Vzťah odmeny z príjmu potravy a predpokladaného príjmu potravy k obezite: Funkčná magnetická rezonančná zobrazovacia štúdia (2008)

, Autorský rukopis; k dispozícii v PMC 2009 mája 13.

PMCID: PMC2681092

NIHMSID: NIHMS100845

Eric Stice a Sonja Spoor

Výskumný ústav Oregon

Cara Bohon

Katedra psychológie, Univerzita v Oregone

Marga Veldhuizen a Dana Malá

JB Pierce Laboratory, Univerzita Yale

abstraktné

Testovali sme hypotézu, že obézni jedinci majú väčšiu odmenu od spotreby potravy (očakávaná odmena za potravu) a očakávanú spotrebu (očakávanú odmenu za potravu) ako u chudých jedincov používajúcich fMRI s dospievajúcimi dievčatami 33 (M age = 15.7 SD = 0.9) ,

Obéz v porovnaní s chudobnými dospievajúcimi dievčatami vykazovali väčšiu aktiváciu bilaterálne v chuťovej mozgovej kôre (prednej a strednej insule, frontal operculum) a somatosenzorických oblastiach (parietálny operculum a Rolandic operculum) ako odpoveď na očakávaný príjem čokoládového mliečneho mlieka (proti bezchutenému roztoku) skutočná spotreba mliečneho mlieka (v porovnaní s roztokom bez chuti); tieto oblasti mozgu kódujú senzorické a hedonické aspekty potravy.

Avšak obéz v porovnaní s chudobnými dospievajúcimi dievčatami tiež vykazovali zníženú aktiváciu v kaviarennom jadre in odpoveď na konzumáciu milkshake versus bez chuti, potenciálne preto, že majú zníženú dostupnosť dopamínového receptora.

Výsledky naznačujú, že jedinci, ktorí vykazujú väčšiu aktiváciu v chuťovej kôre a somatosenzorických oblastiach ako odpoveď na predvídanie a konzumáciu potravy, ale ktorí vykazujú slabšiu aktiváciu striatum počas príjmu potravy, môžu byť vystavení riziku prejedania a následného prírastku hmotnosti.

Kľúčové slová: obezita, očakávaná odmena za potravu, odmena za konzumáciu potravy, fMRI

Obezita je chronické ochorenie, ktoré sa v USA každoročne pripočítava k úmrtiam na 111,000, ktoré sú z veľkej časti dôsledkom aterosklerotického cerebrovaskulárneho ochorenia, koronárneho ochorenia srdca, kolorektálneho karcinómu, hyperlipidémie, hypertenzie, ochorenia žlčníka a diabetes mellitus). Bohužiaľ, liečba výberu obezity má za následok len prechodnú stratu hmotnosti () a väčšina programov prevencie obezity neznižuje riziko budúceho prírastku telesnej hmotnosti (). Tieto intervencie môžu mať obmedzenú účinnosť, pretože naše chápanie etiologických procesov je stále neúplné. Hoci sa zistilo, že obezita je výsledkom pozitívnej energetickej rovnováhy, nie je jasné, prečo niektorí jednotlivci majú taký ťažký čas, aby vyvážili príjem kalórií s výdavkami.

Jedným z možných vysvetlení je, že niektorí jedinci majú abnormality v subjektívnej odmeny od príjmu potravy alebo očakávaného príjmu, ktoré zvyšujú riziko obezity. Niektorí vedci sa domnievajú, že obézni jedinci majú väčšiu aktiváciu meso-limbického odmeňovacieho systému ako odpoveď na príjem potravy (konzumná výplata jedla), čo môže zvýšiť riziko prejedania (; ). Toto je podobné modelu citlivosti na nátlak na zneužívanie návykových látok, ktorý uvádza, že niektorí ľudia vykazujú väčšiu reaktivitu odmeňovania obvodov na psychoaktívne lieky (). Na rozdiel od toho iní predpokladajú, že obézni jedinci majú menej reakcie na príjmu potravy, čo vedie k prejedaniu tohto nedostatku (; ). Toto je podobné tézke syndrómu nedostatku odmien, čo naznačuje, že ľudia sa obracajú na užívanie alkoholu a drog, aby stimulovali pomalé odmeňovacie obvody (). Tretia hypotéza spočíva v tom, že väčšia očakávaná odmena z príjmu potravy (predvídateľná odmena jedla) zvyšuje riziko prejedania sa (; ).

Dve riadky dôkazov naznačujú, že môže byť užitočné koncepčne rozlišovať medzi odmenou za konzumáciu potravy a predpokladanou odmenou za potravu. Po prvé, štúdie na zvieratách naznačujú, že odmeňovaná hodnota potravín sa posúva z konzumácie potravín na očakávanú spotrebu potravín po kondicionovaní, pričom príbehy súvisiace s konzumáciou potravín začínajú vyvolať očakávanú odmenu za potravu. Naivné opice, ktoré zažili odhodlanie v prostredí, nepreukázali aktiváciu mesotelencefalických dopamínových neurónov iba v reakcii na chuť jedla; avšak po kondicionovaní dopamínergná aktivita začala predchádzať odmeňovaniu a nakoniec maximálna aktivita bola vyvolaná podmienenými stimulmi, ktoré predpovedali hromadnú odmenu skôr než skutočným príjmom potravy (; ). zistili, že najväčšia dopaminergná aktivácia sa vyskytla predvídavým spôsobom, keď sa krysy priblížili a stlačili tyčinku, ktorá produkovala odmeňovanie a aktivácia skutočne poklesla, keď potkan prijímal a jedol jedlo. Naozaj, zistila, že dopamínová aktivita bola väčšia v nucleus accumbens potkanov po prezentácii podmieneného stimulu, ktorý zvyčajne signalizoval príjem potravy, ako po dodaní nečakaného jedla. Po druhé, ako silní účastníci pracujú na získaní občerstvenia v operatívnej úlohe (ktorú neskôr môžu spotrebovať) je silnejším prediktorom ad lib príjmu kalórií ako sú príjemné hodnotenia chuti občerstvenia (; ). Zdá sa, že tieto údaje tiež naznačujú, že očakávaná odmena z príjmu potravy je silnejším determinantom príjmu kalórií ako odmena, ktorá sa prejavuje pri skutočnom spotrebovaní potravy. Súhrnne tieto údaje naznačujú, že môže byť užitočné rozlišovať medzi odmenou za konzumáciu potravy a predpokladanou odmenou za potravu pri skúmaní potenciálnych rizikových faktorov pre obezitu.

Mozgové zobrazovacie štúdie identifikovali regióny, ktoré zdanlivo kódujú príjemnú stravu u ľudí s normálnou hmotnosťou. Spotreba chutných potravín v porovnaní s konzumáciou nepotraviteľných potravín alebo chutí bez chuti vedie k väčšej aktivácii orbitofronálnej kôry (OFC) a čelnej operkulum / ostrovčeka, ako aj k väčšiemu uvoľňovaniu dopamínu v dorzálnych striatách (; ; ). Ďalšie štúdie na zobrazovanie mozgu identifikovali oblasti, ktoré zdanlivo zakódujú očakávanú odmenu za potravu u ľudí s normálnou hmotnosťou. Predpokladané prijatie chutného jedla v porovnaní s predpokladaným príjmom nepohodlného jedla alebo bezchuteného jedla vedie k väčšej aktivácii OFC, amygdaly, cingulárneho gyrusu, striatum (kavateho jadra a putamenu), ventrálnej tegmentálnej oblasti, stredného mozgu, parahipokampálneho gyrusu a fusiform gyrus (; ). Tieto štúdie naznačujú, že v očakávanej a konzumovanej stravovacej náplni sa podieľajú trochu odlišné oblasti mozgu, ale že dochádza k určitému prekrývaniu (OFC a striatum). Doteraz iba dve štúdie priamo porovnali aktiváciu ako odpoveď na očakávanú a konzumovanú odmenu za odmenu, aby izolovali oblasti, ktoré vykazujú väčšiu aktiváciu v reakcii na jednu fázu odmeny potravy verzus druhú. Predvídanie príjemnej chuti v porovnaní so skutočnou chuťou viedlo k väčšej aktivácii dopamínergného stredného mozgu, jadra accumbens a zadnej pravice amygdaly). Ďalšia štúdia zistila, že očakávanie príjemného nápoja viedlo k väčšej aktivácii amygdaly a mediodorsálneho talamu, zatiaľ čo prijatie nápoja viedlo k väčšej aktivácii v ľavej insule / operculum (Small et al., 2008). Tieto dve štúdie naznačujú, že amygdala, stredný mozog, nucleus accumbens a mediodorsal talamus reagujú lepšie na očakávanú spotrebu oproti konzumácii potravy, zatiaľ čo frontálny operculum / ostrov je citlivejší na spotrebu oproti predpokladanej konzumácii potravy. Z dostupných dôkazov sa teda zdá, že naznačujú, že odlišné regióny mozgu sa podieľajú na kódovaní predvídateľnej a konzumovanej odmeny za potravu, aj keď je potrebný ďalší výskum predtým, než budú možné pevné závery.

Zdá sa, že niektoré zistenia sú v súlade s tvrdením, že obézni jedinci majú väčšiu odmenu za potravu, hoci nie je jasné, či zistenia odrážajú narušenia konzumácie a očakávanej odmeny za potravu. Obézni v porovnaní s chudobnými jednotlivcami pripomínajú, že jedlá s vysokým obsahom tuku a vysokým obsahom cukru sú príjemnejšou ochutnávkou a uvádzajú, že konzumácia jedla je ešte posilniteľná (; ; ). Deti, ktoré sú vystavené riziku obezity v dôsledku rodičovskej obezity, si chcú vychutnať potraviny s vysokým obsahom tukov ako príjemnejšie a majú viac zanietený štýl stravovania než deti štíhleho rodiča (; ). Obézne deti majú väčšiu pravdepodobnosť, že budú jesť bez hladu () a ťažšie pracovať na potravinách ako štíhle deti (). Samovoľne hlásené cravy potravín korelovali pozitívne s telesnou hmotnosťou a objektívne meraným príjmom kalórií (; ; ; ). Obézni dospelí hlásia silnejšie túžbu po vysokotučných potravinách s vysokým obsahom cukru (; ) a pracovať na viac potravín ako dospelí (; ). Morbidne obézni v porovnaní s chudými jednotlivcami vykazovali väčšiu metabolickú aktivitu v pokoji v ústnej somatosenzorickej mozgovej kôre, v oblasti spojenej s pocitom v ústach, perách a jazyku (), čo môže byť pre pacienta citlivejšie na odmeňujúce vlastnosti príjmu potravy a zvyšuje riziko prejedania.

Doteraz niekoľko štúdií zameraných na zobrazovanie mozgu porovnal aktiváciu mozgu ako reakciu na prezentáciu zobrazenej potravy alebo skutočnej stravy medzi obéznymi veršami. Jedna štúdia zistila zvýšenú aktiváciu v pravých parietálnych a temporálnych kortexoch po vystavení zobrazeným jedlom u obéznych, ale nie štíhlych žien a že táto aktivácia korelovala pozitívne s hladom (). zistili väčšiu reakciu dorzálneho striatu na obrázky vysokokalorických potravín u obéznych veršov dospelých chudých a táto telesná hmotnosť korelovala pozitívne s odpoveďou na ostrovčeku, klaustrum, cingulát, somatosenzorický kortex a laterálny OFC. zistili väčšiu aktiváciu v mediálnej a laterálnej OFC, amygdale, ventrálnom striate, mediálnom prefrontálnom kortexe, insule, prednom cingulárnom kortexe, ventrálnom palide, caudate a hippocampus u obéznych príbuzných chudnúť jednotlivcov. Aktivácia OFC a cingulátu v reakcii na prezeranie obrázkov chutných jedál však korelovala negatívne s BMI u žien s normálnou hmotnosťou (Killgore a Yargelun-Todd, 2005). zistilo, že chrbtová inzulácia a zadný hipokampus zostávajú abnormálne citliví na konzumáciu potravy v predtým obéznych v porovnaní s chudými jedincami, čo vedie k záveru, že tieto abnormálne odpovede môžu zvýšiť riziko obezity.

Ďalšie zistenia sú v súlade s názorom, že obézni jedinci môžu mať menej odmeny za potravu. zistili, že receptory D2 sú redukované v striári u chorobne obéznych jedincov v pomere k ich telesnej hmotnosti, čo naznačuje, že vykazujú zníženú väzbu dopamínového receptora v meso-limbickom systéme. Hoci ešte nebolo zistené, či obézni jedinci vykazujú zníženú hustotu D2 receptorov v porovnaní s chudými jednotlivcami, obézne potkany majú nižšiu bazálnu koncentráciu dopamínu a zníženú expresiu receptora D2 ako štíhle krysy (; ; ), ale obézne potkany vykazujú viac fázové uvoľňovanie dopamínu počas kŕmenia ako štíhle krysy (). Okrem toho chudobní a obézni dospelí s alelou TaqI A1, ktorá je spojená so zníženými D2 receptormi a slabšou signalizáciou dopamínu, pracujú viac na zarobenie potravy v paradigme operantov, ). Tieto výsledky potvrdzujú, že návykové správanie, ako je alkohol, nikotín, marihuana, kokaín a zneužívanie heroínu, sú spojené so zníženou hustotou receptorov D2 a prehnanou citlivosťou mezolimbických obvodov na odmenu (; ). že nedostatky v receptormi D2 môžu predisponovať jednotlivcov k používaniu psychoaktívnych liekov alebo prejedania na posilnenie pomalého dopamínového odmeňovacieho systému. Je však možné, že prejedanie potravín s vysokým obsahom tuku a vysokého obsahu cukru vedie k zníženiu regulácie receptorov D2 (), paralelná neurálna odpoveď na chronické užívanie psychoaktívnych liekov (). Štúdie na zvieratách skutočne naznačujú, že opakovaný príjem sladkých a mastných potravín má za následok zníženie regulácie receptorov D2 a zníženie citlivosti na D2 (; Kelley, Will, Steininger, Xhang a Haber, 2003); zmeny, ku ktorým dochádza v reakcii na zneužívanie návykových látok.

V súhrne sa objavujú dôkazy, že obézni jedinci môžu vykazovať všeobecné abnormality v odmeňovaní potravín v porovnaní s chudobnými jednotlivcami. Konkrétne obézni ľudia v porovnaní s chudobnými jedincami hlásia väčšiu túžbu po potravinách s vysokým obsahom tuku a vysokého obsahu cukru, zistia, že jedia viac posilňujú, vykazujú väčšiu aktiváciu somatosenzorického mozgu v pokoji a vykazujú väčšiu reaktivitu chuťovej kôry na príjem potravy a prezentáciu potravín zobrazené jedlo. Napriek tomu existujú aj dôkazy, že obézni jedinci vykazujú hypofunkčný striatum, čo im môže viesť k prejedaniu s cieľom posilniť pomalú sieť odmeňovania alebo môže byť výsledkom zníženia regulácie receptorov. Jedným z faktorov, ktoré by mohli prispieť k zmiešaným zisteniam, je, že mnohé štúdie použili vlastné oznamovacie opatrenia, ktoré by mohli byť zavádzajúce, pretože tí, ktorí bojujú s prejedaním, môžu predpokladať, že jedlo im prináša väčšiu odmenu, čo ovplyvňuje ich dokončenie. Okrem toho váhy s vlastnou správou pravdepodobne využívajú očakávanú odmenu z príjmu potravy alebo pamäť odmeny z príjmu potravy, a nie odmenu, ktorá sa vyskytla počas konzumácie potravín, keďže štúdie nezmerali vnímanú odmenu počas príjmu potravy. Okrem toho zistenia z vlastnej správy a behaviorálnych opatrení sú ohrozené predsudkami sociálnej príťažlivosti. Navyše málo štúdií skutočne zahŕňalo príjem potravy alebo vystavenie skutočným potravinám, čo môže obmedziť ekologickú platnosť zistení. Možno to najdôležitejšie je, že predchádzajúce štúdie nepoužívali paradigmy, ktoré boli špeciálne navrhnuté na posúdenie individuálnych rozdielov v konzumácii a predvídateľnej odmeny za potravu pri porovnávaní obezity s jednotlivcami. Preto si myslíme, že môže byť užitočné použiť objektívne paradigmy zobrazovania mozgu, ktoré priamo merajú aktiváciu obvodov odmeňovania v reakcii na príjem potravy a predpokladaný príjem potravy. Podľa našich vedomostí štúdie nepoužívali zobrazovanie mozgu na testovanie toho, či obézni jedinci vykazujú diferenciálnu aktiváciu obvodov odmeňovania potravy počas spotreby potravín alebo predpokladanej spotreby v porovnaní s chudobnými jednotlivcami.

Cieľom tejto štúdie bolo podrobnejšie charakterizovať povahu individuálnych rozdielov v neurálnej odpovedi na potraviny pomocou objektívnej metodológie zobrazovania mozgu s nádejou, že lepšie pochopenie neurologických substrátov, ktoré zvyšujú riziko obezity, podporí etiologické modely a navrhne účinnejšie preventívne a liečebné intervencie. Rozšírili sme predchádzajúce zistenia tým, že sme skúmali aktiváciu v reakcii na príjem čokoládového mliečneho mlieka v porovnaní s bezchybným roztokom (odvážnou výživou) a ako odpoveď na príznaky hroziacej dodávky čokoládového mlieka proti bezchutenému roztoku (očakávaná odmena jedla) u obéznych a chudých jedincov. Predpokladali sme, že obezita v porovnaní s chudobnými jedincami by mohla vykazovať väčšiu aktiváciu v chuťovej kôre a somatosenzorickej mozgovej kôre a menšej aktivácii striatum v reakcii na očakávania a spotrebu mliečneho mlieka. Tiež sme predpokladali, že telesná hmotnosť účastníkov by v týchto oblastiach mozgu vykazovala lineárne vzťahy k aktivácii. Študovali sme adolescentov, pretože chceme znížiť riziko, že dlhá anamnéza obezity môže mať za následok zníženie regulácie receptora sekundárne na chronicky bohatú výživu. Študovali sme ženy, pretože primárnym cieľom tejto štúdie bolo overiť, či abnormality v odmeňovaní potravín korelujú s bulimickou patológiou, ktorá je u mužov zriedkavá.

Metóda

účastníci

Účastníkmi boli 44 zdravé dospievajúce dievčatá (vek M = 15.7, SD = 0.93); 2% ázijských / tichomorských ostrovcov, 2% afrických Američanov, 86% európskych Američanov, 5% pôvodných Američanov a 5% zmiešaného rasového dedičstva. Účastníci z väčšej štúdie študentov žien stredných škôl, ktorí podľa všetkého spĺňajú kritériá zaradenia do súčasnej zobrazovacej štúdie, sa pýtali, či majú záujem zúčastniť sa na štúdii o neurálnej odpovedi na prezentáciu potravín. Tí, ktorí v uplynulých mesiacoch 3 zaznamenali prípady nadmerného stravovania alebo kompenzačného správania, akékoľvek užívanie psychotropných liekov alebo nedovolených liekov, poranenie hlavy so stratou vedomia alebo súčasná psychiatrická porucha v rámci osnice I boli vylúčené. Údaje od účastníkov 11 neboli analyzované, pretože počas prehliadok vykazovali nadmerný pohyb hlavy; 4 ukázal taký výrazný pohyb hlavy, že skenovanie bolo ukončené a pohyb hlavy pre iný 7 prekročil hodnotu 2 mm (M = 2.8 mm, rozsah 2-8 mm). Pretože skúsenosť naznačuje, že účastníci, ktorí vykazujú pohyb hlavy väčší ako 1 mm, zavádzajú nadmerné odchýlky chýb, vždy vylúčime takýchto účastníkov z našich štúdií (napr. , ; ). Výsledkom bola konečná vzorka účastníkov 33 (rozsah indexu telesnej hmotnosti = 17.3-38.9). Miestna inštitúcia pre inštitucionálne preskúmanie schválila tento projekt. Všetci účastníci a rodičia poskytli písomný súhlas.

Opatrenia

Body Mass

Index telesnej hmotnosti (BMI = kg / m2), aby sa zohľadnila adipozita (). Po odstránení topánok a povlakov bola výška meraná na najbližší milimetr pomocou stadiometra a hmotnosť bola hodnotená na najbližší 0.1 kg pomocou digitálnej stupnice. Dve merania výšky a hmotnosti boli získané a spriemerované. BMI koreluje s priamymi meraniami celkového telesného tuku, ako je napríklad absorpcia rôntgenovej absorpcie s duálnou energiou (r = .80 až .90) a so zdravotnými opatreniami vrátane krvného tlaku, nepriaznivých profilov lipoproteínov, aterosklerotických lézií, sérových hladín inzulínu a diabetes mellitus v adolescentných vzorkách (). Podľa dohovoru (), obezita bola definovaná pomocou 95th percentilov BMI pre vek a pohlavie, založené na historických národne reprezentatívnych údajoch, pretože táto definícia korešponduje s krivkou BMI, ktorá je spojená so zvýšeným rizikom vážnych zdravotných problémov (). Adolescenti so skóre BMI pod 50th percentil s použitím týchto historických noriem bol definovaný ako štíhle. Medzi účastníkmi 33, ktorí poskytli použiteľné údaje fMRI, boli 7 klasifikované ako obézni, 11 boli klasifikovaní ako štíhle a zostávajúci účastníci 15 sa zaradili medzi tieto dva extrémy.

fMRI paradigma

Účastníci boli požiadaní, aby konzumovali svoje pravidelné jedlá, ale zdržiavali sa jedla alebo pitia (vrátane kofeínových nápojov) pre hodiny 4-6, ktoré bezprostredne predchádzali zobrazovaniu na účely normalizácie. Vybrali sme toto obdobie deprivácie na zachytenie stavu hladovania, ktorý väčšina jednotlivcov zažíva pri svojom ďalšom jedle, čo je čas, keď jednotlivé rozdiely v odmeňovaní potravín logicky ovplyvnia príjem kalórií. Väčšina účastníkov dokončila paradigmu medzi položkami 16: 00 a 18: 00, ale podskupina dokončila prehľadávanie medzi položkami 11: 00 a 13: 00. Pred reláciou zobrazovania sa účastníci oboznámili s paradigmou fMRI prostredníctvom praxe v samostatnom počítači.

Model paradigmy milkshake bol navrhnutý tak, aby skúmal konzumáciu a predvídateľnú odmenu za potravu. Stimuly boli prezentované v samostatných skenovacích cykloch 4. Podnety pozostávali z čiernych tvarov 3 (diamant, štvorec, kruh), ktoré signalizovali dodanie buď 0.5 ml čokoládového mliečneho mlieka (4 lopatky vanilkovej zmrzliny Haagen-Daz, šálky 1.5 2% z mlieka a 2 lyžice Hersheyovej čokolády sirup), bez chuti alebo bez roztoku. Napriek tomu, že spárovanie podnetov s podnetmi a trvanie prezentácie stimulov bolo náhodne určené medzi účastníkmi, nerozhodli sme si poradie prezentácie medzi účastníkmi. Chuťový roztok, ktorý bol navrhnutý tak, aby napodoboval prirodzenú chuť slín, pozostával z 25 mM KCl a 2.5 mM NaHCO3 (). Použili sme umelé sliny, pretože voda má chuť, ktorá aktivuje chuťovú kôru (Zald & Pardo, 2000). Na 50% pokusov s čokoládou a roztokmi bez chuti nebola chuť dodaná podľa očakávania, čo umožnilo skúmanie nervovej reakcie na očakávanie chuti, ktorá nebola zamenená so skutočným príjmom chuti (nepárové skúšky) (Obrázok 1). V paradigme bolo šesť zaujímavých udalostí: (1) čokoládová milkshake cue, nasledovaná chuťou milkshake (spárovaná milkshake cue), (2) príjem milkshake chuti (dodávka milkshake), (3) čokoládová milkshake tága bez chuti milkshake (4) bez chuti s roztokom bez chuti, bez chuti (bez zápachu), (5) príjem chuťového roztoku (bez chuti) a (6) , Obrázky boli prezentované na 5-12 sekúnd (M = 7) pomocou programu MATLAB spustiť z Windows. Odstránenie chuti sa vyskytlo pri 4 až 11 sekundách (M = 7) po začiatku tága. V dôsledku toho každá udalosť trvala medzi 4-12 sekundami. Každý cyklus pozostával z udalostí 16. Chuť sa dodávala pomocou dvoch programovateľných injekčných striekačiek (Braintree Scientific BS-8000), ktoré boli riadené MATLABom, aby sa zabezpečil konzistentný objem, rýchlosť a časový priebeh dodávania chuti. Šesťdesiat ml injekčných striekačiek naplnených čokoládovým mliečnym mliekom a bezchybným roztokom boli pripojené cez hadicu Tygon cez vedenie vlny do rozdeľovača pripojeného k hlavnej cievke na vankúšik v snímači MRI. Rozdeľovač sa zapadá do úst účastníkov a dodáva chuť do konzistentného segmentu jazyka. Tento postup sa v minulosti úspešne použil na dodávanie kvapalín do skenera a bol podrobne popísaný inde (napr. ). Chuťovka zostala na obrazovke po 8.5 sekundách po tom, čo bola chuť dodaná, a účastníci dostali pokyn, aby prehltli, keď tvar zmizol. Ďalšia tága sa objavila na 1 až 5 sekúnd po tom, ako predchádzajúca tága vyšla. Obrázky boli predstavené digitálnym projektorom / systémom reverznej obrazovky na obrazovke na zadnej strane otvoru skenera MRI a boli viditeľné cez zrkadlo namontované na cievke.

Obrázok 1 

Príklad načasovania a usporiadanie prezentácie obrázkov a nápojov počas jazdy.

Päť línii dôkazov z prebiehajúcej štúdie fMRI, ktorá používala túto paradigmu s dospievajúcimi dievčatami (N = 46) naznačujú, že ide o platnú mieru individuálnych rozdielov v odmeňovaní očakávanej a konzumovanej potravy. Po prvé, účastníci hodnotili milkshake ako výrazne (t = 9.79, df = 45, r = .68, p <0001) príjemnejšie ako riešenie bez chuti podľa vizuálnej analógovej stupnice, čo potvrdzuje, že mliečny koktail sa účastníkom oplatil viac ako riešenie bez chuti. Po druhé, hodnotenie príjemnosti mliečneho koktailu korelovalo s aktiváciou v prednej izolácii (r = .70) ako odpoveď na podnety milkshake a s aktiváciou v parahipokampálnom gyre v reakcii na príjem milkshake (r = .72). Po tretie, aktivácia v regiónoch predstavujúcich očakávanú a konzumnú odmenu za potravu (; ; ) v reakcii na predvídanie a príjem milkshake v tejto paradigme fMRI korelované (r = .84 až .91) s vlastným ohlasom a chutí pre rôzne druhy potravín, ktoré boli hodnotené pomocou prispôsobenej verzie zoznamu Potravinový záchvat ().1 Po štvrté, aktivácia v reakcii na očakávanú a konzumovanú odmenu za potravu v tejto paradigme fMRI koreluje (r = .82 na .95) s tým, ako tvrdá účastníci pracujú na jedle a koľko potravín pracujú v operatívnej behaviorálnej úlohe, ktorá hodnotí jednotlivé rozdiely v posilňovaní potravín (). Po piate, účastníci, ktorí vykazujú relatívne väčšiu aktiváciu v reakcii na očakávanú a konzumatívnu odmenu za potravu v tejto paradigme fMRI,p <05) viac prírastku hmotnosti počas 1-ročného sledovania ako účastníci, ktorí v tejto paradigme vykazujú menšiu aktiváciu (r = .54 až .65). Tieto zistenia spolu dokazujú platnosť tejto paradigmy odmeňovania potravín fMRI.

Zobrazovanie a štatistická analýza

Skenovanie bolo vykonané pomocou skenera MRI spoločnosti Siemens Allegra 3 Tesla. Na získavanie údajov z celého mozgu sa použila štandardná cievka na vtáčie vankúše. Vankúš termo-penového vákua a prídavné polstrovanie boli použité na obmedzenie pohybu hlavy. Celkovo boli zhromaždené 152 skeny počas každého zo štyroch funkčných cyklov. Funkčné skenovanie používa sekvenciu EPA s váženým gradientom jednorazového echa (TE = 2 ms, TR = 30 ms, uhol otočenia = 2000 °) s rovinným rozlíšením 80 × 3.0 mm2 (64 × 64 matrica; 192 × 192 mm2 zorné pole). Na pokrytie celého mozgu boli rezy 32 4mm získané pozdĺž priečnej, šikmej roviny AC-PC podľa medzigitálnej sekcie. Štrukturálne skeny boli zhromaždené s využitím reverznej reverznej T1 váženej sekvencie (MP-RAGE) v rovnakej orientácii ako funkčné sekvencie, aby sa poskytli podrobné anatomické obrazy zarovnané s funkčnými skenmi. Štruktúry MRI s vysokým rozlíšením (FOV = 256 × 256 mm2, 256 × 256 matrica, hrúbka = 1.0 mm, počet rezov ≈ 160).

Údaje boli predbežne spracované a analyzované pomocou softvéru SPM5 (Wellcome Department of Imaging Neuroscience, Londýn, UK) v MATLABe (Mathworks, Inc., Sherborn, MA) (Friston a kol., 1994; ). Obrázky boli časom získané opravené na rezu získanú pri 50% TR. Všetky funkčné obrazy boli potom zosúladené s priemerom. Obrázky (anatomické a funkčné) boli normalizované na štandardný mozog šablóny MNI implementovaný v SPM5 (ICBM152 na základe priemeru 152 normálnych MRI skenov). Normalizácia viedla k rozmeru voxelu 3 mm3 pre funkčné obrázky a voxel veľkosti 1 mm3 pre štrukturálne obrazy. Funkčné obrazy boli vyhladené izotropným gaussovským jadrom 6 mm FWHM.

Na identifikáciu oblastí mozgu aktivovaných ako odpoveď na odmenu sme porovnali reakciu BOLD počas príjemu milkshakeu proti prijatiu bezchučného roztoku. Pocas chuti v ústach sme považovali skôr za príjemnú odmenu, než keď bola prehltnutá chuť, avšak uznávame, že post-požívacie účinky tiež prispievajú k odmeňovaniu potravín (). Na identifikáciu oblastí mozgu aktivovaných v reakcii na očakávanú odmenu v paradigme milkshake bola odpoveď BOLD počas prezentácie signalizačnej signalizácie hroziacej dodávky milkshakeu kontrastovaná s odpoveďou počas prezentácie signalizačného signálu nastávajúceho dodávania bezchybného roztoku. Analyzovali sme údaje z nepárovej prezentácie, v ktorých chuti neboli skutočne dodané, aby sa zabezpečilo, že príjem skutočného vkusu nebude mať vplyv na našu funkčnú definíciu predvídateľnej aktivácie mozgu. Účinky špecifické pre stav na každom voxeli boli odhadnuté použitím všeobecných lineárnych modelov. Vektory vektorov pre každú zaujímavú udalosť boli zostavené a vložené do konštrukčnej matrice tak, aby reakcie súvisiace s udalosťami mohli byť modelované pomocou kanonickej hemodynamickej odpovedajúcej funkcie (HRF) implementovanej v SPM5, pozostávajúcej zo zmesi gama funkcií 2, ktoré emulujte najskorší vrchol pri 5 sekundách a následné podhodnotenie. Aby sme zohľadnili rozptyl spôsobený prehĺtaním roztokov, zahrnuli sme aj čas zmiznutia príznaku (subjekty boli trénované na prehĺtanie v tomto čase) ako premennú, ktorá nemá záujem. Zahrali sme aj časové deriváty hemodynamickej funkcie, aby sme získali lepší model údajov (). Druhý vysokopriepustný filter 128 (podľa konvencie SPM5) bol použitý na odstránenie nízkofrekvenčného šumu a pomalých driftov v signáli.

Boli postavené jednotlivé kontrastné mapy na porovnanie aktivácií vyššie uvedených kontrastov v SPM5 u každého účastníka. Potom sa uskutočnilo porovnanie medzi skupinami pomocou modelov náhodných účinkov, aby sa zohľadnila variabilita medzi účastníkmi. Na analýzu konzumnej odmeny za jedlo boli obrázky odhadu parametrov z kontrastu bez chuti do mliečneho koktailu vložené do ANOVA 2 × 2 na druhej úrovni (obézni vs. chudí) pomocou (príjem z príjemného mlieka - príjem bez chuti). Pre analýzu očakávanej odmeny za jedlo boli do druhej úrovne 2 × 2 ANOVA (obézni vs . lean) od (nespárovaný mliečny koktail - nespárovaný bez chuti). Použili sme teda modely ANOVA na konkrétne testovanie toho, či obézni účastníci vykazovali významne väčšie abnormality v odmeňovaní jedlom ako štíhli účastníci.

Jednotlivé kontrastné mapy SPM boli tiež zadané do regresných modelov s BMI skóre zadaným ako kovariát. Tento model testoval, či účastníci s vyššími skóre BMI vykazujú väčšiu aktiváciu, o ktorej sa predpokladá, že odzrkadľujú konzumáciu a predvídateľnú odmenu za potravu vo vzťahu k účastníkom s nižším skóre BMI. Tieto regresné modely sme odhadli, aby sme poskytli citlivejšiu skúšku týchto vzťahov s použitím údajov od všetkých účastníkov vo vzorke (modely ANOVA zahŕňali iba obéznych a chudých účastníkov).

Význam aktivácie BOLD sa určuje tak, že sa zoberie do úvahy maximálna intenzita odozvy, ako aj rozsah odozvy. SPM sa opiera predovšetkým o maximálnu intenzitu na určenie významu, pričom stanovuje prísne kritérium intenzity t-mapy prahované na p <0.001 (neopravené) na voxel a kritérium liberálnejšieho rozsahu (klastrové kritérium 3 voxelov). Na základe konvencie sme pomocou tohto kritéria určili významnosť našich aktivácií pre regresné modely aj pre modely ANOVA. Aktivačné klastre sa považovali za významné pri p <05 (vzhľadom na klastre) korigované na viacnásobné porovnanie v celom mozgu. Na základe predchádzajúcich štúdií sme vykonali cielené vyhľadávania v oblastiach aktivovaných konzumačnou a anticipačnou odmenou za jedlo: striatum, amygdala, oblasti stredného mozgu, orbitofrontálna kôra, dorsolaterálna prefrontálna kôra, insula, predný cingulárny gyrus, parahipokampálny gyrus a fusiformný gyrus.

výsledky

Test na to, či obézni účastníci preukázali rozdiely v očakávanej odmeny za potravu v porovnaní s chudými účastníkmi (tárik milkshake verzus chuť bez chuti)

Vykonali sme analýzy, ktoré porovnávali reakcie mozgu u obéznych dospievajúcich dievčat (N = 7, M BMI = 33, SD = 4.25) na opieranie dievčat adolescentov (N = 11, M BMI = 19.6, SD = 1.08) pomocou modelu skupiny ANOVA. Celkom 13 aktivačných klastrov bolo lokalizovaných na ostrove, v oblasti Rolandic a v časových, frontálnych a parietálnych operačných oblastiach; obézni účastníci ukázali väčšiu aktiváciu v týchto oblastiach v porovnaní s chudými účastníkmi (Obrázok 2A-B a Tabuľka 1). Z týchto aktivačných klastrov 13 klesla 9 v ľavej a 4 v pravej hemisfére. Obézni účastníci tiež preukázali väčšiu aktiváciu v ľavej prednej cingulárnej kôre (ventral Brodmann area (BA) 24), ako u štíhleho účastníka. Tabuľka 1 súradnice správ, veľkosť voxelu, nekorigované phodnôt a veľkostí efektov (η2). Niektoré p-hodnoty boli významné p <05 celého mozgu korigovaného na úrovni klastra. Veľkosti efektov z týchto analýz sa pohybovali od malých (η2 = .01) do veľkej (η2 = .17), s priemerným účinkom .05, čo predstavuje strednú veľkosť efektu na .2

Obrázok 2 

A. Saggitálna časť s väčšou aktiváciou v ľavej prednej ostrove (−36, 6, 6, Z = 3.92, P neopravená <001) ako odpoveď na očakávanú potravinovú odmenu u obéznych v porovnaní s chudými jedincami s B. stĺpcové grafy parametra odhady z ...
Tabuľka 1 

Regióny vykazujú zvýšenú aktiváciu počas predvídateľného odmeňovania potravín a konzumujúceho odmeňovania potravín u obéznych dospievajúcich dievčat (N = 7) v porovnaní s dievčatami slabíj adolescentnej dievčiny (N = 11)

Test na to, či BMI účastníkov ukázali lineárne vzťahy k predpokladanej odmeny za potravu

Jednotlivé mapy SPM kontrastov boli zadané do regresných modelov s výsledkami BMI ako kovariátov na overenie, či BMI je lineárne spojený s aktiváciou v reakcii na očakávanú odmenu za potravu. Tieto analýzy boli citlivejšie, pretože zahŕňali všetkých účastníkov, a nie len obéznych a chudých účastníkov. Zistili sme pozitívnu koreláciu BMI s aktiváciami v ventrálnej bočnej a dorzálnej laterálnej prefrontálnej kôre a časovej operkulum v reakcii na očakávanú odmenu za potravu (Obrázok 3A a Tabuľka 2). Žiaden z týchto účinkov však nebol významný p <05 celého mozgu korigovaného na úrovni klastra. Veľkosti účinkov z týchto analýz boli všetky veľké na kritériá (rozsah r = .48 až .68), s priemernou hodnotou r = .56.

Obrázok 3 

A. Axiálny rez s väčšou aktiváciou v ľavom časovom operenci (TOp; −54, −3, 3, Z = 3.41, P nekorigovaný <001) a v pravej ventrolaterálnej prefrontálnej kôre (VLPFC; 45, 45, 0, Z = 3.57, P neopravené <001) v ...
Tabuľka 2 

Regióny, ktoré reagujú počas odmeňovania a konzumácie potravy predstieraním potravy ako funkcie indexu telesnej hmotnosti (N = 33)

Test na to, či obézni účastníci preukázali rozdiely v odmeňovaní stravovacích jedál v porovnaní s chudými účastníkmi (príjem milkshake versus príjem chuti)

Porovnateľné s výsledkami s ohľadom na očakávanú odmenu za potravu sme zistili, že obézne dospievajúce dievčatá vykazujú väčšiu aktiváciu v Rolandic operculum a zanechali frontálnu operkulum ako odozvu na odmenu za konzumáciu potravy v porovnaní s chudými účastníkmiObrázok 2C-D a Tabuľka 1). Aktivačný klastr v Rolandic operculum bol významný na p <05 celého mozgu korigovaného na úrovni klastra (pozri Tabuľka 1). Veľkosť účinkov týchto analýz sa pohybovala od malých (η2 = .03) na strednú (η2 = .08), s priemerným účinkom .06, čo predstavuje strednú veľkosť efektu na kritériá.

Test na to, či účastníci BMI vykazovali lineárne vzťahy k odmeňovaniu stravy

Jednotlivé kontrastné mapy SPM boli tiež zahrnuté do regresných modelov s výsledkami BMI ako kovariátov na overenie, či BMI je lineárne spojený s aktiváciou v reakcii na konzumáciu potravinovej odmeny. Pozitívny vzťah sa zistil medzi BMI a aktiváciou na ostrove a niekoľkých oblastiach operku (Obrázok 3B-C a Tabuľka 2). BMI tiež negatívne koreloval s aktiváciou v kaviarennom jadre v reakcii na odmenu pri konzumácii potravy v tomto citlivejším modeli, čo naznačuje, že vysokí účastníci BMI vykazovali v tejto oblasti zníženú odpoveď v porovnaní s nízkymi účastníkmi BMI (Obrázok 3D-E a Tabuľka 2). Žiadna z hodnôt p nebola významná p <05 celého mozgu korigovaného na úrovni klastra. Veľkosti účinkov z týchto analýz boli stredné (r = .35) do veľkých (r = .58) na s priemerným efektom, ktorý bol veľký (r = .48).

Diskusia

Táto štúdia testovala hypotézu, že obézne dospievajúce dievčatá prejavia diferenciálnu aktiváciu odmeňovania v reakcii na spotrebu potravín a očakávanú spotrebu v porovnaní s chudobnými dospievajúcimi dievčatami a že aktivácia by bola lineárne spojená s BMI účastníkov. Reakcie mozgu sa skúmali pri príjme čokoládového mliečneho mlieka v porovnaní s bezchybným roztokom (konzumná výživa jedla) a v reakcii na príznaky signalizujúce hroziace dodávanie čokoládového mliečneho mlieka v porovnaní s bezchybným roztokom (predbežná odmena za potravu). Na základe zistení predchádzajúcich štúdií (napr. ), očakávali sme abnormality v konzumácii a očakávanej odmeňovaní medzi obéznymi účastníkmi vo vzťahu k ich chudým náprotivkom.

Ako sa predpokladalo, reakcie na konzumáciu a očakávanú odmenu za potravu v predpovedaných regiónoch boli u obéznych dospievajúcich dievčat odlišné v porovnaní s ich štíhlymi náprotivkami. Obézni účastníci preukázali väčšiu aktiváciu v primárnej chuťovej kôre (prednej insule / frontal operculum) av somatosenzorickej mozgovej kôre (Rolandic operculum, temporal operculum, parietal operculum a zadnej insule) a prednej cingulate ako odpoveď na našu mieru očakávanej odmeny nakloniť účastníkov. Tieto veľkosti účinkov boli malé až veľké, s priemernou veľkosťou účinku, ktorá bola stredná. Ukázalo sa, že ostrov zohráva úlohu v očakávanej odmeny za potravu (; ; ) a túžba po potravinách (). Navyše, Balleine a Dickenson (2001) ukázali, že zvieratá s resekciou na ostrove sa nedokážu dozvedieť, že správanie, ktoré reaguje na potraviny, je devalvované, čo tiež naznačuje úlohu insule v očakávanej odmeny za potravu. Zistilo sa, že ventrálna predná cingulová oblasť je zapojená do kódovania energetického obsahu a chutnosti potravín (). V dôsledku toho naše zistenia môžu naznačovať, že obézni jedinci zažili zvýšené očakávanie chutnosti milkshakeu v porovnaní s chudými jedincami. Bude dôležité, aby budúce štúdie vylúčili možnosť, že kondicionovanie, ku ktorému dochádza v dôsledku prejedania potravín s vysokým obsahom tuku a vysokého obsahu cukru, neprispieva k zvýšenému očakávanému odmeňovaniu potravín, ktoré uvádzajú obézni účastníci.

Takisto ako hypotéza existovali dôkazy o tom, že obézni účastníci preukázali diferenciálnu aktiváciu v reakcii na odmenu za konzumáciu potravy v porovnaní s chudými účastníkmi. Prvý z nich ukázal zvýšenú aktiváciu v Rolandic operculum, frontal operculum, zadnej ostrovčeku a cingulate gyrus ako odozva na konzumáciu potraviny odmena v porovnaní s druhým. Veľkosti účinkov boli malé až stredne veľké, s priemernou veľkosťou účinku, ktorá bola stredná. Tieto výsledky sa zbližujú s výsledkami predchádzajúcich štúdií; zistilo, že percento telesného tuku koreluje so zvýšenou aktiváciou na ostrove počas senzorickej skúsenosti s jedlom a zistil väčšiu aktiváciu v somatosenzorickej mozgovej kôre, pričom spočíval ako funkcia BMI. Vzhľadom na to, že ostrov a nadmerné operkulum boli spojené so subjektívnou odmenou z príjmu potravy (; ), tieto zistenia môžu znamenať, že obézni jedinci majú väčšiu odmenu za potravu vo vzťahu k chudým jedincom, čo môže zodpovedať správaniu z iných štúdií, ako je uvedené v úvode.

Tiež sme testovali, či je BMI lineárne spojený s aktiváciou ako odozva na očakávanú a konzumovanú odmenu jedla s regresnými modelmi, aby sme poskytli citlivejší test hypotetických vzťahov. Porovnateľné s výsledkami nájdenými v modeloch ANOVA, zistili sme zvýšenú aktiváciu v časovej operkulum na očakávanú odmenu za potravu ako funkciu BMI. Ďalej boli zistené väčšie odpovede v dorzolaterálnej prefrontálnej kôre ako odpoveď na očakávanú odmenu za potravu ako funkciu BMI. Rovnako porovnateľné so zisteniami z modelov ANOVA bola zvýšená aktivácia na insulárnom / frontoparietálnom operculum ako odpoveď na odmenu za konzumáciu potravy ako funkciu BMI. Celkovo sa výsledky regresných modelov vo všeobecnosti konvergovali so zisteniami z modelov ANOVA, hoci tieto analýzy zahŕňali iba obéznych a chudých účastníkov, pričom poskytli ďalšie zistenia v súlade s našimi hypotézami. Vzťahy identifikované v regresných modeloch boli typicky veľké.

Zaujímavé je, že regresné modely naznačovali, že BMI je nepriamo spojený s aktiváciou v kaviarennom jadre v reakcii na odmenu za konzumáciu potravy, ako sa predpokladalo na základe skorších zistení (). Toto bola veľká veľkosť efektu. Naše funkčné zistenie potvrdzuje a rozširuje výsledky uvedené v štúdii , v ktorom zistili, že morbidne obézni vykazujú zníženú dostupnosť D2u receptora v pokoji v pomere k BMI. Tieto zistenia môžu odrážať nižšiu dostupnosť dopamínového receptora. Je možné, že jedinci prejedajú stimuláciu pomalého a dlhodobého odmeňovacieho systému na báze dopamínu (). Alternatívne môže zvýšený príjem potravín s vysokým obsahom tuku a vysokého obsahu cukru spôsobiť zníženie regulácie receptorov, ako sa pozorovalo u používateľov látok (). Ako bolo uvedené, štúdie na zvieratách naznačujú, že opakovaný príjem sladkých a mastných potravín má za následok zníženie regulácie receptorov D2 a zníženie citlivosti na D2 (; ). Ďalšou možnou interpretáciou je, že obézni jedinci vykazujú hypofunkciu obvodov na odmeňovanie potravín pri odpočinku, ale hyperfunkciu pri vystavení jedlu alebo podávaniu potravín. Táto interpretácia je v súlade s dôkazom, že obézni a post-obézni jedinci vykazujú väčšiu odozvu na chrbticu a zadný hipokampus po príjme potravy v porovnaní s chudobnými jedincami (), že expozícia indikáciám potravín vedie k väčšej aktivácii v pravých parietálnych a časových kortexoch u obéznych, ale nie štíhlych jedincov (; ), že obézni jedinci vykazujú väčšiu aktiváciu v dorzálnych striatách, na ostrove, v claustre a na somatosenzorickom kortexu ako odpoveď na náznaky potravín ako na chudobných jedincov (), že obézne potkany majú nižšie bazálne hladiny dopamínu a zníženú expresiu receptora D2 ako slnečné potkany (; ; ) a že obézne potkany prejavujú viac fázové uvoľňovanie dopamínu počas kŕmenia ako u chudých potkanov (). Táto interpretácia však nesúhlasí s dôkazom, že obézni ľudia v porovnaní s chudobnými jedincami vykazujú väčšiu metabolickú aktivitu v ústnej somatosenzorickej mozgovej kôre () a že aktivácia OFC a cingulácia v reakcii na zobrazenie obrázkov chutných potravín korelovala s BMI medzi normálnymi ženami (). Bude pre budúci výskum užitočné určiť, ktorý výklad vysvetľuje zdanlivo nekonzistentné zistenia, pretože by výrazne zlepšil naše chápanie etiologických a udržiavacích procesov, ktoré prispievajú k obezite.

Súčasné zistenia naznačujú, že rôzne oblasti mozgu sú aktivované očakávanou a konzumovanou výživou, čo je dôležitý prínos, pretože len niekoľko štúdií sa pokúsilo identifikovať nervové substráty očakávanej a konzumovanej výživy. V modeloch ANOVA, ktoré porovnávali obéznych a naklonených účastníkov (Tabuľka 1), Rolandic operculum a frontal operculum bol aktivovaný očakávaním a konzumáciou milkshake, ale časová operculum, parietálny operculum, predná insula, zadná inzulácia a ventrálna anterior cingulate boli aktivované len v reakcii na predpokladaný príjem milkshake. V regresných modeloch, ktoré skúmali vzťah BMI na oblasti aktivácie (Tabuľka 2) nedošlo k prekrývaniu v aktivovaných regiónoch: kým ventrolaterálna prefrontálna kôra, dorzálna laterálna prefrontálna kôra a temporálna operkulum boli aktivované v reakcii na očakávaný príjem milkshakeu, ostrovčeka, frontoparietálna operkulum, parietálna operculum a kaudátové jadro boli aktivované v reakcii na príjem milkshake. Tieto zistenia sa do značnej miery zhodujú s výsledkami z predchádzajúcich štúdií, ktoré skúmali oblasti mozgu špecifické pre konzumáciu a predvídateľnú odmenu za potravu (; ; ; Small et al., 2008; ).

Táto štúdia je nová v tom, že je jednou z prvých, ktorá testuje vzťahy medzi BMI a neuronovou odpoveďou na očakávanú a konzumatívnu odmenu za potravu použitím paradigmy zahŕňajúcej dodávanie potravy do skenera. Avšak táto štúdia mala niekoľko obmedzení, ktoré by sa mali zaznamenať. Po prvé sme mali strednú veľkosť vzorky na testovanie medzi skupinovými účinkami, aj keď boli väčšie ako väčšina doteraz publikovaných fMRI štúdií o odmeňovaní. Po druhé sme použili iba jednu chutnú chuť. Možno, že iný vkus je pre účastníkov obohacujúce a výsledkom by bola väčšia odpoveď v mozgu. Po tretie, od prijatia milkshakeu vždy predchádzala tága (tj nikdy nebol dodaný bez tága), účastníci vždy vedeli o vkuse ešte predtým, než bola doručená. Predchádzajúce štúdie (napr. ) zistili rozdielnu odozvu na chuť a vôňu ako funkciu toho, či sú očakávané alebo neočakávané. Preto by vyšetrovatelia mali zvážiť zahrnutie miery reakcie na prijatie neočakávanej odmeny za potravu do budúcich štúdií. Po štvrté, ukazovatele používané pre milkshake paradigma boli geometrické tvary, ktoré nemusia mať účastníkom dostatočný odmeňovací význam, a preto mohli spôsobiť bluntované predvídateľné pocity a aktiváciu mozgu. Po piate sme zhromaždili obmedzené údaje o správaní, aby sme potvrdili paradigmu fMRI s účastníkmi našej štúdie. Napriek tomu údaje o platnosti z prebiehajúcich štúdií používajúcich túto paradigmu naznačujú, že ide o platnú mieru individuálnych rozdielov v odmeňovaní potravy.

Na záver, naše výsledky naznačujú diferenciálnu neurálnu odpoveď počas predvídateľného a konzumatívneho odmeňovania potravy ako funkcie stavu obezity a BMI, hoci bude dôležité replikovať tieto vzťahy v nezávislých vzorkách. Vzhľadom na to, že v mnohých regiónoch, v ktorých sa ukázalo, že kódujú odmenu za potravu u obéznych účastníkov, bola odpoveď v súlade s behaviorálnymi štúdiami, ktoré naznačujú, že obézni jedinci očakávajú väčšiu odmenu pri príjme potravín a počas stravovania majú väčšiu senzorickú radosť. Zistili sme však aj to, že účastníci s vyšším ukazovateľom BMI vykazujú nižšiu aktiváciu striatum ako odpoveď na spotrebu potravín v porovnaní s tými, ktorí majú nižší BMI, čo je v súlade s návrhom, že u obéznych jedincov sa môže vyskytnúť menej fázické uvoľňovanie dopamínu pri konzumácii potravy vzhľadom na chudobných jedincov. Je biologicky možné, že jednotlivci môžu očakávať väčšiu odmenu z príjmu potravy a pri jedení získavajú väčšiu somatosenzorickú potešenie, zatiaľ čo v prípade konzumácie potravy zažívajú menej fázové uvoľňovanie dopamínu, pretože každá z nich zahŕňa oddelené neurónové obvody. Je však tiež možné, že niektoré z týchto abnormalít prechádzajú obezitou, zatiaľ čo iné sú dôsledkom prejedania. Napríklad predchádzajúce dva účinky môžu zvýšiť riziko vzniku hyperfágie, ktoré vedie k pozitívnej energetickej rovnováhe a druhý účinok môže byť produktom zníženia regulácie receptora sekundárne k spotrebe diéty s vysokým obsahom tuku a vysokého obsahu cukru. Alternatívne môže hypofunkcia dopamínom sprostredkovaného odmeňovacieho obvodu spôsobiť, že jednotlivci budú prejedať, aby kompenzovali tento deficit odmeny, ktorý prostredníctvom kondicionovania prináša väčšiu očakávanú odmenu za potravu a zvýšený rozvoj somatosenzotrickej kôry. Pre budúce štúdie bude nevyhnutné zistiť, ktoré z týchto abnormalít predchádzali nástupom obezity a ktoré sú výsledkom chronického prejedania. Dúfame, že systematická štúdia abnormalít, ktoré predchádza vzniku obezity, môže umožniť navrhnutie účinnejších preventívnych a liečebných zákrokov.

Poďakovanie

Táto štúdia bola podporená výskumným grantom (R1MH64560A) od Národného inštitútu zdravotníctva.

Vďaka patrí asistente projektu projektu Keely Muscatell a účastníkom, ktorí túto štúdiu umožnili.

poznámky pod čiarou

1Potravinový pohnútkový inventár (FCI, ) hodnotí stupeň túžby po rôznych potravinách. Táto mierka sme prispôsobili tak, že sme požadovali hodnotenie toho, ako chutní účastníci nájdu každé jedlo. Pôvodná FCI preukázala vnútornú konzistenciu (α = .93), spoľahlivosť testu-retestu v týždni 2 (r = .86) a citlivosť na detekciu intervenčných efektov (; ). V pilotnej štúdii (n = 27), stupnica chuti a stupnica chuti ukázali vnútornú konzistenciu (α = .91 a .89).

2Zatiaľ čo niektoré softvérové ​​balíky, ako AFNI (Analysis of Functional NeuroImages) sa primárne zameriavajú na objem a teda používajú väčšie klastrové kritérium, SPM sa zameriava predovšetkým na intenzitu a používa menšie klastrové kritérium (ale požiadavky na vyššiu intenzitu). Použitie požiadavky na intenzitu t <0.001 a súvislé 3-voxelové minimálne klastrové kritérium k prahovým t-mapám je štandardom pre SPM a je prístupom, ktorý sme použili v predchádzajúcich štúdiách. V tejto súvislosti je dôležité poznamenať, že všetky klastre, ktoré uvádzame, sú väčšie ako 3 voxely (Tabuľky 1 a and22).

3Na základe dôkazov, že neurónová funkcia súvisiaca s odmenou u žien je zvýšená počas strednej fázy folikulu (), vytvorili sme dichotomickú premennú, ktorá odráža, či účastníci dokončili vyšetrenia fMRI počas fázy strednej fázy (dni 4-8 po nástupe menštruácie; n = 2) alebo nie (n = 31). Keď sme kontrolovali túto premennú vo všetkých analýzach, aktivácia v hlásených regiónoch zostala významná.

Referencie

  • Balleine B, Dickinson A. Účinok lézií insulárnej kôry na inštrumentálnu kondicionáciu: Dôkaz o úlohe v stimulovaní učenia. Journal of Neuroscience. 2000, 20: 8954-8964. [PubMed]
  • Barlow SE, Dietz WH. Hodnotenie a liečba obezity: odporúčania odbornej komisie. Pediatrics. 1998, 102: E29. [PubMed]
  • Bello NT, Lucas LR, Hajnal A. Opakovaná prístupnosť sacharózy ovplyvňuje hustotu receptora dopamínu D2 v striate. Neuroreport. 2002, 13: 1557-1578. [Článok bez PMC] [PubMed]
  • Berns GS, McClure SM, Pagoni G, Montague PR. Predvídateľnosť moduluje reakciu ľudského mozgu na odmenu. Journal of Neuroscience. 2001, 21: 2793-2798. [PubMed]
  • Blackburn JR, Phillips AG, Jakubovič A, Fibiger HC. Dopamín a prípravné správanie: neurochemická analýza. Behavioral Neuroscience. 1989, 103: 15-23. [PubMed]
  • Cohen J. Štatistická analýza moci pre vedy v oblasti správania. 2. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum; 1988.
  • Cole TJ, Bellizzi MC, Flegal K, Dietz WH. Stanovenie štandardnej definície pre detskú nadváhu a obezitu na celom svete: Medzinárodný prieskum. British Medical Journal. 2000, 320: 1-6. [Článok bez PMC] [PubMed]
  • Comings DE, Blum K. Syndróm nedostatku odmien: genetické aspekty porúch správania. Pokrok v oblasti výskumu mozgu. 2000, 126: 325-341. [PubMed]
  • Davis C, Strachan S, Berkson M. Citlivosť na odmenu: Dôsledky prejedania a obezity. Chuti do jedla. 2004, 42: 131-138. [PubMed]
  • Dawe S, Loxton NJ. Úloha impulzívnosti vo vývoji užívania látok a porúch príjmu potravy. Neuroscience a Biobehavioral Review. 2004, 28: 343-351. [PubMed]
  • De Araujo IE, Rolls ET. Zastúpenie štruktúry potravín a ústneho tuku v ľudskom mozgu. Journal of Neuroscience. 2004, 24: 3086-3093. [PubMed]
  • Delahanty LM, Meigs JB, Hayden D, Williamson DA, Nathan DM. Psychologické a behaviorálne korelácie základného BMI v programe prevencie diabetu. Diabetes Care. 2002, 25: 1992-1998. [Článok bez PMC] [PubMed]
  • Del Parigi A, Chen K, Hill DO, Wing RR, Reiman E, Tataranni PA. Perzistencia abnormálnych nervových odpovedí na jedlo u potóbovcov. Medzinárodný žurnál obezity. 2004, 28: 370-377. [PubMed]
  • Dietz WH, Robinson TN. Použitie indexu telesnej hmotnosti (BMI) ako miery nadváhy u detí a dospievajúcich. Journal of Pediatrics. 1998, 132: 191-193. [PubMed]
  • Dreher JC, Schmidt PJ, Kohn P, Furman D, Rubinow D, Berman KF. Fáza menštruačného cyklu moduluje neurálnu funkciu spojenú s odmenou u žien. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických. 2007, 104: 2465-2470. [Článok bez PMC] [PubMed]
  • Drewnowski A, Kurth C, Holden-Wiltse J, Saari J. Potravinové preferencie v ľudskej obezite: Sacharidy versus tuky. Chuti do jedla. 1992, 18: 207-221. [PubMed]
  • Epstein LJ, Temple JL, Neaderhiser BJ, Salis RJ, Erbe RW, Leddy JJ. Posilňovanie potravín, genotyp dopamínového receptora D2 a príjem energie u obéznych a neobytných ľudí. Behavioral Neuroscience. 2007, 121: 877-886. [Článok bez PMC] [PubMed]
  • Epstein LH, Wright SM, Paluch RA, Leddy JJ, Hawk LW, Jaroni JL a kol. Potravinová hedonika a výstuž ako determinanty laboratórneho príjmu potravy u fajčiarov. Physiology a Behaivor. 2004; 81: 511-517. [PubMed]
  • Epstein LH, Wright SM, Paluch RA, Leddy JJ, Hawk LW, Jaroni JL a kol. Vzťah medzi posilňovaním potravín a genotypmi dopamínu a jeho vplyv na príjem potravy u fajčiarov. American Journal of Clinical Nutrition. 2004b; 80: 82-88. [PubMed]
  • Fetissov SO, Meguid MM, Sato T, Zhang LH. Expresia dopamínergných receptorov v hypotalame štíhlej a obéznej zuckerovej dávky a príjmu potravy. American Journal of Physiology. 2002, 283: R905-910. [PubMed]
  • Fisher JO, Birch LL. Jedenie bez prítomnosti hladu a nadváhy u dievčat od 5 po 7. American Journal of Clinical Nutrition. 2002, 76: 226-231. [Článok bez PMC] [PubMed]
  • Flegal K, Graubard B, Williamson D, Gail M. Nadmerné úmrtia spojené s podváhou, nadváhou a obezitou. Vestník Americkej lekárskej asociácie. 2005, 293: 1861-1867. [PubMed]
  • Forman EM, Hoffman KL, McGrath KB, Herbert JD, Brandsma LL, Lowe MR. Porovnanie strategií založených na prijatí a kontrole na zvládnutie chuťových jedál: Analógová štúdia. Výskum a liečba správania. 2007, 45: 2372-2386. [PubMed]
  • Franken IH, Muris P. Individuálne rozdiely v citlivosti odmeňovania súvisia s túžbou po potravinách a relatívnou telesnou hmotnosťou u zdravých žien. Chuti do jedla. 2005, 45: 198-201. [PubMed]
  • Gottfried JA, O'Doherty J, Dolan RJ. Kódovanie prediktívnej odmeny v ľudskej amygdálnej a orbitofronálnej kôre. Science. 2003, 301: 1104-1107. [PubMed]
  • Hamdi A, Porter J, Prasad C. Znížené striatálne D2 dopamínové receptory u obéznych potkanov Zucker: Zmeny počas starnutia. Brain Research. 1992, 589: 338-340. [PubMed]
  • Henson RN, cena CJ, Rugg MD, Turner R, Friston KJ. Zisťovanie rozdielov oneskorení v reakciách BOLD súvisiacich s udalosťami: Aplikácia na slová versus nonwords na úvodné verzus opakované tvárové prezentácie. Neuroimage. 2002, 15: 83-97. [PubMed]
  • Jeffery R, ​​Drewnowski A, Epstein LH, Stunkard AJ, Wilson GT, Wing RR, Hill D. Dlhodobá údržba chudnutia: Aktuálny stav. Psychológia zdravia. 2000, 19: 5-16. [PubMed]
  • Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Regionálny cerebrálny prietok krvi počas expozície potravy u obéznych a normálnych žien. Brain. 1997, 120: 1675-1684. [PubMed]
  • Kelley AE, Will MJ, Steininger TL, Zhang M, Haber SN. Obmedzená denná konzumácia vysoko chutného jedla (čokoláda Ensure) mení expresiu génu striekálneho enkefalínu. European Journal of Neuroscience. 2003, 18: 2592-2598. [PubMed]
  • Killgore WD, Yurgelun-Todd DA. Telesná hmotnosť predpovedá orbitofrontálnu aktivitu počas vizuálnej prezentácie vysokokalorických potravín. NeuroReport. 2005, 16: 859-863. [PubMed]
  • Kiyatkin EA, Gratton A. Elektrochemické monitorovanie extracelulárneho dopamínu v nucleus accumbens potkanov s pákovým lisovaním potravín. Brain Research. 1994, 652: 225-234. [PubMed]
  • LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, Mesulam MM. Hlad selektívne moduluje kortikolimbickú aktiváciu na potravinové stimuly u ľudí. Behavioral Neuroscience. 2001, 115: 493-500. [PubMed]
  • Martin CK, O'Neil PM, Pawlow L. Zmeny v chuti jedla počas nízkokalorických a veľmi nízkokalorických diét. Obezita. 2006, 14: 115-121. [PubMed]
  • Martinez D, Gil R, Slifstein M, Hwang DR, Huang Y, Perez A, et al. Závislosť od alkoholu je spojená s tupým dopamínovým prenosom vo ventrálnom striate. Biologická psychiatria. 2005, 58: 779-786. [PubMed]
  • Nederkoorn C, Smulders FT, Jansen A. Reakcia cefalickej fázy, craving a príjem potravy u normálnych subjektov. Chuti do jedla. 2000, 35: 45-55. [PubMed]
  • O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neurálne odpovede počas očakávania primárnej odmeny chuti. Neurón. 2002, 33: 815-826. [PubMed]
  • O'Doherty JP, Rolls ET, Francis S, Bowtell R, McGlone F. Reprezentácia príjemnej a odporovej chuti v ľudskom mozgu. Journal of Neurophysiology. 2001, 85: 1315-1321. [PubMed]
  • Orosco M, Rouch C, Nicolaidis S. Rostromedial hypotalamické monoamínové zmeny v reakcii na intravenózne infúzie inzulínu a glukózy v slobodnom kŕmení obéznych Zucker potkanov: Štúdia mikrodialýzy. Chuti do jedla. 1996, 26: 1-20. [PubMed]
  • Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD. Obrázky túžby: Aktivácia potravy-craving počas fMRI. Neuroimage. 2004, 23: 1486-1493. [PubMed]
  • Rissanen A, Hakala P, Lissner L, Mattlar CE, Koskenvuo M, Ronnemaa T. Získané preferencie najmä pre diétny tuk a obezitu: Štúdium jednoznačne dvojzložkových dvojice dvojsýtnych. Medzinárodný žurnál obezity. 2002, 26: 973-977. [PubMed]
  • Robinson TE, Berridge KC. Stimulácia-senzitizácia a závislosť. Addiction. 2001, 96: 103-114. [PubMed]
  • Roefs A, Herman CP, MacLeod CM, Smulders FT, Jansen A. Na prvý pohľad: ako obmedzujú jedlíci s vysokým obsahom tuku chutné potraviny? Chuti do jedla. 2005, 44: 103-114. [PubMed]
  • Rothemund Y, Preuschof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. Diferenciálna aktivácia chrbtového striatu vysoko kalorickými vizuálnymi stimulmi jedla u obéznych jedincov. Neuroimage. 2007, 37: 410-421. [PubMed]
  • Saelens BE, Epstein LH. Posilňujúca hodnota potravín u obéznych a neobéznych žien. Chuti do jedla. 1996, 27: 41-50. [PubMed]
  • Schultz W, Apicella P, Ljungberg T. Reakcie opičích dopamínových neurónov na odmeňované a podmienené stimuly počas postupných krokov učenia sa úlohy oneskorenej odpovede. Journal of Neuroscience. 1993, 13: 900-913. [PubMed]
  • Schultz W, Romo R. Dopaminové neuróny stredného mozgu opíc: Nepredvídateľné reakcie na podnety vyvolávajúce bezprostredné behaviorálne reakcie. Journal of Neurophysiology. 1990, 63: 607-624. [PubMed]
  • Malé DM, Gerber J, Mak YE, Hummel T. Diferenciálne nervové odpovede vyvolané ortonasálnym a retronasálnym odorantom vnímaním u ľudí. Neurón. 2005, 47: 593-605. [PubMed]
  • Malé DM, Jones-Gotman M, Dagher A. Uvoľňovanie dopamínu vyvolané kŕmením v chrbticovom striate koreluje s hodnotením príjemnosti jedla u zdravých dobrovoľníkov. Neuroimage. 2003, 19: 1709-1715. [PubMed]
  • Malé DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M. Zmeny v mozgovej aktivite týkajúcej sa konzumácie čokolády: od potešenia až po averziu. Brain. 2001, 124: 1720-1733. [PubMed]
  • Stice E, Shaw H, Marti CN. Metaanalytická revízia programov prevencie obezity pre deti a adolescenti: Koža na intervenciách, ktoré fungujú. Psychologický bulletin. 2006, 132: 667-691. [Článok bez PMC] [PubMed]
  • Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JF. Rozsiahla aktivácia systému odmeňovania u obéznych žien v reakcii na obrázky vysokokalorických potravín. Neuroimage. 2008, 41: 636-647. [PubMed]
  • Stunkard AJ, Berkowitz RI, Stallings VA, Schoeller DA. Príjem energie, nie energetický výkon, je determinantom veľkosti tela u dojčiat. American Journal of Clinical Nutrition. 1999, 69: 524-530. [PubMed]
  • Chrám JL, Legerski C, Giacomelli AM, Epstein LH. Jedlo je viac posilňované pre nadváhu ako chudé deti. Americký časopis o klinickej výžive v tlači.
  • Veldhuizen MG, Bender G, Constable RT, Malý DM. Degustácia v neprítomnosti chuti: Modulácia skorého chuťového ochorenia podľa chuti. Chemické zmysly. 2007, 32: 569-581. [PubMed]
  • Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ. Úloha dopamínu pri posilňovaní liekov a závislosť u ľudí: Výsledky z imagingových štúdií. Behaviorálna farmakológia. 2002, 13: 355-366. [PubMed]
  • Volkow ND, Wang GJ, Maynard L., Jayne M, Fowler JS, Zhu W a kol. Mozgový dopamín je spojený s stravovaním ľudí. Medzinárodný žurnál porúch stravovania. 2003, 33: 136-142. [PubMed]
  • Wang GJ, Volkow ND, Felder C, Fowler J, Levy A, Pappas N, et al. Zvýšená pokojová aktivita orálnej somatosenzorickej kôry u obéznych subjektov. Neuroreport. 2002, 13: 1151-1155. [PubMed]
  • Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS. Úloha dopamínu v motivácii potravy u ľudí: dôsledky pre obezitu. Expertné stanovisko k terapeutickým cieľom. 2002, 6: 601-609. [PubMed]
  • Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W a kol. Mozog dopamín a obezita. Lancet. 2001, 357: 354-357. [PubMed]
  • Wardle J, Guthrie C, Sanderson S, Birch D, Plomin R. Potraviny a aktivity preferencie u detí chudých a obéznych rodičov. Medzinárodný žurnál obezity. 2001, 25: 971-977. [PubMed]
  • Westenhoefer J, Pudel V. Pleasure from food: Význam pre výber potravy a dôsledky úmyselného obmedzenia. Chuti do jedla. 1993, 20: 246-249. [PubMed]
  • White MA, Whisenhunt BL, Williamson DA, Greenway FL, Netemeyer RG. Vypracovanie a validácia zoznamu potravín. Výskum obezity. 2002, 10: 107-114. [PubMed]
  • Worsley KJ, Friston KJ. Analýza časových radov fMRI sa znovu vracia. [list; komentár] Neuroimage. 1995; 2: 173–181. [PubMed]
  • Yamamoto T. Neurálne substráty pre spracovanie kognitívnych a afektívnych aspektov chuti v mozgu. Archívy histológie a cytológie. 2006, 69: 243-255. [PubMed]
  • Yang ZJ, Meguid MM. Dopaminergná aktivita u obéznych a chudých zucker potkanov. Neuroreport. 1995, 6: 1191-1194. [PubMed]
  • Zald DH, Parvo JV. Kortikálna aktivácia indukovaná intraorálnou stimuláciou s vodou u ľudí. Chemické zmysly. 2000, 25: 267-275. [PubMed]