Trends Cogn Sci. 2011 Jan; 15 (1): 37-46. doi: 10.1016 / j.tics.2010.11.001. Epub 2010 Nov 24.
bron
Nationaal Instituut voor Drugsmisbruik, National Institutes of Health, Bethesda, MD 20892, VS. [e-mail beveiligd]
Abstract
Het vermogen om weerstand te bieden aan de drang om te eten vereist de juiste werking van neuronale circuits die betrokken zijn bij top-down controle om de geconditioneerde reacties te weerstaan die beloning voorspellen door het eten te eten en de wens om het voedsel te eten. ikmaging-onderzoeken tonen aan dat obese personen mogelijk een beperking hebben in dopaminerge routes die neuronale systemen reguleren die zijn geassocieerd met beloningsgevoeligheid, conditionering en controle. Het is bekend dat de neuropeptiden die de energiebalans reguleren (homeostatische processen) via de hypothalamus ook de activiteit van dopaminecellen en hun projecties moduleren in regio's die betrokken zijn bij de belonende processen die ten grondslag liggen aan de voedselinname. Er wordt verondersteld dat dit ook een mechanisme zou kunnen zijn waardoor overeten en de resulterende weerstand tegen homo-statische signalen de functie van circuits die betrokken zijn bij beloningsgevoeligheid, conditionering en cognitieve controle, verslechteren.
Introductie
Een derde van de Amerikaanse volwassen bevolking is zwaarlijvig [body mass index (BMI) ≥30 kg m-2] [1]. Dit feit heeft verstrekkende en kostbare gevolgen, omdat obesitas sterk geassocieerd is met ernstige medische complicaties (bijv. Diabetes, hartaandoeningen, leververvetting en sommige kankers) [2]. Het is niet verrassend dat de kosten voor de gezondheidszorg alleen al vanwege obesitas in de VS zijn geschat op bijna US $ 150 miljard [3].
Sociale en culturele factoren dragen ongetwijfeld bij aan deze epidemie. Specifiek wordt aangenomen dat omgevingen die ongezonde eetgewoonten bevorderen (alomtegenwoordige toegang tot hoogverwerkt en junkfood) en lichamelijke inactiviteit een fundamentele rol spelen in het wijdverspreide probleem van obesitas (website over overgewicht en obesitas van de centra voor ziektebestrijding en -preventie; http://www.cdc.gov/obesity/index.html). Individuele factoren bepalen echter ook wie in deze omgevingen zwaarlijvig zal worden (of niet). Op basis van erfelijkheidsstudies wordt geschat dat genetische factoren bijdragen aan het verschil tussen 45% en 85% van de variabiliteit in BMI [4,5]. Hoewel genetische studies puntmutaties hebben aangetoond die oververtegenwoordigd zijn bij obese personen [4], wordt over het algemeen gedacht dat obesitas onder polygenische controle [6,7]. Inderdaad, de meest recente associatieanalyse-studie voor het gehele genoom (GWAS) uitgevoerd bij 249,796-individuen van Europese afkomst identificeerde 32-loci geassocieerd met BMI. Deze loci legden echter alleen 1.5% van de variantie in BMI uit [8]. Bovendien werd geschat dat GWAS-onderzoeken met grotere monsters in staat zouden moeten zijn om 250 extra loci met effecten op BMI te identificeren. Echter, zelfs met de nog niet ontdekte varianten, werd geschat dat signalen van gemeenschappelijke variante loci slechts 6-11% van de genetische variatie in BMI zouden verklaren (gebaseerd op een geschatte erfelijkheid van 40-70%). De beperkte verklaring van de variantie van deze genetische studies weerspiegelt waarschijnlijk de complexe interacties tussen individuele factoren (zoals bepaald door de genetica) en de manier waarop individuen zich verhouden tot omgevingen waar voedsel algemeen verkrijgbaar is, niet alleen als een bron van voeding, maar ook als een sterke beloning die op zichzelf het eten bevordert [9].
De hypothalamus [via regulerende neuropeptiden zoals leptine, cholecystokinine (CCK), ghreline, orexine, insuline, neuropeptide Y (NPY) en door het meten van voedingsstoffen, zoals glucose, aminozuren en vetzuren] wordt herkend als het belangrijkste brein. regio die de voedselinname reguleert met betrekking tot calorie- en voedingsbehoeften [10-13]. In het bijzonder reguleert de boogvormige kern door zijn verbindingen met andere hypothalamische kernen en extra-hypothalamische hersengebieden, inclusief de nucleus tractus solitarius, de homeostatische voedselinname [12] en is betrokken bij obesitas [14-16] (Figuur 1a, linkerpaneel). Er zijn echter aanwijzingen dat andere hersencircuits dan die welke honger en verzadiging reguleren, betrokken zijn bij voedselconsumptie en obesitasy [17]. Specifiek, verschillende limbische [nucleus accumbens (NAc), amygdala en hippocampus] en corticale hersengebieden [orbitofrontale cortex (OFC), cingulate gyrus (ACC) en insula] en neurotransmittersystemen (dopamine, serotonine, opioïden en cannabinoïden) evenals de hypothalamus zijn betrokken bij de belonende effecten van voedsel [18] (Figuur 1a, rechter paneel). Daarentegen lijkt de regulatie van voedselinname door de hypothalamus te steunen op het belonings- en motiverende neurocircuit om eetgedrag te wijzigen [19-21].
Op basis van bevindingen uit beeldvormingsstudies werd onlangs een model van obesitas voorgesteld waarin overeten een weerspiegeling is van een onbalans tussen circuits die gedrag motiveren (vanwege hun betrokkenheid bij beloning en conditionering) en circuits die pre-potente responsen controleren en remmen [22]. Dit model identificeert vier hoofdschakelingen: (i) beloningsbereidheid; (ii) motivatie-drive; (iii) leren-conditionering; en (iv) remmende controle-emotionele regulatie-uitvoerende functie. Met name is dit model ook van toepassing op drugsverslaving.
In kwetsbare personen, de consumptie van grote hoeveelheden smakelijk voedsel (of drugs in verslaving) kan de gebalanceerde interactie tussen deze circuits verstoren, resulterend in een versterkte waarde van voedsel (of drugs in verslaving) en in een verzwakking van de stuurcircuits. Deze verstoring is een gevolg van geconditioneerd leren en het opnieuw instellen van beloningsdrempels na het consumeren van grote hoeveelheden calorierijk voedsel (of drugs in verslaving) door at-risk individuen. Het ondermijnen van de corticale top-down netwerken die pre-potente reacties reguleren resulteert in impulsiviteit en in dwangmatige voedselinname (of dwangmatige inname van drugs bij verslaving).
Dit artikel bespreekt het bewijs dat de neurale circuits die betrokken zijn bij top-down controle verbindt met degenen die betrokken zijn bij beloning en motivatie en hun interactie met perifere signalen die homeostatische voedselinname reguleren.
Voedsel is een krachtige natuurlijke beloning en conditioneringsstimulus
Bepaalde voedingsmiddelen, met name die rijk aan suikers en vet, zijn krachtige beloningen [23] die het eten promoten (zelfs als er geen energetische behoefte is) en leiden tot aangeleerde associaties tussen de stimulus en de beloning (conditionering). In evolutionaire termen was deze eigenschap van smakelijke voedingsmiddelen voordelig omdat het ervoor zorgde dat voedsel werd gegeten wanneer het beschikbaar was, waardoor energie kon worden opgeslagen in het lichaam (als vet) voor toekomstige behoeften in omgevingen waar voedselbronnen schaars en / of onbetrouwbaar waren. In moderne samenlevingen, waar voedsel op grote schaal beschikbaar is, is deze aanpassing echter een verplichting geworden.
Verschillende neurotransmitters, waaronder dopamine (DA), cannabinoïden, opioïden en serotonine, evenals neuropetiden die betrokken zijn bij homeostatische regulatie van voedselinname, zoals orexine, leptine en ghreline, zijn betrokken bij de belonende effecten van voedsel [24-26]. DA is het meest grondig onderzocht en is het best gekarakteriseerd. Het is een belangrijke neurotransmitter die de beloning moduleert (beloningen voor natuurlijke en geneesmiddelen), die het voornamelijk doet door zijn projecties van het ventrale tegmentale gebied (VTA) naar het NAc [27]. Andere DA-projecties zijn ook betrokken, waaronder het dorsale striatum (caudaat en putamen), corticale (OFC en ACC) en limbische regio's (hippocampus en amygdala) en de laterale hypothalamus. Inderdaad is bij de mens aangetoond dat inname van smakelijk voedsel DA vrijmaakt in het dorsale striatum in verhouding tot het zelfgerapporteerde niveau van genot dat is afgeleid van het eten van het voedsel [28]. De betrokkenheid van DA bij beloning is echter complexer dan het louter coderen van hedonische waarde. Bij de eerste blootstelling aan een voedselbeloning (of een onverwachte beloning) neemt het vuren van DA-neuronen in de VTA toe met een resulterende toename van de DA-afgifte in NAc [29]. Echter, bij herhaalde blootstelling aan de voedselbeloning, wordt de DA-reactie gewend en wordt deze geleidelijk overgebracht op de stimuli die samenhangen met de voedselbeloning (bijvoorbeeld de geur van voedsel), die vervolgens wordt verwerkt als voorspeller van beloning (een keu worden die geconditioneerd is naar de beloning) [30,31]; het DA-signaal in reactie op de cue dient vervolgens om een 'beloningsvoorspellingsfout' [31]. De uitgebreide glutamaterge afferenten naar DA-neuronen uit regio's die betrokken zijn bij sensorische (insula of primaire gustatorische cortex), homeostatische (hypothalamus), beloning (NAc), emotionele (amygdala en hippocampus) en multimodale (OFC voor salience-attributie) moduleren hun activiteit als reactie op beloningen en geconditioneerde aanwijzingen [32]. Specifiek zijn projecties van de amygdala en de OFC naar DA-neuronen en NAc betrokken bij geconditioneerde reacties op voedsel [33]. Inderdaad toonden beeldvormende onderzoeken aan dat wanneer niet-obese mannelijke proefpersonen werden gevraagd hun verlangen naar voedsel te remmen terwijl ze werden blootgesteld aan voedselaanwijzingen, ze de metabole activiteit in amygdala en OFC [evenals hippocampus verminderden (zie ook Box 1), insula en striatum]; de verlagingen van OFC gingen gepaard met een vermindering van de eetlust [34].
Geconditioneerde signalen kunnen zelfs in ratten [30] en bij de mens hebben beeldvormende onderzoeken aangetoond dat blootstelling aan voedselaanwijzingen DA-verhogingen in het striatum veroorzaakt die verband houden met de wens om het voedsel te eten [35]. Naast zijn betrokkenheid bij conditionering, is DA ook betrokken bij de motivatie om het gedrag uit te voeren dat nodig is om het voedsel te verkrijgen en te consumeren. Sterker nog, de betrokkenheid van DA bij voedselbeloningen is geassocieerd met de motivationele saillantie of het 'willen' van voedsel in tegenstelling tot het 'waarderen' van voedsel [36] (Box 2), een effect dat waarschijnlijk het dorsale striatum en misschien ook het NAc [37]. DA heeft in deze context zo'n cruciale rol dat transgene muizen die geen DA synthetiseren, sterven aan verhongering vanwege een gebrek aan motivatie om te eten [37]. Het herstellen van DA-neurotransmissie in het dorsale striatum redt deze dieren, terwijl het herstellen ervan in het NAc niet doet.
De hedonische ('sympathieke') eigenschappen van voedsel lijken afhankelijk te zijn van, onder andere, opioïde, cannabinoïde en GABA neurotransmissie [36]. Deze 'liking'-eigenschappen van voedsel worden verwerkt in beloningsregio's, waaronder laterale hypothalamus, NAc, ventrale pallidum, OFC [9,27,38] en insula (primair smaakgebied in de hersenen) [39].
Opioïdensignalering in NAc (in de schaal) en ventrale pallidum lijkt te bemiddelen in de 'lust' van voedsel [40]. Daarentegen is opioïdensignalering in de basolaterale amygdala betrokken bij het overbrengen van de affectieve eigenschappen van voedsel, die op hun beurt de stimulerende waarde van voedsel en beloningszoekend gedrag moduleren, waardoor ook wordt bijgedragen aan het 'willen eten' van voedsel [41]. Interessant is dat bij knaagdieren die zijn blootgesteld aan diëten die rijk zijn aan suiker, een farmacologische uitdaging met naloxon (opiaatantagonist geneesmiddel zonder effecten bij controleratten) een opiaat-onthoudingssyndroom opwekt dat gelijk is aan dat waargenomen bij dieren die chronisch zijn blootgesteld aan opioïde geneesmiddelen [42]. Bovendien produceert blootstelling van mensen of laboratoriumdieren aan suiker een analgetische respons [43], wat suggereert dat suiker (en misschien ook andere smakelijke voedingsmiddelen) een directe mogelijkheid heeft om endogene opioïdeniveaus te stimuleren. Een onderzoeksvraag die uit deze gegevens naar voren komt, is of, bij mensen, een dieet een mild ontwenningssyndroom triggert dat kan bijdragen aan terugval.
Endocannabinoïden, voornamelijk door cannabinoïde CB1-receptorsignalering (in tegenstelling tot CB2-receptoren), zijn betrokken bij zowel homeostatische als beloningsmechanismen van voedselinname en energieverbruik [44-46]. Homeostatische regulering wordt gedeeltelijk gemedieerd door de boogvormige en paraventriculaire kernen in de hypothalamus en door de kern van het solitaire kanaal in de hersenstam, en de regulatie van beloningsprocessen wordt gedeeltelijk gemedieerd door effecten in NAc, hypothalamus en hersenstam. Daarom is het cannabinoïdensysteem een belangrijk doelwit bij de ontwikkeling van geneesmiddelen voor de behandeling van obesitas en het metabool syndroom. Evenzo omvat de modulatie door serotonine van voedingsgedrag zowel beloning als homeostatische regulatie en het is ook een doelwit geweest voor de ontwikkeling van medicijnen tegen obesitas [47-50].
Tegelijkertijd is er toenemend bewijs dat perifere homeostatische regulatoren van energiebalans, zoals leptine, insuline, orexin, ghrelin en PYY, ook gedrag reguleren dat niet-homeostatisch is en de belonende eigenschappen van voedsel moduleren [50]. Deze neuropeptiden kunnen ook betrokken zijn bij cognitieve controle over voedselinname en met conditionering tot voedselprikkels [51]. In het bijzonder kunnen ze interageren met verwante receptoren in VTA DA-neuronen van de middenhersenen, die niet alleen uitsteken naar het NAc, maar ook naar prefrontale en limbische gebieden; in feite brengen veel van hen ook receptoren tot expressie in frontale regio's en in hippocampus en amygdala [50].
Insuline, een van de belangrijkste hormonen die betrokken zijn bij de regulatie van het glucosemetabolisme, is aangetoond dat het de reactie van limbische (waaronder hersenbeloningsregio's) en corticale regio's in het menselijk brein op voedselprikkels verzwakt. Bijvoorbeeld, bij gezonde controles verzwakte insuline de activering van de hippocampus, frontale en visuele cortex als reactie op voedselbeelden [52]. Omgekeerd vertoonden insulineresistente patiënten (patiënten met type 2 diabetes) een grotere activering in limbische regio's (amygdala, striatum, OFC en insula) bij blootstelling aan voedselprikkels dan niet-diabetische patiënten [53].
In het menselijk brein, het van adipocyten afgeleide hormoon leptine, dat deels werkt door leptine-receptoren in de hypothalamus (boogvormige nucleus) om de voedselinname te verminderen, is ook aangetoond dat het de respons van hersenbeloningsregio's op voedselprikkels verzwakt. Concreet toonden patiënten met aangeboren leptinedeficiëntie activering van DA-mesolimbische doelen (NAc en caudaat) aan visuele voedselstimuli, wat geassocieerd was met voedselbezoek, zelfs wanneer het onderwerp net was gevoed. Daarentegen trad mesolimbische activering niet op na 1 week van behandeling met leptine (Figuur 2a, b). Dit werd geïnterpreteerd om te suggereren dat leptine de lonende reacties op voedsel verminderde [19]. Een ander fMRI-onderzoek, ook gedaan met patiënten met aangeboren leptinedeficiëntie, toonde aan dat behandeling met leptine de activering van regio's die met honger te maken hadden (insula, pariëtale en temporale cortex) verminderde, terwijl het de activering van regio's die betrokken zijn bij cognitieve remming [prefrontale cortex (PFC)] versterkte bij blootstelling aan voedselprikkels [20]. Deze twee onderzoeken leveren dus bewijs dat leptine in het menselijke brein de activiteit van hersengebieden moduleert die niet alleen betrokken zijn bij homeostatische processen, maar ook met belonende responsen en met remmende controle.
Darmhormonen lijken ook de respons van hersenbeloningsregio's op voedselprikkels in het menselijk brein te moduleren. Bijvoorbeeld, het peptide YY3-36 (PYY), die post-prandieel wordt afgegeven uit de darmcellen en de voedselopname vermindert, bleek de overgang van de regulatie van voedselinname door homeostatische circuits (dwz hypothalamus) naar de regulatie ervan te modelleren door beloningscircuits in de overgang van honger naar verzadiging . Specifiek, wanneer plasma PYY-concentraties hoog waren (zoals bij verzadiging), voorspelde activering van de OFC door voedselprikkels de voedselinname negatief; overwegende dat, toen plasma-PYY-spiegels laag waren (zoals toen voedselarmoede werd bereikt) de hypothalamische activatie de voedselinname positief voorspelde [54]. Dit werd geïnterpreteerd als een weerspiegeling van het feit dat PYY de belonende aspecten van voedsel verlaagt door zijn modulatie van de OFC. Daarentegen bleek ghrelin (een maag-afgeleid hormoon dat in de nuchtere toestand stijgt en de voedselinname stimuleert) de activering te verhogen als reactie op voedselstimuli in hersenbeloningsregio's (amygdala, OFC, anterieure insula en striatum) en hun activatie was geassocieerd met zelfrapportage van honger (Figuur 2c, d). Dit werd geïnterpreteerd als een verbetering van de hedonische en stimulerende reacties op voedselgerelateerde signalen door ghreline [55]. Over het algemeen komen deze bevindingen ook overeen met de differentiële regionale hersenactivatie als reactie op voedselstimuli in verzadigde versus nuchtere individuen; activering van beloningsregio's als reactie op voedselprikkels neemt af tijdens het verzadigen in vergelijking met de nuchtere toestand [15].
Deze observaties wijzen op een overlap tussen het neurocircuit dat beloning en / of versterking reguleert en dat wat het energiemetabolisme reguleert (Figuur 1b). Perifere signalen die homeostatische signalen naar voedsel reguleren, lijken de gevoeligheid van limbische hersenregio's voor voedselstimuli te verhogen wanneer ze orexigeen zijn (ghreline) en om de gevoeligheid voor activering te verlagen wanneer ze anorexigeen zijn (leptine en insuline). Evenzo is de gevoeligheid van hersenbeloningsregio's voor voedselprikkels tijdens voedseldeprivatie verhoogd, terwijl deze tijdens verzadiging afneemt. Aldus werken homeostatische schakelingen en beloningscircuits samen om eetgedragingen onder omstandigheden van onthouding te bevorderen en voedselinname te remmen onder condities van verzadiging. Verstoring van de interactie tussen homeostatische en beloningscircuits kan overeten bevorderen en bijdragen tot obesitas (Figuur 1). Hoewel andere peptiden [glucagonachtig peptide-1 (GLP-1), CKK, bombesine en amyline] ook de voedselinname regelen via hun hypothalamische werkingen, hebben hun extrahypothalamische effecten minder aandacht gekregen [12]. Er moet dus nog veel worden geleerd, waaronder de interacties tussen de homeostatische en de niet-homeostatische mechanismen die de voedselinname reguleren en hun betrokkenheid bij obesitas.
Verstoring van de beloning en conditionering van voedsel bij personen met overgewicht en obesitas
Preklinische en klinische onderzoeken hebben aanwijzingen opgeleverd voor afname van DA-signalering in striatale regio's [afname van DAD2 (D2R) -receptoren en in DA-afgifte], die verband houden met beloning (NAc) maar ook met gewoonten en routines (dorsale striatum) bij obesitas [56-58]. Belangrijk is dat dalingen in striatale D2R zijn gekoppeld aan dwangmatige voedselinname bij obese knaagdieren [59] en met verminderde metabole activiteit in OFC en ACC bij mensen met obesitas [60] (Figuur 3a-c). Gezien het feit dat disfunctie in OFC en ACC resulteert in compulsiviteit [beoordeeld 61], kan dit het mechanisme zijn waardoor lage-striatale D2R-signalering hyperfagie [62]. Verminderde D2R-gerelateerde signalering zal waarschijnlijk ook de gevoeligheid voor natuurlijke beloningen verminderen, een tekort dat obese personen kunnen nastreven om tijdelijk te compenseren door te veel eten [63]. Deze hypothese komt overeen met preklinisch bewijs dat aantoont dat verminderde DA-activiteit in de VTA resulteert in een dramatische toename van het gebruik van voedingsmiddelen met een hoog vetgehalte [64].
In vergelijking met mensen met een normaal gewicht vertoonden zwaarlijvige personen die werden gepresenteerd met foto's van calorierijk voedsel (stimuli waarop ze zijn geconditioneerd) een verhoogde neurale activering van regio's die deel uitmaken van belonings- en motivatiecircuits (NAc, dorsal striatum, OFC). ACC, amygdala, hippocampus en insula) [65]. Daarentegen bleek bij normale gewichtscontroles de activering van de ACC en OFC (regio's die betrokken zijn bij salience-attributie die naar het NAc projecteren) tijdens de presentatie van calorierijk voedsel negatief gecorreleerd te zijn met hun BMI [66]. Dit suggereert een dynamische interactie tussen de hoeveelheid gegeten voedsel (gedeeltelijk weerspiegeld door de BMI) en de reactiviteit van beloningsregio's tot calorierijk voedsel (weerspiegeld in de activering van OFC en ACC) bij personen met een normaal gewicht, die verloren gaat in obesitas.
Verrassend genoeg ervoeren zwaarlijvige personen, in vergelijking met slanke individuen, minder activering van beloningscircuits van de feitelijke voedselconsumptie (beloning voor consumerende producten), terwijl ze een grotere activering van somatosensorische corticale regio's vertoonden die de eetlust verwerken wanneer ze de consumptie verwachtten [67] (Figuur 4). De laatste bevinding komt overeen met een onderzoek dat verhoogde metabolische activiteit van glucose in de basislijn (een marker van de hersenfunctie) rapporteerde in somatosensorische gebieden die de eetbaarheid, inclusief insula, bij obese vrouwen verbetert in vergelijking met magere proefpersonen [68] (Figuur 3d, e). Een verbeterde activiteit van gebieden die eetbaarheid verbeteren, zou obese proefpersonen kunnen bevoordelen ten opzichte van andere natuurlijke versterkers, terwijl verminderde activering van dopaminerge doelen door de feitelijke voedselconsumptie zou kunnen leiden tot overconsumptie als een middel om de zwakke DA-signalen te compenseren [69].
Deze beeldvormingbevindingen zijn consistent met een verhoogde gevoeligheid van het beloningscircuit voor geconditioneerde stimuli (het bekijken van calorierijk voedsel) die beloning voorspellen, maar een verminderde gevoeligheid voor de lonende effecten van daadwerkelijke voedselconsumptie in dopaminerge routes bij obesitas. We veronderstellen dat, in de mate dat er een mismatch is tussen de verwachte beloning en een bevalling die niet aan deze verwachting voldoet, dit dwangmatig eten zal bevorderen als een poging om het verwachte beloningsniveau te bereiken. Hoewel het falen van een verwachte beloning gepaard gaat met een afname van DA-cellen in proefdieren [70], is het gedragsmatige belang van een dergelijke afname (wanneer een voedselbeloning kleiner is dan verwacht) voor zover wij weten niet onderzocht.
Parallel aan deze activeringsveranderingen in het beloningscircuit bij obese patiënten, hebben beeldvormingsstudies ook consistente dalingen in de reactiviteit van de hypothalamus tot verzadigingssignalen gedocumenteerd bij obese personen [71,72].
Bewijs van cognitieve verstoring bij mensen met overgewicht en obesitas
Er is toenemend bewijs dat obesitas geassocieerd is met stoornissen in bepaalde cognitieve functies, zoals executieve functies, aandacht en geheugen [73-75]. Inderdaad, het vermogen om de drang om gewenst voedsel te eten te verminderen varieert van persoon tot persoon en kan een van de factoren zijn die bijdragen aan hun kwetsbaarheid voor te veel eten [34]. De ongunstige invloed van obesitas op cognitie komt ook tot uiting in de hogere prevalentie van Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) [ADHD].76], De ziekte van Alzheimer en andere vormen van dementie [77], corticale atrofie [78] en witte stof ziekte [79] bij obese personen. Hoewel het bekend is dat co-morbide medische aandoeningen (zoals cerebrovasculaire pathologie, hypertensie en diabetes) de cognitie nadelig beïnvloeden, is er ook bewijs dat een hoge BMI op zichzelf verschillende cognitieve domeinen, met name executieve functies, kan schaden [75].
Ondanks enkele inconsistenties tussen studies, hebben gegevens over hersenafbeeldingen ook aangetoond dat structurele en functionele veranderingen gepaard gaan met een hoge BMI bij overigens gezonde controles. Een MRI-onderzoek bij oudere vrouwen met behulp van voxel-wise morfometrie toonde bijvoorbeeld een negatieve correlatie tussen BMI- en grijze-stofvolumes (inclusief frontale regio's), die in de OFC geassocieerd was met een verminderde uitvoerende functie [80]. Met behulp van positron emissie tomografie (PET) om het hersen-glucosemetabolisme in gezonde controles te meten, werd ook een negatieve correlatie aangetoond tussen BMI en metabole activiteit in PFC (dorsolateral en OFC) en in ACC. In deze studie voorspelde de metabole activiteit in PFC de prestaties van de proefpersonen in tests van executieve functies [81]. Evenzo toonde een NMR-spectroscopische studie van gezonde controles op middelbare leeftijd en ouderen aan dat BMI negatief was geassocieerd met de niveaus van N-acetyl-aspartaat (een marker van neuronale integriteit) in de frontale cortex en ACC [79,82].
Hersenafbeeldingsstudies waarin obese en magere individuen worden vergeleken, hebben ook een lagere grijze materiedichtheid gemeld in frontale regio's (frontale operculum en midden frontale gyrus) en in post-centrale gyrus en putamen [83]. Een andere studie, die geen verschillen vond in de volumes van grijze massa tussen obese en magere patiënten, rapporteerde een positieve correlatie tussen volume witte stof in basale hersenstructuren en taille: heupverhouding; een trend die gedeeltelijk werd omgedraaid door een dieet [84].
Ten slotte wordt de rol van DA bij de remmende controle goed onderkend en kan de verstoring ervan bijdragen aan gedragsstoornissen van discontrol, zoals obesitas. Een negatieve correlatie tussen BMI en striatum D2R is gemeld bij obesitas [58] alsmede bij personen met overgewicht [85]. Zoals hierboven besproken, was de lager dan normale beschikbaarheid van D2R in het striatum van obese personen geassocieerd met verminderde metabole activiteit in PFC en ACC [60]. Deze bevindingen impliceren neuroadaptaties in DA-signalering als bijdragers aan de verstoring van frontale corticale regio's die samenhangen met overgewicht en obesitas. Een beter begrip van deze verstoringen kan strategieën helpen om specifieke stoornissen in cruciale cognitieve domeinen te verbeteren of zelfs om te keren.
Discontering van uitgestelde betalingen, die de neiging heeft om een beloning te devalueren als een functie van de tijdelijke vertraging van de toediening, is bijvoorbeeld een van de meest uitgebreid onderzochte cognitieve operaties in verband met stoornissen die verband houden met impulsiviteit en compulsiviteit. Vertragingskorting is het meest uitgebreid onderzocht bij drugsgebruikers die de voorkeur geven aan kleine maar directe dan aan grote maar vertraagde beloningen [86]. De weinige studies bij obese personen hebben ook aangetoond dat deze individuen de voorkeur geven aan hoge, onmiddellijke beloningen, ondanks een verhoogde kans op hogere toekomstige verliezen [87,88]. Bovendien werd onlangs een positieve correlatie tussen BMI en hyperbolische discontering gerapporteerd, waarbij toekomstige negatieve uitbetalingen minder worden verdisconteerd dan toekomstige positieve uitbetalingen [89]. Vertragingskorting lijkt af te hangen van de functie van ventraal striatum (waar NAc zich bevindt) [90,91] en van de PFC, inclusief OFC [92], en is gevoelig voor DA-manipulaties [93].
Interessant is dat laesies van de OFC bij dieren de voorkeur voor directe kleine beloningen over vertraagde grotere beloningen kunnen verhogen of verlagen [94,95]. Dit ogenschijnlijk paradoxale gedragseffect weerspiegelt waarschijnlijk het feit dat ten minste twee operaties worden verwerkt via de OFC; één is de salience-attributie, waardoor een reinforcer een motiverende waarde voor motivatie verwerft, en de andere is controle over pre-potent aandrang [96]. Een disfunctie van de OFC wordt geassocieerd met een verminderd vermogen om de motiverende waarde van een versterkende factor als een functie van de context waarin deze optreedt te veranderen (dwz de stimulerende waarde van voedsel met verzadiging te verminderen), wat kan resulteren in dwangmatige voedselconsumptie [97]. Als de stimulus sterk versterkend is (zoals voedsel- en voedingsleer voor een zwaarlijvig persoon), zal de verhoogde saliniteitswaarde van de bekrachtiger resulteren in een verhoogde motivatie om het te verkrijgen, wat kan lijken op een bereidheid om uitstel te vertragen (zoals tijd doorbrengen in lange rijen om ijs te kopen).
Echter, in contexten waar voedsel direct beschikbaar is, kan dezelfde verhoogde oplettendheid impulsief gedrag teweegbrengen (zoals het kopen en eten van de chocolade naast de kassier, zelfs zonder voorafgaand bewustzijn van de wens van een dergelijk item). Disfunctie van de OFC (en van de ACC) schaadt het vermogen om pre-potent aanzetten in toom te houden, resulterend in impulsiviteit en een overdreven vertraagde discontovoet.
Voedsel voor gedachten
IUit het verzamelde bewijsmateriaal dat hier wordt gepresenteerd, lijkt het erop dat een aanzienlijk deel van de obese personen een onevenwichtigheid vertoont tussen een verhoogde gevoeligheid van het beloningscircuit voor geconditioneerde stimuli in verband met energierijk voedsel en een verminderde functie van de uitvoerende besturingsschakelingen die de remmende controle verzwakken over appetitief gedrag. Ongeacht of dit onevenwicht veroorzaakt of veroorzaakt wordt door pathologische overeten, het fenomeen doet denken aan het conflict tussen de belonings-, conditionerings- en motivatiecircuits en het remmende regelcircuit dat is gemeld bij verslaving. [98].
Kennis opgebouwd in de afgelopen twee decennia van de genetische, neurale en ecologische basissen van obesitas laat er geen twijfel over bestaan dat de huidige crisis is voortgekomen uit de verbroken verhouding tussen de neurobiologie die voedselconsumptie in onze soort aandrijft en de rijkdom en diversiteit van voedselstimuli aangedreven door onze sociale en economische systemen. Het goede nieuws is dat het begrijpen van de diepgewortelde gedragsconstructies die de obesitas-epidemie ondersteunen de sleutel vormt tot de uiteindelijke oplossing ervan (zie ook Dozen 3 en 4).
Referenties
;