Povezava nagrade od vnosa hrane in pričakovanega vnosa hrane v debelost: študija s funkcijsko magnetno resonanco (2008)

. Avtorski rokopis; na voljo v PMC 2009 maj 13.

PMCID: PMC2681092

NIHMSID: NIHMS100845

Eric Stice in Sonja Spoor

Oregon Research Institute

Cara Bohon

Oddelek za psihologijo, Univerza v Oregonu

Marga Veldhuizen in Dana Mala

JB Pierce Laboratory, Univerza Yale

Minimalizem

Preizkusili smo hipotezo, da imajo debeli posamezniki večjo nagrado od uživanja hrane (nagrajevanje s hrano) in pričakovanega uživanja (pričakovana nagrada za hrano) kot vitki posamezniki, ki uporabljajo funkcionalno slikanje z magnetno resonanco (fMRI) pri dekletih mladostnic 33 (M starost = 15.7 SD = 0.9) .

OBebe glede na vitke mladostnice so pokazale večjo aktivacijo dvostransko v gustatorni skorji (sprednji in srednji izoli, čelni operkulum) in v somatosenzoričnih regijah (parietalni operkulum in rolandski operkulum) kot odgovor na pričakovani vnos čokoladnega mlečnega kolača (v primerjavi z brez okusa) in na dejanska poraba mlečnega kolača (v nasprotju z brez okusa); te možganske regije kodirajo senzorične in hedonske vidike hrane.

Vendar, obela glede na vitka mladostniška dekleta je pokazala tudi zmanjšano aktivacijo v kavnetnem jedru in odziv na porabo mlečnega potreska v primerjavi z raztopino okusa, lahko tudi zato, ker imajo zmanjšano razpoložljivost receptorjev za dopamin.

Rezultati kažejo, da lahko posamezniki, ki kažejo večjo aktivacijo v skorji in somatosenzoričnem območju kot odziv na pričakovanje in uživanje hrane, vendar se v striatumu med zaužitjem hrane pokažejo šibkejše, tvegajo prenajedanje in posledično povečanje telesne mase.

ključne besede: debelost, predčasna nagrada za hrano, nagrada za konzumno hrano, fMRI

Debelost je kronična bolezen, ki je v ZDA zaslužena s smrtjo več kot 111,000 letno, ki so v veliki meri posledica aterosklerotične cerebrovaskularne bolezni, koronarne bolezni srca, kolorektalnega raka, hiperlipidemije, hipertenzije, bolezni žolčnika in diabetes mellitus (). Na žalost izbira zaradi debelosti povzroči le prehodno izgubo teže () in večina programov za preprečevanje debelosti ne zmanjša tveganja za prihodnje povečanje telesne teže (). Ti posegi imajo lahko omejeno učinkovitost, ker je naše razumevanje etioloških procesov še vedno nepopolno. Čeprav je bilo ugotovljeno, da je debelost rezultat pozitivnega energijskega ravnovesja, ni jasno, zakaj imajo nekateri ljudje tako težaven čas, da uravnotežijo vnos kalorij z odhodki.

Ena izmed možnih razlag je, da imajo nekateri posamezniki nepravilnosti v subjektivnem nagrajevanju zaradi vnosa hrane ali pričakovanega vnosa, ki povečujejo tveganje za debelost. Nekateri znanstveniki domnevajo, da pri debelih osebah pride do večje aktivacije mezo limbičnega sistema nagrajevanja kot odziva na vnos hrane (potrošniška nagrada za hrano), kar lahko poveča tveganje za prenajedanje (; ). To je podobno modelu občutljivosti za okrepitev zlorabe snovi, ki določa, da nekateri ljudje kažejo večjo reaktivnost nagradne sheme za psihoaktivna zdravila (). V nasprotju s tem pa drugi domnevajo, da se pri debelih posameznikih manj odziva na mezo limbični sistem nagrajevanja kot odziv na vnos hrane, zaradi česar prekomerno prekomerno nadomestijo to pomanjkanje (; ). To je podobno tezi o sindromu pomanjkanja nagrad, ki nakazuje, da se ljudje obrnejo na uživanje alkohola in drog, da bi spodbudili počasno nagradno vez (). Tretja hipoteza je, da večja pričakovana nagrada zaradi zaužite hrane (predhodna nagrada za hrano) poveča tveganje za prenajedanje (; ).

Iz dveh dokazov je razvidno, da je morda smiselno razlikovati med nagradi za hrano in predčasno nagrado za hrano. Prvič, študije na živalih kažejo, da se vrednost nagrajevanja hrane preusmeri iz porabe hrane na pričakovano porabo hrane po kondicioniranju, pri čemer pavki, povezani s porabo hrane, začnejo prinašati predhodno nagrado za hrano. Naivne opice, ki niso doživele nagrade v okolju, so pokazale aktiviranje mezotelencefalnih dopaminskih nevronov le kot odgovor na okus hrane; vendar je po kondicioniranju dopaminergična aktivnost začela predhoditi oddajo nagrade in sčasoma je največjo aktivnost izzvala pogojena dražljaja, ki sta napovedovala bližnjo nagrado in ne dejanski prejem hrane (; ). ugotovili, da se je največja dopaminergična aktivacija zgodila v pričakovanju, ko so se podgane približale in pritiskale na drog, kar je prineslo nagrado za hrano in aktiviranje se je dejansko zmanjšalo, ko je podgana prejela in pojedla hrano. Prav zares, ugotovili, da je bila aktivnost dopamina večja v jedrih podgan pri podganah pogojenih dražljajev, ki ponavadi signalizirajo prejem hrane kot po dostavi nepričakovanega obroka. Drugič, kako trdi udeleženci zaslužijo prigrizek za hrano pri prevajalski nalogi (ki jo bodo kasneje lahko uživali), je močnejši napovedovalec ad lib kalorični vnos, kot so ocene prijetnosti okusov prigrizkov (; ). Ti podatki kažejo tudi, da je pričakovana nagrada od vnosa hrane močnejša določitev kaloričnega vnosa kot nagrada, ki jo doživite, ko je hrana dejansko zaužita. Kolektivno ti podatki nakazujejo, da je pri proučevanju možnih dejavnikov tveganja za debelost morda koristno razlikovati med nagradi za hrano in predčasno nagrado za hrano.

Študije slikanja možganov so odkrile regije, za katere se zdi, da pri posameznikih z normalno telesno maso kodirajo uživanje hrane. Uživanje okusne hrane v primerjavi z uživanjem neprijetne hrane ali brez okusa povzroči večjo aktivacijo orbitofrontalne skorje (OFC) in čelnega operkuluma / insule, pa tudi večje sproščanje dopamina v dorzalnem striatumu (; ; ). Druge študije slikanja možganov so identificirale regije, za katere se zdi, da kodirajo pričakovano nagrado s hrano pri ljudeh z normalno težo. Pričakovano prejemanje okusne hrane v primerjavi s pričakovanim prejemanjem neprijetne hrane ali brez okusa ima za posledico večjo aktivacijo v OFC, amigdali, cingulatskem girusu, striatumu (kvasno jedro in vložki), ventralnem tegmentalnem območju, srednjem možganu, parahippocampalnem girusu in fusiformu gyrus (; ). Te študije kažejo, da so nekoliko izrazite možganske regije vključene v pričakovanje in uživanje hrane, vendar da obstaja nekaj prekrivanja (OFC in striatum). Do zdaj sta samo dve študiji neposredno primerjali aktivacijo kot odgovor na pričakovano in zaužitje nagrajevanja s hrano, da izoliramo regije, ki kažejo večjo aktivacijo kot odziv na eno fazo nagrajevanja s hrano v primerjavi z drugo. Pričakovanje prijetnega okusa v primerjavi z dejanskim okusom je povzročilo večjo aktivacijo dopaminergičnega srednjega mozga, jedra v žilah in zadnjega desnega amigdala (). Druga študija je pokazala, da je pričakovanje prijetne pijače povzročilo večjo aktivacijo amigdale in mediodorsalnega talamusa, medtem ko je prejem pijače povzročil večjo aktivacijo v levem izolatu / operkulumu (Small et al, 2008). Ti dve študiji kažeta, da so amigdala, srednji možgan, jedra jedra in mediodorzalni talamus bolj odzivni na pričakovano porabo v primerjavi s porabo hrane, medtem ko je čelni operkulum / izola bolj odziven na porabo v primerjavi s pričakovano porabo hrane. Tako se zdi, da razpoložljivi dokazi kažejo, da so bile v kodiranje predhodne in zaužitne hrane vključene različne možganske regije, čeprav bo potrebnih več raziskav, preden bodo mogoče trdne ugotovitve.

Nekatere ugotovitve se zdijo skladne s tezo, da imajo debeli ljudje večjo nagrado za hrano, čeprav ni jasno, ali ugotovitve odražajo motnje v uživanju in pričakovano nagrado za hrano. Debeli v primerjavi s pusto posamezniki se spominjajo, da je hrana z veliko maščob in z visoko vsebnostjo sladkorja prijetnejši okus in poročajo, da je prehranjevanje bolj okrepljeno (; ; ). Otroci, ki jim grozi debelost zaradi starševske debelosti, so okusi hrane z visoko vsebnostjo maščob prijetnejši in kažejo bolj hrepeneč način hranjenja kot otroci vitkih staršev (; ). Debeli otroci pogosteje jedo brez lakote () in delajo hrano težje kot vitki otroci (). Hrepenenje po hrani, ki ga poročajo sami, je pozitivno povezano s telesno maso in objektivno izmerjenim vnosom kalorij (; ; ; ). Debeli odrasli poročajo o močnejšem hrepenenju s hrano z veliko maščobami in sladkorjem (; ) in delati za več hrane kot vitki odrasli (; ). Morbidno debeli v primerjavi s vitkimi posamezniki so pokazali večjo metabolično aktivnost v mirovanju v ustnem somatosenzornem korteksu, predelu, povezanem z občutkom v ustih, ustnicah in jeziku (), kar lahko naredi prve občutljivejše za koristne lastnosti vnosa hrane in poveča tveganje za prenajedanje.

Do danes je malo študij slikanja možganov primerjalo možgansko aktivacijo kot odziv na predstavitev slikovite hrane ali dejanske hrane med debelimi verzi vitkih posameznikov. Ena od raziskav je pokazala, da se je aktivacija desnega parietalnega in časovnega kortiksa po izpostavljenosti slikoviti hrani pri debelih ženskah, vendar ne vitkih ženskah, in da je bila ta aktivacija pozitivno povezana z oceno lakote (). ugotovili večji odziv hrbtenice striatuma na slike visokokalorične hrane pri debelih odraslih verzih in puščajo, da je telesna masa pozitivno korelirala z odzivom na inguli, klaustrumu, cingulatu, somatosenzorični skorji in stranskem OFC. ugotovili večjo aktivacijo v medialnem in lateralnem OFC, amigdali, ventralnem striatumu, medialni prefrontalni skorji, insuli, sprednji cingulativni skorji, ventralnem pallidumu, kavdati in hipokampusu odziva na slike visokokalorične hrane (v primerjavi z nizkokalorično hrano) za debele sorodnike nagniti posameznike. Vendar pa je aktivacija OFC in cingulata kot odziv na ogled slik okusnih živil negativno korelirala z ITM pri ženskah z normalno telesno težo (Killgore & Yargelun-Todd, 2005). ugotovili, da dorzalna izola in zadnjični hipokampus ostaja nenormalno odziven na uživanje hrane pri prej debelih v primerjavi s vitkimi posamezniki, kar je privedlo do zaključka, da lahko ti nenormalni odzivi povečajo tveganje za debelost.

Druge ugotovitve so bolj skladne s predstavo, da lahko pri debelih posameznikih pride do manjše nagrade za hrano. ugotovili, da se D2 receptorji zmanjšajo v striatumu pri obolelih debelih posameznikih, sorazmerno z njihovo telesno maso, kar kaže na to, da kažejo zmanjšano vezavo dopaminskih receptorjev v mezo limbičnem sistemu. Čeprav še ni treba ugotoviti, ali pri debelih osebah kažejo zmanjšano gostoto receptorjev D2 glede na vitke posameznike, imajo debele podgane nižjo bazalno raven dopamina in zmanjšano izražanje receptorjev D2 kot vitke podgane (; ; ), vendar debele podgane kažejo več faznega sproščanja dopamina med hranjenjem kot vitke podgane (). Poleg tega vitki in debeli odrasli z alelom TaqI A1, ki je povezan z zmanjšanimi D2 receptorji in šibkejšo signalizacijo dopamina, bolj delujejo, da zaslužijo hrano v operantskih paradigmah (, ). Ti rezultati odmevajo dokaze, da so zasvojenost z vedenjem, kot so alkohol, nikotin, marihuana, kokain in heroin, povezana z zmanjšano gostoto receptorjev D2 in zamaknjeno občutljivostjo mezolimbičnih vezij za nagrajevanje (; ). menijo, da lahko primanjkljaj receptorjev D2 posamezniku nagovarja k uporabi psihoaktivnih zdravil ali prenajedanju za povečanje počasnega sistema nagrajevanja z dopaminom. Vendar pa je možno, da prenajedanje hrane z veliko maščob in z veliko sladkorja vodi do zmanjšanja regulacije D2 receptorjev (), vzporedni nevronski odziv na kronično uporabo psihoaktivnih zdravil (). Študije na živalih kažejo, da ponavljajoč vnos sladke in mastne hrane povzroči znižanje regulacije D2 receptorjev in zmanjšano občutljivost na D2 (; Kelley, Will, Steininger, Xhang in Haber, 2003); spremembe, ki se pojavijo kot odziv na zlorabo snovi.

Skratka, vse več je dokazov, da lahko debeli posamezniki kažejo splošne nepravilnosti pri nagrajevanju hrane v primerjavi s vitkimi posamezniki. Natančneje, debeli v primerjavi s pusto posamezniki poročajo o večji hrepenenju po hrani z veliko maščobe / z visoko vsebnostjo sladkorja, ugotovijo, da jedo bolj okrepljeno, kažejo večjo aktivacijo somatosenzoričnega korteksa v mirovanju in kažejo večjo reaktivnost gustatorne skorje na vnos hrane in predstavitev hrane oz. slikovito hrano. Kljub temu pa obstajajo tudi dokazi, da debeli posamezniki kažejo hipofunkcijski striatum, kar jih lahko spodbudi k prenajedanju, da spodbudijo počasno mrežo nagrajevanja ali pa so posledica znižanja receptorjev. Eden od dejavnikov, ki bi lahko prispevali k mešanim ugotovitvam, je, da so številne študije uporabile ukrepe samoporočanja, ki bi lahko bili zavajajoči, ker lahko tisti, ki se borijo s prenajedanjem, domnevajo, da jim hrana bolj koristi, kar vpliva na to, kako izpolnijo tehtnico. Poleg tega lestvice samoporočanja verjetno prikličejo pričakovano nagrado zaradi vnosa hrane ali spomin na nagrado zaradi vnosa hrane, ne pa nagrade, ki jo je doživel med uživanjem hrane, saj študije niso merile zaznane nagrade med zaužitjem hrane. Poleg tega so ugotovitve iz samoporočanja in vedenjskih ukrepov občutljivi na pristranskost družbene zaželenosti. Poleg tega je malo raziskav dejansko vključevalo vnos hrane ali izpostavljenost pravi hrani, kar lahko omeji ekološko veljavnost ugotovitev. Morda je najpomembneje, da prejšnje študije niso uporabile paradigme, ki je bila posebej zasnovana za oceno posameznih razlik v potrošniški in pričakovani nagradi za hrano pri primerjavi debelih z vitkimi posamezniki. Zato menimo, da bi bilo koristno uporabiti objektivne paradigme slikanja možganov, ki neposredno merijo aktiviranje nagradnega vezja kot odziv na vnos hrane in predviden vnos hrane. Kolikor nam je znano, študije niso uporabile slikanja možganov, da bi preverile, ali pri debelih posameznikih med diferencirano hrano ali pričakovano porabo glede na vitke posameznike prihaja do diferencialne aktivacije nagrad.

Ta študija je želela bolj popolno opisati naravo posameznih razlik v nevronskem odzivu na hrano z uporabo objektivne metodologije slikanja možganov z upanjem, da bo izboljšano razumevanje nevroloških substratov, ki povečujejo tveganje za debelost, spodbudilo etiološke modele in oblikovalo učinkovitejše preventivne metode in posegi zdravljenja. Prejšnje ugotovitve smo razširili tako, da smo preučili aktivacijo kot odziv na prejem čokoladnega mlečnega kolača v primerjavi z okusno raztopino (nagrada za konzumno hrano) in kot odgovor na napotke, ki nakazujejo, da je treba čokoladni mlečni kolač v primerjavi z raztopino brez okusa (pričakovana nagrada za hrano) med debelimi in vitkimi posamezniki. Hipotetizirali smo, da bi pri debelih v primerjavi z vitkimi posamezniki v reakciji na pričakovanje in porabo mlečnega potresa pokazali večjo aktivacijo gustatorne skorje in somatosenzorično skorjo ter manj aktivacijo v striatumu. Hipotetizirali smo tudi, da bi telesna masa udeležencev pokazala linearne odnose do aktivacije v teh možganskih regijah. Mladostnike smo preučevali, ker smo želeli zmanjšati tveganje, da bi dolga zgodovina debelosti povzročila znižanje receptorjev, ki je posledica kronično bogate prehrane. Ženske smo preučevali, ker je bil glavni cilj te študije preizkusiti, ali nepravilnosti pri nagrajevanju hrane korelirajo z bulimično patologijo, kar je pri moških redko.

Metoda

udeleženci

Udeleženci so bili zdrava mladostniška dekleta 44 (M starost = 15.7; SD = 0.93); 2% azijskih / pacifiških otočanov, 2% afroameričanov, 86% evropskih Američanov, 5% domorodcev in 5% mešane rasne dediščine. Udeleženci večje študije dijakinj srednjih šol, za katere se zdi, da izpolnjujejo merila za vključitev v to študijo slikanja, so vprašali, ali jih zanima sodelovanje v študiji o nevronskem odzivu na predstavitev hrane. Izključeni so tisti, ki so v preteklih mesecih 3 poročali o prehranjevanju ali kompenzacijskem vedenju, kakršni koli uporabi psihotropnih zdravil ali prepovedanih drog, poškodbah glave z izgubo zavesti ali trenutni psihiatrični motnji osi I. Podatki udeležencev 11 niso bili analizirani, ker so med skeniranjem pokazali prekomerno gibanje glave; 4 je pokazal tako izrazito premikanje glave, da so skeniranja prekinjena in premikanje glave za še en 7 preseglo 2 mm (M = 2.8 mm, območje 2 – 8 mm). Ker izkušnje kažejo, da vključitev udeležencev, ki prikazujejo gibanje glave večje od 1 mm, vnaša prekomerno odstopanje napak, take udeležence vedno izključimo iz svojih raziskav (npr. , ; ). Rezultat je bil končni vzorec udeležencev 33 (območje indeksa telesne mase = 17.3 – 38.9). Lokalni odbor za pregled institucij je odobril ta projekt. Vsi udeleženci in starši so dali pisno soglasje.

Ukrepi

Telesna masa

Indeks telesne mase (BMI = kg / m)2) je bila uporabljena za izražanje adiposidnosti (). Po odstranitvi čevljev in plaščev smo s stadiometrom izmerili višino na najbližji milimeter in s pomočjo digitalne lestvice ocenili težo na najbližji 0.1 kg. Dobljeni sta bili dve merili višine in teže. BMI korelira z neposrednimi meritvami skupne telesne maščobe, kot je dvojna energijska rentgenska absorptiometrija (r = .80 do .90) in z zdravstvenimi ukrepi, vključno s krvnim tlakom, škodljivimi lipoproteinskimi profili, aterosklerotičnimi lezijami, nivojem insulina v serumu in diabetesom mellitusom v mladostniških vzorcih (). Na konvencijo (), debelost je bila določena s pomočjo 95th v odstotkih BMI za starost in spol na podlagi preteklih nacionalno reprezentativnih podatkov, ker ta opredelitev natančno ustreza meji ITM, ki je povezana s povečanim tveganjem za zdravstvene težave, povezane s telesno težo (). Mladostniki z indeksom BMI pod 50th odstotkovtil s pomočjo teh zgodovinskih norm je bil opredeljen kot vitko. Med udeleženci 33, ki so posredovali uporabne podatke fMRI, je bil 7 uvrščen med debele, 11 je bil uvrščen med vitke, preostali udeleženci 15 pa so se uvrstili med ta dva skrajnosti.

paradigma fMRI

Udeleženci so bili pozvani, da uživajo svoje redne obroke, vendar naj se vzdržijo uživanja in pitja (vključno s kofeinskimi pijačami) za ure 4 – 6 neposredno pred sejo slikanja za namene standardizacije. To obdobje odvzema smo izbrali za zajetje lakote, ki jo večina posameznikov izkusi, ko pristopijo k naslednjem obroku, to je čas, ko bi posamezne razlike v nagradi s hrano logično vplivale na vnos kalorij. Večina udeležencev je zaključila paradigmo med 16: 00 in 18: 00, vendar je podmnožica dokončala skeniranje med 11: 00 in 13: 00. Pred slikovno sejo so se udeleženci seznanili s paradigmo fMRI skozi prakso na ločenem računalniku.

Paradigma milkshake je bila zasnovana za preučevanje potrošniške in pričakovane nagrade za hrano. Stimuli so bili predstavljeni v 4 ločenih optičnih pregledih. Stimuli so bili sestavljeni iz črnih oblik 3 (diamant, kvadrat, krog), ki so označevale dostavo 0.5 ml čokoladnega mlečnega kolača (zajemalke 4 vanilije Haagen-Daz, 1.5 skodelice mleka 2% in žlice 2 čokolade Hershey sirup), brez okusa ali brez raztopine. Čeprav je bilo uparjanje namigov z dražljaji in trajanje predstavitve dražljajev naključno določeno med udeleženci, nismo razporedili vrstnega reda predstavitve med udeleženci. Raztopina brez okusa, ki je bila zasnovana tako, da posnema naravni okus sline, je bila sestavljena iz 25 mM KCl in 2.5 mM NaHCO3 (). Uporabili smo umetno slino, ker ima voda okus, ki aktivira skorjo okusa (Zald in Pardo, 2000). Pri 50% poskusov s čokolado in brez okusa ni bil dostavljen, kot je bilo pričakovano, da bi omogočil preiskavo živčnega odziva na pričakovanje okusa, ki ni bil zamenjan z dejanskim prejemom okusa (neparni poskusi) (Slika 1). Paradigma je zanimala šest dogodkov: (1) čokoladna mlečna tresljaja, ki ji sledi okus mlečnega potreska (parna mlečna tuljava), (2) prejem okusa milkshake-a (dostava milkshake-ja), (3) čokoladna milkshake-iztočnica, ki ji ne sledi okus milkshake-a ( neparna mlečna tuljava), (4) brez okusa raztopine, ki ji sledi raztopina brez okusa (seznanjena iztočnica, brez okusa), (5) prejema raztopine brez okusa (dostava brez okusa) in (6) neokusna raztopina brez okusa, ki ji ne sledi raztopina brez okusa (neparjena neokusna iztočnica) . Slike so bile predstavljene za 5 – 12 sekunde (M = 7) z uporabo sistema MATLAB, ki se zažene v operacijskem sistemu Windows. Dostava okusa se je zgodila od 4 do 11 sekunde (M = 7) po nastopu iztočnice. Kot rezultat, je vsak dogodek trajal med 4-12 sekundami. Vsako izvedbo so sestavljali dogodki 16. Okusi so bili dostavljeni z dvema programirljivima črpalkama za brizgo (Braintree Scientific BS-8000), ki ju nadzira MATLAB, da se zagotovi konstantna količina, hitrost in čas dostave okusa. Šestdeset ml brizg, napolnjenih s čokoladnim mlečnim potresom in brez okusa, je bilo s pomočjo cevi Tygon preko vodilnega vala priključeno na razdelilnik, pritrjen na tuljavo glave ptičje kletke v MRI skenerju. Razdelilnik se je prilepil v usta udeležencev in dal okus na dosleden segment jezika. Ta postopek smo v preteklosti uspešno uporabljali za dovajanje tekočin v optični bralnik in je bil podrobno opisan drugje (npr. ). Okusna iztočnica je po oddaji okusa ostala na zaslonu 8.5 sekund, udeleženci pa so dobili navodila, da pogoltnejo, ko oblika izgine. Naslednja iztočnica se je pojavila od 1 do 5 sekund, potem ko se je prejšnja iztočnica ugasnila. Slike so bile predstavljene z digitalnim projektorjem / sistemom za vzvratno zaslon na zaslonu na zadnji strani izvrtine MRI skenerja in so bile vidne prek ogledala, nameščenega na tuljavi glave.

Slika 1 

Primer časovnega razporeda in vrstnega reda predstavitve slik in pijač med tekom.

Pet dokazov iz tekoče študije fMRI, ki je to paradigmo uporabljala pri mladostniških deklicah (N = 46) nakazujejo, da gre za veljavno merilo posameznih razlik v pričakovani in potrošniški nagradi za hrano. Najprej so udeleženci mlečni kolač ocenili kot pomembno (t = 9.79, df = 45, r = .68, p <.0001) prijetnejša od neokusne raztopine na vizualni analogni skali, kar potrjuje, da je bil mlečni napitek udeležencem bolj koristen kot neokusna raztopina. Drugič, ocene prijetnosti mlečnega napitka so bile povezane z aktivacijo v sprednji otočki (r = .70) kot odziv na milkshake in z aktiviranjem v parahippocampalnem gyrusu kot odgovor na prejem mlečnega potresa (r = .72). Tretjič, aktivacija v regijah, ki predstavljajo nagrado za prehrano in uživanje hrane (; ; ) kot odgovor na pričakovanje in prejem mlečnega potresa v tej paradigmi fMRI korelirana (r = .84 do .91) z lastno prijavo všečkov in hrepenenja po različnih živilih, kot je ocenjeno s prilagojeno različico popisa hrepenenja po hrani ().1 Četrtič, aktivacija kot odgovor na pričakovano in zaužitje nagrade v tej paradigmi fMRI korelira (r = .82 do .95) s tem, kako trdi udeleženci delajo za hrano in koliko hrane delajo v operacijski vedenjski nalogi, ki oceni posamezne razlike v okrepitvi hrane (). Petič, udeleženci, ki so v tej paradigmi fMRI pokazali razmeroma večjo aktivacijo kot odgovor na pričakovano in uživajočo nagrado za hrano, so se pokazali znatno (p <.05) več povečanja telesne mase v 1-letnem spremljanju kot udeleženci, ki v tej paradigmi pokažejo manj aktiviranja (r = .54 do .65). Skupaj te ugotovitve dokazujejo veljavnost te paradigme za nagrado za hrano fMRI.

Imaging in statistična analiza

Optično branje je izvedlo s snemalnikom MRI Siemens Allegra 3 Tesla. Za pridobivanje podatkov iz celotnih možganov je bila uporabljena standardna tuljava za ptičje kletke. Za omejevanje gibanja glave smo uporabili vakuumsko blazino iz termo pene. Skupaj je bilo zbranih 152 pregledov med vsakim od štirih funkcionalnih tekov. Funkcionalni pregledi so uporabili zaporedje eho-planarnega slikanja ehoplanarnega slikovnega slikanja (EPI) s T2 * (TE = 30 ms, TR = 2000 ms, flip kota = 80 °) z ravninsko ravnino 3.0 × 3.0 mm2 (Matrica 64 × 64; 192 × 192 mm2 vidno polje). Za pokrivanje celotnih možganov smo pridobili rezine 32 4mm (prepleteno pridobivanje, brez preskoka) vzdolž prečne, poševne ravnine AC-PC, kot je določeno v odseku midsagittal. Strukturni pregledi so bili zbrani z inverzijskim obnovljenim zaporedjem T1 (MP-RAGE) v isti orientaciji kot funkcionalne sekvence za zagotovitev podrobnih anatomskih slik, prilagojenih funkcionalnim pregledom. Strukturne zaporedje MRI z visoko ločljivostjo (FOV = 256 × 256 mm)2, Pridobljena je matrica 256 × 256, debelina = 1.0 mm, številka rezine ≈ 160).

Podatki so bili predhodno obdelani in analizirani s programsko opremo SPM5 (Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, UK) v MATLAB (Mathworks, Inc., Sherborn, MA) (Friston et al., 1994; ). Slike so bile popravljene s časovnim odvzemom na rezini, dobljeni pri 50% TR. Vse funkcionalne slike so bile nato na sredino poravnane. Slike (anatomske in funkcionalne) so bile normalizirane na standardno možgansko predlogo MNI, implementirano v SPM5 (ICBM152, ki temelji na povprečju 152 običajnih MRI pregledov). Normalizacija je povzročila velikost voksela 3 mm3 za funkcionalne slike in velikost voksela 1 mm3 za strukturne slike. Funkcijske slike smo zgladili z iztropnim Gaussovim jedrom 6 mm FWHM.

Za prepoznavanje možganskih regij, ki so se aktivirale kot odziv na potrošniško nagrado, smo ugovarjali BOLD odgovoru med prejemom mlečnega potresa v primerjavi s prejemanjem brez okusa raztopine. Prihod okusa v ustih smo ocenili kot nagrajevalno nagrado, ne pa pri okusu, vendar priznamo, da učinki po zaužitju prispevajo tudi k nagradni vrednosti hrane (). Za prepoznavanje regij možganov, ki so se aktivirale kot odgovor na pričakovano nagrado v paradigmi mlečnega potreska, je bil BOLD odziv med predstavitvijo iztočnice, ki namiguje, da se mlečni kolač predal, v nasprotju z odzivom med predstavitvijo iztočnice, ki kaže, da bo sledila dobava brez okusa. Analizirali smo podatke iz parne predstavitve iztočnic, v katerih okusi dejansko niso bili dostavljeni, da bi zagotovili, da prejem dejanskih okusov ne bi vplival na našo operativno opredelitev predvidene aktivacije možganov. Učinek, specifičen za stanje, na vsak voxel je bil ocenjen z uporabo splošnih linearnih modelov. Vektorji napadov za vsak dogodek, ki vas zanima, so bili sestavljeni in vneseni v matriko oblikovanja, da bi lahko odzive, povezane z dogodki, modelirali kanonična funkcija hemodinamičnega odziva (HRF), kot jo izvaja SPM5, sestavljena iz mešanice funkcij 2 gama, ki posnemajte zgodnji vrhunec pri 5 sekundah in poznejše podčutje. Da bi upoštevali variacijo, ki jo povzroči požiranje raztopin, smo čas izginotja izvlečka (subjekti so bili usposobljeni za požiranje v tem času) vključili kot spremenljivko, ki ne zanima. Vključili smo tudi časovne derivate hemodinamične funkcije za pridobitev boljšega modela podatkov (). Za odstranjevanje nizkofrekvenčnega hrupa in počasnih premikov v signalu je bil uporabljen drugi visokofrekvenčni filter 128 (po konvenciji SPM5).

Za primerjavo aktivacij znotraj vsakega udeleženca za zgoraj omenjene kontraste v SPM5 so bili izdelani posamezni kontrastni zemljevidi. Nato so bile izvedene primerjave med skupinami z uporabo modelov naključnih učinkov za upoštevanje variabilnosti med udeleženci. Za analizo nagrad za uživanje hrane so bile ocene parametrov iz kontrasta milkshake - okus brez okusa vnesene v drugo stopnjo 2 × 2 ANOVA (debeli v primerjavi s pusto) s pomočjo (prejem milkshake - prejem brez okusa). Za analizo pričakovane nagrade za hrano so bile v drugo raven 2 × 2 ANOVA (debeli v primerjavi z debelimi vs (pusto) z (neparni mlečni napitek - neparni brez okusa). Tako smo z modeli ANOVA posebej preizkusili, ali so debeli udeleženci pokazali bistveno večje nepravilnosti pri nagrajevanju s hrano kot vitki udeleženci.

Posamezni kontrastni zemljevidi SPM so bili vneseni tudi v regresijske modele z BMI rezultati, vnesenimi kot kovarijat. Ta model je preizkusil, ali so udeleženci z višjimi ocenami BMI pokazali večjo aktivacijo, za katero se verjame, da odraža zaužitje in nagrado za hrano pred napovedjo v primerjavi z udeleženci z nižjimi ocenami BMI. Te regresijske modele smo ocenili kot občutljivejši test teh odnosov z uporabo podatkov vseh udeležencev v vzorcu (ANOVA modeli so vključevali le debele in vitke udeležence).

Pomen aktivacije BOLD se določi tako, da se upošteva tako največja intenzivnost odziva kot tudi obseg odziva. SPM se za določitev pomembnosti opira predvsem na največjo intenzivnost, pri čemer postavlja strog kriterij intenzivnosti t-slikati s pragom na p <0.001 (nepopravljeno) na voksel in bolj liberalno merilo obsega (merilo grozdov 3 voksele). Po dogovoru smo s tem merilom ugotovili pomembnost naših aktivacij tako za regresijske modele kot za modele ANOVA. Aktivacijske grozde so se štele za pomembne pri p <.05 (glede na grozde) popravljeno za večkratne primerjave v celotnih možganih. Na podlagi prejšnjih študij smo izvedli usmerjena iskanja na območjih, ki jih aktivira konzumacijska in pričakovana nagrada za hrano: striatum, amigdala, regije srednjega možganov, orbitofrontalna skorja, dorsolateralna prefrontalna skorja, otoki, sprednji cingulativni girus, parahipokampalni girus in fuziformni girus.

Rezultati

Preizkus, ali so debeli udeleženci pokazali razlike v pričakovani nagradi s hrano v primerjavi z vitkimi udeleženci (milkshake cue v primerjavi z okusom brez okusa)

Izvedli smo analize, ki so primerjale možganske odzive pri debelih mladostnikih (N = 7, M BMI = 33, SD = 4.25) vitkim mladostnim dekletom (N = 11, M BMI = 19.6, SD = 1.08) z uporabo skupinskega modela ANOVA. Skupaj aktivacijskih grozdov 13 je bilo nameščenih znotraj otoka, regije Rolandije ter časovne, čelne in parietalne operkularne regije; debeli udeleženci so na teh območjih pokazali večjo aktivacijo v primerjavi z vitkimi udeleženci (Slika 2A – B in Tabela 1). Od teh aktivacijskih grozdov 13 je padel 9 na levi, 4 pa na desni. Debeli udeleženci so pokazali tudi večjo aktivacijo v levem prednjem cingulatu korteksa (ventralno Brodmannovo območje (BA) 24) kot vitki udeleženci. Tabela 1 poroča o koordinatah, velikosti voksela, nepopravljeno p-vrednosti in velikosti učinka (η2). Več p-vrednosti je bilo pomembno pri p <.05 popravljeni celotni možgani na ravni grozda. Velikosti učinkov teh analiz so se gibale od majhnih (η2 = .01) do velikih (η2 = .17), s povprečnim učinkom .05, ki predstavlja srednje velikost učinka na .2

Slika 2 

A. Saggitalni odsek večje aktivacije v levi sprednji otočki (−36, 6, 6, Z = 3.92, P nepopravljeno <.001) kot odziv na pričakovano nagrado s hrano pri debelih v primerjavi z vitkimi osebami z B. palični grafi parametra ocene iz ...
Tabela 1 

Regije, ki kažejo povečano aktivacijo med predhodno nagrajevanjem hrane in uživanjem hrane pri prekomernih dekletih (N = 7) v primerjavi z vitkimi mladostnicami (N = 11)

Test, ali so udeleženci z indeksom BMI pokazali linearne odnose do pričakovane nagrade za hrano

Posamezni zemljevidi kontrastov SPM so bili vneseni v regresijske modele z meritvami BMI kot kovariata, da bi preverili, ali je BMI linearno povezan z aktivacijo kot odgovor na pričakovano nagrado za hrano. Te analize so bile bolj občutljive, ker so vključevale vse udeležence, ne le debele in vitke udeležence. Odkrili smo pozitivno povezanost BMI z aktivacijami v ventralnem lateralnem in dorzalnem lateralnem prefrontalnem korteksu in temporalnem operkulumu kot odgovor na pričakovano nagrado s hrano (Slika 3A in Tabela 2). Vendar noben od učinkov ni bil pomemben pri p <.05 popravljeni celotni možgani na ravni grozda. Velikosti učinkov teh analiz so bile velike na merila (razpon r = .48 do .68), s srednjo vrednostjo r = .56.

Slika 3 

A. Aksialni odsek večje aktivacije v levem temporalnem operkulumu (TOp; -54, -3, 3, Z = 3.41, P nepopravljeno <.001) in v desni ventrolateralni predfrontalni skorji (VLPFC; 45, 45, 0, Z = 3.57, P nepopravljeno <.001) v ...
Tabela 2 

Regije, ki se odzivajo med pričakovano nagrajevanjem hrane in nagradno hrano kot funkcijo indeksa telesne mase (N = 33)

Preizkus, ali so debeli udeleženci pokazali razlike v nagradi za zaužito hrano glede na vitke udeležence (prejem mlečnega kolača v primerjavi s prejemom brez okusa)

V primerjavi z rezultati v zvezi s pričakovano nagrado za hrano smo ugotovili, da so debele mladostnice dekleta pokazale večjo aktivacijo v rolandskem operkulu in levi čelni operkulum kot odgovor na nagrado za konzumno hrano v primerjavi z vitkimi udeleženci (Slika 2C – D in Tabela 1). Aktivacijski grozd v Rolandovem operkulumu je bil pomemben pri p <.05 celotni možgani popravljeni na ravni grozda (glej Tabela 1). Velikosti učinkov teh analiz so se gibale od majhnih (η2 = .03) do srednje (η2 = .08), s povprečnim učinkom .06, ki predstavlja srednje velikost učinka na meril.

Test, ali so udeleženci z indeksom BMI pokazali linearne odnose do nagrade za konzumno hrano

Posamezni zemljevidi kontrastov SPM so bili vneseni tudi v regresijske modele z indeksom BMI kot kovariata, da bi preverili, ali je BMI linearno povezan z aktivacijo kot odziv na nagrajevalno hrano. Ugotovljeno je bilo pozitivno razmerje med BMI in aktivacijo v insuli in več regijah operkuluma (Slika 3B – C in Tabela 2). BMI je bil tudi negativno povezan z aktiviranjem v jedru kaudata kot odziv na nagrajevanje z uživanjem hrane v tem bolj občutljivem modelu, kar kaže, da so visoki udeleženci ITM na tem področju pokazali manjši odziv v primerjavi z nizkimi udeleženci ITM (Slika 3D – E in Tabela 2). Nobena od p-vrednosti ni bila pomembna pri p <.05 popravljeni celotni možgani na ravni grozda. Velikosti učinkov teh analiz so bile srednje (r = .35) do velikih (r = .58) na merila, s povprečnim učinkom, ki je bil velik (r = .48).

Razprava

Ta študija je preizkusila hipotezo, da bi debele punce odraščale različno aktivacijo v nagradnem krogu kot odgovor na porabo hrane in pričakovano porabo glede na vitka mladostniška dekleta in da bo aktiviranje linearno povezano z indeksom telesne mase udeležencev. Odzivi na možgane so bili preučeni med prejemom čokoladnega mlečnega kolača proti okusu brez raztopine (nagrada za uživanje hrane) in kot odgovor na napotke, ki nakazujejo na bližnjo dostavo čokoladnega mlečnega kolača v primerjavi z raztopino brez okusa (pričakovana nagrada za hrano). Na podlagi ugotovitev prejšnjih študij (npr. ) smo pričakovali nepravilnosti pri uživanju hrane in pričakovano nagrado s hrano med debelimi udeleženci glede na njihove vitke kolege.

Kot smo domnevali, so bili odzivi na zaužitje in pričakovano nagrajevanje hrane v predvidenih regijah različni pri debelih mladostniških deklicah v primerjavi z njihovimi vitkimi kolegi. Debeli udeleženci so pokazali večjo aktivacijo v primarni gustatorni skorji (sprednji insula / čelni operkulum) in v somatosenzornem korteksu (rolandski operkulum, temporalni operkulum, parietalni operkulum in zadnjični otoček) in sprednjem cingulatu kot odgovor na naš ukrep pričakovane nagrade za hrano nagniti udeležence. Te velikosti učinkov so bile majhne do velike, povprečna velikost učinka pa je bila srednje velika. Pokazalo se je, da ima insula vlogo pri pričakovani nagradi s hrano (; ; ) in hrepenenje po hrani (). Poleg tega sta Balleine in Dickenson (2001) pokazala, da se živali z resekcijo insule ne morejo naučiti, da je vedenje, ki se odziva na hrano, razvrednoteno, kar kaže tudi na vlogo izole pri pričakovani nagradi s hrano. Ugotovljeno je, da je ventralni prednji cingulat vključen v kodiranje energijske vsebnosti in okusnosti živil (). Kot rezultat tega lahko naše ugotovitve kažejo, da so se pri debelih osebah povečale pričakovanja o okusu mlečnega kolača v primerjavi s vitkimi posamezniki. Za prihodnje študije bo pomembno, da izključijo možnost, da kondicioniranje, ki se pojavi kot posledica prenajedanja hrane z veliko maščob in sladkorja, ne prispeva k povišani nagradni hrani, ki jo kažejo debeli udeleženci.

Tudi kot hipotetizirajo, obstajajo dokazi, da so debeli udeleženci pokazali različno aktivacijo kot odgovor na nagrajevanje z uživanjem hrane glede na vitke udeležence. Prvi je pokazal povečano aktivacijo Rolandovega operkuluma, čelnega operkuluma, zadnje posteljice in cingulatskega gyrusa kot odgovor na nagrado za zaužitje hrane v primerjavi s slednjo. Velikosti učinka so bile majhne do srednje velike, povprečna velikost učinka pa je bila srednja. Ti rezultati se zbližujejo z rezultati predhodnih študij; ugotovili, da je odstotek telesne maščobe v korelaciji s povečano aktivacijo izolacije med senzorično izkušnjo obroka in ugotovili večjo aktivacijo v somatosenzorni skorji, medtem ko je počival kot funkcija BMI. Glede na to, da sta bila insula in prekrivni operkulum povezana s subjektivno nagrajevanjem od vnosa hrane (; ), te ugotovitve lahko pomenijo, da imajo debeli posamezniki večjo nagrado za hrano v primerjavi s vitkimi posamezniki, kar bi lahko ustrezalo vedenjskim podatkom iz drugih raziskav, kot so opisani v uvodu.

Preizkusili smo tudi, ali je BMI linearno povezan z aktivacijo kot odgovor na pričakovano in zaužitje nagrajevanja hrane z regresijskimi modeli, da bi zagotovili bolj občutljiv test hipoteziranih razmerij. V primerjavi z rezultati, ki jih najdemo v modelih ANOVA, smo ugotovili povečano aktivacijo v časovnem operkulumu do predvidene nagrade za hrano kot funkcijo BMI. Nadalje so našli večje odzive v dorsolateralnem prefrontalnem korteksu kot odgovor na pričakovano nagrado s hrano kot funkcijo BMI. Primerljivo z ugotovitvami iz modelov ANOVA je bila tudi povečana aktivacija izola / frontoparietalnega operkuluma kot odgovor na nagrado s konzumno hrano kot funkcijo BMI. Na splošno so se rezultati regresijskih modelov na splošno zbližali z ugotovitvami ANOVA modelov, čeprav so v slednje analizirali le debele in vitke udeležence, kar je dalo nadaljnje ugotovitve v skladu z našimi hipotezami. Odnosi, opredeljeni v regresijskih modelih, so bili običajno veliki učinki.

Zanimivo je, da regresijski modeli kažejo, da je bil BMI v povezavi z aktivacijo v kavdatnem jedru kot odziv na zaužitje nagrajevanja s hrano, kot je domnevalo na podlagi prejšnjih ugotovitev (). To je bila velika velikost učinka. Naša funkcionalna ugotovitev potrjuje in razširi rezultate, o katerih so poročali v študiji, ki jo je izvedla , v katerem so ugotovili, da obolelo debelo kaže zmanjšano razpoložljivost D2 receptorjev v mirovanju pri predvidenih sorazmerno z njihovim indeksom telesne mase. Te ugotovitve lahko odražajo nižjo razpoložljivost receptorjev za dopamin. Možno je, da posamezniki prenajedajo, da spodbudijo počasen in dolgotrajen sistem nagrajevanja na osnovi dopamina (). Povečan vnos živil z veliko maščob in sladkorja lahko povzroči znižanje receptorjev, kar je bilo opaziti med uporabniki snovi (). Kot je navedeno, študije na živalih kažejo, da ponavljajoč vnos sladke in mastne hrane povzroči znižanje regulacije D2 receptorjev in zmanjšano občutljivost na D2 (; ). Druga možna razlaga je, da debeli posamezniki med počivanjem pokažejo hipofunkcijo vezja za nagrajevanje hrane, vendar hiperfunkcijo, ko so izpostavljeni hrani ali prehrambeni podobi. Ta razlaga je v skladu z dokazi, da pri debelih in debelih osebah je večja odzivnost v hrbtenici in zadnjem hipokampusu po zaužitju hrane glede na vitke posameznike (), da izpostavljenost prehranjevalnim sredstvom povzroči večjo aktivacijo desnega parietalnega in časovnega kortiksa pri debelih, ne pa vitkih posameznikih (; ), ki se pri debelih osebah pokažejo večjo aktivacijo v dorzalnem striatumu, otoku, klaustrumu in somatosenzoričnem korteksu kot odgovor na prehranske napotke kot vitki posamezniki () imajo debele podgane nižjo bazalno raven dopamina in zmanjšano ekspresijo receptorjev D2 kot vitke podgane (; ; ) in da debele podgane med hranjenjem kažejo več faznega sproščanja dopamina kot vitke podgane (). Vendar ta razlaga ne ustreza dokazom, da so debeli v primerjavi s vitkimi posamezniki pokazali večjo presnovno aktivnost v mirovanju v oralnem somatosenzornem korteksu () in da je aktiviranje OFC in cingulata kot odgovor na ogled slik okusne hrane negativno povezano z BMI pri ženskah z normalno telesno maso (). Za prihodnje raziskave bo koristno ugotoviti, katera razlaga pojasnjuje na videz nedosledne ugotovitve, saj bi bistveno napredovala naše razumevanje etioloških in vzdrževalnih procesov, ki prispevajo k debelosti.

Zbirne ugotovitve kažejo, da se različne možganske regije aktivirajo s predhodno nagrado za zaužitje hrane, kar je pomemben prispevek, saj je le nekaj raziskav poskušalo prepoznati nevronske podlage pričakovane in potrošne hrane. V ANOVA modelih primerjajo debele in vitke udeležence (Tabela 1), rolandski operkulum in čelni operkulum se je aktiviral tako, da predvidevajo, kot porabijo mlečni potres, vendar se časovni operkulum, parietalni operkulum, sprednja izola, zadnja inula in ventralni sprednji cingulat aktivirajo le kot odgovor na pričakovani prejem mlečnega potresa. V regresijskih modelih, ki so preučevali odnos BMI do regij aktivacije (Tabela 2) v aktiviranih regijah ni prišlo do prekrivanja: ker so bili aktivirani ventrolateralna prefrontalna skorja, hrbtna stranska prefrontalna skorja in temporalni operkulum kot odgovor na pričakovano prejemanje mlečnega potreska, je bila izolacija, frontoparietalni operkulum, parietalni operkulum in jedro kaudata aktivirana kot odgovor na prejem mlečnega kolača. Ti izsledki se v veliki meri zbližajo s tistimi iz prejšnjih raziskav, ki so raziskovale možganske regije, značilne za uživanje in pričakovanje hrane (; ; ; Small et al., 2008; ).

Ta študija je nova, saj je ena prvih, ki je preizkusila razmerja med BMI in nevronskim odzivom na pričakovano in zaužitje nagrajevanja s hrano z uporabo paradigme, ki vključuje dostavo hrane v optični bralnik. Vendar pa je ta študija imela več omejitev, ki jih je treba upoštevati. Najprej smo imeli zmerno velikost vzorca za preskušanje med skupinskimi učinki, čeprav je bila večja od večine predhodno objavljenih študij fMRI o nagradi za hrano, objavljenih do danes. Drugič, uporabili smo le en prijeten okus. Morda bi drugi okusi udeležence bolj nagrajevali in bi v možganih povzročil večji odziv nagrad. Tretjič, ker je bil prejem mlečnega kolača vedno pred iztočnico (tj. Nikoli ni bil dostavljen brez iztočnice), so udeleženci vedno vedeli za okus, preden je bil dostavljen. Pretekle študije (npr. ) so našli različen odziv na okus in okuse kot funkcijo glede na to, ali so pričakovani ali nepričakovani. Zato bi morali preiskovalci razmisliti o vključitvi ukrepa odziva na prejem nepričakovane nagrade za hrano v prihodnjih študijah. Četrtič, naloge, uporabljene za paradigmo milkshake-ja, so bile geometrijske oblike, ki udeležencem morda ne bi imele dovolj nagradnega pomena in bi zato lahko povzročile zabuhle slutnje in aktivacijo možganov. Petič, zbrali smo omejene vedenjske podatke za potrditev paradigme fMRI z udeleženci v naši raziskavi. Kljub temu podatki o veljavnosti iz tekočih študij, ki uporabljajo to paradigmo, kažejo, da gre za veljavno merilo posameznih razlik v nagradi za hrano.

Za zaključek naši rezultati kažejo na različen nevronski odziv med pričakovanjem in zaužitjem hrane kot funkcijo debelosti in ITM, čeprav bo pomembno, da se ta razmerja ponovijo v neodvisnih vzorcih. Ker je bilo v mnogih regijah več odziva, za katere je bilo dokazano, da kodirajo nagrajevanje s hrano pri debelih udeležencih, je vzorec odziva skladen z vedenjskimi študijami, ki kažejo, da debeli posamezniki pričakujejo večjo nagrado zaradi vnosa hrane in občutijo večji senzorični užitek, ko jedo. Ugotovili pa smo tudi, da so udeleženci z višjim BMI pokazali manjšo aktivacijo striatuma kot odziv na porabo hrane v primerjavi s tistimi z nižjim indeksom telesne mase, kar je skladno s predlogom, da lahko pri debelih posameznikih pride do manj faznega sproščanja dopamina pri uživanju hrane glede na vitki posamezniki. Biološko je mogoče, da lahko posamezniki pričakujejo večjo nagrado od vnosa hrane in ob uživanju hrane občutijo večji somatosenzorni užitek, vendar pa ob zaužitju hrane doživijo manj faznega sproščanja dopamina, saj vsak vključuje ločeno nevronsko vezje. Možno pa je tudi, da so nekatere od teh nepravilnosti pred debelostjo, medtem ko so druge posledica prenajedanja. Na primer, prejšnja dva učinka lahko povečata tveganje za hiperfagijo, ki ima za posledico pozitivno energijsko ravnovesje, zadnji učinek pa je lahko posledica uravnavanja receptorjev, ki je sekundarna poraba prehrane z veliko maščob in z visoko vsebnostjo sladkorja. Druga možnost je, da hipofunkcioniranje dopaminskih vezij lahko povzroči, da bodo posamezniki prenajedli, da bi nadomestili ta primanjkljaj, kar s kondicioniranjem povzroči večjo pričakovano nagrado za hrano in okrepljen razvoj skorje somatosensotrije. Pri prospektivnih študijah bo ključnega pomena, da se preuči, katera od teh nepravilnosti pred nastopom debelosti in katere so posledica kroničnega prenajedanja. Upamo, da lahko sistematična študija nepravilnosti, ki so se pojavile pred debelostjo, omogoči načrtovanje učinkovitejših ukrepov za preprečevanje in zdravljenje.

Priznanja

To raziskavo je podprla štipendija za raziskave (R1MH64560A) Nacionalnega inštituta za zdravje.

Zahvaljujte se sodelavcu za raziskovalno delo Keely Muscatell in udeležencem, ki so omogočili to raziskavo.

Opombe

1Popis hrepenenja po hrani (FCI, ) oceni stopnjo hrepenenja po različnih živilih. To lestvico smo prilagodili tako, da smo zahtevali ocene, kako prijetni udeleženci najdejo vsako živilo. Prvotni FCI je pokazal notranjo skladnost (α = .93), zanesljivost ponovnega testiranja v tednu 2 (r = .86) in občutljivost za zaznavanje intervencijskih učinkov (; ). V pilotni študiji (n = 27) lestvica hrepenenja in lestvica okusnosti sta pokazala notranjo skladnost (α = .91 in .89).

2Medtem ko se nekateri programski paketi, kot je AFNI (Analiza funkcionalnih NeuroImages), osredotočajo predvsem na glasnost in tako uporabljajo večje merilo grozda, se SPM osredotoča predvsem na intenzivnost in uporablja manjši kriterij grozda (vendar večje zahteve intenzivnosti). Uporaba zahteve po intenzivnosti od t <0.001 in sosednje merilo minimalne skupine grozdov s 3 vokseli za prag t-kart je standard za SPM in je pristop, ki smo ga uporabljali v predhodnih študijah. V tem kontekstu je pomembno omeniti, da so vse gruče, o katerih poročamo, večje od 3 vokslov (Tabele 1 in In22).

3Na podlagi dokazov, da se z nagradami povezane nevronske funkcije pri ženskah v srednji folikularni fazi stopnjujejo (), ustvarili smo dihotomno spremenljivko, ki je odražala, ali so udeleženci opravili preiskave fMRI med fazo srednjega folikula (dni 4 – 8 po začetku menstruacije; n = 2) ali ne (n = 31). Ko smo v vseh analizah nadzirali to spremenljivko, je aktivacija v poročenih regijah ostala pomembna.

Reference

  • Balleine B, Dickinson A. Vpliv poškodb možganske skorje na instrumentalno kondicioniranje: dokazi za vlogo pri spodbujevalnem učenju. Časopis za nevroznanost. 2000; 20: 8954 – 8964. [PubMed]
  • Barlow SE, Dietz WH. Ocena debelosti in zdravljenje: Priporočila strokovnih odborov. Pediatrija. 1998; 102: E29. [PubMed]
  • Bello NT, Lucas LR, Hajnal A. Ponovljeni dostop saharoze vpliva na gostoto receptorja dopamin D2 v striatumu. Nevroport. 2002, 13: 1557 – 1578. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Berns GS, McClure SM, Pagoni G, Montague PR. Predvidljivost modulira odziv človeških možganov v nagrado. Časopis za nevroznanost. 2001; 21: 2793 – 2798. [PubMed]
  • Blackburn JR, Phillips AG, Jakubovic A, Fibiger HC. Dopamin in pripravljalno vedenje: Nevrokemična analiza. Vedenjska nevroznanost. 1989; 103: 15 – 23. [PubMed]
  • Cohen J. Statistična analiza moči za vedenjske vede. 2. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum; 1988.
  • Cole TJ, Bellizzi MC, Flegal K, Dietz WH. Vzpostavitev standardne definicije za otroško prekomerno telesno težo in debelost po vsem svetu: mednarodna raziskava. British Medical Journal. 2000; 320: 1 – 6. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Prihaja DE, Blum K. Sindrom pomanjkanja nagrade: genetski vidiki vedenjskih motenj. Napredek na področju raziskav možganov. 2000; 126: 325 – 341. [PubMed]
  • Davis C, Strachan S, Berkson M. Občutljivost za nagrajevanje: Posledice zaradi prenajedanja in debelosti. Apetit 2004; 42: 131 – 138. [PubMed]
  • Dawe S, Loxton NJ. Vloga impulzivnosti pri razvoju uživanja snovi in ​​motenj hranjenja. Nevroznanost in biobehevioralni pregled. 2004; 28: 343 – 351. [PubMed]
  • De Araujo IE, Rolls ET. Predstavitev teksture hrane in ustnih maščob v človeških možganih. Časopis za nevroznanost. 2004; 24: 3086 – 3093. [PubMed]
  • Delahanty LM, Meigs JB, Hayden D, Williamson DA, Nathan DM. Psihološki in vedenjski korelati izhodiščnega BMI v programu preprečevanja sladkorne bolezni. Nega sladkorne bolezni. 2002; 25: 1992 – 1998. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Del Parigi A, Chen K, Hill DO, Wing RR, Reiman E, Tataranni PA. Obstojnost nenormalnih nevronskih odzivov na obrok pri potobeseh. Mednarodni časopis za debelost. 2004; 28: 370 – 377. [PubMed]
  • Dietz WH, Robinson TN. Uporaba indeksa telesne mase (BMI) kot merilo prekomerne teže pri otrocih in mladostnikih. Časopis za pediatrijo. 1998; 132: 191 – 193. [PubMed]
  • Dreher JC, Schmidt PJ, Kohn P, Furman D, Rubinow D, Berman KF. Faza menstrualnega cikla pri ženskah modulira nevronsko funkcijo, povezano z nagrajevanjem. Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike. 2007; 104: 2465 – 2470. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Drewnowski A, Kurth C, Holden-Wiltse J, Saari J. Preferenca hrane pri človeški debelosti: ogljikovi hidrati proti maščobam. Apetit 1992; 18: 207 – 221. [PubMed]
  • Epstein LJ, Temple JL, Neaderhiser BJ, Salis RJ, Erbe RW, Leddy JJ. Okrepitev hrane, genotip receptorja dopamina D2 in vnos energije pri debelih in neobolelih ljudeh. Vedenjska nevroznanost. 2007; 121: 877 – 886. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Epstein LH, Wright SM, Paluch RA, Leddy JJ, Hawk LW, Jaroni JL in sod. Hedonika hrane in okrepitev kot dejavnika laboratorijskega vnosa hrane pri kadilcih. Fiziologija in Behaivor. 2004a; 81: 511 – 517. [PubMed]
  • Epstein LH, Wright SM, Paluch RA, Leddy JJ, Hawk LW, Jaroni JL in sod. Povezava med okrepitvijo hrane in genotipi dopamina in njegov vpliv na vnos hrane pri kadilcih. Ameriški časopis za klinično prehrano. 2004b; 80: 82 – 88. [PubMed]
  • Fetissov SO, Meguid MM, Sato T, Zhang LH. Izražanje dopaminergičnih receptorjev v hipotalamusu vitkih in debelih Zuckerjevih stopenj in vnosa hrane. Ameriški časopis za fiziologijo. 2002; 283: R905 – 910. [PubMed]
  • Fisher JO, Birch LL Prehranjevanje pri pomanjkanju lakote in prekomerne teže pri deklicah od 5 do 7 let. Ameriški časopis za klinično prehrano. 2002; 76: 226 – 231. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Flegal K, Graubard B, Williamson D, Gail M. Prekomerne smrti, povezane s prenizko težo, prekomerno telesno težo in debelostjo. Časopis Ameriškega medicinskega združenja. 2005; 293: 1861 – 1867. [PubMed]
  • Forman EM, Hoffman KL, McGrath KB, Herbert JD, Brandsma LL, Lowe MR. Primerjava strategij za spopadanje s hrano na osnovi sprejemanja in nadzora: analogna študija. Raziskovanje vedenja in terapija. 2007; 45: 2372 – 2386. [PubMed]
  • Franken IH, Muris P. Posamezne razlike v občutljivosti nagrad so povezane s hrepenenjem po hrani in relativno telesno težo pri zdravih ženskah. Apetit 2005; 45: 198 – 201. [PubMed]
  • Gottfried JA, O'Doherty J, Dolan RJ. Kodiranje napovedne vrednosti nagrade pri človeški amigdali in orbitofrontalni skorji. Znanost. 2003; 301: 1104 – 1107. [PubMed]
  • Hamdi A, Porter J, Prasad C. Zmanjšani strijatalni D2 receptorji za dopamin pri debelih podganah Zucker: Spremembe med staranjem. Raziskave možganov 1992; 589: 338 – 340. [PubMed]
  • Henson RN, cena CJ, Rugg MD, Turner R, Friston KJ. Zaznavanje razlik v zaostankih v dogodkih povezanih BOLD odgovorov: uporaba besed v primerjavi z besedami začetna v primerjavi s ponavljajočimi se obraznimi predstavitvami. Neuroimage. 2002; 15: 83 – 97. [PubMed]
  • Jeffery R, ​​Drewnowski A, Epstein LH, Stunkard AJ, Wilson GT, Wing RR, Hill D. Dolgotrajno vzdrževanje hujšanja: Trenutno stanje. Zdravstvena psihologija. 2000; 19: 5 – 16. [PubMed]
  • Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Regionalni možganski pretok krvi med izpostavljenostjo hrani pri debelih in normalnih težah. Možgani 1997; 120: 1675 – 1684. [PubMed]
  • Kelley AE, Will MJ, Steininger TL, Zhang M, Haber SN. Omejena vsakodnevna poraba zelo prijetnega živila (čokolada Ensure) spremeni izrazito gensko izražanje enkefalina. Evropski časopis za nevroznanost. 2003; 18: 2592 – 2598. [PubMed]
  • Killgore WD, Yurgelun-Todd DA. Telesna masa napoveduje orbitofrontalno aktivnost med vizualnimi predstavitvami visokokalorične hrane. NeuroReport. 2005; 16: 859 – 863. [PubMed]
  • Kiyatkin EA, Gratton A. Elektrokemijsko spremljanje zunajceličnega dopamina v jedrih podgan podgan, ki pritiskajo na hrano. Raziskave možganov 1994; 652: 225 – 234. [PubMed]
  • LaBar KS, Gitelman DR, Parrish TB, Kim YH, Nobre AC, Mesulam MM. Lakota selektivno modulira aktivacijo kortikolimbika na živčne dražljaje pri ljudeh. Vedenjska nevroznanost. 2001; 115: 493 – 500. [PubMed]
  • Martin CK, O'Neil PM, Pawlow L. Spremembe hrepenenja po hrani med nizkokaloričnimi in zelo nizkokaloričnimi dietami. Debelost. 2006; 14: 115 – 121. [PubMed]
  • Martinez D, Gil R, Slifstein M, Hwang DR, Huang Y, Perez A et al. Odvisnost od alkohola je povezana z motenim prenosom dopamina v ventralnem striatumu. Biološka psihiatrija. 2005; 58: 779 – 786. [PubMed]
  • Nederkoorn C, Smulders FT, Jansen A. Odzivi na cefalično fazo, hrepenenje in vnos hrane pri običajnih osebah. Apetit 2000; 35: 45 – 55. [PubMed]
  • O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Nevronski odzivi med pričakovanjem osnovne nagrade za okus. Neuron. 2002; 33: 815 – 826. [PubMed]
  • O'Doherty JP, Rolls ET, Francis S, Bowtell R, McGlone F. Predstavitev prijetnega in averzivnega okusa v človeških možganih. Časopis za nevrofiziologijo. 2001; 85: 1315 – 1321. [PubMed]
  • Orosco M, Rouch C, Nicolaidis S. Rostromedialne hipotalamične spremembe monoamina kot odgovor na intravenske infuzije inzulina in glukoze pri prosto hranjenih debelih Zucker Podganah: Študija mikrodijalize. Apetit 1996; 26: 1 – 20. [PubMed]
  • Pelchat ML, Johnson A, Chan R, Valdez J, Ragland JD. Slike poželenja: Aktivacija hrepenenja po hrani med fMRI. NeuroImage. 2004; 23: 1486 – 1493. [PubMed]
  • Rissanen A, Hakala P, Lissner L, Mattlar CE, Koskenvuo M, Ronnemaa T. Pridobljena prednost zlasti glede prehranske maščobe in debelosti: Študija neskladnih monozigotskih dvojčkov. Mednarodni časopis za debelost. 2002; 26: 973 – 977. [PubMed]
  • Robinson TE, Berridge KC. Spodbuda-preobčutljivost in odvisnost. Zasvojenost 2001; 96: 103 – 114. [PubMed]
  • Roefs A, Herman CP, MacLeod CM, Smulders FT, Jansen A. Na prvi pogled: kako zadržani jedci ocenjujejo okusno hrano z veliko maščob? Apetit 2005; 44: 103 – 114. [PubMed]
  • Rothemund Y, Preuschof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. Diferencialna aktivacija dorzalnega striatuma z visokokaloričnimi vizualnimi dražljaji hrane pri debelih osebah. Neuroimage. 2007; 37: 410 – 421. [PubMed]
  • Saelens BE, Epstein LH. Krepitev vrednosti hrane pri debelih in debelih ženskah. Apetit 1996; 27: 41 – 50. [PubMed]
  • Schultz W, Apicella P, Ljungberg T. Odzivi opičjih dopaminskih nevronov na nagrajene in pogojene dražljaje med zaporednimi koraki učenja naloge z zapoznelim odzivom. Časopis za nevroznanost. 1993; 13: 900 – 913. [PubMed]
  • Schultz W, Romo R. Dopaminski nevroni opice srednjega mozga: Pogosti odzivi na dražljaje, ki sprožijo takojšnje vedenjske reakcije. Časopis za nevrofiziologijo. 1990; 63: 607 – 624. [PubMed]
  • Majhna DM, Gerber J, Mak YE, Hummel T. Diferencialni nevronski odzivi, ki jih sproža ortonasal v primerjavi z retronazalnim vonjastim dojemanjem pri ljudeh. Neuron. 2005; 47: 593 – 605. [PubMed]
  • Majhni DM, Jones-Gotman M, Dagher A. S sproščanjem dopamina, ki ga povzroča hranjenje v dorzalnem striatumu, je v korelaciji z oceno prijetnosti obrokov pri zdravih človeških prostovoljcih. Neuroimage. 2003; 19: 1709 – 1715. [PubMed]
  • Majhni DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M. Spremembe možganske aktivnosti, povezane z uživanjem čokolade: Od užitka do averzije. Možgani 2001; 124: 1720 – 1733. [PubMed]
  • Stice E, Shaw H, Marti CN. Metaanalitični pregled programov za preprečevanje debelosti za otroke in mladostnike: majhen na intervencijah, ki delujejo. Psihološki bilten. 2006; 132: 667 – 691. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JF. Široka aktivacija sistema nagrajevanja pri debelih ženskah kot odziv na slike visoko kalorične hrane. Neuroimage. 2008; 41: 636 – 647. [PubMed]
  • Stunkard AJ, Berkowitz RI, Stallings VA, Schoeller DA. Vnos energije in ne oddajanje energije je odločilno za telesno velikost pri dojenčkih. Ameriški časopis za klinično prehrano. 1999; 69: 524 – 530. [PubMed]
  • Temple JL, Legerski C, Giacomelli AM, Epstein LH. Hrana se krepi za prekomerno težo kot vitki otroci. Ameriški časopis za klinično prehrano v tisku.
  • Veldhuizen MG, Bender G, Constable RT, Small DM. Okus brez pomanjkanja okusa: Modulacija zgodnje gustatorne skorje glede na okus. Kemična čutila. 2007; 32: 569 – 581. [PubMed]
  • Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ. Vloga dopamina pri krepitvi drog in zasvojenosti pri ljudeh: Rezultati slikarskih študij. Vedenjska farmakologija. 2002; 13: 355 – 366. [PubMed]
  • Volkow ND, Wang GJ, Maynard L, Jayne M, Fowler JS, Zhu W in sod. Možganski dopamin je povezan z vedenjem prehranjevanja pri ljudeh. Mednarodni časopis o motnjah hranjenja. 2003; 33: 136 – 142. [PubMed]
  • Wang GJ, Volkow ND, Felder C, Fowler J, Levy A, Pappas N in sod. Povečana aktivnost počitka ustnega somatosenzoričnega korteksa pri debelih osebah. Neuroreport. 2002; 13: 1151 – 1155. [PubMed]
  • Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS. Vloga dopamina pri motivaciji za hrano pri ljudeh: posledice za debelost. Mnenje strokovnjaka o terapevtskih ciljih. 2002; 6: 601 – 609. [PubMed]
  • Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W in sod. Možganski dopamin in debelost. Lancet. 2001; 357: 354 – 357. [PubMed]
  • Wardle J, Guthrie C, Sanderson S, Birch D, Plomin R. Preferenca glede hrane in aktivnosti pri otrocih vitkih in debelih staršev. Mednarodni časopis za debelost. 2001; 25: 971 – 977. [PubMed]
  • Westenhoefer J, Pudel V. Užitek od hrane: Pomen izbire hrane in posledice namerne omejitve. Apetit 1993; 20: 246 – 249. [PubMed]
  • White MA, Whisenhunt BL, Williamson DA, Greenway FL, Netemeyer RG. Razvoj in potrjevanje popisa hrano za hrano. Raziskave debelosti. 2002; 10: 107 – 114. [PubMed]
  • Worsley KJ, Friston KJ. Ponovno ponovno obiskana analiza časovne serije fMRI. [pismo; komentar] Neuroimage. 1995; 2: 173–181. [PubMed]
  • Yamamoto T. Nevronske podlage za obdelavo kognitivnih in afektivnih vidikov okusa v možganih. Arhivi za histologijo in citologijo. 2006; 69: 243 – 255. [PubMed]
  • Yang ZJ, Meguid MM. Dopaminergična aktivnost pri debelih in vitkih podganah. Neuroreport. 1995; 6: 1191 – 1194. [PubMed]
  • Zald DH, Parvo JV. Kortikalna aktivacija, ki jo povzroči intraoralna stimulacija z vodo pri ljudeh. Kemična čutila. 2000; 25: 267 – 275. [PubMed]