Научные доклады 5, Номер статьи: 10041 (2015)
DOI: 10.1038 / srep10041
ТезКартофельные чипсы с легкой закуской вызывают потребление пищи у крыс, которых кормят ad libitum, что связано с модуляцией системы вознаграждения мозга и других цепей. Здесь мы показываем, что прием пищи у сытых крыс обусловлен оптимальным соотношением жиров и углеводов. Как и картофельные чипсы, изокалорийная смесь жиров и углеводов влияла на характер активности мозга в целом, влияя на цепи, связанные, например, с вознаграждением / зависимостью, но количество модулированных областей и степень модуляции были ниже по сравнению с самой легкой закуской.
Введение
Свободная доступность вкусной пищи может привести к гедонической гиперфагии, то есть к увеличению потребления энергии и, следовательно, к увеличению массы тела из-за изменения модели поведения при приеме пищи.1, Чтобы вызвать потребление пищи сверх сытости, должны быть задействованы факторы, которые нарушают гомеостатический энергетический баланс и сытость через различные сигнальные пути негеостатической системы вознаграждений.2, Как было показано ранее, потребление картофельных чипсов с легкой закуской сильно модулирует активность в системе вознаграждения мозга у крыс, которых кормят ad libitum. Кроме того, это приводит к значительно различной активации областей мозга, регулирующих потребление пищи, сытость, сон и двигательную активность.3, Поведенческие исследования подтвердили, что потребление энергии и связанная с кормлением двигательная активность были повышены, когда появились картофельные чипсы3, Несмотря на то, что нейробиологическая регуляция потребления пищи намного сложнее, чем регуляция наркомании, некоторые противоречивые совпадения нейрофизиологических механизмов, паттерна активации мозга и поведенческих последствий обсуждались неоднозначно.4,5,6,7, Вовлеченные в работу схемы мозга сильно активируются при приеме пищи после ограничения, а также при приеме пищи, особенно вкусной, в частности8,9,10, Как правило, очень вкусная пища является высококалорийной и / или богатой жирами и / или углеводами. Таким образом, было выдвинуто предположение, что плотность энергии в пище может быть решающим фактором, который вызывает потребление пищи сверх насыщения, что приводит к увеличению веса и, в конечном итоге, к ожирению.11,12.
Недавнее поведенческое исследование показало, что жиры и углеводы являются основными молекулярными детерминантами вкусовых качеств закусочной пищи.13, Кроме того, содержание энергии в картофельных чипсах в основном (94%) определяется содержанием жира и углеводов. Следовательно, можно предположить, что содержание энергии является движущей силой гедонической гиперфагии в случае картофельных чипсов. Следовательно, мы провели тесты поведенческих предпочтений, чтобы исследовать потребление пищи с различным содержанием жира / углеводов, и выполнили измерения магнитно-резонансной томографии (МРТ), чтобы исследовать модуляцию активности всего мозга, индуцированную у крыс.
Результаты и обсуждение
Для тестов предпочтения к каждому тестируемому корму добавляли порошкообразную стандартную еду (STD) (1: 1), чтобы исключить влияние органолептических свойств (Рис. 1a)13, Ранее было показано, что порядок и продолжительность тестовых эпизодов не влияют на исход13, Сначала относительное потребление увеличивалось с увеличением содержания жира и, следовательно, содержания энергии в тестируемых продуктах с максимумом при содержании жира 35% и углеводов 45%. Более высокое содержание жира, однако, привело к снижению потребления пищи (Рис. 1a). Поскольку жир имеет более высокую плотность энергии, чем углеводы, эти результаты показывают, что содержание энергии не является единственным определяющим фактором потребления пищи у небедных крыс. Примечательно, что среднее соотношение жира / углевода у наиболее привлекательных тестируемых продуктов почти точно соответствовало составу картофельных чипсов (Рис. 1a). Остается выяснить, можно ли распространить вышеприведенный вывод на другие пищевые продукты с аналогичным соотношением жиров / углеводов, такие как шоколад или другие легкие закуски.
Рисунок 1: (a) Активность тестируемых пищевых продуктов с различным соотношением жиров / углеводов для побуждения к дополнительному потреблению пищи во время кратковременного представления тестовой пищи (минуты 10) в тестах с двумя вариантами предпочтения.
Различия в потреблении энергии на тестируемый корм по сравнению с эталонным (17.5% жира, 32.5% углеводов и 50% STD) отображаются как относительный вклад соответствующего тестируемого продукта в общее потребление тестируемого и эталонного питания (среднее значение ± стандартное отклонение). Ниже показан состав тестируемых пищевых продуктов и наиболее привлекательный средний состав сравнивается с составом картофельных чипсов. (b) Потребление энергии и соответствующая двигательная активность, связанная с кормлением, во время фаз непрерывного тестирования пищи в дни 7. Оба фактора показаны в их зависимости от тестируемых продуктов [стандартная еда (STD) или смесь 35% жира и 65% углеводов (FCH)] в фазе тренировки (TP) и марганцевой фазе (MnP) во время 12 / 12-часовой цикл свет / темнота в течение 7 дней. Данные показывают среднее значение ± стандартное отклонение для 16 животных в 4 клетках в течение 7 дней подряд. Кроме того, перечислены соответствующие статистические данные (** p <0.01, *** p <0.001, ns = не значимо).
Недавно мы показали, что потребление картофельных чипсов у крыс, вскармливаемых ad libitum, сильно модулирует деятельность мозга в целом, влияя главным образом на цепь вознаграждения и системы, связанные с приемом пищи, сном и двигательной активностью.3, Поэтому в настоящем исследовании изучалось влияние соотношения жир / углевод в тестируемой пище на эти модуляции. Для этой цели крысам, вскармливаемым ad libitum, подвергали тестируемый корм, содержащий 35% жира и 65% углеводов (FCH), в качестве почти изокалорической (565 против 535 ккал / 100 g) для картофельных чипсов. Контрольная группа получала порошкообразные ЗППП. После этого изменения в картине мозговой активности во время фазы кормления были записаны с помощью магнитно-резонансной томографии (MEMRI), улучшенной марганцем.14,15 как описано ранее3, Согласно дизайну исследования, показанному в Рис. 1bза фазой тренировки (TP), предлагающей тестируемые продукты ad libitum, последовала промежуточная фаза без тестируемой пищи (по семь дней каждый). Перед измерением MEMRI контрастное вещество хлорида марганца вводили осмотическими насосами с дорсальной подкожной имплантацией для картирования интегрированной мозговой активности в течение следующих семи дней. Во время этой фазы марганца (MnP) крысы восстановили доступ к своей уже известной тестовой пище. Стандартные пеллеты и водопроводная вода были доступны ad libitum на протяжении всего исследования (Рис. 1b). Эта тестовая схема сравнивала потребление энергии, а также характер активности мозга в обеих группах и приводила к значительному увеличению потребления энергии в группе FCH во время TP и MnP на свету, а также в темном цикле дня по сравнению с контролем (Рис. 1b). Кроме того, была подсчитана двигательная активность одиночных крыс возле дозаторов. В отличие от других локомоторных тестов, таких как тест в открытом поле для измерения общей двигательной активности и тревоги, связанная с кормлением двигательная активность, которая была оценена в настоящем исследовании, скорее отражает поведение в поисках пищи. Однако двигательная активность, связанная с кормлением, была лишь незначительно повышена, когда FCH был доступен вместо порошкообразной ЗППП во время темнового цикла TP (средняя двигательная активность [рассчитывает] STD 205 ± 46, FCH 230 ± 41, n = 4, p = 0.0633 ) и MnP (средняя двигательная активность [насчитывает] STD 155 ± 24, FCH 164 ± 17, n = 4, p = 0.2123) (Рис. 1b). Напротив, доступ к картофельным чипсам привел к гораздо более высокой двигательной активности, связанной с кормлением, по сравнению с той же контрольной группой с ЗППП во время темнового цикла.3, который был значимым как в TP (средняя двигательная активность [количество] STD 205 ± 46, картофельные чипсы 290 ± 52, n = 4, p <0.001), так и в MnP (средняя двигательная активность [количество] STD 155 ± 24, картофельные чипсы 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Таким образом, можно сделать вывод, что соотношение жир / углеводы определяет вкусовые качества картофельных чипсов, но на поведение при кормлении также влияют другие компоненты в закусках. Однако остается спорным, связаны ли эти различия с аспектами «желания» и «симпатии» при приеме пищи.16.
Мониторинг активности всего мозга с помощью MEMRI выявил существенные различия в активации областей мозга при приеме FCH по сравнению с ЗППП (Рис. 2a, b, Рис 3, первый столбец, Таблица 1). Настоящие результаты сравнивались с предыдущими анализами MEMRI модуляции структуры мозговой активности при приеме картофельных чипсов и ЗППП в тех же условиях.3, Первые данные перечислены во втором столбце Рис. 2 и 3, Хотя у FCH было такое же соотношение жиров / углеводов и почти одинаковая плотность энергии по сравнению с картофельными чипсами, FCH активировал гораздо меньшее количество (33) областей мозга, значительно отличаясь от ЗППП, чем картофельные чипсы (области 78, Рис 2). Эффекты были обнаружены в функциональных группах, связанных с вознаграждением и зависимостью (Рис. 3a), прием пищи (Рис. 3b), спать (Рис. 3c) и двигательная активность (Рис. 3d). Рисунок 2b показывает обзор всех значительно отличающихся по-разному областей мозга, сравнивая эффекты FCH и картофельных чипсов, соответственно, с эффектами ЗППП. Кроме того, дробное изменение в активации, то есть поглощение марганца, отражающее нейронную активность, существенно отличается в отношении потребления FCH и STD по сравнению с картофельными чипсами и STD (Рис 3, третий столбец). Ядро accumbens считается основной структурой системы вознаграждений17, Потребление FCH привело к значительному увеличению активности в 7.8 в одной из четырех субструктур, основной субрегион левого полушария. Увеличение субрегионов раковин, а также ядра субрегиона правого полушария не было значительным (Рис. 3a). Потребление картофельных чипсов в аналогичных условиях также привело к наибольшей активации далеко от левого ядра субрегиона прилежащего ядра. Однако по сравнению с FCH уровень активации в этой субструктуре был даже в два раза выше. В отличие от FCH, три другие субструктуры также были значительно активированы по сравнению с контролем (Рис. 3a). Таким образом, можно сделать вывод, что FCH активирует системы вознаграждения в мозге, но с меньшим эффектом, чем картофельные чипсы. Этот вывод также отражен другими структурами системы вознаграждения / зависимости, которые были значительно активированы при приеме картофельных чипсов и FCH, такими как ядро ложа stria Terminalis (левое полушарие)17,18спинной субикулюм19или предлимбическая кора (правое и левое полушарие)20, Напротив, другие структуры головного мозга не были значительно затронуты потреблением FCH, даже если они являются важными компонентами цепей вознаграждения и были четко модулированы потреблением картофельных чипсов, таких как вентральный паллидум, вентральная сегментарная область или хвостовой путамен (Таблица 1)3.
Рисунок 2: (a) Значительно по-разному активированные участки мозга (смесь 35% жира / 65% углевода (FCH) в сравнении со стандартным рационом (STD) и картофельных чипсов в сравнении с STD3) морфометрическим анализом на основе вокселей, приведенным в качестве примера для трех срезов, отображаемых на средней поверхности мозга крысы.
Средние данные по жиру / углеводам пищевой группы (FCH, левый столбец) сравниваются с изменениями характера мозговой активности, вызванными картофельными чипсами в тех же условиях (обзор из Hoch). и другие 20133Правая колонка). (b) Распределение 3D значительно активированных областей мозга, отображаемых в осевом и сагиттальном виде. (35% жира / 65% углевода тестируемой пищи FCH против ЗППП, левая колонка и картофельные чипсы против ЗППП, правая колонка, обзор от Hoch и другие 20133). Синие сферы символизируют области мозга с более низкими красными сферами области мозга с более высокой активностью после приема соответствующего тестового продукта FCH или картофельных чипсов3, каждый по сравнению с ЗППП. Размер сфер символизирует уровни значимости (маленький: p ≤ 0.05, средний: p ≤ 0.01, большой: p ≤ 0.001, n = 16).
Рисунок 3: Области мозга, отнесенные к функциональным группам (а) «вознаграждение и зависимость», (б) «прием пищи», (в) «сон» и (г) «двигательная активность» на схематическом сагиттальном изображении крысы. мозг со значительно разным (p <0.05) накоплением марганца в структурах мозга крыс, получавших ad libitum, с дополнительным доступом к тестовой пище 35% жира / 65% углеводов (FCH, первый столбец) или к закускам картофельным чипсам (обзор из Hoch и др.. 20133, второй столбец).
Красные прямоугольники символизируют области мозга, значительно активированные закусочными картофельными чипсами или FCH, и то и другое в сравнении с порошкообразной стандартной пищей (STD), синие прямоугольники - соответствующие области мозга с более высокой активностью из-за приема порошкообразных STD по сравнению с закусками картофельных чипсов или FCH. Треугольники, прикрепленные к прямоугольникам слева и / или справа, указывают на полушарие существенных различий. Прямоугольники без треугольников представляют собой центральные структуры мозга. В третьем столбце показано частичное изменение закусок и FCH, соответственно, по сравнению с ЗППП (*** p <0.001, ** p <0.01, * p <0.05, n = 16). Acb core: центральная область прилежащего ядра; Acb shell: область оболочки прилежащего ядра, Arc: дугообразное ядро гипоталамуса, BNST: ядро ложа stria terminalis, CgCx: поясная кора головного мозга, CPu: хвостатая скорлупа (stratium), DS: дорсальный субикулум, Gi: гигантоклеточное ядро, GPV: вентральное pallidum, HyDM: дорсомедиальный гипоталамус, HyL: латеральный гипоталамус, IlCx: инфралимбическая кора, InsCx: кора островка, IP: межпедункулярное ядро, LPBN: латеральное парабрахиальное ядро, LPGi: латеральное парагигантоцеллюлярное ядро, MC LRt: моторное ретикулярное ядро LRt: латеральное ретикулярное ядро , MCx1: вторичная моторная кора, OrbCx: орбитальная кора, PCRt: парвицлеточное ретикулярное ядро, PnO: ретикулярное ядро моста орально, PrlCx: прелимбическая кора, PTA: претектальная область, PVN: переднее паравентрикулярное ядро таламуса, Raphe: ядро шва, перегородка , Sol: солитарный тракт, Тег: тегментальные ядра, thMD: медиодорсальный таламический, VS: вентральный субикулюм, VTA: вентральная тегментальная область, ZI: zona incerta.
Таблица 1: Z-баллы значительно по-разному активированных областей головного мозга, сравнивающие крыс с доступом либо к стандартному кормлению, либо к смеси жира и углеводов, и соответствующие p-значения t-статистики, n = 16.
Аналогичные выводы можно сделать из анализа мозговых цепей, связанных с приемом пищи. Например, дорсомедиальный гипоталамус, перегородка, а также паравентрикулярное таламическое ядро, которые были активированы во время приема FCH и картофельных чипсов, могут быть связаны с контролем приема пищи.21,22, Но опять же, FCH не смогла модулировать другие структуры контуров сытости, которые были деактивированы картофельными чипсами, такими как дугообразное ядро гипоталамуса или одиночный тракт. Кроме того, интенсивность активации была ниже у FCH, чем у картофельных чипсов, что отражалось, например, в 2.3-кратно значительно большей активации паравентрикулярного таламического ядра спереди (Рис. 3b). Эти данные предполагают, что FCH модулирует структуры мозга, связанные с приемом пищи, в отличие от ЗППП, эффект, который может отражаться в более высоком потреблении энергии через FCH (Рис. 1b).
Потребление FCH также привело к сильной дезактивации структур мозга, связанных со сном. Некоторые области мозга были деактивированы только с помощью FCH, например, Zona Incerta (Рис. 3c), тогда как другие области были деактивированы только картофельными чипсами, такими как тегментальные ядра. Хотя восемь связанных со сном структур были модулированы FCH, а одиннадцать - картофельными чипсами, эффект обоих тестируемых продуктов, по-видимому, находится в одинаковом диапазоне. Поскольку этот результат не был ожидаемым, продолжительность сна не была измерена в настоящем исследовании, так что неясно, коррелирует ли FCH-индуцированная модуляция контуров сна с модуляцией режима сна.
На области мозга, ответственные за двигательную активность и движение в целом, существенное влияние не оказывало потребление FCH по сравнению с ЗППП (Рис. 3d, первый столбец). Это совпадает с поведенческими наблюдениями, что FCH индуцировал лишь незначительную, но несущественно более высокую двигательную активность, связанную с пищей, по сравнению с ЗППП (Рис. 1b). Напротив, было показано, что активация структур двигательной системы в мозге крыс с доступом к картофельным чипсам сопровождалась повышенной двигательной активностью, связанной с кормлением.3.
Не совсем ясно, связан ли наблюдаемый паттерн активации с гедонической гиперфагией. В отличие от гомеостатического потребления пищи, которое контролируется энергетическим уровнем организма, потребление гедонической пищи опосредовано вознаграждением, получаемым от некоторых продуктов питания.23, Поскольку потребление гедонической пищи не сильно связано с потребностями в энергии, оно часто приводит к гиперфагии. Были разработаны модели, которые описывают нейронные корреляты гедонической гиперфагии. Berthoud, например, предполагает, что гомеостатическое потребление пищи связано с чувствительными к лептину цепями, которые включают в основном дугообразное ядро и ядро одиночного тракта, но также включают в себя широкий спектр других областей, включая участки гипоталамуса, такие как паравентрикулярное ядро или ядро прилежит23,24, Это гомеостатическое регулирование потребления пищи может, однако, быть отменено сигналами вознаграждения, такими как компоненты симпатии и желания25, Пристрастие к пище было связано с мю-опиоидной передачей сигналов в прилежащем ядре, вентральном паллидуме, парабрахиальном ядре и ядре одиночного тракта.24в то время как недостаток пищи был связан с дофаминовой системой в вентральной области сегмента, прилежащим ядром, префронтальной корой, миндалиной и гипоталамусом. Кенни дополнительно подчеркнул вклад островковой коры, которая должна хранить информацию о гедонических свойствах пищи и может также быть связана с влечением10, В отличие от паттерна активации мозга, связанного с потреблением картофельных чипсов, только несколько из этих областей, связанных с гедонической гиперфагией, были фактически подвержены влиянию потребления FCH. Следовательно, необходимы расширенные поведенческие эксперименты, чтобы выяснить, действительно ли предпочтение FCH сопровождается гиперфагией.
На сегодняшний день неясно, какие молекулярные компоненты картофельных чипсов ответственны за более сильные эффекты модуляции мозга этого тестового продукта. Поскольку использовался соленый, но несезонный продукт без добавления усилителя вкуса, помимо основных компонентов, жиров и углеводов, присутствовали соль, ароматизатор и незначительные количества белков. Кроме того, необходимо учитывать молекулярные изменения, которые происходят во время обработки. Ранее было показано, что вкус соли вызывает экспрессию Fos в прилежащем ядре крыс, лишенных соли. Потребление соли у не истощенных животных, напротив, не привело к активации этой структуры системы вознаграждения.26, Более того, сообщалось, что потребление соли в твердой пище скорее вызывало неприятный эффект у крыс27, Следовательно, маловероятно, что соль была основным модулятором системы вознаграждения мозга в настоящих экспериментах. Ранее введенный тест с двумя вариантами предпочтения теперь может служить для дальнейшего изучения влияния других компонентов картофельных чипсов на потребление пищи.
Из наших поведенческих данных мы заключаем, что соотношение жира и углеводов, но не абсолютная энергетическая плотность, является основным определяющим фактором вкуса и потребления закусок во время краткосрочных тестов с двумя вариантами предпочтения у крыс. Кроме того, потребление смеси FCH, которая почти изокалорийна картофельным чипсам, вызывало максимальное потребление энергии у крыс, вскармливаемых ad libitum, что сопровождалось значительно различной активацией структур мозга, связанных с вознаграждением, приемом пищи и сном. Потребление картофельных чипсов в тех же условиях привело к гораздо большему количеству по-разному активированных структур мозга в этих цепях, а также к явно более высоким частичным изменениям по сравнению с ЗППП. Таким образом, исходя из подхода к визуализации, можно сделать вывод, что только плотность энергии является лишь умеренным определяющим фактором полезных свойств закусок. Хотя соотношение жира и углеводов картофельных чипсов кажется весьма привлекательным, можно предположить, что в этой легкой закуске существуют и другие молекулярные детерминанты, которые модулируют активность мозговых цепей, особенно систему поощрения, даже сильнее и приводят к увеличению количества пищи. ищет поведение.
методы
Заявление о этике
Это исследование было проведено в строгом соответствии с рекомендациями Руководства по уходу и использованию лабораторных животных Национальных институтов здравоохранения. Протокол был утвержден Комитетом по этике экспериментов на животных Университета им. Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга (Regierung Mittelfranken, номер разрешения: 54-2532.1-28 / 12).
Тест на предпочтения
Тесты на предпочтение проводились, как описано ранее, три раза в день в течение светового цикла в течение минут 10, каждый с общим количеством повторений 20 – 36 на тестируемый корм в сравнении с эталоном.13, Этот график испытаний обеспечивает достаточное количество данных для оценки предпочтения в еде. Испытания проводились на самцах крыс Wistar 8 (клетки 2 с животными 4 каждая, 571 ± 41 g, приобретенные у Charles River, Sulzfeld, Германия) и воспроизводились на самцах крыс Sprague Dawley 10 (клетки 2 с животными 5 каждая, начальный вес 543 ± 71 г, приобретенный у Charles River, Зульцфельд, Германия), который был подготовлен для испытания. Таким образом, количество животных, которые выполняли каждый тест, составляло 18, а количество клеток 4 (четыре биологических копии). Каждый эксперимент повторяли 5 – 6 с каждой группой животных. Все крысы содержались в цикле 12 / 12 h темнота / свет. Крысы имели доступ к стандартным пищевым гранулам (Altromin 1324, Lage, Германия, 4 г / 100 г жира (F), 52.5 г / 100 г углеводов (CH), 19 г / 100 г белка (P)) в дополнение к тестировать пищу и водопроводную воду ad libitum на протяжении всего исследования. Тестируемые продукты с различными соотношениями F (подсолнечное масло, приобретенное в местном супермаркете) и CH (мальтодекстрин, декстрин 15 из кукурузного крахмала, Fluka, Германия), смешанные с 50% порошкообразной ЗППП, использовали для сравнения соответствующей активности для стимулирования потребления пищи. , Порошок ЗППП был добавлен для минимизации текстурных и сенсорных воздействий на потребление. В качестве эталонного продукта для всех тестов поведенческих предпочтений использовалась смесь 50% порошкообразной STD, 17.5% F и 32.5% CH, которая имеет очень похожую композицию F / CH с картофельными чипсами 50% при ЗППП и использовалась в качестве модель для 50% картофельных чипсов в ЗППП до13, Кроме того, мы протестировали продукты, состоящие из 50% порошкообразных ЗППП, с добавлением следующих смесей F и CH (% F /% CH): 5 / 45, 10 / 40, 17.5 / 32.5, 25 / 25, 30 / 20, 35 / 15, 40 / 10, 45 / 5 и 50 / 0. Учитывая состав 50% STD, эталонный продукт, содержащийся в общем (% F /% CH) 20 / 59, другие тестовые продукты 7 / 71, 12 / 66, 20 / 59, 27 / 51, 32 / 46, 37 / 41, 42 / 36, 47 / 31 и 52 / 26. Содержание всех других компонентов порошкообразного STD-подобного белка (9%), клетчатки (3%) или минералов (зола, 3.5%) было постоянным во всех тестируемых пищевых продуктах.
Потребление энергии, зависящее от соответствующего испытуемого продукта, рассчитывали путем умножения принятого количества испытуемого продукта на соответствующее содержание энергии. Относительный вклад одного тестируемого продукта в сумму проглоченного тестового продукта и эталона рассчитывали путем деления количества соответствующего тестируемого продукта на общее потребление тестируемого продукта и эталона.
Регистрация поведенческих данных для потребления энергии и связанной с кормлением двигательной активности
Поведенческие данные были записаны, как описано ранее3, Вкратце, потребление тестируемой пищи измеряли ежедневно, а потребление энергии рассчитывали путем умножения массы проглоченной тестируемой пищи на соответствующее содержание энергии. Локомоторная активность, связанная с кормлением, была количественно определена с помощью изображений с веб-камеры, которые снимались каждые 10 секунд над клеткой. Один подсчет был определен как «одна крыса показывает двигательную активность рядом с одним дозатором». Для статистической оценки t-тесты Стьюдента (двусторонние) выполнялись с использованием среднего значения (потребление энергии или двигательная активность, связанная с кормлением) в течение дней 7 (TP или MnP) на клетку (n = клетки 4, с общим количеством крыс 16 в каждая группа).
Запись всей мозговой активности с помощью MEMRI
Самцов крыс линии Вистар (начальный вес 261 ± 19 г, приобретенных у Charles River, Sulzfeld, Германия), содержавшихся в цикле 12 / 12 h темнота / свет, случайным образом разделили на две группы. Обе группы имели ad libitum доступ к стандартным таблеткам для чау-чау (Altromin 1324, Altromin, Lage, Germany) на протяжении всего курса исследования.
Одна группа (n = 16, начальная масса тела 256 ± 21 г) получала порошкообразную ЗППП (Altromin 1321), а другая группа (n = 16, начальная масса тела 266 ± 16 г) получала смесь 35% F (подсолнечное масло, приобретены в местном супермаркете) и 65% CH (мальтодекстрин, декстрин 15 из кукурузного крахмала, Fluka, Тауфкирхен, Германия) в дополнение к стандартным гранулам для чау. Настоящее исследование проводилось параллельно с ранее опубликованным исследованием картофельных чипсов.3, чтобы можно было использовать одну и ту же контрольную группу, обеспечивая максимальную сопоставимость наборов данных.
MEMRI (в 4.7 T Bruker MRI с использованием оптимизированной модифицированной последовательности управляемого преобразования Фурье (MDEFT)) использовался для сопоставления активации мозга с точным разрешением 109 × 109 × 440 мкм (подробности см. Hoch и другие 20133). Поскольку чувствительность MEMRI ниже по сравнению с тестами предпочтения, тестируемые продукты были представлены в течение более длительного периода времени. Для записи требуются относительно высокие концентрации потенциально токсичного контрастного вещества марганца, который достигает мозга только через несколько часов после нанесения. Чтобы избежать негативных побочных эффектов на базовую физиологию и поведение животных из-за введения раствора хлорида марганца в дозах, достаточных для измерения MEMRI, осмотические насосы служили для мягкого, но довольно продолжительного непрерывного применения нетоксичных количеств марганца. которые накапливались в активированных областях мозга в течение всего времени фазы пищевого теста 7-day28, Ранее был описан дизайн исследования, подготовка осмотических насосов, параметры для измерений МРТ, обработка данных, а также регистрация потребления пищи и двигательной активности, связанной с кормлением.3, Исходные значения MRI серого сегментированного мозга на животное были зарегистрированы с помощью жесткого процесса регистрации3, На основе этих зарегистрированных наборов данных был выполнен морфометрический анализ на основе вокселей, и полученные статистические параметры были визуализированы. Основанные на Z-Score t-тесты Стьюдента были выполнены, чтобы обнаружить значительные различия в активации мозга. Для визуализации 3D распределения существенно активированных по-разному структур мозга мы представили каждую структуру мозга в виде сферы в ее центре тяжести. Координаты были получены из цифрового атласа мозга 3D. Радиус каждой сферы использовался для кодирования уровня ее значимости, а затенение интенсивности кодирует разницу активности в ЗППП.
Дополнительная информация
Как процитировать эту статью: Hoch, T. и другие Соотношение жиров и углеводов, а не плотность энергии определяет потребление легкой закуски и активизирует зоны вознаграждения мозга. Sci. По донесению 5, 10041; DOI: 10.1038 / srep10041 (2015).
Рекомендации
- 1.
La Fleur, SE, Luijendijk, MCM, van der Zwaal, EM, Brans, MAD & Adan, RAH Крыса-закусочная как модель ожирения человека: влияние диеты с высоким содержанием жиров и высоким содержанием сахара на свободный выбор. Int. J. Obes. 38, 643-649 (2014).
· 2.
Berthoud, H.-R. Гомеостатические и не гомеостатические пути, участвующие в контроле потребления пищи и энергетического баланса. тучность. 14 S8, 197S – 200S (2006).
· 3.
Hoch, T., Kreitz, S., Gaffling, S., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Магнитно-резонансная томография с повышенным содержанием марганца для картирования закономерностей активности всего мозга, связанных с приемом закусочной пищи у крыс, получавших ad libitum. PLoS ONE. 8, e55354; 10.1371 / journal.pone.0055354 (2013).
· 4.
Волков, Н.Д. и Уайз, РА Как наркомания помогает нам понять ожирение? Туземный Neurosci. 8, 555-560 (2005).
· 5.
Berthoud, H.-R. Метаболические и гедонистические побуждения в нервном контроле аппетита: кто главный? Тек. ОПИН. Neurobiol. 21, 888-896 (2011).
· 6.
Гирхардт, А.Н., Грило, С.М., ДиЛеоне, Р.Дж., Браунелл, К.Д. и Потенца, Миннесота Может ли еда быть захватывающей? Проблемы общественного здравоохранения и политики. Наркомания. 106, 1208-1212 (2011).
· 7.
Хебебранд, Дж. и другие «Употребление наркомании», а не «пищевая зависимость», лучше отражает привыкание к привыканию. Neurosci. Biobehav. Rev. 47, 295-306 (2014).
· 8.
Эпштейн, Д.Х. и Шахам, Ю. Чизкейк-кормящие крысы и вопрос о пищевой зависимости. Туземный Neurosci. 13, 529-531 (2010).
· 9.
ДиЛеоне, Р.Дж., Тейлор, младший, и Пиччиотто, М.Р. Стремление к еде: сравнение и различие между механизмами пищевого вознаграждения и наркомании. Туземный Neurosci. 15, 1330-1335 (2012).
· 10.
Кенни, PJ Общие клеточные и молекулярные механизмы при ожирении и наркомании. Туземный Rev. Neurosci. 12, 638-651 (2011).
· 11.
Роллс, BJ & Bell, EA Потребление жира и углеводов: роль плотности энергии. Евро. J. Clin. Nutr. 53 (Suppl 1), S166 – 173 (1999).
· 12.
Шафат А., Мюррей Б. и Рамси Д. Плотность энергии в столовой диете, вызванной гиперфагией у крыс. Аппетит. 52, 34-38 (2009).
· 13.
Hoch, T., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Потребление закусочной пищи у крыс, которых кормили ad libitum, вызвано сочетанием жира и углеводов.. Фронт. Psychol. 5250; 10.3389 / fpsyg.2014.00250 (2014).
· 14.
Лин Ю.Ю., Корецкий А.П. Ион марганца усиливает T1-взвешенную МРТ во время активации мозга: подход к прямой визуализации функции мозга. Magn. Резон. Med. 38, 378-388 (1997).
· 15.
Корецкий А.П., Сильва А.С. Магнитно-резонансная томография с усилением марганца (MEMRI). ЯМР Биомед. 17, 527-531 (2004).
· 16.
Berridge, KC Удовольствия от мозга. Мозг Cogn. 52, 106-128 (2003).
· 17.
Хабер, С.Н., Кнутсон, Б. Схема вознаграждения: связывание анатомии приматов и изображений человека. Нейропсихофармакологии 35, 4-26 (2010).
· 18.
Эппинг-Джордан, депутат, Марку, А. и Кооб, Г.Ф. Антагонист рецептора допамина D-1 SCH 23390, введенный в ядро дорсолатерального русла stria Terminalis, снижает усиление кокаина у крысы. Brain Res. 784, 105-115 (1998).
· 19.
Мартин-Фардон, Р., Чичкочоппо, Р., Ауйла, Х. и Вайс, Ф. Спинной субикулюм опосредует приобретение условного восстановления кокаина. Нейропсихофармакологии. 33, 1827-1834 (2008).
· 20.
Limpens, JHW, Damsteegt, R., Broekhoven, MH, Voorn, P. & Vanderschuren, LJMJ Фармакологическая инактивация предлимбической коры подражает компульсивному поиску вознаграждения у крыс. Brain Res.; 10.1016 / j.brainres.2014.10.045 (2014).
21.
Беллинджер, LL, Бернардис, LL Дорсомедиальное ядро гипоталамуса и его роль в пищеварительном поведении и регуляции массы тела: уроки, извлеченные из исследований поражений. Physiol. Behav. 76, 431-442 (2002).
· 22.
Стратфорд, Т.Р. и Виртсхафтер, Д. Инъекции мусцимола в паравентрикулярное таламическое ядро, но не в медиодорсальные таламические ядра, вызывают кормление у крыс. Brain Res. 1490, 128-133 (2013).
· 23.
Харролд, Дж. А., Дови, Т. М., Бланделл, Дж. Э. и Хэлфорд, JCG ЦНС регуляция аппетита. Нейрофармакология 63, 3-17 (2012).
· 24.
Berthoud, H.-R. Нейронный контроль аппетита: перекрестные разговоры между гомеостатической и не гомеостатической системами. Аппетит. 43, 315-317 (2004).
· 25.
Berridge, KC Продовольственная награда: мозговые субстраты желания и симпатии. Neurosci. Biobehav. Rev. 20, 1-25 (1996).
· 26.
Вурхис, AC и Бернштейн, штат Иллинойс Индукция и экспрессия солевого аппетита: влияние на экспрессию Fos в прилежащем ядре. Behav. Brain Res. 172, 90-96 (2006).
· 27.
Бошам, Г.К. и Бертино, М. Крысы (Rattus norvegicus) не предпочитают соленую твердую пищу. J. Comp. Psychol. 99, 240-247 (1985).
· 28.
Ещенко О. и другие Картирование функциональной активности мозга у свободно ведущих себя крыс во время произвольного бега с использованием усиленной марганцем МРТ: значение для продольных исследований. Neuroimage 49, 2544-2555 (2010).
· 29.
Денблейкер, М., Никлоус, Д.М., Вагнер, П.Дж., Уорд, Г.Г. и Симански, К.Дж. Активация мю-опиоидных рецепторов в латеральном парабрахиальном ядре увеличивает экспрессию c-Fos в областях переднего мозга, связанных с регуляцией калорий, вознаграждением и познанием. неврология 162, 224-233 (2009).
· 30.
Эрнандес, Л. и Хобель, Б.Г. Вознаграждение за еду и кокаин увеличивают внеклеточный допамин в прилежащем ядре, измеряемый микродиализом. Life Sci. 42, 1705-1712 (1988).
· 31.
Зам, Д.С. и другие Fos после однократного и многократного самостоятельного введения кокаина и физиологического раствора у крысы: акцент на базальном переднем мозге и повторной калибровке экспрессии. Нейропсихофармакологии 35, 445-463 (2010).
· 32.
Оливейра, Лос-Анджелес, Джентиль, компьютерная графика и Ковиан, MR Роль перегородки в пищевом поведении, вызванная электростимуляцией латерального гипоталамуса крысы. Браз. J. Med. Biol. Местожительство 23, 49-58 (1990).
· 33.
Чейз, МЗ Подтверждение единодушного мнения о том, что глицинергическое постсинаптическое ингибирование является причиной атонии быстрого сна. Спящий режим. 31, 1487-1491 (2008).
· 34.
Sirieix, C., Gervasoni, D., Luppi, P.-H. И Леже, Л. Роль латерального парагигантоцеллюлярного ядра в сети парадоксального (РЗМ) сна: электрофизиологическое и анатомическое исследование на крысе. PLoS ONE. 7, e28724; 10.1371 / journal.pone.0028724 (2012).
· 35.
Трепел, М. Neuroanatomie. Structur und Funktion 3rd ed. Urban & Fischer, München, 2003).
36.
Миллер, AM, Миллер, РБ, Обермейер, WH, Бехан, М. и Бенка, RM Претектум обеспечивает быстрое регулирование движения глаз с помощью света. Behav. Neurosci. 113, 755-765 (1999).
· 37.
Леже, Л. и другие Дофаминергические нейроны, экспрессирующие Fos во время бодрствования и парадоксального сна у крысы. J. Chem. Neuroanat. 39, 262-271 (2010).
37.
o
Благодарности
Исследование является частью проекта Neurotrition, который поддерживается Инициативой FAU для развивающихся полей. Кроме того, мы благодарим Кристин Мейснер за корректуру рукописи.
Информация об авторе
Принадлежность
1. Отдел пищевой химии, Департамент химии и фармации, Центр Эмиля Фишера, Университет Фридриха-Александра Эрланген-Нюрнберг (FAU), Эрланген, Германия
o Тобиас Хох
o & Моника Пищетсридер
2. Институт экспериментальной и клинической фармакологии и токсикологии, Центр им. Эмиля Фишера, Университет Фридриха-Александра Эрланген-Нюрнберг (FAU), Эрланген, Германия
o Силке Крайц
o & Андреас Хесс
3. Лаборатория распознавания образов, Университет Фридриха-Александра, Эрланген-Нюрнберг (FAU), Эрланген, Германия
o Симона Гэффлинг
4. Школа передовых оптических технологий (SAOT), Университет Фридриха-Александра, Эрланген-Нюрнберг (FAU), Эрланген, Германия
o Симона Гэффлинг
Публикации
Задумал и спроектировал эксперименты: THMPAH Выполнил эксперименты: THAH Анализировал данные: THSKSGAH Интерпретировал данные THMPAH Внесены реагенты / материалы / инструменты анализа: AHMP Написал документ: THMPAH
Конфликт интересов
Авторы не заявляют никаких конкурирующих финансовых интересов.
Соответствующий автор
Соответствие Моника Пишетридер.
;
