Przewidywanie pokarmu Bodźce wpływające w różny sposób na ruch gałek ocznych i zachowanie ukierunkowane na cel u osób o normalnej wadze, z nadwagą i otyłych (2017)

Rea Lehner,^1,2,* Joshua H. Balsters,^1,3 Alexandra Bürgler,¹ Todd A. Zając,^2,4 i Nicole Wenderoth^1,2,5

Abstrakcyjny

Wykazano, że osoby otyłe wykazują nienormalną wrażliwość na nagrody i wskazówki przewidujące nagrody, jak na przykład sygnały związane z żywnością często stosowane w reklamach. Wykazano również, że sygnały związane z jedzeniem mogą zwiększać zachowanie ukierunkowane na cel, ale obecnie nie wiadomo, czy ten efekt różni się u osób o prawidłowej wadze, z nadwagą i otyłych. Tutaj badamy to pytanie, wykorzystując zadanie Pavlovian-to-instrumental transfer (PIT) w normalnej wadze (N = 20), nadwaga (N = 17) i otyłość (N = 17) osoby. Ponadto zastosowaliśmy śledzenie wzroku podczas warunkowania Pawłowa, aby zmierzyć reakcję warunkową uczestników, jako przybliżenie istotności zachęty przewidywanej nagrody. Nasze wyniki pokazują, że ukierunkowane na cel zachowanie osób z nadwagą było pod silniejszym wpływem wskazówek przewidujących pokarm (tj. Silniejszy efekt PIT) niż w przypadku osób o prawidłowej masie ciała i otyłych (p <0.001). Grupy wagowe zostały dopasowane pod względem wieku, płci, wykształcenia i wykształcenia rodziców. Ruchy oczu podczas warunkowania Pawłowa również różniły się między kategoriami wagowymi (p <0.05) i były używane do kategoryzowania osób na podstawie ich stylu fiksacji na „wysoki indeks oczu” i „niski indeks oczu”. Naszym głównym odkryciem było to, że styl fiksacji wykazywał złożoną interakcję z kategorią wagową. Ponadto stwierdziliśmy, że osoby o normalnej masie ciała z grupy „high eye index” miały wyższy wskaźnik masy ciała w zdrowym zakresie niż osoby z grupy „low eye index” (p <0.001), ale związku tego nie stwierdzono w grupach z nadwagą lub otyłością (p > 0.646). Nasze odkrycia są w dużej mierze zgodne z teorią uczulenia bodźcowego, która przewiduje, że osoby z nadwagą są bardziej podatne na bodźce związane z pożywieniem niż osoby kontrolne o normalnej wadze. Jednak ta nadwrażliwość może być zmniejszona u osób otyłych, prawdopodobnie z powodu nawykowego / kompulsywnego przejadania się lub różnic w ocenie nagrody.

Uczestnicy

W sumie ochotników 64 zrekrutowano do tego badania kliniczno-kontrolnego. Zastosowano następujące strategie rekrutacyjne: ogłoszenia fundacji Swiss Adiposity i reklamy w lokalnych klinikach, grupach samopomocy, sklepach odzieżowych o dużych rozmiarach oraz na stronie internetowej uczelni. Uczestnicy zostali włączeni, gdy spełnili następujące kryteria: wiek 18 – 65 lat, osoby posługujące się językiem niemieckim, normalny lub skorygowany do normalnego widzenia przy użyciu soczewek kontaktowych i brak alergii pokarmowych na jakikolwiek składnik czterech produktów spożywczych wykorzystywanych w eksperymencie (np. Maltesers czekolada, gumowate niedźwiedzie Haribo, krakersy TUC i chipsy Zweifel).

Wykluczono uczestników z diagnozą jakiejkolwiek choroby psychicznej lub neurologicznej, nadużywania narkotyków w przeszłości, problemów ocznych lub przyjmowania leków psychiatrycznych lub neuroleptycznych podczas ostatnich miesięcy 6 (tj. Trzech uczestników). Pięciu dodatkowych uczestników zostało wykluczonych, ponieważ nie nauczyli się stowarzyszeń instrumentalnych i / lub Pawłowskich. Użyliśmy klasyfikacji wskaźnika masy ciała (BMI) według Światowej Organizacji Zdrowia (64), aby odróżnić prawidłową masę ciała (BMI <25 kg / m²), nadwaga (25 kg / m² ≥ BMI <30 kg / m²) oraz osoby otyłe (BMI ≥ 30 kg / m²). BMI obliczono dzieląc masę jednostki (kilogramy) przez kwadrat wysokości jednostki (metry). Waga została zmierzona na płaskiej skali (Seca 635, Seca, Hamburg, Niemcy) i wysokości za pomocą mechanicznego teleskopowego pręta pomiarowego (Seca 222, Seca, Hamburg, Niemcy). Aby wziąć pod uwagę, że wysoki BMI może wynikać z dużej masy mięśniowej, uczestnicy z BMI ≥ 25 zostali poproszeni o oszacowanie, czy było to spowodowane zwiększoną masą mięśniową czy tłuszczową. Wybór opcji masy mięśniowej doprowadził do wykluczenia (tj. Dwóch uczestników). Ostateczna próba obejmowała pięćdziesięciu czterech uczestników (średni wiek = 31 ± 10 lat, średnia ± SD, najstarszy uczestnik = 55 lat, 55.6% kobieta). Chociaż zakres wiekowy naszej próby był szeroki, zmiany strategii radzenia sobie i chorób współistniejących w ciągu całego życia nie powinny mylić naszych wyników z powodu dopasowania do grupy. Przypadki i kontrole były dopasowane do wieku, płci, wykształcenia i edukacji rodziców. Końcowe charakterystyki próbki przedstawiono w tabeli Table11.

 

Tabela 1

Statystyka opisowa (średnia ± SD) dla każdej kategorii wagowej na podstawie wskaźnika masy ciała (BMI).

Wszystkie podmioty wyraziły pisemną świadomą zgodę zgodnie z Deklaracją Helsińską. Protokół został zatwierdzony przez Komisję Etyki w kantonie Zurych. Uczestnicy otrzymali refundację franków szwajcarskich 20 za godzinę i przekąskę (tj. Pakiet wybranego jedzenia i jabłka).

Pośrednie środki dla tkanki tłuszczowej: BMI i obwód talii

Przejadanie się wysokokalorycznymi i smacznymi potrawami prowadzi głównie do akumulacji tłuszczu trzewnego (65), co znajduje odzwierciedlenie w pomiarach obwodu talii (patrz Tabela Table1) .1). Obwód talii mierzono na przybliżonej linii środkowej między górną częścią kości miednicy a dolnym marginesem najbardziej ogonowego wyczuwalnego zgięcia. Zmierzono go, trzymając taśmę pomiarową poziomo na podłodze (64, 66).

kwestionariusze

Wszyscy uczestnicy wypełnili szereg kwestionariuszy w języku niemieckim (patrz tabela Table1) .1). Pobrano następujące dane osobowe: płeć, datę urodzenia, wykształcenie uczestnika, a także edukację rodzicielską. Uczestnicy wypełnili standardowy kwestionariusz ręczności (67) aby określić dominującą rękę do wykonywania naciśnięć przycisków podczas wykonywania zadań.

Uwzględniliśmy miarę zgłaszanej przez siebie impulsywności za pomocą krótkiej wersji Barratt Impulsiveness Scale 15 [BIS; (68-70)]. BIS ma dobrą spójność wewnętrzną i niezawodność ponownego testowania (71). Rozróżnia trzy podskale impulsywności: brak planowania, impulsywność ruchowa i uwagi.

Zmierzyliśmy zgłaszane przez siebie objawy depresji za pomocą 21-owskiej wersji inwentaryzacji depresji Becka [BDI-II; (72-74)]. BDI-II wykazuje wysoką wewnętrzną spójność i niezawodność test-retest (74).

Ponadto oceniono preferowaną przekąskę spośród czterech różnych opcji. Zastosowano cztery smaczne, wysokokaloryczne przekąski, ponieważ wcześniej wykazano, że efekt PIT był silniejszy w przypadku tych produktów spożywczych (14). Nasz wybór obejmował dwa słodkie, kawałki czekolady i gumowate niedźwiedzie oraz dwa pikantne, krakersy i chipsy. W pierwszym etapie uczestnicy musieli oceniać je w zależności od tego, jak bardzo ich lubili (1 = najbardziej mi się podoba, 4 = najmniej mi się podoba). W drugim kroku wykorzystano wizualną skalę analogową do ilościowego określenia, jak bardzo podobał im się pierwszy wybór. Obraz wyboru uczestnika został następnie wykorzystany jako nagroda / wynik w eksperymencie PIT.

Po wykonaniu zadania warunkowania instrumentalnego i Pawłowskiego uczestnicy odpowiedzieli na zapytanie, aby sprawdzić, czy nauczyli się prawidłowych skojarzeń (tj. Odpowiedzi - wynik w warunkowaniu instrumentalnym, bodziec - wynik w warunkowaniu Pawłowskim). Pod koniec fazy uczenia się uczestnicy ocenili, jak postrzegają neutralny wynik na wizualnej skali analogowej (0 = neutralny, 10 = kara).

Nie było istotnych różnic między grupami wagowymi pod względem impulsywności, objawów depresji, upodobań żywieniowych i postrzegania neutralnego wyniku między trzema grupami wagowymi (test ANOVA / Kruskal – Wallis, tabela Table11).

Eksperyment behawioralny

Zestaw doświadczalny

Instalacja eksperymentalna składała się z urządzenia do śledzenia wzroku z odpowiednim monitorem (Tobii TX300 Eye Tracker, Tobii Technology, Sztokholm, Szwecja), niestandardowego podbródka i komputera (HP EliteDesk 800 G1 Small Form Factor PC, HP Inc., Palo Alto, CA, USA).

Użyliśmy dwóch szarych fraktali jako bodźców podczas warunkowania Pavlovian i zadania PIT, które były dopasowane pod względem luminancji i złożoności (75). Ponadto wykorzystaliśmy obrazy czekolady Maltesers, niedźwiedzi gumowatych Haribo, krakersów TUC i chipsów Zweifel na czarnym tle jako wzmocnienie efektów żywności podczas warunkowania instrumentalnego i Pawłowskiego (rysunek (Figure1) .1). Jedynie ulubiony wybór jedzenia uczestnika został wykorzystany jako efekt wzmacniający w kolejnych zadaniach. Zauważ, że uczestnicy zostali poinstruowani, że te obrazy przedstawiają prawdziwe nagrody żywnościowe, które zostały zebrane podczas eksperymentu i odebrane na końcu. Odpowiednie neutralne wskazówki dotyczące wyników miały podobny kształt i kolor jak oryginalny produkt żywnościowy (tj. Żółty owal na chipsy), ale bez dającej satysfakcję własności. Biorąc pod uwagę, że właściwości wizualne wyników były dopasowane, różnice w ruchach oczu można zawęzić do satysfakcjonujących właściwości wyniku żywności.

 

Rysunek 1

Zestaw doświadczalny. Uczestnicy wybrali preferowane jedzenie spośród czterech opcji (czekolada, gumowate niedźwiedzie, krakersy, chipsy). Zdjęcie tego jedzenia zostało następnie wykorzystane jako nagroda podczas nauki. Uczestnicy zostali poinstruowani, że otrzymają proporcjonalne ...

Analiza

Zadanie instrumentalne

Uczestnicy (N = 54) znacznie częściej wybierali odpowiedź z nagrodą niż odpowiedź neutralną, wskazując, że z powodzeniem nauczyli się powiązań odpowiedź-wynik (ryc (Figure2A; 2ZA; Stół Table2) .2). Ten efekt uczenia się można uznać za silny (p <0.001, d = 2.9). Kategoria wagowa nie wpłynęła istotnie na liczbę nagrodzonych i neutralnych ani na całkowitą liczbę odpowiedzi w warunkowaniu instrumentalnym (tab (Table2) .2). Neutralne naciśnięcia klawiszy uczestników nadal stanowią w przybliżeniu 25% wszystkich odpowiedzi, co prawdopodobnie wynika z harmonogramu częściowego wzmocnienia zastosowanego podczas zadania instrumentalnego.

 

Rysunek 2

Wyniki z uwarunkowań instrumentalnych i pawłowskich. Słupki błędów wskazują SEM. Nagrodzony klucz / warunek jest przedstawiony na zielono, a neutralny klucz / warunek na czerwono. () Całkowita liczba odpowiedzi dla każdego warunku podczas warunkowania instrumentalnego. Uczestnicy ...

 

Tabela 2

Analiza statystyczna warunkowania instrumentalnego.

Pavlovian zadanie klimatyzacji

Nasza analiza ruchów oczu wskazała, że ​​wszyscy uczestnicy (N = 54) z powodzeniem nauczył się powiązań bodziec-wynik podczas warunkowania Pawłowa. W szczególności przeanalizowaliśmy ruchy oczu uczestników po wystąpieniu bodźca przed wyświetleniem wyniku (tj. Podczas ekranu neutralnego, patrz rysunek Figure11B).

Indeks oka analizowano w pojemnikach z pięcioma próbami, aby uchwycić efekty uczenia się w stanie nagrodzonym i neutralnym (rysunek (Figure2B) 2B) i każdej kategorii wagowej (rysunki (Rysunki 2C – E; 2C – E; Stół Table3) .3). Nagrodzony warunek wykazywał znacznie wyższy wskaźnik oka niż stan neutralny (p <0.001, d = 0.41, rysunek Figure2B) .2B). Odkrycie to wskazuje, że dla nagrodzonego warunku i podczas całego zadania warunkującego uczestnicy spędzali więcej czasu naprawiając nagrodę niż miejsce wskazania. Różniło się to od stanu neutralnego, w którym uczestnicy spędzali stosunkowo więcej czasu na ustalaniu lokalizacji cue.

 

Tabela 3

Analiza statystyczna wskaźnika oka podczas warunkowania Pawłowa.

Znaleźliśmy znaczącą interakcję między kategorią stanu, czasu i wagi (p <0.05, ryc Rysunki 2C – E; 2C – E; Stół Table3) .3). Efekt ten był napędzany przez wzory fiksacji według stanu i czasu w każdej z trzech grup wagowych. Uczestnicy o normalnej wadze konsekwentnie skupiali się na lokalizacji nagród za nagrodzone wskazówki i lokalizacji cue za neutralne wskazówki po pierwszym przedziale czasu. Natomiast uczestnicy z nadwagą skupili się przede wszystkim na lokalizacji nagrody, niezależnie od tego, czy widzieli nagrodzoną lub neutralną wskazówkę, a ten wzór fiksacji był stabilny w czasie. Otyli uczestnicy wykazali kolejny wzór fiksacji, ponieważ natychmiast faworyzowali lokalizację nagrody za nagrodzone sygnały i początkowo faworyzowali lokalizację cue na neutralnych próbach. Jednak w drugiej połowie badań osoby otyłe przesunęły się na korzyść lokalizacji nagrody również dla neutralnych sygnałów.

W analizie kontrolnej przeanalizowaliśmy odsetek uczestników czasu spędzonych na oglądaniu innych obszarów niż zdefiniowany obszar zainteresowania (tj. Górny i dolny kwadrat) dla pierwszej i drugiej połowy prób w każdym warunku (Tabela (Table4) .4). Uczestnicy spędzili nieco więcej czasu poza obszarem zainteresowania po neutralnym w porównaniu z nagrodzonym bodźcem (nagroda = 19.13 ± 15.58, neutralny = 22.85 ± 15.72, p <0.001, d = -0.24). Ponadto uczestnicy spędzali nieco więcej czasu poza obszarem zainteresowania w drugiej w porównaniu z pierwszą połową eksperymentu (pierwsza = 19.85 ± 15.20, druga = 22.13 ± 16.23, p <0.05, d = -0.15). Ponadto odsetek czasu, w którym ruchy oczu nie mogły być śledzone, na przykład z powodu mrugnięć lub braku ostrości ekranu (tj. Brakujące wartości), zmieniał się znacznie w czasie (pierwszy = 7.58 ± 11.39, drugi = 10.79 ± 14.66, d = −0.24, p <0.001) i była nieco wyższa po neutralnej cue (nagroda = 8.60 ± 12.58, neutralna = 9.76 ± 13.82, p = 0.090) (Tabela (Table4) .4). Około 9% danych śledzenia oczu zostało odrzuconych z analizy. Co ważne, kategoria wagowa nie miała istotnego wpływu na czas spędzony poza obszarami docelowymi ani na brakujące wartości, w przypadku których nie udało się śledzić oczu.

 

Tabela 4

Analiza statystyczna czasu spędzonego przez uczestników poza celami i brakującymi wartościami podczas warunkowania Pawłowa.

Zadanie PIT

Aby przetestować efekt PIT i możliwe różnice między kategoriami wagowymi a stylem fiksacji mierzonym podczas warunkowania Pawłowskiego, dodaliśmy te czynniki jako czynniki międzyosobnicze do liniowego modelu efektów mieszanych. Kategorie wagowe zostały utworzone na podstawie BMI i stylu fiksacji na podstawie mediany podziału uwarunkowanej reakcji oka na nagrodzoną wskazówkę w drugiej połowie warunkowania Pawłowa (patrz Analiza, więcej szczegółów). Ponadto dodaliśmy całkowite wyniki impulsywności (BIS) i depresji (BDI) jako współzmienne, które nie są interesujące dla naszego modelu statystycznego PIT. Zostało to oparte na wcześniejszej literaturze, która wykazała, że ​​na efekt PIT może wpływać depresja i że uwarunkowana odpowiedź jest związana z impulsywnością (49, 52, 85-87).

Znaleźliśmy efekt PIT taki, że uczestnicy częściej wybierali nagrodzoną odpowiedź niż neutralną, gdy nagrodzona wskazówka była wyświetlana i odwrotnie dla neutralnej wskazówki. Siła efektu PIT była modulowana w zależności od statusu wagi uczestnika, na co wskazuje znaczny efekt WARUNKU * TYP ODPOWIEDZI * KATEGORIA WAGI (p <0.001, tabele Tabele55 i I 6; 6; Postać Figure3) .3). Efekt ten odzwierciedla, że ​​efekt PIT był najsilniejszy u osób z nadwagą (ryc (Figure3B, 3B, p_{WARUNEK * ODPOWIEDŹ W NADMIERNEJ WARTOŚCI} <0.001), które były bardzo wrażliwe na obecność nagrodzonej wskazówki (powodując wyraźną preferencję co do wyboru klucza z nagrodą). Efekt PIT u osób o normalnej wadze i otyłych był również obecny, ale wyraźnie mniejszy (p_{WARUNEK * ODPOWIEDŹ W WAGA NORMALNA} <0.001, p_{WARUNEK * ODPOWIEDŹ W OBESIE} <0.025). Uczestnicy naciskali klawisz neutralny również podczas prezentacji kija z nagrodą, prawdopodobnie ze względu na harmonogram częściowego wzmocnienia zastosowany w zadaniu warunkowania instrumentalnego.

 

Tabela 5

Analiza statystyczna liczby odpowiedzi podczas transferu Pavlovian-do-instrumentu, w tym powtarzające się czynniki STAN, STYL ODPOWIEDZI i zmienna grupy KATEGORIA WAGI.

 

Tabela 6

Analiza statystyczna liczby odpowiedzi podczas transferu Pavlovian-to-instrumental, w tym powtarzające się czynniki STAN, STYL ODPOWIEDZI i zmienne grupy KATEGORIA WAGI, STYL FIXATION.

 

Rysunek 3

Wynik z kategorii Pavlovian-to-instrumental transfer (PIT) i wagi. Słupki błędów wskazują SEM. Nagrodzony warunek jest przedstawiony na zielono, a stan neutralny na czerwono. Siła efektu PIT zależy od kategorii wagowej (normalna waga ...

Zgłosiliśmy również znaczący efekt główny KATEGORII WAGI (p_{KATEGORIA WAGI} <0.05, tabela Table5) .5). Różnice w całkowitej liczbie odpowiedzi pomiędzy kategoriami wagowymi były jednak bardzo małe (masa prawidłowa = 57 ± 38, nadwaga = 55 ± 41, otyłość = 54 ± 32). Dlatego nie wierzymy, że stanowi to ogólną różnicę w motywacji do wykonania zadania.

Następnie przetestowaliśmy związek między warunkowanym zachowaniem odpowiedzi mierzonym podczas warunkowania Pawłowskiego (tj. Stylem fiksacji) a efektem PIT. Dlatego zidentyfikowaliśmy dwie grupy „niski wskaźnik oka” (tj. Osoby, które preferencyjnie utrwaliły lokalizację cue) w porównaniu z „wysokim wskaźnikiem oka” (tj. Osoby, które preferencyjnie utrwaliły lokalizację nagrody), które były podobnie rozmieszczone w różnych kategoriach wagowych (rysunek (Figure4A) .4ZA). Statystyki ujawniły, że efekt PIT jest modulowany przez styl fiksacji, ale ten efekt modulacyjny zależy dodatkowo od kategorii wagi (interakcja czterostronna STAN * TYP ODPOWIEDZI * KATEGORIA WAGI * STYL FIXACJI, Tabela Table6; 6; Figury Rysunki4B – D) .4B – D). W obu normalnej wadze (rysunek (Figure4B) 4B) i grupy otyłe (ryc (Figure4C), 4C), osoby wykazujące wysoki wskaźnik oka wykazywały silniejszy efekt PIT wywołany przez sygnały nagrody niż osoby wykazujące niski wskaźnik oka. Natomiast u osób z nadwagą ta dysocjacja była nieobecna, tj. Obserwowaliśmy efekt wysokiego PIT, niezależnie od tego, czy osoby wykazywały niskie lub wysokie tendencje w indeksie oka podczas kondycjonowania. Co ciekawe, osoby otyłe z wysokim wskaźnikiem oka (ryc (Figure4D) 4D) były nie tylko wrażliwe na sygnał nagrody, ale także w dużej mierze niewrażliwy do neutralnej wskazówki, ponieważ wybrali klucz przystający i niezgodny z prawie równym prawdopodobieństwem dla tego ostatniego warunku.

 

Rysunek 4

Wynik przeniesienia Pavlovian-to-instrumental (PIT) dla grupy „low eye index” i „high eye index”. Słupki błędów wskazują SEM. Nagrodzony klucz / warunek jest przedstawiony na zielono, a neutralny klucz / warunek na czerwono. The ...

Na koniec sprawdziliśmy, czy istnieje związek między stylem fiksacji obserwowanym podczas warunkowania Pawłowskiego a BMI, uruchamiając oddzielne modele efektów mieszanych w każdej grupie wagowej. Nieoczekiwanie okazało się, że osoby o prawidłowej masie ciała z grupy „high eye index” wykazywały zwiększone BMI w zdrowym zakresie (d = 1.7, p <0.001, ryc Figure4E) .4MI). Efekt ten był zaskakująco silny i nie występował u osób z nadwagą lub otyłych (p > 0.646).

Uczestnicy z nadwagą wykazują wyższy efekt PIT niż osoby o normalnej wadze lub otyłe

Uczestnicy z nadwagą wykazywali najsilniejszy efekt PIT w porównaniu z osobami o normalnej wadze i otyłymi (patrz Zadanie PIT, Rysunki Figures3A – C) .3A – C). Odkrycie to rozszerza wcześniejsze obserwacje, że dorośli z nadwagą i otyli wykazywali zwiększoną reaktywność na bodźce pokarmowe podczas biernej obserwacji bodźców, wizualne zadanie sondy dotowej, różne wersje zadania Stroopa lub kwestionariusze (37, 87, 89). Badania te określają ilościowo reaktywność wskazań żywności poprzez pomiar czasu reakcji, czasu trwania śledzenia i odchyleń kierunku, średnicy źrenicy, elektroencefalografii i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (37). Śledzenie wzroku w szczególności ujawniło tendencje do ukierunkowania na czas trwania w kierunku sygnałów żywności i zmniejszenie średnicy źrenicy [marker wzrostu noradrenergicznego i większe zaangażowanie uwagi (90, 91)] do wysokokalorycznych pokarmów u osób z nadwagą i otyłością (92-94). Nasze wyniki poszerzają te wcześniejsze raporty, pokazując, że na zachowanie ukierunkowane na cel u osób z nadwagą silnie wpływają sygnały związane z nagrodami żywnościowymi, jak testowano w paradygmacie PIT, podczas gdy wpływ neutralnych sygnałów był podobny do grupy o normalnej wadze. Co ciekawe, nie zaobserwowano takiego specyficznego dla nagrody efektu PIT dla grupy osób otyłych. Zauważ, że nie było różnic grupowych w gustach w jedzeniu. Nawet jeśli w wyniku tego osoby otyłe są na początku zastanawiające, jest to zgodne z niedawnym badaniem, które również wykazało, że osoby otyłe miały efekt PIT porównywalny z osobami o normalnej wadze (57). Jednak Watson i in. (57) wykazało zwiększony efekt PIT w przypadku wysokokalorycznych i niskokalorycznych pokarmów, które stwierdzono tylko u osób otyłych (57). Jednym z potencjalnych wyjaśnień stwierdzenia, że ​​efekt PIT jest podobny u osób otyłych i zdrowych, jest to, że nawykowe spożywanie gęstych diet energetycznych może wywołać kompulsywny styl jedzenia, który jest niewrażliwy na sygnały środowiskowe (patrz Mechanizm fizjologiczny i pytania otwarte).

Podsumowując, nasze odkrycie, że motywacja indukowana sygnałami związanymi z nagrodami jest zwiększona u osób z nadwagą, jest zgodne z teorią uzależnienia od zachęt motywacyjnych (15-21). Teoria uzależnienia od zachęt motywacyjnych przewiduje nastawienie uwagi na sygnały związane z nagrodami, co jest zgodne z wynikami naszych ruchów gałek ocznych podczas uwarunkowań Pawłowskich oraz motywacją patologiczną dla wskazówek związanych z nagrodami i nagrodami (tj. Kompulsywne „pragnienie”) (17, 20). Patologiczna motywacja do wskazówek dotyczących żywności i prognozowania pokarmu była w obecnym badaniu wykazywana przez zwiększony efekt PIT u osób z nadwagą. Niektóre badania na ludziach badające wpływ sygnałów Pawłowa na odpowiedź instrumentalną w uzależnieniu od substancji również wykazały zwiększony efekt PIT u osób uzależnionych w porównaniu z grupą kontrolną (48, 57, 95). Istnieją jednak pewne dowody na brak związku między PIT a uzależnieniem od substancji w innych badaniach (11, 42, 43, 50, 56, 96).

Nasze dane wskazują jednak, że po osiągnięciu stanu otyłości, uczulenie motywacyjne może powrócić do normalnego poziomu. Kuszące jest spekulowanie, że nadwrażliwość może być zmniejszona u osób otyłych z powodu nawykowego / kompulsywnego przejadania się (97, 98), ale nie było to bezpośrednio badane w niniejszym badaniu. Możliwe jest również, że osoby otyłe mogą zwracać mniejszą uwagę na nagrody za małe jedzenie (jak tutaj użyto) i / lub ich preferencje mogą być przeniesione na bodźce o większej wartości subiektywnej (np. Więcej smacznych i bogatych w kalorie nagród), co zostało pokazane znacząco wpłynąć na PIT (53). W niniejszym badaniu nie zebraliśmy danych na temat subiektywnej wartości nagrody. Dlatego możliwe różnice w wycenie wynagrodzeń między grupami wagowymi mogą stanowić alternatywne wyjaśnienie obniżonego efektu PIT obserwowanego u osób otyłych.

Ruchy oczu podczas kondycji Pavlovian różnią się między osobami o normalnej wadze, nadwagą i otyłością

Zastosowaliśmy eye tracking, aby zmierzyć zmiany behawioralne podczas warunkowania Pawłowa. Do śledzenia reaktywności na biernie obserwowane bodźce pokarmowe stosowano wcześniej śledzenie wzroku (34, 37) i zbadać indywidualne różnice w zakresie, w jakim jednostki przypisują wagę zachęty do wskazówek przewidujących nagrodę w stosunku do samej nagrody (49). Tutaj wykonaliśmy śledzenie oczu w okresie pomiędzy widzeniem cue i otrzymaniem nagrody, tj. Podczas gdy uczestnicy widzieli tylko neutralny ekran, ale nie mieli bodźców wzrokowych. Zdecydowaliśmy się zmodyfikować poprzednie paradygmaty (49) ponieważ wzrok jest automatycznie przyciągany do wizualnych wskazówek, chyba że te ruchy oczu są aktywnie hamowane.

W naszym badaniu uwarunkowana reakcja oka na nagrodzoną i neutralną lokalizację wskazówki podczas warunkowania Pawłowa była różnie modulowana w zależności od statusu wagi uczestnika (patrz Pavlovian zadanie klimatyzacji, Rysunki Figures2C – E) .2C – E). Dokładniej rzecz ujmując, stwierdziliśmy podczas uwarunkowań Pawłowa, że ​​osoby z nadwagą wykazywały ogólne nastawienie orientacyjne w kierunku lokalizacji nagrody, niezależnie od tego, czy przeprowadziły próbę nagród, czy próbę neutralną. Ten brak wyraźnej dysocjacji między próbami nagrody i badań neutralnych pozostał względnie stabilny w różnych warunkach i jest zasadniczo zgodny z obserwacją, że dorośli z nadwagą wykazywali zwiększoną reaktywność na bodźce pokarmowe podczas biernej obserwacji bodźców, wizualne zadanie sondy dotykowej, różne wersje Stroopa zadanie lub kwestionariusze (37, 87, 89). W szczególności potwierdziliśmy i rozszerzyliśmy te badania, pokazując, że osoby z nadwagą wykazują ogólne nastawienie na orientację w kierunku miejsca nagrody, sugerując większą wrażliwość na przewidywaną nagrodę, interpretację, która jest zgodna z większym efektem PIT dla sygnałów, które były związane z żywnością nagrody. Również osoby otyłe różniły się od kontroli prawidłowej wagi, ale głównie podczas początkowej połowy warunkowania Pawłowa, gdzie wykazywały wyraźne rozróżnienie między warunkowymi odpowiedziami na sygnały nagrody (które powodowały długie czasy utrwalania w miejscu nagrody) a neutralnymi sygnałami (co spowodowało w dłuższych czasach utrwalania lokalizacji cue). Jednak to silne początkowe zróżnicowanie było wyraźnie zmniejszone pod koniec warunkowania Pawłowskiego.

Indywidualne różnice w warunkowych odpowiedziach Różny wpływ na efekty PIT u osób z prawidłową wagą, nadwagą i otyłością

Wykorzystaliśmy zachowanie ruchu oka do wykrycia różnic indywidualnych i kategoryzowania uczestników do grupy osób o „niskim wskaźniku oka”, tj. Utrwalili głównie lokalizację cue lub „indeks wysokiego oka”, tj. Utrwalili głównie lokalizację nagrody . Nasz eksperyment ujawnił, że osoby o normalnej wadze z grupy „wysoki wskaźnik oka” wykazywały silniejszy efekt PIT dla wskaźnika nagrody niż osoby z grupy „niski wskaźnik oka” (rysunki (Figures4B, E) .4BYĆ). Tylko jedna grupa naukowców przeprowadziła podobny eksperyment, aby zbadać wpływ indywidualnego stylu utrwalania na PIT (49). Wbrew naszym wynikom odkryli, że silniejsza uwarunkowana reakcja ruchu oka na wskazówkę prowadzi do zwiększonej modulacji zachowań ukierunkowanych na cel. Jednak mierzyli ruchy gałek ocznych w czasie, gdy wskazówka wciąż była na ekranie, sugerując, że zachowanie ruchu oka było przybliżeniem zachowania podejścia do wskazówek obserwowanego u zwierząt, znanego również jako „śledzenie znaków” (22, 23, 58, 99, 100). Natomiast testowaliśmy uwarunkowaną odpowiedź oka podczas neutralnego ekranu, sugerując, że zachowanie ruchu oka może głównie odzwierciedlać istotność zachęty przewidywanej nagrody (patrz rysunek Figure1B) .1B). Odkryliśmy, że indywidualne różnice podczas warunkowania Pawłowa (tj. „Niski” w porównaniu z „wysokim wskaźnikiem oka”) oddziaływały z kategorią wagową, aby wpływać na PIT.

Zarówno w grupach o prawidłowej masie ciała, jak i otyłych, grupa „wskaźnik wysokiego oka” wykazywała silniejszy efekt PIT wyzwalany przez sygnały nagrody niż grupa „niskiego wskaźnika oka”. Natomiast u osób z nadwagą zaobserwowaliśmy efekt wysokiego PIT, niezależnie od tego, czy osoby wykazywały wysokie lub niskie tendencje w zakresie wskaźnika oka podczas kondycjonowania. Dane te należy jednak interpretować ostrożnie, ponieważ podgrupy były dość małe. Jednym z możliwych wyjaśnień indywidualnych różnic w efekcie PIT jest to, że nie tylko wpływ zachęty, ale także kontrola hamująca ma wpływ na sposób, w jaki zachowanie ukierunkowane na cel zależy od sygnałów Pawłowa. Osoby o normalnej masie ciała i otyłe wyrażające „niski wskaźnik oka” mogą wykazywać mniejszy efekt PIT, ponieważ wyrażają hamujący mechanizm kontroli, który reguluje wpływ wskazówek związanych z nagrodami na zachowanie ukierunkowane na cel. Jednak w przypadku nadwagi wyrażającej „niski wskaźnik oka” ten mechanizm hamujący może zostać zmieniony, tak że wyrażają silniejszy efekt PIT, co oznacza, że ​​uczestnicy ci są bardziej podatni na wpływ sygnałów. Hamowanie odpowiedzi na przykład za pomocą zadania Go / Nogo nie zostało przetestowane w niniejszym badaniu. Niemniej jednak wykazano, że zmniejszone hamowanie odpowiedzi było związane z przejadaniem się i nieudaną dietą (101, 102). Nasze odkrycie jest również zgodne z Trick et al. (103) którzy wykazali, że wyższa uwarunkowana odpowiedź mierzona podczas uwarunkowań Pawłowskich nie przekłada się automatycznie na wyższy PIT. To samo dotyczy odpowiedzi elektrofizjologicznych (tj. P300), które nie były skorelowane z efektem PIT u osób pijących społecznie (96).

Co więcej, odkryliśmy, że normalna waga wyrażająca „wysoki wskaźnik oka” wykazała zwiększone BMI w zdrowym zakresie. Można to powiązać z wcześniejszymi badaniami sugerującymi, że zwiększone nastawienie uwagi na sygnały żywnościowe stanowi czynnik ryzyka dla przybrania na wadze (37). Jednak ostatni przegląd literatury wykazał, że zwracanie uwagi na wskazówki dotyczące żywności lub leków jest słabym wskaźnikiem zachowania problemowego (104).

Zagadnienia interpretacyjne

Nasz artykuł badawczy przedstawia nowatorski pogląd na to, w jaki sposób sygnały związane z żywnością wpływają na ruchy oczu i zachowania ukierunkowane na cel u osób z nadwagą i otyłością. Jednak interpretacja naszych wyników podlega określonym ograniczeniom.

Po pierwsze, indywidualne różnice w wycenie nagrody mogły wpłynąć na zachowanie kontrolowane przez cue. Próbowaliśmy przezwyciężyć ten problem, testując wszystkich uczestników w tym samym stanie żywieniowym (np. Głodni) i pozwalając im wybrać ulubioną przekąskę z czterech opcji. Upodobanie do nagród oparte na wizualnej skali analogowej nie różniło się między grupami (KATEGORIA WAGI, STYL FIXACJI) i nie wpłynęło na uwarunkowaną reakcję oka ani PIT.

Po drugie, nasz eksperyment nie pozwala nam określić, czy wrażliwość osób z nadwagą na sygnały środowiskowe ma znaczenie tylko dla sygnałów specyficznych dla żywności lub czy osoby te wykazują ogólnie zwiększoną wrażliwość na sygnały przewidujące nagrodę. Zarówno ogólne, jak i specyficzne dla substancji efekty nagrody znaleziono w poprzednich badaniach pacjentów uzależnionych od alkoholu (45, 48) i palacze (95). Tak więc, chociaż dysocjacja ogólnych i specyficznych dla żywności efektów nagrody nie była przedmiotem niniejszego badania, stanowi ważne pytanie dla przyszłych badań.

Mechanizm fizjologiczny i pytania otwarte

Czym dokładnie może być mechanizm znajdowania różnic w uwarunkowanej odpowiedzi oka i prawdopodobnie również ukierunkowanych zachowań u osób o prawidłowej masie ciała, z nadwagą i otyłych? Powszechnie wiadomo, że spożywanie smacznego jedzenia zwiększa aktywność mózgu w regionach zaangażowanych w przetwarzanie nagrody (tj. Prążkowia, śródmózgowia, ciała migdałowatego, kory oczodołowo-czołowej) i prowadzi do uwalniania dopaminy w prążkowiu grzbietowym. Ilość dopaminy jest związana z oceną przyjemności (tj. „Lubienie”) i gęstością kaloryczną nagrody / jedzenia [w przypadku recenzji, patrz ref. (20, 21)]. Przewidywane spożycie pokarmu lub ekspozycja na sygnały / obrazy żywności zwiększa aktywność w regionach mózgu znanych z motywującej wyceny nagrody (np. Ciało migdałowate, kora oczodołowo-czołowa) (21, 105, 106) i powoduje podobne uwalnianie dopaminy jako nagrody (107). Model uczulania motywacyjnego zakłada, że ​​powtarzające się spożywanie wysokokalorycznej smacznej żywności prowadzi do zwiększonej aktywności mózgu w regionach zaangażowanych w wycenę zachęt do sygnałów, które są związane z smacznym spożyciem żywności przez kondycjonowanie, które skłania do głodu i przejadania się, gdy te wskazówki są dostępne (15, 17, 20, 21). Istnieją mocne dowody na to, że neurony dopaminergiczne wystające do prążkowia i bladej części brzusznej reagują na otrzymanie smacznego pokarmu, ale po powtarzających się parach między jedzeniem a wskazówką, strzelają w odpowiedzi na sygnał związany z jedzeniem i już nie w odpowiedzi na odbiór jedzenie [do przeglądu, patrz ref. (107)]. Ta zmiana w uczeniu się o wyniku bodźca przypisuje wartość do samych wskazówek, a tym samym prowadzi do zmotywowanych zachowań (59, 107-109). Ten proces może przyczynić się do przejadania się i prowadzić do przyrostu masy ciała. Zgodnie z teorią uczulania motywacyjnego, otyłe osoby wykazywały zwiększoną aktywność w regionach mózgu związanych z nagrodą i motywacją, regionami mózgu związanymi z reakcjami motorycznymi i obszarami mózgu związanymi z uwagą do zdjęć żywności, wskazówek dotyczących żywności lub reklam żywności (20, 21, 27, 110-114). Ta większa reakcja na sygnały związane z pokarmem może być odzwierciedlona w zwiększonej warunkowej odpowiedzi oka u osób otyłych obserwowanych w naszym eksperymencie. Wskaźnik związany z żywnością przypisywany efektem zachęty może następnie wywołać działania mające na celu uzyskanie pokarmu (tj. Zwiększone „pragnienie”) (20). W naszym badaniu ta zwiększona „chęć” / motywacja z powodu sygnałów związanych z żywnością jest potencjalnym powodem obserwowania silniejszych efektów PIT w nadwadze. Nasze badanie sugeruje jednak, że prawdopodobnie nie dotyczy to osób otyłych. Istnieją pewne dowody z doświadczeń na zwierzętach i ludziach, że zwyczajowe spożywanie diet o wysokiej zawartości tłuszczu zmniejsza sygnalizację dopaminy w obwodzie nagrody (21, 115, 116). Jest to zgodne z eksperymentami na osobach uzależnionych od kokainy i alkoholu (117, 118). Jednak zwykłe procesy nie były mierzone za pomocą naszego eksperymentalnego paradygmatu.

Połączenie naszego paradygmatu behawioralnego z dodatkowymi metodami, takimi jak neuroobrazowanie lub interwencje farmakologiczne, pozwoliłoby na lepsze zrozumienie podstawowego mechanizmu. Ułatwiłoby to również włączenie naszych odkryć do badań na zwierzętach dotyczących indywidualnej zmienności, warunkowanej motywacji, przejadania się i uzależnienia. Ponadto interesujące byłoby zbadanie wpływu sygnałów środowiskowych w grupie pacjentów po operacji bariatrycznej lub po innych interwencjach (np. Dieta, trening behawioralny, patrz Implikacja kliniczna).

Implikacja kliniczna

Nasze odkrycia mogą okazać się praktyczne, ponieważ pokazujemy, że uwarunkowana reakcja oka grupy z nadwagą i zachowanie ukierunkowane na cel są na ogół bardziej podatne na wpływ sygnałów środowiskowych. W związku z tym korzystne może być zajęcie się strategiami psychicznymi w celu przeciwstawienia się sygnałom związanym z żywnością, także w psychologicznym / behawioralnym leczeniu osób z nadwagą [np. Szkolenie w zakresie wymierania, szkolenie z kontroli uwagi, szkolenie w zakresie reakcji (60, 119-121)]. Manipulowanie nastawieniem uwagi na sygnały leków przez wykazano, że terapie kontrolne zmniejszają niektóre z zachowań kontrolujących zachowanie narkotyków w stosunku do osób uzależnionych (60, 122-124). Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, istnieje tylko jedno badanie, w którym zastosowano program modyfikacji nastawienia uwagi (ABM), stosowany w zaburzeniach uzależnień u osób z nadwagą i otyłością (tj. Zjadaczy obżarstwa) (125). Badanie to wykazało zmniejszenie masy ciała, objawy zaburzeń odżywiania się, niepohamowany apetyt oraz utratę kontroli i reakcji na jedzenie po treningu ABM w tygodniu 8 (125). Wyniki te należy jednak interpretować z ostrożnością ze względu na małą liczebność próby i jednoosobową próbę otwartą. Połączenie reakcji żywieniowej i treningu uwagi skutecznie zmniejszyło wynagrodzenie i uwagę sieci mózgowych i zmniejszyło tkankę tłuszczową (120, 121). Dla osób otyłych, które w naszym badaniu nie różniły się od kontroli prawidłowej masy ciała pod względem wpływu zewnętrznych sygnałów na zachowanie ukierunkowane na cel, inne metody leczenia są prawdopodobnie bardziej odpowiednie, ponieważ już niedostosowane zachowania żywieniowe zostały już skonsolidowane [np. Terapia poznawczo-behawioralna, motywacyjna wywiad, trening odwracania nawyku, trening kontroli zahamowania (102, 126)]. Odkrycie niniejszego badania wraz z wcześniejszymi badaniami (8, 9, 14, 57) należy również rozważyć, kiedy zostaną opracowane nowe zasady i wytyczne dotyczące reklam żywności.

Autorzy pragną podziękować dr. Danielowi Woolleyowi za pomoc techniczną i dr. Med. Renward S. Hauser i Dr. med. Philipp Gerber za cenne spostrzeżenia i zalecenia dotyczące rekrutacji pacjentów.

Finansowanie. Prace te były możliwe dzięki dofinansowaniu otrzymanemu z dotacji EAT2Learn2Move Fundacji Badawczej ETH.