Trendy Cogn Sci. 2011 Jan; 15 (1): 37-46. dva: 10.1016 / j.tics.2010.11.001. Epub 2010 Nov 24.
zdroj
Národný ústav pre zneužívanie drog, Národné ústavy zdravia, Bethesda, MD 20892, USA. [chránené e-mailom]
abstraktné
Schopnosť odolávať túžbe po jedle si vyžaduje správne fungovanie neurónových obvodov, ktoré sa podieľajú na kontrole zhora nadol, aby sa postavili proti podmieneným reakciám, ktoré predpovedajú odmenu pri konzumácii jedla a túžbe po jedle. jaže obézne subjekty môžu mať poškodenia dopaminergných ciest, ktoré regulujú neuronálne systémy spojené s citlivosťou na odmeňovanie, kondicionovaním a kontrolou. Je známe, že neuropeptidy, ktoré regulujú energetickú rovnováhu (homeostatické procesy) prostredníctvom hypotalamu, tiež modulujú aktivitu buniek dopamínu a ich projekcie do oblastí zahrnutých do odmeňovacích procesov, ktoré sú základom príjmu potravy, Predpokladá sa, že to môže byť tiež mechanizmus, ktorým prejedanie a výsledná rezistencia na homoeostatické signály narúšajú funkciu obvodov, ktoré sa podieľajú na citlivosti odmeny, na kondicionovaní a kognitívnej kontrole.
úvod
Jedna tretina populácie v USA je obézna [index telesnej hmotnosti (BMI) ≥ 30 kg m-2] [1]. Táto skutočnosť má ďalekosiahle a nákladné dôsledky, pretože obezita je silne spojená s vážnymi zdravotnými komplikáciami (napr. Diabetes, srdcové choroby, tukové pečeň a niektoré druhy rakoviny) [2]. Nie je prekvapením, že samotné náklady na zdravotnú starostlivosť v dôsledku obezity v USA sa odhadujú na takmer miliardu USD 150 [3].
Sociálne a kultúrne faktory nepochybne prispievajú k tejto epidémii. Konkrétne sa predpokladá, že prostredie, ktoré podporuje nezdravé stravovacie návyky (všadeprítomný prístup k vysoko spracovaným a nevyžiadaným jedlom) a fyzická nečinnosť, má zásadnú úlohu v rozsiahlom probléme s obezitou (webové stránky s nadváhou a obezitou v centrách na kontrolu a prevenciu chorôb; http://www.cdc.gov/obesity/index.html). Avšak jednotlivé faktory tiež pomáhajú určiť, kto bude (alebo nebude) obézny v týchto prostrediach. Na základe štúdií dedičnosti sa odhaduje, že genetické faktory prispievajú medzi variabilitou BMI medzi 45% a 85%4,5]. Hoci genetické štúdie odhalili bodové mutácie, ktoré sú nadmerne zastúpené u obéznych jedincov [4], z veľkej časti sa predpokladá, že obezita je pod polygénnou kontrolou [6,7]. V skutočnosti najnovšia analýza celkovej genómovej asociačnej analýzy (GWAS), ktorá sa uskutočnila u jedincov európskeho pôvodu s počtom 249,796, identifikovala 32 lokusy asociované s BMI. Avšak tieto lokusy vysvetľujú len 1.5% odchýlky v BMI [8]. Okrem toho sa odhadovalo, že GWAS štúdie s väčšími vzorkami by mali byť schopné identifikovať 250 extra loci s účinkami na BMI. Avšak aj pri neobjavených variantoch sa odhadovalo, že signály z bežných lokálnych variantov by predstavovali iba 6-11% genetickej variácie v BMI (na základe odhadovanej heritability 40-70%). Obmedzené vysvetlenie odchýlky od týchto genetických štúdií pravdepodobne odráža komplexné interakcie medzi jednotlivými faktormi (ako je to stanovené genetikou) a spôsob, akým sa jednotlivci vzťahujú na prostredie, kde je potravina široko dostupná, nielen ako zdroj výživy, ale tiež ako silná odmena, ktorá sama o sebe podporuje stravovanie [9].
Hypotalamus [prostredníctvom regulačných neuropeptidov, ako sú leptín, cholecystokinín (CCK), ghrelín, orexín, inzulín, neuropeptid Y (NPY) a prostredníctvom snímania živín, ako je glukóza, aminokyseliny a mastné kyseliny] regiónu regulujúceho príjem potravy, pretože sa týka kalorických a výživových požiadaviek [10-13]. Obzvlášť, oblúkové jadro prostredníctvom svojich spojení s inými hypotalamickými jadrami a extra-hypotalamickými oblasťami mozgu, vrátane jadra tractus solitarius, reguluje homeostatický príjem potravy [12] a je zapletený do obezity [14-16] (Obrázok 1a, ľavý panel). Avšak dôkazy sa zhromažďujú, že mozgové obvody, iné ako tie, ktoré regulujú hlad a sýtosť, sa podieľajú na spotrebe potravy a obezitey [17]. Konkrétne, existuje niekoľko oblastí limbických oblastí [nucleus accumbens (NAc), amygdala a hipokampus] a kortikálneho mozgu [orbitofrontal cortex (OFC), cingulárny gyrus (ACC) a ostrovčeky] a neurotransmiterových systémov (dopamín, serotonín, opiáty a kanabinoidy). hypotalamu sa podieľajú na odmeňovacích účinkoch potravy [18] (Obrázok 1a, pravý panel). Naopak, regulácia príjmu potravy hypotalamom sa zdá byť závislá na odmeňovaní a motivačnej neurocirkularite na úpravu stravovacieho správania [19-21].
Na základe zistení z imagingových štúdií bol nedávno navrhnutý model obezity, v ktorom prejedanie odráža nerovnováhu medzi okruhmi, ktoré motivujú správanie (kvôli ich účasti na odmeňovaní a kondícii) a obvodov, ktoré riadia a inhibujú predpôsobivé odpovede [22]. Tento model identifikuje štyri hlavné okruhy: (i) odmeňovanie; (ii) motivácia; (iii) vzdelávanie - kondicionovanie; a (iv) inhibičná kontrola-emocionálna regulácia-výkonná funkcia. Predovšetkým, tento model je tiež použiteľný na drogovú závislosť.
Izraniteľných osôb, spotreba vysokých množstiev chutných jedál (alebo drog v závislosti) môže narušiť vyváženú interakciu medzi týmito obvodmi, čo má za následok zvýšenú posilňujúcu hodnotu potravín (alebo drog v závislosti) a pri oslabení riadiacich obvodov. Táto porucha je dôsledkom podmieneného vzdelávania a vynulovania prahových hodnôt odmien po konzumácii veľkého množstva vysokokalorických potravín (alebo drog v závislosti) u rizikových jedincov. Podkopanie kortikálnych zhora nadol sietí, ktoré regulujú pre-potentné odpovede, vedie k impulzívnosti a kompulzívnemu príjmu potravy (alebo návykové užívanie drog).
Tento dokument sa zaoberá dôkazmi, ktoré spájajú neurálne okruhy, ktoré sa podieľajú na kontrole zhora nadol, s účastníkmi odmeňovania a motivácie a ich interakciou s periférnymi signálmi, ktoré regulujú príjem homeostatických potravín.
Jedlo je silný prirodzený odmeňovací a kondicionujúci stimul
Niektoré potraviny, najmä tie, ktoré sú bohaté na cukor a tuky, sú silnými odmenami [23], ktoré podporujú stravovanie (dokonca aj v prípade absencie energetických požiadaviek) a spúšťajú naučené spojenia medzi stimulom a odmenou (podmienkou). Z hľadiska vývoja bola táto vlastnosť chutných potravín výhodná, pretože zabezpečovala, že potraviny boli konzumované, keď boli k dispozícii, čo umožnilo skladovanie energie v tele (ako tuku) pre budúcu potrebu v prostredí, kde zdroje potravy boli vzácne a / alebo nespoľahlivé. Avšak v moderných spoločnostiach, kde je potravina široko dostupná, sa táto adaptácia stala zodpovednosťou.
Niekoľko neurotransmiterov, vrátane dopamínu (DA), kanabinoidov, opiátov a serotonínu, ako aj neuropetidov, ktoré sa podieľajú na homeostatickej regulácii príjmu potravy, ako je orexín, leptín a ghrelín, sa podieľajú na odmeňovacích účinkoch potravín [24-26]. DA je najdôkladnejšie vyšetrovaná a najlepšie charakterizovaná. Je to kľúčový neurotransmiter, ktorý moduluje odmeňovanie (prírodné a liečebné odmeny), a to hlavne prostredníctvom svojich projekcií z ventrálnej tegmentálnej oblasti (VTA) do NAc [27]. Ďalšie DA projekcie sú tiež zahrnuté, vrátane dorzálneho striatum (caudate a putamen), kortikálnej (OFC a ACC) a limbických oblastí (hippocampus a amygdala) a laterálneho hypotalamu. V skutočnosti bolo u ľudí preukázané, že prijímanie chutných potravín uvoľňuje DA v chrbtovej časti striatum v pomere k vlastnej hladine potešenia získanej z jedla [28]. Zapojenie DA za odmenu je však zložitejšie ako samotné kódovanie hedonickej hodnoty. Pri prvom vystavení odmeny za potraviny (alebo neočakávanej odmene) sa zvýšenie výskytu DA neurónov vo VTA zvyšuje s výsledným zvýšením uvoľňovania DA v NAc [29]. Avšak pri opakovanom vystavení odmeny za potravou sa reakcia DA zvykne a postupne sa prenáša na podnety súvisiace s odmeňovaním jedla (napr. Vôňa jedla), ktorá sa potom spracováva ako prediktor odmeny (stáva sa tá, ktorá je podmienená na odmenu) [30,31]; DA signál v odpovedi na cue potom slúži na vyjadrenie "chýb predpovede odmeny" [31]. Rozsiahle glutamatergické aferenty DA neurónov z oblastí postihnutých zmyslovými (insulami alebo primárnymi chuťovými kôrami), homeostatickými (hypotalamus), odmenou (NAc), emocionálnymi (amygdala a hippocampus) a multimodálnymi (OFC) odmeňovanie a kondiciovanie [32]. Konkrétne, projekcie z amygdaly a OFC na DA neuróny a NAc sa podieľajú na podmienených reakciách na potraviny [33]. Zo zobrazovacích štúdií skutočne vyplynulo, že keď boli neobézne mužské subjekty požiadané o to, aby inhibovali ich túžbu po potravinách, keď boli vystavené príznakom potravy, znížili metabolickú aktivitu v amygade a OFC [ako aj hipokampus (pozri tiež Box 1), ostrov a striatum); pokles počtu OFC bol spojený so znížením potra- vinových potrieb [34].
Podmienečné podnety môžu vyvolať podávanie dokonca aj u sýtených potkanov [30] a u ľudí, zobrazovacie štúdie preukázali, že expozícia ukazovateľov potravín vyvoláva zvýšenie DA v striate, ktoré sú spojené s túžbou požívať potraviny [35]. Okrem zapojenia sa do kondicionovania sa DA tiež podieľa na motivácii vykonať správanie, ktoré je nevyhnutné na obstaranie a konzumáciu potravín. Zapojenie DA do odmeňovania potravín bolo skutočne spojené s motivačnou príťažlivosťou alebo "chcením" potravín, na rozdiel od "chuti" jedla [36] (Box 2), účinok, ktorý pravdepodobne zahŕňa dorzálny striatum a možno aj NAc [37]. DA má v tomto kontexte takú rozhodujúcu úlohu, že transgénne myši, ktoré nesyntetizujú DA, zomierajú z hladovania kvôli nedostatku motivácie k jedlu [37]. Obnovenie DA neurotransmisie v dorzálnej striatum zachraňuje tieto zvieratá, zatiaľ čo obnovenie v NAc nie je.
Zdá sa, že hedonické ("obľúbené") vlastnosti potravín závisia okrem iného od neurotransmisie opiátov, kanabinoidov a GABA [36]. Tieto "obľúbené" vlastnosti potravín sú spracované v odmeňovacích oblastiach vrátane bočného hypotalamu, NAc, ventral pallidum, OFC [9,27,38] a ostrov (primárna oblasť chuti v mozgu) [39].
Zdá sa, že signalizácia opiátov v NAc (v plášti) a ventrálnej pallidum sprostredkováva " [40]. Naproti tomu opioidná signalizácia v bazolaterálnej amygade sa podieľa na prenose afektívnych vlastností potravín, ktoré následne modulujú stimulačnú hodnotu potravín a správanie hľadajúcich odmenu a tak prispievajú aj k chuti jedla [41]. Je zaujímavé, že u hlodavcov, ktorí boli vystavení diétam bohatým na cukor, farmakologická námaha s naloxónom (liekom proti opiátovým antagonistom bez účinkov u kontrolných potkanov) vyvoláva syndróm abstinencie z opiátov podobný tomu, ktorý sa pozoroval u zvierat, ktoré boli chronicky vystavené opioidným liekom [42]. Okrem toho vystavenie ľudí alebo laboratórnych zvierat cukru vyvoláva analgetickú odpoveď [43], čo naznačuje, že cukor (a možno aj iné chutné potraviny) má priamu schopnosť zvýšiť endogénne hladiny opiátov. Výskumná otázka, ktorá vyplynula z týchto údajov, je, či u ľudí spôsobuje diéta mierny abstinenčný syndróm, ktorý by mohol prispieť k relapsu.
Endokanabinoidy, prevažne prostredníctvom signalizácie kanabinoidných CB1 receptorov (na rozdiel od receptorov CB2), sa podieľajú na homeostatických a odmeňovacích mechanizmoch príjmu potravy a výdaji energie [44-46]. Homeostatická regulácia je čiastočne sprostredkovaná oblúkovými a paraventrikulárnymi jadrami v hypotalame a cez jadro solitárneho traktu v mozgovom sústave a regulácia odmeňovacích procesov je čiastočne sprostredkovaná účinkami na NAc, hypotalamus a mozgový kmeň. Preto je kanabinoidný systém dôležitým cieľom vývoja liekov na liečbu obezity a metabolického syndrómu. Podobne modifikácia kŕmneho správania serotonínom zahŕňa ako odmeňovanie, tak homeostatickú reguláciu a je tiež cieľom na vývoj liekov proti obezite [47-50].
Súčasne sa zvyšujú dôkazy, že periférne homeostatické regulátory energetickej rovnováhy, ako je leptín, inzulín, orexín, ghrelín a PYY, tiež regulujú správanie, ktoré nie je homeostatické a modulujú obohacujúce vlastnosti potravín [50]. Tieto neuropeptidy môžu byť tiež spojené s kognitívnou kontrolou nad príjmom potravy as kondicionovaním k potravinovým stimulom [51]. Konkrétne môžu interagovať s príbuznými receptormi v neurónoch VTA DA stredného mozgu, ktoré nielen prechádzajú do NAc, ale aj do prefrontálnych a limbických oblastí; v skutočnosti mnohé z nich tiež exprimujú receptory v čelných oblastiach a v hipokampe a amygdáli [50].
Inzulín, ktorý je jedným z kľúčových hormónov, ktoré sa podieľajú na regulácii metabolizmu glukózy, dokázalo, že zmierňuje reakciu limbických (vrátane oblastí na odmeňovanie mozgu) a kortikálnych oblastí v ľudskom mozgu na potravinové stimuly. Napríklad pri zdravých kontrolách inzulín zmiernil aktiváciu hipokampu, frontálnych a vizuálnych kortexov v reakcii na obrázky potravín [52]. Naopak, subjekty rezistentné na inzulín (pacienti s diabetom typu 2) vykazovali väčšiu aktiváciu v limbických oblastiach (amygdala, striatum, OFC a ostrovčeky), keď boli vystavené potravinovým stimulom ako nediabetické pacientky [53].
Iv ľudskom mozgu, leptín odvodený od adipocytov, ktorý pôsobí čiastočne prostredníctvom leptínových receptorov v hypotalame (oblúkové jadro) na zníženie príjmu potravy, sa tiež ukázalo, že zmiernil reakciu oblastí odmeňovania mozgu na potravinové stimuly. Konkrétne, pacienti s vrodeným nedostatkom leptínu ukázali aktiváciu DA mezolimbických cieľov (NAc a caudate) na vizuálne podnety v potravinách, ktoré sa spájali s chutným jedlom, dokonca aj keď bol pacient práve podávaný. Naopak, mezolimbická aktivácia sa nevyskytla po týždni 1 liečby leptínom (Obrázok 2a, b). Toto bolo interpretované tak, že naznačuje, že leptín znížil odmeňovanie odpovedí na potraviny [19]. Ďalšia štúdia fMRI, ktorá sa uskutočnila aj u pacientov s vrodeným nedostatkom leptínu, ukázala, že liečba leptínom znižuje aktiváciu oblastí postihnutých hladom (ostrovček, parietálny a časový kortex), zatiaľ čo zlepšuje aktiváciu oblastí postihnutých kognitívnou inhibíciou [prefrontálna kôra (PFC)] po expozícii potravinovým stimulom [20]. Tieto dve štúdie teda poskytujú dôkaz, že v ľudskom mozgu leptín moduluje aktivitu oblastí mozgu, ktoré sa podieľajú nielen na homeostatických procesoch, ale tiež s odmeňujúcimi reakciami as inhibičnou kontrolou.
Zdá sa, že hormóny v žalúdku modulujú odozvu oblastí odmeňovania mozgu na potravinové stimuly v ľudskom mozgu. Napríklad peptid YY3-36 (PYY), ktorá sa uvoľňuje z buniek čreva postprandiálne a znižuje príjem potravy, bolo preukázané, že moduluje prechod regulácie príjmu potravy homeostatickými obvodmi (tj hypotalamus) na jej reguláciu pomocou odmeňovacích obvodov pri prechode z hladu do sýtosti , Konkrétne, keď boli koncentrácie PYY v plazme vysoké (ako keď boli vysušené), aktivácia OFC potravinovými stimulmi negatívne predpovedala príjem potravy; zatiaľ čo keď hladiny PYY v plazme boli nízke (ako keď potraviny boli nedostatočné) aktivácia hypotalamu pozitívne predpovedala príjem potravy [54]. Toto bolo interpretované tak, aby odrážalo, že PYY znižuje odmeňované aspekty potravín prostredníctvom svojej modulácie OFC. Na rozdiel od toho sa ukázalo, že ghrelín (hormón odvodený od žalúdka, ktorý sa zvyšuje na lačno a stimuluje príjem potravy) zvyšuje aktiváciu v reakcii na potravinové stimuly v oblastiach odmeňovania mozgu (amygdala, OFC, predná insula a striatum) a ich aktivácia bola spojené s vlastnými hláseniami o hlade (Obrázok 2c, d). Toto bolo interpretované tak, aby odzrkadľovalo zvýšenie hedonických a stimulujúcich odpovedí na gréline súvisiace s potravinami [55]. Celkovo sú tieto zistenia v súlade aj s diferenciálnou regionálnou aktiváciou mozgu v reakcii na potravinové podnety u satiarov versus nalačených jedincov; aktivácia odmeňovacích oblastí v reakcii na potravinové stimuly sa počas očkovania znížila v porovnaní s hladom na stave [15].
Tieto pozorovania poukazujú na prekrytie medzi neurocirkulami, ktoré regulujú odmeňovanie a / alebo posilnenie, a to, ktoré reguluje energetický metabolizmus (Obrázok 1b). Periférne signály, ktoré regulujú homeostatické signály pre potraviny, zrejme zvyšujú citlivosť limbických oblastí mozgu na potravinové stimuly, keď sú orexigénne (ghrelín) a na zníženie citlivosti na aktiváciu, ak sú anorexigénne (leptín a inzulín). Podobne je zvýšená citlivosť oblastí odmeňovania mozgu na potravinové stimuly počas deprivácie jedla, zatiaľ čo sa počas sýtosti znižuje. Preto homeostatické a odmeňovacie obvody pôsobia spoločne na podporu stravovacieho správania pri podmienkach deprivácie a na potlačenie príjmu potravy v podmienkach sýtosti. Prerušenie interakcie medzi homeostatickými a odmeňovacími obvodmi môže podporiť prejedanie a prispieť k obezite (Obrázok 1). Hoci iné peptidy (glukagón-podobný peptid 1 (GLP-1), CKK, bombesin a amylín) tiež regulujú príjem potravy prostredníctvom ich hypotalamických účinkov, ich extrahypotalamické účinky dostali menej pozornosti [12]. Preto sa ešte treba veľa naučiť, vrátane interakcií medzi homeostatickými a non-homeostatickými mechanizmami, ktoré regulujú príjem potravy a ich zapojenie do obezity.
Prerušenie odmeňovania a úpravy potravín u ľudí s nadváhou a obezitou
Predklinické a klinické štúdie preukázali zníženie signalizácie DA v striatálnych oblastiach [poklesy receptorov DADNUMX (D2R) a DA uvoľňovania], ktoré súvisia s odmeňovaním (NAc), ale aj s návykmi a rutinami (dorzálny striatum) pri obezite [56-58]. Dôležité je, že zníženie striatálneho D2R bolo spojené s kompulzívnym príjmom potravy u obéznych hlodavcov [59] a so zníženou metabolickou aktivitou v OFC a ACC u obéznych ľudí [60] (Obrázok 3a-c). Vzhľadom na to, že dysfunkcia v OFC a ACC má za následok kompulzivitu 61], môže to byť mechanizmus, ktorým nízka striatálna signalizácia D2R uľahčuje hyperfágiu [62]. Znížená signalizácia súvisiaca s D2R pravdepodobne zníži citlivosť na prirodzené odmeny, deficit, ktorý sa obézni jedinci môžu snažiť dočasne kompenzovať prejedaním [63]. Táto hypotéza je v súlade s predklinickými dôkazmi, ktoré ukazujú, že znížená aktivita DA vo VTA má za následok dramatické zvýšenie spotreby potravín s vysokým obsahom tuku [64].
V porovnaní s jednotlivcami s normálnou hmotnosťou sa u obéznych jedincov, ktorým boli prezentované obrázky vysokokalorických potravín (podnety, s ktorými sú podmienené), zaznamenala zvýšená nervová aktivácia oblastí, ktoré sú súčasťou odmeňovacieho a motivačného okruhu (NAc, dorzálny striatum, OFC , ACC, amygdala, hipokampus a ostrovček) [65]. Naproti tomu pri kontrolách s normálnou hmotnosťou sa zistilo, že aktivácia ACC a OFC (regióny, ktoré sa podieľajú na priradení výskytu, ktoré sa premietajú do NAc) počas prezentácie vysokokalorických potravín negatívne korelovala s ich BMI [66]. To naznačuje dynamickú interakciu medzi množstvom jedla (čiastočne odzrkadľovaným BMI) a reaktivitou odmeňovacích oblastí na vysokokalorické potraviny (odzrkadlené v aktivácii OFC a ACC) u jedincov s normálnou hmotnosťou, ktoré sú stratené obezita.
Prekvapivo, obézni jedinci v porovnaní s chudobnými jednotlivcami zaznamenali menšiu aktiváciu odmeňovacích okruhov od skutočnej spotreby potravy (spotrebná výplata jedla), zatiaľ čo vykazovali väčšiu aktiváciu somatosenzorických kortikálnych oblastí, ktoré spracúvali chuť, keď očakávali konzumáciu [67] (Obrázok 4). Druhé zistenie je v súlade so štúdiou, ktorá udáva zvýšenú východiskovú metabolickú aktivitu glukózy (marker mozgovej funkcie) v somatosenzorických oblastiach, ktoré spracúvajú chuť, vrátane insulácie, u obéznych v porovnaní s chudými subjektmi [68] (Obrázok 3d, napr). Zlepšená aktivita regiónov, ktoré spracúvajú chuť, môže obéznych subjektov uprednostňovať potraviny pred inými prírodnými posilňovačmi, zatiaľ čo znížená aktivácia dopaminergných cieľov skutočnou spotrebou potravy môže viesť k nadmernej spotrebe ako prostriedku kompenzácie slabých DA signálov [69].
Tieto zobrazovacie nálezy sú v súlade so zvýšenou senzitivitou obvodov odmeňovania k podmieneným stimulom (sledovanie vysokokalorických potravín), ktoré predpovedajú odmenu, ale zníženú citlivosť na odmeňujúce účinky skutočnej spotreby potravy na dopaminergných cestách pri obezite. Predpokladáme, že pokiaľ nedôjde k nesúladu medzi očakávanou odmenou a doručením, ktoré túto očakávanosť nespĺňa, bude to podporovať nutkavé stravovanie ako pokus o dosiahnutie očakávanej úrovne odmeny. Hoci zlyhanie očakávanej odmeny je sprevádzané poklesom spaľovania DA buniek u laboratórnych zvierat [70], chápanie tohto poklesu v správaní (ak je odmena za potravu menšia, ako sa očakávalo), nebolo podľa našich vedomostí skúmané.
Súbežne s týmito aktivačnými zmenami obvodov odmeňovania u obéznych subjektov, zobrazovacie štúdie tiež dokumentovali konzistentné zníženie reaktivity hypotalamu na signály sýtosti u obéznych subjektov [71,72].
Dôkaz kognitívnej poruchy u pacientov s nadváhou a obezitou
Existuje stále väčší dôkaz, že obezita je spojená s poškodením určitých kognitívnych funkcií, ako sú výkonná funkcia, pozornosť a pamäť [73-75]. Skutočnosť, že schopnosť potlačiť nutkanie žiť požadované jedlo, sa môže líšiť medzi jednotlivcami a môže byť jedným z faktorov, ktoré prispievajú k ich zraniteľnosti pre prejedanie [34]. Nežiaduci vplyv obezity na kogníciu sa odráža aj vo vyššej prevalencii poruchy pozornosti s hyperaktivitou (ADHD) [76], Alzheimerovej choroby a iných demencií [77], kortikálna atrofia [78] a choroby bielej hmoty [79] u obéznych subjektov. Hoci je známe, že komorbidné zdravotné stavy (napr. Cerebrovaskulárna patológia, hypertenzia a diabetes) ovplyvňujú pozitívne kognície, existuje tiež dôkaz, že vysoký BMI môže sám osebe narušiť rôzne kognitívne domény, najmä výkonnú funkciu [75].
Napriek niektorým nezrovnalostiam medzi štúdiami poskytli údaje zobrazujúce mozog aj dôkaz štrukturálnych a funkčných zmien súvisiacich s vysokým BMI v inak zdravých kontrolách. Napríklad štúdia MRI vykonaná u starších žien pomocou voxelovej morfometrie ukázala negatívnu koreláciu medzi BMI a objemom šedej hmoty (vrátane čelných oblastí), ktorá bola v OFC spojená so zhoršenou výkonnou funkciou [80]. Použitie pozitrónovej emisnej tomografie (PET) na meranie metabolizmu glukózy v mozgu u zdravých kontrolných zvierat ukázalo aj negatívnu koreláciu medzi BMI a metabolickou aktivitou v PFC (dorsolaterálne a OFC) av ACC. V tejto štúdii metabolická aktivita v PFC predpovedala výkonnosť subjektov v testoch výkonnej funkcie [81]. Podobne NMR spektroskopická štúdia zdravého stredného veku a starších kontrol ukázala, že BMI negatívne súvisí s hladinami N-acetyl-aspartát (marker integrity neurónov) v prednej mozgovej kôre a ACC [79,82].
Štúdie na zobrazovanie v mozgu, ktoré porovnávali obéznych a chudobných jedincov, tiež zaznamenali nižšiu hustotu sivých látok v čelných oblastiach (čelný operkulum a stredný frontálny gyrus) a v poststrednom gyrus a putamen [83]. Iná štúdia, ktorá nezistila žiadne rozdiely v objemoch šedej hmoty medzi obéznymi a štíhlymi subjektmi, dokázala pozitívnu koreláciu medzi objemom bielej hmoty v základných mozgových štruktúrach a pomerom pasu: bedra; trend, ktorý bol čiastočne zvrátený diétou [84].
A nakoniec, úloha DA v inhibičnej kontrole je dobre známa a jej narušenie môže prispieť k poruchám správania pri diskontovaní, ako je obezita. Negatívna korelácia medzi BMI a striatálnym D2R bola hlásená u obéznych [58], ako aj u osôb s nadváhou [85]. Ako bolo uvedené vyššie, nižšia než normálna dostupnosť D2R v striatúch obéznych jedincov bola spojená so zníženou metabolickou aktivitou v PFC a ACC [60]. Tieto zistenia zahŕňajú neuroadaptácie v signalizácii DA, ktoré prispievajú k prerušeniu frontálnych kortikálnych oblastí spojených s nadváhou a obezitou. Lepšie pochopenie týchto porúch by mohlo pomôcť viesť stratégie na zmiernenie alebo dokonca zvrátenie špecifických porúch v kľúčových kognitívnych oblastiach.
Napríklad oneskorenie diskontovania, čo je tendencia devalvácie odmeny ako funkcie časového oneskorenia jej dodania, je jednou z najrozsiahlejších skúmaných kognitívnych operácií vo vzťahu k poruchám spojeným s impulzivitou a kompulzívnosťou. Oneskorenie zmeškania bolo najpostiženejším vyšetrovaním u tých, ktorí užívajú drogy, ktorí dávajú prednosť malým, ale okamžitým dôsledkom veľkých, ale oneskorených odmien [86]. Niekoľko štúdií vykonaných u obéznych jedincov tiež ukázalo, že títo jedinci prejavujú preferenciu vysokých a okamžitých odmien, a to aj napriek zvýšenej šanci utrpieť vyššie budúce straty [87,88]. Navyše bola nedávno oznámená pozitívna korelácia medzi BMI a hyperbolickým diskontovaním, pričom budúce negatívne výnosy sú diskontované nižšie ako budúce pozitívne výnosy [89]. Zníženie oneskorenia sa zdá závisieť od funkcie ventrálneho striatu (kde sa nachádza NAc) [90,91] a PFC vrátane OFC [92] a je citlivý na manipuláciu DA [93].
Zaujímavé je, že lézie OFC u zvierat môžu buď zvýšiť alebo znížiť preferenciu okamžitých malých odmien v porovnaní s oneskorenými väčšími odmenami [94,95]. Tento zjavne paradoxný behaviorálny účinok pravdepodobne odráža skutočnosť, že najmenej dve operácie sú spracované prostredníctvom OFC; jedným z nich je prirodzený prínos, prostredníctvom ktorého posilňovač nadobúda stimulačnú motivačnú hodnotu a druhá je kontrola nad pre-silnými naliehanosťami [96]. Dysfunkcia OFC je spojená so zníženou schopnosťou modifikovať stimulačnú motivačnú hodnotu posilňovača ako funkciu kontextu, v ktorom sa vyskytuje (tj znížiť stimulačnú hodnotu potravy s nasýtenosťou), čo môže mať za následok kompulzívnu konzumáciu potravy [97]. Ak je stimul veľmi silne posilnený (ako sú potraviny a indikácie potravín pre obéznych jedincov), zvýšenou príťažlivosťou posilňujúcej látky bude mať za následok zvýšenú motiváciu k jej získaniu, čo sa môže prejaviť ako ochota oneskoriť uspokojenie (napr. dlhé šnúry na nákup zmrzliny).
Avšak v kontextoch, v ktorých je potravina ľahko dostupná, môže rovnaká zvýšená príťažlivosť spôsobiť impulzívne správanie (napríklad nákup a konzumáciu čokolády umiestnenej vedľa pokladníka aj bez predchádzajúceho vedomia túžby takéhoto tovaru). Dysfunkcia OFC (a ACC) zhoršuje schopnosť udržať predpotencie, čo má za následok impulzívnosť a prehnanú oneskorenú diskontnú sadzbu.
Jedlo na zamyslenie
IZ tu zhromaždených dôkazov sa zdá, že podstatná časť obéznych jedincov vykazuje nerovnováhu medzi zvýšenou senzitivitou odmeňovacieho obvodu k podmieneným stimulom spojeným s energeticky hustou potravou a zhoršenou funkciou riadiacich obvodov riadenia, ktoré oslabujú inhibičnú kontrolu nad apetitívnym správaním. Bez ohľadu na to, či táto nerovnováha spôsobuje alebo je spôsobená patologickým prejedaním, fenomén pripomína konflikt medzi odmeňovaním, podmieňovaním a motivačnými okruhmi a inhibičným riadiacim obvodom, ktorý bol hlásený v závislosti [98].
Znalosti získané počas posledných dvoch desaťročí genetických, nervových a environmentálnych základov obezity nepochybujú, že súčasná kríza vyvstala z odpojenia neurobiológie, ktorá vedie k spotrebe potravy u nášho druhu, a bohatosti a rozmanitosti potravinových stimulov, sociálnych a ekonomických systémov. Dobrou správou je, že pochopenie hlboko zakorenených behaviorálnych konštruktov, ktoré podporujú epidémiu obezity, má kľúč k jej prípadnému vyriešeniu (pozri tiež Kolónky 3 a 4).
Referencie
;
