PLoS One. 2014; 9 (5): e96319.
Gepubliceerd online 2014 mei 7. doi: 10.1371 / journal.pone.0096319
PMCID: PMC4012945
Deanna L. Wallace,1,* Esther Aarts,1,2 Linh C. Dang,1,3 Stephanie M. Greer,1 William J. Jagust,1 en Mark D'Esposito1
J. Bruce Morton, redacteur
Dit artikel is geweest geciteerd door andere artikelen in PMC.
Abstract
Tot op heden hebben weinig studies de neurochemische mechanismen onderzocht die individuele verschillen in voedselvoorkeur bij mensen ondersteunen. Hier onderzoeken we hoe dorsale striatale dopamine, gemeten door de positron emissie tomografie (PET) tracer [18F] fluorometatyrosine (FMT) correleert met voedselgerelateerde besluitvorming, evenals body mass index (BMI) bij gezonde 16-personen met een matig overgewicht. We vinden dat een lager PET FMT dopamine synthese bindingspotentieel correleert met een hogere BMI, een grotere voorkeur voor waargenomen "gezonde" voedingsmiddelen, maar ook een hogere gezondheidswaarde voor voedselproducten. Deze bevindingen onderbouwen verder de rol van dorsale striatale dopamine in voedselgerelateerd gedrag en werpen licht op de complexiteit van individuele verschillen in voedselvoorkeur.
Introductie
De moderne samenleving is omgeven door een overvloed aan voedselkeuzes die voor een groot deel bijdragen aan de groeiende bevolking met overgewicht in de Verenigde Staten [1]. Toch zijn de onderliggende neurochemische mechanismen die individuele verschillen in voedselvoorkeuren ondersteunen niet goed begrepen. Sommige mensen baseren hun voedselvoorkeuren natuurlijk meer op de gezondheidswaarde van voedselproducten versus de smaakwaarde van voedselproducten, en de ventromediale prefrontale cortex (vmPFC) is aangetoond een rol te spelen in doelwaarden gerelateerd aan invloeden van "gezondheid" en " smaak" [2]. Bovendien is er een grote variatie in het oordeel van individuen over calorische inhoud en waargenomen "gezondheid" van voedingsmiddelen [3]en studies tonen aan dat gepercipieerde 'gezonde' voedingsmiddelen overconsumeerd zijn in vergelijking met waargenomen 'ongezonde' voedingsmiddelen, ondanks dezelfde voedingswaarde [3], [4].
Van dorsaal striataal dopamine is aangetoond dat het een rol speelt bij de motivatie voor voedsel in zowel menselijke als dierlijke modellen [5], [6], [7], maar de relatie tussen dopamine en voedselwenselijkheid of voorkeuren bij mensen is nog niet grondig onderzocht. Bovendien hebben onderzoeken die PET-liganden gebruiken die binden aan dopaminereceptoren, in beide positieve correlaties met BMI getoond [8] en negatief [9] aanwijzingen, en niet alle studies vinden significante associaties (zie voor een overzicht [10]). Vanwege de aard van deze PET-liganden die afhankelijk zijn van de toestand van endogene dopamineafgifte, is het ook moeilijk om de relaties tussen striatale dopamine en BMI te interpreteren. Lagere dopamine-receptorbinding zou minder bestaande striatale dopaminereceptoren kunnen vertegenwoordigen (dwz een negatief verband tussen PET-binding en BMI, zoals gevonden in [9]), of een grotere dopamine-receptorbinding kan lagere endogene dopamineafgifte vertegenwoordigen, waardoor meer beschikbare receptoren mogelijk zijn waarin het PET-ligand zou kunnen binden (dwz een positieve relatie tussen binding en BMI, zoals gevonden in [8]). Als aanvulling op eerdere onderzoeken die PET-liganden hebben gebruikt die binden aan dopaminereceptoren, hebben we hier een stabiele meting van presynaptische dopamine-synthese capaciteit met het PET-ligand [18F] fluorometatyrosine (FMT) dat uitgebreid is bestudeerd in menselijke en dierlijke modellen [11], [12], [13], [14].
Het doel van onze studie was om de relatie tussen dorsale striatale PET FMT dopamine synthesemethoden en BMI te onderzoeken en te bestuderen hoe deze PET FMT dopamine synthesemetingen kunnen correleren met individuele verschillen in voedselvoorkeur. We veronderstelden dat lagere PET FMT dopamine synthese binding zou overeenkomen met een hogere BMI, zoals gesuggereerd door eerder werk [15]. We voorspelden ook dat personen met een lager endogeen striataal dopamine een grotere algemene voorkeur zouden hebben voor voedselproducten (dwz zowel 'gezond' als 'ongezond' voedsel) in vergelijking met mensen met een hogere striatale dopamine en dat de gezondheidsperceptie van voedselproducten ook van invloed kan zijn op voorkeur.
Methods and Materials
vakken
Drieëndertig gezonde, rechtshandige personen die eerder PET FMT dopamine synthese scans ontvingen, werden uitgenodigd om deel te nemen aan de hier gepresenteerde gedragsstudie en kregen geen voorkennis aan het onderzoek, alleen geïnformeerd dat het een complexe besluitvorming betrof. Van deze 33 kwamen 16-proefpersonen overeen om deel te nemen (8 M, leeftijd 20-30). BMI ((gewicht in kilogram) / (hoogte in meters) ∧2)) werd berekend voor alle onderwerpen (bereik: 20.2-33.4, met 1 zwaarlijvig, 4-overgewicht en gezonde 11-onderwerpen). Onderwerpen hadden geen geschiedenis van drugsmisbruik, eetstoornissen, ernstige depressie en angststoornissen. Aan proefpersonen werd ook gevraagd of ze in een zeer slechte, slechte, gemiddelde, goede of uitstekende gezondheid verkeren. Alle gerapporteerd zijn in het algemeen gemiddeld tot uitstekende gezondheid en niet op dit moment een dieet of proberen om gewicht te verliezen. Socio-economische status (SES) werd ook verzameld van individuen die de Barratt-vereenvoudigde maat voor sociale status (BSMSS) gebruikten [16].
ethische uitspraak
Alle proefpersonen gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming en werden betaald voor deelname volgens de institutionele richtlijnen van de lokale ethische commissie (University of California Berkeley (UCB) en Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) Committee for the Protection of Human Participants (CPHP) en Lawrence Berkeley National Laboratory Institutional Review Boards (IRB)). De CPHP's en IRB's van UCB en LBNL hebben de hier gepresenteerde onderzoeken specifiek goedgekeurd
PET-data acquisitie en analyse
PET-beeldvorming en FMT-binding werden uitgevoerd bij Lawrence Berkeley National Laboratory, zoals eerder beschreven [17]. FMT is een substraat van aromatisch L-aminozuur decarboxylase (AADC), een dopamine-synthetiserend enzym waarvan de activiteit overeenkomt met het vermogen van dopaminerge neuronen om dopamine te synthetiseren [13] en er is aangetoond dat het indicatief is voor de pre-synaptische dopamine synthese capaciteit [18]. FMT wordt gemetaboliseerd door AADC tot [18F] fluorometatyramine, dat is geoxideerd tot [18F] fluorohydroxyfenylazijnzuur (FPAC), blijft in de dopaminerge uiteinden en is zichtbaar op PET FMT-scans. Zo is aangetoond dat de signaalintensiteit op PET FMT-scans vergelijkbaar is met [18F] fluorodopa [18], waarin de opname van tracer sterk gecorreleerd is (r = 0.97, p <0.003) met striatale dopamine-eiwitniveaus bij postmortale patiënten, zoals gemeten met high-performance vloeistofchromatografische (HPLC) -methoden [19]. Bovendien, in vergelijking met [18F] fluorodopa, FMT is ook geen substraat voor O-methylatie en biedt daarom hogere signaal-ruisafbeeldingen dan [18F] fluorodopa [18]. Bovendien is aangetoond dat FMT-metingen rechtstreeks overeenkomen met dopaminemetingen in modellen voor de ziekte van Parkinson bij dieren [14].
Scans werden uitgevoerd vanuit 9AM-12PM of 1PM-4PM. De gemiddelde vertraging tussen de acquisitie van de PET FMT dopamine synthesegegevens en de gedragsgegevens was 2.37 ± 0.26 jaar, vergelijkbaar met de vertraging gerapporteerd in een eerdere studie van ons laboratorium met behulp van PET FMT [11]. Hoewel deze vertraging niet ideaal is, blijkt uit een onderzoek van Vingerhoets et al. [20] heeft aangetoond dat striataal Ki gerelateerd aan presynaptisch dopamine een relatief stabiele meting is, met een 95% kans om binnen 18-jaar binnen 7% van zijn oorspronkelijke waarde te blijven binnen individuele gezonde personen. Daarom zijn FMT-maatregelen vergelijkbaar met [18F] fluorodopa [13], worden verondersteld om relatief stabiele processen (dwz synthese capaciteit) weer te geven en daarom niet bijzonder gevoelig voor kleine toestandsgerelateerde veranderingen. Bovendien was BMI niet significant verschillend tussen de acquisitie van de PET en gedragsgegevens (gemiddelde verandering in BMI: 0.13 ± 1.45, T (15) = 0.2616, p = 0.79, tweezijdige gepaarde t-toets). Ook werden alle onderwerpen gescreend op veranderingen in levensstijl sinds de laatste test (verandering in dieet en lichaamsbeweging / dagelijkse activiteit, roken of drinken, geestelijke gezondheid of medicatiestatus). Ten slotte werden veranderingen in BMI vanaf het moment van de PET FMT-scan tot gedragstesten en de tijd die was verstreken tussen PET-scan en gedragstesten als variabelen gebruikt in de analyse van meervoudige regressiegegevens.
PET-scans werden uitgevoerd met behulp van de Siemens ECAT-HR PET-camera (Knoxville, TN). Ongeveer 2.5 mCi met hoge specifieke activiteit FMT werd geïnjecteerd als een bolus in een antecubitale ader en een dynamische acquisitie-sequentie in de 3D-modus werd verkregen voor een totale scantijd van 89 min. Twee anatomische afbeeldingen met een hoge resolutie (MPRAGE) werden verkregen in elke deelnemer op een Siemens 1.5 T Magnetom Avanto MRI-scanner (Siemens, Erlangen, Duitsland), met behulp van een 12-kanaalkopspoel (TE / TR = 3.58 / 2120 ms; voxel-afmeting = 1.0 × 1.0 × 1.0 mm, 160 axiale plakken; FOV = 256 mm; scantijd ~9 minuten). De twee MPRAGE's werden gemiddeld om één structuurbeeld met hoge resolutie te verkrijgen, dat werd gebruikt om individuele caudate en cerebellumregio's van interesse (ROI) te genereren.
Links en rechts caudate en cerebellum ROI's (gebruikt als referentiegebied, zoals in eerdere studies [11]) werden handmatig getekend op de anatomische MRI-scan van elke deelnemer met behulp van FSLView (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/), zoals eerder beschreven [21]. Zowel de inter- als de intrabeoordelaarsbetrouwbaarheid lagen boven 95% (uit beoordelingen van twee lableden). Om contaminatie van FMT-signaal uit dopaminerge kernen te voorkomen, werden alleen de achterste driekwart van de grijze stof opgenomen in het cerebellaire referentiegebied. Na co-registratie naar de PET FMT-ruimte werden alleen de voxels met een bovengenoemde 50% kans om in de ROI's te liggen opgenomen om een hoge kans op grijsestof te verzekeren.
PET FMT-afbeeldingen werden gereconstrueerd met een geordende subset verwachtingsmaximaliseringsalgoritme met gewogen verzwakking, verstrooiing gecorrigeerd, bewegingsgecorrigeerd en afgevlakt met een 4 mm volledige breedte half maximale kernel, met behulp van Statistical Parametric Mapping-versie 8 (SPM8) (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). De anatomische MRI-scan werd geregistreerd met het gemiddelde beeld van alle opnieuw afgetekende frames in de PET FMT-scan met FSL-FLIRT (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/, versie 4.1.2). Een intern grafisch analyseprogramma gebruiken dat Patlak-plotten implementeert [22], [23]Ki afbeeldingen, die de hoeveelheid tracer vertegenwoordigen die zich in de hersenen heeft opgehoopt ten opzichte van het referentiegebied (cerebellum [11], een standaardpraktijk in PET-analyse om potentiële verbijstering van ruis uit PET-gegevens te minimaliseren), werden gecreëerd. Ki waarden werden afzonderlijk van de linker en rechter caudate ROI's verkregen en associaties werden berekend tussen Ki waarden, BMI en de gedragsmaatregelen. Bovendien is aangetoond dat leeftijd en geslacht een effect hebben op FMT-binding [15], [24]werden correlaties tussen FMT en BMI gecorrigeerd voor leeftijd en geslacht (evenals eventuele veranderingen in BMI vanaf het moment van PET-scan tot gedragstesten) door controlevariabelen in een Pearson's gedeeltelijke correlatie.
Gedragsparadigma
Aan proefpersonen werd gevraagd om een uur voor de testsessie een typische maar niet te zware maaltijd te eten. Om naleving van dit verzoek te bevorderen, werden testsessies gepland na typische maaltijdtijden (bijv. 9AM, 2PM en 7: 30PM) en het tijdstip van de laatste maaltijd. Voedselproducten die werden geconsumeerd voorafgaand aan het testen en de verstreken tijd van de laatste gegeten maaltijd tot de testsessie werden geregistreerd (zoals bepaald door de resource) www.caloriecount.com en maaltijd- en portiegroottes die door individuele personen zijn gerapporteerd). Om te voorkomen dat honger de taak niet beïnvloedt, hebben we ook honger en volheid gemeten met een visuele analoge schaal [25].
Er werden foto's van tachtig voedselitems gebruikt waarin onderwerpen werden gevraagd om de items in 3 afzonderlijke blokken te beoordelen op basis van 1) wenselijkheid, 2) gezondheid en 3) smaak in het programma E-Prime Professional (Psychology Software Tool, Inc., Sharpsburg, PA, VS) (zie Figuur 1). Om een taak te creëren met uitgebalanceerde aantallen gezonde, ongezonde en neutrale voedingsproducten, hebben we eerst een objectieve gezondheidswaarde gecreëerd voor elk van de tachtig voedselitems door een gestandaardiseerde, objectieve score van -3 (zeer ongezond) toe te kennen aan + 3 ( zeer gezond) voor elk voedingsmiddel op basis van een letter (van F-minus (zeer ongezond) tot A-plus (zeer gezond)) en voedingsinformatie uit de online bron www.caloriecount.com. Deze letterkwaliteiten bevatten verschillende factoren (zoals calorieën, grammen vet, vezels, enz.) En worden vermeld als een online referentie voor "keuzes voor gezond eten", zoals vermeld op de website. Vervolgens hebben we de taak uitgebalanceerd met ongeveer gelijke aantallen gezonde (dwz voedingsmiddelen met objectieve scores van 2 of 3, zoals groenten en fruit), neutraal (dwz voedingsmiddelen met objectieve scores van 1 en -1, zoals crackers met zoutoplossing) en ongezonde artikelen (dwz voedingsmiddelen met een negatieve objectieve score van -2 of -3 zoals sterk bewerkte snoeprepen).
Onderwerpen werden eerst gevraagd om de mate waarin ze elk item "gewenst" of "wilden" te beoordelen (schaal van 1 (sterk niet willen) naar 4 (sterk willen)), in de hele tekst aangeduid als "voorkeur", een term in overeenstemming met de literatuur [2]. Het voedsel zou verschijnen en het onderwerp zou tot 4 seconden hebben om te reageren, en zij beoordeelden alle tachtig voedselitems alvorens verder te gaan naar de daaropvolgende blokken "gezondheid" en "smaak" (zie hieronder). Omdat mensen het vermogen hebben om voedselkeuzes te moduleren, niet alleen gebaseerd op de smaak voor bepaald voedsel, maar ook op percepties van gezondheid [26], we hebben het onderwerp alleen gevraagd om te beoordelen hoeveel ze het voedsel zouden willen of vonden het eten wenselijk en het voorkeurblok werd altijd als eerste gepresenteerd. In een poging vast te leggen hoeveel het onderwerp eigenlijk de gepresenteerde voedingsmiddelen prefereerde, werden proefpersonen op de hoogte gebracht dat ze aan het einde van de test een voedselproduct van de taak zouden ontvangen op basis van hun "wenselijkheid" -scores. De proefpersonen wisten ook niet in de komende tweede en derde blokken (hieronder beschreven), ze zouden gevraagd worden om te beoordelen hoe gezond en smakelijk ze elk voedselproduct vonden.
In het tweede blok beoordeelden proefpersonen hoeveel ze de tachtig voedselitems als gezond of ongezond ervoeren (-3 voor zeer ongezond tot 3 voor heel gezond) en in een derde blok, hoe lekker ze de tachtig voedselitems vonden (-3 voor niet helemaal smakelijk voor 3 voor erg lekker). De volgorde van deze blokken was consistent voor alle onderwerpen, omdat we de gezondheidsratings niet wilden beïnvloeden in een mogelijk ordereffect. De proefpersonen werden geïnformeerd dat de beoordelingen van gezondheid en smaak geen invloed zouden hebben op het item dat ze zouden ontvangen op basis van hun antwoorden in het blok "wenselijkheid". We hebben gekozen voor een 6-puntsschaal voor gezondheids- en smaakwaarden om een breder scala aan smaak- / gezondheidsperceptie te meten, inclusief een "neutrale" beoordeling die overeenkomt met -1 en + 1, terwijl de 4-puntschaal van het wenselijkheid / voorkeurblok zou alleen voorkeurs- of niet-geprefereerde voedselproducten weerspiegelen. De totale taak duurde ongeveer 25 minuten. Aan het einde van de taak werden proefpersonen gevraagd of er voedselproducten waren die onbekend waren en die mogelijk tot niet-antwoorden hebben geleid. Alle proefpersonen meldden vertrouwdheid met voedselartikelen en alle items kregen beoordelingen voor alle drie de blokken door alle onderwerpen.
Van dopamine in het dorsale striatum is aangetoond dat het een sterke associatie heeft in de motivatie voor voedsel [5], [6], [7]. Smaakperceptie is ook sterk gecorreleerd aan de wenselijkheid van voedsel, omdat de meeste mensen de voorkeur geven aan voedsel dat ze ook smakelijk vinden [27]. Omdat er veel combinaties zijn van de voorkeuren, smaak- en gezondheidsblokken die kunnen worden onderzocht, om meerdere vergelijkingen te elimineren en het potentieel voor oneigenlijke correlaties, hebben we op basis van deze literatuur het aantal voedselproducten onderzocht die als 1 zelf werden beoordeeld) , smakelijk, en waargenomen "gezond" en 2) verkozen, smakelijk en waargenomen "ongezond". (Voorkeurspunten met de classificatie 3 of 4 in het blok "wenselijkheid", smakelijke items met de classificatie 2 of 3 in het blok "lekkernij", waargenomen "gezonde" artikelen met de classificatie 2 of 3 en "ongezonde" items met de classificatie -2 of -3 in het blok "Gezondheid"). Post-hoc-analyse onderzocht ook de verhouding van waargenomen 'gezonde' tot 'ongezonde' voedselproducten, het aantal geprefereerde waargenomen 'gezonde' voedselproducten die niet objectief als gezond werden beoordeeld (dwz voorkeursitems die door het individu als gezond werden beoordeeld) minus items die door de proefpersoon als voorkeursbehandeling werden beoordeeld en die eigenlijk gezond waren, zoals bepaald door de toegewezen objectieve gezondheidsscore (bijvoorbeeld als een proefpersoon met een "cracker" als een geprefereerde gezonde voeding met een gezonde score van 3 (erg gezond) en de toegekende objectieve gezondheidsscore was een 1 (neutraal-gezond), dit zou worden geteld als een geprefereerd waargenomen gezond voedsel dat niet echt gezond was.) Gemiddelde calorieën voor voorkeursitems van elke individuele persoon werden ook berekend.
Statistische analyse
Stapsgewijze meervoudige lineaire regressie werd gebruikt om de relaties tussen de twee afzonderlijke afhankelijke variabelen te testen: 1) geprefereerde, smakelijke en gepercipieerde gezonde en 2) geprefereerde, smakelijke en gepercipieerde ongezonde voedingsmiddelen, en de onafhankelijke variabelen: rechter caudate PET FMT-waarden, links caudate PET FMT-waarden, BMI, leeftijd, geslacht, sociaaleconomische status, eventuele veranderingen in BMI tussen PET en gedragstesten en de tijd verstreken tussen PET en gedragstesten in SPSS versie 19 (IBM, Chicago, Ill., VS), met opname van de onafhankelijke variabele in het model ingesteld op p <0.05 en uitgesloten met p> 0.1. De gepercipieerde verhouding tussen “gezond” en “ongezond” was sterk gecorreleerd met de afhankelijke variabele van de waargenomen “gezonde” items die de voorkeur hadden (r = 0.685, p <0.003), en daarom konden we deze variabele niet invoeren in het model. De gedeeltelijke correlaties van Pearson, gecorrigeerd voor leeftijd, geslacht en eventuele BMI-veranderingen, werden echter gebruikt om directe relaties te testen tussen rechter caudate PET FMT en 1) BMI, 2) waargenomen 'gezonde' tot 'ongezonde' ratio en 3) gemiddelde calorieën van voorkeursitems, uitgevoerd met SPSS-versie 19 (IBM, Chicago, Ill., VS). We hebben ook de relatie tussen PET FMT-dopaminesynthesewaarden, het aantal als 'gezonde' voedingsproducten die de voorkeur genieten die niet als gezond werden beoordeeld door de berekende score, en de voorkeursitems die als gezond werden beoordeeld op basis van de berekende score in een stap- verstandig meervoudig regressiemodel. (Het aantal gepercipieerde 'gezonde' voedingsmiddelen die de voorkeur hadden en die niet als gezond werden beoordeeld op basis van de berekende score, en de voorkeursitems die door de berekende score als gezond werden beoordeeld, waren niet significant gecorreleerd (r = 0.354, p = 0.23). We hebben ook getest of er sprake was van een relatie tussen verandering in BMI en de afhankelijke variabelen: linker en rechter caudate PET FMT-waarden, SES, leeftijd, geslacht, tijd tussen PET-beeldvorming en gedragstesten, aantal als 'gezond' voedsel dat de voorkeur geniet en het 'ongezond' voedsel dat de voorkeur heeft met behulp van stap lineaire regressie. Gegevens worden weergegeven als Pearson r-waarden.
Resultaten
Verband tussen PET FMT dopamine synthese waarden en BMI
We hebben eerst getest of er een significante relatie bestaat tussen caudate PET FMT dopamine synthesewaarden en BMI-metingen bij 16-individuen (gemiddeld tot matig overgewicht / obese personen). We vonden een significante negatieve correlatie tussen caudate PET FMT dopamine synthese waarden en BMI, met hogere BMI individuen met lagere dopamine synthese (Figuur 2A: PET FMT onbewerkte beelden van hogere (links) en lagere (rechts) BMI-individuen; Figuur 2B: juiste caudate, r = -0.66, p = 0.014, links caudaat: r = -0.22, p = 0.46 (niet significant (ns)), gecontroleerd op leeftijd, geslacht en eventuele veranderingen in BMI van PET FMT dopamine synthese scan tot gedragstesten ).
Relatie tussen PET FMT dopamine synthese waarden en voedselvoorkeur
Onderwerpen beoordeeld tachtig voedselitems in 3 afzonderlijke blokken op basis van hun perceptie van 1) wenselijkheid, 2) gezondheid en 3) tastbaarheid van elk voedselproduct (zie Figuur 1). Ongeveer 50% van de items was gezond en ongezond, zoals uiteengezet door gezondheidsinformatie (Zie Methods and Materials). Van dopamine in het dorsale striatum is aangetoond dat het een sterke associatie heeft in de motivatie voor voedsel [5], [6], [7], terwijl hedonistische eigenschappen van voedsel worden gemedieerd door andere neuronale mechanismen [7], [27]. Smaakperceptie is echter sterk gecorreleerd met de wenselijkheid van voedsel, omdat de meeste mensen voedingsmiddelen verkiezen die ook smakelijk zijn [27]. Hier vinden we ook dat smaakperceptie en voorkeur sterk gecorreleerd zijn, in die zin dat items die de voorkeur hebben ook als lekker worden beoordeeld (r = 0.707, p <0.002).
Om te onderzoeken hoe gezondheidsperceptie voedselgerelateerde besluitvorming kan beïnvloeden, hebben we daarom stapsgewijze meervoudige lineaire regressie gebruikt om de relaties te modelleren tussen de afhankelijke variabele van het aantal voedselitems dat wordt beoordeeld als geprefereerd, smakelijk en als gezond en de onafhankelijke variabelen. van FMT in de linker en rechter caudate, BMI, leeftijd, geslacht, SES, verandering in BMI vanaf het moment van PET-scan tot gedragstesten en de tijd die is verstreken tussen de tijd van PET tot gedragstesten. Rechter caudate PET FMT dopaminesynthesewaarden dragen significant bij aan het regressiemodel voor het aantal geprefereerde, smakelijke items die als gezond werden beschouwd (Beta: -0.696; t (15) = -3.625, p <0.003, Figuur 3), terwijl alle andere onafhankelijke variabelen van het model werden uitgesloten als niet-significant (t (15) <1.216, p> 0.246). We hebben ook de hypothese getest dat het aantal geprefereerde, gepercipieerde "ongezonde" items ook een relatie zou laten zien met deze onafhankelijke variabelen, maar er werd geen onafhankelijke variabele in het model ingevoerd als significant (F <2.7, p> 0.1). Personen met lagere caudate PET FMT dopaminesynthesewaarden hebben dus grotere voorkeuren voor waargenomen "gezonde" maar niet waargenomen "ongezonde" voedingsmiddelen.
Verband tussen dopamine-synthesewaarden van PET FMT en gezondheidsbeleving van voedingsmiddelen
We veronderstelden dat de relatie tussen caudate PET FMT dopamine synthese waarden en de voorkeur voor waargenomen 'gezonde' items te wijten kan zijn aan individuele verschillen in de gezondheidsperceptie van voedselproducten. Hoewel we de taak hebben ontworpen met een geschatte 1: 1-verhouding van gezonde tot ongezonde voedingsmiddelen, liepen de mensen sterk uiteen in hun perceptie van de gezondheid van de items, met verhoudingen van gezonde tot ongezonde items variërend van 1.83:1 tot 0.15:1. Daarom hebben we, als post-hoc analyse, de relatie onderzocht tussen de juiste caudate PET FMT dopamine synthese en de verhouding van waargenomen "gezonde" tot "ongezonde" items, en vonden we een significante negatieve correlatie (r = -0.534, p = 0.04) , met lagere caudate PET FMT dopamine synthese waarden die overeenkomen met grotere aantallen items die als "gezond" worden beschouwd in vergelijking met "ongezond".
We gebruikten daarom stapsgewijze meervoudige lineaire regressie om de relaties te onderzoeken tussen caudate PET FMT dopamine synthese en de voorkeur voor waargenomen gezond maar niet echt gezond voedsel (zoals bepaald door de objectief berekende score, zie Methoden), en voorkeur voor gezonde voeding zoals bepaald door de objectief berekende score. We vonden een significant verband tussen caudate PET FMT dopaminesynthesewaarden en voorkeur voor waargenomen gezond maar niet echt gezond voedsel (Beta: −0.631, t (15) = −3.043, p <0.01), maar geen significante relatie tussen caudate PET FMT dopamine synthesewaarden en voorkeur voor werkelijk berekende gezonde voedingsmiddelen (t (15) = -1.54, p> 0.148), wat aangeeft dat de voorkeur voor over-gepercipieerde "gezonde" voedingsmiddelen sterker gecorreleerd was bij personen met een lagere FMT. Bovendien was er geen significante relatie tussen caudate PET FMT-dopaminesynthesewaarden en de gemiddelde calorieën van voorkeursitems (r = 0.288, p> 0.34), wat aangeeft dat personen met een lagere PET FMT-dopaminesynthese niet verschilden in de calorische inhoud van voorkeursvoedsel.
We vonden ook geen verband tussen verandering in BMI en PET FMT dopaminesynthesewaarden, SES, leeftijd, geslacht, tijd tussen PET-beeldvorming en gedragstesten, aantal waargenomen 'gezonde' voedingsmiddelen die de voorkeur hadden of 'ongezonde' voedingsmiddelen die de voorkeur hadden (p> 0.1).
De tijd van de testsessie, de verstreken tijd sinds de laatste maaltijd en het aantal calorieën dat bij de laatste maaltijd werd gegeten, waren niet significant gecorreleerd met gedragsmetingen (p> 0.13). De metingen van honger en volheid waren ook niet gecorreleerd met een van de gedragsmetingen (p> 0.26).
Discussie
Het doel van deze studie was om de relatie tussen endogene caudate dopamine synthese, BMI en voedingsgerelateerd gedrag te onderzoeken. We vonden dat lagere caudate dopamine synthese zoals gemeten door PET FMT dopamine synthese correleerde met 1) grotere BMI en 2) grotere voorkeur voor waargenomen "gezonde" voedingsmiddelen. We vonden ook een verband tussen lagere caudate PET FMT dopamine synthese waarden en een grotere overwaardering van de gezondheid van voedselproducten, evenals een significante correlatie met grotere geprefereerde "gezonde" voedingsmiddelen die niet echt gezond waren. We vonden geen significant verband tussen dopamine-synthese van PET-FMT en de gemiddelde calorische waarde van voedselproducten die de voorkeur genieten.
Onderzoek suggereert dat de voorkeur voor en overconsumptie van ongezond voedsel twee van de vele factoren zijn die bijdragen tot gewichtstoename en een hogere BMI (Centers for Disease Control and Prevention; http://www.cdc.gov/obesity/index.html). Interessant genoeg vonden we lagere dorsale striatale dopamine-synthese gecorreleerd met een groter aantal geprefereerde, waargenomen 'gezonde' voedselproducten. Hoewel deze correlatie geen oorzaak kan zijn, suggereert deze bevinding dat endogene verschillen in dorsale striatale dopamine synthese gedeeltelijk een rol kunnen spelen bij individuele verschillen ten aanzien van voedselvoorkeur. Hier stellen we voor dat lagere caudate PET FMT dopamine synthese waarden lagere tonische dopamine vertegenwoordigen, die in reactie op eetbare stimuli meer fasisch barsten mogelijk maakt [28] en misschien veranderde reactie op voedsel. ABovendien kunnen deze verschillen in dorsale striatale dopamine de verwerking van smaakstimuli in de somatosensorische cortex beïnvloeden, omdat een eerdere studie veranderde activering heeft aangetoond in zowel dorsale striatale als somotosensoire regio's met voedselinname bij personen die vatbaar zijn voor obesitas [29]. Lagere dorsale striatale dopamine kan ook connectiviteitsverschillen tot gevolg hebben tussen het dorsale striatum en de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC), zoals gesuggereerd door onze recente bevindingen [30]. TDaarom veronderstellen we dat dopamine-gerelateerde dorsale striatale mechanismen de verschillen in gezondheidsbeleving kunnen beïnvloeden via connectiviteit met somatosensorische verwerking (dwz gewijzigde smaaksensatie-eigenschappen) of misschien connectiviteit met DLPFC, waarvan is aangetoond dat het een rol speelt bij overevaluatie van eerder geprefereerde keuzes. items [31]. Functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) zou deze mogelijke mechanismen van individuele verschillen in voedselvoorkeuren en overwaardering van gezondheidswaarden kunnen verklaren.
Aanvankelijk voorspelden we dat mensen met lagere dorsale striatale dopamine een grotere algehele voedselvoorkeur zouden hebben (dwz verkiezen meer aantallen items die zichzelf hebben geclassificeerd als "gezond" en "ongezond"), in vergelijking met personen met een hogere dorsale striatale dopamine. Een andere bevinding van ons onderzoek was echter dat het overschatten van de gezondheid van voedingsmiddelen (dwz een verhoogd gevoel van gezondheid), maar niet het calorische gehalte van de voorkeursvoedingsmiddelen of voorkeur voor objectief gedefinieerde gezonde voedselproducten, significant gerelateerd was aan endogene dorsale striatale dopaminemetingen. Daarom kan een verklaring voor onze bevindingen van een significante relatie met alleen waargenomen "gezonde" voedingsmiddelen zijn dat voedingsmiddelen die als "gezond" worden beschouwd, meer gerechtvaardigd zijn als de voorkeur. Dit kan vooral het geval zijn omdat ons onderzoek met opzet werd uitgevoerd na de maaltijden van de proefpersonen, wanneer de algehele behoefte aan voedsel minimaal zou moeten zijn. Daarom hadden proefpersonen een grotere voorkeur voor overgewaardeerde “gezonde” voedingsmiddelen, ook al waren ze op dat moment verzadigd en hadden ze geen honger. Toekomstige studies die de relatie tussen endogene striatale dopamine en voedselvoorkeuren in hongerige versus verzadigde staten onderzoeken, zouden deze hypothese verder onderbouwen.
Er kan ook worden beweerd dat gezondheidsbeleving blootstelling en ervaring met voedselproducten vereist om een gevoel van gezondheidswaarde te krijgen, en het kan zijn dat verschillen in voedingsleefstijl de onderliggende dorsale striatale dopamine-synthese hebben beïnvloed of gewijzigd. Bovendien kunnen verschillen met bekendheid van voedselproducten toegeschreven hebben aan verschillen in voedselvoorkeur of overwaardering van voedsel als gezond. Aan het eind van de taak meldden proefpersonen wel dat ze bekend waren met alle voedselproducten (zie Methoden). Hoewel we verschillen in voeding niet hebben onderzocht, hebben we met opzet gescreend voor proefpersonen die op het moment van de studie niet diëten. Bovendien waren alle proefpersonen jong (leeftijdsgroep 19-30) zonder enige geschiedenis van eetstoornissen en beoordeelden zichzelf als gemiddeld tot uitstekende gezondheid. We hebben ook de sociaaleconomische status beoordeeld en geen invloed gevonden. Er zijn echter ook andere omgevingsinvloeden op voedselvoorkeuren die in aanvulling op striatale dopamine in toekomstige studies verder kunnen worden onderzocht.
We veronderstellen dat de subtiele individuele verschillen in gezondheidsbeleving kunnen bijdragen aan een verhoogde BMI in de loop van de tijd, omdat er is gerapporteerd dat kleine stijgingen van de calorie-inname op dagelijkse basis (ongeacht of deze als "gezond" of "ongezond" worden beschouwd) bijdragen aan de totale gewichtstoename [32]. Hoewel we hier geen verband vonden tussen BMI en gezondheidsbeleving, misschien met een groter bereik van BMI, kan een overwaardering van de gezondheid van voedselproducten meer uitgesproken zijn in hogere BMI-onderwerpen. Ons gebrek aan significante bevindingen tussen BMI en voedselgerelateerd gedrag kan ook suggereren dat endogene striatale dopamine nauwer verwant is met voedselgerelateerd gedrag dan BMI zelf als een fenotype, omdat BMI wordt beïnvloed door verschillende gecompliceerde factoren en mogelijk niet de beste voorspeller is van gedrags- of neuroafbeeldingsbevindingen (zie [10] ter beoordeling). We vonden ook geen voorspellers voor de verandering in BMI voor de tijd die was verstreken tussen PET-acquisitie en gedragstesten, hoewel de verandering in BMI voor proefpersonen klein was en niet significant verschilt tussen tijdspunten. Echter, toekomstige studies met PET FMT dopamine synthese maatregelen, samen met voedselvoorkeuren en gezondheidsbelevingsmaatregelen, in een populatie met grotere BMI-fluctuatie zouden van groot belang zijn.
Om eerdere studies aan te vullen die gebruik maakten van PET-liganden die binden aan dopaminereceptoren, hebben we een maatstaf voor de dopaminesynthese gebruikt en laten we zien dat lagere dopaminesynthese in het dorsale striatum (dwz caudaat) overeenkomt met een hogere BMI. Hoewel opgemerkt moet worden, vanwege de cross-sectionele aard van onze studie, kunnen we niet definitief een oorzaak of effectrelatie vaststellen met lagere dorsale striatale FMT-dopaminesynthese-waarden die overeenkomen met een hogere BMI. In onze studie werd echter gebruik gemaakt van personen met een gezond gewicht tot matig overgewicht / obesitas (dwz niet-morbide obesitas) en daarom kunnen onze resultaten suggereren dat lagere dorsale striatale presynaptische dopaminemetingen kunnen overeenkomen met een neiging tot obesitas. Aan de andere kant kan het ook het geval zijn dat downregulatie van presynaptisch dopamine in de caudaat is opgetreden als reactie op een matig hogere BMI, omdat is aangetoond dat dopaminerge signalering afneemt als reactie op overconsumptie van voedsel in diermodellen. [5], [33]en overconsumptie van voedsel wordt meestal geassocieerd met gewichtstoename leidend tot een hogere BMI. Hoewel we personen met een beperkt bereik van BMI in onze studie gebruikten, misschien als een beperking van de studie, vinden we de resultaten zelfs nog dwingender omdat een verband tussen PET FMT-dopaminesynthese en BMI aanwezig is zonder morbide obese personen te includeren. Bovendien, hoewel onze steekproefomvang (n = 16) groter was dan of vergelijkbaar met andere steekproefgroottes in PET FMT-onderzoeken ([11], [12], [15]), replicatie van onze bevindingen met een grotere steekproefomvang en een breder bereik van BMI zou onze resultaten verder kunnen onderbouwen en zou grotere voorkeuren kunnen vinden voor ongezonde voedselproducten die correleren met lagere PET FMT dopamine synthesewaarden, die niet werden gedetecteerd in onze studie.
Samengevat, hoewel andere neurotransmittersystemen betrokken zijn bij voeding en gewichtsregulatie [7], onze studie vindt een rol weggelegd voor dorsale striatale dopamine in voedselvoorkeuren en de gezondheidsbeleving van voedsel bij de mens. Toekomstige prospectieve studies met dopamine-gerelateerde PET-metingen zijn van groot belang om te onderzoeken hoe endogeen dopamine, evenals individuele verschillen in voedselgerelateerd gedrag, kunnen correleren met lichaamsgewichtfluctuaties bij mensen.
Financieringsverklaring
Dit werk werd genereus gefinancierd door NIH-subsidies DA20600, AG044292 en F32DA276840, en de Tanita Healthy Weight Community Fellowship. De financiers hadden geen rol in onderzoeksontwerp, gegevensverzameling en -analyse, besluit tot publicatie of voorbereiding van het manuscript.
Referenties
;