Pengaktifan kortikolimbi yang lebih besar kepada isyarat makanan berkalori tinggi selepas makan dengan obes berbanding orang dewasa yang berat badan normal (2012)

Selera makan. 2012 Feb;58(1):303-12. doi: 10.1016 / j.appet.2011.10.014.

Dimitropoulos A1, Tkach J, Ho A, Kennedy J.

Abstrak

Tujuan penyelidikan ini adalah untuk mengenal pasti tindak balas saraf untuk memberi ganjaran makanan sebelum dan selepas makan pada orang dewasa yang berat badan berlebihan / obes (OB) dan berat badan normal (NW). Berdasarkan kesusasteraan terdahulu, kami menjangkakan pengaktifan pembezaan yang lebih besar terhadap isyarat makanan vs objek untuk OB berbanding peserta NW sebelum makan dan selepas makan tengah hari yang biasa. Individu berat badan berlebihan / obes (11 lelaki) dan 16 lelaki berat (6 lelaki) mengambil bahagian dalam tugas pencitraan resonans magnetik berfungsi memeriksa tindak balas saraf terhadap isyarat visual makanan tinggi dan rendah kalori sebelum dan sesudah makan.

Tdia kumpulan OB menunjukkan peningkatan respon saraf ke makanan berkalori tinggi dan rendah kalori selepas makan berbanding peserta NW di rantau frontal, temporal, dan limbics.

Di samping itu, pengaktifan yang lebih besar dalam kawasan kortikolimbi (sisi OFC, caudate, cingulate anterior) kepada isyarat makanan kalori tinggi jelas dalam peserta OB vs. NW selepas makan.

Penemuan ini menunjukkan bahawa untuk individu OB, isyarat makanan berkalori tinggi menunjukkan tindak balas yang berterusan di kawasan otak yang terlibat dalam ganjaran dan ketagihan walaupun selepas makan. Lebih-lebih lagi, isyarat makanan tidak menimbulkan tindak balas otak yang sama selepas makan di kumpulan NW yang menunjukkan bahawa aktiviti saraf sebagai tindak balas kepada isyarat makanan berkurang dengan kelaparan yang berkurang bagi individu-individu ini.

Lihat artikel lain di PMC itu memetik artikel yang diterbitkan.
Kata kunci: fMRI, obesiti, sistem ganjaran, kortikolimbik, OFC, makanan kalori tinggi

Pengambilan makanan pada manusia dipengaruhi oleh pelbagai faktor di atas dan di luar kawalan homostatik. Ketersediaan, isyarat deria (contohnya, aroma, daya tarikan visual, rasa), dan keseronokan adalah faktor yang mempengaruhi apa dan berapa banyak makanan yang dimakan walaupun selepas kenyang. Memandangkan keadaan sekarang obesiti di Amerika dan di seluruh dunia, memahami bagaimana faktor-faktor ini mempengaruhi pengambilan makanan menjadi penting untuk kesihatan, kebajikan, dan sebab-sebab ekonomi (Rigby, Kumanyika, & James, 2004). Dalam dekad yang lalu, model motivasi makanan haiwan telah ditambah dengan penyiasatan manusia yang tidak dinasihatkan sistem selera makan dan ganjaran makanan. Kedua-dua bercelaru (Dimitropoulos & Schultz, 2008; Farooqi et al., 2007) dan populasi neurotipikal (Gautier et al., 2000; Goldstone et al., 2009; Killgore et al., 2003; LaBar et al., 2001; Stoeckel et al., 2008; Tataranni et al., 1999; Wang, Volkow, Thanos, & Fowler, 2004) telah diperiksa menggunakan teknik neuroimaging yang direka untuk lebih memahami mekanisme neural yang terlibat semasa kelaparan dan kenyang dan bagaimana ia berkaitan dengan obesiti dan makan tidak berurutan.

Penyelidikan setakat ini menunjukkan bahawa isyarat makanan visual mengaktifkan motivasi makanan dan ganjaran litar neural (contohnya, korteks prefrontal [PFC], korteks orbitofrontal [OFC], amygdala, dorsal striatum dan ventral, hypothalamus, insula) apabila lapar, dan makanan tinggi kalori petunjuk memberi maklum balas yang lebih besar di rantau ini berbanding imej makanan rendah kalori (Killgore et al., 2003; LaBar et al., 2001; Stoeckel et al., 2008; Wang et al., 2004). Tanggapan neural terhadap isyarat makanan visual di kawasan ganjaran dilihat pada individu-individu yang berat badan dan gemuk dan merentasi pelbagai tempoh puasa. Kesan isyarat makanan terhadap tindak balas saraf selepas kenyang juga telah diperiksa, walaupun kurang kerap, dengan pelbagai keputusan merentasi kajian. Contohnya, penyelidikan menunjukkan bahawa individu berat badan normal menunjukkan penurunan pengaktifan kepada isyarat makanan selepas makan. LaBar et al. (2001) mendapati bahawa gambar-gambar makanan yang dibentangkan semasa pencitraan resonans magnetik (fMRI) menimbulkan pengaktifan yang lebih besar dalam amygdala, gyrus parahippocampal, dan gyrus fusiform kanan apabila peserta lapar berbanding ketika mereka merasa kenyang dengan pilihan mereka. Sebagai tambahan, Goldstone dan rakan sekerja (2009) dilaporkan tiada pengaktifan pembezaan ketara dalam kawasan selera dan ganjaran hingga makanan kalori tinggi berbanding rendah selepas makan sarapan pagi. Sebaliknya, penyelidikan dengan individu yang berlebihan berat badan dan gemuk menyarankan petunjuk makanan terus mendapat sambutan saraf selepas makan. Secara khusus, Martin dan rakan-rakannya (2010) mendapati aktiviti otak lebih besar sebagai tindak balas kepada makanan vs isyarat objek dalam korteks prefrontal tengah, caudate, superior gyrus frontal, dan hippocampus selepas peserta gemuk menelan makanan kalori 500. Penyelidikan menggunakan modaliti lain (contohnya pengesanan mata makanan) konsisten dengan kerja fMRI yang menunjukkan tanda-tanda makanan yang tersisa selepas meminum makanan cair di kalangan individu yang gemuk (Castellanos et al., 2009).

Perbandingan langsung obes kepada individu berat badan yang normal juga telah menunjukkan tindak balas berbeza kepada isyarat makanan yang berkaitan dengan status berat (Bruce et al., 2010; Geliebter et al., 2006; Martin et al., 2010; Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008). Secara kolektif, kajian menunjukkan bahawa individu gemuk menunjukkan pengaktifan yang lebih besar kepada isyarat makanan berbanding peserta berat badan normal di beberapa kawasan otak, termasuk kawasan sistem ganjaran. Pengaktifan yang lebih besar kepada makanan berbanding isyarat objek di kalangan peserta gemuk berbanding kawalan telah dilihat di PFC, OFC, cingulate anterior, insula, amygdala, dan striatum semasa kelaparan (Stoeckel et al., 2008), dalam PFC, caudate, hippocampus, dan lobus temporal selepas makan (Martin et al., 2010), dan di striatum, insula, hippocampus, dan lobus parietal dalam keadaan selera yang neutral (tidak lapar atau sihat)Rothemund et al., 2007). Di samping itu, pengaktifan kebezaan kepada jenis makanan (kalori tinggi, kalori rendah, makanan binge) telah diperiksa antara individu yang gemuk dan berat badan yang normal selepas berpuasa dan semasa keadaan selera yang neutral. Sebagai contoh, individu gemuk menunjukkan tindak balas yang lebih tinggi terhadap isyarat tinggi berbanding kalori rendah berbanding mereka yang berat badan normal di kawasan seperti putamen (Rothemund et al., 2007), OFC sisi, medan PFC, insula, striatum, dan amygdala (Stoeckel et al., 2008). Terdapat beberapa bukti tindak balas neuron yang lebih besar terhadap isyarat makanan di kalangan berat badan biasa berbanding kumpulan kelebihan berat badan / obes seperti medial PFC (Stoeckel et al., 2008) dan kawasan temporal (Martin et al., 2010), tetapi majoriti hasil yang dilaporkan mengenai perbandingan langsung antara kumpulan berat badan dan obes / kelebihan berat badan menunjukkan pengaktifan yang lebih besar kepada isyarat makanan di kalangan individu yang berlebihan / obes.

Sehingga kini, kebanyakan sastera neuroimaging yang berkaitan dengan makanan telah menggunakan tempoh lama kekurangan kalori untuk mengkaji tindak balas saraf semasa kelaparan (contohnya, 8-36hrs; Gautier et al., 2000; Gautier et al., 2001; Goldstone et al., 2009; Karhunen, Lappalainen, Vanninen, Kuikka, & Uusitupa, 1997; LaBar et al., 2001; Stoeckel et al., 2008; Tataranni et al., 1999) dengan beberapa pengecualian (Killgore et al., 2003; Martin et al., 2010). Tidak jelas sama ada tempoh puasa memberi kesan kepada respons neural sejak kajian berbeza secara dramatik dalam kedua-dua protokol pengimejan, prosedur prescan, dan kaedah statistik (misalnya, pembetulan isipadu kecil kepada analisis otak keseluruhan yang tidak dikoreksi) di mana kriteria ketat atau analisis kawasan (ROI) yang ketat mungkin menjejaskan laporan hasil. Matlamat kerja yang dibentangkan di sini adalah untuk melanjutkan penyelidikan yang sedia ada dengan mengenal pasti tindak balas saraf untuk memberi ganjaran makanan semasa kekurangan kalori normatif yang berlaku di antara makanan. Matlamat kami adalah untuk mengkaji kelaparan dan kesederhanaan yang lebih naturalistik yang berlaku semasa hari yang tipikal dalam masyarakat barat. Khususnya, kami berhasrat untuk meneliti tindak balas saraf yang ditimbulkan oleh isyarat makanan berkalori tinggi dalam individu yang berat badan dan berat badan berlebihan / obes sebelum dan sesudah makan. Berdasarkan kesusasteraan terdahulu, kami menjangkakan pengaktifan pembezaan yang lebih besar terhadap isyarat makanan berbanding objek yang berlebihan berat / obes berbanding peserta berat normal sebelum makan dan selepas makan tengah hari yang biasa. Kami sangat berminat dengan respons saraf yang spesifik terhadap isyarat makanan yang tinggi dan rendah kalori selepas makan kerana kesusasteraan ini kurang dan kami merasakan ia dapat menerangkan kesan berterusan makanan yang sangat wajar selepas makan. Kami memberi hipotesis bahawa makanan yang memberi ganjaran tinggi (kalori) akan menimbulkan respons yang lebih baik dalam pelbagai bidang otak, termasuk sistem ganjaran kortikolimbi (OFC, cingulate anterior, insula, striatum ventral, dan amygdala; Berthoud & Morrison, 2008; Kringelbach, 2004), walaupun selepas makan makanan kalori 750 untuk sampel peserta yang berlebihan berat badan dan gemuk (selepas ini dirujuk sebagai obes) berbanding peserta berat normal. Sebaliknya, berdasarkan kesusasteraan terdahulu, kami menjangka peserta berat badan normal menunjukkan kurang sihat di seluruh kawasan otak, termasuk kawasan kortikolimbi, kepada isyarat makanan (tanpa mengira jenis kalori) berbanding peserta gemuk sebelum dan selepas makan.

Kaedah

Peserta

Dua puluh dua obes (OB) [BMI bermaksud (SD): 31.6 (4.5)] dan individu berat badan 16 (NW) mengambil bahagian dalam penyelidikan ini (lihat Jadual 1 untuk ciri kumpulan). Individu ini diambil dari iklan kepada komuniti Case Western Reserve University. Para peserta berada dalam keadaan yang baik, mempunyai normal untuk penglihatan normal yang diperbetulkan, dan layak untuk pengimbasan MRI (iaitu, tanpa implan feromagnetik). Individu yang melaporkan sejarah masalah psikiatri atau neurologi, penurunan berat badan yang ketara atau keuntungan pada bulan 6 yang lalu, atau kecederaan kepala dengan kehilangan kesedaran tidak layak menyertai. Semua peserta memberikan persetujuan bertulis dan diberi pampasan secara kewangan untuk penyertaan mereka. Penyelidikan ini telah diluluskan oleh Lembaga Kajian Lembaga Institusi Pusat Perubatan Kes Universiti untuk Penyiasatan Manusia.

Jadual 1 

Ciri-ciri Peserta

Prosedur

Peserta telah diimbas antara 12 dan 2pm secara berturut-turut untuk imbasan awal dan pasca pematangan. Sebagai sebahagian daripada projek yang lebih besar yang membandingkan individu berat badan dan berat badan berlebihan / obes kepada individu yang mengalami gangguan jarang (sindrom Prader-Willi; PWS), imbasan dikekang oleh parameter kajian mengenai individu dengan PWS. Oleh itu, imbasan pada hari-hari yang berasingan (dan akibatnya, mengimbangi keadaan pramatang dan postmest) tidak dapat dilaksanakan. Peserta diminta untuk makan sarapan pagi sebelum 8: 00am sebelum pelantikan mereka pada hari imbasan mereka dan menahan diri dari makan sehingga prosedur eksperimen selesai. Lima belas peserta dalam setiap kumpulan melaporkan makan sarapan pagi [jam puasa - OB: 6.2 (.68) pelbagai = 5-8hrs, NW: 5.6 (1.1) pelbagai = 3-7hrs, t= -1.79, p = .08]. Laporan peserta kandungan sarapan pagi direkodkan dan dianggarkan untuk pengambilan kalori; ini tidak berbeza antara kumpulan (OB: 372.1 (190) kalori; NW: 270 (135) kalori, t= −1.6, p = .12, n = 15 setiap kumpulan). Lapan peserta (OB: n = 7; NW: n = 1) melaporkan tidak makan sarapan kerana mereka biasanya tidak makan sarapan pagi. Untuk menentukan sama ada peserta yang makan sarapan berbeza dengan yang tidak, data imbasan fMRI pramatang dibandingkan antara kedua kumpulan (p <.05, tidak diperbetulkan). Kedua-dua kumpulan ini tidak berbeza dalam tindak balas mereka terhadap petunjuk makanan mengenai perbezaan minat (contohnya, tinggi kalori berbanding rendah kalori). Kumpulan ini juga tidak berbeza pada penilaian kelaparan sebelum dan selepas imbasan premal (kelaparan sebelum imbasan: t= .43, p = .67; selepas imbasan awal: t= .39, p = .69) atau kalori makan tengah hari yang dimakan (t= .41 p = .68). Pengesahan selanjutnya disediakan dengan menjalankan analisis fMRI dengan hanya peserta yang makan sarapan pagi (n = 15 setiap kumpulan) dan penemuan utama tetap sama. Oleh itu, semua analisis dilaporkan selepas ini mengabaikan status penggunaan sarapan pagi.

Sebelum mengimbas, peserta menjalani ujian neuropsikologi (sebagai sebahagian daripada kajian yang lebih besar yang tidak dilaporkan di sini) dan latihan mengenai tugas-tugas fungsional. Ketinggian, berat badan, dan penilaian keutamaan makanan juga diperoleh pada masa ini. Penilaian keutamaan makanan ditadbir untuk mendapatkan keutamaan makanan yang tinggi dan rendah kalori bagi setiap peserta. Penilaian itu menghendaki para peserta menilai kad flash gambar makanan 74 (7 "× 6", PCI Educational Publishing, 2000) yang termasuk pencuci mulut, daging, buah-buahan, sayur-sayuran, makanan ringan, roti dan pasta pada skala Likert-5 point 'tidak suka' untuk 'suka'. Gambar-gambar untuk penilaian keutamaan makanan adalah berbeza daripada imej yang digunakan dalam tugas fMRI. Kalori yang tinggi (contohnya kek, cookies, kerepek kentang, anjing panas) dan rendah kalori (contohnya, buah-buahan dan sayur-sayuran) penilaian keutamaan makanan tidak berbeza dalam atau di antara kumpulan (lihat Jadual 1).

Setelah imbasan pramatang, para peserta diberi makanan yang disediakan oleh Unit Penyelidikan Klinikal Dahms di Hospital Universiti yang diseragamkan untuk menyediakan kira-kira 750 kalori dan terdiri daripada sandwic (pilihan ayam belanda, daging sapi panggang, atau vegetarian), kadbod susu, satu porsi buah, dan sama ada sisi sayur atau keju kotej. Pilihan menu seimbang untuk kandungan makronutrien. Peserta diarahkan untuk makan hingga kenyang dan sisa makanan ditimbang untuk menganggarkan jumlah kalori yang dimakan. Imbasan postmeal biasanya bermula dalam masa 30 minit selepas penamatan makan. Sejurus sebelum dan sesudah imbasan pramatang dan postmeal, peserta menjawab soalan, 'Berapa lapar anda sekarang?' pada skala antara 0-8 dan 0 menjadi 'tidak lapar sama sekali' hingga 8 - 'sangat lapar'. Harus diingat bahawa sementara para peserta diarahkan untuk makan hingga kenyang, ukuran kenyang langsung tidak diberikan tetapi secara tidak langsung disimpulkan oleh perubahan status lapar.

reka bentuk tugas fMRI

Perubahan dalam kontras yang bergantung pada tahap oksigen darah (BOLD) diukur dalam tugas diskriminasi persepsi blok blok. Peserta yang ditunjukkan oleh butang tekan sama ada imej warna sisi makanan kalori tinggi (misalnya, kek, donat, kerepek kentang, kentang goreng), makanan rendah kalori (sayuran atau buah-buahan segar), atau objek (perabot) adalah Objek "sama" atau "berbeza". Imej diubah suai untuk saiz, kecerahan dan resolusi yang konsisten. Setiap imej dibentangkan sekali sahaja semasa prosedur fMRI. Parameter tugas yang sama / berbeza dipilih untuk memastikan peserta menghadiri rangsangan. Imej dibentangkan dalam blok yang sepadan dengan jenis imej 3: makanan berkalori tinggi, makanan rendah kalori, dan perabot. Paradigma ini sebelum ini telah ditunjukkan untuk mengaktifkan OFC, insula, hipothalamus, thalamus, dan amygala yang lateral sebagai tindak balas kepada isyarat makanan (Dimitropoulos & Schultz, 2008). Semua larian berfungsi terdiri daripada blok 8 (setiap saat 21, dengan rehat 14-kedua di antara blok), dengan pasangan imej 6 setiap blok. Tempoh rangsangan ditetapkan pada ms 2250 dan selang interstimulus (ISI) pada ms 1250. Setiap larian dibentangkan blok perabot, makanan berkalori tinggi, dan makanan rendah kalori dalam urutan yang diimbangi. Dua larian berfungsi dibentangkan semasa sesi imbasan (pra-makan dan makan selepas).

Perolehan Data fMRI

Semua pengimbasan telah dijalankan di Pusat Kes untuk Penyelidikan Pengimejan. Data pengimejan diperolehi pada pengimbas 4.0T Bruker MedSpec MR menggunakan saluran fasa 8 array trasmitt menerima gegelung kepala. Gerakan kepala diminimumkan dengan penempatan padding busa di sekitar kepala. Imej-imej fungsional diperolehi menggunakan urutan echo-planar single-shot echo-planar greden-echo atas susunan echo-planar single-shot ke atas 35 bersekutu paksi bersambung sejajar dengan pesawat AC-PC dengan resolusi inplane 3.4 X 3.4 X 3 mm (TR = 1950, TE = 22 ms, flip sudut = 90 darjah). Data pengaktifan BOLD diperoleh semasa dua larian (5: 01 minit, jumlah / ukuran 157 EPI) setiap sesi MRI. Rangsangan visual telah diproyeksikan semula ke skrin lut yang diletakkan berhampiran penghujung pengimbas MRI dan dilihat melalui cermin yang dipasang pada gegelung kepala. Gambar struktur 2D T1 (TR = 300, TE = 2.47ms, FOV = 256, matriks = 256 × 256, sudut flip = 60 darjah, NEX = 2), 3mm tebal, diposisikan dalam satah dan lokasi serpihan yang sama -Pelaran data untuk pendaftaran dalam pesawat dan resolusi tinggi 3D struktur struktur (3D MPRAGE, bersebelahan, pengambilalihan sagittal, 176 slice pilih partition, masing-masing dengan 1 mm vokel isotropik, TR = 2500, TE = 3.52ms, TI = 1100, FOV = 256, matriks = 256 × 256, sudut flip = 12 darjah, NEX = 1) dikumpulkan semasa sesi awal (pramatang).

Pengolahan dan Analisis Data fMRI

Pemprosesan imej, analisis, dan ujian kepentingan statistik dilakukan menggunakan Brainvoyager QX (Inovasi Otak, Maastricht, Belanda; Goebel, Esposito, & Formisano, 2006). Langkah-langkah pra-proses merangkumi pembetulan gerakan tiga dimensi trilinear, pelicinan spasial menggunakan penapis Gaussian dengan nilai separuh maksimum 7 mm lebar penuh, dan penyingkiran aliran linear. Parameter pembetulan gerakan ditambahkan ke matriks reka bentuk dan gerakan> 2 mm sepanjang paksi mana pun (x, y, atau z) mengakibatkan pembuangan data tersebut (<1% dibuang untuk sampel ini). Data untuk setiap individu diselaraskan dengan gambar anatomi 2D dan 3D resolusi tinggi untuk paparan dan penyetempatan. Kumpulan data individu mengalami transformasi lurus secara bertahap menjadi grid 3D berkadar yang ditentukan oleh Talairach dan Tournoux (1988) dan telah disahkan berdaftar dengan set data resolusi tinggi 3D dan resampled kepada 3 mm3 vokal. Set data yang dinormalisasi dimasukkan ke dalam analisis tahap kedua di mana pengaktifan fungsional diperiksa dengan menggunakan analisis model linier kesan umum (GLM) secara rawak untuk imbasan sebelum makan dan untuk imbasan selepas makan. Untuk setiap jangka masa (sebelum / selepas makan) perbezaan berikut dibandingkan antara subjek gemuk dan berat badan normal: makanan berkalori tinggi, makanan berkalori rendah, semua makanan (gabungan kalori tinggi dan rendah) dan objek . Peta statistik yang dihasilkan diperbaiki untuk beberapa perbandingan, menggunakan pembetulan ambang berdasarkan kluster (berdasarkan simulasi Monte Carlo yang dilakukan dalam Brain Voyager). Nilai p ambang awal p <.01 dan pembetulan kluster bersebelahan minimum yang diterapkan pada setiap peta kontras antara 7-12 voxel (189–324 mm3) memberikan pembetulan seisi keluarga p <.05.

Analisis interaksi antara kumpulan (OB vs NW) dengan kontras keadaan (makanan vs. objek, kalori tinggi vs kalori rendah, tinggi kalori vs objek, rendah kalori vs. objek) dilakukan untuk setiap kelaparan negeri. Untuk memvisualkan kesan interaksi, analisis pasca-hoc dilakukan pada kluster dengan perbezaan yang paling ketara di seluruh kumpulan dan keadaan dan untuk cluster dalam sistem ganjaran kortikolimbi (OFC, cingulate anterior, insula, striatum ventral, dan amygdala). Secara khusus, bagi analisis pasca-hoc, magnitud pengaktifan isyarat BOLD (nilai beta) telah diekstrak untuk setiap subjek. SPSS (Versi 17; SPSS, Inc, Chicago, IL) digunakan untuk melakukan analisis pasca-hoc (ujian t) dan untuk mengesahkan penemuan Brain Voyager. Selepas pengekstrakan, perbandingan beta dikira untuk setiap keadaan kalori berbanding objek bukan makanan semasa setiap keadaan lapar (tinggi kalori - objek, keadaan awal, rendah kalori - objek, keadaan pramatang; kalori yang tinggi - objek, keadaan pasca baja; rendah kalori - objek , keadaan pasca bencana). Post hoc berpasangan Ujian t pelajar kemudiannya dilakukan untuk mengenal pasti perbezaan antara kontras tinggi dan rendah untuk setiap keadaan makan berasingan bagi setiap rantau dalam setiap kumpulan.

Hasil

Data Tingkah Laku

Kelaparan

Penilaian pada skala kelaparan sebelum setiap sesi imbasan berbeza dengan ketara antara keadaan pramatang dan pasca permulaan, dengan peserta dalam kedua-dua kumpulan menunjukkan kelaparan yang lebih besar sebelum sesi imbasan prapaskah: scan awal - OB bermakna (SD) = 4.72 (1.5), NW = 4.59 (1.5 ); imbasan pasca - OB = .45 (.85) NW = .44 (.81). Kumpulan tidak berbeza pada status kelaparan semasa bersalin (t= -. 266, p = .79) atau imbasan pasca makan (t= -. 06, p = .95). Data ini menunjukkan manipulasi makanan adalah berkesan, dengan kedua-dua kumpulan melaporkan penurunan kelaparan dari awal ke sesi pasca makan.

Ketepatan tugas

Ketepatan tugas semasa fungsional berjalan (tugas yang sama / berbeza) adalah lebih besar daripada 90% untuk sesi imbasan: peratus minima peratusan = 97.3 (.03); postmeal = 99.0 (.02), untuk keadaan makanan dan bukan makanan: makanan keseluruhan = 93.8 (2.9); keseluruhan nonfood = 94.5 (1.7) (t= -1.42, p = .16), dan bagi setiap kumpulan: OB = 99.1 (.02), NW = .97.8 (.02). Ketepatan antara kumpulan tidak berbeza (t= -1.68, p = .11).

Kalori makan tengah hari dimakan

Secara purata peserta OB menggunakan kalori 591 (SD = 68.4) dan peserta NW menggunakan kalori 607 (SD = 116.1) t= .91, p = .37. Daripada kalori 750 yang disediakan dalam hidangan, barang-barang yang berkemungkinan tetap tidak dimakan termasuk bahagian bumbu (mayonis dan / atau mustard) dan hidangan sampingan sayuran.

Data fMRI

Sambutan awal: kumpulan × interaksi keadaan

Untuk memeriksa perbezaan kumpulan dalam keadaan pramatang, perbezaan berikut diperiksa: OB> NW [(i) makanan> objek, (ii) tinggi kalori> rendah kalori, (iii) tinggi kalori> objek, (iv) rendah -kalori> objek], NW> OB [(v) makanan> objek, (vi) tinggi kalori> rendah kalori, (vii) tinggi kalori> objek, (viii) rendah kalori> objek].

Dalam keadaan pramatang, kumpulan obes menunjukkan aktiviti yang jauh lebih besar daripada kumpulan berat badan normal terhadap makanan berbanding objek dan rangsangan objek tinggi kalori berbanding objek di kawasan kortikal prefrontal terutamanya termasuk korteks prefrontal anterior dua hala (aPFC) (x, y , z = 23, 58, 0; −34, 63, 2). OB menunjukkan pengaktifan yang lebih besar daripada NW ke kalori rendah berbanding objek yang berbeza di aPFC serta gyrus frontal unggul (BA6; −3, 11, 60) dan cerebellum (47, −57, −33). Sebaliknya, kumpulan NW menunjukkan aktiviti yang lebih besar daripada kumpulan OB dalam keadaan makanan berbanding objek terutamanya di kawasan posterior termasuk parietal (−46, 0, 7), mid-cingulate (−14, −9, 42; −23, −26, 44) dan lobus temporal (−34, −1, −28; −43, −30, 17). Semua kawasan pengaktifan antara kumpulan yang signifikan (p <.05, diperbetulkan) dimasukkan dalam Jadual 2.

Jadual 2 

Kawasan otak yang berbeza dengan kontras kumpulan dan visual semasa semasa imbasan awal dan postur

Tanggapan neural pada peserta berat badan normal menunjukkan perbezaan yang lebih besar antara makanan berkalori tinggi dan rendah kalori berbanding peserta gemuk. Semasa pra-matang, kumpulan OB tidak menunjukkan tindak balas yang lebih tinggi terhadap makanan berkaliber tinggi dan rendah kalori daripada kumpulan NW. Sebaliknya, kumpulan NW menunjukkan tindak balas yang lebih tinggi terhadap isyarat makanan tinggi dan rendah kalori daripada OB di gyrus selepas hemisfera hemisfera kiri (BA43; -55, -12, 15), insula (-40, -2, 15) , gyrus parahippocampal (-23, -12, -15) (lihat Jadual 2/Rajah 1) dan bilateral di cerebellum (45, -50, -34; -16, -65, -19).

Rajah 1 

Normal-Berat berbanding obes. Kiri: Keputusan imbasan pra-hidangan. Pengaktifan kumpulan berat badan biasa kepada kalori tinggi vs makanan rendah kalori semasa keadaan pramatang dalam A) gyrus pasca / BA43, B) insula / BA13, dan C) parahippocampal gyrus / BA28. Pengaktifan yang ketara ...
Analisis pasca-hoc

Analisis post-hoc dilakukan pada wilayah-wilayah penting di NW> OB high-vs. kontras rendah kalori untuk mengesahkan penemuan BV dan menerangkan perbezaan dalam kumpulan. Sebagai tambahan kepada kawasan kortikolimbik (insula), kawasan lain dipilih kerana kontras tinggi dan rendah kalori menunjukkan perbezaan yang paling ketara antara kumpulan. Penemuan Cerebellum dikecualikan dari analisis post-hoc kerana pengaktifan dilihat di wilayah ini sebagai tindak balas terhadap isyarat rendah kalori berbanding objek dalam kontras OB> NW Jadual 2). Bagi peserta NW semasa imbasan pramatang, tindak balas yang lebih besar disebabkan isyarat makanan berkalori tinggi berbanding isyarat makanan berkalori rendah di gyrus postcentral (BA43; p <.05; Rajah 1a). Respon juga berbeza secara signifikan bagi peserta OB (p <.05) dengan makanan berkalori tinggi menyebabkan penyahaktifan yang lebih besar pada gyrus postcentral daripada makanan berkalori rendah semasa imbasan pramatang. Untuk gyrus parahippocampal (BA28), tindak balas jauh lebih tinggi (p <.05) terhadap isyarat berkalori tinggi berbanding isyarat rendah kalori semasa imbasan pramatang untuk peserta NW (Rajah 1b). Di samping itu, pada peserta NW, pengaktifan parahippocampal menurun dengan ketara (p <.05) dari imbasan premal hingga postmeal sebagai tindak balas kepada isyarat makanan berkalori tinggi (Rajah 1b). Isyarat makanan berkalori tinggi menimbulkan tindak balas berbeza dalam insula oleh keadaan makan untuk kedua-dua kumpulan (Rajah 1c). Bagi peserta NW, pengaktifan jauh lebih tinggi (p <.05) sebagai tindak balas kepada isyarat berkalori tinggi daripada isyarat rendah kalori semasa imbasan pramatang. Sebaliknya, bagi peserta OB, isyarat berkalori tinggi menghasilkan tindak balas yang lebih besar di insula daripada isyarat rendah kalori semasa imbasan selepas kelahiran (p <.05).

Maklum balas postmeal: kumpulan × interaksi keadaan

Untuk mengkaji perbezaan kumpulan dalam keadaan pasca makan, perbezaan berikut diperiksa: OB> NW [(i) makanan> objek, (ii) tinggi kalori> rendah kalori, (iii) tinggi kalori> objek, (iv) rendah -kalori> objek], NW> OB [(v) makanan> objek, (vi) tinggi kalori> rendah kalori, (vii) tinggi kalori> objek, (viii) rendah kalori> objek].

Di dalam keadaan pasca bencana, kumpulan obesik menunjukkan tindak balas yang lebih besar berbanding kumpulan berat badan normal kepada makanan berbanding objek berbanding dengan pelbagai kawasan, termasuk kawasan hadapan (PFC dorsolateral (BA9; 0, 53, 21), OFC (BA47; 29 , 25, -9), dan gyrus frontal superior (BA6; 17, 15, 48)], serta daerah temporal dan lebih posterior seperti cingulate posterior (18, -46, 0) dan korteks entourhinal (29, 6 , -9). Tindak balas yang lebih besar ditunjukkan di kalangan OB berbanding peserta NW untuk kontras kalori berbanding objek di beberapa wilayah yang merupakan sebahagian daripada sistem ganjaran kortikolimbi: lateral OFC (32, 29, -3), cingulate anterior (-4, 16, -15), caudate (8, 7, 14) (lihat Jadual 2; Rajah 2), dan kawasan hadapan lain termasuk PFC (BA8; 4, 23, 51), dan gyrus frontal medial (BA6; 2, 47, 37). Kaedah perbandingan rendah berbanding kalori menghasilkan tindak balas yang lebih besar di kalangan OB daripada peserta NW di kawasan hadapan [aPFC (-16, 59, 3), PFC dorsolateral (0, 52, 24) dan gyrus front superior (BA6; -3, 11, 60), daerah lobus temporal [lobus temporal anterior (45, 4, -13; -50, 18, -13), gyrus supramarginal temporal (BA40; -57, -50, 20) 53, -63, 24), caudate (-2, 22, 3) dan cingulate posterior (21, -48, 3). Kumpulan NW tidak menunjukkan sambutan yang lebih baik daripada kumpulan OB dalam kontras apa-apa semasa keadaan pasca-pasir. Di samping itu, seperti keadaan awal, kumpulan OB tidak menunjukkan tindak balas yang lebih besar daripada kumpulan NW kepada kontras kalori tinggi berbanding rendah kalori. Lihat Jadual 2 untuk semua kawasan pengaktifan antara kumpulan yang mencapai kepentingan (p <.05, diperbetulkan).

Rajah 2 

Obese vs Normal-Weight. Kiri: Hasil imbasan selepas makan. Peningkatan pengaktifan kumpulan obes ke tinggi-kalori vs isyarat objek semasa keadaan pasir dalam A) lateral OFC / BA47, B) cingulate anterior / BA25, dan C) Caudate. Pengaktifan penting kepada tinggi kalori ...
Analisis pasca-hoc

Kawasan kortikolimbik yang ketara di OB> NW kontras tinggi berbanding bukan makanan dipilih untuk analisis post-hoc untuk mengesahkan penemuan BV dan menerangkan perbezaan dalam kumpulan (lihat Rajah 2). Bagi peserta OB semasa imbasan postmeal, isyarat makanan berkalori tinggi menghasilkan tindak balas yang lebih besar pada OFC lateral (BA47; p <.05) daripada isyarat rendah kalori (Rajah 2a). Begitu juga, tindak balas dalam caudate juga berbeza secara signifikan bagi peserta OB (p <.05) dengan makanan berkalori tinggi menghasilkan pengaktifan yang lebih besar daripada makanan berkalori rendah semasa imbasan postmeal (Rajah 2c).

Perbincangan

Kajian ini menggunakan fMRI untuk mengkaji perbezaan dalam tindak balas saraf terhadap isyarat makanan antara individu gemuk dan berat badan sebelum dan selepas makan. Data kami memanjangkan sastera neuroimaging makanan dengan menyediakan bukti pengaktifan yang lebih besar kepada isyarat makanan (kedua-dua jenis tinggi dan rendah kalori) selepas makan di kalangan obes berbanding dengan individu yang berat badan normal. Kawasan prefrontal dan kortikolimbic termasuk OFC, caudate, dan cingulate anterior menunjukkan tindak balas yang lebih besar terhadap isyarat makanan berkalori tinggi berbanding objek selepas makan dalam peserta obes berbanding dengan kumpulan berat normal. Kawasan otak ini telah dikaitkan dengan tindak balas hedonik, pemprosesan ganjaran, dan ketagihan. Penemuan adalah kepentingan khusus kerana para peserta makan makanan yang cukup besar dan melaporkan penurunan rasa lapar segera sebelum mengimbas, dengan itu menunjukkan kesan yang berterusan dari isyarat makanan berkalori tinggi pada litar ganjaran otak selepas penggunaan makanan untuk peserta gemuk. Di samping itu, isyarat makanan tidak menimbulkan tindak balas otak yang sama selepas makan dalam individu yang berat badan yang menunjukkan aktiviti saraf sebagai tindak balas kepada isyarat makanan berkurang dengan kelaparan yang berkurangan.

Sambutan awal

Penemuan kami menunjukkan pengaktifan korteks prefrontal anterior yang meningkat di kalangan obes berbanding peserta berat normal sebagai tindak balas kepada keadaan makanan gabungan dan kedua-dua jenis isyarat makanan secara berasingan. Walau bagaimanapun, kami juga mendapati bahawa semua jenis berat badan (contohnya, tinggi kalori vs. objek, dll.) Individu berat badan menunjukkan pengaktifan yang lebih besar di beberapa kawasan berbanding dengan kumpulan obesinya, dengan pengecualian terhadap makanan rendah kalori. Malah, untuk kontras yang tinggi dan rendah kalori, kumpulan berbeza secara dramatik kerana kumpulan berat normal menunjukkan pengaktifan yang lebih besar dalam insula, gyrus postcentral, gyrus parahippocampal dan cerebellum dan kumpulan obes tidak menunjukkan pengaktifan pembezaan yang lebih besar ke tinggi- berbanding isyarat rendah kalori di mana-mana rantau berbanding dengan kumpulan berat normal.

Pada pandangan pertama, penemuan ini agak mengejutkan dan tidak dijangka berdasarkan kesusasteraan terdahulu. Beberapa kajian telah menunjukkan pengaktifan yang lebih besar kepada isyarat makanan untuk berat badan berbanding berat biasa semasa berpuasa dan terutamanya untuk isyarat tinggi dan rendah kalori (Martin et al., 2010; Stoeckel et al., 2008) dan oleh itu, kami meramalkan penemuan serupa. Walau bagaimanapun, terdapat dua perkara yang menarik dalam penemuan ini. Pertama, terdapat pengaktifan yang lebih besar di kawasan prefrontal anterior otak dalam kumpulan gemuk berbanding dengan kumpulan berat badan biasa untuk makanan premier dan tinggi kalori berbanding objek berbeza. Penyelidikan sebelum ini telah menunjukkan tindak balas yang lebih besar mengenai PFC kepada isyarat makanan pada mereka yang makan tidak teratur berbanding dengan kumpulan berat badan biasa (Holsen et al., 2006); dan ia telah terlibat dalam penagihan, terlibat dalam pengaktifan terindikasi berasaskan tindak balas terhadap imej yang berkaitan dengan alkohol dalam alkohol (George et al., 2001; Grusser et al., 2004). Kedua, untuk kumpulan berat badan yang normal, isyarat makanan rendah kalori tidak muncul untuk melibatkan sistem saraf sama dengan isyarat tinggi kalori seperti yang ditunjukkan oleh perbezaan ketara antara pengaktifan tinggi dan rendah kalori untuk kumpulan ini. Pemeriksaan post-hoc bagi nilai-nilai beta dalam insula, selepas gyrus pusat gyrus dan parahippocampal hasil (Rajah 1) menunjukkan bahawa perbezaan kumpulan terutamanya didorong oleh peningkatan pengaktifan di rantau ini kepada makanan berkalori tinggi dalam kumpulan berat badan normal, dan dalam hal pusat gyrus dan insula pusat, juga penonaktifan makanan berkalori tinggi untuk kumpulan obes. Kawasan-kawasan ini memainkan peranan dalam pemprosesan deria rasa dan olfaction. Insula telah ditunjukkan secara konsisten untuk mengaktifkan petunjuk makanan visual dan penyelidikan primata telah menunjukkan korteks rasa utama terletak dalam insula (Pritchard, Macaluso, & Eslinger, 1999). Gyrus postcentral (BA43) telah terlibat dalam persepsi rasa (terletak di rantau somatosensory yang paling dekat dengan lidah) dan isyarat makanan sebelum ini ditunjukkan untuk mengaktifkan rantau ini (Frank et al., 2010; Haase, Green, & Murphy, 2011; Killgore et al., 2003; Wang et al., 2004). Begitu juga, walaupun gyrus parahippocampal paling terkenal untuk pengekodan memori dan pengambilan semula, nampaknya terlibat dalam memproses petunjuk makanan visual kerana ia telah berulang kali ditunjukkan untuk memberi maklum balas yang berbeza kepada makanan vs isyarat objek dalam penyelidikan terdahulu (Berthoud, 2002; Bragulat et al., 2010; Haase et al., 2011; Killgore et al., 2003; LaBar et al., 2001; Tataranni et al., 1999). Di samping itu, rangsangan gyrus parahippocampal telah dijumpai untuk meningkatkan kesan autonomi dan endokrin seperti rembesan gastrik (Halgren, 1982). Makanan rendah kalori kelihatannya menimbulkan tindak balas saraf yang lebih besar daripada yang kita jangkakan untuk kumpulan obes yang ditunjukkan oleh keputusan kontras kalori yang tinggi dan rendah (di mana tiada pengaktifan yang ketara dilihat berbanding dengan berat badan normal) dan kalori rendah kalori penemuan objek.

Tindak balas ibu

Berbeza dengan keadaan pramatang, hasil pasca-tahi menunjukkan pengaktifan yang lebih besar terhadap isyarat makanan tinggi dan rendah kalori di kalangan obes berbanding dengan peserta yang berat badan normal. Makanan vs. objek, tinggi kalori vs objek, atau rendah kalori berbanding perbezaan objek ditunjukkan untuk mendapatkan pengaktifan di wilayah frontal, temporal, dan lebih posterior. Seperti yang dijangkakan, peserta berat badan normal tidak menunjukkan pengaktifan yang lebih besar di mana-mana rantau daripada peserta gemuk semasa tugas pasca bakti. Walau bagaimanapun, tiada kesan kumpulan penting bagi keadaan tinggi dan rendah kalori. Kumpulan obesitas mempamerkan pengaktifan pembezaan kurang kepada makanan kalori tinggi berbanding rendah daripada yang kita ramalkan, menunjukkan pengaktifan yang lebih besar kepada kedua-dua objek tinggi vs dan perbezaan rendah berbanding objek.

Penemuan utama kami menunjukkan peningkatan pengaktifan kepada makanan kalori tinggi (vs objek) selepas makan pada individu gemuk. Kawasan front hemisphere kanan (OFC lateral, PFC / BA8 frontal gyrus front / BA6) menunjukkan tindak balas yang lebih tinggi terhadap makanan berkalori tinggi dalam kumpulan gemuk. Kawasan Prefrontal (BA6,8) sebelum ini telah ditunjukkan untuk memberi respons kepada isyarat makanan pada sampel obes dan berat badan yang normal dan khusus untuk makanan berkalori tinggi semasa lapar (Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008). OFC sisi memainkan peranan penting dalam litar neural yang berkaitan dengan makanan dan bertindak balas dengan sengaja kepada isyarat makanan berkalori tinggi (Goldstone et al., 2009; Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008). Penyelidikan primata telah menunjukkan sambungan kepada korteks rasa utama dalam insula dan hipotalamus, dan mengenal pasti bahawa korteks rasa kedua terletak di OFC lateral (Baylis, Rolls, & Baylis, 1995; Rolls, 1999). Pengaktifan OFC lateral telah terbukti berkorelasi positif dengan penarafan subjektif individu tentang keseronokan makanan yang menunjukkan bahawa makanan yang sangat bermanfaat dapat mengaktifkan kawasan ini lebih daripada makanan yang kurang diminatiKringelbach, O'Doherty, Rolls, & Andrews, 2003). Penemuan kami menunjukkan rantau OFC tidak mengurangkan tindak balas selepas makan pada individu gemuk (lihat Rajah 2). Pengaktifan yang sama OFC tidak dilihat dalam kumpulan perbandingan berat badan normal. OFC lateral juga telah ditunjukkan dimodulasi oleh kelaparan dengan penembusan neuron yang menurun selepas pemecahan rasa tertentu (Critchley & Rolls, 1996). Adalah menarik bahawa makanan yang digunakan untuk mencapai kenyang dalam kajian ini tidak termasuk makanan yang tinggi lemak / manis. Sekiranya neuron di OFC sisi tergelincir dalam makanan yang khusus, dalam keadaan yang memuaskan untuk satu makanan tertentu tidak mengurangkan tembakan sebagai tindak balas kepada jenis makanan lain (Critchley & Rolls, 1996), ini boleh menyokong aktiviti OFC yang berterusan dilihat sebagai tindak balas kepada makanan berkalori tinggi selepas makan di kalangan peserta gemuk.

Cingulate anterior juga menunjukkan tindak balas yang berbeza antara kumpulan selepas makan, dengan tindak balas yang lebih besar di kalangan kumpulan obes untuk tinggi kalori berbanding objek. Penemuan terdahulu menunjukkan ACC menunjukkan pengaktifan yang lebih tinggi kepada makanan berkalori tinggi dan berbanding rendah manakala kelaparan dan penurunan yang lebih kecil dalam perubahan isyarat selepas makan pada individu yang gemuk berbanding dengan kawalan (Bruce et al., 2010; Stoeckel et al., 2008). ACC telah terlibat dalam motivasi makanan, mengaktifkan tindak balas terhadap pentadbiran lemak dan sukrosa (De Araujo & Rolls, 2004), dan mempamerkan peningkatan pengaktifan kepada isyarat berkaitan dadah di kalangan penagih (Volkow, Fowler, Wang, Swanson, & Telang, 2007). Penyelidikan baru-baru ini juga menunjukkan keterukan ketagihan makanan secara positif berkait rapat dengan pengaktifan di ACC semasa menjangkakan makanan enak (Gearhardt et al., 2011). Di samping itu, makanan berkalori tinggi vs petunjuk objek menimbulkan tindak balas yang lebih besar di rantau caudate dalam kumpulan gemuk. Tidak seperti penyelidikan terdahulu menggunakan PET yang menunjukkan penurunan pengaktifan dalam caudate dan putamen selepas makan cair (Gautier et al., 2000), penemuan kami menunjukkan pengaktifan berterusan striatum kepada makanan berkalori tinggi. Ini adalah konsisten dengan bukti dari kesusasteraan binatang yang menunjukkan bahawa neuron diagihkan melalui nukleus accumbens, caudate, dan putamen memediasi kesan hedonik kandungan gula / lemak tinggi makanan (Kelley et al., 2005).

Ringkasan dan Kesimpulan

Penemuan kami menunjukkan bahawa orang yang gemuk dan berat badan normal banyak berbeza dengan tindak balas otak mereka terhadap isyarat makanan, terutamanya selepas makan. Walaupun lapar, individu gemuk menunjukkan tindak balas yang lebih baik kepada kedua-dua jenis isyarat makanan di kawasan prefrontal anterior yang terlibat dalam ketagihan. Sebaliknya, semasa pra-matang, individu berat badan normal menunjukkan tindak balas istimewa yang jelas terhadap isyarat tinggi dan berbanding rendah kalori di kawasan-kawasan yang terlibat dalam pemprosesan deria - perbezaan yang tidak diperhatikan selepas makan. Selepas makan, kesan makanan kalori tinggi adalah jelas di kalangan peserta gemuk kerana isyarat tinggi kalori terus mendapat pengaktifan di kawasan otak yang terlibat dalam pemprosesan ganjaran dan rasa walaupun selepas dilaporkan kelaparan. Selain itu, makanan rendah kalori juga mendapat tindak balas saraf yang lebih besar selepas makan di kalangan obes berbanding peserta berat normal yang menonjolkan tindak balas berterusan terhadap jenis isyarat makanan di kalangan individu gemuk dan penurunan pengaktifan di kalangan mereka yang mempunyai berat badan normal. Penemuan ini amat menarik memandangkan majoriti peserta mengalami kekurangan kalori normatif sebelum makan tengah hari membuat penemuan ini boleh disamakan dengan kitaran puasa / makan semulajadi.

Kajian ini mempunyai beberapa batasan. Mula-mula, disebabkan kekangan pengumpulan data sebagai sebahagian daripada projek yang lebih besar, kami tidak dapat mengimbangi puasa dan keadaan pasca pemisah di seluruh individu. Walaupun ini tidak ideal dan penemuan harus direplikasi dengan prosedur pengimbangan, kedua-dua tempoh fMRI ujian jangka panjang dan lebih panjang (1-14) telah menunjukkan kebolehpercayaan uji ujian yang lebih baik dalam tugas sensorimotor (Friedman et al., 2008) dan tindak balas striatal semasa tugas reaktif arus alkohol (Schacht et al., 2011). Kekurangan pengimbangan ini menyebabkan kumpulan dalam sebelum dan selepas perbandingan makanan sukar untuk mentafsirkan, walau bagaimanapun, dan oleh karenanya bukan tumpuan utama di sini. Kekurangan pengimbangan di seluruh negara makan diminimumkan dalam hasil antara kumpulan, kerana kedua-dua kumpulan dipadankan dalam prosedur pengimbasan. Dalam kajian masa depan, pengimbangan semula akan membolehkan analisis lebih lengkap mengenai modulasi antara masa antara modulasi sambutan makanan. Kedua, kemasukan kedua-dua lelaki dan perempuan dalam sampel ini mungkin mempunyai kesan yang tidak diketahui pada data yang ditetapkan kerana ganjaran yang berfungsi pada wanita telah ditunjukkan untuk berubah-ubah bergantung pada peringkat kitaran haid (Dreher et al., 2007), faktor yang tidak diambil kira dalam sampel ini memandangkan permintaan projek yang lebih besar. Perlu diingatkan bahawa para peserta tidak mempunyai keinginan untuk jenis makanan tertentu berdasarkan penilaian keutamaan makanan; ini mungkin hasil daripada mentadbir tugas itu secara langsung sebelum imbasan puasa, yang mungkin mencerminkan rasa lapang yang meningkat semasa kelaparan. Walau bagaimanapun, hanya kerana seseorang boleh menilai makanan yang sangat tinggi, itu tidak semestinya bermakna mereka lebih suka makanan lain yang enak jika diberi pilihan (mis., Pengarang AD suka wortel tetapi jika diberikan pilihan ais krim atau wortel, es krim akan selalu menang). Satu ukuran pengambilan keputusan keutamaan makanan mungkin menghasilkan keputusan yang lebih mendiskriminasi keutamaan tinggi berbanding rendah kalori. Walaupun penilaian tingkah laku, peserta obes dan berat badan normal menunjukkan pengaktifan otak yang berbeza dengan jenis kalori. Di samping itu, kajian masa depan perlu meniru penemuan ini dengan memasukkan langkah-langkah yang lebih baik untuk kenyang. Walaupun penilaian kelaparan dinilai pada empat titik masa (sebelum dan selepas setiap imbasan) dan menunjukkan penurunan kelaparan selepas makan, penarafan langsung rasa kenyang tidak diperolehi. Kami secara tidak langsung menyimpulkan rasa kenyang dengan perubahan status kelaparan. Akhirnya, kami tidak menghadkan sampel ini kepada peserta tangan kanan kerana sebagai sebahagian daripada projek yang lebih besar peserta ini dibandingkan dengan penduduk yang jarang di mana kami tidak dapat memilih berdasarkan kriteria handedness. Walaupun kajian ini tidak tanpa batasannya, penemuan ini memberikan bukti pendahuluan di kalangan obes untuk tindak balas yang berterusan terhadap petunjuk makanan di kawasan otak yang berkaitan dengan ganjaran walaupun selepas makan, berbanding dengan tindak balas dalam kawalan berat badan biasa. Kerja-kerja masa depan perlu berkembang pada penemuan ini dengan mengkaji sejauh mana diet dan tabiat makan mempengaruhi tindak balas saraf terhadap isyarat makanan.

Peserta dalam kajian ini hanya menunjukkan kelaparan sederhana sebelum imbasan puasa. Malah mereka yang melompat sarapan hanya menunjukkan kelaparan sederhana sebelum mengimbas. Kebanyakan kajian terdahulu telah menumpukan pada mengkaji tindak balas saraf selepas berpanjangan yang tidak menentu. Temuan kami menarik kerana kelaparan yang melampau tidak diperlukan untuk mendapatkan respons saraf terhadap isyarat makanan. Malah, pemahaman bagaimana sistem saraf bertindak balas semasa kelaparan yang lebih lazim boleh memberi kita gambaran kritikal mengenai mekanisme di sebalik makan berlebihan. Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa respons saraf terhadap isyarat makanan tidak berbeza antara mereka yang melakukan dan mereka yang tidak menggunakan sarapan. Ini mungkin menunjukkan bahawa bagi individu yang biasanya melangkau sarapan pagi, respons ganjaran kepada isyarat makanan tidak berbeza dari mereka yang mengambil sarapan pagi. Juga minat adalah hakikat bahawa majoriti peserta yang melangkau sarapan adalah gemuk; ini mungkin menunjukkan pengambilan makanan yang kurang baik kerana penyelidikan menunjukkan bahawa makan sarapan pagi adalah berkaitan dengan tabiat makan yang sihat dan mengurangkan pengambilan makanan hariande Castro, 2007; Leidy & Racki, 2010).

Kami telah menunjukkan di sini bahawa bagi individu yang gemuk, isyarat makanan berkalori tinggi menunjukkan tindak balas yang berterusan di kawasan otak yang terlibat dalam ganjaran dan ketagihan walaupun selepas makan makanan yang cukup besar. Ini tindak balas hedonik yang berterusan selepas beban kalori yang tinggi mungkin penting untuk memahami batasan makan berlebihan. Kerja-kerja masa depan diarahkan pada sejauh mana penambahan makanan manis / gurih tinggi kalori untuk makan menghalang tindak balas saraf dalam sistem ganjaran bagi individu yang gemuk diberi jaminan berdasarkan penemuan semasa.

  • MRI berfungsi digunakan untuk meneliti tindak balas otak terhadap makanan sebelum dan sesudah makan
  • Obesis menunjukkan reaksi otak yang lebih besar terhadap isyarat makanan selepas makan daripada berat badan normal
  • Peningkatan tindak balas OFC, caudate, dan cingulate anterior selepas makan di obes
  • Sambutan kortikolimbi selepas makan membayangkan kegunaan makanan kalori yang tinggi
  • Aktiviti sebagai tindak balas kepada isyarat makanan dalam berat badan biasa berkurang dengan kelaparan yang berkurangan

Penghargaan

Kerja ini disokong oleh geran RO3HD058766-01 dan UL1 RR024989 dari National Institutes of Health, dan Geran Peluang ACES dari Yayasan Sains Nasional. Kami mengucapkan terima kasih kepada Pusat Penyelidikan Pencitraan Kes, Jack Jesberger, Brian Fishman, dan Angela Ferranti dan Kelly Kanya untuk bantuan penyelidikan mereka; kepada Jennifer Urbano Blackford dan Elinora Harga untuk komen mereka yang bermanfaat mengenai manuskrip; dan kepada semua individu yang mengambil bahagian.

Nota kaki

Penafian Penerbit: Ini adalah fail PDF bagi manuskrip yang tidak diedit yang telah diterima untuk penerbitan. Sebagai perkhidmatan kepada pelanggan kami, kami menyediakan versi awal manuskrip ini. Manuskrip akan menjalani penyalinan, menaip, dan mengkaji semula bukti yang dihasilkan sebelum ia diterbitkan dalam bentuk yang boleh dihukum akhir. Harap maklum bahawa semasa kesalahan proses produksi dapat ditemukan yang dapat mempengaruhi konten, dan semua penafian hukum yang berlaku untuk pertain jurnal.

Konflik Kepentingan: Para penulis mengisytiharkan tidak ada konflik kepentingan.

Rujukan

  1. Baylis LL, Rolls ET, Baylis GC. Sambungan aferen pada bahagian cortex orbitofrontal seluas cendawan primata. Neurosains. 1995; 64 (3): 801-812. [PubMed]
  2. Berthoud HR. Sistem saraf pelbagai mengawal pengambilan makanan dan berat badan. Ulasan Neurosains dan Biobehavioral. 2002; 26 (4): 393-428. [PubMed]
  3. Berthoud HR, Morrison C. Otak, selera makan, dan obesiti. Kajian Tahunan Psikologi. 2008; 59: 55-92. [PubMed]
  4. Bragulat V, Dzemidzic M, Bruno C, Cox CA, Talavage T, Considine RV, et al. Bau yang berkaitan dengan makanan litar ganjaran otak semasa kelaparan: Kajian juruterbang FMRI. Obesiti (Silver Spring, Md.) 2010; 18 (8): 1566-1571. [PubMed]
  5. Bruce AS, Holsen LM, Chambers RJ, Martin LE, Brooks WM, Zarcone JR, et al. Kanak-kanak yang gemuk menunjukkan hiperaktif kepada gambar makanan dalam rangkaian otak yang dikaitkan dengan motivasi, ganjaran dan kawalan kognitif. Jurnal Antarabangsa Obesiti (2005) 2010; 34 (10): 1494-1500. [PubMed]
  6. Castellanos EH, Charboneau E, Dietrich MS, Park S, Bradley BP, Mogg K, et al. Orang dewasa gemuk mempunyai berat sebelah perhatian visual untuk imej isyarat makanan: Bukti untuk fungsi sistem ganjaran yang diubah. Jurnal Antarabangsa Obesiti (2005) 2009; 33 (9): 1063-1073. [PubMed]
  7. Critchley HD, Rolls ET. Kelaparan dan rasa kenyang mengubah jawapan neuron penciuman dan visual dalam korteks orbitofrontal primata. Jurnal Neurofisiologi. 1996; 75 (4): 1673-1686. [PubMed]
  8. De Araujo IE, Rolls ET. Perwakilan dalam otak manusia tekstur makanan dan lemak mulut. Jurnal Neurosains: Jurnal Rasmi Persatuan Neurosains. 2004; 24 (12): 3086-3093. [PubMed]
  9. de Castro JM. Masa hari dan kadar makronutrien yang dimakan berkaitan dengan jumlah pengambilan makanan harian. Jurnal British Nutrition. 2007; 98 (5): 1077-1083. [PubMed]
  10. Dimitropoulos A, Schultz RT. Litar neural yang berkaitan dengan makanan dalam sindrom Prader-Willi: Respon terhadap makanan kalori rendah berbanding tinggi. Jurnal Autisme dan Gangguan Pembangunan. 2008; 38 (9): 1642-1653. [PubMed]
  11. Dreher JC, Schmidt PJ, Kohn P, Furman D, Rubinow D, Berman KF. Fasa kitaran haid memodulasi fungsi saraf berkaitan ganjaran pada wanita. Prosiding Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat. 2007; 104 (7): 2465-2470. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  12. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptin mengatur kawasan striatal dan tingkah laku makan manusia. Sains (New York, NY) 2007; 317 (5843): 1355. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  13. Frank S, Laharnar N, Kullmann S, Veit R, Canova C, Hegner YL, et al. Pemprosesan gambar makanan: Pengaruh kandungan kelaparan, jantina dan kalori. Penyelidikan Otak. 2010; 1350: 159-166. [PubMed]
  14. Friedman L, Stern H, Brown GG, Mathalon DH, Turner J, Glover GH, et al. Ujian ujian semula dan kebolehpercayaan antara tapak dalam kajian fMRI multisenter. Pemetaan Otak Manusia. 2008; 29: 958-972. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  15. Gautier JF, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, Heiman M, et al. Tindakbalikan otak yang berbeza kepada pemadaman di kalangan lelaki gemuk dan kurus. Diabetes. 2000; 49 (5): 838-846. [PubMed]
  16. Gautier JF, Del Parigi A, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, et al. Kesan saraf pada aktiviti otak di kalangan wanita gemuk dan kurus. Penyelidikan Obesiti. 2001; 9 (11): 676-684. [PubMed]
  17. Gearhardt AN, Yokum S, Orr PT, Stice E, Corbin WR, Brownell KD. Neural menghubungkan ketagihan makanan. Arkib Psikiatri Umum. 2011; 68 (8): 808-816. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  18. George MS, Anton RF, Bloomer C, Teneback C, Drobes DJ, Lorberbaum JP, et al. Pengaktifan korteks prefrontal dan thalamus anterior dalam subjek alkohol pada pendedahan kepada isyarat khusus alkohol. Arkib Psikiatri Umum. 2001; 58 (4): 345-352. [PubMed]
  19. Geliebter A, Ladell T, Logan M, Schneider T, Sharafi M, Hirsch J. Tanggungjawab terhadap rangsangan makanan di pemakan pesta gemuk dan gemuk menggunakan MRI berfungsi. Selera makan. 2006; 46 (1): 31-35. [PubMed]
  20. Goebel R, Esposito F, Formisano E. Analisis data pertandingan analisis fungsional (FIAC) data dengan Brainvoyager QX: Daripada analisis subjek lajur tunggal kepada kumpulan cortikal kumpulan model analisis linier dan analisis komponen bebas kumpulan penganjur sendiri. Pemetaan Otak Manusia. 2006; 27: 392-401. [PubMed]
  21. Goldstone AP, de Hernandez CG, Beaver JD, Muhammed K, Croese C, Bell G, et al. Puasa berpuasa sistem ganjaran otak terhadap makanan berkalori tinggi. Jurnal Neurosains Eropah. 2009; 30 (8): 1625-1635. [PubMed]
  22. Grusser SM, Writ J, Klein S, Hermann D, Smolka MN, Ruf M, et al. Pengaktifan cue yang disebabkan oleh striatum dan korteks prefrontal medial dikaitkan dengan kebangkitan seterusnya dalam alkohol yang tidak diketahui. Psychopharmacology. 2004; 175 (3): 296-302. [PubMed]
  23. Halgren E. Fenomena mental yang disebabkan oleh rangsangan dalam sistem limbik. Neurobiologi Manusia. 1982; 1 (4): 251-260. [PubMed]
  24. Haase L, Hijau E, Murphy C. Laki-laki dan betina menunjukkan pengaktifan otak yang berbeza untuk rasa apabila lapar dan sated di kawasan gustatory dan ganjaran. Selera makan. 2011; 57 (2): 421-434. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  25. Holsen LM, Zarcone JR, Brooks WM, Butler MG, Thompson TI, Ahluwalia JS, et al. Mekanisme neural yang mendasari hyperphagia dalam sindrom prader-willi. Obesiti (Silver Spring, Md.) 2006; 14 (6): 1028-1037. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  26. Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Aliran serebrum serantau semasa pendedahan makanan di kalangan wanita gemuk dan normal. Otak: Jurnal Neurologi. 1997; 120 (Pt 9) (Pt 9): 1675-1684. [PubMed]
  27. Kelley AE, Baldo BA, Pratt WE, Will MJ. Litar kortikostriatal-hipotalamus dan motivasi makanan: Integrasi tenaga, tindakan dan ganjaran. Fisiologi & tingkah laku. 2005; 86 (5): 773–795. [PubMed]
  28. Killgore WD, Muda AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, Yurgelun-Todd DA. Pengaktifan kortikal dan limbik semasa melihat makanan kalori rendah berbanding dengan tinggi. NeuroImage. 2003; 19 (4): 1381-1394. [PubMed]
  29. Kringelbach ML. Makanan untuk pemikiran: Pengalaman hedonik di luar homeostasis dalam otak manusia. Neurosains. 2004; 126 (4): 807-819. [PubMed]
  30. Kringelbach ML, O'Doherty J, Rolls ET, Andrews C. Pengaktifan korteks orbitofrontal manusia ke rangsangan makanan cair dikaitkan dengan keseronokan subjektifnya. Cerebral Cortex (New York, NY: 1991) 2003; 13 (10): 1064–1071. [PubMed]
  31. LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, Mesulam MM. Kelaparan secara selektif memodulasi pengaktifan kortikolimbi kepada rangsangan makanan pada manusia. Neurosains Tingkah Laku. 2001; 115 (2): 493-500. [PubMed]
  32. Leidy HJ, Racki EM. Penambahan sarapan pagi yang kaya dengan protein dan kesannya terhadap kawalan selera makan akut dan pengambilan makanan pada remaja 'sarapan pagi'. Jurnal Antarabangsa Obesiti (2005) 2010; 34 (7): 1125–1133. [PubMed]
  33. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, Bruce AS, Brooks WM, Zarcone JR, et al. Mekanisme neural yang berkaitan dengan motivasi makanan pada orang dewasa yang gemuk dan sihat. Obesiti (Silver Spring, Md.) 2010; 18 (2): 254-260. [PubMed]
  34. Pritchard TC, Macaluso DA, Eslinger PJ. Rasa tanggapan pada pesakit dengan luka korteks insula. Neurosains Tingkah Laku. 1999; 113 (4): 663-671. [PubMed]
  35. Rigby NJ, Kumanyika S, James WP. Menghadapi epidemik: Keperluan untuk penyelesaian global. Jurnal Dasar Kesihatan Awam. 2004; 25 (3-4): 418-434. [PubMed]
  36. Rolls ET. Otak dan emosi. New York: Oxford University Press; 1999.
  37. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, et al. Pengaktifan stigatori dorsal oleh rangsangan makanan visual tinggi kalori dalam individu gemuk. NeuroImage. 2007; 37 (2): 410-421. [PubMed]
  38. Schacht JP, Anton RF, Randall PK, Li X, Henderson S, Myrick H. Kestabilan tindak balas fMRI terhadap isyarat alkohol: Pendekatan pemodelan linear hierarki. NeuroImage. 2011; 56: 61-68. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  39. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Pengaktifan sistem ganjaran yang meluas dalam wanita gemuk sebagai tindak balas kepada gambar makanan berkalori tinggi. NeuroImage. 2008; 41 (2): 636-647. [PubMed]
  40. Talairach J, Tournoux P. Atlas steriotaxic Co-planar otak manusia. Sistem proporsional 3-dimensi: Pendekatan pencitraan serebrum. New York: Thieme Medical Publishers, Inc .; 1988.
  41. Tataranni PA, Gautier JF, Chen K, Uecker A, Bandy D, Salbe AD, et al. Kaitan neuroanatomikal kelaparan dan satiasi pada manusia menggunakan tomografi pelepasan positron. Prosiding Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat. 1999; 96 (8): 4569-4574. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  42. Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM, Telang F. Dopamine dalam penyalahgunaan dadah dan ketagihan: Keputusan kajian imaging dan implikasi rawatan. Arkib Neurologi. 2007; 64 (11): 1575-1579. [PubMed]
  43. Wang GJ, Volkow ND, Thanos PK, Fowler JS. Kesamaan antara obesiti dan ketagihan dadah seperti yang dinilai oleh pencitraan neurofunctional: Kajian konsep. Jurnal Penyakit Addictive. 2004; 23 (3): 39-53. [PubMed]