Activarea mai mare a corticolimbicului la indicele alimentar cu calorii inalte dupa ce a mancat la adulti obezi fata de greutatea normala (2012)

Participanții

La această cercetare au participat douăzeci și două de pacienți obezi (OB) [BMI mean (SD): 31.6 (4.5)] și 16 (NW) Tabelul 1 pentru caracteristicile grupului). Acești indivizi au fost recrutați din reclame la comunitatea Case Western Reserve University. Participanții au fost în stare bună de sănătate, aveau o viziune normală corectată - normală și erau eligibili pentru scanarea RMN (adică, fără implanturi feromagnetice). Persoanele care au raportat un istoric de probleme psihiatrice sau neurologice, pierderea semnificativă în greutate sau câștig în ultimele 6 luni sau răni la cap cu pierderea conștienței nu au fost eligibile pentru a participa. Toți participanții au dat consimțământul scris în cunoștință de cauză și au fost compensați din punct de vedere financiar pentru participarea lor. Această cercetare a fost aprobată de către Spitalele Universitare din cadrul Casei Medicale Centrul de Evaluare Instituțională pentru Investigații Umane.

 

Tabelul 1

Participant Caracteristici

Procedură

Participanții au fost scanați între 12 și 2pm consecutiv pentru o scanare premeală și post-mamă. Ca parte a unui proiect mai mare, comparativ cu indivizii cu greutate normală și supraponderali / obezi, la persoanele cu tulburare rară (sindromul Prader-Willi, PWS), scanarea a fost limitată de parametrii de studiu referitori la persoanele cu PWS. Astfel, scanarea pe zile separate (și, ca rezultat, contrabalansarea stării premeditare și a post-mamei) nu a fost fezabilă. Participanților li sa cerut să mănânce un mic dejun mic înainte de 8: 00am înainte de a fi numiți în ziua scanării lor și să se abțină de la a mânca până când procedura experimentală a fost finalizată. Cincisprezece participanți din fiecare grup au raportat că mănâncă micul dejun [ore de repaus - OB: 6.2 (.68) = 5-8hrs, NW: 5.6 (1.1) = 3-7hrs, t= -1.79, p = .08]. Raportul participantului privind conținutul de mic dejun a fost înregistrat și estimat pentru aportul caloric; acest lucru nu a fost diferit între grupurile de calorii (OB: 372.1 (190), calorii NW: 270 (135) t= −1.6, p = .12, n = 15 pe grup). Opt participanți (OB: n = 7; NW: n = 1) au raportat că nu iau micul dejun, deoarece de obicei nu mănâncă micul dejun. Pentru a determina dacă participanții care au consumat micul dejun au diferit de cei care nu au făcut-o, datele fMRI scanate premeal au fost comparate între cele două grupuri (p <.05, necorectate). Cele două grupuri nu au reușit să difere în ceea ce privește răspunsul la indicii alimentare cu privire la orice contrast de interes (de exemplu, bogat în calorii vs. scăzut de calorii). De asemenea, grupurile nu au diferit din punct de vedere al foamei înainte și după scanarea premeală (foamea înainte de scanare: t= .43, p = .67; după scanarea prematală: t= .39, p = .69) sau consumul de calorii de prânz (t= .41 p = .68). O confirmare suplimentară a fost furnizată prin efectuarea analizelor fMRI numai cu participanții care au consumat micul dejun (n = 15 pe grup), iar constatările cheie au rămas aceleași. Prin urmare, toate analizele raportate în continuare nu iau în considerare starea consumului de mic dejun.

Înainte de scanare, participanții au fost supuși testelor neuropsihologice (ca parte a unui studiu mai amplu, care nu au fost raportate aici) și instruirii asupra sarcinilor funcționale. Înălțimea, greutatea și evaluarea preferințelor produselor alimentare au fost, de asemenea, obținute în această perioadă. Evaluarea preferințelor alimentare a fost administrată pentru a obține o măsură a preferințelor alimentare cu conținut scăzut de calorii pentru fiecare participant. Evaluarea a impus participanților să evalueze cardurile de fotografiat Flash 74 (7 "x 6", PCI Educational Publishing, 2000), care includeau deserturi, carne, fructe, legume, gustări, paine și paste pe o scară Likert de la 5 "displace" la "place". Fotografiile pentru evaluarea preferințelor alimentare au fost diferite de imaginile utilizate în sarcina fMRI. Calitățile înalte de calorii (de exemplu, prăjituri, prăjituri, chipsuri de cartofi, câini calzi) și calitățile scăzute de calorii (de exemplu, fructe și legume) nu au fost diferite în cadrul sau între grupuri Tabelul 1).

După scanarea premeală, participanților li s-a oferit o masă pregătită de Unitatea de cercetare clinică Dahms de la spitalele universitare standardizată pentru a furniza aproximativ 750 de calorii și constând dintr-un sandviș (alegere de curcan, carne de vită friptă sau vegetariană), cutie de lapte, o porție de fructe și fie o parte a unei legume sau brânză de vaci. Opțiunile de meniu au fost echilibrate pentru conținutul macronutrienților. Participanții au fost instruiți să mănânce până la satisfacție și orice alimente rămase au fost cântărite pentru a estima numărul de calorii consumate. Scanarea după masă a început de obicei în decurs de 30 de minute de la terminarea mesei. Imediat înainte și după scanarea premeală și postalimentare, participanții au răspuns la întrebarea „Cât de foame îți este acum?” pe o scară cuprinsă între 0-8 și 0 fiind „deloc flămând” la 8 - „extrem de flămând”. Trebuie remarcat faptul că, deși participanții au fost instruiți să mănânce până la satisfacție, nu s-a administrat o măsură directă de satisfacție, ci a fost dedusă indirect de schimbarea statutului de foame.

Proiectarea sarcinilor fMRI

Modificările contrastului în concentrația de oxigen din sânge (BOLD) au fost măsurate într-o sarcină de discriminare perceptuală în proiectarea blocurilor. Participanții indicați printr-un buton de presă dacă imaginile colorate în partea superioară a alimentelor cu conținut ridicat de calorii (de exemplu, tort, gogoși, cartofi, cartofi prăjiți), alimente cu conținut scăzut de calorii (legume proaspete sau fructe) sau obiecte "Același" sau "diferit" obiect. Imaginile au fost modificate pentru dimensiuni, luminozitate și rezoluție. Fiecare imagine a fost prezentată o singură dată în timpul procedurii fMRI. Parametrii aceiași / diferiți au fost selectați pentru a asigura participanților participarea la stimuli. Imaginile au fost prezentate în blocuri care corespund tipurilor de imagini 3: alimente bogate în calorii, alimente cu conținut scăzut de calorii și mobilier. Această paradigmă a demonstrat anterior că activează OFC laterală, insulă, hipotalamus, talamus și amigdală ca răspuns la indicațiile alimentare (Dimitropoulos & Schultz, 2008). Toate rulajele functionale au fost compuse din blocuri 8 (21 secunde fiecare, cu un rest 14-doua intre blocuri), cu perechi de imagini 6 per bloc. Durata stimulului a fost stabilită la 2250 ms și intervalul interstimul (ISI) la 1250 ms. Fiecare rulare a prezentat blocuri de mobilier, alimente bogate în calorii și alimente cu conținut scăzut de calorii într-o ordine contrabalansată. Două runde funcționale au fost prezentate în timpul fiecărei sesiuni de scanare (înainte de masă și după masă).

Achiziția de date fMRI

Toate scanările au fost efectuate la Centrul Case pentru Imaging Research. Datele imagistice au fost obținute pe un scanner 4.0T Bruker MedSpec MR utilizând o bobină de cap de transmisie cu fază de canal 8. Mișcarea capului a fost redusă la minimum prin așezarea spumei în jurul capului. Imaginile funcționale au fost obținute utilizând o secvență echo-plană cu ecou gradient-echo pe secțiuni axiale 35 contiguoase aliniate paralel cu planul AC-PC cu o rezoluție inplana 3.4 X 3.4 X 3 mm (TR = 1950, TE = 22 ms, flip unghi = grade 90). Datele de activare BOLD au fost obținute în două runde (5: minute 01, volume / măsurători 157 EPI) per sesiune RMN. Stimulentele vizuale au fost proiectate înapoi pe un ecran translucid, plasat aproape de capătul scanerului IRM și văzute printr-o oglindă montat pe bobina capului. Imagini structurale 2D T1 (TR = 300, TE = 2.47ms, FOV = 256, matrice = 256 × 256, unghi de înclinare = 60, NEX = 2), grosime 3mm, pozitionate în același plan - date planificate pentru înregistrarea în plan și un volum structural 3D de înaltă rezoluție (3D MPRAGE, achiziție contiguoasă, sagitală, partiții 176 selectate, fiecare cu 1 mm voxeli izotropici, TR = 2500, TE = 3.52ms, TI = 1100, 256, matrice = 256 × 256, unghi de înclinare = grade 12, NEX = 1) au fost colectate în timpul sesiunii inițiale (premeditare).

Prelucrarea și analiza datelor fMRI

Procesarea imaginilor, analizele și testele de semnificație statistică au fost efectuate utilizând Brainvoyager QX (Brain Innovation, Maastricht, Olanda; Goebel, Esposito și Formisano, 2006). Etapele de preprocesare au inclus corecția tridimensională a mișcării triliniare, netezirea spațială utilizând un filtru gaussian cu o valoare pe jumătate maximă pe lățime completă de 7 mm și eliminarea tendinței liniare. Parametrii de corecție a mișcării au fost adăugați la matricea de proiectare și mișcarea> 2 mm de-a lungul oricărei axe (x, y sau z) a dus la eliminarea acelor date (<1% aruncate pentru acest eșantion). Datele pentru fiecare individ au fost aliniate cu imagini anatomice 2D și 3D de înaltă rezoluție pentru afișare și localizare. Seturile individuale de date au suferit transformări liniare în bucăți într-o grilă 3D proporțională definită de Talairach și Tournoux (1988) și au fost coregomate cu setul de date 3D de înaltă rezoluție și reamplasate la 3 mm³ voxeli. Seturile de date normalizate au fost introduse într-o analiză de al doilea nivel în care activarea funcțională a fost examinată folosind o analiză a modelului liniar general (GLM) cu efecte aleatorii pentru scanările dinaintea mesei și pentru scanările post-mese. Pentru fiecare dintre perioadele de timp (pre / post-masă) au fost comparate următoarele contraste între subiecții obezi și cu greutate normală: alimente bogate în calorii, alimente cu conținut scăzut de calorii, toate alimentele (combinate cu conținut ridicat și cu conținut scăzut de calorii) și obiecte . Hărțile statistice rezultate au fost corectate pentru comparații multiple, utilizând corecția pragului bazată pe cluster (pe baza simulărilor Monte Carlo efectuate în cadrul Brain Voyager). O valoare prag inițială p de p <.01 și o corecție minimă contiguă a clusterului aplicată fiecărei hărți de contrast variind de la 7-12 voxeli (189-324 mm³) a furnizat o corecție familială de p <.05.

Analiza interacțiunilor dintre grupuri (OB vs. NW), prin contrastul condițiilor (alimente față de obiect, calorii înalte față de calorii scăzute, calorii înalte față de obiect, scăderea calorii vs. obiect) a fost efectuată pentru fiecare foame stat. Pentru a vizualiza efectele de interacțiune, s-au efectuat analize post-hoc asupra clusterelor cu diferențele cele mai distincte între grup și condiții și pentru grupurile din sistemele de recompensă corticolimbică (OFC, cingulate anterioare, insulă, striatum ventral și amigdală). În mod specific, pentru analizele post-hoc au fost extrase pentru fiecare subiect mărimea activării semnalului BOLD (valori beta). SPSS (versiunea 17; SPSS, Inc; Chicago, IL) a fost utilizat pentru a efectua analizele post-hoc (t-teste) și pentru a confirma rezultatele Brain Voyager. La extragere, contrastele beta s-au calculat pentru fiecare conditie de calorii fata de cele nealimentare in timpul fiecarei starii de foame (obiect caloric - obiect, stare prealabila, obiect caloric obisnuit, stare prealabila, obiect caloric - , starea post-menajeră). S-au efectuat apoi testele post-hoc asociate Student t pentru a identifica diferențele dintre contrastul ridicat și scăzut pentru fiecare stare de masă separat pentru fiecare regiune din fiecare grup.

Datele comportamentale

date fMRI

Răspunsul pre-răspuns: interacțiunea grupului x condiție

Pentru a examina diferențele de grup în starea premeală, s-au examinat următoarele contraste: OB> NW [(i) alimente> obiect, (ii) bogate în calorii> scăzute de calorii, (iii) bogate în calorii> obiect, (iv) scăzute -calorie> obiect], NW> OB [(v) alimente> obiect, (vi) bogate în calorii> cu conținut scăzut de calorii, (vii) cu multe calorii> obiect, (viii) cu conținut scăzut de calorii> obiect].

În condiția premeală, grupul obez a arătat o activitate semnificativ mai mare decât grupul cu greutate normală față de produsele alimentare față de obiect și stimuli cu conținut ridicat de calorii față de obiect în zonele corticale în primul rând prefrontale, inclusiv cortexul prefrontal bilateral anterior (aPFC) (x, y , z = 23, 58, 0; -34, 63, 2). OB a arătat o activare mai mare decât NW la contrastele cu conținut scăzut de calorii față de obiect în aPFC, precum și girusul frontal superior (BA6; −3, 11, 60) și cerebelul (47, −57, −33). În contrast, grupul NW a prezentat o activitate mai mare decât grupul OB în condițiile alimentare față de obiect în principal în regiuni mai posterioare, inclusiv parietal (-46, 0, 7), cingulat mediu (-14, -9, 42; -23, −26, 44) și lobul temporal (−34, −1, −28; −43, −30, 17). Toate regiunile semnificative de activare între grupuri (p <05, corectate) sunt incluse în Tabelul 2.

 

Tabelul 2

Regiuni ale creierului care diferă în funcție de contrastul grupului și din punct de vedere vizual în timpul scanărilor înainte și după scalp

Răspunsul neural la participanții cu greutate normală a arătat o distincție mai mare între alimentele cu conținut ridicat de calorii și cele cu conținut scăzut de calorii, comparativ cu participanții obezi. În timpul perioadei premergătoare, grupul OB nu a prezentat răspunsuri mai mari la alimentele cu conținut ridicat de calorii decât cele cu conținut scăzut de calorii decât grupul NW. Spre deosebire de aceasta, grupul NW a arătat un răspuns mai mare la indicii de alimente înalte față de calorii scăzute decât cele din giroscopul postcentral al emisferei stângi (BA43; -55, -12, 15), insula (-40, -2, 15) , giracul parahipocampal (-23, -12, -15) (vezi Tabelul 2/Figura 1) și bilateral în cerebellum (45, -50, -34; -16; -65; -19).

 

Figura 1

Normal-Greutate vs obezi. Stânga: Rezultate de scanare înainte de masă. Creșterea activității grupului cu greutate normală la alimentele cu calorii înalte față de cele cu calorii scăzute în condiții prealabile în A) gyrus postcentral / BA43, B) insulă / BA13 și C) giraș parahipocampal / BA28. Activare semnificativă ...

Analiza post-hoc

Au fost efectuate analize post-hoc pe regiuni semnificative din NV> OB high-vs. contrast cu conținut scăzut de calorii pentru a confirma constatările BV și pentru a ilumina diferențele din cadrul grupului. În plus față de regiunile corticolimbice (insula), au fost selectate și alte regiuni, deoarece contrastul ridicat față de cel scăzut de calorii a prezentat cele mai semnificative diferențe între grupuri. Rezultatele cerebelului au fost excluse din analizele post-hoc deoarece activarea a fost observată în această regiune ca răspuns la indicii cu conținut scăzut de calorii față de obiect în contrastul OB> NW (vezi Tabelul 2). Pentru participanții NW în timpul scanării premeală, a fost obținut un răspuns mai mare la indicii de alimente bogate în calorii în comparație cu indicii de alimente cu conținut scăzut de calorii în girusul postcentral (BA43; p <.05; Figura 1a). Răspunsul a diferit, de asemenea, semnificativ pentru participanții la OB (p <.05), cu alimente bogate în calorii, provocând o dezactivare mai mare în gyrusul postcentral decât alimentele cu conținut scăzut de calorii în timpul scanării preminale. Pentru girusul parahipocampal (BA28), răspunsul a fost semnificativ mai mare (p <.05) la indicii cu conținut ridicat de calorii decât indicii cu conținut scăzut de calorii în timpul scanării premeală pentru participanții la NW (Figura 1b). În plus, la participanții din NW, activarea parahippocampală a scăzut semnificativ (p <.05) de la scanarea premeală la cea post-masă ca răspuns la indicii alimentare bogate în calorii (Figura 1b). Indicațiile alimentare cu calorii ridicate au determinat răspunsul diferențial în insulă după starea de masă pentru ambele grupuri (Figura 1c). Pentru participanții NW, activarea a fost semnificativ mai mare (p <.05) ca răspuns la indicii bogate în calorii decât indicii cu conținut scăzut de calorii în timpul scanării premeal. În schimb, pentru participanții la OB, indicii cu conținut ridicat de calorii au generat un răspuns mai mare în insulă decât indicii cu conținut scăzut de calorii în timpul scanării post-masă (p <.05).

Răspuns post-răspuns: grup x condiție interacțiune

Pentru a examina diferențele de grup în starea post-masă, s-au examinat următoarele contraste: OB> NW [(i) alimente> obiect, (ii) bogate în calorii> scăzute de calorii, (iii) bogate în calorii> obiect, (iv) scăzute -calorie> obiect], NW> OB [(v) alimente> obiect, (vi) bogat în calorii> cu conținut scăzut de calorii, (vii) cu multe calorii> obiect, (viii) cu conținut scăzut de calorii> obiect].

În stadiul post-mers, grupul obez față a prezentat un răspuns mai mare comparativ cu grupul cu greutate normală față de contrastele de hrană față de obiect în mai multe regiuni, inclusiv zonele frontale [PFC dorsolateral (BA9, 0, 53, 21), lateral OFC (BA47; 29 , 25, -9) și giroscoapele frontale superioare (BA6; 17, 15, 48)], precum și regiunile temporale și posterioare, cum ar fi cortexul Xinum, 18, 46 și 0 posterior cingulate , -29). S-a arătat un răspuns mai mare în rândul OB în comparație cu participanții la NW pentru contrastul ridicat cu calorii vs. obiect în mai multe regiuni care fac parte din sistemele de recompensă corticolimbică: OFC laterală (6, 9, -32), cingulate anterioare (-29, 3, -4), caudate (16, 15, 8) (a se vedea Tabelul 2; Figura 2) și alte regiuni frontale, inclusiv PFC (BA8; 4, 23, 51) și gyrus medial frontal (BA6; 2, 47, 37). Concentrația scăzută față de obiect a determinat un răspuns mai mare în rândul participanților cu OB decât cei NW din zonele frontale [aPFC (16, 59, 3), PFC dorsolateral (0, 52, 24) și giroscoape frontale superioare (BA6; 3, 11)], regiunile lobului temporal [lobul temporal anterior (60, 45, 4, 13, 50, 18, 13, 40, 57, 50) 20, -53, 63)], caudate (-24, 2, 22) și cingulate posterioare (3, -21, 48). Grupul NW nu a prezentat un răspuns mai mare decât grupul OB în orice contrast în timpul post-mamei. În plus, ca și starea de pre-ameliorare, grupul OB nu a prezentat un răspuns mai mare decât grupul NW la contrastul caloric ridicat față de calorii scăzute. Vedea Tabelul 2 pentru toate regiunile de activare între grupuri care au atins semnificație (p <.05, corectat).

 

Figura 2

Obezi vs. greutate normală. Stânga: Rezultate de scanare post-masă. Creșterea activării grupului obezității la indicații de înaltă calorii vs. obiect în timpul post-măcinării în A) laterală OFC / BA47, B) cingulate anterioare / BA25 și C) Caudate. Activare semnificativă la calorii înalte ...

Analiza post-hoc

Au fost alese regiuni corticolimbice semnificative în contrastul OB> NW vs. contrast ridicat față de alimente pentru analize post-hoc pentru a confirma constatările BV și a ilumina diferențele din cadrul grupului (vezi Figura 2). Pentru participanții la OB în timpul scanării post-masă, indicii de alimente bogate în calorii au generat un răspuns mai mare în OFC lateral (BA47; p <.05) decât indicii cu conținut scăzut de calorii (Figura 2a). În mod similar, răspunsul la caudat a diferit semnificativ și pentru participanții la OB (p <.05), cu alimente bogate în calorii, provocând o activare mai mare decât alimentele cu conținut scăzut de calorii în timpul scanării post-masă (Figura 2c).

Raspunsul premergator

Constatarile noastre arata cresterea prefrontal anterior activarea cortexului in randul persoanelor obeze, comparativ cu participantii cu greutate normala, ca raspuns la conditiile alimentare combinate si ambele tipuri de indici de alimente separat. Cu toate acestea, am constatat, de asemenea, că în cazul tipurilor de contrast (de exemplu, persoane cu greutate înaltă față de obiect etc.), persoanele cu greutate normală au prezentat o mai mare activare în mai multe regiuni comparativ cu grupul obez, cu excepția răspunsului la alimente cu conținut scăzut de calorii. De fapt, pentru contrastul ridicat față de calorii scăzute, grupurile s-au deosebit dramatic, deoarece grupul cu greutate normală a prezentat o mai mare activare în insulă, gyrusul postcentral, giracul parahipocampal și cerebelul, iar grupul obez nu a prezentat o mai mare activare diferențială la grupul de vârstă înaltă, față de indicațiile cu conținut scăzut de calorii în orice regiune în comparație cu grupul cu greutate normală.

La prima vedere, aceste constatări au fost oarecum surprinzătoare și neașteptate, bazate pe literatura anterioară. Mai multe studii au arătat o mai mare activare a indicilor de alimentație pentru greutățile obeze față de cele normale în timpul mesei și în special pentru indicii de înaltă și joasă calorie (Martin și colab., 2010; Stoeckel și colab., 2008) și, prin urmare, am prezis concluzii similare. Cu toate acestea, există două puncte de interes în constatările de față. În primul rând, există o mai mare activare în regiunile prefrontale anterioare ale creierului în grupul obezi, comparativ cu grupul cu greutate normală pentru alimentele premediare și pentru contrastele de înaltă calorii vs. obiecte. Studiile anterioare au arătat un răspuns mai mare al PFC la indicațiile alimentare la cei care au consumat dezordonat în comparație cu un grup cu greutate normală (Holsen și colab., 2006); și a fost implicată în dependență, implicând activarea indusă de tac cu răspunsul la imaginile asociate alcoolului la alcoolici (George și colab., 2001; Grusser și colab., 2004). În al doilea rând, pentru grupul cu greutate normală, indiciile de alimente cu conținut scăzut de calorii nu par să angajeze sisteme neuronale asemănătoare cu indicii cu calorii ridicate, așa cum arată diferența semnificativă dintre activările de calorii cu conținut scăzut și calorii pentru acest grup. Examinarea post-hoc a valorilor beta în insula, girus post central și girus parahipocampal (Figura 1) arată că diferențele de grup sunt determinate, în primul rând, de creșterea activării în aceste regiuni la alimentele cu conținut ridicat de calorii din grupul cu greutate normală, iar în cazul regiunilor post-centrale ale girusului și insulei, de asemenea dezactivarea alimentelor cu calorii înalte pentru grupul obez. Aceste regiuni joacă un rol în procesarea senzorială a gustului și olfacției. Insula a fost demonstrată în mod constant pentru a acționa pentru a indica alimente vizuale și cercetarea primatelor a demonstrat că cortexul gustului principal este situat în insula (Pritchard, Macaluso și Eslinger, 1999). Giroscopul postcentral (BA43) a fost implicat în percepția gustului (localizat în regiunea somatosenzorală cea mai apropiată de limbă), iar indicațiile alimentare au fost anterior demonstrate pentru a activa această regiune (Frank și colab., 2010; Haase, Green și Murphy, 2011; Killgore și colab., 2003; Wang și colab., 2004). În mod similar, deși girusul parahipocampal este cel mai bine cunoscut pentru codificarea și recuperarea memoriei, pare să se implice în procesarea indicațiilor alimentare vizuale, deoarece sa demonstrat în repetate rânduri că răspunde diferențiat față de indicii de produs față de obiect în cercetările anterioareBerthoud, 2002; Bragulat și colab., 2010; Haase și colab., 2011; Killgore și colab., 2003; LaBar și colab., 2001; Tataranni și colab., 1999). În plus, sa constatat că stimularea girusului parahipocampal crește efectele vegetative și endocrine cum ar fi secreția gastrică (Halgren, 1982). Alimentele cu conținut scăzut de calorii par să provoace un răspuns neuronal mai mare decât ne-am fi așteptat pentru grupul obez, ceea ce este indicat de rezultatele de contrast ridicate față de cele cu calorii scăzute (în cazul în care nu sunt observate activări semnificative în comparație cu greutatea normală) constatările obiectului.

Răspuns post-mâncare

Spre deosebire de starea de pre-imbracaminte, rezultatele post-grasime indica o mai mare activare a indiciilor alimentare cu calorii inalte si scazute in randul celor obezi, comparativ cu participantii cu greutate normala. S-a arătat că alimentele față de obiect, calorii înalte față de obiecte sau contrastele față de obiectul contra-calorii contra obiecte provoacă activarea în regiuni frontale, temporale și mai posterioare. Asa cum era de asteptat, participantii cu greutate normala nu au aratat o mai mare activare in nici o regiune decat participantii obezi in timpul sarcinii post-mese. Cu toate acestea, nu a existat nici un efect de grup semnificativ pentru conditiile inalte fata de calorii reduse. Grupul obezi a prezentat o mai mică activare diferențială față de alimentele cu conținut ridicat de calorii și cele cu conținut scăzut de calorii decât am prezis, arătând o mai mare activare a contrastului ridicat față de obiect și contra obiecte mici.

Principalele noastre descoperiri indică creșterea activării alimentelor cu conținut ridicat de calorii (față de obiect) după ce au fost consumate la persoanele obeze. Regiunile frontale din emisfera dreaptă (OFC laterală, giroscopul frontal median PFC / BA8 / BA6) au prezentat un răspuns mai mare la alimentele cu conținut ridicat de calorii din grupul obez. În regiunile prefrontale (BA6,8) s-a demonstrat anterior că răspund la indicii alimentare la probele obeze și greutate normală și, în mod special, la alimente cu conținut ridicat de calorii, în timp ceRothemund și colab., 2007; Stoeckel și colab., 2008). OFC laterală joacă un rol important în circuitele neuronale legate de alimentație și răspunde preferențial indicațiilor alimentare cu conținut ridicat de calorii (Goldstone și colab., 2009; Rothemund și colab., 2007; Stoeckel și colab., 2008). Studiile primare au demonstrat legăturile cu cortexul gustului primar din insula și hipotalamus și au identificat că cortexul gustului secundar este localizat în OFC laterală (Baylis, Rolls și Baylis, 1995; Rolls, 1999). Activitatea OFC laterală sa dovedit a fi corelată în mod pozitiv cu evaluările subiective ale unei persoane cu privire la plăcerea alimentelor, care indică faptul că alimentele extrem de satisfăcătoare pot activa această zonă mai mult decât alimentele mai puțin de dorit (Kringelbach, O'Doherty, Rolls și Andrews, 2003). Rezultatele noastre arată că regiunea OFC nu scade răspunsul după ce a mâncat la persoanele obeze (a se vedea Figura 2). Activarea similară a OFC nu a fost observată în grupul de comparație cu greutate normală. De asemenea, s-a arătat că OFC laterală este modulată de foame cu arderea neuronală scăzută după saturarea unui anumit gust (Critchley & Rolls, 1996). Este interesant faptul că mâncarea utilizată pentru a obține sare în acest studiu nu a inclus alimente bogate în grăsimi / dulci. Dacă neuronii din OFC laterali sunt supuși unei sațietăți specifice alimentului, prin faptul că o satietate pentru un anumit aliment nu reduce arderea ca răspuns la un alt tip de hrană (Critchley & Rolls, 1996), acest lucru poate sustine continuarea activitatii OFC vazuta ca raspuns la alimentele cu calorii inalte dupa ce a mancat in randul participantilor obezi.

Cingulatul anterior a arătat, de asemenea, un răspuns diferențiat între grupuri după masă, cu un răspuns mai mare în rândul grupului obez față de calorii superioare față de obiect. Constatările anterioare indică faptul că ACC prezintă o mai mare activare a alimentelor cu conținut ridicat de calorii și scăzute în timp ce scăderea foametei și a scăderii mai mici a modificării semnalului după consumul la persoanele obeze comparativ cu martorii (Bruce și colab., 2010; Stoeckel și colab., 2008). ACC a fost implicat în motivația alimentelor, activând ca răspuns la administrarea de grăsimi și zaharoză (De Araujo & Rolls, 2004) și care prezintă o activare crescută la indicii legate de consumul de droguri printre dependenți (Volkow, Fowler, Wang, Swanson și Telang, 2007). Studiile recente au arătat, de asemenea, că severitatea dependenței alimentare se corelează în mod pozitiv cu activarea în ACC în timpul anticipării alimentelor gustoase (Gearhardt și colab., 2011). În plus, alimentele cu calorii înalte față de indicii obiectului au provocat un răspuns mai mare în regiunea caudală din grupul obezi. Spre deosebire de cercetările anterioare care utilizează PET indicând scăderea activării în caudate și putamen după o masă lichidă (Gautier și colab., 2000), constatarile noastre indica activarea continua a striatum la alimentele cu calorii inalte. Acest lucru este în concordanță cu dovezile din literatura de specialitate care arată că neuronii distribuiți prin nucleul accumbens, caudate și putamen mediază impactul hedonic al alimentelor cu conținut ridicat de zahăr / grăsimi (Kelley și colab., 2005).

Rezumat și concluzii

Constatarile noastre demonstreaza ca persoanele obeze si greutate normala difera in mod substantial in raspunsul creierului lor la indicii alimentare, in special dupa ce a mancat. În timp ce persoanele înfometate, obezi prezintă un răspuns mai mare la ambele tipuri de tacuri alimentare în regiunile anterioare prefrontale implicate în dependență. În schimb, în ​​timpul meselor premature, indivizii cu greutate normală prezintă un răspuns clar preferențial la indicii de înaltă calorii comparativ cu cele cu calorii scăzute în regiunile implicate în prelucrarea senzorială - o diferență care nu se observă după fază. Dupa ce a mancat, impactul alimentelor cu calorii ridicate este evident in randul participantilor obezi ca indicii de calorii inalte continua sa provoace activarea in zonele creierului implicate in procesarea recompensa si gust, chiar si dupa ce a raportat foamea scazuta. Mai mult decât atât, alimentele cu conținut scăzut de calorii provoacă și mai mult un răspuns neuronal după consumul lor în rândul celor obezi, comparativ cu cei cu greutate normală, evidențiind reacția continuă la aceste tipuri de indicații alimentare în rândul persoanelor obeze și scăderea activării în rândul celor cu greutate normală. Aceste constatări sunt deosebit de interesante, dat fiind faptul că majoritatea participanților au suferit o deprivare calorică normativă înainte de a mânca masa de prânz, făcând aceste constatări generalizabile la ciclurile naturale de repaus alimentar / alimentar.

Acest studiu are câteva limitări. În primul rând, datorită constrângerilor legate de colectarea datelor ca parte a unui proiect mai amplu, nu am reușit să contrabalansăm starea de repaus și post-mama în rândul persoanelor fizice. Deși acest lucru nu este ideal și constatările ar trebui reproduse cu proceduri contrabalansate, atât studiile de fMRI, cât și durata scurtă și cea mai lungă (1-14 zile) au demonstrat o bună fiabilitate a testului-retest în sarcinile senzorimotor (Friedman și colab., 2008) și în răspunsul striatal în timpul sarcinilor de reactivitate a alcoolului (Schacht și colab., 2011). Lipsa acestui contrabalanțare face ca gruparea înaintea și după masă să fie dificil de interpretat și, prin urmare, nu este principalul accent aici. Lipsa contrabalansării între stările de masă este minimizată în rezultatele între grupuri, deoarece ambele grupuri sunt potrivite în procedura de scanare. În studiile viitoare, contrabalansarea ar permite o analiză mai completă a modulației în timp a grupului între răspunsurile alimentare. În al doilea rând, includerea masculilor și femelelor în această probă poate avea efecte necunoscute asupra setului de date, deoarece funcționarea recompensării la femei a fost demonstrată a varia în funcție de stadiul ciclului menstrual (Dreher și colab., 2007), un factor care nu a fost luat în considerare în acest eșantion, având în vedere cerințele proiectului mai mare. Trebuie remarcat faptul că participanții nu au preferat un anumit tip de hrană pe baza evaluării preferințelor alimentare; acest lucru poate fi un rezultat al administrării sarcinii direct înainte de scanarea pe bază de repaus, ceea ce poate reflecta gustul crescut în timpul foamei. Cu toate acestea, doar pentru că s-ar putea să apreciați foarte mult un aliment, aceasta nu înseamnă neapărat că ar prefera o altă hrană gustoasă dacă se dorește alegerea (de exemplu, autorul AD iubește morcovii, dar dacă li se dă posibilitatea de a alege înghețată sau morcovi, victorie). O măsură a luării deciziilor privind preferințele alimentare poate da rezultate mai discriminatorii în ceea ce privește preferința ridicată față de cele cu calorii scăzute. În ciuda evaluărilor comportamentale, atât cei obezi, cât și cei cu greutate normală, prezintă activarea creierului diferențiat prin calorii. În plus, studiile viitoare ar trebui să reproducă aceste constatări prin includerea unor măsuri mai bune de sațietate. Deși evaluările foamei au fost evaluate la patru momente de timp (înainte și după fiecare scanare) și au arătat că foamea a scăzut după masă, nu s-au obținut evaluări directe de sațietate. Am dedus în mod indirect sațietate prin schimbarea statutului de foame. În cele din urmă, nu am limitat această probă la participanții drepți, deoarece, ca parte a proiectului mai mare, acești participanți au fost comparați cu o populație rară în care nu am putut alege criteriile de îndemânare. In timp ce acest studiu nu este fara limitele sale, aceste constatari furniza dovezi preliminare in randul obezi pentru raspunsul sustinut la indicii alimentare in regiunile cerebrale legate de creier, chiar si dupa ce a mancat, in comparatie cu raspunsul in controalele de greutate normala. Activitatea viitoare ar trebui să se extindă asupra acestor rezultate prin examinarea gradului în care dieta și obiceiurile alimentare afectează răspunsul neuronal la indiciile alimentare.

Participantii la acest studiu au indicat doar foame moderata inainte de scanarea pe post. Chiar și cei care au sarit micul dejun au indicat doar foame moderată înainte de scanare. O mare parte din cercetările anterioare s-au axat pe examinarea răspunsului neuronal după un ritm prelungit, atipic. Constatările noastre sunt de interes, deoarece foamea extremă nu este necesară pentru a determina răspunsul neuronal la indicațiile alimentare. De fapt, înțelegerea modului în care sistemele neuronale răspund în timpul unei foamete mai tipice ne poate oferi o perspectivă critică asupra mecanismelor din spatele supraîncălzirii. Este interesant de observat faptul că răspunsul neuronal la indicațiile alimentare nu diferă între cei care au făcut și cei care nu au consumat micul dejun. Acest lucru poate indica faptul că pentru persoanele care, de obicei, sări peste micul dejun, răspunsul recompensării la indicațiile alimentare nu este fundamental diferit de cei care consumă micul dejun. De asemenea, de interes este faptul că majoritatea participanților care au omis micul dejun au fost obezi; acest lucru poate indica aport alimentar mai sărace deoarece cercetările au arătat că micul dejun este legat de obiceiurile alimentare mai sănătoase și de reducerea totală a consumului zilnic de alimente (de Castro, 2007; Leidy și Racki, 2010).

Am arătat aici că, pentru indivizii obezi, indicii de alimente cu conținut caloric arată un răspuns susținut în regiunile creierului implicate în recompensă și dependență chiar și după ingestia unei mese considerabile. Acest răspuns hedonic continuă după o sarcină calorică ridicată poate fi critică pentru înțelegerea comportamentului de supraalimentare. Lucrările viitoare îndreptate spre măsura în care adăugarea unui aliment dulce / cimbru de mare calorie la o masă frânează răspunsul neuronal în sistemele de recompensare pentru persoanele obeze este justificată având în vedere constatările actuale.

Această lucrare a fost susținută de granturile RO3HD058766-01 și UL1 RR024989 de la Institutele Naționale de Sănătate și ACES Opportunity Grant de la National Science Foundation. Mulțumim Centrului de Cazuri pentru Imaging Research, Jack Jesberger, Brian Fishman și Angela Ferranti și Kelly Kanya pentru asistența lor în domeniul cercetării; pentru Jennifer Urbano Blackford și Elinora Prețul pentru comentariile lor utile despre manuscris; și tuturor persoanelor care au participat.

Declinarea responsabilității editorului: Acesta este un fișier PDF al unui manuscris needitat care a fost acceptat pentru publicare. Ca serviciu pentru clienții noștri oferim această versiune timpurie a manuscrisului. Manuscrisul va fi supus copierii, tipăririi și revizuirii probelor rezultate înainte de a fi publicat în forma sa finală. Rețineți că în timpul procesului de producție pot fi descoperite erori care ar putea afecta conținutul și toate denunțările legale care se referă la jurnal.

Conflictul de interese: Autorii nu declară nici un conflict de interese.

1. Baylis LL, Rolls ET, Baylis GC. Legături conexe ale zonei de gust cortexului orbitofrontal caudolateral al primatului. Neuroscience. 1995; 64 (3): 801-812. [PubMed]
2. Berthoud HR. Sisteme neuronale multiple care controlează aportul alimentar și greutatea corporală. Neuroștiințe și recenzii biobehaviorale. 2002; 26 (4): 393-428. [PubMed]
3. Berthoud HR, Morrison C. Creierul, apetitul și obezitatea. Revizuirea anuală a psihologiei. 2008; 59: 55-92. [PubMed]
4. Bragulat V, Dzemidzic M, Bruno C, Cox CA, Talavage T, Considine RV, și colab. Sonde de miros legate de alimente ale circuitelor de recompensare a creierului în timpul foamei: Un studiu pilot FMRI. Obezitatea (argintiu de argint, Md.) 2010; 18 (8): 1566-1571. [PubMed]
5. Bruce AS, Holsen LM, Chambers RJ, Martin LE, Brooks WM, Zarcone JR, și colab. Copii obezi arata hiperactivarea imaginilor alimentare in retelele creierului legate de motivatie, recompensa si control cognitiv. Jurnalul Internațional de Obezitate (2005) 2010; 34 (10): 1494-1500. [PubMed]
6. Castellanos EH, Charboneau E, Dietrich MS, Park S, Bradley BP, Mogg K, și colab. Adulții obezi au părtinire vizibilă pentru imaginile tactile: Dovezi pentru funcția sistemului de recompensă modificată. Jurnalul Internațional de Obezitate (2005) 2009; 33 (9): 1063-1073. [PubMed]
7. Critchley HD, Rolls ET. Foametea și sațietatea modifică răspunsurile neuronilor olfactivi și vizuale în cortexul orbitofrontal al primatelor. Revista de Neurofiziologie. 1996; 75 (4): 1673-1686. [PubMed]
8. De Araujo IE, Rolls ET. Reprezentarea în creierul uman a texturii alimentare și a grăsimilor orale. Journal of Neuroscience: Jurnalul Oficial al Societatii pentru Neurostiinte. 2004; 24 (12): 3086-3093. [PubMed]
9. de Castro JM. Timpul zilei și proporțiile consumate de macronutrienți sunt legate de consumul zilnic de hrană totală. Jurnalul britanic al nutriției. 2007; 98 (5): 1077-1083. [PubMed]
10. Dimitropoulos A, Schultz RT. Circuite neuronale legate de alimentație în sindromul Prader-Willi: răspuns la alimentele cu un conținut ridicat de calorii și scăzut. Oficial al tulburărilor de autism și de dezvoltare. 2008; 38 (9): 1642-1653. [PubMed]
11. Dreher JC, Schmidt PJ, Kohn P, Furman D, Rubinow D, Berman KF. Faza ciclului menstrual modulează funcția neuronală a femeilor. Proceedings of the National Academy of Sciences din Statele Unite ale Americii. 2007; 104 (7): 2465-2470. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
12. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptina reglează regiunile striatale și comportamentul alimentar uman. Science (New York, NY) 2007; 317 (5843): 1355. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
13. Frank S, Laharnar N, Kullmann S, Veit R, Canova C, Hegner YL, și colab. Prelucrarea imaginilor alimentare: Influența conținutului de foame, sex și calorii. Cercetarea creierului. 2010; 1350: 159-166. [PubMed]
14. Friedman L, Stern H, Brown GG, Mathalon DH, Turner J, Glover GH, și colab. Testarea-retest și fiabilitate între site-uri într-un studiu multicentric fMRI. Cartografierea creierului uman. 2008; 29: 958-972. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
15. Gautier JF, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, Heiman M, și colab. Raspunsuri diferentiale ale creierului la satietate la barbatii obezi si slabi. Diabet. 2000; 49 (5): 838-846. [PubMed]
16. Gautier JF, Del Parigi A, Chen K, Salbe AD, Bandy D, Pratley RE, și colab. Efectul satiatiei asupra activitatii creierului la femeile obeze si sarace. Studiul privind obezitatea. 2001; 9 (11): 676-684. [PubMed]
17. Gearhardt AN, Yokum S, Orr PT, Stice E, Corbin WR, Brownell KD. Corelațiile neurale ale dependenței alimentare. Arhivele de psihiatrie generală. 2011; 68 (8): 808-816. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
18. George MS, Anton RF, Bloomer C, Teneback C, Drobes DJ, Lorberbaum JP, și colab. Activarea cortexului prefrontal și a talamusului anterior la subiecții alcoolici la expunerea la indicii specifice alcoolului. Arhivele de psihiatrie generală. 2001; 58 (4): 345-352. [PubMed]
19. Geliebter A, Ladell T, Logan M, Schneider T, Sharafi M, Hirsch J. Responsivitatea față de stimulentele alimentare la obezii obișnuiți și la cei cu hipoacuzie slabă, folosind RMN funcțional. Apetit. 2006; 46 (1): 31-35. [PubMed]
20. Goebel R, Esposito F, Formisano E. Analiza datelor concursului de analiză a imaginii funcționale (FIAC) cu Brainvoyager QX: De la analiza modelului liniar general al grupului unic la cel al grupării cortical aliniate și analiza componentelor independente de grup. Cartografierea creierului uman. 2006; 27: 392-401. [PubMed]
21. Goldstone AP, de Hernandez CG, Beaver JD, Muhammed K, Croese C, Bell G și colab. Postarea prejudiciază sistemele de recompensare a creierului către alimentele cu conținut ridicat de calorii. Jurnalul European de Neuroștiințe. 2009; 30 (8): 1625-1635. [PubMed]
22. Grusser SM, Wrase J, Klein S, Hermann D, Smolka MN, Ruf M, și colab. Activarea indusă de cue a striatului și a cortexului prefrontal medial este asociată cu recidiva ulterioară la alcoolicii abstinenți. Psychopharmacology. 2004; 175 (3): 296-302. [PubMed]
23. Halgren E. Fenomenele mentale induse de stimulare în sistemul limbic. Neurobiologie umană. 1982; 1 (4): 251-260. [PubMed]
24. Haase L, Green E, Murphy C. Bărbații și femelele prezintă activarea creierului diferențiat la gust atunci când este înfometată și umezită în zonele de gustare și de recompensare. Apetit. 2011; 57 (2): 421-434. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
25. Holsen LM, Zarcone JR, Brooks WM, Butler MG, Thompson TI, Ahluwalia JS și colab. Mecanismele neuronale care stau la baza hiperfagiei în sindromul prader-willi. Obezitatea (argintiu de argint, Md.) 2006; 14 (6): 1028-1037. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
26. Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Fluxul sanguin cerebral regional în timpul expunerii la alimente la femei obeze și cu greutate normală. Brain: Un jurnal de neurologie. 1997; 120 (Pt 9) (Pt 9): 1675-1684. [PubMed]
27. Kelley AE, Baldo BA, Pratt WE, Will MJ. Circuite corticostriatal-hipotalamice și motivația alimentară: integrarea energiei, acțiunii și recompensei. Fiziologie și comportament. 2005; 86 (5): 773-795. [PubMed]
28. Killgore WD, Young AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, Yurgelun-Todd DA. Activarea corticală și limbic în timpul vizionării alimentelor cu conținut ridicat de calorii și scăzute. NeuroImage. 2003; 19 (4): 1381-1394. [PubMed]
29. Kringelbach ML. Alimente pentru gândire: experiența hedonică dincolo de homeostază în creierul uman. Neuroscience. 2004; 126 (4): 807-819. [PubMed]
30. Kringelbach ML, O'Doherty J, Rolls ET, Andrews C. Activarea cortexului orbitofrontal uman la un stimul lichid alimentar este corelată cu plăcerea sa subiectivă. Cortexul cerebral (New York, NY: 1991) 2003; 13 (10): 1064-1071. [PubMed]
31. LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, Mesulam MM. Foamea modulează selectiv activarea corticolimbică a stimulilor alimentari la om. Neuroștiințe comportamentale. 2001; 115 (2): 493-500. [PubMed]
32. Leidy HJ, Racki EM. Adăugarea unui mic dejun bogat în proteine ​​și efectele sale asupra controlului acut al poftei de mâncare și a consumului de alimente la adolescenții „sărind peste micul dejun”. Jurnalul internațional de obezitate (2005) 2010; 34 (7): 1125–1133. [PubMed]
33. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, Bruce AS, Brooks WM, Zarcone JR, și colab. Mecanisme neurale asociate cu motivația alimentelor la adulți cu greutate obeză și sănătoasă. Obezitatea (argintiu de argint, Md.) 2010; 18 (2): 254-260. [PubMed]
34. Pritchard TC, Macaluso DA, Eslinger PJ. Percepția gustului la pacienții cu leziuni ale cortexului insular. Neuroștiințe comportamentale. 1999; 113 (4): 663-671. [PubMed]
35. Rigby NJ, Kumanyika S, James WP. Confruntarea cu epidemia: nevoia de soluții globale. Oficial al politicii în domeniul sănătății publice. 2004; 25 (3-4): 418-434. [PubMed]
36. Rolls ET. Creierul și emoția. New York: Oxford University Press; 1999.
37. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, și colab. Activarea diferențială a striatumului dorsal prin stimuli vizibili pentru calorii vizuale cu calorii ridicate la persoanele obeze. NeuroImage. 2007; 37 (2): 410-421. [PubMed]
38. Schacht JP, Anton RF, Randall PK, Li X, Henderson S, Myrick H. Stabilitatea răspunsului striatal al fMRI la indicii de alcool: O abordare ierarhică de modelare liniară. NeuroImage. 2011; 56: 61-68. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
39. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Activitate de răsplătire pe scară largă a femeilor obeze ca răspuns la fotografiile cu alimente cu conținut ridicat de calorii. NeuroImage. 2008; 41 (2): 636-647. [PubMed]
40. Talairach J, Tournoux P. Atlas steriotaxic co-planar al creierului uman. Sistem proporțional 3-dimensional: O abordare a imaginii cerebrale. New York: Thieme Medical Publishers, Inc .; 1988.
41. Tataranni PA, Gautier JF, Chen K, Uecker A, Bandy D, Salbe AD, et al. Coroborarea neuroanatomică a foametei și a satiologiei la om utilizând tomografie cu emisie de pozitroni. Proceedings of the National Academy of Sciences din Statele Unite ale Americii. 1999; 96 (8): 4569-4574. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
42. Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM, Telang F. Dopamina în consumul de droguri și dependența: Rezultatele studiilor imagistice și implicațiile tratamentului. Arhivele neurologiei. 2007; 64 (11): 1575-1579. [PubMed]
43. Wang GJ, Volkow ND, Thanos PK, Fowler JS. Similaritatea dintre obezitate și dependența de droguri, evaluată prin imagistica neurofuncțională: o revizuire a conceptului. Jurnal de boli dependente. 2004; 23 (3): 39-53. [PubMed]