Większa aktywacja kortykolimbiczna do wysokokalorycznych sygnałów żywieniowych po jedzeniu u osób otyłych w porównaniu do dorosłych dorosłych (2012)

Apetyt. 2012 Feb;58(1):303-12. doi: 10.1016 / j.appet.2011.10.014.

Dimitropoulos A1, Tkach J, Ho A, Kennedy J.

Abstrakcyjny

Celem tych badań jest zidentyfikowanie odpowiedzi neuronalnej na nagradzające sygnały żywnościowe przed i po jedzeniu u dorosłych z nadwagą / otyłością (OB) i osób o normalnej wadze (NW). W oparciu o poprzednią literaturę spodziewaliśmy się większej różnicy w aktywacji sygnałów żywnościowych niż obiektów dla OB w porównaniu z uczestnikami NW zarówno przed jedzeniem, jak i po spożyciu typowego lunchu. Dwudziestu dwóch osób z nadwagą / otyłością (samiec 11) i 16 o normalnej wadze (6) uczestniczyło w czynnościowym obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego, badając odpowiedź neuronalną na wizualne sygnały żywności wysoko- i niskokalorycznej przed i po jedzeniu.

Tgrupa OB wykazała zwiększoną odpowiedź nerwową na pokarmy wysoko- i niskokaloryczne po jedzeniu w porównaniu z uczestnikami NW w okolicy czołowej, skroniowej i limbicznejs.

Ponadto, większa aktywacja w regionach kortykolimbicznych (boczny OFC, ogoniasty, przedni zakręt) do wysokokalorycznych sygnałów pokarmowych była widoczna w OB w porównaniu z uczestnikami NW po jedzeniu.

Odkrycia te sugerują, że u osób z OB wysokokaloryczne sygnały pokarmowe wykazują trwałą odpowiedź w regionach mózgu zaangażowanych w nagrodę i uzależnienie, nawet po jedzeniu. Ponadto sygnały pokarmowe nie wywoływały podobnej odpowiedzi mózgu po jedzeniu w grupie NW, co sugeruje, że aktywność neuronowa w odpowiedzi na sygnały pokarmowe zmniejsza się wraz ze zmniejszeniem głodu dla tych osób.

Zobacz inne artykuły w PMC, że cytować opublikowany artykuł.
Słowa kluczowe: fMRI, otyłość, układ nagrody, kortykolimbik, OFC, wysokokaloryczne jedzenie

Spożycie pokarmu u ludzi zależy od wielu czynników wykraczających poza kontrolę homeostazy. Dostępność, wskazówki zmysłowe (np. Zapach, atrakcyjność wizualna, smak) i przyjemność to czynniki, które wpływają na to, co i jak ludzie jedzą, nawet po nasyceniu. Biorąc pod uwagę obecny stan otyłości w Ameryce i na świecie, zrozumienie, w jaki sposób czynniki te wpływają na spożycie żywności, stało się niezbędne dla zdrowia, dobrostanu i powodów ekonomicznych (Rigby, Kumanyika i James, 2004). W ciągu ostatniej dekady zwierzęce modele motywacji żywieniowej zostały uzupełnione nieinwazyjnymi badaniami ludzkimi systemu apetycznego i nagrody żywności. Obie nieuporządkowane (Dimitropoulos & Schultz, 2008; Farooqi i in., 2007) i populacje neurotypowe (Gautier i in., 2000; Goldstone i in., 2009; Killgore i in., 2003; LaBar i in., 2001; Stoeckel i in., 2008; Tataranni i in., 1999; Wang, Volkow, Thanos i Fowler, 2004) zostały zbadane za pomocą technik neuroobrazowania zaprojektowanych w celu lepszego zrozumienia mechanizmów neuronalnych występujących podczas głodu i sytości oraz ich związku z otyłością i zaburzeniami jedzenia.

Dotychczasowe badania wskazują, że wizualne sygnały żywnościowe aktywują motywację żywności i obwody nerwowe nagradzające (np. Kora przedczołowa [PFC], kora oczodołowo-czołowa [OFC], ciało migdałowate, prążkowie grzbietowe i brzuszne, podwzgórze, wyspa), gdy są głodne, i to wysokokaloryczne jedzenie sygnały wywołują większą reakcję w tych regionach w stosunku do niskokalorycznych obrazów żywności (Killgore i in., 2003; LaBar i in., 2001; Stoeckel i in., 2008; Wang i wsp., 2004). Odpowiedź neuronalna na wizualne sygnały pokarmowe w regionach nagrody jest widoczna zarówno u osób o normalnej masie ciała, jak i otyłych oraz w różnych okresach na czczo. Wpływ sygnałów pokarmowych na odpowiedź neuronalną po sytości został również zbadany, choć rzadziej, z różnymi wynikami w różnych badaniach. Na przykład badania wykazały, że osoby o prawidłowej masie ciała wykazują zmniejszoną aktywację do sygnałów żywności po jedzeniu. LaBar i in. (2001) odkryli, że zdjęcia żywności prezentowane podczas czynnościowego rezonansu magnetycznego (fMRI) wywołały większą aktywację ciała migdałowatego, zakrętu przyhipokampowego i prawego zakrętu wrzecionowatego, gdy uczestnicy byli głodni w porównaniu z sytuacją, gdy byli nasyceni posiłkiem według własnego wyboru. Dodatkowo, Goldstone i współpracownicy (2009) nie zgłosił żadnej znaczącej różnicy aktywacji w regionach apetycznych i nagradzających do żywności wysokokalorycznej i niskokalorycznej po jedzeniu śniadania. Z kolei badania z osobami z nadwagą i otyłością sugerują, że sygnały pokarmowe nadal wywołują odpowiedź neuronalną po jedzeniu. Konkretnie, Martin i współpracownicy (2010) stwierdzona aktywność mózgu była większa w odpowiedzi na sygnały pokarmowe vs obiektowe w przyśrodkowej korze przedczołowej, ogoniastym, górnym zakręcie czołowym i hipokampie po spożyciu przez otyłych uczestników posiłku kalorycznego 500. Badania z wykorzystaniem innych metod (np. Śledzenie wzrokowe sygnałów żywnościowych) są zgodne z pracą fMRI wskazującą na utrzymywanie się istotności sygnałów pokarmowych po spożyciu płynnego posiłku wśród osób otyłych (Castellanos i in., 2009).

Bezpośrednie porównania osób otyłych z osobami o normalnej masie ciała wykazały również zróżnicowaną reakcję na sygnały pokarmowe związane ze statusem wagi (Bruce i in., 2010; Geliebter i in., 2006; Martin i in., 2010; Rothemund i in., 2007; Stoeckel i in., 2008). Podsumowując, badania wskazują, że osoby otyłe wykazują większą aktywację sygnałów pokarmowych w porównaniu z uczestnikami o normalnej wadze w wielu regionach mózgu, w tym w regionach systemu nagrody. Większa aktywacja sygnałów pokarmowych w porównaniu z obiektami wśród otyłych uczestników w porównaniu z grupą kontrolną zaobserwowano w PFC, OFC, obręczy przedniej, wyspie, ciele migdałowatym i prążkowiu podczas głodu (Stoeckel i in., 2008), w PFC, ogoniastym, hipokampie i płacie skroniowym bezpośrednio po jedzeniu (Martin i in., 2010), w prążkowiu, wyspie, hipokampie i płacie ciemieniowym w neutralnym stanie apetycznym (ani głodnym ani nasyconym) (Rothemund i in., 2007). Ponadto po postu i podczas neutralnego stanu apetycznego badano różnicową aktywację rodzajów żywności (wysokokaloryczne, niskokaloryczne, obżarstwo) wśród osób otyłych i osób o normalnej wadze. Na przykład osoby otyłe wykazują większą reakcję na sygnały wysokie i niskokaloryczne niż osoby o prawidłowej masie ciała w regionach takich jak skorupa (Rothemund i in., 2007), boczne OFC, przyśrodkowe PFC, wyspa, prążkowie i ciało migdałowate (Stoeckel i in., 2008). Istnieją pewne dowody na większą odpowiedź neuronalną na sygnały pokarmowe wśród osób o normalnej wadze w porównaniu z grupami z nadwagą / otyłością, takimi jak w medialnym PFC (Stoeckel i in., 2008) i regiony czasowe (Martin i in., 2010), ale większość zgłoszonych wyników bezpośrednich porównań między grupami o prawidłowej masie ciała i otyłością / nadwagą wskazuje na większą aktywację sygnałów żywnościowych u osób z nadwagą / otyłością.

Do tej pory znaczna część literatury neuroobrazowej związanej z żywnością wykorzystywała długie okresy pozbawienia kalorii do badania odpowiedzi neuronalnej podczas głodu (np. 8 – 36hrs; Gautier i in., 2000; Gautier i in., 2001; Goldstone i in., 2009; Karhunen, Lappalainen, Vanninen, Kuikka i Uusitupa, 1997; LaBar i in., 2001; Stoeckel i in., 2008; Tataranni i in., 1999) z pewnymi wyjątkami (Killgore i in., 2003; Martin i in., 2010). Nie jest jasne, czy czas trwania postu wpływa na odpowiedź neuronalną, ponieważ badania różnią się znacznie w protokole obrazowania, procedurach skanowania wstępnego i metodach statystycznych (np. Korektach małej objętości nieskorygowanych analiz całego mózgu), w których rygorystyczne kryteria lub analizy regionu zainteresowania (ROI) mogą wpływać na raportowanie wyników. Celem przedstawionej tu pracy jest rozszerzenie istniejących badań poprzez identyfikację odpowiedzi neuronalnej na nagradzające produkty żywnościowe podczas normatywnego niedoboru kalorii, który występuje między posiłkami. Naszym celem było zbadanie bardziej naturalistycznego głodu i nasycenia, które występuje w typowym dniu w społeczeństwie zachodnim. W szczególności staraliśmy się zbadać reakcję nerwową wywoływaną przez wysokokaloryczne sygnały pokarmowe u osób o normalnej masie ciała i nadwadze / otyłości przed i po jedzeniu. W oparciu o poprzednią literaturę spodziewaliśmy się większej różnicy w aktywacji sygnałów żywnościowych niż w przypadku nadwagi / otyłości w porównaniu z uczestnikami o normalnej wadze zarówno przed jedzeniem, jak i po spożyciu typowego lunchu. Najbardziej interesowała nas reakcja neuronalna specyficzna dla wysokokalorycznych i niskokalorycznych sygnałów żywnościowych po jedzeniu, ponieważ brakuje tej literatury i uważamy, że może ona oświetlić ciągły wpływ wysoce pożądanej żywności po jedzeniu. Postawiliśmy hipotezę, że nagradzanie (wysokokaloryczne) pokarmów wywoła większą reakcję nerwową w wielu regionach mózgu, w tym w systemie nagrody kortykolimbicznej (OFC, przedni zakręt, wyspa, prążkowia brzuszne i ciało migdałowate; Berthoud i Morrison, 2008; Kringelbach, 2004), nawet po spożyciu posiłku kalorycznego 750 dla próby uczestników z nadwagą i otyłością (zwanych dalej otyłymi) w porównaniu z uczestnikami o normalnej wadze. W przeciwieństwie do tego, w oparciu o poprzednią literaturę, spodziewaliśmy się, że uczestnicy z prawidłową masą ciała będą wykazywać mniejszą odpowiedź neuronalną w regionach mózgu, w tym w regionach kortykolimbicznych, na sygnały pokarmowe (niezależnie od rodzaju kalorii) w porównaniu z osobami otyłymi przed i po jedzeniu.

Metody

Uczestnicy

Dwudziestu dwóch otyłych (OB) [średnia BMI (SD): osoby 31.6 (4.5)] i 16 o normalnej wadze (NW) uczestniczyły w tym badaniu (patrz Tabela 1 dla cech grupy). Osoby te zostały zrekrutowane z reklam do społeczności Case Western Reserve University. Uczestnicy byli w dobrym zdrowiu, mieli normalne do skorygowanego widzenia normalnego i byli uprawnieni do skanowania MRI (tj. Bez ferromagnetycznych implantów). Osoby, które zgłosiły w przeszłości problemy psychiczne lub neurologiczne, znaczną utratę masy ciała lub przyrost w ciągu ostatnich miesięcy 6 lub uraz głowy z utratą przytomności, nie kwalifikowały się do udziału. Wszyscy uczestnicy udzielili świadomej pisemnej zgody i otrzymali rekompensatę finansową za swój udział. Badanie to zostało zatwierdzone przez instytut ds. Przeglądu instytucjonalnego instytutów medycznych w szpitalach uniwersyteckich.

Tabela 1 

Charakterystyka uczestnika

Procedura

Uczestnicy zostali przeskanowani między 12 i 2pm kolejno w celu przeprowadzenia badania przed posiłkami i po posiłku. W ramach większego projektu porównującego osoby z prawidłową masą ciała i nadwagę / otyłość z osobami z rzadkimi zaburzeniami (zespół Pradera-Williego; PWS), skanowanie było ograniczone przez parametry badania dotyczące osób z zespołem Pradera-Williego. Tak więc skanowanie w oddzielnych dniach (iw rezultacie równoważenie stanu przed posiłkami i po posiłku) nie było możliwe. Uczestnicy zostali poproszeni o zjedzenie lekkiego śniadania przed 8: 00am przed wizytą w dniu ich skanowania i powstrzymanie się od jedzenia do czasu zakończenia procedury eksperymentalnej. Piętnastu uczestników z każdej grupy zgłosiło jedzenie śniadania [godziny postu - OB: 6.2 (.68) zakres = 5 – 8hrs, NW: 5.6 (1.1) zakres = 3 – 7hrs, t= -1.79, p = .08]. Raport uczestnika dotyczący zawartości śniadania został zarejestrowany i oszacowany na spożycie kalorii; nie różniło się to między grupami (OB: 372.1 (190) kalorie; NW: 270 (135) kalorie, t= −1.6, p = 12, n = 15 na grupę). Ośmiu uczestników (OB: n = 7; NW: n = 1) zgłosiło, że nie jedzą śniadania, ponieważ zazwyczaj nie jedzą śniadania. Aby określić, czy uczestnicy, którzy spożywali śniadanie, różnili się od tych, którzy tego nie robili, porównano dane fMRI z przed posiłkiem między dwiema grupami (p <05, nieskorygowane). Obie grupy nie różniły się pod względem odpowiedzi na wskazówki żywieniowe pod względem jakichkolwiek interesujących kontrastów (np. Wysokokaloryczne vs. niskokaloryczne). Grupy nie różniły się również pod względem oceny głodu przed i po skanie przed posiłkiem (głód przed skanem: t= .43, p = .67; po wstępnym badaniu: t= .39, p = .69) lub spożywane kalorie obiadowe (t= .41 p = .68). Dalsze potwierdzenie zostało dostarczone przez przeprowadzenie analiz fMRI tylko z uczestnikami, którzy jedli śniadanie (n = 15 na grupę), a kluczowe ustalenia pozostały takie same. Dlatego wszystkie analizy przedstawione poniżej nie uwzględniają statusu spożycia śniadania.

Przed skanowaniem uczestnicy przechodzili testy neuropsychologiczne (w ramach większego badania, które nie zostało tu opisane) i szkolenie dotyczące zadań funkcjonalnych. W tym czasie uzyskano również wysokość, wagę i ocenę preferencji żywieniowych. Ocenę preferencji żywieniowych przeprowadzono w celu uzyskania miary wysokiej i niskokalorycznej preferencji żywieniowej dla każdego uczestnika. Ocena wymagała od uczestników oceny kart pamięci flash z produktami 74 (7 ”× 6”; PCI Educational Publishing, 2000), które zawierały desery, mięsa, owoce, warzywa, przekąski, pieczywo i makarony na skali Likert 5-point od „niechęć” do „lubię”. Fotografie do oceny preferencji żywieniowych różniły się od zdjęć wykorzystywanych w zadaniu fMRI. Wysokokaloryczne (np. Ciasta, ciasteczka, chipsy ziemniaczane, hot dogi) i niskokaloryczne (np. Owoce i warzywa) oceny preferencji żywnościowych nie różniły się w obrębie lub pomiędzy grupami (patrz Tabela 1).

Po badaniu przed posiłkami uczestnicy otrzymali posiłek przygotowany przez jednostkę badawczą Dahms Clinical Research Unit w szpitalach uniwersyteckich, standaryzowany na dostarczenie około 750 kalorii i składający się z kanapki (do wyboru z indyka, pieczeni wołowej lub wegetariańskiej), kartonu mleka, porcji owoce, a po drugiej stronie warzyw lub twarożku. Wybory w menu zostały zbilansowane pod względem zawartości makroskładników. Poinstruowano uczestników, aby jedli do syta, a wszelkie pozostałe pożywienie zważono, aby oszacować liczbę spożytych kalorii. Skanowanie poposiłkowe zwykle rozpoczynało się w ciągu 30 minut od zakończenia posiłku. Bezpośrednio przed i po skanowaniu przed i po posiłku uczestnicy odpowiadali na pytanie: „Jak bardzo jesteś teraz głodny?”. w skali od 0 do 8, gdzie 0 oznacza „w ogóle nie jestem głodny” do 8 - „bardzo głodny”. Należy zauważyć, że podczas gdy uczestnikom zalecono, aby jedli do nasycenia, nie podawano bezpośredniej miary sytości, ale pośrednio wywnioskowano ją na podstawie zmiany stanu głodu.

Projekt zadania fMRI

Zmiany kontrastu zależnego od poziomu tlenu we krwi (BOLD) mierzono w zadaniu dyskryminacji percepcyjnej przy projektowaniu blokowym. Uczestnicy wskazywani przez przycisk naciskają, czy kolorowe obok siebie wysokokaloryczne jedzenie (np. Ciasto, pączki, chipsy ziemniaczane, frytki), niskokaloryczne jedzenie (świeże warzywa lub owoce) lub przedmioty (meble) były „Ten sam” lub „inny” obiekt. Obrazy zostały zmodyfikowane ze względu na stały rozmiar, jasność i rozdzielczość. Każdy obraz był prezentowany tylko raz podczas procedury fMRI. Wybrano te same / różne parametry zadania, aby zapewnić, że uczestnicy zajęli się bodźcami. Obrazy były prezentowane w blokach odpowiadających typom obrazów 3: wysokokaloryczne produkty spożywcze, niskokaloryczne produkty spożywcze i meble. Wykazano, że ten paradygmat aktywuje boczny OFC, wyspę, podwzgórze, wzgórze i ciało migdałowate w odpowiedzi na sygnały pokarmowe (Dimitropoulos & Schultz, 2008). Wszystkie przebiegi funkcjonalne składały się z bloków 8 (każdy 21 sekund, z odpoczynkiem 14 pomiędzy blokami), z parami obrazów 6 na blok. Czas trwania bodźca ustawiono na 2250 ms i interwał międzymiastowy (ISI) w 1250 ms. Każdy bieg prezentował bloki mebli, wysokokaloryczne produkty spożywcze i niskokaloryczne produkty spożywcze w zrównoważonym porządku. Podczas każdej sesji skanowania prezentowano dwa przebiegi funkcjonalne (przed posiłkiem i po posiłku).

Gromadzenie danych fMRI

Wszystkie skanowanie przeprowadzono w Case Center for Imaging Research. Dane obrazowania uzyskano na skanerze 4.0T Bruker MedSpec MR, stosując cewkę głowicy odbierającej układ fazowy 8. Ruch głowy został zminimalizowany przez umieszczenie piankowej wyściółki wokół głowy. Funkcjonalne obrazy uzyskano za pomocą echo-płaskiej sekwencji echa gradientowego z pojedynczym strzałem na przyległych osiowych plastrach 35 wyrównanych równolegle do płaszczyzny AC-PC z rozdzielczością płaszczyzny 3.4 X 3.4 X 3 mm (TR = 1950, TE = 22 ms, flip kąt = stopnie 90). Dane aktywacji BOLD uzyskano podczas dwóch przebiegów (5: minuty 01, objętości / pomiary 157 EPI) na sesję MRI. Bodźce wizualne były rzutowane wstecz na przezroczysty ekran umieszczony przy końcu skanera MRI i oglądane przez lustro zamontowane na cewce głowicy. 2D Obrazy strukturalne ważone T1 (TR = 300, TE = 2.47ms, FOV = 256, macierz = 256 × 256, kąt obrotu = 60 stopnie, NEX = 2), grubość 3mm, umieszczone w tej samej płaszczyźnie i wyciąć lokalizacje jako echo - dane planarne do rejestracji w płaszczyźnie i objętość strukturalna 3D o wysokiej rozdzielczości (3D MPRAGE, przylegające, akwizycja strzałkowa, partycje wyboru wycinka 176, każda z wokselami izotropowymi 1 mm, TR = 2500, TE = 3.52ms, TI = 1100, FOV = 256, macierz = 256 × 256, kąt obrotu = stopnie 12, NEX = 1) zostały zebrane podczas początkowej sesji (przed posiłkiem).

Wstępne przetwarzanie danych i analiza fMRI

Przetwarzanie obrazu, analizy i testy istotności statystycznej przeprowadzono za pomocą Brainvoyager QX (Brain Innovation, Maastricht, Holandia; Goebel, Esposito i Formisano, 2006). Etapy przetwarzania wstępnego obejmowały trójliniową trójwymiarową korekcję ruchu, wygładzanie przestrzenne za pomocą filtru Gaussa z wartością połowy maksymalnej pełnej szerokości wynoszącą 7 mm oraz usuwanie trendu liniowego. Do macierzy projektowej dodano parametry korekcji ruchu, a ruch> 2 mm wzdłuż dowolnej osi (x, y lub z) spowodował odrzucenie tych danych (<1% odrzucono dla tej próbki). Dane dla każdej osoby zostały zestawione z obrazami anatomicznymi 2D i 3D o wysokiej rozdzielczości w celu wyświetlenia i lokalizacji. Poszczególne zbiory danych zostały poddane fragmentarycznej liniowej transformacji do proporcjonalnej siatki 3D określonej przez Talairach i Tournoux (1988) i zostały połączone z zestawem danych 3D o wysokiej rozdzielczości i ponownie próbkowane do 3 mm3 woksele. Znormalizowane zestawy danych zostały wprowadzone do analizy drugiego poziomu, w której aktywację funkcjonalną zbadano przy użyciu analizy ogólnego modelu liniowego (GLM) efektów losowych dla skanów przed posiłkami i po posiłkach. Dla każdego z okresów (przed / po posiłku) porównano następujące kontrasty między osobami otyłymi i osobami o normalnej masie ciała: żywność wysokokaloryczna, żywność niskokaloryczna, wszystkie rodzaje żywności (razem wysoko- i niskokaloryczne) oraz przedmioty . Uzyskane mapy statystyczne zostały skorygowane o wielokrotne porównania, przy użyciu korekcji progowej opartej na klastrach (na podstawie symulacji Monte Carlo przeprowadzonych w Brain Voyager). Początkowa wartość progowa p <01 i minimalna ciągła korekta skupień zastosowana do każdej mapy kontrastów w zakresie od 7–12 wokseli (189–324 mm3) zapewniła rodzinną korektę p <05.

Analiza interakcji międzygrupowej grupy (OB vs. NW) według kontrastu warunku (jedzenie vs. obiekt; wysoka kaloria vs. niska kaloryczność; wysokokaloryczna vs. obiekt; niskokaloryczna vs. obiekt) została przeprowadzona dla każdego głodu stan. Aby zwizualizować efekty interakcji, przeprowadzono analizy post-hoc na klastrach o najbardziej wyraźnych różnicach w grupie i stanie oraz w klastrach w kortykolimbicznych systemach nagradzania (OFC, przedni zakręt, wyspa, prążkowie brzuszne i ciało migdałowate). W szczególności dla analiz post-hoc wielkość aktywacji sygnału BOLD (wartości beta) wyodrębniono dla każdego pacjenta. SPSS (wersja 17; SPSS, Inc; Chicago, IL) wykorzystano do przeprowadzenia analiz post-hoc (testy t) i potwierdzenia wyników Brain Voyager. Po ekstrakcji kontrasty beta obliczano dla każdego stanu kalorii w porównaniu z obiektami niespożywczymi podczas każdego stanu głodu (obiekt wysokokaloryczny - obiekt, stan przed posiłkiem; obiekt niskokaloryczny - stan przed posiłkiem; obiekt o wysokiej kaloryczności - obiekt, stan po posiłku; obiekt niskokaloryczny - obiekt , stan po posiłku). Następnie wykonano sparowane testy t Studenta, aby zidentyfikować różnice między wysokim i niskim kontrastem dla każdego stanu posiłku oddzielnie dla każdego regionu w każdej grupie.

Efekt

Dane behawioralne

Głód

Oceny w skali głodu przed każdą sesją skanowania różniły się znacznie między stanami przed posiłkami i po posiłku, przy czym uczestnicy w obu grupach wskazywali na większy głód przed sesją badania przed posiłkiem: skanowanie przed posiłkiem - średnia OB (SD) = 4.72 (1.5), NW = 4.59 (1.5) ); skanowanie po posiłku - OB = .45 (.85) NW = .44 (.81). Grupy nie różniły się statusem głodu w okresie przed posiłkiem (t= -. 266, p = .79) lub skany po posiłku (t= -. 06, p = .95). Dane te wskazują, że manipulacja żywnością była skuteczna, a obie grupy zgłosiły zmniejszenie głodu z sesji przed posiłkami na sesje po posiłku.

Dokładność zadania

Dokładność zadania podczas uruchamiania funkcjonalnego (to samo / inne zadanie) była większa niż 90% dla sesji skanowania: średni procentowy udział przed rozpoczęciem = 97.3 (.03); postmeal = 99.0 (.02), dla warunków żywnościowych i niespożywczych: ogólna żywność = 93.8 (2.9); ogólnie nonfood = 94.5 (1.7) (t= −1.42, p = .16), a dla każdej grupy: OB = 99.1 (.02), NW = .97.8 (.02). Dokładność między grupami nie różniła się (t= -1.68, p = .11).

Spożycie kalorii obiadowych

Średnio uczestnicy OB spożyli kalorie 591 (SD = 68.4), a uczestnicy NW spożyli kalorie 607 (SD = 116.1), t= .91, p = .37. Spośród kalorii 750 dostarczanych w posiłku, najprawdopodobniej pozostałymi niezjedzonymi były porcje przypraw (majonez i / lub musztarda) oraz warzywna przystawka.

Dane fMRI

Odpowiedź przed posiłkiem: interakcja grupy x warunku

Aby zbadać różnice między grupami w stanie przed posiłkiem, zbadano następujące kontrasty: OB> NW [(i) żywność> przedmiot, (ii) wysokokaloryczna> niskokaloryczna, (iii) wysokokaloryczna> przedmiot, (iv) niska -kaloria> przedmiot], NW> OB [(v) żywność> przedmiot, (vi) wysokokaloryczna> niskokaloryczna, (vii) wysokokaloryczna> przedmiot, (viii) niskokaloryczna> przedmiot].

W stanie przed posiłkiem grupa otyłych wykazywała istotnie większą aktywność niż grupa osób o prawidłowej masie ciała na pożywienie w porównaniu z przedmiotem oraz na bodźce wysokokaloryczne w porównaniu z obiektem w obszarach kory przedczołowej, w tym w obustronnej przedniej korze przedczołowej (aPFC) (x, y , z = 23, 58, 0; -34, 63, 2). OB wykazywała większą aktywację niż NW dla kontrastów niskokalorycznych w porównaniu z obiektem w aPFC, a także w zakręcie czołowym górnym (BA6; -3, 11, 60) i móżdżku (47, -57, -33). Natomiast grupa NW wykazała większą aktywność niż grupa OB w warunkach pokarmowych w porównaniu z obiektami, głównie w bardziej tylnych obszarach, w tym w ciemieniowych (-46, 0, 7), środkowym zakręcie obręczy (-14, -9, 42; -23, −26, 44) i płat skroniowy (−34, −1, −28; −43, −30, 17). Wszystkie znaczące regiony aktywacji między grupami (p <05, skorygowane) są uwzględnione w Tabela 2.

Tabela 2 

Obszary mózgu, które różniły się pod względem grupy i wizualnego kontrastu wskazań podczas badań przed i po posiłku

Odpowiedź neuronalna u uczestników z prawidłową masą ciała wykazała większe rozróżnienie między wysokokalorycznymi i niskokalorycznymi pokarmami w porównaniu z otyłymi uczestnikami. W okresie przed posiłkiem grupa OB nie wykazywała większej odpowiedzi na pokarmy wysokokaloryczne niż niskokaloryczne niż grupa NW. W przeciwieństwie do tego, grupa NW wykazywała większą odpowiedź na wysoko-niskokaloryczne sygnały żywnościowe niż OB w zakręcie postcentralnym lewej półkuli (BA43; −55, −12, 15), insula (−40, −2, 15) , zakręt okrężnicy (−23, −12, −15) (patrz Tabela 2/Rysunek 1) i obustronnie w móżdżku (45, −50, −34; −16, −65, −19).

Rysunek 1 

Normalna masa ciała względem otyłości. Lewy: Wyniki skanowania przed posiłkiem. Zwiększona aktywacja grupy z prawidłową masą ciała do wysokokalorycznej i niskokalorycznej żywności podczas stanu przed posiłkiem u A) zakrętu pooperacyjnego / BA43, B) Insula / BA13 i C) zakrętu przyhipokampowego / BA28. Znacząca aktywacja ...
Analizy post-hoc

Analizy post-hoc przeprowadzono na znaczących regionach w NW> OB wysoki vs. niskokaloryczny kontrast, aby potwierdzić wyniki BV i naświetlić różnice wewnątrz grup. Oprócz regionów kortykolimbicznych (wyspy) wybrano inne regiony, ponieważ kontrast wysokokaloryczny i niskokaloryczny wykazywał największe różnice między grupami. Wyniki dotyczące móżdżku wykluczono z analiz post-hoc, ponieważ aktywację zaobserwowano w tym regionie w odpowiedzi na niskokaloryczne w porównaniu z obiektowymi wskazówkami w kontrastie OB> NW (patrz Tabela 2). W przypadku uczestników NW podczas skanowania przed posiłkami, większa odpowiedź była wywoływana na wysokokaloryczne wskazówki żywieniowe w porównaniu z niskokalorycznymi wskazówkami żywieniowymi w zakręcie pośrodkowym (BA43; p <05; Rysunek 1a). Odpowiedź również różniła się istotnie w przypadku uczestników OB (p <05) z wysokokalorycznymi pokarmami wywołującymi większą dezaktywację w zakręcie pośrodkowym niż niskokaloryczne podczas skanowania przed posiłkami. W przypadku zakrętu przyhipokampowego (BA28) odpowiedź była znacznie większa (p <05) na wskazówki wysokokaloryczne niż niskokaloryczne podczas skanowania przed posiłkami u uczestników NW (Rysunek 1b). Ponadto, u uczestników z NW, aktywacja parahipokampa znacznie spadła (p <05) od skanów przed posiłkami do po posiłkach w odpowiedzi na wysokokaloryczne sygnały pokarmowe (Rysunek 1b). Wysokokaloryczne sygnały pokarmowe wywoływały zróżnicowaną reakcję na wyspie w zależności od stanu posiłku dla obu grup (Rysunek 1c). W przypadku uczestników NW aktywacja była znacznie większa (p <05) w odpowiedzi na sygnały wysokokaloryczne niż niskokaloryczne podczas skanowania przed posiłkami. W przeciwieństwie do tego, w przypadku uczestników OB wysokokaloryczne wskazówki wywołały większą odpowiedź w wysepce niż niskokaloryczne wskazówki podczas skanowania poposiłkowego (p <05).

Reakcja poposiłkowa: interakcja grupy x warunku

Aby zbadać różnice między grupami w stanie poposiłkowym, zbadano następujące kontrasty: OB> NW [(i) żywność> przedmiot, (ii) wysokokaloryczna> niskokaloryczna, (iii) wysokokaloryczna> przedmiot, (iv) niska -kaloria> przedmiot], NW> OB [(v) żywność> przedmiot, (vi) wysokokaloryczna> niskokaloryczna, (vii) wysokokaloryczna> przedmiot, (viii) niskokaloryczna> przedmiot].

W stanie po posiłku grupa otyłych wykazywała większą reakcję w porównaniu z grupą o normalnej wadze na kontrasty między żywnością a obiektem w wielu regionach, w tym w obszarach czołowych [grzbietowo-boczne PFC (BA9; 0, 53, 21), boczne OFC (BA47; 29 , 25, −9) i zakręt czołowy górny (BA6; 17, 15, 48)], a także skroniowe i bardziej tylne obszary, takie jak tylny zakręt (18, −46, 0) i kora śródwęchowa (29, 6 , -9). Większą odpowiedź wykazano w OB w porównaniu z uczestnikami NW w przypadku kontrastu wysokokalorycznego w porównaniu z obiektami w kilku regionach, które są częścią systemów nagrody kortykolimbicznej: boczny OFC (32, 29, −3), zakręt przedni (−4, 16, −15), ogoniasty (8, 7, 14) (patrz Tabela 2; Rysunek 2) oraz inne obszary czołowe, w tym PFC (BA8; 4, 23, 51) i przyśrodkowy zakręt przedni (BA6; 2, 47, 37). Kontrast nisko-kaloryczny vs. obiektowy dawał większą odpowiedź wśród OB niż uczestników NW w obszarach czołowych [aPFC (−16, 59, 3), grzbietowo-boczny PFC (0, 52, 24) i zakręt przedni czołowy (BA6; −3, 11, 60)], regiony płata skroniowego [przedni płat skroniowy (45, 4, −13; −50, 18, −13), skroniowy nadkręgowy supramarginal (BA40; −57, −50, 20) i średni zakręt skroniowy ( 53, −63, 24)], ogoniaste (−2, 22, 3) i tylny zakręt (21, −48, 3). Grupa NW nie wykazywała większej odpowiedzi niż grupa OB w żadnym kontraście w stanie po posiłku. Ponadto, podobnie jak w przypadku stanu przed posiłkiem, grupa OB nie wykazywała większej odpowiedzi niż grupa NW na kontrast wysokokaloryczny i niskokaloryczny. Widzieć Tabela 2 dla wszystkich regionów aktywacji między grupami, które osiągnęły istotność (p <05, skorygowane).

Rysunek 2 

Otyłość a normalna waga. Lewy: Wyniki skanowania po posiłku. Zwiększona aktywacja grupy otyłych do sygnałów wysokokalorycznych w porównaniu z obiektami podczas stanu po posiłku w A) bocznych OFC / BA47, B) przednich zakrętów / BA25 i C) Caudate. Znacząca aktywacja do wysokokalorycznych ...
Analizy post-hoc

Do analiz post-hoc wybrano istotne regiony kortykolimbiczne w OB> NW wysoki kontrast względem niespożywczego kontrastu, aby potwierdzić wyniki BV i naświetlić różnice wewnątrz grup (patrz Rysunek 2). U uczestników OB podczas badania poposiłkowego wysokokaloryczne wskazówki żywieniowe wywołały większą odpowiedź w bocznym OFC (BA47; p <05) niż niskokaloryczne wskazówki (Rysunek 2a). Podobnie reakcja w ogoniastym również różniła się istotnie dla uczestników OB (p <05) z wysokokaloryczną żywnością wywołującą większą aktywację niż żywność niskokaloryczna podczas badania poposiłkowego (Rysunek 2c).

Dyskusja

W badaniu wykorzystano fMRI w celu zbadania różnic w odpowiedzi neuronalnej na sygnały pokarmowe między osobami otyłymi a osobami o prawidłowej masie ciała przed i po jedzeniu. Nasze dane poszerzają literaturę neuroobrazowania żywności, dostarczając dowodów na większą aktywację sygnałów żywnościowych (zarówno wysoko-, jak i niskokalorycznych) po jedzeniu u osób otyłych w porównaniu z osobami o normalnej wadze. Regiony przedczołowe i kortykolimbiczne, w tym OFC, ogoniaste i zakręty przednie, wykazywały istotnie większą odpowiedź na wysokokaloryczne sygnały pokarmowe niż obiekty po jedzeniu u otyłych uczestników w porównaniu z grupą o normalnej wadze. Te regiony mózgu biorą udział w reakcji hedonicznej, przetwarzaniu nagrody i uzależnieniu. Wyniki są szczególnie interesujące, ponieważ uczestnicy zjadli pokaźny posiłek i zgłosili zmniejszenie głodu bezpośrednio przed skanowaniem, co wskazuje na ciągły wpływ wysokokalorycznych sygnałów żywnościowych na obwód nagrody mózgu po spożyciu pokarmu przez otyłych uczestników. Ponadto sygnały pokarmowe nie wywoływały podobnej odpowiedzi mózgu po jedzeniu u osób o prawidłowej masie ciała, co sugeruje, że aktywność neuronowa w odpowiedzi na sygnały pokarmowe zmniejsza się wraz ze zmniejszeniem głodu.

Odpowiedź wstępna

Nasze odkrycia pokazują zwiększoną aktywację przedniej części czołowej kory przedniej u otyłych w porównaniu z uczestnikami o normalnej wadze w odpowiedzi na połączony stan żywności i oba rodzaje sygnałów żywności oddzielnie. Jednak odkryliśmy również, że w typie kontrastu (np. Wysokokaloryczny w porównaniu z obiektem itp.) Osoby o prawidłowej masie ciała wykazywały większą aktywację w wielu regionach w porównaniu z grupą otyłą, z wyjątkiem odpowiedzi na niskokaloryczne produkty spożywcze. W rzeczywistości, dla kontrastu o wysokiej i niskiej wartości kalorycznej, grupy różniły się znacznie, ponieważ grupa o prawidłowej masie ciała wykazująca większą aktywację na wyspie, zakręcie pośrodkowym, zakręcie przyhipokampowym i móżdżku oraz otyłej grupie nie wykazywała większej aktywacji różnicowej do wysokiego a sygnały niskokaloryczne w dowolnym regionie w porównaniu z grupą o normalnej wadze.

Na pierwszy rzut oka te odkrycia były nieco zaskakujące i nieoczekiwane na podstawie poprzedniej literatury. W kilku badaniach wykazano większą aktywację sygnałów żywnościowych w przypadku otyłości w porównaniu z wagami normalnymi podczas postu, a zwłaszcza w przypadku sygnałów o wysokiej i niskiej wartości kalorycznej (Martin i in., 2010; Stoeckel i in., 2008) i dlatego przewidzieliśmy podobne ustalenia. Istnieją jednak dwa interesujące punkty w niniejszych ustaleniach. Po pierwsze, istnieje większa aktywacja w przednich obszarach przedczołowych mózgu w grupie otyłej w porównaniu z grupą o prawidłowej masie ciała w przypadku pokarmów przed posiłkami i kontrastów wysokokalorycznych i obiektów. Wcześniejsze badania wykazały większą odpowiedź PFC na sygnały pokarmowe u osób z zaburzeniami odżywiania w porównaniu z grupą o normalnej wadze (Holsen i in., 2006); i był zaangażowany w uzależnienie, angażując się w aktywację wywoływaną przez sygnał w odpowiedzi na alkoholowe obrazy u alkoholików (George i in., 2001; Grusser i in., 2004). Po drugie, dla grupy o normalnej wadze, niskokaloryczne sygnały żywnościowe nie wydają się angażować układów nerwowych podobnie jak sygnały wysokokaloryczne, jak pokazuje znaczna różnica między aktywacjami wysoko- i niskokalorycznymi dla tej grupy. Badanie post-hoc wartości beta w wyspie, wyniki po zakręcie środkowym i wyniki zakrętu przyhipokampowego (Rysunek 1) pokazują, że różnice między grupami wynikają przede wszystkim ze zwiększonej aktywacji w tych regionach wysokokalorycznych pokarmów w grupie o prawidłowej masie ciała, aw przypadku regionów po centrum i zakrętu oraz dezaktywacji do wysokokalorycznych pokarmów dla otyła grupa. Regiony te odgrywają rolę w przetwarzaniu sensorycznym smaku i węchu. Insula konsekwentnie wykazywała, że ​​aktywuje wizualne sygnały pokarmowe, a badania naczelnych wykazały, że pierwotna kora smaku znajduje się w wyspie (Pritchard, Macaluso i Eslinger, 1999). Zakręt postcentralny (BA43) ma związek z percepcją smaku (znajdującą się w regionie somatosensorycznym najbliższym językowi) i wykazano, że sygnały pokarmowe aktywują ten region (Frank i in., 2010; Haase, Green i Murphy, 2011; Killgore i in., 2003; Wang i wsp., 2004). Podobnie, chociaż zakręt przyhipokampowy jest najlepiej znany z kodowania i pobierania pamięci, wydaje się, że bierze on udział w przetwarzaniu wizualnych sygnałów żywnościowych, ponieważ wielokrotnie wykazano, że w poprzednich badaniach wielokrotnie różnie reagował na sygnały żywnościowe i obiektowe (Berthoud, 2002; Bragulat i in., 2010; Haase i in., 2011; Killgore i in., 2003; LaBar i in., 2001; Tataranni i in., 1999). Ponadto stwierdzono, że stymulacja zakrętu przyhipokampowego zwiększa działanie autonomiczne i hormonalne, takie jak wydzielanie żołądkowe (Halgren, 1982). Wydaje się, że niskokaloryczne pokarmy wywołują większą odpowiedź neuronalną niż oczekiwaliśmy w grupie otyłej, na którą wskazują wyniki kontrastu wysokiego i niskiego kalorii (gdzie nie obserwuje się znaczących aktywacji w porównaniu z normalną wagą) oraz znaczące niskokaloryczne vs . ustalenia obiektu.

Odpowiedź po posiłku

W przeciwieństwie do stanu przed posiłkiem, wyniki po posiłku wskazują na większą aktywację do wysokokalorycznych i niskokalorycznych sygnałów żywnościowych wśród otyłych w porównaniu z uczestnikami o normalnej masie ciała. Wykazano, że kontrasty między żywnością a obiektem, wysokokaloryczne vs. obiektowe lub kontrasty niskokaloryczne i obiektowe wywołują aktywację w obszarach czołowych, skroniowych i bardziej tylnych. Zgodnie z oczekiwaniami uczestnicy z prawidłową masą ciała nie wykazali większej aktywacji w żadnym regionie niż osoby otyłe podczas zadania po posiłku. Jednak nie było znaczącego efektu grupowego w warunkach wysokiego i niskiego kalorii. Grupa otyłych wykazywała mniejszą różnicę aktywacji niż żywność wysokokaloryczna niż niskokaloryczna, niż przewidywaliśmy, wykazując większą aktywację zarówno w odniesieniu do kontrastów wysokiego, jak i do niskiego i kontrastu obiektu.

Nasze podstawowe wyniki wskazują na zwiększoną aktywację żywności wysokokalorycznej (vs. obiekt) po jedzeniu u osób otyłych. Obszary czołowe prawej półkuli (boczny zakręt OFC, przyśrodkowy zakręt czołowy PFC / BA8 / BA6) wykazywały większą odpowiedź na wysokokaloryczne pokarmy w grupie otyłych. Wykazano wcześniej, że regiony przedczołowe (BA6,8) reagują na sygnały pokarmowe u osób otyłych i o prawidłowej masie ciała, a zwłaszcza na wysokokaloryczne pokarmy, gdy są głodne (Rothemund i in., 2007; Stoeckel i in., 2008). Boczny OFC odgrywa ważną rolę w obwodach nerwowych związanych z żywnością i reaguje preferencyjnie na wysokokaloryczne sygnały żywnościowe (Goldstone i in., 2009; Rothemund i in., 2007; Stoeckel i in., 2008). Badania naczelnych wykazały związki z pierwotną korą smakową w wyspie i podwzgórzu oraz zidentyfikowały, że wtórna kora smaku znajduje się w bocznym OFC (Baylis, Rolls i Baylis, 1995; Rolls, 1999). Wykazano, że aktywacja bocznego OFC jest pozytywnie skorelowana z subiektywnymi ocenami przyjemności jedzenia danej osoby, co wskazuje, że wysoce satysfakcjonująca żywność może aktywować ten obszar bardziej niż mniej pożądana żywność (Kringelbach, O'Doherty, Rolls i Andrews, 2003). Nasze odkrycia wskazują, że region OFC nie zmniejsza odpowiedzi po jedzeniu u osób otyłych (patrz Rysunek 2). Podobnej aktywacji OFC nie zaobserwowano w grupie porównawczej o normalnej wadze. Wykazano również, że boczny OFC jest modulowany przez głód przy zmniejszonym odpalaniu neuronów po nasyceniu danego smaku (Critchley & Rolls, 1996). Interesujące jest, że posiłek użyty do osiągnięcia uczucia sytości w tym badaniu nie obejmował wysokotłuszczowej / słodkiej żywności. Jeśli neurony w bocznym OFC są poddawane sytości specyficznej dla pożywienia, to zaspokojenie jednego konkretnego pokarmu nie zmniejsza strzelania w odpowiedzi na inny rodzaj pokarmu (Critchley & Rolls, 1996), może to wspomagać ciągłą aktywność OFC obserwowaną w odpowiedzi na wysokokaloryczne pożywienie wśród osób otyłych.

Przedni zakręt obręczy wykazywał również zróżnicowaną reakcję między grupami po jedzeniu, z większą reakcją wśród grupy otyłej na obiekt wysokokaloryczny vs. obiekt. Wcześniejsze odkrycia wskazują, że ACC wykazuje większą aktywację w stosunku do wysokokalorycznych i niskokalorycznych pokarmów, podczas gdy głodny i mniejszy spadek zmiany sygnału po jedzeniu u osób otyłych w porównaniu z grupą kontrolną (Bruce i in., 2010; Stoeckel i in., 2008). ACC zaangażował się w motywację pokarmową, aktywując reakcję na podawanie tłuszczu i sacharozy (De Araujo & Rolls, 2004) i wykazujące zwiększoną aktywację do uzależnień od narkotyków wśród osób uzależnionych (Volkow, Fowler, Wang, Swanson i Telang, 2007). Ostatnie badania wykazały również, że nasilenie uzależnienia od żywności pozytywnie koreluje z aktywacją ACC w oczekiwaniu na smaczne jedzenie (Gearhardt i wsp., 2011). Ponadto, wysokokaloryczne sygnały pokarmowe kontra obiekt wywołały większą odpowiedź w obszarze ogoniastym w grupie otyłej. W przeciwieństwie do wcześniejszych badań z użyciem PET, co wskazuje na zmniejszoną aktywację jądra ogoniastego i skorupy po płynnym posiłku (Gautier i in., 2000), nasze odkrycia wskazują na ciągłą aktywację prążkowia do wysokokalorycznych pokarmów. Jest to zgodne z dowodami z literatury zwierzęcej wskazującymi, że neurony rozmieszczone w jądrze półleżącym, ogoniastym i skorupie pośredniczą w hedonicznym wpływie żywności o wysokiej zawartości cukru / tłuszczu (Kelley i in., 2005).

Podsumowanie i wnioski

Nasze odkrycia pokazują, że osoby otyłe i osoby o normalnej wadze znacznie różnią się odpowiedzią mózgu na sygnały pokarmowe, szczególnie po jedzeniu. Podczas głodu, osoby otyłe wykazują większą odpowiedź na oba typy sygnałów pokarmowych w przednich obszarach przedczołowych biorących udział w uzależnieniu. W przeciwieństwie do tego, podczas okresu przed posiłkiem, osoby o prawidłowej masie ciała wykazują wyraźną preferencyjną odpowiedź na sygnały o wysokiej i niskiej wartości kalorycznej w regionach zaangażowanych w przetwarzanie sensoryczne - różnicę, której nie obserwuje się po posiłku. Po jedzeniu wpływ wysokokalorycznych pokarmów jest widoczny u otyłych uczestników, ponieważ sygnały wysokokaloryczne nadal wywołują aktywację w obszarach mózgu zaangażowanych w przetwarzanie nagrody i smak, nawet po zgłoszonym zmniejszeniu głodu. Co więcej, niskokaloryczne pokarmy wywołują również większą odpowiedź neuronalną po jedzeniu u osób otyłych w porównaniu z uczestnikami o prawidłowej masie ciała, co podkreśla ciągłą reakcję na tego typu sygnały pokarmowe wśród osób otyłych i zmniejszoną aktywację wśród osób o prawidłowej wadze. Odkrycia te są szczególnie interesujące, biorąc pod uwagę, że większość uczestników przeszła normatywną deprywację kaloryczną przed jedzeniem obiadu, co pozwoliło na uogólnienie tych wyników na naturalne cykle na czczo / jedzenia.

To badanie ma kilka ograniczeń. Po pierwsze, ze względu na ograniczenia w gromadzeniu danych w ramach większego projektu, nie byliśmy w stanie zrównoważyć stanu postu i posiłku wśród osób fizycznych. Chociaż nie jest to idealne i wyniki powinny być powtórzone za pomocą procedur równoważonych, zarówno krótki, jak i dłuższy czas (dni 1 – 14) badania fMRI z powtórnym testowaniem wykazały dobrą wiarygodność powtórzeń testu w zadaniach sensomotorycznych (Friedman i in., 2008) oraz w odpowiedzi prążkowia podczas zadań związanych z reaktywnością wskazówek alkoholowych (Schacht i in., 2011). Brak tej przeciwwagi sprawia, że ​​porównanie w ramach grupy przed i po posiłku jest trudne do zinterpretowania, a zatem nie jest tutaj głównym celem. Brak przeciwwagi pomiędzy stanami posiłków jest zminimalizowany w wynikach między grupami, ponieważ obie grupy są dopasowane w procedurze skanowania. W przyszłych badaniach równoważenie pozwoliłoby na pełniejszą analizę modulacji odpowiedzi żywnościowej w ramach grupy w czasie. Po drugie, włączenie mężczyzn i kobiet do tej próbki może mieć nieznany wpływ na zestaw danych, ponieważ wykazano, że funkcjonowanie nagrody u kobiet różni się w zależności od etapu cyklu miesiączkowego (Dreher i in., 2007), czynnik nieuwzględniony w tej próbie, biorąc pod uwagę wymagania większego projektu. Należy zauważyć, że uczestnicy nie preferowali konkretnego rodzaju żywności na podstawie oceny preferencji żywności; może to być wynikiem podania zadania bezpośrednio przed skanem na czczo, co może odzwierciedlać zwiększoną smakowitość podczas głodu. Jednak tylko dlatego, że można wysoko oceniać jedzenie, niekoniecznie oznacza to, że woleliby je od innego smacznego jedzenia, jeśli mieliby wybór (np. Autor AD uwielbia marchewki, ale jeśli dostanie wybór lodów lub marchwi, lody zawsze będą zdobyć). Miara podejmowania decyzji dotyczących preferencji żywieniowych może przynieść więcej dyskryminujących wyników w odniesieniu do preferencji wysokiej i niskokalorycznej. Pomimo ocen behawioralnych, zarówno osoby otyłe, jak i osoby o prawidłowej wadze wykazują aktywację różnicową mózgu według typu kalorii. Ponadto przyszłe badania powinny powtórzyć te odkrycia, włączając lepsze miary sytości. Chociaż oceny głodu były oceniane w czterech punktach czasowych (przed i po każdym skanie) i wykazywały zmniejszony głód po jedzeniu, nie uzyskano bezpośrednich ocen sytości. Pośrednio wnioskowaliśmy o sytości przez zmianę statusu głodu. Wreszcie, nie ograniczyliśmy tej próby do praworęcznych uczestników, ponieważ w ramach większego projektu tych uczestników porównywano z rzadką populacją, w której nie mogliśmy wybrać kryteriów wręczania. Chociaż badanie to nie jest pozbawione ograniczeń, ustalenia te dostarczają wstępnych dowodów wśród otyłych na trwałą reakcję na sygnały żywnościowe w regionach mózgu związanych z nagrodami, nawet po jedzeniu, w porównaniu z reakcją w kontrolach normalnej wagi. Przyszłe prace powinny poszerzyć te odkrycia, badając stopień, w jakim dieta i nawyki żywieniowe wpływają na odpowiedź nerwową na sygnały żywnościowe.

Uczestnicy tego badania wskazali jedynie umiarkowany głód przed badaniem na czczo. Nawet ci, którzy opuścili śniadanie, przed skanowaniem wskazywali tylko umiarkowany głód. Wiele wcześniejszych badań skupiało się na badaniu odpowiedzi neuronalnej po długotrwałym, nietypowym postu. Nasze odkrycia są interesujące, ponieważ ekstremalny głód nie jest konieczny do wywołania reakcji nerwowej na sygnały pokarmowe. W rzeczywistości zrozumienie, w jaki sposób systemy neuronowe reagują podczas bardziej typowego głodu, może dać nam krytyczny wgląd w mechanizmy przejadania się. Warto zauważyć, że odpowiedź neuronalna na sygnały żywnościowe nie różniła się między tymi, którzy to robili, a tymi, którzy nie spożyli śniadania. Może to wskazywać, że w przypadku osób, które zazwyczaj pomijają śniadanie, reakcja na nagrody na sygnały żywnościowe nie różni się zasadniczo od odpowiedzi na śniadanie. Interesujący jest również fakt, że większość uczestników, którzy opuścili śniadanie, była otyła; może to wskazywać na gorsze spożycie pożywienia, ponieważ badania wykazały, że spożywanie śniadania jest związane ze zdrowszymi nawykami żywieniowymi i zmniejszonym dziennym spożyciem żywności (de Castro, 2007; Leidy i Racki, 2010).

Pokazaliśmy tutaj, że w przypadku osób otyłych wysokokaloryczne sygnały pokarmowe wykazują trwałą reakcję w regionach mózgu zaangażowanych w nagrodę i uzależnienie, nawet po spożyciu pokaźnego posiłku. Ta ciągła hedoniczna odpowiedź po wysokim obciążeniu kalorycznym może mieć kluczowe znaczenie dla zrozumienia zachowania przejadania się. Przyszłe prace ukierunkowane na zakres, w jakim dodanie wysokokalorycznej słodkiej / pikantnej żywności do neuronalnej odpowiedzi na posiłki w systemach nagród dla osób otyłych jest uzasadnione, biorąc pod uwagę obecne odkrycia.

  • Funkcjonalny rezonans magnetyczny wykorzystano do zbadania odpowiedzi mózgu na pokarm przed i po jedzeniu
  • Otyłość wykazywała większą odpowiedź mózgu na sygnały pokarmowe po jedzeniu niż normalna waga
  • Zwiększona odpowiedź OFC, jądra ogoniastego i obręczy przedniej po jedzeniu u otyłych
  • Odpowiedź kortykolimbiczna po jedzeniu pociąga za sobą ciągły wzrost spożycia wysokokalorycznej żywności
  • Aktywność w odpowiedzi na sygnały żywnościowe w normalnej wadze zmniejsza się wraz ze zmniejszeniem głodu

Podziękowanie

Praca ta była wspierana przez dotacje RO3HD058766-01 i UL1 RR024989 z National Institutes of Health oraz grant ACES Opportunity z National Science Foundation. Dziękujemy Centrum Case for Imaging Research, Jackowi Jesbergerowi, Brianowi Fishmanowi i Angeli Ferranti i Kelly Kanyi za pomoc badawczą; do Jennifer Urbano Blackford i Elinory Price za ich pomocne komentarze do manuskryptu; oraz wszystkim osobom, które uczestniczyły.

Przypisy

Zastrzeżenie wydawcy: Jest to plik PDF z nieedytowanym manuskryptem, który został zaakceptowany do publikacji. Jako usługa dla naszych klientów dostarczamy tę wczesną wersję manuskryptu. Rękopis zostanie poddany kopiowaniu, składowi i przeglądowi wynikowego dowodu, zanim zostanie opublikowany w ostatecznej formie cytowania. Należy pamiętać, że podczas procesu produkcyjnego mogą zostać wykryte błędy, które mogą wpłynąć na treść, a wszystkie zastrzeżenia prawne, które odnoszą się do czasopisma, dotyczą.

Konflikt interesów: Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów.

Referencje

  1. Baylis LL, Rolls ET, Baylis GC. Połączenia doprowadzające obszaru smaku kory ogonowo-czołowej okołozębnej naczelnych. Neuroscience. 1995; 64 (3): 801 – 812. [PubMed]
  2. Berthoud HR. Wiele układów nerwowych kontrolujących przyjmowanie pokarmu i masę ciała. Neurobiologia i recenzje biobehawioralne. 2002; 26 (4): 393 – 428. [PubMed]
  3. Berthoud HR, Morrison C. Mózg, apetyt i otyłość. Roczny przegląd psychologii. 2008; 59: 55 – 92. [PubMed]
  4. Bragulat V, Dzemidzic M, Bruno C, Cox CA, Talavage T, Considine RV i in. Sondy zapachowe związane z obwodami nagradzania mózgu podczas głodu: pilotażowe badanie FMRI. Otyłość (Silver Spring, Md.) 2010; 18 (8): 1566 – 1571. [PubMed]
  5. Bruce AS, Holsen LM, Chambers RJ, Martin LE, Brooks WM, Zarcone JR, et al. Otyłe dzieci wykazują hiperaktywację do zdjęć żywności w sieciach mózgowych powiązanych z motywacją, nagrodą i kontrolą poznawczą. Międzynarodowy dziennik otyłości (2005) 2010; 34 (10): 1494 – 1500. [PubMed]
  6. Castellanos EH, Charboneau E, Dietrich MS, Park S, Bradley BP, Mogg K, et al. Otyli dorośli mają tendencję do uwagi wzrokowej dla obrazów sygnalizacyjnych: Dowody na zmienioną funkcję systemu nagród. Międzynarodowy dziennik otyłości (2005) 2009; 33 (9): 1063 – 1073. [PubMed]
  7. Critchley HD, Rolls ET. Głód i sytość modyfikują odpowiedzi neuronów węchowych i wzrokowych w korze oczodołowo-czołowej naczelnych. Journal of Neurophysiology. 1996; 75 (4): 1673 – 1686. [PubMed]
  8. De Araujo IE, Rolls ET. Reprezentacja w ludzkim mózgu tekstury żywności i tłuszczu w jamie ustnej. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of Neuroscience. 2004; 24 (12): 3086 – 3093. [PubMed]
  9. de Castro JM. Pora dnia i proporcje spożywanych makroskładników odżywczych są związane z całkowitym dziennym spożyciem pokarmu. The British Journal of Nutrition. 2007; 98 (5): 1077 – 1083. [PubMed]
  10. Dimitropoulos A, Schultz RT. Obwody nerwowe związane z żywnością w zespole Pradera-Williego: Odpowiedź na pokarmy wysokokaloryczne i niskokaloryczne. Journal of Autism and Developmental Disorders. 2008; 38 (9): 1642 – 1653. [PubMed]
  11. Dreher JC, Schmidt PJ, Kohn P, Furman D, Rubinow D, Berman KF. Faza cyklu miesiączkowego moduluje zależną od nagrody funkcję neuronalną u kobiet. Materiały z Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych Ameryki. 2007; 104 (7): 2465 – 2470. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  12. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptyna reguluje obszary prążkowia i zachowania żywieniowe ludzi. Science (Nowy Jork, NY) 2007; 317 (5843): 1355. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  13. Frank S, Laharnar N, Kullmann S, Veit R, Canova C, Hegner YL, et al. Przetwarzanie zdjęć żywności: wpływ głodu, płci i zawartości kalorii. Brain Research. 2010; 1350: 159 – 166. [PubMed]
  14. Friedman L, Stern H, Brown GG, Mathalon DH, Turner J, Glover GH, i in. Ponowne testowanie i niezawodność między ośrodkami w wieloośrodkowym badaniu fMRI. Mapowanie ludzkiego mózgu. 2008; 29: 958 – 972. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  15. Gautier JF, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, Heiman M, i in. Różnicowe odpowiedzi mózgu na nasycenie u otyłych i chudych mężczyzn. Cukrzyca. 2000; 49 (5): 838 – 846. [PubMed]
  16. Gautier JF, Del Parigi A, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, i in. Wpływ nasycenia na aktywność mózgu u otyłych i chudych kobiet. Badania nad otyłością. 2001; 9 (11): 676 – 684. [PubMed]
  17. Gearhardt AN, Yokum S, Orr PT, Stice E, Corbin WR, Brownell KD. Neuronowe korelaty uzależnienia od żywności. Archiwa Psychiatrii Ogólnej. 2011; 68 (8): 808 – 816. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  18. George MS, Anton RF, Bloomer C, Teneback C, Drobes DJ, Lorberbaum JP, et al. Aktywacja kory przedczołowej i wzgórza przedniego u osób alkoholowych przy ekspozycji na sygnały specyficzne dla alkoholu. Archiwa Psychiatrii Ogólnej. 2001; 58 (4): 345 – 352. [PubMed]
  19. Geliebter A, Ladell T, Logan M, Schneider T, Sharafi M, Hirsch J. Responsywność na bodźce pokarmowe u otyłych i chudych zjadaczy przy użyciu funkcjonalnego MRI. Apetyt. 2006; 46 (1): 31 – 35. [PubMed]
  20. Goebel R, Esposito F, Formisano E. Analiza danych z konkursu funkcjonalnej analizy obrazu (FIAC) z Brainvoyager QX: Od pojedynczego podmiotu do grupy wyrównanej korowo ogólnej analizy modelu liniowego i samoorganizującej się niezależnej analizy grupowej. Mapowanie ludzkiego mózgu. 2006; 27: 392 – 401. [PubMed]
  21. Goldstone AP, de Hernandez CG, Beaver JD, Muhammed K, Croese C, Bell G i in. Post wypacza mózgowe systemy nagradzania w kierunku wysokokalorycznych pokarmów. The European Journal of Neuroscience. 2009; 30 (8): 1625 – 1635. [PubMed]
  22. Grusser SM, Wrase J, Klein S, Hermann D, Smolka MN, Ruf M, et al. Wywołana przez cue aktywacja prążkowia i przyśrodkowej kory przedczołowej jest związana z późniejszym nawrotem abstynencji alkoholików. Psychofarmakologia. 2004; 175 (3): 296 – 302. [PubMed]
  23. Halgren E. Zjawiska psychiczne indukowane przez stymulację w układzie limbicznym. Neurobiologia człowieka. 1982; 1 (4): 251 – 260. [PubMed]
  24. Haase L, Green E, Murphy C. Samce i samice wykazują zróżnicowaną aktywację mózgu do smaku, gdy są głodne i zaspokojone w obszarach smakowych i nagradzających. Apetyt. 2011; 57 (2): 421 – 434. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  25. Holsen LM, Zarcone JR, Brooks WM, Butler MG, Thompson TI, Ahluwalia JS, et al. Mechanizmy neuronalne leżące u podstaw hiperfagii w zespole pradera-willi'ego. Otyłość (Silver Spring, Md.) 2006; 14 (6): 1028 – 1037. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  26. Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Regionalny przepływ krwi w mózgu podczas ekspozycji na pokarm u otyłych i kobiet o normalnej wadze. Brain: A Journal of Neurology. 1997; 120 (Pt 9) (Pt 9): 1675 – 1684. [PubMed]
  27. Kelley AE, Baldo BA, Pratt WE, Will MJ. Obwody kortykostriatalno-podwzgórzowe i motywacja pokarmowa: Integracja energii, działania i nagrody. Fizjologia i zachowanie. 2005; 86 (5): 773–795. [PubMed]
  28. Killgore WD, Young AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, Yurgelun-Todd DA. Aktywacja korowa i limbiczna podczas oglądania pokarmów wysokokalorycznych i niskokalorycznych. NeuroImage. 2003; 19 (4): 1381 – 1394. [PubMed]
  29. Kringelbach ML. Żywność do myślenia: doświadczenie hedoniczne poza homeostazą w ludzkim mózgu. Neuroscience. 2004; 126 (4): 807 – 819. [PubMed]
  30. Kringelbach ML, O'Doherty J, Rolls ET, Andrews C. Aktywacja ludzkiej kory oczodołowo-czołowej na płynny bodziec pokarmowy jest skorelowana z jej subiektywną przyjemnością. Cerebral Cortex (Nowy Jork, NY: 1991) 2003; 13 (10): 1064–1071. [PubMed]
  31. LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, Mesulam MM. Głód selektywnie moduluje aktywację kortykolimbiczną na bodźce pokarmowe u ludzi. Neurobiologia behawioralna. 2001; 115 (2): 493 – 500. [PubMed]
  32. Leidy HJ, Racki EM. Dodanie bogatego w białko śniadania i jego wpływ na ostrą kontrolę apetytu i spożycie pokarmu u nastolatków „omijających śniadanie”. International Journal of Obesity (2005) 2010; 34 (7): 1125–1133. [PubMed]
  33. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, Bruce AS, Brooks WM, Zarcone JR, et al. Mechanizmy nerwowe związane z motywacją pokarmową u dorosłych otyłych i zdrowych. Otyłość (Silver Spring, Md.) 2010; 18 (2): 254 – 260. [PubMed]
  34. Pritchard TC, Macaluso DA, Eslinger PJ. Percepcja smaku u pacjentów ze zmianami w korze wyspowej. Neurobiologia behawioralna. 1999; 113 (4): 663 – 671. [PubMed]
  35. Rigby NJ, Kumanyika S, James WP. Konfrontacja z epidemią: potrzeba globalnych rozwiązań. Journal of Public Health Policy. 2004; 25 (3 – 4): 418 – 434. [PubMed]
  36. Rolls ET. Mózg i emocje. Nowy Jork: Oxford University Press; 1999.
  37. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H i in. Różnicowa aktywacja prążkowia grzbietowego przez wysokokaloryczne bodźce wzrokowe u osób otyłych. NeuroImage. 2007; 37 (2): 410 – 421. [PubMed]
  38. Schacht JP, Anton RF, Randall PK, Li X, Henderson S., Myrick H. Stabilność reakcji prążkowia fMRI na sygnały alkoholu: hierarchiczne podejście do modelowania liniowego. NeuroImage. 2011; 56: 61 – 68. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  39. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Powszechna aktywacja systemu nagród u otyłych kobiet w odpowiedzi na zdjęcia wysokokalorycznych pokarmów. NeuroImage. 2008; 41 (2): 636 – 647. [PubMed]
  40. Talairach J, Tournoux P. Współpłaszczyznowy atlas steriotaksyjny ludzkiego mózgu. 3-wymiarowy system proporcjonalny: podejście do obrazowania mózgu. Nowy Jork: Thieme Medical Publishers, Inc .; 1988.
  41. Tataranni PA, Gautier JF, Chen K, Uecker A, Bandy D, Salbe AD, et al. Neuroanatomiczne korelaty głodu i nasycenia u ludzi za pomocą pozytronowej tomografii emisyjnej. Materiały z Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych Ameryki. 1999; 96 (8): 4569 – 4574. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  42. Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM, Telang F. Dopamina w narkomanii i uzależnieniach: wyniki badań obrazowych i implikacje leczenia. Archiwa neurologii. 2007; 64 (11): 1575 – 1579. [PubMed]
  43. Wang GJ, Volkow ND, Thanos PK, Fowler JS. Podobieństwo między otyłością a uzależnieniem od narkotyków w ocenie neurofunkcjonalnej: przegląd koncepcji. Journal of Addictive Diseases. 2004; 23 (3): 39 – 53. [PubMed]