Физиол Бехав, Авторская рукопись; доступно в PMC 2010 Jul 14.
Опубликовано в окончательной отредактированной форме как:
Physiol Behav. 2009 Jul 14; 97 (5): 551-560.
Опубликован онлайн 2009 Мар 27. DOI: 10.1016 / j.physbeh.2009.03.020
PMCID: PMC2734415
NIHMSID: NIHMS127696
Абстрактные
В этом отчете рассматриваются результаты исследований, в ходе которых выяснялось, повышают ли риск получения ожирения отклонения в вознаграждении от потребления пищи и ожидаемое потребление пищи. Самоотчеты и поведенческие данные свидетельствуют о том, что ожирение по сравнению с худощавыми людьми демонстрирует повышенное упреждающее и питательное вознаграждение за пищу. Исследования мозга показывают, что ожирение по отношению к худощавым людям демонстрирует большую активацию вкусовой коры (инсула / лобная жаберная область) и оральных соматосенсорных областей (теменная жаберная оболочка и Роландская жаберная клетка) в ответ на ожидаемое потребление и потребление вкусных продуктов. Тем не менее, данные также предполагают, что ожирение по сравнению с худыми людьми демонстрирует меньшую активацию в дорсальном стриатуме в ответ на потребление вкусных продуктов и сниженную плотность рецепторов D2 в полосатом теле. Появляющиеся проспективные данные также предполагают, что аномальная активация в этих областях мозга увеличивает риск будущего увеличения веса, и что генотипы, связанные с пониженной передачей сигналов допамина, усиливают эти прогностические эффекты. Результаты предполагают, что люди, которые проявляют большую активацию в вкусовой коре и соматосенсорных областях в ответ на ожидание и потребление пищи, но которые показывают более слабую активацию в стриатуме во время приема пищи, могут подвергаться риску переедания, особенно те, у кого генетический риск снижен передача сигналов дофаминового рецептора.
Ожирение связано с повышенным риском смертности, атеросклеротических цереброваскулярных заболеваний, ишемической болезни сердца, колоректального рака, гиперлипидемии, гипертонии, заболеваний желчного пузыря и сахарного диабета, что приводит к ежегодной смертности от 111,000 в США [1]. В настоящее время 65% взрослых и 31% подростков в США имеют избыточный вес или страдают ожирением [2]. К сожалению, лечение выбора для ожирения (лечение потери веса поведения) только приводит к умеренному и кратковременному снижению массы тела [3] и большинство программ профилактики ожирения не снижают риск увеличения веса в будущем [4]. Ограниченный успех этих вмешательств может быть обусловлен неполным пониманием факторов, повышающих риск ожирения. Хотя исследования близнецов предполагают, что биологические факторы играют ключевую этиологическую роль при ожирении, лишь немногие проспективные исследования выявили биологические факторы, которые увеличивают риск будущего увеличения веса.
Вознаграждение от приема пищи
Теоретики утверждают, что ожирение является результатом отклонений в обработке вознаграждений. Тем не менее, результаты кажутся несколько противоречивыми, что побудило конкурирующие модели относительно отношения отклонений в обработке вознаграждения к этиологии ожирения. Некоторые исследователи предполагают, что гиперчувствительность схемы вознаграждения к потреблению пищи увеличивает риск переедания [5,6]. Это похоже на модель чувствительности к усилению злоупотребления психоактивными веществами, согласно которой некоторые люди проявляют большую реактивность систем вознаграждения мозга к усиливающим препаратам [6]. Другие предполагают, что страдающие ожирением индивидуумы демонстрируют гипочувствительность схемы вознаграждения, что приводит их к перееданию, чтобы компенсировать этот недостаток [7,8]. Этот синдром дефицита вознаграждения может способствовать другим мотивированным действиям, включая злоупотребление психоактивными веществами и азартные игры [9].
В соответствии с моделью гиперчувствительности, люди, страдающие ожирением, считают продукты с высоким содержанием жиров и сахара более приятными и потребляют больше таких продуктов, чем худощавые [10,11,12]. Дети, подверженные риску ожирения из-за родительского ожирения, предпочитают вкус продуктов с высоким содержанием жиров и проявляют более энергичный стиль питания, чем дети худых родителей [13,14,15]. Предпочтения к продуктам с высоким содержанием жиров и сахара предсказывают повышенную прибавку в весе и повышенный риск ожирения [16,17]. Лица, страдающие ожирением и худощавые, сообщают, что потребление пищи является более сильным [18,19,20]. Меры по самооценке общей чувствительности к вознаграждению положительно коррелируют с перееданием и массой тела [21,22].
Исследования изображений мозга выявили регионы, которые, по-видимому, кодируют субъективную выгоду от потребления пищи. Потребление вкусных продуктов по сравнению с употреблением неприятных или безвкусных продуктов приводит к большей активации правой боковой орбитофронтальной коры (OFC), лобной жаберной кости и инсула [23,24]. Потребление вкусной пищи также приводит к выделению дофамина в дорсальном полосатом теле [25]. Микродиализные исследования на грызунах показывают, что аппетитные вкусы также выделяют дофамин в прилежащее ядро, оболочку и ядро, а также в префронтальную кору головного мозга [26,27]. Исследования на животных показывают, что употребление сахара увеличивает количество внеклеточного дофамина в прилежащем ядре.28]. Стимуляция мезо-лимбической сети с помощью агониста μ-опиоидных рецепторов [29] и поражения базлолатеральной миндалины и латерального контура гипоталамуса могут вызывать переедание [30], поддерживая важность нейрохимии этого региона в потреблении пищи.
Накапливающиеся данные свидетельствуют о недостатках дофаминовых рецепторов при ожирении. Тучные по сравнению с худыми крысами показывают меньшую плотность рецепторов D2 в гипоталамусе [31] и в стриатуме [32] и снижает активность допамина в гипоталамусе при голодании, но высвобождает больше фазального дофамина в зависимости от состояния при приеме пищи и не прекращает прием пищи в ответ на введение инсулина и глюкозы [33]. Склонные к ожирению крысы Sprague-Dawley снижают обмен допамина в гипоталамусе по сравнению с резистентным к диете штаммом до того, как становятся ожирением, и развивают ожирение только при условии приемлемой высокоэнергетической диеты [34,35]. Блокада рецептора D2 вызывает переедание у тучных, но не худых крыс [31,36], предполагая, что блокада и без того низкой доступности рецептора D2 может повышать чувствительность у крыс с ожирением к пище [37]. Тучные и худые люди демонстрируют сниженную плотность рецепторного рецептора D2 [38,39]. При воздействии той же диеты с высоким содержанием жиров мыши с более низкой плотностью рецепторов D2 в путамене демонстрируют большее увеличение веса, чем мыши с более высокой плотностью рецепторов D2 в этой области [40]. Антагонисты дофамина повышают аппетит, потребление энергии и увеличение веса, тогда как агонисты дофамина снижают потребление энергии и вызывают потерю веса [41,42,43,44].
Исследования в области нейроэкономики показывают, что активация в нескольких областях мозга положительно коррелирует с размером денежного вознаграждения и размером вознаграждения [45]. Аналогичные результаты были получены для продовольственной награды [46]. Более того, такие ответы меняются в зависимости от голода и сытости. Реакции на вкус пищи в среднем мозге, островке, дорсальном стриатуме, субкаллозальной поясной извилине, дорсолатеральной префронтальной коре и дорсальной медиальной префронтальной коре более сильны в состоянии натощак по сравнению с насыщенным состоянием, по-видимому, отражая большую ценность пищи, вызванную депривацией [47,48]. Такие данные предполагают, что ответы на пищу в нескольких областях мозга могут использоваться в качестве показателя чувствительности к вознаграждению.
Хотя в нескольких исследованиях, посвященных визуализации мозга, сравнивались люди с избыточным весом и ожирением, использующие парадигмы, которые оценивают активацию схемы вознаграждения, некоторые результаты совпадают с тезисом о том, что люди с ожирением демонстрируют гиперреактивность в областях мозга, связанных с пищевым вознаграждением. Исследование позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) показало, что ожирение по сравнению с худыми взрослыми проявляет большую метаболическую активность в покое в соматосенсорной коре рта, области, которая кодирует ощущения во рту, губах и языке [8], побуждая авторов предположить, что усиление активности в этом регионе может сделать людей с ожирением более чувствительными к полезным свойствам пищи и увеличить риск переедания, хотя это не было прямо подтверждено. В дополнение к этим результатам, исследование функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ), проведенное нашей лабораторией для изучения нейронного ответа у тучных и худых подростков на первичное вознаграждение (пища), показало, что в ответ соматосенсорная кора головного мозга в большей степени активируется в соматосенсорной коре рта. к получению шоколадного молочного коктейля против получения безвкусного раствора [49]. Эти данные в совокупности предполагают, что тучные по сравнению с худыми людьми имеют улучшенную нейронную архитектуру в этом регионе. В будущих исследованиях следует использовать морфометрию на основе вокселей, чтобы проверить, имеют ли тучные люди более высокую плотность или объем серого вещества в этом регионе по сравнению с худыми.
Исследования с использованием ПЭТ показали, что средний спинной мозг, средний мозг и задний гиппокамп остаются ненормально чувствительными к потреблению пищи у ранее страдающих ожирением людей по сравнению с худыми людьми [50,51], побуждая этих авторов предположить, что эти ненормальные ответы могут увеличить риск ожирения. Наша лаборатория обнаружила, что ожирение по сравнению с худощавыми подростками демонстрирует большую активацию передней инсула / лобной жабы в ответ на потребление пищи [49]. Островная кора была вовлечена во множество функций, связанных с интеграцией вегетативных, поведенческих и эмоциональных реакций [51]. В частности, литература по нейровизуализации человека предполагает, что островковая кора имеет анатомически отличные области, которые поддерживают различные функции в отношении обработки вкуса [52–55]. Установлено, что срединная оболочка реагирует на воспринимаемую интенсивность вкуса независимо от аффективной оценки, в то время как валент-специфические реакции наблюдаются в передней инсулине / лобной жаберной клетке [54]. Интересно, что люди с ожирением по сравнению с худыми демонстрируют повышенную активацию в обоих регионах во время употребления пищи, что позволяет предположить, что они могут ощущать более высокую интенсивность вкуса, а также испытывать увеличение вознаграждения.
Исследования на животных также указывают на гиперчувствительность областей-мишеней дофамина при ожирении. В частности, Ян и Мегид [56] обнаружили, что у тучных крыс во время кормления выделяется дофамин в гипоталамусе больше, чем у худых крыс. Тем не менее, до настоящего времени ни одно исследование ПЭТ-визуализации не проверяло, показали ли тучные люди большее высвобождение допамина в ответ на потребление пищи по сравнению с худыми людьми.
Другие результаты противоречат моделям гиперчувствительности и согласуются с гипотезой о том, что люди с ожирением демонстрируют гиперчувствительность схем вознаграждения. При ожирении по отношению к худым грызунам связывание рецептора D2 менее полосатое [32]. Исследования ПЭТ также показывают, что ожирение по сравнению с худыми людьми демонстрирует меньшее связывание рецепторов D2 в полосатом теле [38,39], приводя этих авторов к предположению, что люди с ожирением испытывают менее субъективную выгоду от приема пищи, потому что у них меньше рецепторов D2 и более низкая трансдукция сигнала DA. Это интригующая гипотеза, хотя некоторые предостережения заслуживают внимания. Во-первых, предполагаемую обратную зависимость между доступностью рецептора D2 и субъективной выгодой от приема пищи трудно согласиться с тем, что люди с более низкой доступностью рецептора D2 сообщают о большей субъективной выгоде от метилфенидата, чем люди с большим количеством рецепторов D2 [57]. Если снижение доступности рецепторов D2 в стриате приводит к ослаблению субъективного вознаграждения, неясно, почему люди с более низким уровнем связывания D2 сообщают, что психостимуляторы более субъективно полезны. Разрешение этого очевидного парадокса улучшило бы наше понимание связи между действием допамина и ожирением. Методологические проблемы также заслуживают внимания при интерпретации литературы по ПЭТ по рецепторам D2. Во-первых, рецепторы D2 играют как постсинаптическую, так и пресинаптическую ауторегуляторную роль. Принимая во внимание, что обычно предполагается, что ПЭТ-измерения связывания D2 в стриатуме определяются постсинаптическими рецепторами, точный вклад пре- и постсинаптической передачи сигналов является неопределенным, а пониженные уровни пресинаптических рецепторов будут иметь противоположный эффект при меньшем количестве пост-синаптических рецепторов. -синаптические рецепторы. Во-вторых, поскольку ПЭТ-лиганды на основе бензамида конкурируют с эндогенным дофамином, обнаружение пониженной доступности рецептора D2 может возникнуть из-за повышенной тонической активности дофамина [58]. Тем не менее, даже несмотря на то, что потенциал связывания модулируется эндогенным DA, корреляция между связыванием рецептора D2 в нормальном и обедненном дофамином состоянии является чрезвычайно высокой, что позволяет предположить, что большая доля дисперсии связывания D2 обусловлена плотностью и сродством крепора, а не различия в уровнях эндогенного DA [59]. Еще один аргумент против повышения уровня тонического дофамина в стриатуме людей с ожирением возникает из данных грызунов. У тучных крыс снижается базальный уровень дофамина в прилежащем ядре и уменьшается стимулированное высвобождение дофамина как в прилежащем ядре, так и в дорсальном стриатуме [60].
Дополнительные ссылки на исследования на животных снижают функционирование D2 с увеличением веса. Как уже отмечалось, блокада рецептора D2 вызывает переедание у тучных, но не худых крыс [31,33] предполагая, что блокада и без того низкой доступности рецептора D2 может повышать чувствительность тучных крыс к пище [61]. При воздействии той же диеты с высоким содержанием жиров мыши с более низкой плотностью рецепторов D2 в путамене демонстрируют большее увеличение веса, чем мыши с более высокой плотностью рецепторов D2 в этой области [40]. Антагонисты дофамина повышают аппетит, потребление энергии и увеличение веса, тогда как агонисты дофамина снижают потребление энергии и вызывают потерю веса [41,42,43,44]. Взятые вместе, эти данные предполагают, что функционирование D2 является не просто следствием ожирения, но скорее увеличивает риск увеличения веса в будущем.
Данные визуализации мозга также указывают на то, что ожирение связано с гипочувствительным полосатым телом. В двух исследованиях МРТ, проведенных нашей лабораторией, мы обнаружили, что подростки, страдающие ожирением, и худощавые демонстрируют меньшую активацию в дорсальном стриатуме в ответ на потребление пищи [49,62]. Поскольку мы измерили реакцию BOLD, мы можем только предполагать, что эффекты отражают более низкую плотность рецепторов D2. Эта интерпретация кажется разумной, потому что присутствие аллеля Taq1A A1, которое было связано со снижением дофаминергической передачи сигналов в нескольких исследованиях после смерти и ПЭТ [63–67], значительно смягчил наблюдаемые BOLD-эффекты. То есть, активация в этой области показала сильную обратную зависимость от параллельного индекса массы тела (ИМТ) для тех, кто с аллелем Taq1A A1, и более слабую связь с ИМТ для тех, кто не имеет этого аллеля [49]. Тем не менее, притупленная стриатальная активация может также вызывать измененное высвобождение допамина при приеме пищи, а не более низкую плотность рецептора D2. Соответственно, будет важно исследовать высвобождение DA в ответ на потребление пищи у людей с ожирением и у худых. Приведенные выше результаты подтверждают, что такие виды привыкания, как злоупотребление алкоголем, никотином, марихуаной, кокаином и героином, связаны с низкой экспрессией рецепторов D2 и притупленной чувствительностью схемы вознаграждения к лекарствам и финансовым вознаграждением [68,69,70]. Ван и партнеры [8] утверждают, что дефицит рецепторов D2 может предрасполагать людей к употреблению психоактивных препаратов или перееданию для повышения вялой системы поощрения допамина. Как уже отмечалось, исследование ПЭТ обнаружило доказательства того, что более низкая доступность рецепторов D2 в полосатом теле у людей, не страдающих зависимостью, была связана с большей самооценкой в ответ на метилфенидат [57]. Кроме того, более низкая доступность рецептора D2 в полосатом теле связана с более низким метаболизмом покоя в префронтальной коре, что может увеличить риск переедания, поскольку эта последняя область вовлечена в ингибирующий контроль [38].
Альтернативная интерпретация вышеупомянутых результатов заключается в том, что потребление диеты с высоким содержанием жиров и сахара приводит к пониженной регуляции рецепторов D2 [25], параллельно с нейронным ответом на хроническое употребление психоактивных препаратов [57]. Исследования на животных показывают, что повторное употребление сладкой и жирной пищи приводит к пониженной регуляции постсинаптических рецепторов D2, увеличению связывания рецептора D1 и снижению чувствительности к D2 и связывания μ-опиоидных рецепторов [71,72,73]; изменения, которые также происходят в ответ на хроническое злоупотребление психоактивными веществами. Интересно, что имеются также экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что увеличение потребления продуктов с высоким содержанием жиров приводит к более сильным вкусовым предпочтениям к продуктам с высоким содержанием жиров: крысы, которым была назначена диета с высоким содержанием жиров, предпочитали продукты с высоким содержанием жиров по сравнению с продуктами с высоким содержанием углеводов по сравнению с контрольными животными. питаются умеренно-жировой или высокоуглеводной диетой [74,75]. Эти данные означают, что увеличение потребления нездоровой пищи с высоким содержанием жиров приводит к предпочтению того же типа пищи. Соответственно, приоритетом для исследований является проверка того, предшествуют ли нарушения в схемах вознаграждения головного мозга ожирению и увеличивают ли риск будущего увеличения веса.
Недавно мы проверили, коррелирует ли степень активации дорсального полосатого тела в ответ на прием вкусной пищи во время сканирования МРТ с повышенным риском будущего увеличения веса [49]. Хотя степень активации целевых областей мозга не показала основного эффекта в прогнозировании увеличения веса, связь между аномальной активацией дорсального полосатого тела в ответ на прием пищи и увеличением веса в течение последующего периода 1 была модерирована аллелем A1 TaqIA ген, который связан с более низкими уровнями стриатальных рецепторов D2 (см. раздел о генотипах, которые влияют на передачу сигналов дофамина ниже). Более низкая активация полосатого тела в ответ на прием пищи увеличила риск для будущего увеличения веса для тех с аллелем A1 TaqIA ген. Интересно, что данные предполагают, что для людей без аллеля A1 гиперчувствительность стриатума к получению пищи предсказывала увеличение веса (рис 1). Однако этот последний эффект был слабее, чем сильная обратная связь между полосатым ответом и увеличением веса у лиц с аллелем A1.
В целом, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что у тучных по сравнению с худыми людьми наблюдается гиперреактивная вкусовая кора и соматосенсорная кора в ответ на прием пищи, но что у тучных людей также наблюдается гипореактивность в дорсальном стриатуме в ответ на прием пищи по сравнению с худыми людьми. , Таким образом, существующие результаты не соответствуют простой модели гиперчувствительности или простой модели гиперчувствительности ожирения. Ключевым приоритетом для будущих исследований будет согласование этих, казалось бы, несовместимых результатов, которые, по-видимому, позволяют предположить, что страдающие ожирением индивидуумы демонстрируют как гиперчувствительность, так и гипочувствительность областей мозга, связанных с пищевым вознаграждением, относительно худощавых индивидуумов. Как уже отмечалось, возможно, что хроническое потребление продуктов с высоким содержанием жиров и сахара, которое может возникнуть из-за гиперчувствительности вкусовых и соматосенсорных кортикальных клеток, приводит к пониженной регуляции стриатальных рецепторов D2 и притупленной реакции в этом регион к потреблению вкусной пищи. Другая возможность заключается в том, что сниженная реактивность дорсального полосатого тела и сниженная доступность рецептора D2 являются продуктом повышенного тонического дофамина у тучных по сравнению с худыми людьми, что снижает доступность рецептора D2 и чувствительность областей-мишеней дофамина, таких как дорсальный стриатум, в ответ на пищу. чек. Проспективные исследования, в которых проверяется, повышает ли риск гиперчувствительности в вкусовых и соматосенсорных корках и гиперчувствительности дорсального полосатого тела риск возникновения ожирения, помогают различать аномалии, которые являются факторами уязвимости для нездорового прироста веса, по сравнению с последствиями переедания или повышения тела в анамнезе жир. На сегодняшний день только одно проспективное исследование проверило, повышают ли аномалии в областях мозга, связанные с пищевым вознаграждением, риск увеличения веса в будущем [49]. Еще одним приоритетом для будущих исследований будет определение того, проявляют ли люди с ожирением повышенную чувствительность к вознаграждению в целом или только повышенную чувствительность к вознаграждению за пищу. Доказательства того, что прием пищи, алкоголя, никотина и денег активируют аналогичные участки мозга [23,76,77] и что отклонения в схеме вознаграждения связаны с ожирением, алкоголизмом, наркоманией и азартными играми [9] предполагает, что тучные люди могут проявлять большую чувствительность к вознаграждению в целом. Тем не менее, трудно сделать выводы, потому что эти исследования не оценивали чувствительность как к общему вознаграждению, так и к вознаграждению за еду. Люди с ожирением могут демонстрировать повышенную чувствительность к общему вознаграждению, но еще большую чувствительность к вознаграждению за пищу.
Ожидаемое вознаграждение от приема пищи
Литература о вознаграждении делает важное различие между аппетитным и окончательным вознаграждением, или желанием против симпатии [78]. Это различие может иметь решающее значение для устранения некоторых кажущихся расхождений между гипер- и гиперчувствительностью к пищевым стимулам. Некоторые теоретики выдвинули гипотезу о том, что основная проблема ожирения связана с упреждающей фазой, при этом ожидаемое вознаграждение в виде продуктов питания увеличивает риск переедания и ожирения [79,80]. Теория побудительной значимости утверждает, что процессы упреждающего и упреждающего вознаграждения действуют в тандеме при определении ценности подкрепления пищи, но при повторных представлениях пищи гедоническая ценность (симпатия) уменьшается, а упреждающее вознаграждение увеличивается [81]. Янсен [82] предположил, что такие сигналы, как вид и запах пищи, в конечном итоге вызывают физиологические реакции, которые вызывают тягу к пище, увеличивая риск дальнейшего переедания после кондиционирования.
Визуальные исследования выявили регионы, которые, по-видимому, кодируют ожидаемое вознаграждение за пищу у людей. Ожидаемое получение вкусовой пищи, в отличие от неприятной пищи или безвкусной пищи, активирует ОФК, миндалину, поясную извилину, стриатум (хвостатое ядро и путамен), средний мозг допамина, парагиппокампальную извилину и веретенообразную извилину у мужчин и женщин [23,79].
Два исследования напрямую сравнивали активацию в ответ на потребление и ожидаемое потребление пищи, чтобы изолировать регионы, которые показывают большую активацию в ответ на одну фазу поощрения пищи по сравнению с другой. Ожидание приятного вкуса по сравнению с настоящим вкусом привело к большей активации дофаминергического среднего мозга, вентрального полосатого тела и задней правой миндалины [23]. Прогнозирование приятного напитка приводило к большей активации в миндалине и таламусе медиодорсала, тогда как прием напитка приводил к большей активации в левой островке / жаберной клетке [83]. Эти исследования показывают, что миндалина, средний мозг, вентральный стриатум и медиодорсальный таламус более чувствительны к ожидаемому потреблению пищи, тогда как лобная жаберная кость / островок более чувствительны к потреблению пищи. Прогнозирование и получение денег, алкоголя и никотина также активируют несколько отличные регионы, которые соответствуют тем, которые вовлечены в упреждающее и окончательное вознаграждение за пищу [76,84,85,86].
Вентральный стриатум и инсула проявляют большую активацию в ответ на просмотр изображений высококалорийных и низкокалорийных продуктов [87,88], подразумевая, что активация в этих регионах является ответом на большую мотивационную значимость высококалорийных продуктов. Ответы на изображения пищи в миндалине, парагиппокампальной извилине и передней веретенообразной извилине были более сильными во время поста, стих стих [89], и ответы на изображения пищи в стволе мозга, парагиппокампальной извилине, паховой области, глобусе, средней височной извилине, нижней лобной извилине, средней лобной извилине и язычной извилине были более сильными после потери веса 10% относительно исходного избыточного веса [90], по-видимому, отражая большую ценность вознаграждения пищи, вызванной лишением. Увеличение самооценки голода в ответ на представление признаков пищи было положительно коррелировано с большей активацией OFC, инсула и гипоталамуса / таламуса [91,92,93]. Транскраниальная магнитная стимуляция префронтальной коры ослабляет тягу к пище [94], предоставляя дополнительные доказательства роли префронтальной коры головного мозга в упреждающей пищевой награде. Стимуляция этой области также уменьшает желание курить и курить [94], подразумевая, что префронтальная кора играет более широкую роль в ожидаемой награде.
Критическая особенность кодирования вознаграждения переходит от приема пищи к ожидаемому потреблению пищи после кондиционирования. Наивные обезьяны, которые не получали пищу в определенных условиях, показали активацию дофаминовых нейронов только в ответ на вкус пищи; однако после кондиционирования дофаминергическая активность начала предшествовать доставке вознаграждения, и в конечном итоге максимальная активность была вызвана условными стимулами, которые предсказывали предстоящее вознаграждение, а не фактическим приемом пищи [95,96]. Кияткин и Граттон97] обнаружили, что наибольшая дофаминергическая активация произошла в упреждающем режиме, когда крысы приблизились и нажали на планку, которая давала награду за пищу, и активация фактически уменьшается, когда крыса получает и ест пищу. Блэкберн [98] обнаружили, что активность дофамина была выше в прилежащем ядре крыс после предъявления условного раздражителя, который обычно сигнализировал о приеме пищи, чем после доставки неожиданного приема пищи. Эти данные не приводят доводов в пользу моделей поэтапного обжига допамина, в которых подчеркивается роль дофамина в сигнализации о положительных ошибках прогнозирования [99], но скорее подчеркивают важность дофамина в приготовлении и ожидании награды за еду.
История повышенного потребления сахара может способствовать ненормальному повышению ожидаемого вознаграждения от пищи [100]. Крысы, подвергающиеся периодической доступности сахара, демонстрируют признаки зависимости (обострение аномально большого потребления сахара, изменения рецепторов μ-опиода и дофамина и сахарные выпивки, вызванные депривацией) и соматические, нейрохимические и поведенческие признаки отмены опиоидов, преципитируют при введении налоксона, а также при перекрестной сенсибилизации амфетамином [100,101]. Экспериментально вызванная тяга к наркотикам среди взрослых с зависимостью активирует правильную ОФК [102,103], параллельная активация в этом регионе, вызванная воздействием пищевых сигналов.93], предполагая, что нарушение орбитофронтальной активности может привести к перееданию.
Самооценка тяги к еде положительно коррелирует с ИМТ и объективно измеряется потребление калорий [22,104,105,106]. Люди, страдающие ожирением, сообщают о более сильной тяге к пище с высоким содержанием жиров и сахара, чем люди с худой кожей [16,107,108]. Взрослые, страдающие ожирением, больше работают за еду и работают за большее количество пищи, чем худощавые взрослые [19,37,109]. По сравнению с худыми детьми, тучные дети чаще едят в отсутствие голода [110] и больше работать для еды [111].
Исследования сравнивали активацию мозга в ответ на представление признаков пищи среди страдающих ожирением, страдающих стихами. Кархунен [112] обнаружили повышенную активацию в правильных теменных и височных кортикальных слоях после воздействия изображений пищи у тучных, но не худых женщин, и что эта активация положительно коррелировала с оценками голода. Ротемунд [113] обнаружили более выраженную реакцию дорсального полосатого тела на фотографии высококалорийной пищи у худощавых взрослых, страдающих ожирением, и тот факт, что ИМТ положительно коррелирует с реакцией в инсулах, клауструме, поясной извилине, постцентральной извилине (соматосенсорной коре) и латеральной ОФК. Stoeckel [114] обнаружил большую активацию в медиальной и латеральной ОФК, миндалине, вентральном стриатуме, медиальной префронтальной коре, инсулах, передней поясной извилине, вентральном паллидуме, хвостатом и гиппокампе в ответ на изображения высококалорийной и низкокалорийной пищи при ожирении по сравнению с ожирением худые люди. Стис, спур и марти115] обнаружили, что ИМТ положительно коррелирует с активацией в путамене (рис 2) в ответ на фотографии аппетитной пищи против неаппетитной пищи и активации в боковой OFC (рис 3) и лобной жабы в ответ на фотографии аппетитной пищи против стаканов воды.
Несмотря на то, что вышеупомянутые исследования нейровизуализации улучшили наше понимание чувствительности определенных областей мозга к изображениям пищи, неясно, фиксируют ли эти исследования ожидание приема пищи, поскольку они не включали потребление пищевых стимулов во время сканирования. Насколько нам известно, только в одном визуализирующем исследовании сравнивались тучные и худые люди с использованием парадигмы, в которой исследовалось ожидаемое получение пищи. Мы обнаружили, что у подростков, страдающих ожирением, наблюдалась более активная роль роландической, височной, лобной и теменной области глазных яблок в ответ на ожидание потребления пищи по сравнению с худыми подростками [49].
Таким образом, данные самоотчетов, поведенческих данных и изображений мозга позволяют предположить, что люди с ожирением демонстрируют большее ожидаемое вознаграждение за еду, чем худые. Таким образом, ожирение может возникнуть как следствие гиперреактивности в упреждающей «желающей» системе. Мы полагаем, что в этой области было бы полезно больше исследований с визуализацией, которые непосредственно проверяют, показывают ли люди с ожирением доказательства большего ожидаемого вознаграждения за еду в ответ на представление фактической еды в отличие от продуктов, которые недоступны. Важно отметить, что ни одно из исследований, посвященных визуализации, до настоящего времени не проверяло, увеличивает ли увеличение ожидаемого вознаграждения за пищу риск нездорового увеличения веса и наступления ожирения, что делает это ключевым приоритетом для будущих исследований. Также будет важно проверить, способствует ли повышенное потребление продуктов с высоким содержанием жиров и сахара повышенному ожидаемому вознаграждению за пищу.
Модераторы вознаграждения Чувствительность
Две линии данных свидетельствуют о том, что важно изучить модераторов, которые взаимодействуют с отклонениями в пище, чтобы повысить риск ожирения. Данные указывают на то, что пища, употребление психоактивных веществ и денежное вознаграждение активируют аналогичные области мозга [23,76,77,86]. Кроме того, отклонения в схеме вознаграждения связаны с ожирением, токсикоманией и азартными играми [9,116]. Действительно, есть все больше свидетельств о связи между едой и укреплением наркотиков. Недостаток пищи увеличивает подкрепляющую ценность пищи и психоактивных веществ [117,118] эффект, который хотя бы частично опосредован изменениями сигнала допамина [119]. Повышенное предпочтение сахарозы у животных связано с большей самостоятельностью приема кокаина [120] и потребление сахарозы снижает ценность кокаина [121]. Данные нейровизуализации также указывают на сходство допаминовых профилей наркоманов и лиц с ожирением [39,122].
Хотя существует множество факторов, которые могут смягчить связь между отклонениями в качестве пищи и ожирением, три из них, в частности, кажутся теоретически обоснованными: (1) наличие генотипов, связанных со сниженной передачей сигналов дофамина в схемах вознаграждения (DRD2, DRD4, DAT, COMT), (2) черта импульсивности, которая теоретически увеличивает риск реагирования на различные аппетитные стимулы, и (3) нездоровая пищевая среда.
Генотипы, которые влияют на передачу сигналов дофамина
Учитывая, что дофамин играет ключевую роль в схеме вознаграждения и участвует в вознаграждении за пищу [25,123,124], из этого следует, что генетические полиморфизмы, которые влияют на доступность дофамина и функционирование дофаминовых рецепторов, могут смягчать влияние отклонений в пищевой награде на риск переедания. Несколько генов влияют на функционирование дофамина, включая те, которые влияют на дофаминовые рецепторы, транспорт и разрушение.
На сегодняшний день самая сильная эмпирическая поддержка появилась для TaqIA полиморфизм гена DRD2. TaqIA полиморфизм (rs1800497) имеет три аллельных варианта: A1 / A1, A1 / A2 и A2 / A2. TaqIA Первоначально считалось, что он находится в нетранслируемой 3 области DRD2, но на самом деле он находится в соседнем гене ANKK1 [125]. Оценки предполагают, что индивидуумы с генотипами, содержащими одну или две копии аллеля A1, имеют 30-40% меньше полосатых рецепторов D2 и скомпрометированной передачи сигналов допамина мозга, чем те, у кого нет аллеля A1 [126,127,128]. Те, у кого аллель A1, имеют пониженное использование глюкозы в покое в полосатых областях (путамен и прилежащее ядро), префронтальной и инсула [70] - регионы, участвующие в продовольственном вознаграждении. Теоретически аллель A1 связан с гипофункцией мезо-лимбических областей, префронтальной коры, гипоталамуса и миндалевидного тела [9]. Низкая плотность рецепторов D2, связанная с аллелем A1, предположительно делает людей менее чувствительными к активации схемы вознаграждения на основе допамина, делая их более склонными к перееданию, использованию психоактивных веществ или участию в других мероприятиях, таких как азартные игры, для преодоления этого дефицита дофамина [57]. В генетически однородных и гетерогенных образцах аллель A1 связан с повышенным ожирением [129,130,131,132,133,134,135]. Возможно, из-за состояния, которое возникает во время приступов переедания, люди с аллелем A1 сообщают о большей тяге к еде, работают для большего количества пищи в рабочих задачах и потребляют больше пищи ad lib чем те, у кого нет этого аллеля [37,116].
Важно отметить, что связь между отклонениями в подкреплении пищи и объективно измеренным потреблением пищи смягчается аллелем A1. Эпштейн [136] обнаружили взаимодействие между аллелем A1 и ожидаемым вознаграждением за пищу среди взрослых, так что наибольшее потребление пищи произошло у тех, кто сообщил о повышенном подкреплении от пищи и имел аллель A1. Точно так же, Эпштейн37] обнаружили значительное взаимодействие между аллелем A1 и ожидаемым вознаграждением за пищу среди взрослых, так что наибольшее потребление пищи произошло среди тех, кто больше всех работал, чтобы заработать закуски, и имел аллель A1. Как уже отмечалось, Stice [49] обнаружили, что связь между притупленным дорсальным стриатальным ответом на прием пищи предсказывала повышенный риск увеличения веса в будущем в течение 1-летнего наблюдения для лиц с аллелем A1.
7-повтор или более длинный аллель гена DRD4 (DRD4-L) был связан со снижением передачи сигналов рецептора D4 в исследовании in vitro [137], к более слабому ответу на метилфенидат при дефиците внимания / гиперкинетических расстройствах [138,139] и к меньшему выделению дофамина в вентральном стриатуме после употребления никотина [140], предполагая, что это может быть связано с чувствительностью вознаграждения. DRD4 является постсинаптическим рецептором, который в основном ингибирует аденилатциклазу второго мессенджера. Таким образом, было высказано предположение, что люди с аллелем DRD4-L могут проявлять большую импульсивность [138]. Рецепторы D4 преимущественно локализуются в областях, которые иннервируются мезокортикальными проекциями из вентральной области, включая префронтальную кору, поясную извилину и инсулю [141]. Люди с и без аллеля DRD4-L показали более высокий максимальный ИМТ в течение жизни в образцах с риском ожирения, включая людей с сезонным аффективным расстройством, которые сообщают о переедании [142], люди с нервной булимией [143] и афро-американских подростков [144], но эта связь не возникла в двух выборках подростков [145,146]. Может быть трудно обнаружить генетические эффекты в выборке людей, которые еще не прошли через период наибольшего риска возникновения ожирения. Взрослые с аллелем DRD4-L и без него показали повышенную тягу к пище в ответ на сигналы пищи [147], усиление тяги к курению и активация верхней лобной извилины и островка в ответ на сигналы от курения [148,149], повышенная тяга к алкоголю в ответ на дегустацию алкоголя [150] и усиление тяги к героине в ответ на реплики героини [151].
Физически высвобождаемый дофамин обычно устраняется путем быстрого обратного захвата через транспортер дофамина (DAT), который в изобилии присутствует в стриатуме [152]. DAT регулирует концентрацию синаптического дофамина путем обратного захвата нейротрансмиттера в пресинаптические терминалы. Более низкая экспрессия DAT, которая связана с повторным аллелем 10 (DAT-L), может уменьшить синаптический клиренс и, следовательно, привести к более высоким уровням базального дофамина, но притупить высвобождение фазального допамина [140]. Печина [153] обнаружили, что разрушение гена DAT приводит к увеличению синаптического дофамина наряду с повышенным потреблением энергии и предпочтением вкусной пищи у мышей. Диета с высоким содержанием жиров значительно снижала плотность DAT в дорсальной и вентральной частях хвостового хвостового путамена по сравнению с диетой с низким содержанием жиров у мышей [154]. Более низкая доступность DAT в полосатом теле была связана с повышенным ИМТ у людей [155]. DAT-L был связан с ожирением у афроамериканских курильщиков, но не в других этнических группах [156]. Взрослые с аллелем DAT-L по сравнению с аллелем DAT-L демонстрировали притупленное фазовое высвобождение дофамина в ответ на курение сигарет [140].
Катехол-о-метилтрансфераза (СОМТ) регулирует экстрасинаптическое расщепление дофамина, особенно в префронтальной коре, где СОМТ более распространен, чем в стриатуме [157]. Тем не менее, COMT также имеет небольшой локальный эффект в стриатуме [158] и влияет на уровень дофамина в стриатуме через глутаматергические эфференты от префронтальной коры до стриатума [159]. Одиночный нуклеотидный обмен в гене СОМТ, который вызывает замену валина на метионин (Val / Met-158), приводит к 4-кратному снижению активности СОМТ в Met по сравнению с гомозиготами Val, что предположительно приводит к повышению уровней тонического дофамина в гомозиготах Met. в префронтальной коре и стриатуме и менее фазном выделении дофамина [140,159]. Люди с аллелем Met и без него демонстрируют повышенную общую чувствительность к вознаграждениям, что указывается в BOLD-ответах во время ожидания или выбора вознаграждения [160,161] и употребление психоактивных веществ [162]. Ван [154] обнаружили, что индивидуумы с аллелем Met по сравнению с и без него с большей вероятностью продемонстрировали увеличение ИМТ по крайней мере на 30% от возраста 20 к возрасту 50 (на основании ретроспективных отчетов).
Черта импульсивности
Было высказано предположение, что импульсивные люди более чувствительны к подсказкам о вознаграждении и более уязвимы к вездесущему искушению вкусных продуктов в нашем ожирении.164,165] приводит к гипотезе о том, что наибольший прирост веса будет иметь место у молодежи, у которой отмечены нарушения питания и характерная импульсивность. Самооценка импульсивности положительно коррелирует со статусом ожирения [166,167,168] объективно измеренное потребление калорий [169] и отрицательно с потерей веса во время лечения ожирения [169,170,171]. Тучные по отношению к худощавым людям демонстрируют больше трудностей с подавлением реакции на поведенческие задачи «не ходи» и «стоп-сигнал» и демонстрируют большую чувствительность к вознаграждению в задаче азартных игр [172,173]. Дети с избыточной массой тела и худощавыми потребляют больше калорий после воздействия таких признаков пищи, как обоняние и дегустация вкусной пищи [174], предполагая, что первые более склонны поддаваться тяге к пище. Тучные по отношению к худощавым людям показали предпочтение высокой немедленной выгоды, но большие будущие потери на поведенческие показатели в некоторых исследованиях [5,175], но не другие [173,176].
Влиять на продолжительность регулирования
Мы также выдвигаем гипотезу о том, что среди людей с отклонениями в пищевом вознаграждении те, кто считает, что прием пищи уменьшает отрицательный аффект и усиливает положительный аффект, с большей вероятностью будут переедать и демонстрировать чрезмерное увеличение веса по сравнению с теми, кто не придерживается этих убеждений. Действительно, различные ожидания регулирования аффекта могут быть ключевым модератором, который определяет, проявляют ли люди с отклонениями в общей чувствительности к вознаграждению начало ожирения по сравнению со злоупотреблением психоактивными веществами; мы полагаем, что те, кто считает, что употребление в пищу улучшает аффект, с большей вероятностью пойдут по первому пути, тогда как те, кто считает, что употребление психоактивных веществ улучшает аффект, могут с большей вероятностью пойти по второму пути. Корр [177] также высказал предположение, что связь между чувствительностью к вознаграждению и реакцией на это вознаграждение смягчается индивидуальными различиями в ожиданиях регулирования аффекта. В поддержку, самооценка чувствительности к вознаграждению была связана только с чувствительностью к вознаграждению за поведенческое задание для участников, которые ожидали, что задание будет усиливаться [178]. В целом, люди, которые считают, что употребление пищи уменьшает отрицательный аффект и улучшает положительный аффект, с большей вероятностью будут демонстрировать увеличение переедания в течение периода наблюдения 2-года, чем те, кто этого не придерживается [179]. Мы обнаружили, что среди людей, которые много пьют, те, кто считает, что употребление пищи уменьшает отрицательный эффект и улучшает положительный эффект, с большей вероятностью будут демонстрировать постоянное употребление переедания в течение периода наблюдения 1 по сравнению с теми, кто не придерживается этого убеждения [180]. Кроме того, люди, которые считают, что курение и употребление алкоголя улучшают аффект, с большей вероятностью будут демонстрировать увеличение курения и употребления алкоголя по сравнению с теми, кто не имеет этих ожиданий по регулированию аффекта [181,182].
Пищевая среда
Исследователи утверждают, что распространенность продуктов с высоким содержанием жиров и сахара в домашних условиях, школах, продуктовых магазинах и ресторанах повышает риск ожирения [183,184,185]. Теоретически, сигналы для нездоровых продуктов (вид упаковки, запах картофеля фри) увеличивают вероятность потребления этих продуктов, что способствует нездоровому увеличению веса [186]. Люди, которые живут в домах со многими продуктами с высоким содержанием жиров и сахара, едят больше этих нездоровых продуктов, тогда как те, кто живет в домах с фруктами и овощами, едят больше этих здоровых продуктов [187,188,189]. Большая часть продуктов продается в торговых автоматах и ля карт в школах много жиров и сахара [185,190]. Студенты в школах с торговыми автоматами и ля карт магазины потребляют больше жира и меньше фруктов и овощей, чем ученики других школ [190]. Более 35% подростков ежедневно едят фаст-фуд, и те, кто посещают эти рестораны, потребляют больше калорий и жиров, чем те, кто этого не делает [191]. Рестораны быстрого питания часто расположены близко к школам [192]. На региональном уровне плотность ресторанов быстрого питания связана с ожирением и заболеваемостью, связанной с ожирением [193,194,195], хотя о нулевых результатах также сообщалось [196,197]. Таким образом, мы предполагаем, что отношение отклонений в вознаграждении за пищу к риску увеличения веса в будущем будет сильнее для участников в нездоровой пищевой среде.
Выводы и направления будущих исследований
В этом отчете мы рассмотрели недавние результаты исследований, в которых было исследовано, связаны ли отклонения вознаграждения от приема пищи и ожидаемого приема пищи с одновременным ИМТ и будущим увеличением ИМТ. В целом, литература предполагает, что тучные и худые люди ожидают большего вознаграждения от приема пищи; Относительно непротиворечивые результаты были получены в результате исследований с использованием изображений мозга, самоотчетов и поведенческих мер для оценки ожидаемого вознаграждения за пищу. Кроме того, исследования с использованием самоотчетов и поведенческих мер показали, что ожирение по сравнению с худыми людьми сообщает о большей выгоде от приема пищи и что предпочтения в отношении продуктов с высоким содержанием жиров и сахара предсказывают повышенную прибавку в весе и повышенный риск ожирения. Исследования визуализации мозга также обнаружили, что ожирение по сравнению с худыми людьми демонстрирует большую активацию в вкусовой коре и соматосенсорной коре в ответ на прием пищи, что может означать, что потребление пищи является более приятным с сенсорной точки зрения. Тем не менее, несколько исследований изображений также обнаружили, что ожирение показало меньшую активацию в дорсальном стриатуме в ответ на потребление пищи по сравнению с худыми людьми, что свидетельствует о притупленной активации схемы вознаграждения. Таким образом, как отмечалось, существующие данные не дают четкой поддержки простой гиперреактивности или простой модели гиперчувствительности ожирения.
Учитывая этот набор дел и данные исследований на животных, предполагающие, что потребление продуктов с высоким содержанием жиров и сахара приводит к понижающей регуляции рецепторов D2, мы предлагаем предварительную рабочую концептуальную модель (рис 4) в котором мы утверждаем, что у людей, подверженных риску ожирения, первоначально наблюдается гиперфункция в вкусовой коре, а также в соматосенсорной коре, что делает потребление пищи более приятным с сенсорной точки зрения, что может привести к большей ожидаемой отдаче от пищи и повышенной уязвимости к переедание, что приводит к нездоровому увеличению веса. Мы предполагаем, что это переедание может привести к пониженной регуляции рецепторов в стриатуме из-за чрезмерного потребления чрезмерно богатых продуктов, что может увеличить вероятность дальнейшего переедания и дальнейшего увеличения веса. Тем не менее, важно отметить, что ожирение по сравнению с худым показало повышенную активацию в дорсальном стриатуме в ответ на ожидаемое потребление пищи, что предполагает дифференцированное влияние на ожидаемое и окончательное вознаграждение за пищу.
Приоритетом для будущих исследований будет проверка того, повышают ли нарушения в схеме вознаграждения мозга риск нездорового увеличения веса и начала ожирения. Пока только одно проспективное исследование проверило, увеличивают ли аномалии в областях головного мозга, связанные с упреждающим и непоследовательным вознаграждением за пищу, риск для будущего увеличения веса. В частности, в будущих исследованиях следует изучить, являются ли соматосенсорные и полосатые нарушения первичными или вторичными по отношению к хроническому потреблению диеты с высоким содержанием жиров и высоким содержанием сахара. Будет важно проверить ключевые предположения относительно интерпретации этих результатов, например, приводит ли пониженная чувствительность соматосенсорных и вкусовых областей к уменьшению субъективного удовольствия во время приема пищи. Дальнейшие исследования должны также попытаться разрешить явно противоречивые результаты, свидетельствующие о том, что люди с ожирением демонстрируют гиперчувствительность некоторых областей мозга к потреблению пищи, но гипо-чувствительность других областей мозга по сравнению с худыми людьми. Существует особая необходимость интегрировать измерение функционирования дофамина с функциональными МРТ измерениями полосатого и коркового ответа на пищу. Обзор литературы показывает, что функционирование дофамина связано с различиями в чувствительности к пище. Тем не менее, поскольку в существующих исследованиях на людях либо использовались функциональные показатели МРТ реакций на пищу, либо ПЭТ-меры связывания DA, но никогда не измерялись оба показателя у одних и тех же участников, неясно, в какой степени чувствительность к пище зависит от механизмов DA и объясняет ли это дифференциальную чувствительность у тучных и худых людей. Таким образом, исследования, использующие мультимодальный подход к визуализации с использованием как ПЭТ, так и функциональной МРТ, будут способствовать лучшему пониманию этиологических процессов, которые вызывают ожирение. Наконец, последние данные исследований мозга позволили нам начать исследовать, как эти отклонения в вознаграждении за пищу могут взаимодействовать с определенными генетическими и экологическими факторами, такими как гены, связанные с пониженной передачей сигналов дофамина, импульсивной чертой характера, влияют на ожидания регуляции и нездоровая пищевая среда , В будущих исследованиях следует продолжить изучение факторов, которые смягчают риск, связанный с отклонениями в схеме вознаграждения в ответ на прием пищи и ожидаемое получение, чтобы повысить риск нездорового увеличения веса.
Сноски
Отказ от ответственности издателя: Это файл PDF из неотредактированной рукописи, который был принят для публикации. В качестве сервиса для наших клиентов мы предоставляем эту раннюю версию рукописи. Рукопись будет подвергаться копированию, набору и обзору полученного доказательства до его публикации в его окончательной форме. Обратите внимание, что во время производственного процесса могут быть обнаружены ошибки, которые могут повлиять на содержимое, и все юридические заявления об отказе от ответственности, которые применяются к журналу.
Информация для участников
Эрик Стис, Орегонский научно-исследовательский институт.
Соня Спур, Техасский университет в Остине.
Джанет Нг, Университет Орегона.
Дэвид Х. Зальд, Университет Вандербильта.
Рекомендации