Dorsal Striatal Dopamine, Preferencje żywieniowe i percepcja zdrowia u ludzi (2014)

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

Opublikowano online 2014 May 7. doi:  10.1371 / journal.pone.0096319

PMCID: PMC4012945

J. Bruce Morton, redaktor

Ten artykuł został cytowany przez inne artykuły w PMC.

Abstrakcyjny

Do tej pory niewiele badań dotyczyło mechanizmów neurochemicznych wspierających indywidualne różnice w preferencjach żywieniowych u ludzi. Tutaj badamy, jak grzbietowa dopamina w prążkowiu, mierzona za pomocą znacznika pozytronowej tomografii emisyjnej (PET) [18F] fluorometatyrozyna (FMT), koreluje z podejmowaniem decyzji związanych z żywnością, a także wskaźnikiem masy ciała (BMI) u zdrowej wagi 16 u osób z umiarkowaną otyłością. Stwierdzamy, że niższy potencjał wiązania syntezy dopaminy PET FMT koreluje z wyższym BMI, większą preferencją dla postrzeganej „zdrowej” żywności, ale także z wyższymi ocenami zdrowotności artykułów spożywczych. Odkrycia te potwierdzają rolę dopaminy w prążkowiu grzbietowym w zachowaniach związanych z żywnością i rzucają światło na złożoność indywidualnych różnic w preferencjach żywieniowych.

Wprowadzenie

Współczesne społeczeństwo jest otoczone nadmiarem i szeroką gamą wyborów żywieniowych, które częściowo przyczyniają się do rosnącej liczby osób z nadwagą w Stanach Zjednoczonych . Jednak podstawowe mechanizmy neurochemiczne wspierające indywidualne różnice w preferencjach żywieniowych nie są dobrze rozumiane. Niektóre osoby naturalnie opierają swoje preferencje żywieniowe bardziej na wartości zdrowotnej produktów spożywczych w porównaniu z wartością smakową produktów żywnościowych, a wykazano, że brzuszno-przyśrodkowa kora przedczołowa (vmPFC) odgrywa rolę w wartościach celu związanych z wpływami „zdrowia” i „ smak" . Ponadto istnieje duże zróżnicowanie w ocenie jednostek dotyczących kaloryczności i postrzeganej „zdrowotności” produktów spożywczych a badania pokazują, że postrzegana „zdrowa” żywność jest nadmiernie spożywana w porównaniu z postrzeganą „niezdrową” żywnością, pomimo jednakowej wartości odżywczej , .

Wykazano, że dopamina w prążkowiu grzbietowym odgrywa rolę w motywacji do jedzenia zarówno w modelach ludzkich, jak i zwierzęcych , , , jednak związek między dopaminą a pożądaniem żywności lub preferencjami u ludzi nie został dokładnie zbadany. Dodatkowo, badania wykorzystujące ligandy PET, które wiążą receptory dopaminy, wykazały korelacje z BMI, jednak w obu przypadkach pozytywne i negatywne wskazówki, a nie wszystkie badania znajdują istotne skojarzenia (patrz przegląd ). Ponadto, ze względu na charakter tych ligandów PET, które są zależne od stanu endogennego uwalniania dopaminy, trudno jest interpretować zależności między dopaminą prążkowia a BMI. Niższe wiązanie receptora dopaminy może oznaczać mniej istniejących receptorów dopaminowych prążkowia (tj. Negatywny związek między wiązaniem PET i BMI, jak stwierdzono w ), lub większe wiązanie receptora dopaminy może oznaczać niższe endogenne uwalnianie dopaminy, umożliwiając więcej dostępnych receptorów, w które mógłby się wiązać ligand PET (tj. dodatni związek między wiązaniem a BMI, jak stwierdzono w ). Aby uzupełnić wcześniejsze badania, w których wykorzystano ligandy PET wiążące receptory dopaminowe, użyliśmy stabilnego pomiaru zdolności presynaptycznej syntezy dopaminy z ligandem PET [18F] fluorometatyrozyna (FMT), która była szeroko badana w modelach ludzkich i zwierzęcych , , , .

Celem naszego badania było zbadanie zależności między pomiarami syntezy dopaminy w prążkowiu PET FMT i BMI oraz zbadanie, w jaki sposób te pomiary syntezy dopaminy PET FMT mogą korelować z indywidualnymi różnicami w preferencjach żywieniowych. Postawiliśmy hipotezę, że niższe wiązanie syntezy dopaminy PET FMT odpowiadałoby wyższemu BMI, jak sugerowano w poprzednich pracach . Przewidywaliśmy również, że osoby z niższą endogenną dopaminą w prążkowiu będą miały większe ogólne preferencje co do produktów żywnościowych (tj. Zarówno „zdrowej”, jak i „niezdrowej” żywności) w porównaniu z osobami z wyższą dopaminą w prążkowiu oraz że indywidualne postrzeganie produktów żywnościowych przez zdrowie może również wpływać pierwszeństwo.

Metody i materiały

Tematy

Trzydziestu trzech zdrowych, praworęcznych pacjentów, którzy wcześniej otrzymywali skany syntezy dopaminy PET FMT, zostało zaproszonych do udziału w przedstawionym tu badaniu behawioralnym i nie otrzymało żadnej wiedzy do badania, jedynie poinformowało, że obejmuje badanie złożonego procesu decyzyjnego. Z tych 33, uczestnicy 16 zgodzili się wziąć udział (8 M, wiek 20 – 30). BMI ((waga w kilogramach) / (wysokość w metrach) N2)) obliczono dla wszystkich pacjentów (zakres: 20.2 – 33.4, z otyłością 1, nadwagą 4 i zdrową masą 11). Badani nie mieli w przeszłości nadużywania narkotyków, zaburzeń odżywiania, poważnej depresji i zaburzeń lękowych. Osoby badane były również proszone o to, czy były w bardzo złym, złym, średnim, dobrym lub doskonałym zdrowiu. Wszyscy twierdzą, że są ogólnie przeciętni do doskonałego zdrowia, a obecnie nie odchudzają się ani nie próbują schudnąć. Status społeczno-ekonomiczny (SES) zebrano również od osób korzystających z uproszczonego miary statusu społecznego Barratt (BSMSS) .

Oświadczenie o etykiecie

Wszyscy badani wyrazili pisemną świadomą zgodę i otrzymali wynagrodzenie za udział zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi lokalnej komisji etycznej (University of California Berkeley (UCB) i Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) Committee for the Protection of Human Participants (CPHP) i Lawrence Berkeley National Laboratory Institutional Review Boards (IRB)). CPHP i IRB UCB i LBNL specjalnie zatwierdziły przedstawione tutaj badania

Zbieranie i analiza danych PET

Obrazowanie PET i wiązanie FMT przeprowadzono w Lawrence Berkeley National Laboratory, jak opisano wcześniej . FMT jest substratem dekarboksylazy aromatycznych L-aminokwasów (AADC), enzymu syntetyzującego dopaminę, którego aktywność odpowiada zdolności neuronów dopaminergicznych do syntezy dopaminy i wykazano, że wskazuje na zdolność przed synaptyczną syntezą dopaminy . FMT jest metabolizowany przez AADC do [18F] fluorometatyramina, która jest utleniona do [18Kwas F] fluorohydroksyfenylooctowy (FPAC), pozostaje w końcówkach dopaminergicznych i jest widoczny na skanach PET FMT. Wykazano, że intensywność sygnału na skanach PET FMT jest porównywalna z [18F] fluorodopa , w którym wychwyt znacznika jest silnie skorelowany (r = 0.97, p <0.003) z poziomem białka dopaminy w prążkowiu u pacjentów pośmiertnych, mierzonym metodami wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) . Ponadto w porównaniu do [18F] fluorodopa, FMT nie jest również substratem O-metylacji i dlatego zapewnia wyższe obrazy sygnału na szum niż [18F] fluorodopa . Ponadto wykazano, że pomiary FMT bezpośrednio odpowiadają pomiarom dopaminy w zwierzęcych modelach choroby Parkinsona .

Skany były przeprowadzane z 9AM-12PM lub 1PM-4PM. Średnie opóźnienie między uzyskaniem danych syntezy dopaminy PET FMT a danymi behawioralnymi wyniosło 2.37 ± 0.26 lat, porównywalne z opóźnieniem opisanym w poprzednim badaniu z naszego laboratorium z wykorzystaniem PET FMT . Chociaż opóźnienie to nie jest idealne, badanie Vingerhoetsa i in. wykazał, że Ki prążkowia związane z presynaptyczną dopaminą jest względnie stabilnym pomiarem, mając 95% szansy na pozostanie w 18% swojej pierwotnej wartości w obrębie poszczególnych zdrowych osób w okresie czasu 7-lat. Dlatego środki FMT, porównywalne do [18F] fluorodopa , uważa się, że odzwierciedlają one względnie stabilne procesy (tj. zdolność syntezy), a zatem nie są szczególnie wrażliwe na małe zmiany związane ze stanem. Ponadto BMI nie różniło się istotnie między nabyciem danych PET a danymi behawioralnymi (średnia zmiana BMI: 0.13 ± 1.45, T (15) = 0.2616, p = 0.79, dwustronny test t-sparowany). Ponadto wszystkie osoby poddano badaniom przesiewowym pod kątem jakichkolwiek zmian stylu życia w czasie od ostatniego badania (tj. Zmiany diety i ćwiczeń / codziennej aktywności, palenia lub picia, zdrowia psychicznego lub statusu leków). Wreszcie, zmiany BMI od czasu skanowania PET FMT do testów behawioralnych, jak również czas, jaki upłynął między skanowaniem PET a testami behawioralnymi, zostały użyte jako zmienne w analizie danych regresji wielokrotnej.

Skanowanie PET wykonano przy użyciu kamery PET ECAT-HR firmy Siemens (Knoxville, TN). W przybliżeniu 2.5 mCi o wysokiej aktywności właściwej FMT wstrzyknięto jako bolus do żyły łokciowej i uzyskano dynamiczną sekwencję akwizycji w trybie 3D dla całkowitego czasu skanowania 89 min. Dwa obrazy anatomiczne o wysokiej rozdzielczości (MPRAGE) zostały pobrane w każdym uczestniku na skanerze MRI Siemens 1.5 T Magnetom Avanto (Siemens, Erlangen, Niemcy) przy użyciu cewki z głowicą kanału 12 (TE / TR = 3.58 / 2120 ms; rozmiar woksela = 1.0 × 1.0 × 1.0 mm, 160 przekroje osiowe; FOV = 256 mm; czas skanowania ∼9 minut). Dwa MPRAGE uśredniono w celu uzyskania jednego obrazu strukturalnego o wysokiej rozdzielczości, który wykorzystano do wygenerowania poszczególnych obszarów zainteresowania ogoniastego i móżdżku (ROI).

Lewe i prawe ROI ogoniaste i móżdżkowe (używane jako region odniesienia, jak w poprzednich badaniach ) zostały ręcznie narysowane na anatomicznym skanie MRI każdego uczestnika przy użyciu FSLView (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/), jak opisano wcześniej . Zarówno niezawodność między- jak i wewnętrzna była wyższa niż 95% (na podstawie ocen dwóch członków laboratorium). Aby uniknąć skażenia sygnału FMT z jąder dopaminergicznych, tylko tylne trzy czwarte istoty szarej włączono do obszaru odniesienia móżdżku. Po zarejestrowaniu w przestrzeni PET FMT uwzględniono tylko woksele o szansie 50% leżącej w ROI, aby zapewnić wysokie prawdopodobieństwo istoty szarej.

Obrazy PET FMT zostały zrekonstruowane za pomocą algorytmu maksymalizacji oczekiwanego podzbioru uporządkowanego z ważonym tłumieniem, skorygowanym rozproszeniem, skorygowanym ruchem i wygładzonym za pomocą połowy maksymalnego jądra 4 mm o pełnej szerokości przy użyciu wersji 8 (SPM8) statystycznego mapowania parametrycznego (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Anatomiczne badanie MRI zostało połączone ze średnim obrazem wszystkich wyrównanych ramek w badaniu PET FMT przy użyciu FSL-FLIRT (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/, wersja 4.1.2). Korzystanie z wewnętrznego programu do analizy graficznej wdrażającego kreślenie Patlak , , Ki obrazy reprezentujące ilość znacznika nagromadzonego w mózgu w stosunku do regionu odniesienia (móżdżek , stworzono standardową praktykę w analizie PET w celu zminimalizowania potencjalnych zakłóceń hałasu z danych PET). Ki wartości uzyskano oddzielnie od lewego i prawego ogoniastego obszaru ROI, a powiązania obliczono między Ki wartości, BMI i miary behawioralne. Ponadto, ponieważ wykazano, że wiek i płeć mają wpływ na wiązanie FMT , korelacje między FMT a BMI zostały skorygowane ze względu na wiek i płeć (oraz wszelkie zmiany BMI od czasu badania PET do badania behawioralnego) za pomocą zmiennych kontrolnych w korelacji częściowej Pearsona.

Paradygmat behawioralny

Pacjentów poproszono o zjedzenie typowego, ale niezbyt ciężkiego posiłku na godzinę przed sesją testową. Aby zachęcić do zgodności z tym żądaniem, sesje testowe zaplanowano po typowych porach posiłków (tj. 9AM, 2PM i 7: 30PM), a czas ostatniego posiłku został zarejestrowany. Rejestrowano artykuły spożywcze spożywane przed badaniem i czas, jaki upłynął od ostatniego posiłku zjedzonego do sesji testowej (zgodnie z określeniem zasobu www.caloriecount.com oraz wielkości posiłków i porcji zgłaszane przez poszczególne osoby). Aby zapewnić, że głód nie ma wpływu na zadanie, mierzyliśmy również głód i pełnię wizualną skalą analogową .

Wykorzystano zdjęcia osiemdziesięciu produktów spożywczych, w których badani zostali poproszeni o ocenę pozycji w oddzielnych blokach 3 na podstawie 1). Oczekiwalność, 2) Zdrowie i 3) Smakowność w programie E-Prime Professional (Psychology Software Tool, Inc., Sharpsburg, PA, USA) (patrz Rysunek 1). Aby stworzyć zadanie o zrównoważonej liczbie zdrowych, niezdrowych i neutralnych produktów spożywczych, najpierw stworzyliśmy obiektywną wartość zdrowotną dla każdego z osiemdziesięciu produktów żywnościowych, przypisując standardowy, obiektywny wynik -3 (bardzo niezdrowy) do + 3 ( bardzo zdrowe) do każdego jedzenia na podstawie listu (od F-minus (bardzo niezdrowy) do A-plus (bardzo zdrowy)) i informacji żywieniowych z zasobu on-line www.caloriecount.com. Te stopnie literowe zawierają kilka czynników (np. Kalorii, gramów tłuszczu, błonnika itp.) I są wymienione jako odniesienie on-line do „wyborów dotyczących zdrowego odżywiania”, jak podano na stronie internetowej. Następnie zrównoważyliśmy to zadanie w przybliżeniu równą liczbą zdrowych (tj. Produktów o obiektywnych wynikach 2 lub 3, takich jak owoce i warzywa), neutralnych (tj. Żywności o obiektywnych wynikach 1 i -1, takich jak słone krakersy) i niezdrowych przedmiotów (tj. żywność o negatywnych wynikach obiektywnych −2 lub −3, takich jak wysoko przetworzone batony cukierkowe).

Rysunek 1  

Zadanie behawioralne.

Przedmioty zostały najpierw poproszone o ocenę stopnia, w jakim „pożądały” lub „chciały” każdej pozycji (skala 1 (zdecydowanie nie chce) do 4 (silnie pożądana)), określana w całym tekście jako „preferowana”, termin zgodne z literaturą . Pojawiłby się artykuł żywnościowy, a podmiot miałby do 4 sekund na odpowiedź i ocenił wszystkie osiemdziesiąt artykułów żywnościowych, zanim przejdzie do kolejnych bloków „zdrowie” i „smak” (patrz poniżej). Ponieważ ludzie mają zdolność modulowania wyborów żywieniowych nie tylko w oparciu o smak niektórych produktów, ale także w kwestii postrzegania zdrowia , poprosiliśmy tylko badanego, aby ocenił, ile chcą żywności lub czy pożądane jest jedzenie, a blok preferencji zawsze był prezentowany jako pierwszy. Podejmując próbę uchwycenia tego, jak bardzo podmiot faktycznie preferował prezentowane produkty żywnościowe, badani zostali poinformowani, że otrzymają produkt żywnościowy z zadania pod koniec testów na podstawie ocen „pożądalności”. Badani również nie wiedzieli w nadchodzących drugich i trzecich blokach (opisanych poniżej), byliby proszeni o ocenę, jak zdrowi i smaczni znaleźli każdy produkt spożywczy.

W drugim bloku badani ocenili, jak bardzo postrzegają osiemdziesiąt artykułów żywnościowych jako zdrowe lub niezdrowe (−3 za bardzo niezdrowe dla 3 za bardzo zdrowe), aw trzecim bloku, jak smacznie znaleźli osiemdziesiąt artykułów spożywczych (−3 za nie w ogóle smaczne dla 3 za bardzo smaczne). Kolejność tych bloków była spójna dla wszystkich przedmiotów, ponieważ nie chcieliśmy wpływać na oceny zdrowia w potencjalnym efekcie zamówienia. Badani zostali poinformowani, że oceny zdrowia i smaku nie wpłyną na przedmiot, który otrzymają na podstawie odpowiedzi w bloku „pożądalność”. Wybraliśmy skalę 6 dla wartości zdrowotnych i smakowych, aby umożliwić szerszy zakres pomiaru percepcji smaku / zdrowia, w tym ocenę „neutralną” odpowiadającą −1 i + 1, podczas gdy skala punktu 4 dla bloku pożądania / preferencji odzwierciedlałyby jedynie preferowane lub niepreferowane produkty spożywcze. Całkowite zadanie trwało około 25 minut. Pod koniec zadania badani byli pytani, czy były jakieś nieznane produkty żywnościowe, które mogły prowadzić do braku odpowiedzi. Wszystkie osoby zgłosiły znajomość produktów żywnościowych, a wszystkie przedmioty otrzymały oceny wszystkich trzech bloków od wszystkich przedmiotów.

Wykazano, że dopamina w prążkowiu grzbietowym ma silny związek z motywacją do jedzenia , , . Percepcja smaku jest również silnie skorelowana z celowością jedzenia, ponieważ większość ludzi woli żywność, którą również smakuje . Ponieważ istnieje wiele kombinacji bloków preferencji, smaku i zdrowia, które można zbadać, aby wyeliminować wielokrotne porównania i potencjał fałszywych korelacji, w oparciu o tę literaturę, zbadaliśmy liczbę artykułów żywnościowych, które zostały ocenione jako 1) preferowane , smaczne i postrzegane jako „zdrowe” i 2) preferowane, smaczne i postrzegane jako „niezdrowe”. (Preferowane pozycje oznaczone jako 3 lub 4 w bloku „pożądalność”; smaczne przedmioty oznaczone jako 2 lub 3 w bloku „smakowitości”; postrzegane jako „zdrowe” przedmioty ocenione jako 2 lub 3 i postrzegane jako „niezdrowe” przedmioty ocenione jako −2 lub −3 w bloku „healthiness”). Analiza post-hoc zbadała również stosunek postrzeganych „zdrowych” do „niezdrowych” artykułów żywnościowych, liczbę preferowanych „zdrowych” artykułów żywnościowych, które w rzeczywistości nie zostały obiektywnie ocenione jako zdrowe (tj. Przedmioty preferowane, które jednostka oceniła jako zdrowe) minus przedmioty, które oceniono jako preferowane, a które były rzeczywiście zdrowe, jak określono na podstawie przypisanego obiektywnego wyniku zdrowotnego (na przykład, jeśli podmiot ocenił „krakersy” jako preferowaną zdrową żywność o zdrowym wyniku 3 (bardzo zdrowy), a przypisany obiektywny wynik zdrowotny był 1 (neutralny-zdrowy), to byłoby policzone jako preferowana postrzegana zdrowa żywność, która nie była właściwie zdrowa.

Analiza statystyczna

Do przetestowania zależności między dwiema oddzielnymi zmiennymi zależnymi: 1) preferowane, smaczne i postrzegane jako zdrowe oraz 2) preferowane, smaczne i postrzegane niezdrowe produkty spożywcze, a zmiennymi niezależnymi: wartościami PET FMT prawej ogoniastej, wartości PET FMT lewego ogoniastego, BMI, wiek, płeć, status społeczno-ekonomiczny, wszelkie zmiany BMI między PET a badaniami behawioralnymi oraz czas, jaki upłynął między PET a badaniami behawioralnymi w wersji 19 SPSS (IBM, Chicago, Illinois, USA), z włączenie zmiennej niezależnej do modelu ustalonego przy p <0.05 i wykluczonej przy p> 0.1. Postrzegany stosunek „zdrowych” do „niezdrowych” był silnie skorelowany ze zmienną zależną preferowanych postrzeganych „zdrowych” pozycji (r = 0.685, p <0.003), w związku z czym nie byliśmy w stanie wprowadzić tej zmiennej do modelu. Jednak częściowe korelacje Pearsona, skorygowane o wiek, płeć i wszelkie zmiany BMI, zostały wykorzystane do zbadania bezpośrednich związków między prawym ogoniastym PET FMT a 1) BMI, 2) postrzeganym stosunkiem „zdrowy” do „niezdrowego” i 3) średnimi kaloriami preferowanych pozycji, przeprowadzone z SPSS wersja 19 (IBM, Chicago, Illinois, USA). Ponadto zbadaliśmy również związek między wartościami syntezy dopaminy PET FMT, liczbą preferowanych postrzeganych „zdrowych” produktów spożywczych, które nie zostały ocenione jako zdrowe na podstawie obliczonego wyniku, a preferowanymi pozycjami, które zostały ocenione jako zdrowe na podstawie obliczonego wyniku w mądry model regresji wielokrotnej. (Liczba preferowanych, postrzeganych jako „zdrowych” artykułów żywnościowych, które nie zostały ocenione jako zdrowe przez obliczony wynik, oraz preferowane pozycje ocenione jako zdrowe na podstawie obliczonego wyniku nie były istotnie skorelowane (r = 0.354, p = 0.23). związek między zmianą BMI a zmiennymi zależnymi: wartości PET FMT lewego i prawego ogoniastego, SES, wiek, płeć, czas między obrazowaniem PET a badaniami behawioralnymi, liczba preferowanych postrzeganych „zdrowych” pokarmów i preferowanych postrzeganych „niezdrowych” pokarmów przy użyciu kroku -wysoka regresja liniowa Dane przedstawiono jako wartości r Pearsona.

wyniki

Związek między wartościami syntezy dopaminy PET FMT a BMI

Najpierw przetestowaliśmy, czy istnieje istotna zależność między wartościami syntezy dopaminy w ogoniastej PET FMT a pomiarami BMI u osób z 16 (osoby z nadwagą średnią lub umiarkowaną / otyłe). Stwierdziliśmy istotną ujemną korelację między wartościami syntezy dopaminy w ogoniastej PET FMT a BMI, przy czym wyższe jednostki BMI mają niższą syntezę dopaminy (Rysunek 2A: Surowe obrazy PET FMT wyższych (po lewej) i niższych (po prawej) osobników BMI; Rysunek 2B: prawy ogoniasty, r = −0.66, p = 0.014, lewy ogoniasty: r = −0.22, p = 0.46 (nieistotny (ns)), kontrolowany pod względem wieku, płci i wszelkich zmian w BMI z PET FMT skan syntezy dopaminy do testów behawioralnych ).

Rysunek 2  

Dopamina w prążkowiu grzbietowym i BMI.

Związek między wartościami syntezy dopaminy PET FMT a preferencjami pokarmowymi

Badani ocenili osiemdziesiąt artykułów spożywczych w oddzielnych blokach 3 w oparciu o ich postrzeganie 1), 2) zdrowotność i 3) smakowitość każdego produktu spożywczego (patrz Rysunek 1). Około 50% przedmiotów było zdrowych i niezdrowych, zgodnie z informacjami na temat zdrowia (patrz Metody i materiały). Wykazano, że dopamina w prążkowiu grzbietowym ma silny związek z motywacją do jedzenia , , , podczas gdy hedoniczne właściwości żywności są pośredniczone przez inne mechanizmy neuronalne , . Jednak postrzeganie smaku jest silnie skorelowane z celowością jedzenia, ponieważ większość ludzi woli żywność, którą również uważa za smaczną . Tutaj również odkrywamy, że percepcja smaku i preferencje są silnie skorelowane, ponieważ preferowane produkty są również oceniane jako smaczne (r = 0.707, p <0.002).

Dlatego też, aby zbadać, w jaki sposób postrzeganie zdrowia może wpływać na podejmowanie decyzji związanych z żywnością, wykorzystaliśmy wielokrotną regresję liniową krokową do modelowania zależności między zmienną zależną liczby artykułów spożywczych ocenianych jako preferowane, smaczne i postrzegane jako zdrowe a zmiennymi niezależnymi. FMT w lewym i prawym ogoniastym, BMI, wiek, płeć, SES, zmiana BMI od czasu badania PET do testów behawioralnych oraz czas, jaki upłynął od czasu PET do testów behawioralnych. Wartości syntezy dopaminy PET z prawego ogoniastego PET FMT istotnie wpływają na model regresji dla liczby preferowanych, smacznych pozycji, które były postrzegane jako zdrowe (Beta: -0.696; t (15) = -3.625, p <0.003, Rysunek 3), podczas gdy wszystkie inne zmienne niezależne zostały wyłączone z modelu jako nieistotne (t (15) <1.216, p> 0.246). Przetestowaliśmy również hipotezę, że liczba preferowanych, postrzeganych jako „niezdrowych” pozycji również wykazywałaby związek z tymi zmiennymi niezależnymi, ale żadna zmienna niezależna nie została wprowadzona do modelu jako istotna (F <2.7, p> 0.1). Zatem osoby z niższymi wartościami syntezy dopaminy PET FMT ogoniastych mają większe preferencje co do postrzeganych jako „zdrowe”, ale nie postrzegane jako „niezdrowe” produkty spożywcze.

Rysunek 3  

Dopamina w prążkowiu i zachowania związane z jedzeniem.

Związek między wartościami syntezy dopaminy PET FMT a percepcją zdrowotną artykułów spożywczych

Postawiliśmy hipotezę, że związek między wartościami syntezy dopaminy w ogoniastej PET FMT a preferencjami dla postrzeganych „zdrowych” przedmiotów może wynikać z indywidualnych różnic w postrzeganiu zdrowia produktów spożywczych. Chociaż zaprojektowaliśmy to zadanie z przybliżonym stosunkiem 1∶1 do zdrowych i niezdrowych produktów spożywczych, osoby różniły się znacznie pod względem postrzegania zdrowotności przedmiotów, przy czym proporcje zdrowych do niezdrowych przedmiotów wahały się od 1.83∶1 do 0.15∶1. W związku z tym, w ramach analizy post-hoc, zbadaliśmy związek między syntezą dopaminy z prawej strony jądra ogoniastego PET FMT a stosunkiem postrzeganych „zdrowych” do „niezdrowych” przedmiotów i stwierdziliśmy istotną ujemną korelację (r = −0.534, p = 0.04) , z niższymi wartościami syntezy dopaminy PET z ogoniastą FMT odpowiadającymi większej liczbie pozycji postrzeganych jako „zdrowe” w porównaniu z „niezdrowymi”.

Dlatego wykorzystaliśmy stopniową wielokrotną regresję liniową w celu zbadania zależności między syntezą dopaminy w ogoniastym PET FMT a preferencjami dla postrzeganej zdrowej, ale nie rzeczywistej zdrowej żywności (jak określono na podstawie obiektywnego obliczonego wyniku, patrz Metody) oraz preferencje dotyczące zdrowej żywności określone przez obiektywnie obliczony wynik. Stwierdziliśmy istotny związek między wartościami syntezy dopaminy PET FMT ogoniastego a preferencjami dotyczącymi postrzeganej zdrowej, ale nie rzeczywistej zdrowej żywności (Beta: -0.631, t (15) = -3.043, p <0.01), ale nie stwierdzono istotnego związku między dopaminą PET z ogoniastego PET FMT wartości syntezy i preferencje dla faktycznie obliczonej zdrowej żywności (t (15) = -1.54, p> 0.148), wskazujące na preferencje dotyczące nadmiernie postrzeganej „zdrowej” żywności, silniej korelowały u osób z niższą FMT. Ponadto nie stwierdzono istotnej zależności między wartościami syntezy dopaminy z ogoniastego PET FMT a średnimi kaloriami preferowanych pozycji (r = 0.288, p> 0.34), co wskazuje, że osoby o niższej syntezie dopaminy PET FMT nie różniły się kalorycznością preferowanych pokarmów.

Nie znaleźliśmy również żadnego związku między zmianą wartości BMI i PET FMT syntezy dopaminy, SES, wiekiem, płcią, czasem między obrazowaniem PET a badaniami behawioralnymi, liczbą preferowanych postrzeganych „zdrowych” pokarmów lub preferowanych postrzeganych jako „niezdrowych” pokarmów (p> 0.1).

Czas sesji testowej, czas, jaki upłynął od ostatniego posiłku i liczba kalorii zjedzonych podczas ostatniego posiłku nie były istotnie skorelowane z żadnymi miarami behawioralnymi (p> 0.13). Miary głodu i sytości również nie korelowały z żadną z miar behawioralnych (p> 0.26).

Dyskusja

Celem tego badania było zbadanie związku między endogenną syntezą dopaminy w ogoniastym, BMI i zachowaniami związanymi z pożywieniem. Stwierdziliśmy, że niższa synteza dopaminy ogoniastej mierzona za pomocą syntezy dopaminy PET FMT korelowała z 1) wyższym BMI i 2) większą preferencją dla postrzeganej „zdrowej” żywności. Odkryliśmy również związek między niższymi wartościami syntezy dopaminy PET z ogoniastą FMT a wyższą oceną zdrowotności artykułów spożywczych, jak również istotną korelacją z większymi preferowanymi „zdrowymi” produktami spożywczymi, które nie były właściwie zdrowe. Nie stwierdzono istotnej zależności między syntezą dopaminy PET FMT a średnią kalorycznością preferowanych produktów spożywczych.

Badania sugerują, że preferowanie i nadmierne spożycie niezdrowej żywności to dwa z wielu czynników przyczyniających się do przyrostu masy ciała i wyższego BMI (Centers for Disease Control and Prevention; http://www.cdc.gov/obesity/index.html). Co ciekawe, stwierdziliśmy, że niższa synteza dopaminy w prążkowiu grzbietowym jest skorelowana z większą liczbą preferowanych, postrzeganych „zdrowych” produktów spożywczych. Chociaż ta korelacja nie może sugerować związku przyczynowego, to odkrycie sugeruje, że endogenne różnice w syntezie dopaminy w prążkowiu grzbietowym mogą częściowo odgrywać rolę w indywidualnych różnicach w preferencjach żywieniowych. Proponujemy tutaj, aby wartości syntezy dopaminy w dolnym ogoniastym PET FMT reprezentowały niższą tonikę dopaminy, która w odpowiedzi na smaczne bodźce pozwala na większe rozerwanie fazowe i być może zmieniona reakcja na żywność. Adodatkowo, te różnice w dopaminy w prążkowiu grzbietowym mogą wpływać na przetwarzanie bodźców smakowych w korze somatosensorycznej, ponieważ w poprzednim badaniu wykazano zmienioną aktywację zarówno w grzbietowych obszarach prążkowia, jak i somotosensorycznych z przyjmowaniem pokarmu u osób podatnych na otyłość . Niższa dopamina w prążkowiu może również powodować różnice w łączności między prążkowiem grzbietowym a grzbietowo-boczną korą przedczołową (DLPFC), jak sugerują nasze ostatnie ustalenia . Tw związku z tym zakładamy, że związane z dopaminą mechanizmy prążkowia grzbietowego mogą wpływać na różnice w postrzeganiu zdrowia poprzez łączność z przetwarzaniem somatosensorycznym (tj. zmienione właściwości odczuwania smaku) lub być może łączność z DLPFC, co, jak wykazano, odgrywa rolę w nadmiernej ocenie wcześniej preferowanego wyboru przedmiotów . Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) może wyjaśnić te potencjalne mechanizmy indywidualnych różnic w preferencjach żywieniowych i nadmiernej ocenie wartości zdrowotnych.

Początkowo przewidywaliśmy, że osoby z dolną dopaminą prążkowia grzbietowego będą miały większe ogólne preferencje żywieniowe (tj. Preferują większą liczbę przedmiotów ocenianych jako „zdrowe” i „niezdrowe”) w porównaniu z osobami z wyższą dopaminą prążkowia grzbietowego. Jednak kolejnym odkryciem naszych badań było to, że nadmierne ocenianie zdrowotności żywności (tj. Zwiększonego poczucia zdrowia), ale nie kaloryczności preferowanych produktów żywnościowych lub preferencji dla obiektywnie określonych zdrowych produktów spożywczych, było istotnie związane z endogennym środki dopaminowe grzbietowej prążkowia. Dlatego jednym z wyjaśnień naszych ustaleń dotyczących istotnego związku z jedynie postrzeganą jako „zdrową” żywnością może być to, że żywność postrzegana jako „zdrowa” jest bardziej uzasadniona jako preferowana. Może tak być zwłaszcza w przypadku, gdy nasze badanie zostało celowo przeprowadzone po posiłkach badanych, kiedy ogólne pragnienie jedzenia powinno być minimalne. W związku z tym badani bardziej preferowali zawyżone oceny „zdrowej” żywności, mimo że byli wtedy nasyceni i nie byli głodni. Przyszłe badania dotyczące związku między endogenną dopaminą w prążkowiu a preferencjami żywieniowymi w stanach głodu i nasycenia mogłyby dodatkowo uzasadnić tę hipotezę.

Można również argumentować, że postrzeganie zdrowia wymaga narażenia i doświadczenia z produktami spożywczymi, aby uzyskać poczucie wartości zdrowotnej, i może być tak, że różnice w stylu życia w diecie wpłynęły lub zmodyfikowały leżącą u podstaw syntezę dopaminy w prążkowiu grzbietowym. Co więcej, różnice w znajomości produktów żywnościowych mogły przypisać różnice w preferencjach żywności lub nadmiernej ocenie żywności jako zdrowej. Jednak na koniec zadania badani zdawali sobie sprawę ze wszystkich produktów żywnościowych (patrz Metody). Chociaż nie badaliśmy różnic w diecie, celowo badaliśmy pacjentów, którzy nie byli na diecie w czasie badania. Ponadto wszyscy badani byli młodzi (przedział wiekowy 19 – 30) bez historii zaburzeń odżywiania i oceniali się jako przeciętni do doskonałego zdrowia. Oceniliśmy również status społeczno-ekonomiczny i nie znaleźliśmy żadnego wpływu. Istnieją jednak inne wpływy środowiskowe na preferencje żywieniowe, które oprócz dopaminy prążkowia mogą być badane dalej w przyszłych badaniach.

Stawiamy hipotezę, że subtelne indywidualne różnice w postrzeganiu zdrowia mogą z czasem przyczyniać się do wzrostu BMI, ponieważ odnotowano, że niewielki wzrost spożycia kalorii codziennie (niezależnie od tego, czy postrzegany jako „zdrowy” czy „niezdrowy”) przyczynia się do ogólnego przyrostu masy ciała . Chociaż nie stwierdziliśmy tutaj związku między BMI a percepcją zdrowia, być może z większym zakresem BMI, nadmierna ocena zdrowotności artykułów spożywczych może być bardziej widoczna u osób o wyższym BMI. Nasz brak istotnych ustaleń między BMI a zachowaniami związanymi z żywnością może również sugerować, że endogenna dopamina w prążkowiu jest bardziej fenotypowa związana z zachowaniem związanym z żywnością niż sam BMI, ponieważ BMI zależy od różnych skomplikowanych czynników i może nie być najlepszym predyktorem zachowań lub wyników neuroobrazowania (patrz do wglądu). Nie znaleźliśmy też żadnych predyktorów zmiany BMI na czas, jaki upłynął między akwizycją PET a testami behawioralnymi, chociaż zmiana BMI dla badanych była niewielka i nie różniła się znacząco między punktami czasowymi. Jednak przyszłe badania wykorzystujące środki syntezy dopaminy PET FMT, wraz z preferencjami żywieniowymi i środkami percepcji zdrowia, w populacji o większej fluktuacji BMI byłyby bardzo interesujące.

Aby uzupełnić wcześniejsze badania, w których wykorzystano ligandy PET wiążące receptory dopaminy, wykorzystaliśmy miarę zdolności syntezy dopaminy i wykazaliśmy, że niższa synteza dopaminy w prążkowiu grzbietowym (tj. Ogoniastym) odpowiada wyższemu BMI. Chociaż należy zauważyć, ze względu na przekrojowy charakter naszego badania, nie możemy ostatecznie stwierdzić związku przyczynowo-skutkowego z niższymi wartościami syntezy dopaminy w prążkowiu FMT odpowiadającymi wyższemu BMI. Jednakże w naszym badaniu stosowano zdrową masę ciała u osób z umiarkowaną nadwagą / otyłością (tj. Nie-chorobliwie otyłych), a zatem nasze wyniki mogą sugerować, że niższe presynaptyczne środki dopaminowe prążkowia grzbietowego mogą odpowiadać skłonności do otyłości. Z drugiej strony, może również zdarzyć się, że obniżenie poziomu presynaptycznej dopaminy w jądrze ogoniastym nastąpiło w odpowiedzi na umiarkowanie wyższe BMI, ponieważ wykazano, że sygnalizacja dopaminergiczna jest zmniejszona w odpowiedzi na nadmierne spożycie żywności w modelach zwierzęcych , i nadmierne spożycie pokarmu jest zazwyczaj związane z przyrostem masy ciała prowadzącym do wyższego BMI. Chociaż w naszym badaniu stosowaliśmy osoby z ograniczonym zakresem BMI, być może uważane za ograniczenie badania, w rzeczywistości wyniki są jeszcze bardziej przekonujące, ponieważ związek między syntezą dopaminy PET FMT a BMI jest obecny bez uwzględniania chorobliwie otyłych osób. Co więcej, chociaż nasza wielkość próby (n = 16) była większa lub porównywalna z innymi rozmiarami próbek w badaniach PET FMT (, , ), replikacja naszych wyników z większą wielkością próby i szerszym zakresem BMI dodatkowo uzasadniłaby nasze wyniki i może znaleźć większe preferencje dla niezdrowych produktów żywnościowych korelujących z niższymi wartościami syntezy dopaminy PET FMT, które nie zostały wykryte w naszym badaniu.

Podsumowując, chociaż inne systemy neuroprzekaźników są zaangażowane w regulację żywienia i wagi , nasze badanie stwierdza rolę dopaminy w prążkowiu grzbietowym w preferencjach żywieniowych, a także postrzeganie żywności przez ludzi. Przyszłe badania prospektywne wykorzystujące środki PET związane z dopaminą są bardzo interesujące w celu zbadania, w jaki sposób endogenna dopamina, a także indywidualne różnice w zachowaniach związanych z żywnością, mogą korelować z wahaniami masy ciała u ludzi.

Oświadczenie o finansowaniu

Praca ta została sfinansowana przez NIH dotacje DA20600, AG044292 i F32DA276840, a Tanita Healthy Weight Community Fellowship. Darczyńcy nie mieli żadnej roli w projektowaniu badań, zbieraniu i analizowaniu danych, podejmowaniu decyzji o publikacji lub przygotowaniu manuskryptu.

Referencje

1. Swinburn BA, Sacks G, Hall KD, McPherson K, Finegood DT, et al. (2011) Globalna pandemia otyłości: kształtowana przez globalne czynniki i lokalne środowiska. Lancet 378: 804 – 814 [PubMed]
2. Hare TA, Camerer CF, Rangel A (2009) Samokontrola w podejmowaniu decyzji obejmuje modulację systemu wyceny vmPFC. Science 324: 646 – 648 [PubMed]
3. Provencher V, Polivy J, Herman CP (2009) Postrzegana zdrowotność żywności. Jeśli jest zdrowy, możesz jeść więcej! Appetite 52: 340–344 [PubMed]
4. Żwir K, Doucet E, Herman CP, Pomerleau S, Bourlaud AS, i in. (2012) „Zdrowy”, „dieta” lub „hedoniczny”. W jaki sposób oświadczenia żywieniowe wpływają na postrzeganie i spożywanie pokarmów? Apetyt 59: 877 – 884 [PubMed]
5. Johnson PM, Kenny PJ (2010) Receptory dopaminy D2 w dysfunkcji nagradzania podobnego do uzależnienia i kompulsywnym jedzeniu u otyłych szczurów. Nat Neurosci 13: 635 – 641 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
6. Szczypka MS, Kwok K, Brot MD, Marck BT, Matsumoto AM, et al. (2001) Wytwarzanie dopaminy w skorupie ogoniastej przywraca karmienie u myszy z niedoborem dopaminy. Neuron 30: 819 – 828 [PubMed]
7. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD (2011) Nagroda, dopamina i kontrola przyjmowania pokarmu: implikacje dla otyłości. Trendy Cogn Sci 15: 37 – 46 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
8. Dunn JP, Kessler RM, Feurer ID, Volkow ND, Patterson BW i in. (2012) Związek potencjału wiązania receptora 2 typu dopaminy z hormonami neuroendokrynnymi na czczo i wrażliwością na insulinę w otyłości u ludzi. Diabetes Care 35: 1105 – 1111 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
9. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, et al. (2001) Mózgowa dopamina i otyłość. Lancet 357: 354 – 357 [PubMed]
10. Ziauddeen H, Farooqi IS, Fletcher PC (2012) Otyłość i mózg: jak przekonujący jest model uzależnienia? Nat Rev Neurosci 13: 279 – 286 [PubMed]
11. Cools R, Frank MJ, Gibbs SE, Miyakawa A, Jagust W, et al. (2009) Dopamina w prążkowiu przewiduje specyficzne dla wyniku odwrócenie uczenia się i jego wrażliwość na podawanie leków dopaminergicznych. J Neurosci 29: 1538 – 1543 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
12. Cools R, Gibbs SE, Miyakawa A, Jagust W, D′Esposito M (2008) Pojemność pamięci roboczej przewiduje zdolność syntezy dopaminy w prążkowiu człowieka. J Neurosci 28: 1208 – 1212 [PubMed]
13. DeJesus O, Endres C, Shelton S, Nickles R, Holden J (1997) Ocena fluorowanych analogów m-tyrozyny jako środków obrazujących PET końcówek nerwowych dopaminy: porównanie z 6-fluoroDOPA. J Nucl Med 38: 630 – 636 [PubMed]
14. Eberling JL, Bankiewicz KS, O′Neil JP, Jagust WJ (2007) PET 6- [F] fluoro-Lm-tyrozyna Badania funkcji dopaminergicznych u naczelnych ludzi i ludzi. Przód Hum Neurosci 1: 9. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
15. Wilcox CE, Braskie MN, Kluth JT, Jagust WJ (2010) Zachowanie związane z przejadaniem się i striatalna dopamina z 6- [F] -Fluoro-Lm-Tyrosine PET. J Obes 2010. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
16. Barratt W (2006) Barratt Uproszczona miara statusu społecznego (BSMSS) mierząca SES.
17. VanBrocklin HF, Blagoev M, Hoepping A, O′Neil JP, Klose M, et al. (2004) Nowy prekursor do wytwarzania 6- [18F] Fluoro-Lm-tyrozyny ([18F] FMT): wydajna synteza i porównanie znakowania radioaktywnego. Appl Radiat Isot 61: 1289 – 1294 [PubMed]
18. Jordan S, Eberling J, Bankiewicz K, Rosenberg D, Coxson P, et al. (1997) 6- [18F] fluoro-Lm-tyrozyna: metabolizm, kinetyka emisyjnej tomografii pozytronowej i uszkodzenia 1-metylo-4-fenylo-1,2,3,6-tetrahydropirydyna u naczelnych. Brain Res 750: 264 – 276 [PubMed]
19. Snow BJ (1996) Fluorodopa PET scan in Parkinson's disease. Adv Neurol 69: 449–457 [PubMed]
20. Vingerhoets FJ, Snow BJ, Tetrud JW, Langston JW, Schulzer M, et al. (1994) Pozytronowe dowody tomograficzne dotyczące progresji zmian dopaminergicznych indukowanych przez ludzki MPTP. Ann Neurol 36: 765 – 770 [PubMed]
21. Mawlawi O, Martinez D, Slifstein M, Broft A, Chatterjee R i in. (2001) Obrazowanie ludzkiej mezolimbicznej transmisji dopaminy za pomocą pozytronowej tomografii emisyjnej: I. Dokładność i precyzja pomiarów parametrów receptora D (2) w prążkowiu brzusznym. J Cereb Blood Flow Metab 21: 1034 – 1057 [PubMed]
22. Logan J (2000) Analiza graficzna danych PET zastosowana do odwracalnych i nieodwracalnych znaczników. Nucl Med Biol 27: 661 – 670 [PubMed]
23. Patlak C, Blasberg R (1985) Graficzna ocena stałych transferu krew-mózg z danych dotyczących wielokrotnego pobierania. Uogólnienia. J Cereb Blood Flow Metab 5: 584 – 590 [PubMed]
24. Laakso A, Vilkman H, Bergman J, Haaparanta M, Solin O, i in. (2002) Różnice płci w zdolności prążkowia do syntezy dopaminy u zdrowych osób. Biol Psychiatry 52: 759 – 763 [PubMed]
25. Parker BA, Sturm K, MacIntosh CG, Feinle C, Horowitz M, et al. (2004) Relacja między przyjmowaniem pokarmu a oceną apetytu w skali analogowej i innymi odczuciami u zdrowych starszych i młodych osób. Eur J Clin Nutr 58: 212 – 218 [PubMed]
26. Hare TA, Malmaud J, Rangel A (2011) Skupienie uwagi na aspektach zdrowotnych żywności zmienia sygnały wartości w vmPFC i poprawia wybór diety. J Neurosci 31: 11077 – 11087 [PubMed]
27. Berridge KC (2009) „Lubi” i „chce” nagrody żywnościowe: substraty mózgowe i role w zaburzeniach odżywiania. Physiol Behav 97: 537 – 550 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
28. Goto Y, Otani S, Grace AA (2007) Yin i Yang uwalniania dopaminy: nowa perspektywa. Neuropharmacology 53: 583 – 587 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
29. Stice E, Yokum S, Burger KS, Epstein LH, Small DM (2011) Młodzież zagrożona otyłością wykazuje większą aktywację regionów prążkowia i somatosensorycznych w żywności. J Neurosci 31: 4360 – 4366 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
30. Wallace DL, Vytlacil JJ, Nomura EM, Gibbs SE, D′Esposito M (2011) Bromokryptyna agonista dopaminy różnicowo wpływa na funkcjonalną łączność czołowo-prążkowia podczas pamięci roboczej. Przód Hum Neurosci 5: 32. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
31. Katody katalityczne DCS Mengarelli F, Spoglianti S, Avenanti A, di Pellegrino G (2013) nad lewą korą przedczołową zmniejszają zmianę preferencji wywołaną wyborem. Cereb Cortex. [PubMed]
32. Katan MB, Ludwig DS (2010) Dodatkowe kalorie powodują przyrost masy ciała - ale ile? JAMA 303: 65 – 66 [PubMed]
33. Thanos PK, Michaelides M, Piyis YK, Wang GJ, Volkow ND (2008) Ograniczenie pokarmu znacznie zwiększa receptor dopaminy D2 (D2R) w szczurzym modelu otyłości, co oceniono za pomocą obrazowania muPET in vivo ([11C] raclopopride) i autoradiografia in vitro ([3H] spiperone). Synapse 62: 50 – 61 [PubMed]