Podwyższone spożycie energii jest skorelowane z nadreaktywnością w obszarach mózgu uwagi, smaku i nagrody, jednocześnie przewidując smaczne przyjmowanie żywności (2013)

Am J Clin Nutr. 2013 Jun; 97 (6): 1188-94. doi: 10.3945 / ajcn.112.055285. Epub 2013 Apr 17.

Burger KS1, Stice E.

Abstrakcyjny

Tło: Osoby otyłe w porównaniu z osobami szczupłymi wykazują większą wrażliwość na regiony uwagi, smaku i nagrody na sygnały pokarmowe, ale zmniejszyły reakcję regionu nagrody podczas przyjmowania pokarmu. Jednakże, według naszej wiedzy, badania nie testowały, czy obiektywnie zmierzone spożycie kalorii jest pozytywnie powiązane z odpowiedzialnością neuronalną niezależną od nadmiaru tkanki tłuszczowej.

Cel: Przetestowaliśmy hipotezę, że obiektywnie zmierzone spożycie energii, które odpowiada podstawowym potrzebom i procentowi tkanki tłuszczowej, koreluje dodatnio z odpowiedzią neuronalną na przewidywane smaczne przyjmowanie pokarmu, ale negatywnie z odpowiedzią na przyjmowanie pokarmu przez młodzież zdrową.

Design: Uczestnicy (n = 155; średnia ± SD wiek: 15.9 ± 1.1 y) ukończyła funkcjonalne badania obrazowania rezonansu magnetycznego, przewidując i otrzymując smaczny pokarm w porównaniu z rozwiązaniem bez smaku, podwójnie oznaczona ocena poboru energii przez wodę i ocena spoczynkowego tempa metabolizmu i składu ciała.

wyniki: Spożycie energii korelowało dodatnio z aktywacją w bocznych wizualnych i przednich zakrętach obręczy (przetwarzanie wzrokowe i uwaga), czołową operacją (pierwotna kora smakowa) podczas przewidywania smacznego jedzenia i większą aktywacją prążkowia, gdy przewidywano smaczny pokarm w analizie bardziej wrażliwego regionu zainteresowania . Pobór energii nie był istotnie związany z odpowiedzią neuronalną podczas spożywania smacznego pokarmu.

Wnioski: Wyniki wskazują, że obiektywnie zmierzone spożycie energii odpowiadające za podstawowe potrzeby i tkankę tłuszczową koreluje dodatnio z aktywnością w regionach uwagi, smaku i nagradzania 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 znaczącego wglądu w różnice w reakcji nerwowej na bodźce pokarmowe jako funkcję statusu wagi. W szczególności osoby otyłe w porównaniu z osobami szczupłymi wykazały większą wrażliwość w regionach związanych z nagrodami (prążkowie, bladość, ciało migdałowate i kora oczodołowo-czołowa) oraz obszary uwagi (kory wzrokowe i przednie obręczy) na apetyczne obrazy żywności (1-5), przewidywane smaczne spożycie żywności (6, 7), a zapachy żywności (8). Otyli w porównaniu z szczupłymi ludźmi wykazali również większą aktywację w pierwotnej korze smakowej (przednia wyspia i czołowa operculum) oraz w ustnych obszarach somatosensorycznych (zakrętu pośrodkowego i osłonie ciemieniowej) podczas ekspozycji na apetyczne zdjęcia żywności (2, 5) i przewidywane smaczne spożycie żywności (6, 7). Dane te są zgodne z modelem nadwyżki nagród, który zakłada, że ​​osoby, które doświadczają więcej nagród z przyjmowania pożywienia, są narażone na ryzyko przejadania się (9). W zestawieniu z otyłością w porównaniu z osobami szczupłymi wykazano mniejszą aktywność w regionach związanych z nagrodami podczas spożywania smacznych pokarmów (7, 10, 11), co jest zgodne z teorią deficytu nagrody, która zapewnia, 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 stosunku do spożycia żywności, co sugeruje, że ważne jest zbadanie reakcji na oba zjawiska.

Większość badań neuroobrazowania bezpośrednio porównało otyłość z osobami szczupłymi, które dostarczyły niewiele informacji na temat procesu etiologicznego, który leży 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 ze zwykłym nadmiarem kalorii, jak sugerowano w modelach etiologicznych opartych na neurobiologii (9, 12, 15, 16).

Aby bezpośrednio zbadać wpływ typowego poboru energii (EI)4 w odniesieniu do odpowiedzi neuronalnej na bodźce pokarmowe, niezależnie od podstawowych potrzeb i tkanki tłuszczowej, badaliśmy, czy oszacowania EI podwójnie znakowanej wody (DLW) wiązały się z większą odpowiedzią przy przewidywaniu spożywania smacznego pokarmu i zmniejszonej reakcji podczas przyjmowania z spoczynkową szybkością metabolizmu (RMR) i procent tkanki tłuszczowej u zdrowej młodzieży kontrolowanej. Postawiliśmy hipotezę, że EI będzie związane z 1) większa odpowiedź w nagrodzie (np. prążkowiu), uważna (np. wzrokowa i przyśrodkowa kora przedczołowa), smakowe (np. przednia wyspa i czołowa operculum), oraz obszary somatosensoryczne jamy ustnej (np. zakrętu pooperacyjnego i opuszki ciemieniowej) w odpowiedzi na przewidywane smaczne spożycie żywności i 2) mniej reakcji nerwowej regionów nagrody podczas spożywania smacznego pokarmu.

PRZEDMIOTY I METODY

Próbka (n = 155; 75 nastoletnich mężczyzn i 80 nastoletnich kobiet) składało się z 10% Latynosów, 1% Azjatów, 4% Afroamerykanów, 79% białych i 6% Indian amerykańskich i rdzennych mieszkańców Alaski. Osoby, które zgłosiły napadowe objadanie się lub zachowania kompensacyjne w ciągu ostatnich 3 miesięcy, stosowanie leków psychotropowych lub nielegalnych narkotyków, uraz głowy z utratą przytomności lub zaburzenia psychiatryczne z osi I w ciągu ostatniego roku (w tym jadłowstręt psychiczny, bulimia, lub napadowego objadania się) zostały wykluczone. Rodzice i młodzież wyrazili świadomą pisemną zgodę na ten projekt. Uczestnicy przybyli do laboratorium po całonocnym poście, ukończyli skład ciała, pomiary antropometryczne, ocenę RMR i pierwszą ocenę DLW, a następnie wrócili 2 tygodnie później w celu dalszej oceny DLW. Skany fMRI przeprowadzono w ciągu 1 tygodnia od oceny DLW. Institutional Review Board Oregon Research Institute zatwierdziła wszystkie metody.

EI

DLW użyto do oszacowania EI w okresie 2-wk. DLW zapewnia bardzo dokładny pomiar spożycia, który jest odporny na uprzedzenia związane z wycofywaniem pokarmów lub dziennikami diety (17, 18). DLW wykorzystuje znaczniki izotopowe do oceny całkowitej produkcji dwutlenku węgla, która może być wykorzystana do dokładnego oszacowania zwykłych wydatków kalorycznych (19). DLW podawano natychmiast po tym, jak osobnicy testowali negatywnie na ciążę (jeśli dotyczy). Dawki były 1.6 – 2.0 g H218O (procent atomowy 10) / kg szacunkowa całkowita ilość wody w organizmie. Miejscowe próbki moczu zbierano bezpośrednio przed podaniem DLW i po dawkowaniu 1, 3 i 4-h. Dwa tygodnie później pobrano dodatkowe próbki moczu 2 o tej samej porze dnia, jak próbki 3 i 4-h po podaniu dawki. Żadne próbki nie były pierwszą pustką dnia. Wydatek energetyczny (EE) obliczono za pomocą równania A6 (19), współczynniki przestrzeni rozmycia (20) i zmodyfikowane równanie Weira (21) jak wcześniej opisano (22). EI na dzień obliczano na podstawie sumy EE z DLW i szacowanej zmiany zapasów energii w ciele z seryjnych pomiarów masy ciała wykonanych na początku badania (T1) i 2-wk po podaniu (T2). Liczba ta została podzielona przez liczbę dni między oceną wyjściową a 2-wk po podaniu dawki w celu obliczenia dziennego źródła substratów energetycznych z utraty wagi lub przechowywania nadmiaru EI jako przyrostu masy ciała (23). Równanie użyte dla każdego uczestnika było

Zewnętrzny plik zawierający obraz, ilustrację itp. Nazwa obiektu to ajcn9761188equ1.jpg

7800 kcal / kg jest oszacowaniem gęstości energii tkanki tłuszczowej (24). Zmiana wagi (waga w T2 - waga w T1) została również wykorzystana w analizach regresji do oceny równoczesnej ważności EI z podstawowymi potrzebami jako proxy dla kontrolowanego bilansu energetycznego.

RMR

RMR mierzono za pomocą kalorymetrii pośredniej za pomocą TrueOne 2400 Metabolic Measurement System (ParvoMedics Inc) przy pierwszej ocenie DLW. RMR obejmuje 60 – 75% dziennego EE i wiąże się z utrzymaniem głównych funkcji fizjologicznych organizmu (25). W celu oceny RMR uczestnicy przybyli do laboratorium po całonocnym poście (zakres: 5–15 h) i powstrzymali się od ćwiczeń przez 24 godziny przed badaniem. Zmienność wynikała z liczby godzin przespanych poprzedniej nocy. Uczestnicy odpoczywali spokojnie w pomieszczeniu z kontrolowaną temperaturą przez 20 minut, a na głowę uczestnika zakładano przezroczysty plastikowy kaptur, który był podłączony do urządzenia. Aby wyznaczyć RMR, mierzono spoczynkową wymianę gazową za pomocą obliczeń O2 konsumpcja (VO2) i CO2 produkcja (VCO2) uzyskane w odstępach 10-s dla 30 – 35 min. Uczestnicy pozostawali nieruchomi i przebudzeni, a ostatnie min 25 – 30 pomiaru wykorzystano do obliczenia RMR. Ustalono ważność i wiarygodność tej metody oceny RMR (26, 27).

Procent tkanki tłuszczowej

Pletyzmografia z przemieszczaniem powietrza została wykorzystana do oszacowania procentowej zawartości tkanki tłuszczowej w Bod Pod S / T (COSMED USA Inc) za pomocą zalecanych procedur na podstawie równań odpowiednich dla wieku i płci (28). Gęstość ciała obliczano jako masę ciała (ocenianą za pomocą ważenia bezpośredniego) podzieloną przez objętość ciała. Odsetek oszacowań tkanki tłuszczowej wykazał niezawodność w ponownym testowaniu (r = 0.92 – 0.99) i korelacja z absorpcjometrią rentgenowską o podwójnej energii i oszacowaniami ważenia hydrostatycznego procentowej zawartości tkanki tłuszczowej (r = 0.98 – 0.99) (29).

Środki behawioralne

Inwentarz pragnienia żywności (30) został użyty do oceny głodu różnych produktów spożywczych. Skala ta została przystosowana do uwzględnienia ocen tego, jak smaczni uczestnicy znaleźli każde jedzenie (7). Odpowiedzi były na skali Likerta dla 5-point dla pragnienia [od 1 (nigdy nie pragnęli) do 5 (zawsze pożądaj)] i skali punktu 4 dla sympatii [od 1 (niechęć) do 4 (miłość)]. Oryginalny ekwipunek Food Craving wykazał wewnętrzną spójność (α = 0.93), niezawodność testu 2-wk (testr = 0.86) i wrażliwość na wykrywanie efektów interwencji (30). Podczas skanowania fMRI głód dzienny oceniano przed skanowaniem za pomocą modalnej wizualnej skali analogowej 100 mm zakotwiczonej przez 0 (w ogóle nie głodnej) do 100 (wyjątkowo głodny).

paradygmat fMRI

Ocena fMRI wystąpiła w ciągu 1 wklejenia pomiarów DLW i RMR. W dniu skanowania uczestnicy zostali poproszeni o spożywanie regularnych posiłków, ale powstrzymanie się od jedzenia lub picia napojów zawierających kofeinę w 5 h poprzedzającym badanie. Paradygmat fMRI ocenił odpowiedź na spożycie i przewidywane spożycie smacznego pokarmu [patrz Stice i in.31) dla dodatkowych szczegółów paradygmatu]. Bodźcem były obrazy 2 (szklanki koktajlu mlecznego i wody), które sygnalizowały zbliżające się dostarczenie albo mlecznego czekolady 0.5 mL albo roztworu bez smaku, odpowiednio. Koktajl mleczny (270 kcal, tłuszcz 13.5 g i cukier 28 g / 150 ml) przygotowano z lodami waniliowymi 60 g, mleczkiem 80 ml 2% i syropem czekoladowym 15 ml. Bezsmakowe rozwiązanie, które miało naśladować naturalny smak śliny, składało się z 25 mmol KCl / L i 2.5 mmol NaHCO3/ L. W 40% prób smak nie został dostarczony po sygnale, aby umożliwić zbadanie odpowiedzi neuronalnej na oczekiwanie smaku, który nie został zmieszany z rzeczywistym odbiorem smaku (niesparowane próby). Były powtórzenia 30 zarówno spożycia mlecznego jak i bez smaku roztworu oraz powtórzenia 20 zarówno niesparowanej wskazówki mlecznego koktajlu, jak i wskazówki niesparowanego roztworu smaku. Smaki były dostarczane za pomocą programowalnych pomp strzykawkowych. Strzykawki wypełnione koktajlem mlecznym i bez smaku połączono przewodem rurowym z kolektorem, który pasował do ust uczestników i dostarczał smaku do spójnego segmentu języka. Bodźce wizualne były prezentowane za pomocą cyfrowego lustra projektora / ekranu odwrotnego. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby połykać, gdy pojawił się sygnał jaskółki.

Akwizycja obrazu, przetwarzanie wstępne i analiza

Skanowanie przeprowadzono za pomocą wyłącznie skanera MRI Allegra 3 Tesla (Siemens Medical Solutions USA Inc). Cewka klatka dla ptaków została wykorzystana do pozyskania danych z całego mózgu. Skany funkcjonalne wykorzystywały sekwencję obrazowania płaskiego echa gradientowego T2 * (czas echa: 30 ms; czas powtarzania: 2000 ms; kąt odwrócenia: 80 °) z IN0plane rozdzielczością 3.0 × 3.0 mm2 (64 × 64 matrix; 192 × 192 mm2 pole widzenia). Trzydzieści dwa plasterki 4-mm (nabyte z przeplotem; bez przeskoku) uzyskano wzdłuż poprzecznej płaszczyzny ukośnej przedniej spoidłowo-tylnej spoidła, jak określono w przekroju środkowym. Zastosowano korektę prospektywnego pozyskiwania w celu dostosowania położenia i orientacji wycinka, a także w celu zarejestrowania ruchu resztkowej objętości do objętości w czasie rzeczywistym podczas akwizycji danych w celu zmniejszenia efektów wywołanych ruchem (32). Żaden uczestnik nie poruszył się> 2 mm lub 2 ° w żadnym kierunku. Sekwencja ważona T1 w wysokiej rozdzielczości z odzyskiem inwersji (MP-RAGE; pole widzenia: 256 × 256 mm2; Matryca 256 × 256; grubość: 1.0 mm; numer plasterka: ∼160) został uzyskany.

Anatomiczne i funkcjonalne obrazy zostały ręcznie przeorientowane na przednią linię spoidłowo-tylną spoidła i czaszkę usunięto za pomocą funkcji narzędzia do ekstrakcji mózgu w FSL (wersja 5.0; obrazowanie rezonansu funkcjonalnego grupy mózgu). Dane były następnie wstępnie przetwarzane i analizowane przy użyciu SPM8 (Wellcome Department of Imaging Neuroscience) w MATLAB (Version R2009b for Mac; The Mathworks Inc). Obrazy funkcjonalne zostały dopasowane do średniej, a obrazy anatomiczne i funkcjonalne zostały znormalizowane do standardowego mózgu szablonu T1 Montreal Neurological Institute (MNI) (ICBM152). Normalizacja spowodowała, że ​​rozmiar woksela 3 mm3 dla obrazów funkcjonalnych i rozmiaru wokseli 1 mm3 dla obrazów anatomicznych o wysokiej rozdzielczości. Obrazy funkcjonalne wygładzono izotropowym jądrem Gaussa 6-mm FWHM. Filtr górnoprzepustowy 128 usunął szum niskiej częstotliwości i dryft sygnału. Obrazy anatomiczne zostały podzielone na szarą i białą substancję przy użyciu zestawu narzędzi DARTEL w SPM (33); średnia uzyskanej istoty szarej została wykorzystana jako podstawa do inkluzyjnej maski istoty szarej przed analizą na poziomie grupy.

Aby zidentyfikować obszary mózgu aktywowane przez oczekiwanie nagrody pożywienia, odpowiedź zależna od poziomu tlenu we krwi (BOLD) podczas prezentacji niesparowanej wskazówki, która sygnalizowała zbliżające się dostarczenie koktajlu mlecznego, została skontrastowana z odpowiedzią podczas prezentacji niesparowanej wskazówki, która sygnalizowała zbliżające się dostarczenie roztworu bez smaku (przewidywany koktajl mleczny> oczekiwany roztwór bez smaku). Aby zidentyfikować regiony aktywowane przez smaczny pokarm, zastosowano kontrast (spożycie koktajlu mlecznego> spożycie roztworu bez smaku). Te indywidualne kontrasty poziomu zostały użyte w analizach regresji EI z RMR i procentem tkanki tłuszczowej kontrolowanej, aby jak najlepiej uchwycić skutki EI, które odpowiadały podstawowym potrzebom i tkance tłuszczowej. Klasterowy próg równy P <0.001 z k (rozmiar klastra)> 12 uznano za istotny przy 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 symulacji Monte Carlo szumu losowego przy 3 mm3 przez te dane za pomocą modułu 3DClustSim oprogramowania AFNI (34). Ta metoda została przeprowadzona dla każdej niezależnej analizy, a klaster został zaokrąglony do najbliższej liczby całkowitej. We wszystkich przypadkach tak było k > 12. Przedstawione wyniki nie były osłabiane, gdy kontrolowano fazę miesiączkową i płeć, ręczność lub głód, chyba że zaznaczono inaczej. Współrzędne stereotaktyczne są przedstawiane w przestrzeni MNI, a obrazy są przedstawiane na średnim anatomicznym obrazie mózgu próbki. Na podstawie wcześniejszych badań, które wskazywały na regiony nagrody, w których pośredniczy dopamina, w odpowiedzi na bodźce pokarmowe (3-8, 10), bardziej wrażliwa analiza regionu zainteresowania została przeprowadzona na prążkowiu (ogoniastym i skorupie). Zmienne oszacowania średniej aktywności prążkowia na osobę oceniano za pomocą programu MarsBaR (35) w odpowiedzi na główne skutki (przewidywany koktajl mleczny> oczekiwany roztwór bez smaku) i (spożycie koktajlu mlecznego> spożycie roztworu bez smaku). Te zmienne oszacowania zostały wykorzystane w modelach regresji, które kontrolowały RMR i procent tkanki tłuszczowej z EI. Rozmiary efektów (r) pochodzą z z wartości (z/ √N).

Równolegle z analizami fMRI wykorzystaliśmy analizy regresji, które kontrolowały RMR i procent tkanki tłuszczowej w celu sprawdzenia, czy EI było związane ze zmianą masy ciała w okresie oceny DLW w 2-wk, samodzielnie zgłaszanymi miarami głodu i upodobań żywieniowych oraz głód. Analiza statystyczna non-fMRI, w tym testy normalności rozkładu statystyk opisowych (średnie ± SD) oraz liniowość relacji, analizy regresji i próbka niezależna t testy przeprowadzono za pomocą oprogramowania SPSS (dla Mac OS X, wersja 19; SPSS Inc). Wszystkie przedstawione dane zostały sprawdzone pod kątem nadmiernie wpływowych punktów danych.

WYNIKI

Szacunki DLW EI spowodowały średnie spożycie 2566 kcal / d (Tabela 1). EI był istotnie związany z opisywanymi głodami pokarmowymi (pół-częściowy r = 0.19, P = 0.025) i lubienie żywności (pół-częściowe r = 0.33, P = 0.001), ale nie głód (częściowo) r = -0.12, P = 0.14). Analizy regresji ujawniły dodatnią zależność między EI a zmianą masy ciała w okresie XWUMX-wk DLW (pół-częściowy r = 0.85, P <0.001), co sugeruje, że EI uwzględniająca podstawowe potrzeby i procent tkanki tłuszczowej może służyć jako wskaźnik bilansu energetycznego. W porównaniu z dorastającymi kobietami, dorastający mężczyźni mieli istotnie wyższą EI (P <0.001, XNUMX), RMR (P <0.001) i niższy procent tkanki tłuszczowej (P <0.001) (Tabela 1). Nie zaobserwowano żadnych innych istotnych różnic między dorastającymi samcami i dorastającymi samicami (P= 0.09 – 0.44).

TABELA 1  

Charakterystyka przedmiotu i środki behawioralne (n = 155)1

Reakcja EI i BOLD

Dla oczekiwanego kontrastu koktajlu mlecznego> spodziewanego roztworu bez smaku, EI korelowało dodatnio z aktywacją w górnej bocznej korze wzrokowej zlokalizowanej w płacie ciemieniowym i przedniej korze zakrętu obręczy (obszary związane z przetwarzaniem wzrokowym i uwagą) (Tabela 2, Rysunek 1), czołowa operculum (obszar pierwotnej kory smakowej) i tylna kora obręczy (uważana za kodującą istotność bodźców). Znaczącą aktywację obserwowano również w przypadku precuneus i cuneus (które były związane z uwagą / obrazowaniem), tylnego środkowego zakrętu skroniowego (który był związany z pamięcią semantyczną) oraz innych obszarów bocznego odcinka ciemieniowego (np. Zakrętu supramarginalnego) (Tabela 2). EI nie było istotnie związane z odpowiedzią BOLD podczas przyjmowania koktajlu mlecznego.

TABELA 2  

Reakcja BOLD podczas przewidywanego spożywania smacznego pokarmu jako funkcja poboru energii (n = 155)1
RYSUNEK 1.  

Reakcja zależna od poziomu tlenu we krwi podczas przewidywanego spożycia smacznego pokarmu (> przewidywane spożycie bez smaku) jako funkcja spożycia energii (kcal / d) z spoczynkowym tempem metabolizmu i procentem tkanki tłuszczowej kontrolowanym w ...

Po określeniu średnich oszacowań zmiennych przy użyciu wcześniej opisanego podejścia regionu zainteresowania, aktywność prążkowia w odpowiedzi na przewidywanie koktajlu mlecznego (> przewidywanie rozwiązania bez smaku) wykazała niewielki, dodatni związek z EI (półczęściowy r = 0.18, P = 0.038). Jednak analizy regresji wykazały, że średnia aktywność prążkowia podczas przyjmowania koktajli mlecznych (> spożycie bez smaku) nie była istotnie związana z EI (półczęściowa r = 0.04, P =

Reakcja RMR i BOLD

Pomyśleliśmy, że rozważne jest zbadanie, czy RMR koreluje bezpośrednio z odpowiedzią BOLD i sprawdzić, czy obserwowane efekty były spowodowane indywidualnymi różnicami w podstawowych potrzebach. Nie zaobserwowano znaczących zależności pomiędzy reakcją RMR i BOLD podczas koktajlu mlecznego lub przewidywanych spożycia mlecznego koktajlu.

DYSKUSJA

Odkrycie, że EI odpowiada za podstawowe potrzeby i tkankę tłuszczową, było pozytywnie związane z uwagą, smakiem i nagrodą, gdy badani oczekiwali spożycia pokarmu, co odzwierciedlało wyniki obserwowane podczas porównywania reakcji nerwowych osób otyłych i szczupłych na to zdarzenie (6, 7). Według naszej wiedzy, obecne badanie dostarczyło nowych dowodów, że zwiększona EI, a nie nadmiar tkanki tłuszczowej, może prowadzić do nadpobudliwości. W szczególności obserwowaliśmy podwyższoną aktywność podczas przewidywania w regionach związanych z przetwarzaniem wizualnym i uwagą [boczna kora wzrokowa, przedwczesna i zakręt przedni (36)], procesy smakowe [frontalne operculum (37)] oraz region, który ma kodować istotność bodźców [tylny zakręt (38)]. Niewielki, ale pozytywny związek zaobserwowano również między aktywnością w regionie nagrody lub zachęty (prążkowie) a EI w czasie oczekiwania.

Na poparcie obecnych wyników wzrost masy tłuszczu w okresie 6-mo był związany ze wzrostem reakcji na smaczne obrazy żywności w obszarach przetwarzania wizualnego / uwagi i smaku w stosunku do linii bazowej (39). Ponadto dane behawioralne wskazują, że osoby losowo przydzielone do spożywania pokarmów o dużej gęstości energii w okresach 2-3-wk wykazywały zwiększoną gotowość do pracy (tj. Motywację do tych produktów) (40, 41). Wyniki te wskazywały, że nadmiar EI może przyczyniać się do nadpobudliwości regionów uwagi, smaku i nagradzania w celu wskazania przyszłego spożycia żywności. Ta interpretacja jest zgodna z teorią motywacji i uwrażliwiania (16), która zakłada, że ​​nagroda z spożycia i przewidywanego spożycia działa razem z rozwojem wzmacniającej wartości żywności, ale po powtarzających się parach nagród żywności i wskazówek, które przewidują tę nagrodę, przewidywana nagroda wzrasta. Obecne wyniki są również zgodne z dynamicznym modelem podatności na otyłość (31, 42), co sugeruje, że wzmożona reakcja w regionach uwagi, smaku i nagrody na sygnały żywnościowe może zwiększyć podatność na te sygnały, co sprzyja dodatkowemu spożyciu w sposób wyprzedzający. Ze względu na przekrojowy charakter obecnych wyników, możliwe jest również, że osoby z wrodzoną nadpobudliwością tych obszarów mózgu, gdy spodziewają się pokarmu, są bardziej skłonne do przejadania się. Taka interpretacja jest zgodna z teoriami otyłości, które przesadzają z nagrodami (9). Dlatego konieczne jest, aby w przyszłych badaniach sprawdzić, czy podwyższona reakcja obserwowana w obecnym badaniu przewiduje przyszły przyrost masy ciała w długim okresie obserwacji.

Zaobserwowaliśmy również aktywność związaną z EI w tylnym środkowym zakręcie skroniowym, która jest zazwyczaj związana z pamięcią semantyczną (43, 44). Jednak otyłość w porównaniu z osobami szczupłymi wykazywała większą reakcję w tym regionie, gdy pokazano zdjęcia apetycznych potraw (3) zgodnie z aktualnymi ustaleniami. Region ten został również aktywowany w paradygmatach, które oceniały reakcję na sygnały, które mają wywoływać głód w zwykłych użytkownikach substancji. Na przykład u obecnych palaczy apetyt wywołany paleniem był związany z aktywnością zakrętu środkowego skroniowego (45), a podobne wyniki zaobserwowano u obecnych użytkowników kokainy (46). W związku z tym zaobserwowaliśmy niewielki, ale istotny związek z zgłaszanym głodem żywnościowym i EI. Obecne wyniki sugerują, że ogólna wskazówka milkshake może wywoływać wspomnienia o sensorycznych właściwościach zbliżającego się spożywania wysokotłuszczowego, wysokosłodzonego pokarmu i może wywołać większą aktywność mózgu związaną z głodem lub pożądaniem u osób z podwyższonym spożyciem.

Wcześniej informowaliśmy, że częste spożywanie lodów, ale nie całkowite spożycie kalorii, było związane ze zmniejszoną odpowiedzią na spożycie mlecznego koktajlu na bazie lodów w zależnych od dopaminy regionach mózgu związanych z nagrodą w tej próbce (47). Obecne badanie wykorzystało obiektywną miarę EI i nie wykazało żadnych zależności. Teoretycznie, po wielokrotnym przyjmowaniu określonego rodzaju smacznego pokarmu, uczenie się dopaminy przekazujące nagrody zmienia się z występującego po spożyciu tego pokarmu na występujące w odpowiedzi na sygnały, które przewidują potencjalną dostępność pożywienia, co jest procesem udokumentowanym w eksperymentach na zwierzętach (48). Obecne techniki obrazowania i koszty ograniczają zdolność do oceny odpowiedzi nerwowej na wiele pokarmów. Poprzednie użycie częstotliwości żywności pozwoliło na określoną analizę spożycia określonych produktów spożywczych, z naciskiem na żywność podawaną w skanerze. Chociaż miara DLW zastosowana w tym badaniu dostarczyła obiektywnej i dokładniejszej miary EI, nie oszacowała gęstości energii ani zawartości makroskładników odżywczych w spożywanej żywności. Do tej pory w literaturze istnieje luka dotycząca interakcji między neuronalnymi skutkami zwyczajowego spożywania pokarmów a zawartością makroskładników odżywczych, chociaż odnotowano ostre różnice w reakcji nerwowej na żywność zróżnicowaną pod względem zawartości makroskładników odżywczych (49).

Przy interpretacji wyników należy wziąć pod uwagę ograniczenia tego badania. Jak zauważono, projekt przekrojowy był kluczowym ograniczeniem, ponieważ nie mogliśmy określić, czy wzorzec odpowiedzi neuronalnej zwiększa ryzyko przyszłego przejadania się, czy jest konsekwencją nadmiernej konsumpcji. Bieżąca próba jest śledzona w ujęciu długofalowym, a skojarzenia ze zmianą wagi zapewnią wgląd w to pytanie; jednak eksperyment manipulujący spożyciem jest niezbędny do uzyskania mocnych wniosków przyczynowych, których nie można kierować potencjalnymi zakłóceniami. Obecna miara EI może służyć jako przybliżenie bilansu energetycznego ocenianego okresu 2 tygodni, 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 zawartość tłuszczu w ciele, co sugeruje, że dorastający mężczyźni zużywają więcej energii. Przyszłe badania powinny uwzględniać obiektywne miary aktywności, takie jak akcelerometry, aby lepiej wychwytywać EE, jeśli DLW jest używane do oszacowania EI. Pomimo tego ograniczenia, EI dostarczyło obiektywnej miary spożycia, które wystąpiło w naturalnym otoczeniu uczestnika w okresie 2 tygodni, które było odporne na błędy autoprezentacji.

Podsumowując, nadpobudliwość podczas przewidywanego przyjmowania pokarmu i narażenia 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 zwyczajowego spożycia jest związana z odpowiedzią hipernururalną podczas przewidywania smacznego przyjmowania pokarmu niezależnie od podstawowego zapotrzebowania na energię 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, dostarczyłoby dodatkowych informacji na temat rozwoju i utrzymania otyłości, a także dostarczyłoby kluczowych informacji w rozwoju programów zapobiegania otyłości.

Podziękowanie

Dziękujemy Centrum Lewisa za Neuroobrazowanie 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 i korekty rękopisów. KSB: pomagał w gromadzeniu danych i przeprowadzał analizę danych; oraz ES: był odpowiedzialny za projekt badania i znacząco przyczynił się do analizy danych. Żaden z autorów nie miał konfliktu interesów.

Przypisy

4Użyte skróty: BOLD, zależny od poziomu tlenu we krwi; DLW, woda podwójnie oznakowana; EE, wydatki na energię; EI, pobór energii; MNI, Montreal Neurological Institute; RMR, tempo metabolizmu spoczynkowego.

LITERATURA

1. Bruce AS, Holsen LM, Chambers RJ, Martin LE, Brooks WM, Zarcone JR, Butler MG, Savage CR. Otyłe dzieci wykazują hiperaktywację do zdjęć żywności w sieciach mózgowych powiązanych z motywacją, nagrodą i kontrolą poznawczą. Int J Obes (Lond) 2010; 34: 1494 – 500 [PubMed]
2. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Powszechna aktywacja systemu nagród u otyłych kobiet w odpowiedzi na zdjęcia wysokokalorycznych pokarmów. Neuroimage 2008; 41: 636 – 47 [PubMed]
3. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, Bruce AS, Brooks WM, Zarcone JR, Savage CR. Mechanizmy nerwowe związane z motywacją pokarmową u dorosłych otyłych i zdrowych. Otyłość (Silver Spring) 2010; 18: 254 – 60 [PubMed]
4. Nummenmaa L, Hirvonen J, Hannukainen JC, Immonen H, Lindroos MM, Salminen P, Nuutila P. Prążkowie grzbietowe i ich łączność limbiczna pośredniczą w nieprawidłowym przewidywalnym przetwarzaniu nagrody w otyłości. PLoS ONE 2012; 7: e31089. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
5. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. Różnicowa aktywacja prążkowia grzbietowego przez wysokokaloryczne bodźce wzrokowe u osób otyłych. Neuroimage 2007; 37: 410 – 21 [PubMed]
6. Ng J, Stice E, Yokum S, Bohon C. Badanie fMRI otyłości, nagrody żywnościowej i postrzeganej gęstości kalorycznej. Czy etykieta o niskiej zawartości tłuszczu sprawia, że ​​jedzenie jest mniej atrakcyjne? Appetite 2011; 57: 65 – 72 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
7. Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Small DM. Relacja nagrody od spożycia pokarmu i przewidywanego spożycia pokarmu do otyłości: funkcjonalne badanie obrazowania metodą rezonansu magnetycznego. J Abnorm Psychol 2008; 117: 924 – 35 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
8. Bragulat V, Dzemidzic M, Bruno C, Cox CA, Talavage T, Considine RV, Kareken DA. Sondy zapachowe związane z obwodami nagradzania mózgu podczas głodu: pilotażowe badanie fMRI. Otyłość (Silver Spring) 2010; 18: 1566 – 71 [PubMed]
9. Davis C, Strachan S, Berkson M. Wrażliwość na nagrodę: implikacje dla przejadania się i nadwagi. Appetite 2004; 42: 131 – 8 [PubMed]
10. Frank GK, Reynolds JR, Shott ME, Jappe L, Yang TT, Tregellas JR, O'Reilly RC. Jadłowstręt psychiczny i otyłość są związane z przeciwną odpowiedzią na nagrodę w mózgu. Neuropsychopharmacology 2012; 37: 2031–46 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
11. Zielone E, Jacobson A, Haase L, Murphy C. Zredukowane jądra półleżące i aktywacja jądra ogoniastego do przyjemnego smaku są związane z otyłością u starszych osób dorosłych. Brain Res 2011; 1386: 109 – 17 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
12. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W, Netusll N, Fowler JS. Dopamina mózgowa i otyłość. Lancet 2001; 357: 354 – 7 [PubMed]
13. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptyna reguluje obszary prążkowia i zachowania żywieniowe ludzi. Science 2007; 317: 1355. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
14. Rosenbaum M, Sy M, Pavlovich K, Leibel RL, Hirsch J. Leptin odwracają zmiany wywołane utratą masy w regionalnych reakcjach aktywności neuronalnej na wizualne bodźce pokarmowe. J Clin Invest 2008; 118: 2583 – 91 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
15. Kenny PJ. Mechanizmy nagród w otyłości: nowe spostrzeżenia i przyszłe kierunki. Neuron 2011; 69: 664 – 79 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
16. Robinson TE, Berridge KC. Psychologia i neurobiologia uzależnienia: widok motywacyjno-uwrażliwiający. Uzależnienie 2000; 95: S91 – 117 [PubMed]
17. Schutz Y, Weinsier RL, Hunter GR. Ocena swobodnej aktywności fizycznej u ludzi: przegląd obecnie dostępnych i proponowanych nowych środków. Obes Res 2001; 9: 368 – 79 [PubMed]
18. Johnson RK. Sposób żywienia - jak mierzymy, co ludzie naprawdę jedzą? Obes Res 2002; 10 (suppl 1): 63S – 8S [PubMed]
19. Schoeller DA, Ravussin E, Schutz Y, Acheson KJ, Baertschi P, Jequier E. Wydatki energetyczne podwójnie oznaczonej wody - walidacja u ludzi i proponowane obliczenia. Am J Physiol 1986; 250: R823–30 [PubMed]
20. Racette SB, Schoeller DA, Luke AH, Shay K, Hnilicka J, Kushner RF. Przestrzenie względnych rozcieńczeń wody znakowanej h-2 i wody znakowanej o-18 u ludzi. Am J of Physiol 1994; 267: E585 – 90 [PubMed]
21. Weir JB. Nowe metody obliczania tempa metabolizmu ze szczególnym uwzględnieniem metabolizmu białek. J Physiol 1949; 109: 1 – 9 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
22. Black AE, Prentice AM, Coward WA. Wykorzystanie ilorazów żywności do przewidywania współczynników oddechowych dla metody podwójnego znakowania wody pomiaru zużycia energii. Hum Nutr Clin Nutr 1986; 40: 381 – 91 [PubMed]
23. Forbes GB. Zawartość tłuszczu w organizmie wpływa na reakcję składu ciała na odżywianie i ćwiczenia. : Yasumura S, Wang J, Pierson RN, redaktorzy. , eds. Badania składu ciała in vivo. Nowy Jork, Nowy Jork: New York Acad Sciences, 2000: 359 – 65
24. Poehlmen ET. Przegląd: ćwiczenia i jego wpływ na spoczynkowy metabolizm energii metabolicznej u człowieka. Med Sci Sports Exerc 1989; 21: 515 – 525 [PubMed]
25. Crouter SE, Antczak A, Hudak JR, DellaValle DM, Haas JD. Dokładność i niezawodność systemów metabolicznych trueone 2400 i medgraphics VO2000. Eur J Appl Physiol 2006; 98: 139 – 51 [PubMed]
26. Cooper JA, Watras AC, O'Brien MJ, Luke A, Dobratz JR, Earthman CP, Schoeller DA. Ocena trafności i wiarygodności spoczynkowego tempa metabolizmu w sześciu systemach analizy gazów. J Am Diet Assoc 2009; 109: 128–32 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
27. Trabulsi J, Schoeller DA. Ocena instrumentów oceny diety pod kątem podwójnie oznakowanej wody, biomarkera zwyczajowego poboru energii. Am J Physiol 2001; 281: E891 – 9 [PubMed]
28. Lohman TG. Ocena składu ciała u dzieci. Pediatr Exerc Sci 1989; 1: 19 – 30
29. Fields DA, Goran MI, McCrory MA. Ocena składu ciała za pomocą pletyzmografii z przemieszczaniem powietrza u dorosłych i dzieci: przegląd. Am J Clin Nutr 2002; 75: 453 – 67 [PubMed]
30. White MA, Whisenhunt BL, Williamson DA, Greenway FL, Netemeyer RG. Opracowanie i walidacja inwentarza pożądania żywności. Obes Res 2002; 10: 107 – 14 [PubMed]
31. Stice E, Yokum S, Burger KS, Epstein LH, Small DM. Młodzież zagrożona otyłością Pokazuje większą aktywację regionów prążkowanych i somatosensorycznych w żywności. J Neurosci 2011; 31: 4360 – 6 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
32. Thesen S, Heid O, Mueller E. Schad LR. Perspektywiczna korekcja akwizycji dla ruchu głowy za pomocą śledzenia opartego na obrazie w czasie rzeczywistym fMRI. Magn Reson Med 2000; 44: 457 – 65 [PubMed]
33. Ashburner J. Szybki algorytm rejestracji obrazu diffeomorficznego. Neuroimage 2007; 38: 95 – 113 [PubMed]
34. Cox RW. AFNI: Oprogramowanie do analizy i wizualizacji funkcjonalnego rezonansu magnetycznego Neuroimages. Comput Biomed Res 1996; 29: 162 – 73 [PubMed]
35. Brett M, Anton JL, Valabregue R, Poline JB. Analiza regionu zainteresowania za pomocą przybornika MarsBar dla SPM 99. Neuroimage 2002; 16: S497
36. Heinze HJ, Mangun GR, Burchert W, Hinrichs H, Scholz M, Münte TF, Gös A, Scherg M, Johannes S, Hundeshagen H. Połączone przestrzenne i czasowe obrazowanie aktywności mózgu podczas wizualnej selektywnej uwagi u ludzi. Nature 1994; 372: 315 – 41 [PubMed]
37. Małe DM, Zald DH, Jones-Gotman M, Zatorre RJ, Pardo JV, Frey S, Petrides M. Ludzkie obszary smakowe korowe: przegląd danych neuroobrazowania funkcjonalnego. Neuroreport 1999; 10: 7 – 14 [PubMed]
38. Maddock RJ. Kora retrospplenialna i emocje: nowe spostrzeżenia z funkcjonalnego neuroobrazowania ludzkiego mózgu. Trendy Neurosci 1999; 22: 310 – 6 [PubMed]
39. Cornier MA, Melanson EL, Salzberg AK, Bechtell JL, Tregellas JR. Wpływ ćwiczeń na odpowiedź neuronalną na sygnały pokarmowe. Physiol Behav 2012; 105: 1028 – 34 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
40. Clark EN, Dewey AM, Temple JL. Wpływ dziennego spożycia przekąsek na wzmocnienie pokarmu zależy od wskaźnika masy ciała i gęstości energii. Am J Clin Nutr 2010; 91: 300 – 8 [PubMed]
41. Temple JL, Bulkey AM, Badawy RL, Krause N, McCann S, Epstein LH. Różnicowy wpływ dziennego spożycia przekąsek na wartość wzmacniającą pokarm u kobiet otyłych i nieotyłych. Am J Clin Nutr 2009; 90: 304 – 13 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
42. Burger KS, Stice E. Zmienność w reagowaniu na nagrody i otyłości: Dowody z badań obrazowania mózgu. Curr Drug Abuse Rev 2011; 4: 182 – 9 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
43. Chao LL, Haxby JV, Martin A. Oparte na atrybutach substraty neuronowe w korze skroniowej do postrzegania i poznawania obiektów. Nat Neurosci 1999; 2: 913 – 9 [PubMed]
44. Patterson K, Nestor PJ, Rogers TT. Skąd wiesz, co wiesz? Reprezentacja wiedzy semantycznej w ludzkim mózgu. Nat Rev Neurosci 2007; 8: 976 – 87 [PubMed]
45. Smolka MN, Bühler M, Klein S, Zimmermann U, Mann K, Heinz A, Braus DF. Ciężkość uzależnienia od nikotyny moduluje indukowaną przez cue aktywność mózgu w regionach zaangażowanych w przygotowanie motoryczne i obrazowanie. Psychopharmacology (Berl) 2006; 184: 577 – 88 [PubMed]
46. Grant S, London ED, Newlin DB, Villemagne VL, Liu X, Contoreggi C, Phillips RL, Kimes AS, Margolin A. Aktywacja obwodów pamięci podczas wywoływanego przez cue pragnienia kokainy. Proc Natl Acad Sci USA 1996; 93: 12040 – 5 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
47. Burger KS, Stice E. Częste spożywanie lodów wiąże się ze zmniejszoną odpowiedzią prążkowia po otrzymaniu koktajlu mlecznego na bazie lodów. Am J Clin Nutr 2012; 95: 810 – 7 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
48. Schultz W, Apicella P, Ljungberg T. Odpowiedzi małpich neuronów dopaminowych na nagradzanie i warunkowanie bodźców podczas kolejnych etapów uczenia się zadania z opóźnioną odpowiedzią. J Neurosci 1993; 13: 900 – 13 [PubMed]
49. Grabenhorst F, Rolls ET, Parris BA, d'Souza AA. Jak mózg przedstawia wartość nagrody, jaką jest tłuszcz w ustach. Cereb Cortex 2010; 20: 1082–91 [PubMed]