Отношение вознаграждения от приема пищи и ожидаемого потребления пищи для ожирения: исследование функционального магнитного резонансного изображения (2008)

Абстрактные

Ожирение - это хроническое заболевание, которое ежегодно считается смертельным исходом 111,000 в США, что в значительной степени связано с атеросклеротическим цереброваскулярным заболеванием, ишемической болезнью сердца, колоректальным раком, гиперлипидемией, гипертонией, болезнью желчного пузыря и сахарным диабетом (Флегал, Граубард, Уильямсон и Гейл, 2005 г.). К сожалению, лечение выбора для ожирения приводит лишь к преходящей потере веса (Джеффри и др., 2000), и большинство программ профилактики ожирения не уменьшают риск будущего увеличения веса (Стис, Шоу и Марти, 2006 г.). Эти вмешательства могут иметь ограниченную эффективность, потому что наше понимание этиологических процессов еще не завершено. Хотя было установлено, что ожирение является результатом положительного баланса энергии, неясно, почему некоторые люди имеют такое сложное время, балансируя потребление калорий с расходами.

Одно из возможных объяснений заключается в том, что у некоторых людей есть аномалии в субъективной награде от приема пищи или ожидаемого приема, которые увеличивают риск ожирения. Некоторые ученые выдвигают гипотезу о том, что люди с ожирением испытывают большую активизацию системы мезо-лимбической награды в ответ на прием пищи (окончательное вознаграждение за питание), что может увеличить риск переедания (Дэвис, Страчан и Берксон, 2004 г.; Доу и Локстон, 2004). Это похоже на модель чувствительности к наркотикам, которая утверждает, что некоторые люди проявляют большую реактивность схемы вознаграждения психоактивным препаратам (Доу и Локстон, 2004). В противоположность этому, другие полагают, что люди с ожирением испытывают меньшую активизацию системы мезо-лимбической награды в ответ на потребление пищи, что приводит к их перееданию, чтобы компенсировать этот дефицит (Comings & Blum, 2000 г.; Ван, Волков и Фаулер, 2002 г.). Это похоже на тезис о недостатке синдрома вознаграждения, который предполагает, что люди обращаются к употреблению алкоголя и наркотиков, чтобы стимулировать медленную схему вознаграждения (Comings & Blum, 2000 г.). Третья гипотеза заключается в том, что большее ожидаемое вознаграждение от приема пищи (опережающее продовольственное вознаграждение) увеличивает риск переедания (Пелчат, Джонсон, Чан, Вальдес и Рагланд, 2004 г.; Роуфс, Герман, МакЛауд, Смолдерс и Янсен, 2005 г.).

Две строки доказательств подразумевают, что может быть полезно концептуально различать между завершающим вознаграждением за питание и опережающим вознаграждением за питание. Во-первых, исследования на животных предполагают, что ценность вознаграждения пищи переходит от потребления пищи к ожидаемому потреблению пищи после кондиционирования, когда сигналы, связанные с потреблением пищи, начинают вызывать опережающую награду за питание. Наивные обезьяны, которые не испытывали награды в обстановке, показали активацию мезотелэнцефалических нейронов допамина только в ответ на пищевой вкус; однако после кондиционирования дофаминергическая активность начала предшествовать доставке вознаграждения, и в конечном итоге максимальная активность была вызвана условными раздражителями, которые предсказывали надвигающуюся награду, а не фактическое получение пищи (Шульц, Апичелла и Юнгберг, 1993 г.; Шульц и Ромо, 1990). Кияткин и Граттон (1994) обнаружили, что наибольшая дофаминергическая активация произошла в ожидании, так как крысы приблизились и нажали на бар, который произвел награду и активацию пищи, фактически уменьшились, когда крыса получила и съела пищу. В самом деле, Блэкберн, Филлипс, Якубович и Фибигер (1989) обнаружили, что активность допамина была выше в ядре у крыс крыс после предъявления условного раздражителя, который обычно сигнализировал о получении пищи, чем после доставки неожиданной еды. Во-вторых, как тяжелые участники работают над тем, чтобы заработать закуски в оперативной задаче (которую они потом разрешают потреблять), является более сильным предиктором ad lib калорийность, чем приятные оценки вкусов закусок (Эпштейн, Темпл и др., 2007; Epstein et al., 2004a). Эти данные также, по-видимому, подразумевают, что ожидаемое вознаграждение от приема пищи является более сильным фактором, определяющим потребление калорий, чем вознаграждение, которое испытывает, когда пища фактически потребляется. В совокупности эти данные предполагают, что при анализе потенциальных факторов риска ожирения полезно провести различие между окончательным вознаграждением за питание и опережающим вознаграждением за питание.

Исследования визуализации мозга выявили регионы, которые, по-видимому, кодируют непревзойденное вознаграждение за питание у людей с нормальным весом. Потребление приемлемых пищевых продуктов по сравнению с потреблением неприятных продуктов или безвкусной пищи приводит к большей активации ортофронтальной коры (OFC) и лобной крыльчатки / изолинии, а также к большему высвобождению допамина в дорзальной полосе (О'Догерти, Дайхманн, Кричли и Долан, 2002 г.; Смолл, Джонс-Готман и Дагер, 2003 г.; Volkow и др., 2003). Другие исследования изображений головного мозга выявили регионы, которые, по-видимому, кодируют предваряющее вознаграждение за питание у людей с нормальным весом. Ожидаемое получение приемлемой пищи по сравнению с ожидаемым поступлением неприятной пищи или безвкусной пищи приводит к большей активации в OFC, миндалине, извилистой извилине, стриатуме (хвостовое ядро ​​и путамен), вентральной тегментальной области, среднем мозге, парафтопакампальной извилине и веретеновидной форме извилина (O'Doherty и др., 2002; Pelchat и др., 2004). Эти исследования показывают, что несколько отчетливых областей мозга участвуют в опережающем и непревзойденном вознаграждении за питание, но что есть некоторое перекрытие (OFC и стриатум). На сегодняшний день только два исследования напрямую сравнивают активацию в ответ на упреждающее и завершающее вознаграждение за питание, чтобы изолировать регионы, которые показывают большую активацию в ответ на одну фазу продовольственного вознаграждения по сравнению с другой. Ожидание приятного вкуса по сравнению с фактическим вкусом приводило к большей активации в дофаминергическом среднем мозге, ядре accumbens и задней правой миндалине (O'Doherty и др., 2002). Другое исследование показало, что ожидание приятного напитка привело к большей активации в миндалине и медиодоральном таламусе, тогда как прием напитка привел к большей активации в левой изолинии / крышечке (Small et al., 2008). Эти два исследования показывают, что миндалин, средний мозг, ядро ​​и медуордальный таламус более восприимчивы к ожидаемому потреблению и потреблению пищи, тогда как лобная оперкулум / изоляция более восприимчива к потреблению и ожидаемому потреблению пищи. Таким образом, имеющиеся данные, по-видимому, свидетельствуют о том, что отдельные области мозга были вовлечены в кодирование опережающего и завершающего вознаграждения за питание, хотя больше исследований потребуется, прежде чем можно будет сделать твердые выводы.

Некоторые данные, по-видимому, согласуются с тезисами о том, что люди с ожирением испытывают большую награду за питание, хотя неясно, отражают ли результаты рефлексии в отношении завершающего и опережающего вознаграждения за питание. Ожирение относительно скудных индивидуумов напоминает, что продукты с высоким содержанием жиров и высоким содержанием сахара являются более приятной дегустацией и сообщают, что еда усиливается (Rissanen et al., 2002; Селенс и Эпштейн, 1996 г.; Вестенхофер и Пудель, 1993). Дети, находящиеся под угрозой ожирения в силу родительского ожирения, склонны к употреблению в пищу с высоким содержанием жиров, как более приятные и проявляют более энергичный корм, чем дети неживых родителей (Stunkard, Berkowitz, Stallings, & Schoeller, 1999 г.; Уордл, Гатри, Сандерсон, Берч и Пломин, 2001 г.). Дети с ожирением чаще едят в отсутствие голода (Фишер и Берч, 2002) и более усердно работать над едой, чем бедные дети (Храм и др., В печати). Самодостаточная пищевая тяга положительно коррелировала с массой тела и объективно измеренным потреблением калорий (Делаханти, Мейгс, Хайден, Уильямсон и Натан, 2002 г.; Forman и др., 2007; Франкен и Мурис, 2005; Недеркоорн, Смолдерс и Янсен, 2000 г.). Взрослые взрослые сообщают о сильной жажде с высоким содержанием жиров, с высоким содержанием сахара (Древновски, Курт, Холден-Вильтсе и Саари, 1992 г.; Уайт, Уизенхант, Уильямсон, Гринуэй и Нетемейер, 2002 г.) и работают на большее количество пищи, чем на худых взрослых (Epstein et al., 2007; Селенс и Эпштейн, 1996 г.). Морбидно-ожирение по сравнению с худыми людьми проявляло большую расслабляющую метаболическую активность в оральной соматосенсорной коре, область, связанную с ощущением во рту, губах и языке (Wang, Volkow, Felder и др., 2002), что может сделать первое более чувствительным к полезным свойствам приема пищи и увеличить риск переедания.

На сегодняшний день немногие исследования визуализации мозга сравнивают активацию мозга в ответ на представление изображенной пищи или фактической пищи среди людей с ожирением, страдающих ожирением. В одном исследовании было обнаружено увеличение активации в правой теменной и височной коре после контакта с изображенной пищей у тучных, но не худощавых женщин, и что эта активация положительно коррелировала с рейтингами голода (Карунен, Лаппалайнен, Ваннинен, Куикка и Ууситупа, 1997 г.). Rothemund и соратники (2007) обнаружили больший дорсальный стриатумный отклик на изображения высококалорийных продуктов у тучных стихов супоросых взрослых и что масса тела коррелировала положительно с ответом в изоляте, клаустуме, цигуляте, соматосенсорной коре и боковом OFC. Stoeckel и партнеры (2008) обнаружили большую активацию медиальной и латеральной ОФК, миндалины, вентрального полосатого тела, медиальной префронтальной коры, островка, передней поясной извилины, вентральной паллидума, хвостатого тела и реакции гиппокампа на изображения высококалорийной пищи (по сравнению с низкокалорийной пищей) для родственников с ожирением опереться на людей. Однако активация OFC и поясной извилины в ответ на просмотр изображений съедобной пищи отрицательно коррелировала с ИМТ у женщин с нормальным весом (Killgore & Yargelun-Todd, 2005). Del Parigi et al (2004) обнаружили, что дорсальная изоляция и задний гиппокамп остаются ненормально восприимчивыми к потреблению пищи в ранее ожирении по сравнению с бедными индивидуумами, что приводит к выводу, что эти аномальные реакции могут увеличить риск ожирения.

Другие выводы более соответствуют понятию, что люди с ожирением могут испытывать меньше продовольственной награды. Wang et al. (2001) обнаружили, что рецепторы D2 уменьшаются в полосатом теле у болезненно тучных людей пропорционально их массе тела, что свидетельствует о том, что они проявляют снижение связывания рецептора допамина в мезо-лимбической системе. Хотя пока еще не определено, показывают ли индивиды с ожирением снижение плотности рецепторов D2 по сравнению с неживыми индивидуумами, у тучных крыс более низкие уровни базального дофамина и снижение экспрессии рецептора D2, чем у худых крыс (Фетисов, Мегид, Сато и Чжан, 2002 г.; Хамди, Портер и Прасад, 1992 г.; Ороско, Руш и Николайдис, 1996 г.), но у тучных крыс наблюдается более фазированное высвобождение дофамина во время кормления, чем у худых крыс (Ян и Мегид (1995)). Кроме того, худые и страдающие ожирением взрослые с аллелем TaqI A1, который связан с уменьшенными рецепторами D2 и более слабым сигналом допамина, работают больше, чтобы заработать пищу в оперантных парадигмах (Epstein et al., 2004b, 2007). Эти результаты свидетельствуют о том, что аддиктивное поведение, такое как злоупотребление алкоголем, никотином, марихуаной, кокаином и героином, связано с уменьшенной плотностью рецепторов D2 и затуплением чувствительности мезолимбической схемы к вознаграждению (Comings & Blum, 2000 г.; Martinez и др., 2005). Ван, Волков и Фаулер (2002) что дефицит в рецепторах D2 может предрасполагать людей использовать психоактивные препараты или переедать, чтобы повысить вялую систему вознаграждения дофамина. Однако возможно, что переедание жиров с высоким содержанием жира и высоким содержанием сахара приводит к снижению регуляции рецепторов D2 (Дэвис и др., 2004), параллельный нейронный ответ на хроническое употребление психоактивных препаратов (Волков, Фаулер и Ван, 2002 г.). Действительно, исследования на животных показывают, что повторное употребление сладкой и жирной пищи приводит к снижению регуляции рецепторов D2 и снижению чувствительности D2 (Белло, Лукас и Хайнал, 2002 г.; Kelley, Will, Steininger, Xhang, & Haber, 2003); изменения, происходящие в ответ на злоупотребление психоактивными веществами.

В целом, появляются новые свидетельства того, что люди с ожирением могут проявлять общие аномалии в пищевом вознаграждении по сравнению с острой личностью. В частности, пациенты с ожирением по сравнению с острой личностью сообщают о большей тяге к высоким содержанием жиров / продуктов с высоким содержанием сахара, находят больше усиливающих, демонстрируют большую расслабляющую активацию соматосенсорной коры и демонстрируют большую реактивность вкусовой коры к потреблению пищи и представлению пищи или на фото еда. Тем не менее, есть также данные, свидетельствующие о том, что люди с ожирением проявляют гипофункционирующий стриатум, что может побудить их переедать, чтобы повысить вялую сеть вознаграждения или может быть результатом снижения рецепторов. Одним из факторов, которые могли бы внести вклад в смешанные результаты, является то, что во многих исследованиях использовались меры самоотчета, которые могут вводить в заблуждение, поскольку те, кто борется с перееданием, могут предположить, что еда более выгодна им, что влияет на то, как они заполняют шкалы. Кроме того, шкалы самоотчетов, вероятно, будут использовать ожидаемую награду от приема пищи или память о вознаграждении от приема пищи, а не вознаграждение, полученное во время потребления пищи, поскольку исследования не измеряли воспринимаемую награду во время приема пищи. Кроме того, результаты самоотчетов и поведенческих мер уязвимы для социальных предвзятости. Кроме того, в немногих исследованиях фактически участвуют потребление пищи или воздействие на настоящую пищу, что может ограничить экологическую обоснованность результатов. Возможно, самое главное, в предыдущих исследованиях не использовались парадигмы, которые были специально разработаны для оценки индивидуальных различий в завершающем и опережающем вознаграждении за питание при сравнении страдающих ожирением лиц, страдающих ожирением. Таким образом, мы считаем, что полезно использовать объективные парадигмы визуализации мозга, которые непосредственно измеряют активацию схемы вознаграждения в ответ на потребление пищи и ожидаемое потребление пищи. Насколько нам известно, исследования не использовали мозговое изображение для проверки того, показывают ли индивиды с ожирением дифференциальную активацию схемы вознаграждения за еду во время потребления пищи или ожидаемого потребления по сравнению с худыми людьми.

Настоящее исследование стремилось более полно охарактеризовать характер индивидуальных различий в реакции нейронов на питание с использованием объективной методологии визуализации головного мозга, надеясь, что улучшенное понимание неврологических субстратов, повышающих риск ожирения, приведет к продвижению этиологических моделей и разработке более эффективных профилактических и лечебные вмешательства. Мы распространили предыдущие результаты, изучив активацию в ответ на получение шоколадного молочного коктейля против безвкусного раствора (окончательное продовольственное вознаграждение) и в ответ на сигналы, сигнализирующие о предстоящей доставке шоколадного молочного коктейля против безвкусного решения (опережающее продовольственное вознаграждение) среди тучных и худых людей. Мы предположили, что ожирение по сравнению с худыми индивидуумами будет проявлять большую активацию в кустарной коре и соматосенсорной коре и меньше активации в полосатом теле, в ответ на предвидение и потребление молочного коктейля. Мы также предположили, что масса тела участников будет показывать линейные отношения к активации в этих областях мозга. Мы учились подросткам, потому что мы хотели снизить риск того, что долгая история ожирения может привести к снижению рецепторной регуляции, вторичной по отношению к хронически богатой диете. Мы изучали женщин, потому что основная цель этого исследования состояла в том, чтобы проверить, коррелируют ли пищевые аномалии с булимической патологией, что редко встречается у мужчин.

Способ доставки

меры

"Масса Тела" (Body Mass)

Индекс массы тела (ИМТ = кг / м²) использовали для отражения ожирения (Дитц и Робинсон, 1998 г.). После удаления обуви и покрытий высоту измеряли до ближайшего миллиметра с использованием стадиометра, а вес оценивали до ближайшего 0.1 кг с использованием цифровой шкалы. Были получены и усреднены две меры высоты и веса. ИМТ коррелирует с прямыми измерениями общего жира в организме, таких как двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (r = .80 до .90) и с мерами здоровья, включая артериальное давление, неблагоприятные профили липопротеинов, атеросклеротические поражения, уровни инсулина в сыворотке и сахарный диабет у подростков (Дитц и Робинсон, 1998 г.). По соглашению (Барлоу и Дитц, 1998 г.), ожирение определялось с помощью 95^th процентилями ИМТ для возраста и пола на основе исторических данных, представляющих национальный характер, поскольку это определение близко соответствует сокращению ИМТ, что связано с повышенным риском для проблем со здоровьем, связанных с весом (Коул, Беллицци, Флегал и Дитц, 2000 г.). Подростки с оценкой ИМТ ниже 50^th процентили, используя эти исторические нормы, были определены как худые. Среди участников 33, которые предоставили пригодные для использования данные fMRI, 7 были классифицированы как тучные, 11 были классифицированы как худые, а остальные участники 15 попали между этими двумя крайностями.

парадигма fMRI

Участникам было предложено употреблять их обычные блюда, но воздерживаться от приема пищи или питья (включая напитки с кофеином) в течение 4-6 часов, непосредственно предшествующих их сеансу визуализации для целей стандартизации. Мы выбрали этот период лишения, чтобы зафиксировать состояние голода, которое испытывает большинство людей, когда они приближаются к следующему приему пищи, а это время, когда индивидуальные различия в продовольственном вознаграждении логически влияют на потребление калорий. Большинство участников завершили парадигму между 16: 00 и 18: 00, но подмножество завершило сканирование между 11: 00 и 13: 00. Перед сеансом визуализации участники были ознакомлены с парадигмой fMRI посредством практики на отдельном компьютере.

Парадигма молочного коктейля была разработана для изучения завершающего и опережающего продовольственного вознаграждения. Стимулы были представлены в отдельных сеансах сканирования 4. Стимулы состояли из черных форм 3 (алмаз, квадрат, круг), которые сигнализировали о доставке либо 0.5 мл шоколадного молочного коктейля (соломы 4 ванильного мороженого Haagen-Daz, чашки 1.5 из молока 2%, и столовые ложки шоколада Hershey 2 сироп), безвкусное решение или без решения. Хотя спаривание сигналов с стимулами и длительность презентации стимула были случайным образом определены участниками, мы не рандомизировали порядок представления участников. Безвкусное решение, предназначенное для имитации естественного вкуса слюны, состояло из 25 mM KCl и 2.5 мМ NaHCO₃ (O'Doherty и др., 2001). Мы использовали искусственную слюну, потому что вода имеет вкус, который активирует вкусовую кору (Zald & Pardo, 2000). В 50% испытаний шоколада и безвкусных растворов вкус не был доставлен, как ожидалось, что позволило исследовать нервную реакцию на ожидание вкуса, которое не было смешано с фактическим восприятием вкуса (непарные испытания) (Рисунок 1). Было представлено шесть событий, представляющих интерес для парадигмы: (1) шоколадный молочный коктейль, сопровождаемый вкусом молочного коктейля (парная кишка молочного коктейля), (2), получение вкуса молочного коктейля (доставка молочного коктейля), (3) шоколадного молочного коктейля, после чего не было вкуса молочного коктейля ( (4)), безвкусное решение (парная безвкусная подсказка), (5), получение безвкусного решения (безвкусная доставка) и (6) безвкусное решение, после чего не было безвкусного решения (непарный безвкусный сигнал) , Изображения были представлены для 5-12 секунд (M = 7), используя MATLAB, запускаемый из Windows. Внесенная поставка произошла 4 до 11 секунд (M = 7) после начала реплики. В результате каждое событие длилось между 4-12 секундами. Каждый прогон состоял из событий 16. Вкус проводился с использованием двух программируемых шприцевых насосов (Braintree Scientific BS-8000), контролируемых MATLAB, для обеспечения постоянного объема, скорости и времени доставки вкуса. Шестьдесят мл шприцев, наполненных шоколадным молочным коктейлем и безвкусным раствором, были подключены через трубку Tygon через волновод к коллектору, прикрепленному к катушке головы птичьей клетки в МРТ-сканере. Многообразие вписывалось в рот участников и доставляло вкус к последовательному сегменту языка. Эта процедура была успешно использована в прошлом для доставки жидкостей в сканер и была подробно описана в других местах (например, Вельдхёйзен, Бендер, констебль и Смолл, 2007 г.). Чувство вкуса оставалось на экране в течение 8.5 секунд после того, как был доставлен вкус, и участникам было дано указание проглотить, когда форма исчезла. Следующий кий появился 1 до 5 секунд после того, как предыдущая кий погас. Изображения были представлены цифровой системой проектора / обратного экрана на экране на заднем конце отверстия для сканирования МРТ и были видны через зеркало, установленное на головной катушке.

 

Рисунок 1

Пример времени и порядка представления изображений и напитков во время пробега.

Пять строк данных, полученных в ходе проведенного в настоящее время исследования ФМР, которое использовало эту парадигму с девочками-подростками (N = 46) предполагают, что это действительная мера индивидуальных различий в опережающем и завершающем вознаграждении за питание. Во-первых, участники оценили молочный коктейль как значительно (t = 9.79, df = 45, r =. 68, p <0001) более приятным, чем безвкусный раствор по визуальной аналоговой шкале, подтверждая, что молочный коктейль был более полезен для участников, чем безвкусный раствор. Во-вторых, оценка приятности молочного коктейля коррелировала с активацией передней островковой доли (r = .70) в ответ на сигналы молочного коктейля и с активацией в парафтопампальной извилине в ответ на прием молочного коктейля (r = .72). В-третьих, активация в регионах, представляющих опережающее и завершающее продовольственное вознаграждение (LaBar и др., 2001; O'Doherty и др., 2002; Small et al., 2001) в ответ на ожидание и получение молочного коктейля в этой парадигме fMRI коррелировали (r = .84 до .91) с самоотчетной симпатией и тягой к разнообразным продуктам, как оценивается с адаптированной версией Inventory Inventory (Уайт и др., 2002).¹ В-четвертых, активация в ответ на упреждающее и завершающее продовольственное вознаграждение в этой парадигме fMRI коррелирует (r = .82 до .95) с тем, как трудные участники работают на питание и сколько пищи они работают в поведенческой задаче операнда, которая оценивает индивидуальные различия в подкреплении пищи (Селенс и Эпштейн, 1996 г.). В-пятых, участники, которые демонстрируют относительно большую активность в ответ на упреждающее и завершающее вознаграждение за питание в этой парадигме fMRI, показали значительно (p <05) больше прибавки в весе за 1 год наблюдения, чем участники, которые проявляют меньшую активность в этой парадигме (r = .54 до .65). В совокупности эти данные свидетельствуют о достоверности этой парадигмы продовольственной награды fMRI.

Итоги

Проверка того, продемонстрировали ли пациенты, страдающие ожирением, различия в предвосхищающей пищевой награде по сравнению с бедными участниками (пик молочного коктейля против безвкусной кии)

Мы провели анализы, которые сравнивали мозговые реакции у девочек-подростков с ожирением (N = 7, M BMI = 33, SD = 4.25), чтобы оседлать девочек-подростков (N = 11, M BMI = 19.6, SD = 1.08) с использованием модели ANOVA. В общей сложности кластеры активации 13 были расположены в пределах изолинии, области Роландика и временных, лобных и теменных областях вербашечной области; страдающие ожирением, показали большую активизацию в этих областях по сравнению с бедными участниками (Рисунок 2A-B и Таблица 1). Из этих кластеров активации 13 9 упал влево и 4 в правом полушарии. У пациентов с ожирением также наблюдалась большая активация в левой передней коре головного мозга (брюшная область Бродмана (BA) 24), чем бедные участники. Таблица 1 координаты отчетов, размер вокселя, нескорректированный p-значения и размеры эффекта (η²). Несколько p-значений были значимыми при p <05 весь мозг исправлен на кластерном уровне. Величина эффекта от этих анализов варьировалась от малых (η² = .01) до больших (η² = .17) со средним эффектом .05, который представляет средний размер эффекта за Критерии Коэна (1988).²

 

Рисунок 2

A. Саггитальный участок с большей активацией в левой передней островке (-36, 6, 6, Z = 3.92, P без коррекции <001) в ответ на упреждающее пищевое вознаграждение у тучных по сравнению с худыми субъектами с B. оценки от ...

 

Таблица 1

Регионы, показывающие увеличенную активацию во время предвестниковой продовольственной награды и непреходящей награды за питание у девочек-подростков с ожирением (N = 7) по сравнению с Lean Adolescent Girls (N = 11)

Проверка того, показали ли участники ИМТ линейные отношения с ожидаемым вознаграждением за питание

Индивидуальные карты контрастности SPM были введены в регрессионные модели с оценками ИМТ в качестве ковариата, чтобы проверить, линейно ли ИМТ связан с активацией в ответ на опережающее вознаграждение за питание. Эти анализы были более чувствительными, поскольку они включали всех участников, а не просто страдающих ожирением и скудных участников. Мы нашли положительную корреляцию ИМТ с активациями в брюшной латеральной и дорсальной латеральной префронтальной коре и временной крышечке в ответ на опережающую награду за питание (Рисунок 3A и Таблица 2). Однако ни один из эффектов не был значительным в p <05 весь мозг исправлен на кластерном уровне. Размеры эффекта от этих анализов были большими на Коэн (1988) критерии (диапазон r = .48 до .68) со средним значением r = .56.

 

Рисунок 3

A. Осевой разрез с большей активацией в левой височной крышке (TOp; -54, -3, 3, Z = 3.41, P без коррекции <001) и в правой вентролатеральной префронтальной коре (VLPFC; 45, 45, 0, Z = 3.57, P без поправки <001) в ...

 

Таблица 2

Регионы, отвечающие во время предвидательной продовольственной награды и непреходящей продовольственной награды как функция индекса массы тела (N = 33)

Обсуждение

Это исследование подтвердило гипотезу о том, что девочки-подростки с ожирением продемонстрировали бы дифференцированную активацию в схеме вознаграждения в ответ на потребление пищи и ожидаемое потребление по сравнению с девочками-подростками, и что активация будет линейно связана с ИМТ участников. Реакции головного мозга изучались во время приема шоколадного молочного коктейля против безвкусного раствора (окончательное вознаграждение за питание) и в ответ на сигналы, сигнализирующие о предстоящей доставке шоколадного молочного коктейля против безвкусного раствора (опережающее продовольственное вознаграждение). Основываясь на результатах предыдущих исследований (например, Wang, Volkow, Felder и др., 2002), мы ожидали аномалий в завершающем и опережающем продовольственном вознаграждении среди страдающих ожирением участников по сравнению с их бедными коллегами.

Как предполагалось, ответы на завершающее и опережающее вознаграждение за питание в прогнозируемых регионах были разными у девочек-подростков с ожирением по сравнению с их скудными аналогами. У пациентов с ожирением наблюдалась более активная активация в первичной обонятельной коре (передняя оболочка / лобная крышка) и в соматосенсорной коре (крыльцо Роландика, крыльцо крыльчатки, теменная крыльчатка и задняя изоляция) и передняя поясница в ответ на нашу меру опережающего пищевого вознаграждения чтобы опередить участников. Эти размеры эффекта были малыми и большими по величине, средний размер эффекта был средним. Было показано, что изолят играет роль в опережающем вознаграждении за питание (Готфрид, О'Догерти и Долан, 2003 г.; Small et al., 2005; Yamamoto, 2006) и жажда пищи (Pelchat и др., 2004). Кроме того, Balleine и Dickenson (2001) показали, что животные с резекцией insula не могут понять, что поведение, реагирующее на питание, девальвируется, а также указывает на роль insula в ожидании продовольственной награды. Было обнаружено, что вентральная передняя область челюсти участвует в кодировании энергетического содержания и вкусовых качеств пищевых продуктов (Araujo & Rolls, 2004 год). В результате наши результаты могут свидетельствовать о том, что люди с ожирением испытывали повышенное ожидание вкусовых качеств молочного коктейля по сравнению с острой личностью. Для будущих исследований важно будет исключить возможность того, что кондиционирование, которое происходит в результате переедания продуктов с высоким содержанием жиров и высоким содержанием сахара, не способствует повышению ожидаемой награды за питание, показанной ожирением.

Также, как предполагалось, имелись данные о том, что пациенты с ожирением проявляли дифференцированную активацию в ответ на завершающую продовольственную награду относительно скудных участников. Первый показал усиленную активацию в крышечке Роландика, лобной крышечке, задней изоляте и извилистой извилине в ответ на окончательное вознаграждение за питание по сравнению с последним. Размеры эффектов были малыми и средними по величине, средний размер эффекта был средним. Эти результаты сходятся с результатами предыдущих исследований; Del Parigi et al. (2004) обнаружили, что процентное содержание жира в организме коррелирует с повышенной активацией в изолинии при чувственном опыте приема пищи и Wang, Volkow, Felder et al. (2002) обнаружили большую активацию в соматосенсорной коре при отдыхе как функцию ИМТ. Учитывая, что изолят и вышележащая крышечная куртка были связаны с субъективной наградой от приема пищи (Small et al., 2003; Yamamoto, 2006), эти находки могут означать, что люди с ожирением испытывают большую награду за питание относительно скудных людей, что может соответствовать поведенческим данным из других исследований, описанных во введении.

Мы также проверили, линейно ли ИМТ связано с активацией в ответ на опережающее и завершающее вознаграждение за продукты с регрессионными моделями, чтобы обеспечить более чувствительный тест гипотетических отношений. По сравнению с результатами, полученными в моделях ANOVA, мы обнаружили увеличение активации во временной крышечке до ожидаемого вознаграждения за питание в зависимости от ИМТ. Кроме того, более высокие ответы были обнаружены в дорсолатеральной префронтальной коре в ответ на опережающее питание в зависимости от ИМТ. Также сопоставимым с результатами моделей ANOVA было увеличение активации в оболочке insula / frontoparietal в ответ на окончательное вознаграждение за питание в зависимости от ИМТ. В целом результаты регрессионных моделей в целом сходились с выводами моделей ANOVA, хотя последний анализирует только вовлеченных в ожирение и скудных участников, обеспечивая дальнейшие результаты, соответствующие нашим гипотезам. Отношения, идентифицированные в моделях регрессии, как правило, являются большими эффектами.

Интересно, что регрессионные модели предполагали, что ИМТ был обратно связан с активацией в хвостатотом ядре в ответ на окончательное вознаграждение за питание, как предполагалось на основании ранних результатов (Wang et al., 2001). Это был большой размер эффекта. Наш функциональный поиск подтверждает и расширяет результаты, о которых сообщалось в исследовании, проведенном Wang et al. (2001), в котором они обнаружили, что болезненно ожирение показало снижение доступности рецепторов D2 в покое в putamen пропорционально их ИМТ. Эти данные могут отражать более низкую доступность рецепторов допамина. Возможно, что люди переедают, чтобы стимулировать вялую и давнюю систему вознаграждения на основе дофамина (Wang et al., 2001). Альтернативно, повышенное потребление продуктов с высоким содержанием жира и высоким содержанием сахара может привести к снижению рецепторов, как это наблюдается среди потребителей веществ (Дэвис и др., 2004). Как уже отмечалось, исследования на животных показывают, что повторное потребление сладкой и жирной пищи приводит к снижению регуляции рецепторов D2 и снижению чувствительности D2 (Bello et al., 2002; Kelley et al., 2003). Другая возможная интерпретация заключается в том, что люди с ожирением проявляют гипофункцию схемы вознаграждения за питание во время отдыха, но гиперфункционируют при воздействии пищи или пищевых сигналов. Эта интерпретация согласуется с доказательствами того, что индивиды с ожирением и после ожирения проявляют большую чувствительность в дорзальной оболочке и заднем гиппокампе после приема пищи по сравнению с неживыми людьми (Del Parigi и др., 2004), что воздействие пищевых сигналов приводит к большей активации в правой теменной и височной коре у тучных, но не худощавых людей (Karhunen и др., 1997; Stoeckel et al., 2008), что ожирение индивидуумов проявляет большую активность в дорсальной полосатой, инсуле, клаустуме и соматосенсорной коре в ответ на пищевые сигналы, чем худые люди (Rothemund et al., 2007), что тучные крысы имеют более низкие уровни базального дофамина и уменьшают экспрессию рецептора D2, чем худые крысы (Fetissov et al., 2002; Hamdi et al., 1992; Orosco и др., 1996) и что тучные крысы показывают более фазированное высвобождение допамина во время кормления, чем бедные крысы (Ян и Мегид, 1995). Однако эта интерпретация не согласуется с доказательствами того, что ожирение по сравнению с острой личностью проявляет большую расслабляющуюся метаболическую активность в оральной соматосенсорной коре (Wang, Volkow, Felder и др., 2002), и что активация OFC и cingulate в ответ на просмотр изображений приемлемых продуктов коррелирует отрицательно с ИМТ среди женщин с нормальным весом (Киллгор и Юргелун-Тодд, 2005 г.). Для будущих исследований будет полезно определить, какая интерпретация объясняет кажущиеся несогласованными выводы, поскольку это значительно улучшит наше понимание этиологических и поддерживающих процессов, которые способствуют ожирению.

В совокупности настоящие данные свидетельствуют о том, что различные области мозга активируются путем опережающего и окончательного вознаграждения за питание, что является важным вкладом, поскольку только в нескольких исследованиях были предприняты попытки идентифицировать нейронные субстраты упреждающего и завершающего питания. В моделях ANOVA сравнение ожирения с худшими участниками (Таблица 1), крыльцо Роландика и лобная крыльчатка были активированы как предвосхищением, так и потреблением молочного коктейля, но височная крыльчатка, теменная верхняя оболочка, передняя изоляция, задняя изоляция и вентральный передний челюсть активировались только в ответ на ожидаемый прием молочного коктейля. В моделях регрессии, которые изучали связь ИМТ с областями активации (Таблица 2), в активированных областях не было перекрытия: в то время как вентролатеральная префронтальная кора, дорсальная боковая префронтальная кора и временная крыльчатка были активированы в ответ на ожидаемое получение молочного коктейля, инсулы, передней панели крыльчатки, теменной крыльчатки и хвостатого ядра были активированы в ответ на получение молочного коктейля. Эти результаты в значительной степени сходятся с результатами предыдущих исследований, которые исследовали области мозга, специфичные для завершающего и ожидаемого вознаграждения за питание (O'Doherty и др., 2002; Pelchat и др., 2004; Small et al., 2003; Small et al., 2008; Volkow и др., 2003).

Это исследование является новым в том смысле, что оно является одним из первых, кто тестирует отношения между ИМТ и нейронным ответом на упреждающее и завершающее питание, используя парадигму, связанную с доставкой пищи в сканер. Однако это исследование имело несколько ограничений, которые следует отметить. Во-первых, у нас был умеренный размер выборки для тестирования между групповыми эффектами, хотя он был больше, чем большинство ранее опубликованных исследований FMRI в отношении награды за питание, опубликованной до настоящего времени. Во-вторых, мы использовали только один вкус. Возможно, другие вкусы более полезны для участников и приведут к большей награде в мозге. В-третьих, поскольку на получение молочного коктейля всегда предшествовала подсказка (т. Е. Никогда не доставлявшаяся без подсказки), участники всегда знали о вкусе, прежде чем он был доставлен. Прошлые исследования (например, Бернс, МакКлюр, Пагони и Монтегю, 2001 г.) обнаружили дифференциальный ответ на вкус и ароматизаторы в зависимости от того, ожидаются ли они или неожиданны. Поэтому следователи должны рассмотреть вопрос о включении меры реагирования на получение неожиданного вознаграждения за питание в будущих исследованиях. В-четвертых, реплики, используемые для парадигмы молочного коктейля, представляли собой геометрические формы, которые могли бы не обладать достаточным значением вознаграждения для участников и, следовательно, могли иметь притупленные упреждающие ощущения и активацию мозга. В-пятых, мы собрали ограниченные поведенческие данные для проверки парадигмы fMRI с участниками нашего исследования. Тем не менее, данные действительности из текущих исследований, использующих эту парадигму, свидетельствуют о том, что это действительная мера индивидуальных различий в вознаграждении за питание.

В заключение наши результаты свидетельствуют о дифференциальном нейронном ответе во время опережающего и завершающего питания в зависимости от статуса ожирения и ИМТ, хотя важно будет воспроизвести эти отношения в независимых образцах. Поскольку во многих регионах наблюдался больший отклик, который, как было показано, кодирует продовольственную награду у пациентов с ожирением, образец ответа согласуется с поведенческими исследованиями, предполагающими, что люди с ожирением ожидают большего вознаграждения от приема пищи и испытывают большее чувственное удовольствие при еде. Тем не менее, мы также обнаружили, что участники с более высоким ИМТ показали меньшую активацию в полосатом теле в ответ на потребление пищи по сравнению с теми, у которых более низкий ИМТ, что согласуется с предложением, что люди с ожирением могут испытывать менее фазическое высвобождение дофамина при потреблении пищи относительно скудные люди. Биологически возможно, что индивидуумы могут ожидать большего вознаграждения от приема пищи и испытывают большее соматосенсорное удовольствие при еде, но испытывают менее фазированное высвобождение допамина, когда пища потребляется, так как каждая из них включает в себя отдельные нейронные схемы. Однако также возможно, что некоторые из этих аномалий предшествуют ожирению, тогда как другие являются следствием переедания. Например, первые два эффекта могут увеличить риск гиперфагии, что приводит к положительному энергетическому балансу, и последний эффект может быть результатом снижения рецептора рецептора, вторичного по отношению к потреблению диеты с высоким содержанием жиров и высоким содержанием сахара. Альтернативно, гипофункция опосредованной дофамином схемы вознаграждения может заставлять людей переедать, чтобы компенсировать этот дефицит вознаграждения, который благодаря обучению дает более высокую упреждающую награду за питание и повышенное развитие коры соматосенсорной. Для проспективных исследований будет важно исследовать, какие из этих аномалий предшествуют началу ожирения и которые являются результатом хронического переедания. Мы надеемся, что систематическое исследование аномалий, которые предшествуют возникновению ожирения, может позволить разработать более эффективные профилактические и лечебные вмешательства.

Благодарности

Сноски

Рекомендации