Opombe: Študija razkriva tako preobčutljivost kot hipofrontalnost pri debelih osebah. Obe sta značilnosti možganskih sprememb, povezanih z odvisnostjo.
Presnova glukoze v jedru kaudata v srednjem možganu (A) je bila pri debelih v primerjavi s vitkimi posamezniki (B) bistveno večja.
V večini zahodnih držav je trenutno večje povečanje razširjenosti in resnosti debelosti. Čeprav je debelost običajno posledica prekomernega vnosa energije, trenutno ni jasno, zakaj so nekateri nagnjeni k prenajedanju in pridobivanju teže.
Ker je centralni živčni sistem tesno vključen v obdelavo signalov lakote in nadzor nad vnosom hrane, je možno, da je vzrok za povečanje telesne teže in debelost v možganih.
Raziskovalci z univerze v Turku in univerze Aalto so zdaj našli nove dokaze o vlogi možganov pri debelosti. Raziskovalci so merili delovanje možganska vezja vključen v več metod slikanja možganov.
Rezultati so pokazali, da je bil pri debelih in vitkih posameznikih presnova glukoze v možganih bistveno višja v možganskih striatnih regijah, ki sodelujejo pri obdelavi nagrad. Poleg tega se je sistem nagrajevanja debelih posameznikov močneje odzival na slike hrane, medtem ko so bili odzivi v čelnih kortikalnih regijah, vključenih v kognitivni nadzor, ublaženi.
"Rezultati kažejo, da lahko možgani debelih posameznikov nenehno ustvarjajo signale, ki spodbujajo prehranjevanje, tudi če telo ne bi zahtevalo dodatnega vnosa energije, «Pravi pomožni profesor Lauri Nummenmaa z univerze v Turkuju.
»Rezultati poudarjajo vlogo možganov pri debelosti in pridobivanju teže. Rezultati močno vplivajo na sedanje modele debelosti, pa tudi na razvoj farmakoloških in psiholoških načinov zdravljenja debelosti, «pravi Nummenmaa.
Udeleženci so bili smrtno debeli posamezniki in vitki, zdravi nadzorniki. Njihovi možgani presnova glukoze izmerili s pozitronom emisijska tomografija med pogoji, ko je bilo telo nasičeno v smislu insulinske signalizacije. Odzivi na možgane slike živil so bile merjene s funkcionalno slikanje z magnetno resonanco.
Raziskave financirajo Akademija Finska, Univerzitetna bolnišnica Turku, Univerza v Turku, Univerza Åbo Akademi in Univerza Aalto.
Rezultati so bili objavljeni januarja 27th, 2012 v znanstveni reviji PLoS ONE.
ŠTUDIJA: Dorzalni Striatum in njegova limbična povezanost posredujejo nenormalno anticipativno nagrajevanje v debelosti
Lauri Nummenmaa, Jussi Hirvonen, Jarna C. Hannukainen, Heidi Immonen, Markus M. Lindroos, Paulina Salminen, Pirjo Nuutila .. PLOS ONE, 2012; 7 (2): e31089 DOI: 10.1371 / journal.pone.0031089
Minimalizem
Za debelost je značilno neravnovesje v možganskih krogih, ki spodbuja iskanje nagrade in tistih, ki urejajo kognitivni nadzor. Tukaj prikazujemo, da dorzalno kaudatno jedro in njegove povezave z amigdalo, insulo in prefrontalno skorjo prispevajo k nenormalni predelavi nagrade pri debelosti. Izmerili smo regionalni vnos glukoze v možgane pri bolno debelih (n = 19) in normalno tehtanih (n = 16) preiskovancih z 2- [18F] fluoro-2-deoksiglukozo ([18F] FDG) pozitronska emisijska tomografija (PET) med evglikemično hiperinzulinemijo in s funkcionalnim slikanjem z magnetno resonanco (fMRI), medtem ko je pričakovana nagrada za hrano povzročila večkratne predstavitve apetitivnih in blagih slik hrane. Najprej smo ugotovili, da je bila stopnja vnosa glukoze v jedro dorzalnega kaudata višja pri debelih kot pri osebah z normalno telesno maso. Drugič, pri debelih osebah so se pokazali povečani hemodinamični odzivi v jedru kaudata, medtem ko so pri fMRI opazovali apetitno in blazno hrano. Kaudata je pokazala tudi povečano funkcionalno povezanost z amigdalo in insulo pri debelih v primerjavi s preiskovanci z normalno telesno težo. Nazadnje so imeli debeli preiskovanci manjše odzive na apetitno v primerjavi z blagimi živili v dorsolateralnih in orbitofrontalnih kortiksah kot pri osebah z normalno telesno maso, neuspeh pri aktiviranju dorsolateralne prefrontalne skorje pa je bil povezan z visoko presnovo glukoze v hrbteničnem jedru dorzalnega korda. Te ugotovitve kažejo, da povečana občutljivost na zunanje prehranske signale pri debelosti lahko vključuje nenormalno učenje na odziv na dražljaje in spodbujevalno motivacijo, ki jo ohranjata dorzalno kavtatno jedro, kar je posledično lahko posledica nenormalno visokega vnosa amigdale in insule ter nefunkcionalnega zaviralnega nadzora čelne kortikalne regije. Te funkcionalne spremembe odzivnosti in medsebojne povezanosti nagradnega kroga bi lahko bile kritičen mehanizem za razlago prenajedanja pri debelosti.
Navedba: Nummenmaa L, Hirvonen J, Hannukainen JC, Immonen H, Lindroos MM in sod. (2012) Spodnji strij in njegova limbična povezanost posredujejo nenormalno anticipativno nagrajevanje pri debelosti. PLOŠI EN 7 (2): e31089. doi: 10.1371 / journal.pone.0031089
Editor: Ya-Ping Tang, Center zdravstvenih ved v zvezni državi Louisiana, Združene države Amerike
Prejeto: Avgust 19, 2011; Sprejeto: januar 2, 2012; Objavljeno: februar 3, 2012
Avtorske pravice: © 2012 Nummenmaa et al. To je članek z odprtim dostopom, ki se distribuira pod pogoji licence Creative Commons Attribution, ki dovoljuje neomejeno uporabo, distribucijo in razmnoževanje na katerem koli nosilcu, pod pogojem, da sta originalni avtor in vir zaslužena.
Financiranje: To delo je podprla Finska akademija (donacije #256147 in #251125 http://www.aka.fi) na LN, univerza Aalto (Grant AivoAALTO, http://www.aalto.fi) Fundacija Sigrid Juselius (www.sigridjuselius.fi/foundation) Univerzitetna bolnišnica Turku (donacija EVO) http://www.tyks.fi). Finančniki niso imeli nobene vloge pri načrtovanju študije, zbiranju in analiziranju podatkov, odločitvi za objavo ali pripravi rokopisa.
Konkurenčne koristi: Avtorji so izjavili, da ne obstajajo konkurenčni interesi.
Predstavitev
V večini zahodnih držav je trenutno večje povečanje razširjenosti in resnosti debelosti [1]. Neomejena razpoložljivost okusne hrane je najbolj očiten dejavnik okolja, ki spodbuja debelost [2]in geni, ki spodbujajo hiter vnos energije z visokim vnosom sladkorja in maščob v pogojih pomanjkanja hrane, so postali odgovornost v sodobnih družbah, kjer je visokokalorična hrana vsestransko na voljo. Zato se je za boj proti trenutni epidemiji debelosti nujno razumeti, kateri dejavniki določajo, ali se uživanje hrane zasleduje ali omejuje. Prehranjevanje zagotavlja hranila, hkrati pa tudi močno krepi, saj vzbuja intenzivne občutke užitka in nagrade. Primerjalne študije so pokazale, da ima medsebojno povezano nagrajevalno vezje, sestavljeno iz podkortikalnih (amigdala, hipotalamus, striatum) in frontokortikalnih (motoričnih, premotornih, orbitalnih in medialnih predfrontalnih) območij, ključno vlogo pri usmerjanju apetitnega vedenja [3], [4], [5]. Študije funkcionalnega slikanja pri ljudeh so nadalje pokazale, da podkomponente nagradnega kroga prispevajo k obdelavi zunanjih pripomočkov za živila, kot so slike živil [6], [7], [8], [9]in disfunkcije kroga nagrad so bile povezane tudi z debelostjo in odvisnostjo od drog. [2], [10], [11], [12], [13], [14]. V pričujoči študiji prikazujemo, kako so tonična aktivnost, regionalni odzivi in medsebojna povezanost nagrajevalnega kroga lahko ključni mehanizmi, ki pojasnjujejo prenajedanje in debelost.
Palabilna hrana ima močno motivacijsko moč. Že samo pogled na okusno torto ali vonj naše najljubše hrane lahko vzbudi močno željo po jedi, izpostavljenost takšnim znakom pa lahko preglasi fiziološke signale sitosti in sproži uživanje hrane [15]. Prenajedanje je tako verjetno odvisno od ravnovesja med nagradnim vezjem in omrežji, ki zavirajo iskanje nagrad, kot so dorsolateralni predfrontalni kortiki [16], [17], [18]. Obstoječa literatura iz slikovnih študij pri ljudeh kaže na to, da je za debelost značilno neravnovesje teh sistemov, saj je nagradni krog preobsežen, da nagradi pričakovanje pri debelosti in da zaviralne mreže ne morejo nadzorovati nagradnega vezja [2], [10], [11], [12], [13], [14], [19]. Obstajajo velike individualne razlike v odzivnosti nagradnega kroga na živila, kar je lahko ključni dejavnik, ki prispeva k prenajedanju in debelosti [2]. Nagon za osebnostne lastnosti je pozitivno povezan s hrepenenjem po hrani in telesno težo [20]in študije fMRI so pokazale, da napoveduje tudi odzive ventralnega striatuma na apetitne slike hrane pri posameznikih z normalno težo [21]. Prav tako je občutljivost samoprijavljenega na zunanje prehranske znake pozitivno povezana z medsebojno povezanostjo nagrajevalnega kroga [22]. V skladu s temi ugotovitvami so raziskave fMRI potrdile, da je nagradni krog debelih posameznikov preobčutljiv za samo videnje hrane. Debeli posamezniki kažejo povišane odzive na slike hrane v amigdali, jedru kaudata in sprednji cingulatni skorji [10], [19]in predlagano je, da lahko ta hiperaktivnost dopaminergičnega nagrajevalnega kroga povzroči, da so debeli ljudje nagnjeni k prenajedanju. Študije PET so nadalje pokazale dopaminergične skupnosti mehanizmov zlorabe drog in prekomernega vnosa hrane, kar kaže na to, da je vsaj v nekaterih primerih debelost mogoče označiti kot "zasvojenost s hrano". Dopaminergične poti nagrajevanja v srednjem možganu modulirajo tako uživanje hrane kot drog [23] zlasti z ustvarjanjem občutkov hrepenenja po hrani in drogah [24]in tako zdravila kot hrana učinkujejo okrepljeno s povečanjem dopamina v limbičnih regijah. Bolniki z odvisnostnimi motnjami kažejo tonično nižjo izhodiščno vrednost D2 receptor (D2R) gostota v striatumu in moten izpust dopamina po uporabi zdravila zaradi zlorabe. Podobno kot pri zlorabi drog je tudi uživanje hrane povezano z sproščanjem dopamina v dorzalnem striatumu pri zdravih osebah, količina sproščenega dopamina pa je pozitivno povezana z ocenami prijetnosti hrane [12]. Podobno kot pri bolnikih z zasvojenimi motnjami je tudi pri debelih preiskovancih nižje izhodiščno strij D2R gostota, ki je usmerjena sorazmerno z BMI [11].
Čeprav je spremenjena občutljivost nagradnega vezja lahko kritičen dejavnik, ki pojasnjuje debelost, še vedno ni razvidno, kako natančno nagradno vezje prispeva k predvideni nagradni funkciji pri debelih. Prvič, prejšnje demonstracije zvišanih odzivov na živila pri živilih z normalno težo in pri debelih [10], [19] niso obravnavali razlik v tonski osnovni aktivnosti nagrajevalnega kroga v možganih. Tonično nizka presnova glukoze v prefrontalni skorji napoveduje nizko strijatalno dopamin D2 gostota receptorjev - značilnost neurejenega nagradnega kroga - pri debelih osebah [17]. Vendar, ali tonično delovanje nevronskih mrež, ki predelujejo nagradno nagrado, napoveduje funkcionalne odzive na zunanje prehranske znake, ni znano. Drugič, le nekaj študij je vzelo sistemski pristop za preverjanje, ali bi debelost spremenila funkcionalno povezljivost nagradnega kroga. Medtem ko je nedavna študija slikanja pri zdravih ljudeh pokazala, da je povezanost znotraj človekovega nagrajevalnega kroga odvisna od občutljivosti posameznika na zunanje nasvete hrane [22], drugi, ki vključuje debele in normalno težo ljudi, je predlagal, da je debelost posebej povezana s pomanjkljivo funkcionalno povezanostjo od amigdale do orbitofrontalne skorje (OFC) in povečano povezanostjo od OFC do ventralnega striatuma [25]. Vendar natančni nevronski mehanizmi, na katerih temeljijo te funkcionalne spremembe, ostajajo neznani.
V tej raziskavi smo uporabili multimodalno slikanje možganov s kombiniranjem [18F] FDG PET s fMRI eksperimentom, ki vključuje predhodno nagrado, ki jo sproži predstavitev apetičnih in nežnejših fotografij hrane. Upoštevajte, da čeprav udeležencem dejansko ni bilo podeljenih nagrad, zaradi jedrnosti uporabljamo izraz „predčasna nagrada“, saj gledanje zelo koristnih ciljev, kot so živila, zanesljivo sproži odzive pričakovanja nagrad v ventralnem striatumu, tudi če nobene nagrade dejansko niso dostavljeno [21]. Ugotovljeno je bilo, da je izraba glukoze tesno povezana s pogostostjo spike [26], zato lahko hitrost metabolizma glukoze uporabimo za merjenje tonične aktivacije možganov med mirovanjem. Z uporabo osnovnega hiperinzulinemičnega spona [27] med pregledom PET smo lahko primerjali metabolizem glukoze v možganih debelih in normalne teže posameznikov v razmerah, ko je telo v siti stanju glede signaliziranja insulina. Poskus fMRI nam je omogočil, da primerjamo, ali se posamezniki s prekomerno telesno težo in normalno težo razlikujejo glede na regionalne možganske odzive in učinkovito povezljivost nagradnega kroga med gledanjem apetitne in nežne hrane. Končno, združitev podatkov PET in fMRI nam je omogočila, da smo uporabili regionalne hitrosti presnove glukoze (GMR), pridobljene v PET skeniranju, za napovedovanje možganskih odzivov na apetitna živila v poskusu fMRI.
Materiali in metode
udeleženci
Etični odbor bolnišničnega okrožja Jugozahodne Finske je odobril protokol študije in vsi udeleženci so podpisali obrazce za obveščeno soglasje, ki jih je potrdil etični odbor. Študija je bila izvedena v skladu s Helsinško deklaracijo. Tabela 1 predstavlja povzetek udeležencev. Debelo skupino je sestavljalo devetnajst nevrološko nepoškodovanih morbidno debelih oseb (MITM = 43.87, SDITM = 6.60). Pet od njih je uporabljalo peroralna antidiabetična zdravila in so bili izključeni iz študij PET. Šestnajst nevrološko nedotaknjenih prostovoljnih oseb z normalno težo je služilo kot kontrola (MITM = 24.10, SDITM = 2.07) in so se ujemali s pacienti glede na starost, višino in indekse hipertenzije (tj. Krvnega tlaka). Motnje hranjenja, hude duševne motnje in zloraba snovi so bili merila za izključitev za vse udeležence. En preiskovanec z normalno telesno maso je bil izključen iz analiz podatkov fMRI zaradi prekomernega gibanja glave.
Tabela 1. Značilnosti udeležencev.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t001
Vedenjske meritve
Pred poskusom so udeleženci ocenili svoj občutek lakote z uporabo vizualne analogne lestvice. Po eksperimentu fMRI so udeleženci s pomočjo Manikina za samooceno ocenili valenco (prijetnost v primerjavi z neprijetnostjo) eksperimentalnih dražljajev na računalniku. [28] z lestvico od 1 (neprijetno) do 9 (prijetno).
Pridobitev in analize PET
Študije so bile opravljene po težih 12 na tešče. Preiskovanci, ki so bili vzdržani pijač, ki vsebujejo kofein, in kajenja 24 ur pred raziskavami PET. Prejšnji večer je bila prepovedana vsakršna naporna telesna aktivnost. V antekubitalne vene sta bila vstavljena dva katetra, eden za infuzijo soli, inzulina in glukoze ter injiciranje radiotracerja [18F] FDG in drugo v nasprotno ogreto roko za vzorčenje arterilizirane krvi. Uporabljena je bila tehnika evglikemične hiperinzulinemije, kot je že opisano [27]. Stopnja infuzije insulina je bila 1 mU · kg-1 · Min-1 (Actrapid, Novo Nordisk, Kopenhagen, Danska). Med hiperinzulinemijo smo vzdrževali evglikemijo z intravenskim infuziranjem glukoze 20%. Hitrost infuzije glukoze je bila prilagojena glede na koncentracijo glukoze v plazmi, izmerjeno vsakih 5 – 10 min iz arterirane krvi. V času 100 + −10 minut evglikemične hiperinzulinemične spone, [18F] FDG (189 ± 9 MBq) smo injicirali intravensko preko sekunde 40 in začelo se je dinamično skeniranje možganov 40 min (okviri; 4 • 30 s, 3 • 60 s, 7 • 300 s). Med pregledom so bili odvzeti vzorci arterijske krvi za analizo radioaktivnosti. Za študije PET, kot je bilo opisano prej, je bil uporabljen GE Advance PET skener (General Electric Medical Systems, Milwaukee, WI, ZDA) z ločljivostjo 4.25 mm. [29], [30]. [18F] FDG je bil sintetiziran, kot je opisano prej [31]. Radioaktivnost plazme smo merili z avtomatskim števcem gama (Wizard 1480 3 ″, Wallac, Turku, Finska).
Stopnja absorpcije cerebralne glukoze je bila izmerjena za vsak voxel ločeno od dinamičnih PET pregledov, kot je opisano prej [29], [30], le da je bila uporabljena lumpirana konstanta 0.8 [32]. Normalizacija in statistična analiza parametrov parametrov metabolizma glukoze je bila izvedena s programsko opremo SPM 5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Parametrične slike smo normalizirali v interno predlogo za presnovo glukoze v prostoru MNI z uporabo linearnih in nelinearnih transformacij in jih zgladili z Gaussovim jedrom FWHM 10 mm. Za analizo skupinskih razlik v presnovi glukoze smo uporabili enostavne t-kontraste za normalizirane parametrične slike. Statistični prag je bil nastavljen na p <.001, nepopravljen, z najmanjšo velikostjo grozda 100 sosednjih vokslov. Za korekcije majhnih količin (SVC) v podatkih PET so bile anatomsko določene priori interesne regije znotraj sistema nagrajevanja (kaudatno jedro, amigdala, talamus, otoček in orbitofrontalna skorja) z uporabo WFU pickatlas [33] in AAL [34] atlas.
Eksperimentalni načrt za fMRI
Stimuli in dizajn so povzeti v Slika 1. Stimulacije so bile digitalizirane v barvnih fotografijah apetitivne hrane (npr. Čokolada, pica, zrezek), blage hrane (npr. Leča, zelje, krekerji) in avtomobilov, ki se ujemajo glede na vizualne lastnosti nizke ravni, kot so povprečna svetilnost, kontrast RMS in globalna energija. Neodvisen vzorec zdravih prostovoljcev 29 je s SAM določil valenco (neprijetnost v primerjavi s prijetnostjo) dražljajev. Analiza valenčne ocene (Mapetičen = 6.64, Mbland = 3.93, Mavtomobili = 4.41) ugotovila, da so bila apetitna živila ocenjena kot prijetnejša od nežne hrane, t (28) = 10.97, p <.001 in avtomobili, t (28) = 7.52, p <.001, vendar ni bilo razlik v prijetnosti neprimerne hrane in avtomobilov, t (28) = 1.19.
Slika 1. Eksperimentalna zasnova fMRI in primeri uporabljenih dražljajev.
Udeleženci so si ogledali izmenične epohe 15.75 apetitivne hrane, avtomobilov in nežne hrane. Vsaka epoha je bila sestavljena iz šestih eksperimentalnih dražljajev, psevdonaključno premešanih s tremi ničelnimi dogodki.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g001
Med pregledovanjem so si subjekti ogledali izmenične epohe druge sekunde 15.75, ki vsebujejo šest dražljajev iz ene kategorije (apetitna hrana, nežna hrana ali avtomobili), pomešane s tremi ničelnimi dogodki. Za preučitev implicitne obdelave slik hrane smo uporabili kratka trajanja prikazov dražljajev in vedenjsko nalogo, ki ni bila povezana s hedonsko vrednostjo dražljajev: Posamezno preskušanje je obsegalo 1000 ms predstavitev spodbujevalne slike, ki ji je sledil osrednji nizki kontrast križ (750 ms). Null dogodki so sestavljali 1750 ms predstavitev križa z nizkim kontrastom. Dražljaji za hrano in avtomobile so bili rahlo pomaknjeni v levo ali desno od zaslona, udeleženci pa so bili poučeni, da pritisnejo levi ali desni gumb, v skladu s katero stran je bil dražljaj predstavljen. Pri ničelnih preskusih ni bil potreben odziv. Vrstni red dražljajev v vsaki epohi je bil psevdo randomiziran glede na vrsto preskušanja (dražljaj ali ničnost), tako da ni bilo več kot tri zaporedne preskuse iste vrste. Ta psevdo randomizacija je izboljšala učinkovitost oblikovanja in hkrati ohranila nepredvidljivost spodbudnih napadov pri naivnih udeležencih [35]. Vizualno polje dražljajev je bilo randomizirano in popolnoma uravnoteženo. Skupno je bilo preskusov s hrano za 72 (v epohih 12), preskušanj blage hrane v 72 (v epohah 12) in avtomobilskih preskušanj avtomobilov 144 (v epohah 24). Da bi povečali moč zasnove in preprečili učinke prenašanja apetitnih živil, je bil vrstni red dražljajnih epok določen tako, da je bil epoh dražljajev v avtomobilu vedno predstavljen med epohi apeliranja in blagim dražljajem. Začetna doba naloge je bila med udeleženci izenačena. Skupno trajanje naloge je bilo 14 minut. Udeleženci so nalogo opravili zunaj optičnega bralnika pred začetkom poskusa fMRI.
Nabava in analiza fMRI
Seje skeniranja so potekale okoli jutra ali zgodnjega poldneva (9 am – 2 pm). Udeleženci so bili poučeni, naj se vsaj tri ure pred skeniranjem vzdržijo uživanja hrane in pitja vode. MR slikanje je bilo izvedeno s Philips Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova dvojnim skenerjem v Turku PET centru. Anatomske slike visoke ločljivosti (1 mm)3 ločljivost) so bile pridobljene z uporabo T1-uteženega zaporedja (TR 25 ms, TE 4.6 ms, kot flip 30 °, čas skeniranja 376 s). Celovito-možganski funkcionalni podatki so bili pridobljeni z zaporedjem ehoplanarnega slikanja (EPI), občutljivega na kontrast signala, odvisnega od ravni kisika (BOLD) (TR = 3000 ms, TE = 50 ms, kot nagiba 90 °, 192 mm FOV, matrica 64 × 64, pasovna širina 62.5 kHz, debelina rezine 4.0 mm, reža 0.5 mm med rezinami, 30 prepletene rezine, pridobljene v naraščajočem vrstnem redu). Pridobljeno je bilo skupno 270 funkcionalnih količin, prvi volumni 5 pa so bili zavrženi, da se omogočijo učinki ravnotežja. Podatki so bili predhodno obdelani in analizirani s programsko opremo SPM5 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Slike EPI so bile pravočasno interpolirane, da se popravijo razlike v časovnem razrezu in so bile izvedene s prvim pregledom s togo telesnimi transformacijami, da se popravijo premiki glave. EPI in strukturne slike so bile registrirane in normalizirane na standardno predlogo T1 v prostoru MNI (Montreal Neurological Institute (MNI) - Mednarodni konzorcij za kartiranje možganov) z uporabo linearnih in nelinearnih transformacij ter zglajene z Gaussovim jedrom FWHM 8-mm.
Analiza regionalnih učinkov
Model dvosmernih naključnih učinkov je bil izveden z dvostopenjskim postopkom (prva in druga stopnja). Ta analiza naključnih učinkov je ocenila učinke na podlagi medsebojne variance in tako omogočila sklepanje o populaciji, iz katere so bili udeleženci pridobljeni. Za vsakega udeleženca smo z GLM ocenili regionalne učinke parametrov naloge na BOLD indekse aktivacije. Model je vključeval tri eksperimentalne pogoje (apetična hrana, neprimerna hrana in avtomobili) in učinke brez zanimanja (parametri preusmeritve), da bi upoštevali varianco, povezano z gibanjem. Odmik nizkofrekvenčnega signala smo odstranili z visokofrekvenčnim filtrom (prekinitev 128 sek) in uporabili AR (1) modeliranje časovnih avtokorelacij. Posamezne kontrastne slike so bile ustvarjene z uporabo kontrastnih aromatičnih živil, pa tudi za glavni učinek živil (tj. Apetizirajoča in mehka hrana proti drugim zanimivim učinkom). Analiza druge stopnje je te kontrastne slike uporabila v novem GLM in ustvarila statistične slike, to je zemljevide SPM-t. Z uravnoteženimi načrti na prvi ravni (tj. Podobnimi dogodki za vsakega subjekta, v podobnem številu) ta analiza na drugi ravni tesno približuje resnično zasnovo mešanih učinkov, tako znotraj kot med varianto predmeta. Začetna analiza je pokazala, da noben kontrast med dvema skupinama na drugi ravni ni bil pomemben, če je bila uporabljena stroga korekcija stopnje lažnega odkrivanja (FDR) pri p <.05. V skladu s tem je bil statistični prag nastavljen na p <.005, nepopravljen, z najmanjšo velikostjo grozda 20 sosednjih vokslov za primerjave med skupinami.
Psihofiziološka interakcija (PPI) v splošnem linearnem modelu (GLM)
Fiziološka povezanost med dvema možganskima regijama se lahko razlikuje glede na psihološki kontekst [36] znana kot psihofiziološka interakcija (PPI). PPI je mogoče prepoznati s splošnimi linearnimi modeli, občutljivimi na kontekstualno modulacijo kovariance, povezane z nalogami. V nasprotju z dinamičnim modeliranjem priložnostnih modelov ali modeliranjem strukturnih enačb omrežne povezljivosti PPI ne zahtevajo določenega anatomskega modela. Namesto tega se začne z 'izvorno' regijo in identificira vse druge 'ciljne' voksele / grozde v možganih, s katerimi je ta vir povezano s kontekstom. Ciljne regije niso povezane samo z nalogo ali kontekstom, temveč medsebojno vplivanje teh dejavnikov. Pomembni PPI sami po sebi ne kažejo smeri ali nevrokemije vzročnih vplivov med izvornimi in ciljnimi regijami, niti o tem, ali povezljivost posredujejo mono- ali poli-sinaptične povezave, niti sprememb strukturne nevroplastičnosti od epohe do epohe. Vendar kažejo interakcije med regionalnimi sistemi, rezultati PPI pa so v skladu z drugimi metodami povezovanja, kot je dinamično vzročno modeliranje [37].
Pravo kaudatno jedro je bilo uporabljeno kot izvorno območje za analize povezanosti za apetitni minus kontrast nežne hrane. Globalni maksimum (2, 8, 4) za to regijo pri debelih na drugi stopnji in kontrastu normalne teže v analizah podatkov PET (glej spodaj) je bil uporabljen za izpeljavo statistično neodvisne ocene za središče izvorne regije; to učinkovito ščiti pred „dvojnim potapljanjem“ pri izbiri izvorne regije [38]ter omogočila teoretično verodostojno integracijo podatkov PET in fMRI. Na tej lokaciji je bila ustvarjena sferična ROI s polmerom 10 mm. Časovna serija za vsakega udeleženca je bila izračunana z uporabo prvega lastnega parametra iz vseh časovnih vrst voxlov v ROI. Ta BOLD časovna serija je bila razveljavljena za oceno "nevronskih časovnih vrst" za to regijo z uporabo privzetih parametrov PPI-dekonvolucije v SPM5 [39]. Izraz psihofiziološke interakcije (regresor PPI) je bil izračunan kot izdelek po elementu časovne serije nevronskih ROI in vektorski kodiranja glavnega učinka naloge (tj. 1 za apetično hrano, −1 za mehko hrano). Ta izdelek je nato ponovno prepletal kanonična funkcija hemodinamičnega odziva (hrf). Model je vključeval tudi glavne učinke naloge, ki jih prinaša hrf, "nevronske časovne vrste" za vsak "vir" in regresorje gibanja kot učinke, ki niso zanimivi. Subjektni modeli PPI [36] izvajali so in ustvarjali kontrastne slike za pozitivne in negativne PPI. Ta celotna možganska analiza opredeljenih regij ima večjo ali manjšo spremembo povezanosti z izvorno regijo glede na kontekst (tj. Apetizirano v primerjavi z nežno hrano). Kontrastne slike so bile nato vnesene v analize druge ravni GLM zaradi nasprotja interesov in SPM t-zemljevidi, ustvarjeni z uporabo Gaussove teorije naključnega polja za izdelavo statističnih sklepov.
Rezultati
Vedenjske meritve
Ocenjevanje valenčne valencije smo analizirali z 3 (dražljaj: apetitna hrana v primerjavi z nežno hrano v primerjavi z avtomobili) × 2 (skupina: debelost v primerjavi z normalno težo) mešana ANOVA. To je pokazalo, da se ocene valencnosti med posameznimi kategorijami dražljajev močno razlikujejo, F (2,60) = 6.01, p = .004, ηp2 = .17, vendar so bili podobni pri debelih skupinah in skupinah z normalno težo (F = 1.46). Večkratne primerjave z Bonferronnijevimi popravki so pokazale, da so udeleženci okusna živila ocenili kot prijetnejša od nežne hrane, t (31) = 4.67, p <.001 ali avtomobilov, t (31) = 2.76, p = .01, vendar niso ocenili blage živila bolj prijetna kot avtomobili, t (31) = .41. Ocene lakote so bile enake tudi med bolniki in kontrolnimi skupinami (p> .05).
Presnova glukoze v možganih
Debeli preiskovanci so imeli bistveno večji metabolizem glukoze v desnem kaudatskem jedru kot pri osebah z normalno telesno maso (X = 4, Y = 8, Z = 4, T = 3.97, p = .03, SVC) (Slika 2), vendar ne na katerem koli drugem prednostnem območju, ki vas zanima (amigdala, talamus, ingula ali orbitofrontalna skorja).
Slika 2. PET pregledi z 2- [18F] FDG med evglikemično hiperinzulinemijo kažejo, da je hitrost metabolizma glukoze (GMR, µmol / 100 g * min) v desnem kaudatskem jedru (X = 4, Y = 8, Z = 4) je bil bistveno večji pri debelih kot pri osebah z normalno telesno maso (p<.05, SVC).
Plošča A prikazuje statistično parametrično karto učinka med skupino, plošča B prikazuje predmetne vrednosti GMR v jedru kaudata.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g002
Regionalni učinki pri fMRI
Pri vseh preiskovancih je kontrastna apetitna in nežna hrana povzročila močno aktivacijo nagradnega kroga. Oživitve aktivacije so bile opažene v medialni prefrontalni skorji, sprednjem cingulatskem girusu, desnem ventralnem striatumu, dvostranski zadnjični izoli ter zadnjem cingulatskem girusu in precuneusu (Slika 3, Tabela 2). Vendar pa je analiza med skupinami pokazala, da je kodiranje za predhodno nagrado odvisno od debelosti. Odziv na vso hrano (apetitno in blazno) je bil pri debelih kot pri osebah z normalno telesno maso večji v levi amigdali, hipokampusu, zadnjični cingulatni skorji in fusiformnem girusu, pa tudi desnem somatosenzoričnem korteksu. Vendar so bili odzivi pri debelih kot pri osebah z normalno telesno maso v levem nadrejenem čelnem girusu. Tabela 3 predstavlja povzetek teh aktivacijskih žarišč.
Slika 3. Območja možganov pri vseh preiskovancih kažejo povečan odziv na apetitno in nežno hrano.
Prehrambena hrana je povečala aktivnost v sprednji (ACC) in zadnji cingulativni skorji (PCC), medialni predfrontalni skorji (mPFC), desnem repnem jedru (CAUD) in dvostranski otoki (INS). Podatki so narisani pri p <.005, nepopravljeni za vizualni pregled.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g003
Tabela 2. Možganske regije kažejo povečan odziv na apetitno in nežno hrano pri vseh preiskovancih, p <.05 (popravljeno FDR).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t002
Tabela 3. Razlike med možganskimi odzivi med vsemi skupinami (debeli v primerjavi z normalno težo in normalno težo v primerjavi s prekomerno telesno težo) na vse (apetitne in nežne) slike hrane, p <.005 (unc.).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t003
Nato smo vprašali, ali bodo debeli subjekti pokazali večje funkcionalne odzive na apetitno in ne na nežno hrano. V ta namen smo uporabili analizo interakcij med skupino (debelo, z normalno telesno maso) in vrsto hrane (apetično, blazno). Skladno s napovedjo, da bo debelost povezana z hiperaktivnostjo v nagradnem krogu, je bil odziv na apetično v primerjavi z blagimi živili v desnem jedru kaudata večji pri debelih kot pri ljudeh z normalno telesno maso (Slika 4a, Tabela 4). V nasprotju s tem so imeli debeli preiskovanci manjše odzive na apetitno v primerjavi z blagimi živili kot pri osebah z normalno telesno maso v levi izoli, stranskem čelnem korteksu, vrhunski parietalni lobuli, desnem orbitofrontalnem korteksu in vrhunskem temporalnem girusu (Slika 4b, Tabela 4). Tako se zdi, da imajo debeli preiskovanci neravnovesje v regionalnih funkcionalnih odzivih na pričakovano nagrado s hrano: večji odzivi v jedru kaudata in manjši odzivi v več čelnih kortikalnih regijah
Slika 4. Diferencialni BOLD odzivi na apetitno in nežno hrano pri osebah z normalno telesno maso in pri debelih v kavtatnem jedru in sprednji insuli.
Odzivi možganov na apetitno in nežno hrano so bili večji v glavi desnega repnega jedra (CAUD) debelih bolnikov, medtem ko so bili odzivi na apetitno in nežno hrano večji v desni sprednji otoki (INS) posameznikov z normalno težo. . Podatki so narisani pri p <.005, nepopravljeni za vizualni pregled.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g004
Tabela 4. Razlike med možganskimi odzivi na apetitno in nežno hrano med skupinami (debeli v primerjavi z normalno težo in normalno težo v primerjavi s prekomerno telesno težo), p <.005 (unc.).
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.t004
Na koncu preučimo, ali je tonična hiperaktivnost kaudata jedra opažena v [18F] PET-skeniranje FDG bi napovedovalo nenormalno pričakovano nagrado na fMRI, najprej smo iz parametričnih slik GMR izvlekli predmetne vrednosti GMR v jedru kaudata. Nato smo te vrednosti uporabili kot regresor v modelu druge stopnje, ki je primerjal BOLD odzive na apetitno in blazno hrano v fMRI. Ta analiza je pokazala, da povečana presnova glukoze v jedru kaudata napoveduje manjše odzive na apetitno nasproti blagi hrani, zlasti v desnem bočnem čelnem korteksu (Slika 5). Ta ugotovitev je skladna z nezadostnim zaviralnim nadzorom nadkostnih sistemov nagrajevanja s strani čelne skorje.
Slika 5. Visoka koncentracija metabolizma glukoze (GMR, µmol / 100 g * min) v kavtatnem jedru med 2- [18F] FDG PET skeniranjem je bila v eksperimentu fMRI negativno povezana z odzivi na apetizirano v primerjavi z nežno hrano v desnem bočnem čelnem korteksu (LFC).
Plošča A prikazuje območje, kjer je bila opažena razlika, plošča B prikazuje razpršenost odzivov GMR in BOLD.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g005
Psihofiziološke interakcije
Potem ko smo našli dokaze o osrednji vlogi kavdatega jedra pri posredovanju nenormalne pričakovane nagrade pri debelosti, smo nato vprašali, ali ima ta možganska regija nenormalno funkcionalno povezano povezanost z drugimi ključnimi možganskimi regijami, kot je limbični sistem. To pomeni, da smo vprašali, katere možganske regije bi imele osrednje mesto pri moduliranju pričakovane aktivnosti, povezane z nagrado v kavdatem jedru, medtem ko bi gledali apetitno in nežno hrano. S psihofiziološkimi interakcijami smo ugotavljali funkcionalno povezljivost kaudatnega jedra, pri čemer smo v središču semenske regije uporabili voksel z največjo razliko v presnovi glukoze v podatkih PET. Ugotovili smo, da so debeli preiskovanci pokazali bistveno močnejšo povezanost med desnim repnim jedrom in desno bazolateralno amigdalo (X = 33, Y = −5, Z = −16, T = 3.92, p <.005, unc.), Primarno somatosenzorično skorjo (X = 39, Y = −13, Z = 32, T = 3.63, p <.005, unc.) In zadnja otoka (X = 30, Y = 14, Z = 18, T = 3.47, p <.005, unc .) kot osebe z normalno težo (Slika 6).
Slika 6. Učinkovita povezljivost.
Pri ogledu apetitne in nežne hrane je bila učinkovita povezava med desnim repnim jedrom in desno amigdalo (AMY), otokom (INS) in somatosenzorično skorjo (SSC) večja pri debelih kot pri osebah z normalno težo. Podatki so narisani pri p <.005, nepopravljeni za vizualni pregled.
doi: 10.1371 / journal.pone.0031089.g006
Razprava
Ta študija razkriva posebne načine, s katerimi debelost spreminja odzivnost in funkcionalne povezave nagradnega vezja v možganih. Rezultati natančneje poudarjajo osrednjo vlogo hrbtnega repnega jedra, regije, ki spodbuja običajno učenje in spodbudno motivacijo, pri vključevanju različnih nevronskih vložkov v postopek pričakovane nagrade za hrano. Med hiperinsulinemijo, doseženo s hiperinsulinemično euglikemično objemko, je imelo hrbtno repno jedro pri debelih preiskovancih višjo bazalno presnovo kot pri osebah z normalno težo. Poskus fMRI je pokazal, da čeprav so debeli in preiskovanci z normalno telesno težo podobno poročali o prijetnosti prehranskih dražljajev, so dražljaji sprožili različne vzorce aktivacije možganov in spremembe v povezljivosti v obeh skupinah. Ko so bila apetizirana in mehka živila v primerjavi med seboj, je kavdasto jedro pokazalo večji odziv pri debelih osebah. Nasprotno pa debeli subjekti kot odziv na hrano niso aktivirali zaviralnih regij skorje, kot sta dorzolateralna in orbitofrontalna skorja; ta pojav je bil pomembno povezan tudi z višjo bazalno presnovo glukoze v hrbtnem kavdatem jedru. Nazadnje, prav isti predel hrbtnega kavdatega jedra, ki je pokazal povišan metabolizem glukoze pri debelih v primerjavi z udeleženci z normalno težo, je pokazal tudi povečano povezljivost z amigdalo in zadnjo otočko pri debelih osebah, medtem ko so gledali apetizirajočo hrano. Pomembno je, da so te učinke opazili v pogojih, ko udeleženci niso bili namerno pozorni na vsebino spodbudnih slik. Rezultati torej kažejo, da implicitno nagrajevanje vizualnih znakov za prehranjevanje modulira debelost, kar lahko pojasni, zakaj imajo debeli posamezniki težave z omejevanjem prehranjevanja, ko vidijo visokokalorično hrano. Kljub temu moramo opozoriti, da je mogoče, da so bili udeleženci do neke mere vključeni v eksplicitno obdelavo nagrad, čeprav je bila vedenjska naloga neodvisna od vrednosti nagrad za slike hrane. V skladu s tem morajo prihodnje študije ugotoviti, ali se lahko debeli posamezniki in osebe z normalno težo razlikujejo glede na implicitno in eksplicitno obdelavo nagrad.
Regionalne razlike v Caudate jedru
Hrbtno jedro hrbtenice je bilo vključeno v navadno učenje, odziv na dražljaj, motivacijo in kondicioniranje, slikarske študije pri ljudeh pa kažejo, da prispeva k različnim funkcijam, povezanim z nagrajevanjem signalizacije in odvisnosti. Bolniki z odvisnostjo od drog kažejo nižjo izhodiščno vrednost D2 receptor (D2R) gostota v striatumu in moten izpust dopamina po uporabi zdravila zaradi zlorabe [40]. Uživanje hrane je povezano tudi s sproščanjem dopamina v dorzalnem striatumu pri zdravih osebah, količina sproščenega dopamina pa je pozitivno povezana z ocenami prijetnosti hrane [12]. V eksperimentih z fMRI je bila aktivacija jedra kaudata povezana s hrepenenjem po določeni hrani [8]Ugotovljeno je bilo, da pri debelih osebah pokažejo povišane strijske reakcije na slike hrane [10]. Debeli preiskovanci so znižali tudi osnovno črto striatal D2Gostota R in predlagano je, da to odraža znižanje regulacije, ki kompenzira pogosta prehodna povečanja dopamina zaradi nenehnega precenjevanja nagradnega kroga z uživanjem drog ali uživanjem drog [11].
Z uporabo hiperinzulinemične spone smo simulirali situacijo, ko je telo v smislu insulinske signalizacije v nasičenem stanju. Čeprav ta pristop v celoti ne simulira fiziološke sitosti zaradi pomanjkanja orosenske stimulacije in sproščanja hormonov iz črevesja, je dokazano, da placebo nadzorovana intravenska glukoza poveča hormonske markerje sitosti [41] in dopaminergično aktivnost v nagradnem krogu pri moških [42]. Ugotovili smo, da dorzalni striatum debelih oseb ostane hiperaktiven v primerjavi s preiskovanci z normalno telesno težo med hiperinzulinemično sponko. Ker vpenjanje vzdržuje stabilno raven glukoze v krvi, povišana presnova glukoze pri debelih osebah med vpenjanjem kaže, da lahko kvasno jedro pri debelih prispeva k hrepenenju po hrani, tudi kadar koncentracije glukoze v krvi ne moremo znižati. Poleg tega lahko kaudat zaradi svoje vključenosti v implicitno učenje in oblikovanje navad prispeva k predelavi tako implicitnih (obrobnih) kot eksplicitnih (vizualnih, orosenskih) signalov sitosti. Ti signali lahko posledično privedejo do prenajedanja, tudi če telo ne bi potrebovalo dodatnega vnosa energije.
Ugotovljeno je bilo, da pri debelih osebah D2Razpoložljivost R v striatumu je negativno povezana s presnovo frontokortikalne glukoze [43]. Naši kombinirani podatki PET-fMRI so bili primerljivi s temi ugotovitvami. Ko smo metabolizem glukoze v jedru kaudata uporabili kot regresor za modeliranje funkcionalnih odzivov na apetizirano v primerjavi z blagimi živili pri fMRI, smo ugotovili pomembno negativno povezanost s presnovo glukoze v jedru kaudata in prefrontalnih BOLD odzivov (Slika 5). Skladno s tem lahko neuspeh pri vključevanju predfrontalnih mehanizmov, ki prispevajo k zaviralnemu nadzoru in pripisovanju tiščanja, lahko spodbudi prenajedanje z znižanjem praga za nagradno signalizacijo v jedru kaudata. Vendar pa je treba omeniti tudi nekatere predhodne študije [19] so poročali o zvišanih frontalnih odzivih na slike hrane pri debelih v primerjavi z normalno telesno težo. Verjetno so ta neskladja med študijami odraz ukvarjanja čelne skorje, ki je odvisen od nalog: medtem ko je naša raziskava vključevala implicitno obdelavo na kratko predstavljenih živil, so Rothemund in sodelavci uporabili razmeroma dolgo predstavitev spodbud s spominsko nalogo. Tako je možno, da debeli posamezniki ne bodo mogli aktivirati kognitivnih krmilnih vezij, zlasti kadar živilskih izdelkov, ki si jih ogledujejo, eksplicitno ne obdelajo. Skladno s tem to kaže, da bi lahko celo "nevidne" ali brez nadzora hrane v različnih oglasih sprožile močne pozive k prehranjevanju pri debelih ljudeh.
Učinkovita povezanost Caudate Nucleus in Amygdala
Amigdala je vključena v zgodnje faze obdelave nagrad [44]in prikazuje dosledne odzive na vizualne predstavitve živil [6], [22]. Posamezne razlike v obeh nagradah [21] in telesna teža [10] znano je, da vplivajo na amigdalane odzive na vizualne predstavitve živil. V tej študiji smo tudi ugotovili, da je bil odziv amigdale na hrano pri debelih preiskovan. Poleg tega smo ob pregledu učinkovitih vzorcev povezovanja (PPI) kaudata jedra ugotovili, da je povezanost jedrskega jedra in ipsilateralne amigdale pri debelih osebah zvišana. Na splošno se ti podatki ujemajo s predhodnimi ugotovitvami pri osebah z normalno telesno maso, ki kažejo, da na učinkovito povezanost amigdale in stratuma vplivajo posamezne razlike v želji po samostojnem poročanju po jedi („zunanja občutljivost za hrano“) [22]. Kljub temu da so prejšnje študije pokazale, da je v napovedovanje nagrade vključen zlasti ventralni striatum [21] in da na povezavo med ventralnim striatumom (nucleus acumbens) in amigdalo vpliva zunanja občutljivost za hrano [22], smo ugotovili, da debelost vpliva na sklopitev amigdale in več hrbtnih delov jedra kaudata. Dokazi o vlogi dorzalnega striatuma pri predelavi nagrad so precej mešani, nekatere študije pa ga povezujejo s predhodno obdelavo [45] in druge na konzumirajoče [46] nagrade. Kljub temu je vloga dorzalnega striatuma v kodiranju povezav med dejanji in rezultati za morebitne nagrade veliko bolje ugotovljena [47], [48]. Zato predlagamo, da večkratna izpostavljenost okusni hrani pri debelosti povzroči močna združenja in preferenciranje odzivanja na spodbudo za hrano in implicitno vključene ocene rezultatov v zvezi s potencialnimi nagradami pri debelih posameznikih tako modulirajo medsebojno povezanost med amigdalo in dorzalnim striatumom ob pogledu na živila.
Razlaga pomembnega PPI je, da obstajajo različni angažmaji anatomske povezave kot funkcije psihološkega konteksta. Čeprav PPI ni mogoče uporabiti za razkrivanje obstoja takšnih povezav ali ne, je verjetno, da PPI, ki smo jih opazili, odražajo spremembe v angažiranju neposrednih anatomskih povezav med semenskim in ciljnim območjem, ker so takšne neposredne anatomske povezave med striatomom in amigdalo podprte. s sledenjem študij pri drugih primatih [49], [50]. Kljub temu pa PPI ne moremo uporabiti za sklep o usmerjenosti opazovane povezanosti, zato ne moremo reči, ali i) povečana presnova glukoze v kaudatskem jedru poveča povezanost med kavnetnim jedrom in amigdalo ali ii) povečani vnosi amigdale povečajo metabolizem glukoze v jedru kaudata.
Amygdala nevroni lažje iščejo nagrado s svojimi projekcijami na striatum [44]. Stimulacija µ-opioidnih receptorjev v striatumu sproži prenajedanje, vendar to lahko preprečimo z inaktivacijo amigdale [51], [52]. V skladu s tem lahko povišana amigdalo-strijalna povezanost povzroči tonično povečanje aktivnosti kaudata jedra, kar bi lahko bil kritični mehanizem, ki pojasnjuje prenajedanje pri debelosti. Skupaj bi lahko amigdala sodelovala pri pričakovani nagradi s hrano z dodeljevanjem čustvene valencije apetitnim prehrambnim vzorcem in vplivanjem na naučene in kompulzivne vzorce prehranjevanja z izboljšano povezanostjo z jedrom hrbteničnega dna.
Učinkovita povezanost Caudate Nucleus in Insula
Analize PPI so pokazale, da je bila med debelostmi in normalno telesno maso medsebojna povezanost med hrbtnim striatumom in posteriorno izolacijo povečana, medtem ko so bili pri debelih oseb regionalni odzivi na apetitno in nežno hrano v prednji izoli manjši. Sprednja izola integrira avtonomne in visceralne signale v motivacijske in čustvene funkcije, medtem ko se zdi, da zadnja izola temelji na somatosenzorični, vestibularni in motorični integraciji ter spremlja telesno stanje [53]. Nedavno delo kaže tudi, da lahko somatosenzorična signalizacija v izoli znatno prispeva k zasvojenosti, zlasti s pozivi k uživanju droge zlorabe (glej pregled v ref. [53]). Predhodne študije PET in fMRI so povezale insulo s predelavo prijetnosti zunanjih živil [8], [9], [46], vendar periferni signali, kot je leptin, vplivajo tudi na odzivnost na videnje hrane. Pri odraslih s pomanjkanjem leptina je otoški odziv na apetitno hrano večji med pomanjkanjem leptina kot med nadomeščanjem leptina [54]. Poleg tega pri debelih osebah s pomanjkanjem leptina nadomeščanje leptina duši izolacijske odzive na ogled apetitne hrane [55]. Ker insula obdeluje tako notranje (tj. Hormonske) kot zunanje (tj. Vizualne) prehranske naloge, povezane s hrano [56]Motnje v tej integraciji notranjih in zunanjih napak lahko povzročijo, da bodo debeli subjekti bolj nagnjeni k prenajedanju na vidu živil zaradi povišane povezanosti zaradi otoka in hrbtenice. Ker je zadnja insula vključena v nadziranje telesnih stanj, bi lahko okrepljena povezanost med zadnjo insulo in dorzalnim kaudatastim jedrom nagovarjala, da bi odpoklicani prikazi post-prandialnih somatskih stanj izol lahko potencialno okrepili prehranjevalno vedenje s spodbujevalnim učenjem, ki ga hrani dorzalno kaudatno jedro. [18]. V skladu s tem pojmom je kavkatovo jedro pokazalo tudi večjo povezanost z nalogami s somatosenzorično skorjo pri debelosti, kar je potrdilo, da lahko zgolj vizualne podobe hrane sprožijo somatske občutke, povezane s prehranjevanjem. Ti občutki lahko dodatno spodbujajo hranjenje tudi brez fizioloških signalov lakote [15]. Kljub temu je treba opozoriti, da so nekatere predhodne študije odkrile odzivnost sprednjih otokov na pričakovane in zaužitne nagrade, povezane s hrano, pri debelih in ne vitkih posameznikov [10], [57]. Čeprav teh jasnih ugotovitev nimamo jasne razlage, je možno, da lahko odražajo razlike v populaciji debelih predmetov, vključenih v študije, kot so prehranjevalna prehrana in navade, pa tudi genetski in hormonski dejavniki.
Omejitve in prihodnje usmeritve
Ena očitna omejitev te študije je bila, da kljub veliki velikosti vzorca (n = 35) primerjave med skupinami za podatke fMRI niso bile pomembne, če so bile popravljene za več primerjav. Čeprav so bile v predvidenih regijah opažene razlike med skupinami, je pri razlagi rezultatov treba biti previden. Poleg tega je treba poudariti, da nismo mogli v celoti razmejiti natančnega psihološkega mehanizma, ki ima za posledico povišane možganske odzive na slike hrane pri debelih ljudeh. Čeprav smo pridobili ocene zaznane prijetnosti („všečkov“) živil, so bila ta podobna pri ljudeh z debelo in normalno težo. V skladu s tem povišana všečnost apetitne hrane pri debelosti verjetno ne bo prispevala k razlikam v možganskih odzivih. Vendar bi se lahko špekuliralo, da je lahko hrepenenje po hrani, ne pa všeč, ključni dejavnik, ki modulira odzivanje možganov na slike hrane pri debelosti. V podporo tej hipotezi se je izkazalo, da čeprav je pri debelih in z normalno telesno težo posameznikov podobno živilo, je hrepenenje po hrani, ki je posledica stresa, pri debelih veliko večje. [58]. V prihodnjih študijah funkcionalnega slikanja bi bilo zato nujno odvrniti „hrepenenje“ in „všeč“ odzive na hrano pri debelih in ljudeh z normalno telesno težo. Glede na to, da so odzivi na hrepenenje posredovani z dopaminergično vezjo nagrajevalnega kroga, [24]bi bilo nujno izvesti kombinirane študije nevrotransmiterja-PET-fMRI, v katerih bi lahko preizkusili, ali na primer razpoložljivost striatnega dopamina pri debelih in vitkih posameznikih napoveduje odzive nagradnega kroga na zunanjo stimulacijo s hrano.
zaključek
Pokažemo, da je debelost povezana s povišano koncentracijo glukoze v kavtatnem jedru, pa tudi s spremenjenimi regionalnimi odzivi in spremenjeno povezanostjo nagrajevalnega kroga, ko opazimo apetitno proti blagim jedem. Ti podatki vzporedno z ugotovitvami o spremenjenem delovanju možganov pri odvisniških motnjah in podpirajo stališče, da lahko debelost deli skupni nevronski substrat z odvisnostmi [2], [59]. Natančneje, povečana občutljivost na zunanje prehranske signale pri debelosti lahko vključuje nenormalno učenje odziva na dražljaje in motivacijo spodbude, ki jo ohranja dorzalno kavtatno jedro, kar je lahko posledica nenormalno visokega vnosa amigdale in zadnje posteljice ter nefunkcionalnega zaviralnega nadzora s strani čelnega kortikalne regije. Te funkcionalne spremembe odzivnosti in medsebojne povezanosti nagradnega vezja in kognitivnih nadzornih sistemov so lahko kritičen mehanizem, ki pojasnjuje prenajedanje pri obiskuy.
Študija je bila izvedena v finskem centru odličnosti molekularnega slikanja v kardiovaskularnih in presnovnih raziskavah, podprli so jo Finska akademija, Univerza v Turku, Univerzitetna bolnišnica v Turku in Univerza Åbo Academy. Zahvaljujemo se radiografom Turku PET Center za pomoč pri zbiranju podatkov, pa tudi udeležencem, ki so omogočili to študijo.
Zasnovali in zasnovali poskuse: LN JH PN. Izvedli poskuse: LN JH JCH HI MML PS. Analizirani podatki: LN JH JCH HI. Napisal je papir: LN JH PN.
Reference
WHO (2000) Debelost: preprečevanje in obvladovanje svetovne epidemije. Poročilo posvetovanja SZO. Svetovni zdravstveni organ za tehnične izdelke 894: i – xii, 1 – 253. Poišči ta članek na spletu
Volkow ND, Wise RA (2005) Kako nam lahko odvisnost od drog pomaga razumeti debelost? Naravna nevroznanost 8: 555 – 560. Poišči ta članek na spletu
Berridge KC (1996) Nagrada za hrano: Brain substrati želja in všečkov. Nevroznanost in biobehevioralni pregledi 20: 1 – 25. Poišči ta članek na spletu
Ikemoto S, Panksepp J (1999) Vloga jedra obkroži dopamin v motiviranem vedenju: poenotela razlaga s posebnim sklicevanjem na iskanje nagrade. Ocene možganskega raziskovanja 31: 6 – 41. Poišči ta članek na spletu
Kelley AE (2004) Ventralno strijatalni nadzor apetitne motivacije: Vloga pri zaužitju in vedenju pri učenju. Nevroznanost in biobehevioralni pregledi 27: 765 – 776. Poišči ta članek na spletu
Killgore WDS, Young AD, Femia LA, Bogorodzki P, Rogowska J, et al. (2003) Kortikalna in limbična aktivacija med gledanjem visokokaloričnih živil. NeuroImage 19: 1381 – 1394. Poišči ta članek na spletu
LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, et al. (2001) Lakota selektivno modulira aktivacijo kortikolimimba na dražljaje hrane pri ljudeh. Vedenjska nevroznanost 115: 493 – 500. Poišči ta članek na spletu
Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD (2004) Slike želje: aktivacija hrepenenja po hrani med fMRI. NeuroImage 23: 1486 – 1493. Poišči ta članek na spletu
Wang GJ, Volkow ND, Telang F, Jayne M, Ma J in sod. (2004) Izpostavljenost apetitnim dražljajem hrane izrazito aktivira človeške možgane. Neuroimage 21: 1790 – 1797. Poišči ta članek na spletu
Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW Iii, Twieg DB, Knowlton RC, et al. (2008) Široka aktivacija sistema nagrajevanja pri debelih ženskah kot odziv na slike visokokalorične hrane. NeuroImage 41: 636 – 647. Poišči ta članek na spletu
Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT in sod. (2001) Možganski dopamin in debelost. Lancet 357: 354 – 357. Poišči ta članek na spletu
Majhen DM, Jones-Gotman M, Dagher A (2003) S sprostitvijo dopamina, ki ga povzroča hranjenje v dorzalnem striatumu, je v korelaciji z oceno prijetnosti obrokov pri zdravih človeških prostovoljcih. NeuroImage 19: 1709 – 1715. Poišči ta članek na spletu
Kelley AE, Berridge KC (2002) Nevroznanost naravnih nagrad: Ustreznost odvisnikom. Časopis za nevroznanost 22: 3306 – 3311. Poišči ta članek na spletu
Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F (2008) Prekrivanje nevronskih vezij pri odvisnosti in debelosti: dokaz patologije sistemov. Filozofski posli kraljeve družbe B-Biological Sciences 363: 3191 – 3200. Poišči ta članek na spletu
Cornell CE, Rodin J, Weingarten H (1989) Stimulusno prehranjevanje, ko je nasičeno. Physiol Behav 45: Poišči ta članek na spletu
Koob GF, Volkow ND (2010) Nevrocirkuitrija odvisnosti. Neuropsychopharmacology 35: 217 – 238. Poišči ta članek na spletu
Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK idr. (2008) Nizki dopaminski striptični receptorji D2 so povezani s prefrontalnim metabolizmom pri debelih osebah: Možni dejavniki, ki prispevajo. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Poišči ta članek na spletu
Verdejo-Garcia A, Bechara A (2009) Somatična teorija odvisnosti. Nevrofarmakologija 56: 48 – 62. Poišči ta članek na spletu
Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R in sod. (2007) Diferencialna aktivacija dorzalnega striatuma z visokokaloričnimi vizualnimi dražljaji hrane pri debelih osebah. NeuroImage 37: 410 – 421. Poišči ta članek na spletu
Franken IHA, Muris P (2005) Posamezne razlike v občutljivosti nagrad so povezane s hrepenenjem po hrani in relativno telesno težo pri zdravih ženskah. Apetit 45: 198 – 201. Poišči ta članek na spletu
Beaver JB, Lawrence AD, van Ditzhuijzen J, Davis MH, Woods A et al. (2006) Posamezne razlike v nagradi napovedujejo nevronske odzive na slike hrane. Časopis za nevroznanost 26: 5160 – 5166. Poišči ta članek na spletu
Passamonti L, Rowe JB, Schwarzbauer C, poslanec Ewbank, von dem Hagen E in sod. (2009) Osebnost napoveduje odziv možganov na ogled apetizirajočih živil: nevronska osnova dejavnika tveganja za prenajedanje. J Neurosci 29: 43–51. Poišči ta članek na spletu
Dagher A (2009) Nevrobiologija apetita: lakota kot odvisnost. Mednarodni časopis za debelost 33: S30 – S33. Poišči ta članek na spletu
Berridge KC, Ho CY, Richard JM, DiFeliceantonio AG (2010) Zamikani možgani jedo: Užitek in želja po kroženju debelosti in motenj hranjenja. Raziskave možganov 1350: 43 – 64. Poišči ta članek na spletu
Stoeckel LE, Kim J, Weller RE, Cox JE, Cook EW Iii, idr. (2009) Učinkovita povezanost mreže nagrad pri debelih ženskah. Bilten o raziskavah možganov 79: 388 – 395. Poišči ta članek na spletu
Sokoloff L (1999) Energetika funkcionalne aktivacije v nevronskih tkivih. Nevrokemijske raziskave 24: 321 – 329. Poišči ta članek na spletu
DeFronzo RA, Tobin JD, Andres R (1979) Glukozna spona: metoda za količinsko določanje izločanja in odpornosti inzulina. AmJPhysiol 237: E214 – E223. Poišči ta članek na spletu
Bradley MM, Lang PJ (1994) Merjenje čustev - Maneken za samooceno in pomenski diferencial. Časopis za vedenjsko terapijo in eksperimentalno psihiatrijo 25: 49–59. Poišči ta članek na spletu
Kaisti KK, Langsjo JW, Aalto S, Oikonen V, Sipila H in sod. (2003) Učinki sevoflurana, propofola in dodatka dušikovega oksida na regionalni možganski pretok krvi, porabo kisika in količino krvi pri ljudeh. Anesteziologija 99: 603 – 613. Poišči ta članek na spletu
Kaisti KK, Metsahonkala L, Teras M, Oikonen V, Aalto S in sod. (2002) Vplivi kirurške ravni anestezije propofola in sevoflurana na cerebralni krvni pretok pri zdravih osebah, preučenih s pozitronsko-emisijsko tomografijo. Anesteziologija 96: 1358 – 1370. Poišči ta članek na spletu
Hamacher K, Coenen HH, Stocklin G (1986) Učinkovita stereospecifična sinteza brez dodanih nosilcev 2- [F-18]-fluoro-2-deoksi-D-glukoza z uporabo nukleofilne nadomestke, ki je podprta z aminopolitikom. Časopis za nuklearno medicino 27: 235 – 238. Poišči ta članek na spletu
Graham MM, Muzi M, Spence AM, O'Sullivan F, Lewellen TK, et al. (2002) FDG je stalnica v normalnih človeških možganih. Časopis za nuklearno medicino 43: 1157 – 1166. Poišči ta članek na spletu
Maldjian JA, Laurienti PJ, Kraft RA, Burdette JH (2003) Avtomatizirana metoda za zasliševanje podatkovnih nizov fMRI na osnovi nevroanatomskih in citoaritektonskih atlasov. Neuroimage 19: 1233 – 1239. Poišči ta članek na spletu
Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, Crivello F, Etard O in sod. (2002) Avtomatsko anatomsko označevanje aktivacij v SPM z uporabo makroskopske anatomske parcelacije možganov MNI MRI z enim subjektom. Neuroimage 15: 273 – 289. Poišči ta članek na spletu
Amaro E, Barker GJ (2006) Študijska zasnova v MRI: Osnovna načela. Možgani in spoznanje 60: 220 – 232. Poišči ta članek na spletu
Friston KJ, Buechel C, Fink GR, Morris J, Rolls E in sod. (1997) Psihofiziološke in modulacijske interakcije v nevro slikanju. NeuroImage 6: 218 – 229. Poišči ta članek na spletu
Passamonti L, Rowe JB, Ewbank M, Hampshire A, Keane J in sod. (2008) Povezava od ventralnega prednjega cingulata do amigdale se modulira z afektivno motivacijo kot odgovor na obrazne signale agresije. NeuroImage 43: 562 – 570. Poišči ta članek na spletu
Kriegeskorte N, Simmons WK, PSF Bellgowan, Baker CI (2009) Krožna analiza v sistemski nevroznanosti: nevarnosti dvojnega potapljanja. Naravna nevroznanost 12: 535 – 540. Poišči ta članek na spletu
Gitelman DR, Penny WD, Ashburner J, Friston KJ (2003) Modeliranje regionalnih in psihofizioloških interakcij v fMRI: pomen hemodinamske dekonvolucije. NeuroImage 19: 200 – 207. Poišči ta članek na spletu
Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Swanson JM (2004) Dopamin pri zlorabi drog in zasvojenosti: izhaja iz slikovnih študij in posledic zdravljenja. Molekularna psihiatrija 9: 557 – 569. Poišči ta članek na spletu
Haltia LT, Savontaus E, Vahlberg T, Rinne JO, Kaasinen V (2010) Akutne hormonske spremembe po intravenskem izzivu glukoze pri vitkih in debelih človeških osebah. Scandinavian Journal of Clinical & Laboratory Investigation 70: 275–280. Poišči ta članek na spletu
Haltia LT, Rinne JO, Merisaari H, Maguire RP, Savontaus E in sod. (2007) Vplivi intravenske glukoze na Dopaminergično delovanje v človeških možganih in vivo. Synapse 61: 748 – 756. Poišči ta članek na spletu
Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK idr. (2008) Nizki dopaminski striptični receptorji D2 so povezani s prefrontalnim metabolizmom pri debelih osebah: Možni dejavniki, ki prispevajo. NeuroImage 42: 1537 – 1543. Poišči ta članek na spletu
Ambroggi F, Ishikawa A, Fields HL, Nicola SM (2008) Bazolateralni amigdalani nevroni olajšajo vedenje pri nagrajevanju z vznemirljivimi nevroni, ki obdajajo jedra. Nevron 59: 648 – 661. Poišči ta članek na spletu
Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Logan J, Jayne M in sod. (2002) Motivacija "nonhedonic" hrane pri ljudeh vključuje dopamin v dorzalnem striatumu in metilfenidat ta učinek še poveča. Synapse 44: 175 – 180. Poišči ta članek na spletu
Majhen DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M (2001) Spremembe v možganski aktivnosti, povezane z uživanjem čokolade - od užitka do odpornosti. Možgani 124: 1720–1733. Poišči ta članek na spletu
O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, et al. (2004) Nezdružljive vloge ventralnega in dorzalnega striatuma v instrumentalnem kondicioniranju. Znanost 304: 452 – 454. Poišči ta članek na spletu
Balleine BW, Delgado MR, Hikosaka O (2007) Vloga dorzalnega striatuma pri nagrajevanju in odločanju. Časopis za nevroznanost 27: 8161 – 8165. Poišči ta članek na spletu
Russchen FT, Bakst I, Amaral DG, cena JL (1985) Amygdalostriatal Projections in the Monkey - Anterograde Tracing Study. Raziskave možganov 329: 241–257. Poišči ta članek na spletu
Friedman DP, Aggleton JP, Saunders RC (2002) Primerjava hipokampalnih, amigdalanih in perifernih projekcij na jedro jedra: Kombinirana anterogradna in retrogradna študija sledenja v možganih makake. Časopis za primerjalno nevrologijo 450: 345 – 365. Poišči ta članek na spletu
Will MJ, Franzblau EB, Kelley AE (2004) Amigdala je ključnega pomena za uživanje maščob z opioidi, ki jih povzroča opioid. NeuroReport 15: 1857 – 1860. Poišči ta članek na spletu
Baldo BA, Alsene KM, Negron A, Kelley AE (2005) Hiperfagija, ki jo povzroča zaviranje lupine nukleusnega akumulatorja s pomočjo receptorja GABAA: Odvisnost od nepoškodovanega nevronskega izhoda iz osrednje amigdaloidne regije. Vedenjska nevroznanost 119: 1195 – 1206. Poišči ta članek na spletu
Naqvi NH, Bechara A (2009) Skriti otok zasvojenosti: insula. Trendi v nevroznanosti 32: 56 – 67. Poišči ta članek na spletu
Baicy K, London ED, Monterosso J, Wong ML, Delibasi T in sod. (2007) Nadomeščanje leptina spreminja možganske odzive na prehrano pri odraslih z pomanjkanjem leptina. Zbornik Nacionalne akademije znanosti 104: 18276 – 18279. Poišči ta članek na spletu
Rosenbaum M, Sy M, Pavlovič K, Leibel RL, Hirsch J (2008) Leptin obrača spremembe izgube teže v reakcijah nevronske aktivnosti na vizualne dražljaje hrane. Časopis za klinične preiskave 118: 2583 – 2591. Poišči ta članek na spletu
Cornier MA, Salzberg AK, Endly DC, Bessesen DH, Rojas DC, et al. (2009) Učinki prekomernega hranjenja na odziv nevronov na vizualno hrano pri tankih in zmanjšanih debelih osebah. PLOŠI EN 4: e6310. Poišči ta članek na spletu
Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Small DM (2008) Razmerje med nagrajevanjem in vnosom hrane s predvidenim vnosom hrane v debelost: študija funkcionalne magnetne resonance. Časopis za nenormalno psihologijo 117: 924 – 935. Poišči ta članek na spletu
Lemmens SG, Rutters F, Born JM, Westerterp-Plantenga MS (v tisku) Stres poveča pomanjkanje hrane in vnos energije pri osebah s prekomerno telesno težo, če ni lakote. Fiziologija in vedenje v tisku, popravljeni dokaz.
Nathan PJ, Bullmore ET (2009) Od hedonike okusa do motivacijske vožnje: osrednji mu-opioidni receptorji in vedenje. International Journal of Neuropsychopharmacology 12: 995 – 1008. Poišči ta članek na spletu
;
