Am J Clin Nutr. Czerwiec 2013;97(6):1188-94. doi: 10.3945/ajcn.112.055285. Epub 2013 17 kwietnia.
Abstrakcyjny
Tło: Osoby otyłe w porównaniu z osobami szczupłymi wykazują większą reakcję regionu uwagi, smaku i nagrody na sygnały pokarmowe, ale zmniejszoną reakcję regionu nagrody podczas przyjmowania pokarmu. Jednakże, zgodnie z naszą wiedzą, w badaniach nie sprawdzono, czy obiektywnie zmierzone spożycie kalorii jest pozytywnie związane z reakcją neuronów niezależną od nadmiaru tkanki tłuszczowej.
Cel: Przetestowaliśmy hipotezę, że obiektywnie zmierzone spożycie energii, które uwzględnia podstawowe potrzeby i procent tkanki tłuszczowej, pozytywnie koreluje z odpowiedzią neuronalną na przewidywane spożycie smacznego pokarmu, ale negatywnie z reakcją na spożycie pokarmu u nastolatków o zdrowej masie ciała.
Design: Uczestnicy (n = 155; średnia ± SD wiek: 15.9 ± 1.1 lat) ukończyli czynnościowe skany rezonansu magnetycznego podczas oczekiwania i przyjmowania smacznego pokarmu w porównaniu z roztworem bez smaku, podwójnie oznaczoną wodą, oceniając pobór energii oraz oceniając spoczynkowe tempo metabolizmu i skład ciała.
Wyniki: Spożycie energii pozytywnie korelowało z aktywacją bocznej kory wzrokowej i przedniej kory zakrętu obręczy (przetwarzanie wzrokowe i uwaga), wieczko czołowe (pierwotna kora smakowa) podczas przewidywania smacznego pokarmu i większa aktywacja prążkowia podczas przewidywania smacznego pokarmu w bardziej wrażliwym obszarze analizy zainteresowania . Spożycie energii nie było istotnie związane z reakcją neuronów podczas przyjmowania smacznego pokarmu.
Wnioski: Wyniki wskazują, że obiektywnie zmierzone spożycie energii, które uwzględnia podstawowe potrzeby i tkankę tłuszczową, pozytywnie koreluje z aktywnością w regionach uwagi, smaku i nagrody podczas przewidywania smacznego jedzenia. Chociaż nadreaktywność tych regionów może zwiększać ryzyko przejadania się, nie jest jasne, czy jest to początkowy czynnik podatności, czy też wynik wcześniejszego przejadania się.
WPROWADZENIE
Badania neuroobrazowe dostarczyły znacznego wglądu w różnice w odpowiedzi neuronów na bodźce pokarmowe w zależności od stanu masy ciała. W szczególności osoby otyłe w porównaniu z osobami szczupłymi wykazały większą reakcję w regionach związanych z nagrodą (prążkowie blade, ciało migdałowate i kora oczodołowo-czołowa) oraz w obszarach uwagi (kora wzrokowa i przednia część zakrętu obręczy) na apetyczne obrazy żywności (1-5), przewidywane spożycie smacznego pokarmu (6, 7) i zapachy żywności (8). Osoby otyłe w porównaniu z osobami szczupłymi wykazywały również większą aktywację pierwotnej kory smakowej (wysepka przednia i wieczek czołowy) oraz regionów somatosensorycznych jamy ustnej (zakręt pośrodkowy i wieczko ciemieniowe) podczas ekspozycji na apetyczne obrazy żywności (2, 5) i przewidywane spożycie smacznego jedzenia (6, 7). Dane te są zgodne z modelem nagrody-surfeit, który zakłada, że osoby, które doświadczają większej nagrody z przyjmowania pokarmu, są narażone na przejadanie się (9). W zestawieniu osoby otyłe w porównaniu z osobami szczupłymi wykazały mniejszą aktywność w regionach związanych z nagrodą podczas przyjmowania smacznego jedzenia (7, 10, 11), co jest zgodne z teorią deficytu nagrody, która twierdzi, że jednostki mogą przejadać się, aby zrekompensować deficyt nagrody (12). Dane sugerują, że wyniki różnią się w zależności od tego, czy badana jest reakcja na sygnały pokarmowe w odniesieniu do spożycia pokarmu, co sugeruje, że ważne jest zbadanie reakcji na oba zjawiska.
Większość badań neuroobrazowych bezpośrednio porównywała osoby otyłe z osobami szczupłymi, co dostarczyło niewiele informacji na temat procesu etiologicznego leżącego u podstaw początkowego przyrostu masy ciała. Obecnie nie jest jasne, czy związane z otyłością różnice w odpowiedzi nerwowej na bodźce pokarmowe są spowodowane zmienionym funkcjonowaniem neuroendokrynnym, które wynika z nadmiernej ilości tkanki tłuszczowej (13, 14) w porównaniu z nawykowym, nadmiernym spożyciem kalorii, jak sugerowano w modelach etiologicznych opartych na neurobiologii (9, 12, 15, 16).
Aby bezpośrednio zbadać wpływ typowego spożycia energii (EI)4 na reakcję nerwową na bodźce pokarmowe, niezależnie od podstawowych potrzeb i tkanki tłuszczowej, sprawdziliśmy, czy oszacowania EI podwójnie znakowanej wody (DLW) były związane z większą reakcją podczas przewidywania spożycia smacznego pokarmu i zmniejszoną reakcją podczas przyjmowania ze spoczynkowym tempem metabolizmu (RMR) oraz odsetek tkanki tłuszczowej u młodzieży o prawidłowej masie ciała kontrolowanej. Postawiliśmy hipotezę, że EI będzie związane z 1) większa reaktywność w obszarach mózgu nagrody (np. prążkowie), uwagowych (np. wzrokowa i przyśrodkowa kora przedczołowa), smakowych (np. przednia wyspa i wieczek czołowy) i somatosensorycznych (np. zakręt zaśrodkowy i wieczko ciemieniowe) w jamie ustnej (np. zakręt zaśrodkowy i wieczko ciemieniowe) przewidywane spożycie smacznego pokarmu i 2) mniejsza reaktywność neuronów regionów nagrody podczas przyjmowania smacznego pokarmu.
PRZEDMIOTY I METODY
Próbka (n = 155; 75 dorastających mężczyzn i 80 dorastających kobiet) składało się z 10% Latynosów, 1% Azjatów, 4% Afroamerykanów, 79% białych i 6% Indian amerykańskich i rdzennych mieszkańców Alaski. Osoby, które zgłosiły napady objadania się lub zachowania kompensacyjne w ciągu ostatnich 3 miesięcy, zażywanie leków psychotropowych lub narkotyków, uraz głowy z utratą przytomności lub zaburzenie psychiczne z osi I w ciągu ostatniego roku (w tym jadłowstręt psychiczny, bulimia psychiczna, lub zaburzenia z napadami objadania się) zostały wykluczone. Rodzice i młodzież wyrazili świadomą pisemną zgodę na ten projekt. Uczestnicy przybyli do laboratorium po całonocnym poście, wykonali pomiary składu ciała, pomiary antropometryczne, ocenę RMR i pierwszą ocenę DLW, a po 2 tygodniach wrócili na kolejną ocenę DLW. Skany fMRI odbyły się w ciągu 1 tygodnia od oceny DLW. Institutional Review Board Oregon Research Institute zatwierdziła wszystkie metody.
EI
DLW zastosowano do oszacowania EI w okresie 2 tygodni. DLW zapewnia bardzo dokładny pomiar spożycia, który jest odporny na uprzedzenia związane z przypomnieniami dietetycznymi lub dziennikami diet (17, 18). DLW wykorzystuje znaczniki izotopowe do oceny całkowitej produkcji dwutlenku węgla, co można wykorzystać do dokładnego oszacowania zwykłego wydatku kalorycznego (19). DLW podawano natychmiast po negatywnym teście ciąży u pacjentek (jeśli dotyczy). Dawki wynosiły 1.6–2.0 g H218O (10 procent atomowych)/kg szacowana całkowita zawartość wody w organizmie. Punktowe próbki moczu pobierano bezpośrednio przed podaniem DLW oraz 1, 3 i 4 godziny po podaniu. Dwa tygodnie później pobrano 2 dodatkowe próbki moczu punktowego o tej samej porze dnia, co próbki 3 i 4 godziny po dawkowaniu. Brak próbek był pierwszą pustką tego dnia. Wydatek energetyczny (EE) obliczono za pomocą równania A6 (19), współczynniki przestrzenne rozcieńczenia (20) i zmodyfikowane równanie Weira (21) jak opisano wcześniej (22). EI na dzień obliczono z sumy EE z DLW i oszacowanej zmiany zapasów energii ciała z seryjnych pomiarów masy ciała wykonanych na początku badania (T1) i 2 tygodnie po podaniu dawki (T2). Liczbę tę podzielono przez liczbę dni między oceną wyjściową a 2 tygodniami po podaniu dawki w celu obliczenia dziennego źródła substratów energetycznych z utraty masy ciała lub magazynowania nadmiaru EI w postaci przyrostu masy ciała (23). Równanie zastosowane dla każdego uczestnika było
7800 kcal/kg to szacunkowa gęstość energii tkanki tłuszczowej (24). Zmianę masy ciała (waga w T2 - masa w T1) wykorzystano również w analizach regresji do oceny równoczesnej ważności EI z podstawowymi potrzebami jako zastępcą kontrolowanego bilansu energetycznego.
RMR
RMR mierzono za pomocą kalorymetrii pośredniej z systemem pomiaru metabolizmu TrueOne 2400 (ParvoMedics Inc) podczas pierwszej oceny DLW. RMR stanowi 60–75% dziennej dawki EE i wiąże się z utrzymaniem głównych funkcji fizjologicznych organizmu (25). W celu oceny RMR uczestnicy przybywali do laboratorium po całonocnym poście (zakres: 5–15 h) i powstrzymywali się od ćwiczeń przez 24 h przed badaniem. Zróżnicowanie wynikało z liczby godzin przespanych poprzedniej nocy. Uczestnicy odpoczywali spokojnie w pokoju o kontrolowanej temperaturze przez 20 minut, a na głowę uczestnika zakładano przezroczysty plastikowy kaptur, który był podłączony do urządzenia. Aby określić RMR, spoczynkową wymianę gazową zmierzono za pomocą obliczeń O2 konsumpcja (VO2) i CO2 produkcja (VCO2) uzyskiwane w odstępach 10-sekundowych przez 30–35 min. Uczestnicy pozostawali nieruchomi i przytomni, a ostatnie 25–30 minut pomiaru wykorzystano do obliczenia RMR. Ustalono ważność i wiarygodność tej metody oceny RMR (26, 27).
Procent tkanki tłuszczowej
Pletyzmografię wypierania powietrza wykorzystano do oszacowania procentowej zawartości tkanki tłuszczowej za pomocą Bod Pod S/T (COSMED USA Inc) przy użyciu zalecanych procedur na podstawie równań odpowiednich dla wieku i płci (28). Gęstość ciała obliczono jako masę ciała (ocenioną przez bezpośrednie ważenie) podzieloną przez objętość ciała. Odsetek szacunków tkanki tłuszczowej wykazał wiarygodność testu-powtórnego testu (r = 0.92–0.99) i korelacja z dwuenergetyczną absorpcjometrią rentgenowską i szacunkami ważenia hydrostatycznego procentowej zawartości tkanki tłuszczowej (r = 0.98–0.99) (29).
Środki behawioralne
Inwentarz pragnienia jedzenia (30) wykorzystano do oceny apetytu na różne produkty spożywcze. Ta skala została dostosowana tak, aby obejmowała również oceny tego, jak smakowici uczestnicy uznali każde jedzenie (7). Odpowiedzi były na 5-stopniowej skali Likerta dla pragnienia [od 1 (nigdy nie pragnąć) do 5 (zawsze pragnąć)] i 4-punktowej skali dla lubienia [od 1 (nie lubię) do 4 (kocham)]. Oryginalny Inwentarz Głodu Żywności wykazał spójność wewnętrzną (α = 0.93), rzetelność testu-powtórnego testu 2-tygodniowego (r = 0.86) oraz wrażliwość na wykrywanie efektów interwencji (30). Na skanie fMRI, dzienny głód został oceniony przed skanem za pomocą 100-milimetrowej wizualnej analogowej skali zakotwiczonej od 0 (w ogóle nie jestem głodny) do 100 (bardzo głodny).
paradygmat fMRI
Ocena fMRI miała miejsce w ciągu 1 tygodnia od pomiarów DLW i RMR. W dniu skanowania uczestnicy zostali poproszeni o spożywanie regularnych posiłków, ale powstrzymanie się od jedzenia i picia napojów zawierających kofeinę przez 5 godzin poprzedzających skanowanie. Paradygmat fMRI oceniał reakcję na spożycie i przewidywane spożycie smacznego pokarmu [patrz Stice i in. (31) dla dodatkowych szczegółów paradygmatu]. Bodźcami były 2 obrazy (szklanki koktajlu mlecznego i wody), które sygnalizowały zbliżające się dostarczenie odpowiednio 0.5 ml czekoladowego koktajlu mlecznego lub roztworu bez smaku. Koktajl mleczny (270 kcal, 13.5 g tłuszczu i 28 g cukru/150 ml) przygotowano z 60 g lodów waniliowych, 80 ml 2% mleka i 15 ml syropu czekoladowego. Bezsmakowy roztwór, który miał naśladować naturalny smak śliny, składał się z 25 mmol KCl/L i 2.5 mmol NaHCO3/L. W 40% prób smak nie został dostarczony po wskazaniu, aby umożliwić zbadanie odpowiedzi neuronalnej na oczekiwanie na smak, który nie był pomieszany z faktycznym odbiorem smaku (próby niesparowane). Było 30 powtórzeń zarówno spożycia koktajlu mlecznego, jak i spożycia roztworu bez smaku oraz 20 powtórzeń zarówno niesparowanej wskazówki dotyczącej koktajlu mlecznego, jak i niesparowanej wskazówki dotyczącej rozwiązania bez smaku. Smaki dostarczano za pomocą programowalnych pomp strzykawkowych. Strzykawki wypełnione koktajlem mlecznym i bezsmakowym roztworem zostały połączone rurką z kolektorem, który pasował do ust uczestników i dostarczał smak do spójnego segmentu języka. Bodźce wizualne prezentowano za pomocą systemu projektora cyfrowego/zwierciadła z odwróconym ekranem. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby przełknąć, gdy pojawi się sygnał połknięcia.
Akwizycja obrazu, wstępne przetwarzanie i analiza
Skanowanie przeprowadzono za pomocą głowicowego skanera MRI Allegra 3 Tesla (Siemens Medical Solutions USA Inc). Cewka z klatki dla ptaków została wykorzystana do pozyskania danych z całego mózgu. Skany czynnościowe wykorzystywały sekwencję obrazowania płaskiego echa pojedynczego ważonego gradientem T2* (czas echa: 30 ms; czas powtórzenia: 2000 ms; kąt obrotu: 80°) z rozdzielczością w płaszczyźnie 0 × 3.0 mm2 (64 × 64 matrix; 192 × 192 mm2 pole widzenia). Trzydzieści dwa 4-milimetrowe skrawki (akwizycja z przeplotem; bez pominięcia) uzyskano wzdłuż poprzecznej skośnej płaszczyzny spoidła przedniego spoidła tylnego, jak określono na podstawie przekroju środkowego strzałkowego. Zastosowano korektę akwizycji prospektywnej w celu dostosowania pozycji i orientacji wycinka, a także do ponownego siatkowania resztkowego ruchu objętości do objętości w czasie rzeczywistym podczas akwizycji danych w celu zmniejszenia efektów wywołanych ruchem (32). Żaden z uczestników nie poruszył się o więcej niż 2 mm lub 2° w dowolnym kierunku. Sekwencja ważona T1 z odzyskiem inwersji w wysokiej rozdzielczości (MP-RAGE; pole widzenia: 256 × 256 mm2; matryca 256 × 256; grubość: 1.0mm; uzyskano numer wycinka: ∼160).
Obrazy anatomiczne i czynnościowe zostały ręcznie przeorientowane na linię spoidła przedniego i spoidła tylnego oraz usunięto czaszkę za pomocą funkcji narzędzia do ekstrakcji mózgu w FSL (wersja 5.0; Functional Magnetic Resonance Imaging of the Brain group). Dane zostały następnie wstępnie przetworzone i przeanalizowane przy użyciu SPM8 (Wellcome Department of Imaging Neuroscience) w MATLAB (wersja R2009b dla Mac; The Mathworks Inc). Obrazy funkcjonalne wyrównano do średniej, a zarówno obrazy anatomiczne, jak i funkcjonalne znormalizowano do standardowego szablonu mózgu T1 Instytutu Neurologicznego w Montrealu (MNI) (ICBM152). Normalizacja dała woksel o wielkości 3 mm3 dla obrazów funkcjonalnych i rozmiaru wokseli 1 mm3 do obrazów anatomicznych o wysokiej rozdzielczości. Funkcjonalne obrazy wygładzono za pomocą izotropowego jądra Gaussa 6 mm FWHM. 128-sekundowy filtr górnoprzepustowy usuwa szumy o niskiej częstotliwości i dryf sygnału. Obrazy anatomiczne podzielono na istotę szarą i białą za pomocą zestawu narzędzi DARTEL w SPM (33); średnia uzyskanej istoty szarej została wykorzystana jako podstawa dla inkluzywnej maski istoty szarej przed analizą na poziomie grupy.
Aby zidentyfikować obszary mózgu aktywowane przez oczekiwanie na nagrodę pokarmową, odpowiedź zależna od poziomu tlenu we krwi (BOLD) podczas prezentacji niesparowanej wskazówki, która sygnalizowała zbliżające się dostarczenie koktajlu mlecznego, została skontrastowana z reakcją podczas prezentacji niesparowanej wskazówki, która sygnalizowała zbliżające się dostawa roztworu bez smaku (oczekiwany koktajl mleczny > przewidywany roztwór bez smaku). Aby zidentyfikować regiony aktywowane przez spożycie smacznego pokarmu, zastosowano kontrast (spożycie koktajlu mlecznego > spożycie roztworu bez smaku). Te indywidualne kontrasty poziomów zastosowano w analizach regresji EI z RMR i kontrolowanym procentem tkanki tłuszczowej, aby jak najlepiej uchwycić efekty EI, które stanowiły podstawowe potrzeby i tkankę tłuszczową. Próg dotyczący klastrów P < 0.001 z k (wielkość klastra) > 12 uznano za istotne w P <0.05 skorygowane dla wielokrotnych porównań w całym mózgu. Próg ten został określony przez oszacowanie naturalnej gładkości danych funkcjonalnych zamaskowanych istotą szarą za pomocą modułu 3dFWHMx w oprogramowaniu AFNI (wersja 05_26_1457) i przeprowadzenie 10,000 3 symulacji Monte Carlo losowego szumu przy XNUMX mm3 poprzez te dane za pomocą modułu 3DClustSim oprogramowania AFNI (34). Metodę tę wykonano dla każdej niezależnej analizy, a skupienie zaokrąglono do najbliższej liczby całkowitej. We wszystkich przypadkach tak było k >12. Przedstawione wyniki nie uległy osłabieniu, gdy kontrolowano fazę menstruacyjną i płeć, ręczność lub głód, chyba że zaznaczono inaczej. Współrzędne stereotaktyczne są prezentowane w przestrzeni MNI, a obrazy są prezentowane na średnim anatomicznym obrazie mózgu dla próbki. Na podstawie wcześniejszych badań, które implikowały regiony nagrody za pośrednictwem dopaminy w odpowiedzi na bodźce pokarmowe (3-8, 10), przeprowadzono bardziej czułą analizę obszaru zainteresowania na prążkowiu (jądrze ogoniastym i skorupie). Zmienne oszacowania średniej aktywności prążkowia na osobę oceniono za pomocą programu MarsBaR (35) w odpowiedzi na główne efekty (oczekiwany koktajl mleczny > przewidywany roztwór bez smaku) i (spożycie koktajlu mlecznego > spożycie roztworu bez smaku). Te oszacowania zmiennych wykorzystano w modelach regresji, które kontrolowały RMR i procent tkanki tłuszczowej z EI. Rozmiary efektów (r) pochodziły z z wartości (z/ √N).
Równolegle z analizami fMRI wykorzystaliśmy analizy regresji, które kontrolowały RMR i procent tkanki tłuszczowej, aby sprawdzić, czy EI był związany ze zmianą masy ciała w ciągu 2-tygodniowego okresu oceny DLW, zgłaszane przez siebie pomiary głodu i upodobania do jedzenia oraz głód. Analiza statystyczna non-fMRI, w tym testy normalności rozkładu statystyk opisowych (średnie ± SD) i liniowości relacji, analizy regresji i niezależna próba t testy przeprowadzono z oprogramowaniem SPSS (dla Mac OS X, wersja 19; SPSS Inc). Wszystkie przedstawione dane zostały sprawdzone pod kątem nadmiernie wpływowych punktów danych.
WYNIKI
Szacunki DLW dotyczące EI dały średnie spożycie kalorii na poziomie 2566 kcal/d (Tabela 1). EI było istotnie związane ze zgłaszanymi zachciankami na jedzenie (półczęściowe r = 0.19, P = 0.025) i upodobania do jedzenia (półczęściowe r = 0.33, P = 0.001), ale nie głód (półczęściowy r = -0.12, P = 0.14). Analizy regresji wykazały dodatnią zależność między EI a zmianą masy ciała w ciągu 2-tygodniowego okresu DLW (półczęściowe r = 0.85, P < 0.001), co sugerowało, że EI uwzględniająca podstawowe potrzeby i procentową zawartość tkanki tłuszczowej może służyć jako przybliżenie bilansu energetycznego. W porównaniu z dorastającymi kobietami, dorastający mężczyźni mieli znacznie wyższy EI (P < 0.001), RMR (P < 0.001) i niższy procent tkanki tłuszczowej (P <0.001) (Tabela 1). Nie zaobserwowano żadnych innych istotnych różnic między dorastającymi mężczyznami i dorastającymi kobietami (P= 0.09 – 0.44).
Responsywność EI i BOLD
Dla przewidywanego kontrastu koktajl mleczny > oczekiwany bezsmakowy roztwór, EI korelowało dodatnio z aktywacją w górnej bocznej korze wzrokowej zlokalizowanej w płacie ciemieniowym i przednim zakręcie obręczy (obszary związane z przetwarzaniem wzrokowym i uwagą) (Tabela 2, Rysunek 1), wieczka czołowego (obszar pierwotnej kory smakowej) i tylnej kory zakrętu obręczy (uważa się, że koduje istotność bodźców). Znaczącą aktywację zaobserwowano również w przedklinku i klinie (które były związane z uwagą / wyobrażeniami), tylnym środkowym zakręcie skroniowym (który był związany z pamięcią semantyczną) i innych regionach bocznej żyły ciemieniowej (np. zakręt nadbrzeżny) (Tabela 2). EI nie było istotnie związane z odpowiedzią BOLD podczas spożywania koktajlu mlecznego.
Po określeniu średnich oszacowań zmiennych przy użyciu opisanego wcześniej podejścia do obszaru zainteresowania, aktywność prążkowia w odpowiedzi na oczekiwanie na koktajl mleczny (> przewidywanie bezsmakowego roztworu) wykazała niewielki, dodatni związek z EI (półczęściowy r = 0.18, P = 0.038). Jednak analizy regresji wykazały, że średnia aktywność prążkowia podczas spożycia koktajlu mlecznego (> spożycie bez smaku) nie była istotnie związana z EI (półczęściowa r = 0.04, P =
Responsywność RMR i BOLD
Uznaliśmy za rozsądne zbadanie, czy RMR koreluje bezpośrednio z reakcją BOLD i sprawdzenie, czy obserwowane efekty były spowodowane indywidualnymi różnicami w podstawowych potrzebach. Nie zaobserwowano istotnych zależności między reakcją RMR i BOLD podczas koktajlu mlecznego lub przewidywanego spożycia koktajlu mlecznego.
DYSKUSJA
Odkrycie, że EI, które odpowiada za podstawowe potrzeby i tkankę tłuszczową, było pozytywnie związane z uwagą, smakiem i reakcją na nagrodę, gdy badani przewidywali spożycie pokarmu, powtórzyło wyniki obserwowane, gdy porównano reakcję nerwową osób otyłych i szczupłych na to zdarzenie (6, 7). Według naszej wiedzy obecne badanie dostarczyło nowych dowodów na to, że zwiększona EI, a nie nadmiar tkanki tłuszczowej, może napędzać tę nadreaktywność. W szczególności zaobserwowaliśmy zwiększoną aktywność podczas oczekiwania w regionach związanych z przetwarzaniem wzrokowym i uwagą [boczna kora wzrokowa, przedklinek i przednie zakręty obręczy (36)], procesy smakowe [operculum czołowe (37)] oraz region, który uważa się za kodujący wyrazistość bodźców [tylny zakręt obręczy (38)]. Zaobserwowano również niewielki, ale pozytywny związek między aktywnością w regionie nagrody lub zachęty (prążkowie) a EI podczas przewidywania.
Na poparcie obecnych wyników wzrost masy tłuszczu w okresie 6 miesięcy był związany ze wzrostem reakcji na smaczne obrazy żywności w obszarach przetwarzania wzrokowego / uwagi i smakowych w stosunku do linii podstawowej (39). Ponadto dane behawioralne wykazały, że osoby losowo przydzielone do spożywania pokarmów o dużej gęstości energetycznej przez okresy 2–3 tygodni wykazywały zwiększoną chęć do pracy (tj. zachętę do spożywania tych pokarmów) (40, 41). Wyniki te wskazują, że nadmiar EI może przyczyniać się do nadreaktywności regionów uwagi, smaku i nagrody na wskazówki dotyczące przyszłego spożycia pokarmu. Ta interpretacja jest zgodna z teorią uczulenia na bodźce (16), co zakłada, że nagroda za spożycie i przewidywane spożycie działa w tandemie z rozwojem wzmacniającej wartości żywności, ale po wielokrotnym parowaniu nagrody żywnościowej i wskazówek, które przewidują tę nagrodę, nagroda antycypacyjna wzrasta. Obecne wyniki są również zgodne z dynamicznym modelem podatności na otyłość (31, 42), co sugeruje, że zwiększona reaktywność w regionach uwagi, smaku i nagrody na sygnały pokarmowe może zwiększać podatność na te sygnały, co sprzyja dodatkowemu spożyciu w sposób sprzężony do przodu. Ze względu na przekrojowy charakter obecnych wyników możliwe jest również, że osoby z wrodzoną nadreaktywnością tych obszarów mózgu, gdy spodziewają się jedzenia, częściej przejadają się. Taka interpretacja jest zgodna z teoriami otyłości z nadmiarem nagrody (9). Dlatego konieczne jest, aby przyszłe badania sprawdziły, czy podwyższona reaktywność obserwowana w bieżącym badaniu przewiduje przyszły przyrost masy ciała w długoterminowej obserwacji.
Zaobserwowaliśmy również aktywność związaną z EI w tylnym środkowym zakręcie skroniowym, która jest zwykle związana z pamięcią semantyczną (43, 44). Jednak osoby otyłe w porównaniu z osobami szczupłymi wykazywały większą reakcję w tym regionie, gdy pokazano im obrazy apetycznych potraw (3) zgodnie z obecnymi ustaleniami. Region ten został również aktywowany w paradygmatach, które oceniały reakcję na bodźce, które, jak się uważa, wywołują głód u zwykłych użytkowników substancji. Na przykład u obecnych palaczy głód wywołany sygnałem palenia był związany z aktywnością środkowego zakrętu skroniowego (45), a podobne wyniki zaobserwowano u obecnych użytkowników kokainy (46). W związku z tym zaobserwowaliśmy niewielki, ale znaczący związek z zgłaszanym pragnieniem jedzenia i EI. Obecne wyniki wskazują, że ogólna wskazówka dotycząca koktajli mlecznych może wywoływać wspomnienia o właściwościach sensorycznych zbliżającego się spożycia pokarmów o wysokiej zawartości tłuszczu i cukru i może wywoływać większy głód lub aktywność mózgu związaną z głodem u osób z podwyższonym spożyciem.
Wcześniej informowaliśmy, że częste spożywanie lodów, ale nie całkowite spożycie kalorii, było związane ze zmniejszoną odpowiedzią na spożycie koktajli mlecznych na bazie lodów w obszarach mózgu związanych z nagrodą za pośrednictwem dopaminy w tej próbce (47). Obecne badanie wykorzystało obiektywną miarę EI i również nie wykazało związku. Teoretycznie, po wielokrotnym spożyciu określonego rodzaju smacznego pokarmu, sygnalizacja dopaminowa ucząca się nagrody zmienia się z występującej po spożyciu tego pokarmu na występującą w odpowiedzi na sygnały, które przewidują potencjalną dostępność pokarmu, co jest procesem udokumentowanym w doświadczeniach na zwierzętach (48). Obecne techniki obrazowania i koszty ograniczają możliwość oceny reakcji nerwowej na wiele pokarmów. Dotychczasowe wykorzystanie częstotliwości pokarmowej pozwoliło na szczegółową analizę spożycia określonych pokarmów, z naciskiem na pożywienie podawane w skanerze. Chociaż miara DLW zastosowana w tym badaniu zapewniła obiektywną i dokładniejszą miarę EI, nie oceniała gęstości energii ani zawartości makroskładników w spożywanej żywności. Do tej pory w literaturze istnieje luka dotycząca interakcji między neuronowymi efektami zwykłego spożywania pokarmów a zawartością makroskładników odżywczych, chociaż odnotowano ostre różnice w odpowiedzi neuronalnej na pokarmy zróżnicowane w zależności od zawartości makroskładników odżywczych (49).
Interpretując wyniki, należy wziąć pod uwagę ograniczenia tego badania. Jak zauważono, projekt przekrojowy był kluczowym ograniczeniem, ponieważ nie mogliśmy określić, czy wzorzec odpowiedzi neuronalnej zwiększał ryzyko przejadania się w przyszłości, czy też był konsekwencją nadmiernej konsumpcji. Bieżąca próbka jest śledzona wzdłużnie, a skojarzenia ze zmianą masy ciała zapewnią wgląd w to pytanie; jednak eksperyment, który manipuluje spożyciem, jest niezbędny do uzyskania mocnych wniosków przyczynowych, które nie mogą być oparte na potencjalnych zakłóceniach. Bieżąca miara EI może służyć jako przybliżenie bilansu energetycznego ocenianego 2-tygodniowego okresu, ale nie może jednocześnie uwzględniać EI i wydatków ani nie może być uważana za bezpośrednią miarę przejadania się u wszystkich uczestników. Na przykład, w porównaniu z dorastającymi kobietami, dorastający mężczyźni wykazywali wyższe EI i RMR, ale podobne BMI i niższą tkankę tłuszczową, co sugerowało, że dorastający mężczyźni zużywają więcej energii. Przyszłe badania powinny rozważyć obiektywne miary aktywności, takie jak akcelerometry, aby lepiej wychwytywać EE, jeśli DLW jest używany do oszacowania EI. Pomimo tego ograniczenia, EI dostarczyło obiektywnej miary spożycia, które miało miejsce w naturalnym otoczeniu uczestnika w okresie 2 tygodni, które było odporne na błędy autoprezentacji.
Podsumowując, nadreaktywność podczas przewidywanego spożycia pokarmu i po wystawieniu na apetyczne sygnały pokarmowe odnotowano u osób otyłych w porównaniu z osobami szczupłymi (1-8). Obecne badanie rozszerza te odkrycia, dostarczając nowych dowodów, zgodnie z naszą wiedzą, że obiektywna miara nawykowego spożycia jest związana z reakcją hiperneuralną podczas przewidywania smacznego spożycia pokarmu niezależnie od podstawowych potrzeb energetycznych i ilości tkanki tłuszczowej. Ze względu na przekrojowy charakter badania, czasowe pierwszeństwo wyników jest niejasne. Osiągnięcie lepszego zrozumienia wrodzonych, indywidualnych czynników różnicujących, które przyczyniają się do przejadania się, zapewniłoby dodatkowy wgląd w rozwój i utrzymanie otyłości, a także dostarczyłoby krytycznych informacji w rozwoju programów zapobiegania otyłości.
Podziękowanie
Dziękujemy Lewis Center for Neuroimaging na University of Oregon za ich wkład i pomoc w obrazowaniu w tym badaniu.
Obowiązki autorów były następujące — KSB i ES: byli odpowiedzialni za pisanie manuskryptu i poprawki. KSB: asystował w zbieraniu danych i przeprowadzał analizę danych; oraz ES: była odpowiedzialna za projekt badania i znacząco przyczyniła się do analizy danych. Żaden z autorów nie miał konfliktu interesów.
Przypisy
4Zastosowane skróty: BOLD, zależne od poziomu tlenu we krwi; DLW, podwójnie oznakowana woda; EE, wydatek energetyczny; EI, pobór energii; MNI, Instytut Neurologiczny w Montrealu; RMR, spoczynkowa przemiana materii.
LITERATURA
;