ventral pallidum, HyDM: hipotalamus dorsomedial, HyL: hipotalamus lateral, IlCx: korteks infralimbik, InsCx: korteks insular, IP: nukleus interpeduncular, LPBN: nukleus parabrachial lateral, LPGi: nukleus paragigantoselular lateral, LRt: nukleus lateral , MCx1: korteks motor sekunder, OrbCx: korteks orbital, PCRt: nukleus retikular parviselular, PnO: nukleus retikular pontin, PrlCx: korteks prelimbik, PTA: kawasan pretectal, PVN: nukleus thalamic paraventricular anterior, Raphe: raphe nucleus, Septum: septus nukleus, Septum: septum septum, Septum: Septum , Sol: saluran soliter, Teg: inti tegmental, thMD: mediodorsal thalamic, VS: ventral subiculum, VTA: ventral tegmental area, ZI: zona incerta.
Jadual 1: Z-Skala kawasan otak yang berbeza secara aktif berbeza membandingkan tikus dengan akses sama ada dengan standard chow sahaja atau campuran lemak dan karbohidrat dan p-nilai t-statistik masing-masing, n = 16.
Kesimpulan yang sama boleh diambil dari analisis litar otak yang berkaitan dengan pengambilan makanan. Sebagai contoh, hypothalamus dorsomedial, septum serta nukleus thalamic paraventricular, yang diaktifkan semasa pengambilan FCH dan kerepek kentang, boleh dikaitkan dengan kawalan pengambilan makanan21,22. Tetapi sekali lagi, FCH gagal memodulasi struktur lain litar sihat, yang telah dinyahaktifkan oleh kerepek kentang, seperti arcuate nucleus hypothalamic atau saluran soliter. Di samping itu, intensiti pengaktifan lebih rendah oleh FCH berbanding dengan kerepek kentang, yang dicerminkan, sebagai contoh, oleh 2.3-kali ganda pengaktifan yang lebih tinggi secara lebih tinggi daripada anterior nukleus thalamik paraventrikular (anteriorRajah 3b). Data-data ini menunjukkan bahawa FCH memodulasi struktur otak yang berkaitan dengan pengambilan makanan secara berbeza dari STD, kesan yang mungkin dapat dilihat oleh pengambilan tenaga yang lebih tinggi melalui FCH (Rajah 1b).
Pengambilan FCH juga menyebabkan pengurangan struktur otak yang kuat dikaitkan dengan tidur. Sesetengah kawasan otak hanya dinyahaktifkan oleh FCH seperti zona incerta (Rajah 3c), manakala kawasan lain hanya dinyahaktifkan oleh kerepek kentang, seperti nukleus Tegmental. Walaupun lapan struktur yang berkaitan dengan tidur dimodulasi oleh FCH dan sebelas oleh kerepek kentang, kesan kedua-dua makanan ujian seolah-olah berada dalam lingkungan yang sama. Kerana hasil ini tidak dijangka, jangka waktu tidur tidak diukur dalam kajian ini sehingga tidak jelas, jika modulasi yang diakibatkan oleh litar tidur berhubungan dengan FCH dengan modulasi tingkah tidur.
Kawasan otak yang bertanggungjawab terhadap aktiviti locomotor dan pergerakan secara amnya tidak banyak dipengaruhi oleh pengambilan FCH berbanding STD (Rajah 3d, lajur pertama). Ini adalah serentak dengan pemerhatian tingkah laku bahawa FCH hanya mencetuskan sedikit, tetapi secara tidak langsung lebih tinggi aktiviti locomotor yang berkaitan dengan makanan berbanding STD (Rajah 1b). Sebaliknya, ditunjukkan bahawa pengaktifan struktur sistem motor di dalam otak tikus dengan akses kepada kerepek kentang disertai dengan aktiviti lokomotif yang berkaitan dengan pemakanan yang bertambah tinggi3.
Ia tidak sepenuhnya jelas jika corak pengaktifan diperhatikan berkaitan dengan hiperfagia hedonik. Berbeza dengan pengambilan makanan homeostatik, yang dikendalikan oleh tahap tenaga organisma, pengambilan makanan hedonik ditiru oleh ganjaran yang dihasilkan oleh beberapa makanan23. Oleh kerana pengambilan makanan hedonik tidak dikaitkan dengan keperluan tenaga, ia sering membawa kepada hiperaktif. Model telah dibangunkan yang menggambarkan hubungan neural hyperphagia hedonik. Sebagai contoh, Berthoud mencadangkan bahawa pengambilan makanan homeostatik dikaitkan dengan leptin sensitif litar yang termasuk terutamanya nukleus arcuate dan nukleus saluran tunggal, tetapi juga melibatkan pelbagai bidang lain termasuk tapak hipotalamus, seperti nukleus paraventricular atau nukleus accumbens23,24. Peraturan homeostatik ini pengambilan makanan boleh, bagaimanapun, ditolak oleh isyarat ganjaran seperti komponen yang suka dan ingin25. Makanan yang menarik berkaitan dengan isyarat mu-opioid di inti accumbens, ventral pallidum, nukleus parabrachial dan nukleus saluran bersendirian24, sedangkan pengambilan makanan berkaitan dengan sistem dopamine di daerah tegegalal ventral, nukleus accumbens, korteks prefrontal, amygdala, dan hypothalamus. Kenny juga menekankan sumbangan korteks insula, yang sepatutnya menyimpan maklumat mengenai sifat-sifat hedonik makanan dan juga boleh dikaitkan dengan keinginan10. Berbeza dengan pola pengaktifan otak yang dikaitkan dengan pengambilan cip kentang, hanya beberapa kawasan yang dikaitkan dengan hiperagama hedonik sebenarnya dipengaruhi oleh pengambilan FCH. Oleh itu, eksperimen tingkah laku yang diperluas diperlukan untuk menyiasat jika keutamaan FCH sebenarnya disertai oleh hiperaktif.
Sehingga kini, tidak jelas komponen molekul kerepek kentang bertanggungjawab untuk kesan modulasi otak yang lebih kuat dari makanan ujian ini. Oleh kerana produk asin, tetapi tidak dijangka tanpa penambahan penambah rasa digunakan, garam, rasa, dan sejumlah kecil protein hadir selain lemak komponen utama dan karbohidrat. Tambahan lagi, perubahan molekul yang berlaku semasa pemprosesan perlu dipertimbangkan. Telah ditunjukkan sebelum bahawa rasa garam yang diinduksi Fos dalam nukleus menonjolkan tikus yang dilepaskan garam. Sebaliknya, pengambilan garam dalam haiwan yang tidak habis-habisnya tidak membawa kepada pengaktifan struktur sistem ganjaran ini26. Lebih-lebih lagi, telah dilaporkan bahawa pengambilan garam dalam makanan pepejal bukannya menghasilkan kesan penyerapan pada tikus27. Oleh itu, nampaknya garam itu merupakan modulator utama sistem ganjaran otak dalam eksperimen ini. Ujian keutamaan dua pilihan sebelum ini boleh digunakan untuk menyiasat lagi pengaruh komponen kerepek kentang lain pada pengambilan makanan.
Kami menyimpulkan dari data tingkah laku kita bahawa nisbah lemak dan karbohidrat, tetapi bukan kepadatan tenaga mutlak, adalah penentu utama kebahagiaan dan pengambilan makanan ringan semasa ujian keutamaan dua pilihan dalam tikus. Selain itu, pengambilan campuran FCH, yang hampir terpenting kepada kerepek kentang, mendorong pengambilan tenaga maksimum dalam tikus ad libitum, yang disertai dengan pengaktifan struktur otak yang sangat berbeza yang berkaitan dengan ganjaran, asupan makanan, dan tidur. Pengambilan cip kentang di bawah keadaan yang sama membawa kepada struktur otak yang berlainan yang berlainan dalam litar ini dan juga perubahan fraksional yang lebih tinggi berbanding dengan STD. Oleh itu, dari pendekatan pencitraan, dapat disimpulkan bahawa kepadatan tenaga sahaja adalah penentu sederhana sifat-sifat ganjaran makanan ringan. Walaupun nisbah lemak dan karbohidrat kerepek kentang nampaknya sangat menarik, ia boleh dihipotesiskan bahawa penentu molekul lain wujud dalam makanan makanan ringan ini, yang memodulasi aktiviti litar otak, khususnya sistem ganjaran, bahkan lebih kuat dan menyebabkan peningkatan makanan mencari tingkah laku.
Kaedah
Kenyataan etika
Kajian ini dijalankan dengan ketat mengikut cadangan Panduan Penjagaan dan Penggunaan Haiwan Makmal Institut Kesihatan Nasional. Protokol ini telah diluluskan oleh Jawatankuasa Etika Eksperimen Haiwan Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Regierung Mittelfranken, Permit Nombor: 54-2532.1-28 / 12).
Ujian keutamaan
Ujian keutamaan telah dijalankan seperti yang dinyatakan sebelumnya tiga kali sehari semasa kitaran cahaya untuk 10 setiap minit dengan pengulangan 20-36 dalam jumlah setiap makanan ujian terhadap rujukan13. Jadual ujian ini menyediakan titik data yang mencukupi untuk penilaian keutamaan makanan. Ujian dijalankan dengan tikus Wistar lelaki 8 (sangkar 2 dengan haiwan 4 masing-masing, 571 ± 41 g, dibeli dari Sungai Charles, Sulzfeld, Jerman) dan diterbitkan semula dengan 10 lelaki tikus Sprague Dawley (2 sangkar dengan haiwan 5 masing-masing, berat 543 ± 71 g, dibeli dari Charles River, Sulzfeld, Jerman), yang telah dilatih untuk ujian. Oleh itu, bilangan haiwan yang melakukan setiap ujian adalah 18 dan bilangan sangkar 4 (empat replika biologi). Setiap percubaan telah diulang kali 5-6 dengan setiap kumpulan haiwan. Semua tikus disimpan di siklus gelap / cahaya 12 / 12. Tikus mempunyai akses kepada pelet chow standard (Altromin 1324, Lage, Jerman, 4 g / 100 g lemak (F), 52.5 g / 100 g karbohidrat (CH), 19 g / 100 g protein (P) makanan ujian dan tap air libitum di seluruh kajian keseluruhan. Uji makanan dengan nisbah yang berbeza F (minyak bunga matahari, yang dibeli dari pasar raya tempatan) dan CH (maltodekstrin, dextrin 15 dari kanji jagung, Fluka, Jerman), bercampur dengan XDUMX% serbuk STD digunakan untuk membandingkan aktiviti masing-masing untuk mendorong pengambilan makanan . STD serbuk telah ditambah untuk mengurangkan pengaruh tekstural dan deria pada penggunaan. Sebagai makanan rujukan untuk semua ujian keutamaan tingkah laku, campuran XDUMX% STD, 50% F, dan 50% CH digunakan, yang mempunyai komposisi F / CH yang sangat serupa dengan kerepek kentang 17.5% dalam STD dan telah digunakan sebagai model untuk kerepek kentang 32.5% dalam STD sebelum ini13. Selain itu, kami menguji makanan yang terdiri daripada serbuk STD serbuk 50% dengan tambahan campuran F dan CH berikut: 5 / 45, 10 / 40, 17.5 / 32.5, 25 / 25, 30 / 20, 35 / 15, 40 / 10, 45 / 5, dan 50 / 0. Memandangkan komposisi 50% STD, makanan rujukan yang terkandung dalam jumlah (% F /% CH) 20 / 59, makanan ujian lain 7 / 71, 12 / 66, 20 / 59, 27 / 51, 32 / 46, 37 / 41, 42 / 36, 47 / 31, dan 52 / 26. Kandungan semua komponen STD serbuk seperti protein (9%), serat (3%), atau mineral (abu, 3.5%) adalah tetap dalam semua makanan ujian.
Pengambilan tenaga yang bergantung kepada makanan ujian masing-masing dikira dengan pendaraban jumlah makanan yang tertelan dengan kandungan tenaga masing-masing. Sumbangan relatif satu makanan ujian kepada jumlah makanan dan minuman ujian yang dikira telah dihitung dengan membahagikan jumlah makanan ujian masing-masing dengan jumlah pengambilan makanan ujian dan rujukan.
Merakam data tingkah laku untuk pengambilan tenaga dan aktiviti locomotor yang berkaitan dengan pemakanan
Data tingkah laku dicatatkan seperti yang dinyatakan sebelum ini3. Secara ringkas, ujian pengambilan makanan diukur pada setiap hari dan pengambilan tenaga dikira dengan pendaraban jisim makanan ujian tertelan dengan kandungan tenaga masing-masing. Kegiatan locomotor yang berkaitan dengan makan dihitung melalui gambar webcam yang diambil setiap saat 10 dari atas sangkar. Satu kiraan telah ditakrifkan sebagai "satu tikam memperlihatkan aktiviti lokomotif berhampiran satu dispenser makanan". Untuk penilaian statistik Ujian t pelajar (dua ekor) dilakukan dengan menggunakan nilai min (pengambilan tenaga atau aktiviti locomotor yang berkaitan dengan makan) selama hari 7 (TP atau MnP) setiap sangkar (n = 4 sangkar, dengan tikus 16 dalam jumlah dalam setiap kumpulan).
Merakam corak aktiviti otak keseluruhan oleh MEMRI
Tikus Wistar lelaki (berat awal 261 ± 19 g, yang dibeli dari Sungai Charles, Sulzfeld, Jerman) disimpan dalam siklus gelap / cahaya 12 / 12 secara rawak dibahagikan kepada dua kumpulan. Kedua-dua kumpulan mempunyai akses libitum iklan kepada pelet chow standard (Altromin 1324, Altromin, Lage, Jerman) sepanjang keseluruhan kajian.
Satu kumpulan (n = 16, berat badan awal 256 ± 21 g) menerima serbuk STD (Altromin 1321) dan kumpulan lain (n = 16, berat badan awal 266 ± 16 g) menerima campuran 35% F (minyak bunga matahari, dibeli dari sebuah pasar raya tempatan) dan 65% CH (maltodextrin, dextrin 15 dari kanji jagung, Fluka, Taufkirchen, Jerman) tambahan kepada pelet chow standard. Kajian ini dijalankan selari dengan kajian yang telah diterbitkan sebelum ini mengenai cip kentang3, supaya kumpulan kawalan yang sama dapat digunakan untuk membolehkan setanding maksimum set data.
MEMRI (pada 4.7 T Bruker MRI menggunakan susunan transformasi Fourier transform (MDEFT) yang dioptimumkan yang dioptimumkan dioptimumkan) digunakan untuk memetakan pengaktifan otak dengan resolusi halus 109 × 109 × 440 μm (untuk butiran lihat Hoch et al. 20133). Kerana kepekaan MEMRI adalah lebih rendah berbanding dengan ujian keutamaan, makanan ujian telah dibentangkan untuk tempoh yang lebih lama. Rakaman memerlukan kepekatan relatif yang tinggi dari mangan agen kontras yang berpotensi toksik, yang mencapai otak hanya beberapa jam selepas permohonan. Untuk mengelakkan kesan sampingan negatif terhadap fisiologi asas dan tingkah laku haiwan disebabkan oleh suntikan larutan mangan klorida dalam dos yang mencukupi untuk pengukuran MEMRI, pam osmotik berkhidmat untuk pemakaian yang berterusan, tetapi penggunaan berterusan bagi jumlah mangan yang tidak toksik , yang terkumpul di dalam kawasan otak aktif sepanjang fasa ujian makanan 7 hari28. Reka bentuk kajian, penyediaan pam osmotik, parameter untuk pengukuran MRI, pemprosesan data serta rakaman pengambilan makanan dan aktiviti locomotor yang berkaitan dengan makanan telah dijelaskan sebelum ini3. Nilai kelabu MRI asli otak yang dibahagian setiap haiwan telah didaftarkan oleh aliran kerja pendaftaran yang tidak tegar3. Berdasarkan data-data berdaftar ini, analisis morfometrik berasaskan voxel dilakukan dan parameter-parameter statistik yang dihasilkan telah divisualisasikan. Ujian t pelajar berdasarkan Z-Score telah dilakukan untuk mengesan perbezaan yang signifikan dalam pengaktifan otak. Bagi visualisasi 3D pengedaran struktur otak yang berbeza secara aktif, kita mewakili setiap struktur otak sebagai sfera di pusat graviti. Koordinat diperolehi daripada atlas otak otak digital 3D. Radius setiap sfera digunakan untuk mengodkan tahap kepentingannya dan kod pandang intensif perbezaan aktiviti kepada STD.
Maklumat tambahan
Bagaimana untuk memetik artikel ini: Hoch, T. et al. Nisbah lemak / karbohidrat tetapi tidak kepadatan tenaga menentukan pengambilan makanan ringan dan mengaktifkan ganjaran otak. Sci. Rep. 5, 10041; doi: 10.1038 / srep10041 (2015).
Rujukan
- 1.
La Fleur, SE, Luijendijk, MCM, van der Zwaal, EM, Brans, MAD & Adan, RAH Tikus snek sebagai model obesiti manusia: kesan diet gula tinggi lemak tinggi pilihan pada pola makan. Int. J. Obes. 38, 643-649 (2014).
· 2.
Berthoud, H.-R. Laluan homeostatic dan non-homeostatic yang terlibat dalam kawalan pengambilan makanan dan keseimbangan tenaga. Obesiti. 14 S8, 197S-200S (2006).
· 3.
Hoch, T., Kreitz, S., Gaffling, S., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Pencitraan resonans magnetik yang dipertingkatkan untuk pemetaan pola aktiviti otak keseluruhan yang dikaitkan dengan pengambilan makanan ringan di dalam ad libitum diberi tikus. PLOS SATU. 8, e55354; 10.1371 / journal.pone.0055354 (2013).
· 4.
Volkow, ND & Wise, RA Bagaimanakah kecanduan dadah dapat membantu kita memahami obesiti? Nat. Neurosci. 8, 555-560 (2005).
· 5.
Berthoud, H.-R. Pemacu metabolik dan hedonik dalam kawalan saraf selera: siapa bos? Curr. Pendapat. Neurobiol. 21, 888-896 (2011).
· 6.
Gearhardt, AN, Grilo, CM, DiLeone, RJ, Brownell, KD & Potenza, MN Bolehkah makanan menjadi ketagihan? Implikasi kesihatan dan dasar awam. Ketagihan. 106, 1208-1212 (2011).
· 7.
Hebebrand, J. et al. "Makan ketagihan", bukannya "ketagihan makanan", lebih baik menangkap tingkah laku makan seperti ketagihan. Neurosci. Biobehav. Wahyu 47, 295-306 (2014).
· 8.
Epstein, DH & Shaham, Y. Tikus makan cheesecake dan persoalan ketagihan makanan. Nat. Neurosci. 13, 529-531 (2010).
· 9.
DiLeone, RJ, Taylor, JR & Picciotto, MR Pemanduan untuk makan: perbandingan dan perbezaan antara mekanisme ganjaran makanan dan ketagihan dadah. Nat. Neurosci. 15, 1330-1335 (2012).
· 10.
Kenny, PJ Mekanisme selular dan molekul biasa dalam obesiti dan ketagihan dadah. Nat. Wahyu Neurosci. 12, 638-651 (2011).
· 11.
Rolls, BJ & Bell, EA Pengambilan lemak dan karbohidrat: peranan kepadatan tenaga. Eur. J. Clin. Nutr. 53 (Suppl 1), S166-173 (1999).
· 12.
Shafat, A., Murray, B. & Rumsey, D. Ketumpatan tenaga dalam diet kafeteria disebabkan oleh hyperphagia dalam tikus. Selera. 52, 34-38 (2009).
· 13.
Hoch, T., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Pengambilan makanan ringan di dalam ad libitum diberi tikus dipicu oleh gabungan lemak dan karbohidrat. Depan. Psychol. 5, 250; 10.3389 / fpsyg.2014.00250 (2014).
· 14.
Lin, YJ & Koretsky, AP Ion mangan menaikkan MRI berwajaran T1 semasa pengaktifan otak: Pendekatan untuk pengimejan langsung fungsi otak. Magn. Reson. Med. 38, 378-388 (1997).
· 15.
Koretsky, AP & Silva, AC Pencitraan resonans magnetik Mangan (MEMRI). NMR Biomed. 17, 527-531 (2004).
· 16.
Berridge, KC Keseronokan otak. Cognac Brain. 52, 106-128 (2003).
· 17.
Haber, SN & Knutson, B. Litar ganjaran: menghubungkan anatomi primat dan pengimejan manusia. Neuropsychopharmacology 35, 4-26 (2010).
· 18.
Epping-Jordan, MP, Markou, A. & Koob, GF Antagonis reseptor D-1 antigen D-23390 disuntik ke dalam nukleus katil dorsolateral stria terminalis menurunkan tetulang kokain dalam tikus. Brain Res. 784, 105-115 (1998).
· 19.
Martin-Fardon, R., Ciccocioppo, R., Aujla, H. & Weiss, F. Subiculum dorsal menstimulasi pengambilalihan pengembalian kokain. Neuropsychopharmacology. 33, 1827-1834 (2008).
· 20.
Limpens, JHW, Damsteegt, R., Broekhoven, MH, Voorn, P. & Vanderschuren, LJMJ Inaktivasi farmakologi korteks prelimbik memberi emulates ganjaran kompulsif yang mencari tikus. Brain Res.; 10.1016 / j.brainres.2014.10.045 (2014).
21.
Bellinger, LL & Bernardis, LL Nukleus hypothalamic dorsomedial dan peranannya dalam tingkah laku pencernaan dan peraturan berat badan: pelajaran yang diperoleh daripada kajian lesi. Physiol. Behav. 76, 431-442 (2002).
· 22.
Stratford, TR & Wirtshafter, D. Suntikan muscimol ke dalam nukleus tematik paraventricular, tetapi tidak nukleus thalamic mediodorsal, mendorong makan tikus. Brain Res. 1490, 128-133 (2013).
· 23.
Harrold, JA, Dovey, TM, Blundell, JE & Halford, JCG Peraturan CNS selera makan. Neuropharmacology 63, 3-17 (2012).
· 24.
Berthoud, H.-R. Kawalan neural terhadap selera makan: hubungan silang antara sistem homeostatik dan bukan homostatik. Selera. 43, 315-317 (2004).
· 25.
Berridge, KC Ganjaran makanan: substrat otak yang ingin dan suka. Neurosci. Biobehav. Wahyu 20, 1-25 (1996).
· 26.
Voorhies, AC & Bernstein, IL Induksi dan ungkapan selera garam: kesan ke atas Fos expression dalam accumbens nukleus. Behav. Brain Res. 172, 90-96 (2006).
· 27.
Beauchamp, GK & Bertino, M. Tikus (Rattus norvegicus) tidak suka makanan pepejal masin. J. Comp. Psychol. 99, 240-247 (1985).
· 28.
Eschenko, O. et al. Pemetaan aktiviti otak fungsional dalam tikus bebas berkelakuan semasa berjalan secara sukarela menggunakan MRI yang dipertingkatkan mangan: Implikasi untuk kajian membujur. Neuroimage 49, 2544-2555 (2010).
· 29.
Denbleyker, M., Nicklous, DM, Wagner, PJ, Ward, HG & Simansky, KJ Mengaktifkan reseptor mu-opioid di nukleus parabrachal lateral meningkatkan c-Fos ekspresi di kawasan forebrain yang berkaitan dengan peraturan kalori, ganjaran dan kognisi. Neurosains 162, 224-233 (2009).
· 30.
Hernandez, L. & Hoebel, BG Ganjaran makanan dan kokain meningkatkan dopamin ekstraselular dalam nukleus accumbens seperti yang diukur oleh mikrodialisis. Sains hidup. 42, 1705-1712 (1988).
· 31.
Zahm, DS et al. Fos selepas pengambilan diri sendiri dan berulang kokain dan saline dalam tikus: penekanan pada forebrain Basal dan recalibration expression. Neuropsychopharmacology 35, 445-463 (2010).
· 32.
Oliveira, LA, Gentil, CG & Covian, MR Peranan kawasan septal dalam tingkah laku makan yang ditimbulkan oleh rangsangan elektrik pada hypothalamus lateral tikus. Braz. J. Med. Biol. Res. 23, 49-58 (1990).
· 33.
Chase, MH Pengesahan konsensus bahawa perencatan postsynaptic glycinergik bertanggungjawab untuk atonia tidur REM. Tidur. 31, 1487-1491 (2008).
· 34.
Sirieix, C., Gervasoni, D., Luppi, P.-H. & Léger, L. Peranan nukleus paragigantoselular lateral dalam rangkaian tidur paradoks (REM): kajian elektrofisiologi dan anatomi dalam tikus. PLOS SATU. 7, e28724; 10.1371 / journal.pone.0028724 (2012).
· 35.
Trepel, M. Neuroanatomie. Struktur dan Fungsi 3rd ed. Urban & Fischer, München, 2003).
36.
Miller, AM, Miller, RB, Obermeyer, WH, Behan, M. & Benca, RM Pretektum menguruskan pergerakan tidur dengan pantas dengan cahaya. Behav. Neurosci. 113, 755-765 (1999).
· 37.
Léger, L. et al. Neuron dopaminergik mengekspresikan Fos semasa tidur bangun dan paradoks di dalam tikus. J. Chem. Neuroanat. 39, 262-271 (2010).
37.
o
Penghargaan
Kajian ini adalah sebahagian daripada Projek Neurotrisi, yang disokong oleh FAU Emerging Fields Initiative. Selain itu, kami mengucapkan terima kasih kepada Christine Meissner untuk membuktikan naskahnya.
maklumat pengarang
Affiliations
1. Unit Kimia Makanan, Jabatan Kimia dan Farmasi, Emil Fischer Centre, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Jerman
o Tobias Hoch
o & Monika Pischetsrieder
2. Institut Farmakologi dan Toksikologi Eksperimen dan Klinikal, Pusat Emil Fischer, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Jerman
o Silke Kreitz
o & Andreas Hess
3. Makmal Pengiktirafan Corak, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Jerman
o Simone Gaffling
4. Sekolah Teknologi Optik Lanjutan (SAOT), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Jerman
o Simone Gaffling
Sumbangan
Menyedari dan merancang eksperimen: THMPAH Melaksanakan eksperimen: THAH Menganalisis data: THSKSGAH Mentafsirkan data THMPAH Alat reagen / bahan / analisis yang disumbangkan: AHMP Tulis kertas: THMPAH
Bersaing kepentingan
Penulis mengisytiharkan tiada kepentingan kewangan yang bersaing.
Pengarang sama
Koresponden kepada Monika Pischetsrieder.
;