Maior ativação corticolímbica a estímulos alimentares de alto teor calórico após comer em adultos obesos versus adultos com peso normal (2012)

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

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

Sumário

O objetivo desta pesquisa é identificar a resposta neural à recompensa de dicas alimentares antes e depois de comer em adultos com sobrepeso / obesidade (OB) e peso normal (NW). Com base na literatura anterior, esperávamos uma ativação diferencial maior para sugestões de alimentos versus objetos para OB em comparação com participantes NW antes de comer e após o consumo de um almoço típico. Vinte e dois indivíduos com sobrepeso / obeso (11 masculino) e 16 peso normal (6 masculino) participaram de uma tarefa de ressonância magnética funcional examinando a resposta neural a dicas visuais de alimentos de alta e baixa caloria antes e após a ingestão.

To grupo OB demonstrou aumento da resposta neural a alimentos de alta e baixa caloria depois de comer, em comparação com os participantes NW na região frontal, temporal e límbicas.

Além disso, uma maior ativação nas regiões corticolímbicas (lateral OFC, caudado, cingulado anterior) para sugestões de alimentos de alto teor calórico foi evidente em OB vs NW participantes depois de comer.

Essas descobertas sugerem que, para indivíduos de OB, as sugestões de alimentos de alto teor calórico mostram resposta sustentada em regiões do cérebro implicadas em recompensa e dependência, mesmo depois de comer. Além disso, as sugestões de alimentos não provocaram resposta cerebral similar após comer no grupo NW, sugerindo que a atividade neural em resposta a sinais de comida diminui com a fome reduzida para esses indivíduos.

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Palavras-chave: fMRI, obesidade, sistema de recompensa, corticolímbico, OFC, alimentos altamente calóricos

A ingestão de alimentos em humanos é influenciada por uma variedade de fatores acima e além do controle homeostático. Disponibilidade, dicas sensoriais (por exemplo, aroma, apelo visual, paladar) e prazer são fatores que influenciam o que e quanto os humanos comem mesmo depois de serem saciados. Dado o estado atual da obesidade na América e no mundo, entender como esses fatores influenciam a ingestão de alimentos tornou-se essencial para a saúde, o bem-estar e as razões econômicas (Rigby, Kumanyika e James, 2004). Na última década, os modelos animais de motivação alimentar foram suplementados por investigações humanas não invasivas do sistema alimentar e de recompensa alimentar. Ambos desordenados (Dimitropoulos & Schultz, 2008; Farooqi et al., 2007) e populações neurotípicas (Gautier et al., 2000; Goldstone et al., 2009; Killgore e outros, 2003; LaBar et al., 2001; Stoeckel e outros, 2008; Tataranni et al., 1999; Wang, Volkow, Thanos, & Fowler, 2004) foram examinados usando técnicas de neuroimagem destinadas a compreender melhor os mecanismos neurais envolvidos durante a fome e saciedade e como eles se relacionam com a obesidade e desordem comendo.

Pesquisas até o momento indicam que os sinais visuais dos alimentos ativam a motivação alimentar e recompensam os circuitos neurais (por exemplo, córtex pré-frontal [PFC], córtex orbitofrontal [OFC], amígdala, corpo estriado dorsal e ventral, hipotálamo, ínsula) quando com fome e alimentos altamente calóricos. indícios provocam uma maior resposta nestas regiões em relação às imagens alimentares de baixa caloria (Killgore e outros, 2003; LaBar et al., 2001; Stoeckel e outros, 2008; Wang et al., 2004). A resposta neural a estímulos visuais de alimentos em regiões de recompensa é vista em indivíduos com peso normal e obesos e em várias durações de jejum. O efeito dos estímulos alimentares na resposta neural após a saciedade também foi examinado, embora com menor frequência, com resultados variados entre os estudos. Por exemplo, a pesquisa indicou que os indivíduos com peso normal mostram uma diminuição na ativação dos estímulos alimentares depois de comer. LaBar et al. (2001) descobriram que fotos de alimentos apresentados durante a ressonância magnética funcional (fMRI) provocaram uma maior ativação na amígdala, giro para-hipocampal e giro fusiforme direito quando os participantes estavam com fome, em comparação com quando foram saciados por uma refeição de sua escolha. Além do que, além do mais, Goldstone e colegas (2009) não relataram nenhuma ativação diferencial significativa nas regiões apetitivas e de recompensa para alimentos ricos em caloria vs. baixa caloria depois de tomar o café da manhã. Em contraste, pesquisas com indivíduos com sobrepeso e obesos sugerem que as sugestões de alimentos continuam a provocar resposta neural após a ingestão. Especificamente, Martin e colegas (2010) A atividade cerebral encontrada foi maior em resposta a estímulos alimentares vs. de objetos no córtex pré-frontal medial, caudado, giro frontal superior e hipocampo após os participantes obesos ingerirem uma refeição com caloria 500. Pesquisas utilizando outras modalidades (por exemplo, rastreamento ocular de dicas de alimentos) são consistentes com o trabalho de ressonância magnética funcional indicando saliência retida de dicas de alimentos após a ingestão de uma refeição líquida entre indivíduos obesos (Castellanos et al., 2009).

Comparações diretas de obesos com indivíduos com peso normal também mostraram resposta diferencial a estímulos alimentares associados ao status de peso (Bruce e outros, 2010; Geliebter et al., 2006; Martin et al., 2010; Rothemund e outros, 2007; Stoeckel e outros, 2008). Coletivamente, estudos indicam que indivíduos obesos apresentam uma maior ativação de sinais alimentares em comparação com participantes com peso normal em múltiplas regiões cerebrais, incluindo regiões do sistema de recompensa. Maior ativação para alimentos vs pistas-objeto entre os participantes obesos comparados aos controles tem sido visto no PFC, OFC, cingulado anterior, ínsula, amígdala e estriado durante a fome (Stoeckel e outros, 2008), no CPF, no caudado, no hipocampo e no lobo temporal imediatamente após a ingestão (Martin et al., 2010), e no estriado, ínsula, hipocampo e lobo parietal em estado apetitivo neutro (nem faminto ou saciado) (Rothemund e outros, 2007). Além disso, a ativação diferencial aos tipos de alimentos (alimentos de alto teor calórico e hipocalóricos) foi examinada entre indivíduos obesos e com peso normal após o jejum e durante um estado de apetite neutro. Por exemplo, indivíduos obesos apresentam maior resposta a estímulos altos contra valores calóricos baixos do que aqueles com peso normal em regiões como o putâmen (Rothemund e outros, 2007), OFC lateral, PFC medial, ínsula, corpo estriado e amígdala (Stoeckel e outros, 2008). Existem algumas evidências de maior resposta neuronal a estímulos alimentares entre peso normal em comparação com grupos com sobrepeso / obesos, como no PFC medial (Stoeckel e outros, 2008) e regiões temporais (Martin et al., 2010), mas a maioria dos resultados relatados em comparações diretas entre os grupos peso normal e obeso / sobrepeso indica uma maior ativação de sinais alimentares em indivíduos com sobrepeso / obesidade.

Até hoje, grande parte da literatura de neuroimagem relacionada a alimentos utilizou longos períodos de privação calórica para examinar a resposta neural durante a fome (por exemplo, 8-36hrs; Gautier et al., 2000; Gautier et al., 2001; Goldstone et al., 2009; Karhunen, Lappalainen, Vanninen, Kuikka e Uusitupa, 1997; LaBar et al., 2001; Stoeckel e outros, 2008; Tataranni et al., 1999) com algumas excepções (Killgore e outros, 2003; Martin et al., 2010). Não está claro se a duração do jejum afeta a responsividade neural, pois os estudos variam drasticamente tanto no protocolo de imagem, procedimentos pré-varredura e métodos estatísticos (por exemplo, pequenas correções de volume para análises cerebrais não corrigidas) onde critérios rigorosos ou análises de região de interesse (ROI) podem afetar o relatório de resultados. O objetivo do trabalho aqui apresentado é ampliar a pesquisa existente, identificando a resposta neural à recompensa de alimentos durante a privação calórica normativa que ocorre entre as refeições. Nosso objetivo era examinar uma fome e saciedade mais naturalista que ocorre durante o curso de um dia típico na sociedade ocidentalizada. Especificamente, nosso objetivo foi examinar a responsividade neural provocada por estímulos alimentares de alto teor calórico em indivíduos com peso normal e com sobrepeso / obesos antes e depois de comer. Com base na literatura anterior, esperávamos uma ativação diferencial maior para sugestões de alimentos versus objetos para sobrepeso / obesidade em comparação com participantes com peso normal antes de comer e após o consumo de um almoço típico. Estávamos muito interessados ​​na resposta neural específica para dicas de alimentos de alta e baixa caloria depois de comer, já que esta literatura está faltando e sentimos que isso pode iluminar o impacto continuado de alimentos altamente desejáveis ​​depois de comer. Hipotetizamos que alimentos recompensadores (altamente calóricos) provocariam maior responsividade neural em múltiplas regiões cerebrais, incluindo o sistema de recompensa corticolímbico (OFC, cingulado anterior, ínsula, estriado ventral e amígdala; Berthoud & Morrison, 2008; Kringelbach, 2004), mesmo após a ingestão de uma refeição de caloria 750 para uma amostra de participantes com sobrepeso e obesos (doravante denominados obesos) em comparação com participantes com peso normal. Em contraste, com base na literatura anterior, esperávamos que participantes com peso normal mostrassem menos resposta neural entre regiões cerebrais, incluindo regiões corticolímbicas, a estímulos alimentares (independentemente do tipo de calorias) em comparação a participantes obesos antes e depois de comer.

De Depósito

Participantes

Vinte e dois indivíduos obesos (OB) [IMC média (DP): 31.6 (4.5)] e 16 de peso normal (NW) participaram desta pesquisa tabela 1 para as características do grupo). Esses indivíduos foram recrutados de anúncios para a comunidade da Case Western Reserve University. Os participantes estavam em boas condições de saúde, tinham uma visão normal normal corrigida e eram elegíveis para a ressonância magnética (ou seja, livres de implantes ferromagnéticos). Indivíduos que relataram uma história de problemas psiquiátricos ou neurológicos, perda de peso significativa ou ganho nos últimos meses 6, ou traumatismo craniano com perda de consciência não eram elegíveis para participar. Todos os participantes deram consentimento informado por escrito e foram financeiramente compensados ​​por sua participação. Esta pesquisa foi aprovada pelo Conselho de Revisão Institucional do Hospital Medical Case Institutional University for Human Investigation.

tabela 1 

Características do participante

Procedimento

Os participantes foram digitalizados entre 12 e 2pm consecutivamente para uma varredura pré-natal e pós-refeição. Como parte de um projeto maior que compara indivíduos com peso normal e com sobrepeso / obesidade a indivíduos com uma doença rara (síndrome de Prader-Willi; PWS), a varredura foi limitada pelos parâmetros do estudo em relação aos indivíduos com PWS. Assim, a varredura em dias separados (e como resultado, contrabalançando o estado pré-refeição e pós-refeição) não era viável. Os participantes foram convidados a comer um café da manhã leve antes do 8: 00am antes de sua consulta no dia de suas varreduras e a se abster de comer até que o procedimento experimental fosse concluído. Quinze participantes em cada grupo relataram tomar café da manhã [horas de jejum - intervalo de OB: 6.2 (.68) = 5 - 8hrs, NW: 5.6 (1.1) intervalo = 3 - 7hrs, t= −1.79, p = .08]. O relato do participante sobre o conteúdo do café da manhã foi registrado e estimado para a ingestão calórica; isto não diferiu entre os grupos (OB: 372.1 (190) calorias; NW: 270 (135) calorias, t= -1.6, p = 12, n = 15 por grupo). Oito participantes (OB: n = 7; NW: n = 1) relataram não tomar café da manhã, pois normalmente não o fazem. Para determinar se os participantes que consumiram o café da manhã diferiam daqueles que não o fizeram, os dados de fMRI da varredura pré-refeição foram comparados entre os dois grupos (p <05, não corrigido). Os dois grupos não diferiram em suas respostas às dicas alimentares em nenhum contraste de interesse (por exemplo, alto teor calórico vs. baixo teor calórico). Os grupos também não diferiram nas avaliações de fome antes e depois da varredura pré-refeição (fome antes da varredura: t= .43, p = .67; após o exame inicial: t= .39, p = .69) ou almoço calorias consumidas (t= .41 p = .68). Confirmação adicional foi fornecida pela realização de análises de fMRI com apenas participantes que tomaram café da manhã (n = 15 por grupo) e os principais achados permaneceram os mesmos. Portanto, todas as análises relatadas a partir de agora desconsideram o status de consumo do café da manhã.

Antes da varredura, os participantes foram submetidos a testes neuropsicológicos (como parte de um estudo maior não relatado aqui) e treinamento sobre as tarefas funcionais. Altura, peso e uma avaliação de preferência alimentar também foram obtidos durante esse período. A avaliação de preferência alimentar foi administrada para obter uma medida de preferência alimentar de alta e baixa caloria para cada participante. A avaliação exigiu que os participantes classificassem cartões flash fotográficos de alimentos 74 (7 ”× 6”; PCI Educational Publishing, 2000) que incluíam sobremesas, carnes, frutas, legumes, lanches, pães e massas em uma escala Likert de ponto 5 de 'não gosto' de 'gostar'. As fotografias para a avaliação de preferência alimentar foram diferentes das imagens utilizadas na tarefa de fMRI. Calorias de alto teor calórico (por exemplo, bolos, biscoitos, batatas fritas, cachorros-quentes) e de preferência alimentar de baixa caloria (por exemplo, frutas e vegetais) não diferiram dentro ou entre os grupos (ver tabela 1).

Após a varredura pré-refeição, os participantes receberam uma refeição preparada pela Unidade de Pesquisa Clínica Dahms em Hospitais Universitários padronizada para fornecer aproximadamente 750 calorias e consistindo em um sanduíche (escolha de peru, rosbife ou vegetariano), caixa de leite, uma porção de fruta, e um lado de um vegetal ou queijo cottage. As opções do menu foram balanceadas para o conteúdo de macronutrientes. Os participantes foram instruídos a comer até a saciedade e qualquer alimento remanescente foi pesado para estimar o número de calorias consumidas. O exame pós-refeição normalmente começa 30 minutos após o término da refeição. Imediatamente antes e depois das varreduras antes e depois das refeições, os participantes responderam à pergunta: 'Quão faminto você está agora?' em uma escala que varia de 0-8, sendo 0 'sem fome' a 8 - 'extremamente faminto'. Deve-se notar que, embora os participantes tenham sido instruídos a comer até ficarem saciados, uma medida direta de saciedade não foi administrada, mas foi indiretamente inferida pela mudança no estado de fome.

projeto da tarefa de fMRI

As mudanças no contraste dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD) foram medidas em uma tarefa de discriminação perceptual de projeto de bloco. Os participantes indicados por um botão pressionam se imagens coloridas lado a lado de alimentos altamente calóricos (por exemplo, bolo, donuts, batatas fritas, batatas fritas), alimentos de baixa caloria (legumes frescos ou frutas) ou objetos (móveis) foram Objeto "mesmo" ou "diferente". As imagens foram modificadas para tamanho, brilho e resolução consistentes. Cada imagem foi apresentada apenas uma vez durante o procedimento de ressonância magnética funcional. Os mesmos / diferentes parâmetros da tarefa foram selecionados para garantir que os participantes estivessem participando dos estímulos. As imagens foram apresentadas em blocos correspondentes aos tipos de imagem 3: alimentos de alto teor calórico, alimentos de baixa caloria e móveis. Demonstrou-se anteriormente que esse paradigma ativava a OFC lateral, a ínsula, o hipotálamo, o tálamo e a amígdala em resposta a estímulos alimentares (Dimitropoulos & Schultz, 2008). Todas as execuções funcionais foram compostas de blocos 8 (21 segundos cada, com um segundo 14 restante entre blocos), com pares de imagens 6 por bloco. A duração do estímulo foi ajustada em 2250 ms e o intervalo entre estímulos (ISI) em 1250 ms. Cada corrida apresentou blocos de móveis, alimentos altamente calóricos e alimentos de baixa caloria em ordem contrabalançada. Duas corridas funcionais foram apresentadas durante cada sessão de varredura (pré-refeição e pós-refeição).

Aquisição de dados por fMRI

Toda a digitalização foi realizada no Case Center for Imaging Research. Os dados de imagem foram adquiridos num scanner 4.0T Bruker MedSpec MR utilizando uma bobina de cabeça de transmissão de matriz de fase de canal 8. O movimento da cabeça foi minimizado pela colocação de espuma ao redor da cabeça. As imagens funcionais foram adquiridas usando uma sequência eco-planar single-shot de gradiente-eco sobre 35 cortes axiais contíguos alinhados paralelamente ao plano AC-PC com uma resolução inplane de 3.4 X 3.4 X (TR = 3, TE = 1950 ms, flip ângulo = 22 graus). Os dados de ativação BOLD foram adquiridos durante duas execuções (90: 5 minutos, volumes 01 EPI / medições) por sessão de ressonância magnética. Os estímulos visuais foram projetados de volta para uma tela translúcida colocada perto do final do aparelho de ressonância magnética e vista através de um espelho montado na bobina da cabeça. 157D imagens estruturais ponderadas T2 (TR = 1, TE = 300ms, FOV = 2.47, matriz = 256 × 256, ângulo de inversão = 256 graus, NEX = 60), 2mm de espessura, posicionados no mesmo plano e locais de corte como o eco - dados planares para registo no plano e um volume estrutural 3D de alta resolução (3D MPRAGE, aquisição sagital contígua, partições select de fatia 3, cada uma com 176 mm de voxels isotrópicos, TR = 1, TE = 2500ms, TI = 3.52, FOV = 1100, matriz = 256 × 256, ângulo de inclinação = 256 graus, NEX = 12) foram coletados durante a sessão inicial (pré-inicial).

Pré-processamento e análise de dados de fMRI

Processamento de imagem, análises e testes de significância estatística foram realizados usando Brainvoyager QX (Brain Innovation, Maastricht, Holanda; Goebel, Esposito, & Formisano, 2006) As etapas de pré-processamento incluíram correção de movimento trilinear tridimensional, suavização espacial usando um filtro gaussiano com meio-valor máximo de largura total de 7 mm e remoção de tendência linear. Parâmetros de correção de movimento foram adicionados à matriz de design e movimento> 2 mm ao longo de qualquer eixo (x, y ou z) resultou no descarte desses dados (<1% descartado para esta amostra). Os dados de cada indivíduo foram alinhados com imagens anatômicas 2D e 3D de alta resolução para exibição e localização. Os conjuntos de dados individuais passaram por transformação linear por partes em uma grade 3D proporcional definida por Talairach e Tournoux (1988) e foram co-registados com o conjunto de dados 3D de alta resolução e reamostrados para 3 mm3 voxels. Os conjuntos de dados normalizados foram inseridos em uma análise de segundo nível em que a ativação funcional foi examinada usando uma análise de modelo linear geral de efeitos aleatórios (GLM) para as varreduras pré-refeição e para as varreduras pós-refeição. Para cada um dos períodos de tempo (pré / pós-refeição), os seguintes contrastes foram comparados entre os indivíduos obesos e com peso normal: alimentos com alto teor calórico, alimentos com baixo teor calórico, todos os alimentos (combinados com alto e baixo teor calórico) e objetos . Os mapas estatísticos resultantes foram corrigidos para comparações múltiplas, usando correção de limite baseada em cluster (com base em simulações de Monte Carlo realizadas no Brain Voyager). Um valor p de limiar inicial de p <01 e uma correção de cluster contígua mínima aplicada a cada mapa de contraste variando de 7–12 voxels (189–324 mm3) forneceu uma correção familiar de p <05.

A análise de interação entre grupos do grupo (OB vs. NW) por contraste de condição (alimento vs. objeto; alto teor calórico vs. baixa caloria; alto teor calórico vs. objeto; baixo teor calórico vs. objeto) foi realizada para cada fome Estado. Para visualizar os efeitos de interação, análises post-hoc foram realizadas em grupos com as diferenças mais distintas entre grupo e condição e para clusters nos sistemas de recompensa corticolímbica (OFC, cingulado anterior, ínsula, estriado ventral e amígdala). Especificamente, para análises post-hoc, a magnitude da ativação do sinal BOLD (valores beta) foi extraída para cada sujeito. O SPSS (versão 17; SPSS, Inc; Chicago, IL) foi utilizado para realizar as análises post-hoc (testes-t) e para confirmar os achados do Brain Voyager. Após a extração, os contrastes beta foram calculados para cada condição calórica vs. objetos não alimentícios durante cada estado de fome (alto teor calórico - objeto, estado pré-primário; baixo teor calórico - objeto, estado pré-natal; alto teor calórico - objeto, estado postmeal; baixo teor calórico - objeto , estado postmeal). Em seguida, realizaram-se testes t de Student emparelhados pós-hoc para identificar diferenças entre contrastes altos e baixos para cada estado de refeição separadamente para cada região dentro de cada grupo.

Resultados

Dados Comportamentais

Fome

As classificações na escala de fome antes de cada sessão de varredura diferiram significativamente entre as condições de pré-refeição e pós-refeição, com os participantes em ambos os grupos indicando maior fome antes da sessão de varredura pré-auricular: pré-varredura- OB (X) ); varredura pós-refeição - OB = .4.72 (.1.5) NW = .4.59 (.1.5). Os grupos não diferiram quanto ao estado de fome no momentot= -. 266, p = .79) ou varreduras postmeal (t= -. 06, p = .95). Esses dados indicam que a manipulação de alimentos foi eficaz, com ambos os grupos relatando diminuição da fome das sessões de pré-refeição para pós-refeição.

Precisão da Tarefa

A precisão das tarefas durante as execuções funcionais (tarefa igual / diferente) foi maior que 90% para a sessão de varredura: porcentagem média de pré-natal = 97.3 (.03); pós-farinha = 99.0 (.02), para condições alimentares e não alimentares: comida total = 93.8 (2.9); Nonfood geral = 94.5 (1.7) (t= −1.42, p = .16) e para cada grupo: OB = 99.1 (.02), NW = .97.8 (.02). A precisão entre os grupos não diferiu (t= −1.68, p = .11).

Almoço calorias consumidas

Em média, os participantes de OB consumiram 591 calorias (SD = 68.4) e os participantes NW consumiram 607 calorias (SD = 116.1), t= .91, p = .37. Das calorias 750 fornecidas na refeição, os itens com maior probabilidade de não serem consumidos incluíam porções de condimentos (maionese e / ou mostarda) e o prato de vegetais.

dados de fMRI

Resposta Premeal: interação grupo × condição

Para examinar as diferenças de grupo na condição pré-refeição, os seguintes contrastes foram examinados: OB> NW [(i) alimento> objeto, (ii) alto teor calórico> baixo teor calórico, (iii) alto teor calórico> objeto, (iv) baixo -caloria> objeto], NW> OB [(v) alimento> objeto, (vi) alto teor calórico> baixo teor calórico, (vii) alto teor calórico> objeto, (viii) baixo teor calórico> objeto].

Na condição pré-refeição, o grupo obeso mostrou atividade significativamente maior do que o grupo de peso normal para alimentos vs. objetos e estímulos de alto teor calórico vs. objetos em áreas corticais pré-frontais principalmente, incluindo o córtex pré-frontal anterior bilateral (aPFC) (x, y , z = 23, 58, 0; -34, 63, 2). OB mostrou maior ativação do que NW para contrastes de baixa caloria vs. objeto no aPFC, bem como no giro frontal superior (BA6; −3, 11, 60) e cerebelo (47, −57, −33). Em contraste, o grupo NW mostrou maior atividade do que o grupo OB em condições de alimento vs. objeto, principalmente em regiões mais posteriores, incluindo parietal (−46, 0, 7), cíngulo médio (−14, −9, 42; −23, −26, 44) e lobo temporal (−34, −1, −28; −43, −30, 17). Todas as regiões significativas de ativação entre grupos (p <05, corrigido) estão incluídas em tabela 2.

tabela 2 

Regiões cerebrais que diferem por grupo e contraste visual durante varreduras pré e pós-refeição

A resposta neural em participantes com peso normal mostrou maior distinção entre alimentos com alto teor calórico e baixo teor calórico em relação aos obesos. Durante a pré-refeição, o grupo OB não apresentou respostas maiores a alimentos com alto teor calórico vs. baixo teor calórico que o grupo NW. Em contraste, o grupo NW apresentou maior resposta a estímulos alimentares altos e baixos em calorias que o OB no giro pós-central do hemisfério esquerdo (BA43; −55, −12, 15), ínsula (−40, −2, 15) giro para-hipocampal (−23, −12, −15) (ver tabela 2/Figura 1) e bilateralmente no cerebelo (45, −50, −34; −16, −65, −19).

Figura 1 

Peso normal vs. obeso. Esquerda: Resultados da verificação pré-refeição. Aumento da ativação do grupo peso normal para alimentos hipercalóricos versus alimentos de baixa caloria durante a condição pré-natal em A) giro pós-central / BA43, B) ínsula / BA13 e C) giro para-hipocampal / BA28. Ativação significativa ...
Análises post-hoc

As análises post-hoc foram realizadas em regiões significativas no NW> OB high-vs. contraste de baixa caloria para confirmar os achados de BV e iluminar as diferenças dentro do grupo. Além das regiões corticolímbicas (ínsula), outras regiões foram selecionadas porque o contraste de alto vs. baixo teor calórico mostrou as diferenças mais significativas entre os grupos. Os achados do cerebelo foram excluídos das análises post-hoc porque a ativação foi observada nesta região em resposta a pistas de baixa caloria vs. objetos no contraste OB> NW (ver tabela 2) Para participantes NW durante a varredura pré-refeição, maior resposta foi eliciada a dicas alimentares de alto teor calórico em comparação com dicas de alimentos de baixa caloria no giro pós-central (BA43; p <05; Figura 1a) A resposta também diferiu significativamente para os participantes OB (p <05) com alimentos de alto teor calórico provocando maior desativação no giro pós-central do que alimentos de baixa caloria durante a varredura pré-refeição. Para o giro parahipocampal (BA28), a resposta foi significativamente maior (p <05) às dicas de alto teor calórico do que às dicas de baixa caloria durante a varredura pré-refeição para os participantes do NW (Figura 1b) Além disso, em participantes do NW, a ativação do para-hipocampo diminuiu significativamente (p <05) de varreduras pré-refeição para pós-refeição em resposta a estímulos alimentares de alto teor calórico (Figura 1b). As sugestões alimentares de alto teor calórico provocaram resposta diferencial na ínsula por estado de refeição para ambos os grupos (Figura 1c) Para os participantes do NW, a ativação foi significativamente maior (p <05) em resposta às dicas de alto teor calórico do que às dicas de baixa caloria durante a varredura pré-refeição. Em contraste, para os participantes de OB, os sinais de alto teor calórico eliciaram uma resposta maior na ínsula do que os sinais de baixa caloria durante o exame pós-prandial (p <05).

Resposta pós-refeição: interação grupo × condição

Para examinar as diferenças de grupo na condição pós-refeição, os seguintes contrastes foram examinados: OB> NW [(i) comida> objeto, (ii) alto teor calórico> baixo teor calórico, (iii) alto teor calórico> objeto, (iv) baixo -caloria> objeto], NW> OB [(v) alimento> objeto, (vi) alto teor calórico> baixo teor calórico, (vii) alto teor calórico> objeto, (viii) baixo teor calórico> objeto].

No estado postmeal, o grupo obeso apresentou maior resposta comparado ao grupo peso normal aos contrastes de alimento versus objeto em múltiplas regiões, incluindo áreas frontais [PFC dorsolateral (BA9; 0, 53, 21), OFC lateral (BA47; 29 , 25, −9), e giro frontal superior (BA6; 17, 15, 48)], bem como regiões temporais e mais posteriores, como o cingulado posterior (18, -46, 0) e o córtex entorrinal (29, 6 , −9). Uma maior resposta foi observada entre os OB comparados aos participantes NW para o contraste de alto teor calórico vs. objeto em várias regiões que fazem parte dos sistemas de recompensas corticolímbicas: OFC lateral (32, 29, -3), cingulado anterior (−4, 16, −15), caudado (8, 7, 14) (ver tabela 2; Figura 2), e outras regiões frontais incluindo PFC (BA8; 4, 23, 51) e giro frontal medial (BA6; 2, 47, 37). O contraste de baixo teor calórico vs. objeto proporcionou maior resposta entre os OB do que os participantes NW em áreas frontais [aPFC (16, 59, 3), PFC dorsolateral (0, 52, 24) e giro frontal superior (BA6; - 3, 11, 60)], regiões do lobo temporal [lobo temporal anterior (45, 4, -13; 50, 18, 13), giro supramarginal temporal (BA40; -57, -50, 20) e giro temporal médio ( 53, −63, 24)], caudado (− 2, 22, 3) e cingulado posterior (21, − 48, 3). O grupo NW não apresentou maior resposta do que o grupo OB em nenhum contraste durante o estado pós-refeição. Além disso, como o estado de pré-natal, o grupo OB não apresentou resposta maior do que o grupo NW ao contraste de alto teor calórico vs. baixo teor calórico. Vejo tabela 2 para todas as regiões de ativação entre grupos que alcançaram significância (p <05, corrigido).

Figura 2 

Obeso vs. Peso Normal. Esquerda: Resultados de varredura pós-refeição. Aumento da ativação do grupo obeso para sinais de alto teor calórico vs. objetivo durante a condição pós-refeição em A) lateral OFC / BA47, B) cingulado anterior / BA25, e C) Caudate. Ativação significativa para alta caloria ...
Análises post-hoc

Regiões corticolímbicas significativas no contraste OB> NW alto vs. não alimentar foram escolhidas para análises post-hoc para confirmar os achados de BV e iluminar as diferenças dentro do grupo (ver Figura 2) Para participantes de OB durante a varredura pós-refeição, dicas de alimentos de alto teor calórico eliciaram maior resposta no OFC lateral (BA47; p <05) do que dicas de baixa caloria (Figura 2a) Da mesma forma, a resposta no caudado também diferiu significativamente para os participantes OB (p <05) com alimentos de alto teor calórico provocando maior ativação do que alimentos de baixa caloria durante a varredura pós-refeição (Figura 2c).

Discussão

Este estudo utilizou fMRI para examinar as diferenças na resposta neural aos estímulos alimentares entre indivíduos obesos e com peso normal antes e depois de comer. Nossos dados ampliam a literatura de neuroimagem de alimentos, fornecendo evidências de uma maior ativação de sinais alimentares (tanto de alto quanto baixo teor calórico) após a ingestão entre obesos em comparação com indivíduos com peso normal. As regiões pré-frontais e corticolímbicas, incluindo o OFC, o caudado e o cingulado anterior, mostraram uma resposta significativamente maior aos estímulos alimentares de alto teor calórico em relação aos objetos depois de comerem participantes obesos, em comparação com o grupo com peso normal. Essas regiões do cérebro foram implicadas na resposta hedônica, no processamento de recompensas e no vício. As descobertas são de particular interesse porque os participantes ingeriram uma refeição considerável e relataram diminuição da fome imediatamente antes da varredura, indicando assim o impacto contínuo de dicas de alimentos altamente calóricos nos circuitos de recompensa do cérebro após o consumo de alimentos para os participantes obesos. Além disso, os estímulos alimentares não provocaram respostas cerebrais semelhantes após comer em indivíduos com peso normal, sugerindo que a atividade neural em resposta a estímulos alimentares é diminuída com a redução da fome.

Resposta Premeal

Nossos achados mostram aumento da ativação do córtex pré-frontal anterior entre os obesos em comparação com os participantes com peso normal em resposta à condição combinada de alimentos e aos dois tipos de dicas de alimentos separadamente. No entanto, também descobrimos que através do tipo de contraste (por exemplo, alto teor calórico versus objeto, etc.) os indivíduos com peso normal mostraram maior ativação em múltiplas regiões em comparação com o grupo obeso, com exceção da resposta a alimentos de baixa caloria. De fato, para o contraste alto versus baixo teor calórico, os grupos diferiram drasticamente, já que o grupo com peso normal exibindo maior ativação na ínsula, giro pós-central, giro para-hipocampal e cerebelo e o grupo obeso não mostrou maior ativação diferencial para alto nível. contra pistas de baixa caloria em qualquer região em comparação com o grupo de peso normal.

À primeira vista, essas descobertas foram surpreendentes e inesperadas com base na literatura anterior. Diversos estudos demonstraram uma maior ativação de estímulos alimentares para obesos versus pesos normais durante o jejum e particularmente para estímulos de alto e baixo valor calórico (Martin et al., 2010; Stoeckel e outros, 2008) e, portanto, previmos achados semelhantes. No entanto, existem dois pontos de interesse nos presentes achados. Primeiro, há maior ativação nas regiões pré-frontais do cérebro no grupo obeso em comparação com o grupo de peso normal para os alimentos pré-natal e contrastes de alto teor calórico versus objetos. Pesquisas anteriores mostraram uma maior resposta do PFC a estímulos alimentares em pessoas com transtornos alimentares em comparação com um grupo com peso normal (Holsen et al., 2006); e tem sido implicado no vício, envolvendo-se em ativação induzida por estímulo em resposta a imagens associadas ao álcool em alcoólatras (George et al., 2001; Grusser e outros, 2004). Em segundo lugar, para o grupo de peso normal, as sugestões de comida de baixa caloria parecem não se engajar em sistemas neurais similarmente aos estímulos de alto teor calórico, como mostrado pela diferença significativa entre ativações de alta e baixa caloria para este grupo. Exame post-hoc dos valores beta na ínsula, pós giro central e resultados do giro para-hipocampal (Figura 1) mostram que as diferenças entre os grupos são impulsionadas principalmente pelo aumento da ativação nessas regiões para alimentos altamente calóricos no grupo com peso normal, e no caso das regiões de giro pós-íris e ínsula, também uma desativação de alimentos altamente calóricos para a região. grupo obeso. Essas regiões desempenham um papel no processamento sensorial do paladar e do olfato. A ínsula tem sido consistentemente mostrada para ativar a dicas de comida visual e pesquisa de primatas demonstrou que o córtex primário de sabor está localizado dentro da ínsula (Pritchard, Macaluso, & Eslinger, 1999). O giro pós-central (BA43) tem sido implicado na percepção do paladar (localizada dentro da região somatossensorial mais próxima da língua) e pistas de comida já foram mostradas anteriormente para ativar esta região (Frank et al., 2010; Haase, Green e Murphy, 2011; Killgore e outros, 2003; Wang et al., 2004). Da mesma forma, embora o giro para-hipocampal seja mais conhecido por codificação e recuperação da memória, parece estar envolvido no processamento de sinais visuais de alimentos, como tem sido mostrado repetidamente responder de forma diferente a sugestões de alimentos vs. objetos em pesquisas anteriores (Berthoud, 2002; Bragulat e outros, 2010; Haase e outros, 2011; Killgore e outros, 2003; LaBar et al., 2001; Tataranni et al., 1999). Além disso, foi demonstrado que a estimulação do giro para-hipocampal aumenta os efeitos autonômicos e endócrinos, como a secreção gástrica (Halgren, 1982). Alimentos com baixo teor calórico parecem provocar maior resposta neural do que esperávamos para o grupo obeso, o que é indicado pelos resultados de contraste alto versus baixo teor calórico (onde não são observadas ativações significativas em comparação ao peso normal) e pelo significativo baixo valor calórico vs. descobertas de objetos.

Resposta pós-refeição

Em contraste com a condição pré-natal, os resultados postmeal indicam uma maior ativação para sugestões de alimentos de alta e baixa caloria entre os obesos em comparação com os participantes com peso normal. Observou-se que os contrastes entre alimento versus objeto, alto teor calórico versus objeto ou baixo teor calórico versus objeto obtiveram ativação nas regiões frontal, temporal e mais posterior. Como esperado, os participantes com peso normal não mostraram maior ativação em nenhuma região do que os obesos durante a tarefa pós-refeição. No entanto, não houve efeito de grupo significativo para as condições de alta versus baixa caloria. O grupo obeso exibiu menos ativação diferencial para alimentos com alto teor calórico vs. baixo teor calórico do que prevíamos, mostrando maior ativação tanto para os contrastes alto vs. objeto quanto para baixo versus objeto.

Nossas principais descobertas indicam aumento da ativação de alimentos altamente calóricos (vs. objeto) depois de comer em indivíduos obesos. As regiões frontais do hemisfério direito (OFC lateral, giro frontal medial de PFC / BA8 / BA6) apresentaram maior resposta a alimentos hipercalóricos no grupo obeso. As regiões pré-frontais (BA6,8) foram anteriormente mostradas para responder a sugestões de alimentos em amostras de peso normal e obesos e, especificamente, para alimentos de alto teor calórico, enquanto com fome (Rothemund e outros, 2007; Stoeckel e outros, 2008). O OFC lateral desempenha um papel importante nos circuitos neurais relacionados com os alimentos e responde preferencialmente às sugestões alimentares de alto teor calórico (Goldstone et al., 2009; Rothemund e outros, 2007; Stoeckel e outros, 2008). Pesquisas com primatas demonstraram conexões com o córtex primário do paladar na ínsula e no hipotálamo, e identificaram que o córtex gustativo secundário está localizado na OFC lateral (Baylis, Rolls, & Baylis, 1995; Rolos, 1999). Tem sido demonstrado que a ativação do OFC lateral está positivamente correlacionada com as classificações subjetivas de agradabilidade do indivíduo, indicando que alimentos altamente recompensadores podem ativar essa área mais do que os alimentos menos desejáveis ​​(Kringelbach, O'Doherty, Rolls, & Andrews, 2003). Nossos achados indicam que a região OFC não diminui a resposta após comer em indivíduos obesos (ver Figura 2). A ativação similar do OFC não foi observada no grupo de comparação de peso normal. Também se demonstrou que o OFC lateral é modulado pela fome com diminuição do disparo neuronal após a saciedade de um sabor particular (Critchley & Rolls, 1996). É interessante que a refeição usada para atingir a saciedade neste estudo não incluiu alimentos ricos em gordura / doces. Se os neurônios na OFC lateral estão sujeitos à saciedade específica de alimentos, em que a saciedade para um determinado alimento não reduz o disparo em resposta a outro tipo de alimento (Critchley & Rolls, 1996), isso pode apoiar a contínua atividade da OFC observada em resposta a alimentos altamente calóricos após a ingestão entre os participantes obesos.

O cingulado anterior também mostrou uma resposta diferenciada entre os grupos após a alimentação, com maior resposta entre o grupo obeso e alto teor calórico vs. Descobertas anteriores indicam que o ACC mostra uma maior ativação em alimentos com alto teor calórico vs. baixo teor calórico enquanto a fome e menores reduções na mudança de sinal depois de comer em indivíduos obesos em comparação com controles (Bruce e outros, 2010; Stoeckel e outros, 2008). O ACC tem estado envolvido na motivação alimentar, ativando-se em resposta à administração de gordura e sacarose (De Araujo & Rolls, 2004), e exibindo ativação aumentada para sugestões relacionadas a drogas entre adictos (Volkow, Fowler, Wang, Swanson e Telang, 2007). Pesquisas recentes também mostraram que a gravidade da dependência alimentar correlaciona-se positivamente com a ativação no ACC durante a antecipação de alimentos saborosos (Gearhardt et al., 2011). Além disso, alimentos altamente calóricos vs. estímulos de objeto provocaram maior resposta na região caudada no grupo obeso. Ao contrário de pesquisas anteriores utilizando PET, indicando diminuição da ativação no caudado e putâmen após uma refeição líquida (Gautier et al., 2000), nossos achados indicam ativação contínua do corpo estriado para alimentos altamente calóricos. Isto é consistente com evidências da literatura animal indicando que os neurônios distribuídos através do nucleus accumbens, caudate e putamen mediam o impacto hedônico de alimentos com alto teor de açúcar / gordura (Kelley et al., 2005).

Síntese e Conclusões

Nossos achados demonstram que indivíduos obesos e com peso normal diferem substancialmente em sua resposta cerebral a estímulos alimentares, particularmente após a alimentação. Enquanto estão com fome, os indivíduos obesos apresentam maior resposta a ambos os tipos de estímulos alimentares nas regiões pré-frontais implicadas no vício. Por outro lado, durante o pré-natal, indivíduos com peso normal apresentam uma resposta preferencial clara a estímulos de alto e baixo valor calórico em regiões envolvidas no processamento sensorial - uma diferença que não é observada após a refeição. Depois de comer, o impacto dos alimentos altamente calóricos é aparente entre os participantes obesos, já que os estímulos de alto teor calórico continuam a provocar ativação nas áreas do cérebro envolvidas no processamento de recompensas e no sabor, mesmo após o relato de diminuição da fome. Além disso, os alimentos com baixas calorias também provocam uma maior resposta neural após comer entre os obesos em comparação com os participantes com peso normal, destacando a resposta continuada a estes tipos de alimentos entre os indivíduos obesos e a ativação diminuída entre aqueles com peso normal. Esses achados são particularmente interessantes, uma vez que a maioria dos participantes foi submetida à privação calórica normativa antes do almoço, tornando esses achados generalizáveis ​​em ciclos naturais de jejum / alimentação.

Este estudo tem várias limitações. Primeiro, devido às restrições na coleta de dados como parte de um projeto maior, não conseguimos contrabalançar o estado de jejum e pós-refeição entre os indivíduos. Embora isso não seja ideal e os achados devam ser replicados com procedimentos contrabalançados, estudos de fMRI de teste-reteste de curta e longa duração (1-14 dias) mostraram boa confiabilidade teste-reteste em tarefas sensorimotoras (Friedman et al., 2008) e na resposta estriatal durante tarefas de reatividade àSchacht et al., 2011). A falta desse contrapeso dificulta a interpretação, antes e depois da comparação de refeições, e, portanto, não é o foco principal aqui. A falta de contrapeso entre os estados das refeições é minimizada nos resultados entre os grupos, uma vez que ambos os grupos são combinados no procedimento de varredura. Em estudos futuros, o contrabalanço permitiria uma análise mais completa da modulação inter-grupos dentro do tempo de resposta alimentar. Em segundo lugar, a inclusão de homens e mulheres nesta amostra pode ter efeitos desconhecidos no conjunto de dados, já que o funcionamento da recompensa em mulheres tem demonstrado variar dependendo do estágio do ciclo menstrual (Dreher et al., 2007), um fator não levado em consideração nesta amostra, dadas as demandas do projeto maior. Deve-se notar que os participantes não tinham preferência por um tipo de alimento específico baseado na avaliação de preferência alimentar; isso pode ser o resultado da administração da tarefa diretamente antes da varredura em jejum, o que pode refletir uma maior palatabilidade durante a fome. No entanto, só porque alguém pode avaliar um alimento altamente, isso não significa necessariamente que eles preferem a outro alimento palatável, se for dada a escolha (por exemplo, autor AD ama cenouras, mas se for dada a escolha de sorvete ou cenoura, sorvete sempre será ganhar). Uma medida de tomada de decisão de preferência alimentar pode produzir resultados mais discriminativos na preferência alta versus baixa caloria. Apesar das classificações comportamentais, os participantes obesos e com peso normal mostram ativação cerebral diferencial pelo tipo de calorias. Além disso, estudos futuros devem replicar esses achados com a inclusão de melhores medidas de saciedade. Embora os índices de fome tenham sido avaliados em quatro momentos (antes e depois de cada exame) e tenham diminuído a fome após a alimentação, não foram obtidos índices diretos de saciedade. Nós inferimos indiretamente a saciedade pela mudança no status da fome. Por fim, não limitamos essa amostra a participantes destros, pois, como parte do projeto maior, esses participantes estavam sendo comparados a uma população rara em que não podíamos selecionar critérios de lateralidade. Embora este estudo não tenha limitações, essas descobertas fornecem evidências preliminares entre obesos quanto à resposta sustentada a estímulos alimentares em regiões cerebrais relacionadas a recompensas, mesmo após a ingestão, quando comparadas à resposta em controles com peso normal. O trabalho futuro deve expandir essas descobertas examinando o grau em que a dieta e os hábitos alimentares afetam a resposta neural aos estímulos alimentares.

Os participantes deste estudo indicaram apenas fome moderada antes do exame de jejum. Mesmo aqueles que pulavam o café da manhã indicavam apenas fome moderada antes da varredura. Grande parte da pesquisa anterior se concentrou no exame da resposta neural após um jejum prolongado e atípico. Nossas descobertas são de interesse porque a fome extrema não é necessária para provocar resposta neural a sinais de comida. De fato, entender como os sistemas neurais respondem durante uma fome mais típica pode nos dar uma visão crítica dos mecanismos por trás do excesso de comida. É interessante notar que a resposta neural a estímulos alimentares não diferiu entre aqueles que fizeram e aqueles que não consumiram café da manhã. Isso pode indicar que, para indivíduos que normalmente pulam o café da manhã, recompensar a resposta aos alimentos não é fundamentalmente diferente daqueles que consomem o café da manhã. Também é interessante o fato de que a maioria dos participantes que pularam o café da manhã era obeso; isso pode indicar uma ingestão alimentar mais pobre, já que pesquisas mostram que o consumo de café da manhã está relacionado a hábitos alimentares mais saudáveis ​​e à redução da ingestão diária total de alimentos (de Castro, 2007; Leidy & Racki, 2010).

Nós mostramos aqui que, para indivíduos obesos, as sugestões de alimentos de alto teor calórico mostram resposta sustentada em regiões do cérebro implicadas em recompensa e dependência, mesmo após a ingestão de uma refeição considerável. Esta resposta hedônica continuada após uma alta carga calórica pode ser crítica para entender o comportamento de comer demais. Futuro trabalho direcionado para avaliar até que ponto a adição de alimentos doces / salgados altamente calóricos a uma refeição restringe a resposta neural em sistemas de recompensa para indivíduos obesos, dado os achados atuais.

  • A ressonância magnética funcional foi usada para examinar a resposta cerebral à comida antes e depois de comer
  • Obesos mostraram maior resposta cerebral aos estímulos alimentares depois de comer do que o peso normal
  • Resposta aumentada de OFC, caudado e cingulado anterior após comer em obesos
  • Resposta corticolímbica após a ingestão implica saliência continuada de alimentos altamente calóricos
  • Atividade em resposta a estímulos alimentares em peso normal diminui com a redução da fome

Agradecimentos

Este trabalho foi apoiado por subvenções RO3HD058766-01 e UL1 RR024989 dos Institutos Nacionais de Saúde, e o ACES Opportunity Grant da National Science Foundation. Agradecemos ao Case Center for Imaging Research, Jack Jesberger, Brian Fishman e Angela Ferranti e Kelly Kanya por sua assistência na pesquisa; a Jennifer Urbano Blackford e Elinora Price pelos comentários úteis sobre o manuscrito; e para todos os indivíduos que participaram.

Notas de rodapé

Isenção de responsabilidade do editor: Este é um arquivo PDF de um manuscrito não editado que foi aceito para publicação. Como um serviço aos nossos clientes, estamos fornecendo esta versão inicial do manuscrito. O manuscrito será submetido a edição de texto, formatação e revisão da prova resultante antes de ser publicado em sua forma final citável. Observe que, durante o processo de produção, podem ser descobertos erros que podem afetar o conteúdo, e todas as isenções legais que se aplicam ao periódico pertencem a ele.

Conflito de Interesse: Os autores declaram não haver conflitos de interesse.

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