Dorsal Striataldopamin, livsmedelspreferens och hälsouppfattning hos människor (2014)

PLOS One. 2014; 9 (5): e96319.

Publicerad online 2014 May 7. doi:  10.1371 / journal.pone.0096319

PMCID: PMC4012945

J. Bruce Morton, redaktör

Denna artikel har varit citerad av Andra artiklar i PMC.

Abstrakt

Hittills har få studier undersökt de neurokemiska mekanismerna som stöder individuella skillnader i livsmedelsprioritet hos människor. Här undersöker vi hur dorsal striatal dopamin, mätt med positron emission tomography (PET) spårämne [18F] fluorometatyrosin (FMT), korrelerar med livsmedelsrelaterat beslutsfattande, liksom kroppsmassaindex (BMI) i 16 hälsovikt till måttligt feta individer. Vi finner att lägre PET FMT-dopaminsyntesbindningspotential korrelerar med högre BMI, större preferens för upplevda "friska" livsmedel, men också högre hälsosvärdighet för livsmedel. Dessa fynd underbygger vidare rollen för dorsal striatal dopamin i livsmedelsrelaterade beteenden och belyser komplexiteten hos individuella skillnader i matpreferens.

Beskrivning

Det moderna samhället är omgivet av en överflod och en mängd olika matval, vilket delvis bidrar till den växande överviktiga befolkningen i USA . Ändå är de underliggande neurokemiska mekanismerna som stöder individuella skillnader i livsmedelspreferenser inte väl förståda. Vissa individer baserar naturligtvis sina livsmedelspreferenser mer på hälsovärdet av matvaror jämfört med smakvärden på livsmedel, och det ventromediala prefrontala cortex (vmPFC) har visat sig spela en roll i målvärden relaterade till påverkan av "hälsa" och " smak" . Dessutom finns det en stor variation i individernas bedömning av kaloriinnehållet och upplevd "hälsosamhet" hos livsmedel och studier visar att upplevda "hälsosamma" livsmedel konsumeras för mycket jämfört med upplevda "ohälsosamma" livsmedel, trots lika näringsvärde , .

Dorsal striatal dopamin har visat sig spela en roll i motivationen för mat i både mänskliga och djurmodeller , , men ändå har förhållandet mellan dopamin och livsmedelsförmåner eller preferenser hos människor inte undersökts noggrant. Dessutom har studier som använder PET-ligander som binder dopaminreceptorer visat korrelationer med BMI, emellertid i båda positiva och negativa anvisningar, och inte alla studier hittar signifikanta föreningar (se granskning ). På grund av beskaffenheten hos dessa PET-ligander som är beroende av tillståndet för endogen dopaminfrisättning är det svårt att tolka samband mellan striatal dopamin och BMI. Lägre dopaminreceptorbindning kan representera färre befintliga striatal dopaminreceptorer (dvs ett negativt samband mellan PET-bindning och BMI, som finns i ) eller större dopaminreceptorbindning kan representera lägre endogen dopaminfrisättning, vilket möjliggör mer tillgängliga receptorer i vilka PET-liganden kunde binda (dvs. ett positivt samband mellan bindning och BMI, som finns i ). För att komplettera tidigare studier som har använt PET-ligander som binder dopaminreceptorer, använde vi här en stabil mätning av presynaptisk dopaminsyntesförmåga med PET-liganden [18F] fluorometatyrosine (FMT) som har studerats omfattande i människor och djurmodeller , , , .

Syftet med vår studie var att undersöka sambandet mellan dorsal striatal PET FMT dopaminsyntesåtgärder och BMI och att studera hur dessa PET FMT dopaminsyntesåtgärder kan korrelera med individuella skillnader i livsmedelsförmåga. Vi ansåg att lägre PET FMT-dopaminsyntesbindning skulle motsvara högre BMI, som föreslagits av tidigare arbete . Vi förutspådde också att individer med lägre endogen striatal dopamin skulle ha större övergripande preferens för livsmedel (dvs. både "hälsosamma" och "ohälsosamma" livsmedel) jämfört med individer med högre striatal dopamin och att en persons hälsoperspektiv av livsmedel också kan påverka preferens.

Metoder och material

Ämnen

Trettiotre friska, högerhänta försökspersoner som tidigare fick PET-FMT-dopaminsyntesundersökningar inbjöds att delta i den beteendestudie som presenterades här och fick ingen förkunskaper till studien, bara informerade om att det handlade om att studera komplexa beslutsfattande. Av dessa 33 enades 16-personer om att delta (8 M, ålder 20 – 30). BMI ((vikt i kilogram) / (höjd i meter) ∧2)) beräknades för alla försökspersoner (intervall: 20.2 – 33.4, med 1 överviktiga, 4 övervikt och 11 hälsoviktiga ämnen). Personerna hade ingen historia av missbruk av narkotika, ätstörningar, major depression och ångeststörningar. Ämnen ombads också om de hade mycket dålig, dålig, genomsnittlig, god eller utmärkt hälsa. Alla rapporterade vara i övergripande genomsnitt till utmärkt hälsa och för närvarande inte bantar eller försöker gå ner i vikt. Socioeconomic status (SES) samlades också in från individer som använde Barratt simplified measure of social status (BSMSS) .

Etikförklaring

Alla försökspersoner gav skriftligt informerat samtycke och betalades för deltagande enligt institutionella riktlinjer från den lokala etikkommittén (University of California Berkeley (UCB) och Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) Committee for the Protection of Human Participants (CPHP) och Lawrence Berkeley National Laboratory Institutional Review Boards (IRB). UCB: s och LBNL: s CPHP och IRB godkände specifikt de studier som presenteras här

PET-datainsamling och analys

PET-avbildning och FMT-bindning utfördes vid Lawrence Berkeley National Laboratory, såsom beskrivits tidigare . FMT är ett substrat av aromatisk L-aminosyradekarboxylas (AADC), ett dopaminsyntetiserande enzym vars aktivitet motsvarar kapaciteten hos dopaminerge neuroner att syntetisera dopamin och har visat sig vara en indikation på pre-synaptisk dopaminsyntesförmåga . FMT metaboliseras av AADC till [18F] fluorometatyramin, som oxideras till [18F] fluorohydroxyfenylättiksyra (FPAC), förblir i de dopaminerga terminalerna och är synlig på PET FMT-skanningar. Således har signalintensitet på PET FMT-skanningar visat sig vara jämförbara med [18F] fluorodopa , där spårupptagningen är starkt korrelerad (r = 0.97, p <0.003) med striatal dopaminproteinnivåer i post mortem-patienter, mätt med högpresterande vätskekromatografiska (HPLC) metoder . I jämförelse med [18F] fluorodopa, FMT är inte heller ett substrat för O-metylering och ger därför högre signal-till-brus-bilder än [18F] fluorodopa . Dessutom har FMT-åtgärder visats direkt motsvara dopaminåtgärder i Parkinsons sjukdomsmodeller .

Skanningar utfördes antingen från 9AM-12PM eller 1PM-4PM. Den genomsnittliga förseningen mellan anskaffning av PET FMT-dopaminsyntesdata och beteendedata var 2.37 ± 0.26 år, jämförbart med den fördröjning som rapporterades i en tidigare studie från vårt laboratorium med användning av PET FMT . Även om denna försening inte är idealisk, undersöker en studie av Vingerhoets et al. har visat att striatal Ki relaterad till presynaptisk dopamin är en relativt stabil mätning, med en 95% chans att förbli inom 18% av dess ursprungliga värde inom enskilda friska försökspersoner under en 7-års tidsperiod. Därför mäter FMT, jämförbart med [18F] fluorodopa , tros reflektera relativt stabila processer (dvs synteskapacitet) och därför inte särskilt känsliga för små tillståndsrelaterade förändringar. Dessutom var BMI inte signifikant skillnad mellan förvärvet av PET och beteendata (genomsnittlig förändring i BMI: 0.13 ± 1.45, T (15) = 0.2616, p = 0.79, två-tailed parat t-test). Dessutom undersöktes alla försökspersoner för livsstilsförändringar under tiden sedan senaste testen (dvs förändring i kost och träning / daglig aktivitet, rökning eller dricka, mental hälsa eller medicineringstatus). Slutligen användes förändringar i BMI från tidpunkten för PET FMT-skanning till beteendestestning samt den tid som förflutit mellan PET-skanning och beteendestestning som variabler i analysen med flera regressionsdata.

PET-genomsökningar utfördes med Siemens ECAT-HR PET-kamera (Knoxville, TN). Cirka 2.5 mCi med hög specifik FMT-aktivitet injicerades som en bolus i en antecubital ven och en dynamisk uppsamlingssekvens i 3D-läge erhölls under totalt 89 min avsökningstid. Två högupplösta anatomiska bilder (MPRAGE) förvärvades i varje deltagare på en Siemens 1.5 T Magnetom Avanto MRI-skanner (Siemens, Erlangen, Tyskland) med användning av en 12-kanals huvudspole (TE / TR = 3.58 / 2120 ms; voxel storlek) = 1.0 × 1.0 × 1.0 mm, 160 axiella skivor; FOV = 256 mm; skanningstid ∼9 minuter). De två MPRAGE: erna var i genomsnitt för att erhålla en högupplöst strukturell bild, som användes för att generera enskilda kaudat- och cerebellumregioner av intresse (ROI).

Vänster och höger caudat och cerebellum ROI (används som referensregion, som i tidigare studier ) ritades manuellt på varje deltagares anatomiska MR-skanning med FSLView (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/som beskrivits tidigare . Både inter- och intra-rater-tillförlitlighet var över 95% (från betyg gjord av två laboratoriemedlemmar). För att undvika kontaminering av FMT-signal från dopaminerge kärnor, inkluderades endast de bakre tre fjärdedelarna av gråmaterialet i det cerebellära referensområdet. Efter samregistrering till PET FMT-utrymme inkluderades endast voxels med en högre 50% chans att ligga i ROI: erna för att säkerställa hög sannolikhet för grått material.

PET FMT-bilder rekonstruerades med en ordnad undergruppsförväntningsmaximeringsalgoritm med viktad dämpning, spridningskorrigerad, rörelsekorrigerad och utjämnad med en 4 mm helbredd med maximal maximal kärna, med användning av statistisk parametrisk kartläggning version 8 (SPM8) (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Den anatomiska MRI-skanningen samregistrerades till medelbilden av alla ombildade ramar i PET FMT-skanningen med hjälp av FSL-FLIRT (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/, version 4.1.2). Använda ett internt grafiskt analysprogram som implementerar Patlak-plottning , Ki bilder, som representerar mängden spårämne som ackumuleras i hjärnan relativt referensregionen (cerebellum , skapades en standardpraxis i PET-analys för att minimera potentiella störningar av brus från PET-data). Ki värden erhölls separat från vänster och höger caudat ROI och associering beräknades mellan Ki värden, BMI och beteendemått. Sedan ålder och kön har visat sig ha en effekt på FMT-bindning , korrelerades korrelationer mellan FMT och BMI med avseende på ålder och kön (samt eventuella förändringar i BMI från tiden för PET-skanning till beteendestestning) genom kontrollvariabler i en Pearson partiell korrelation.

Beteende paradigm

Personerna ombads att äta en typisk men inte för tung måltid en timme före testperioden. För att uppmuntra efterlevnaden av denna begäran planerades testsessioner efter typiska måltider (dvs. 9AM, 2PM och 7: 30PM) och tiden för den senaste måltiden registrerades. Matvaror som konsumeras före testningen och den förflutna tiden från sista måltiden som äts till testsessionen registrerades, (bestämd av resursen www.caloriecount.com och måltider och serveringsstorlekar rapporteras själv av enskilda). För att säkerställa att hunger inte påverkade uppgiften, mätte vi också hunger och fullhet med en visuell analog skala .

Bilder av åttio livsmedelsartiklar användes i vilka ämnen ombads att betygsätta artiklarna i 3 separata block baserade på 1) önskvärdhet, 2) hälsa och 3) smaklighet i programmet E-Prime Professional (Psychology Software Tool, Inc., Sharpsburg, PA, USA) (se Figur 1). För att skapa en uppgift med balanserade antal hälsosamma, ohälsosamma och neutrala matvaror skapade vi först ett objektivt hälsovärde för var och en av de åttio matvarorna genom att tilldela en standardiserad, objektiv poäng på -3 (mycket ohälsosam) till + 3 ( mycket hälsosamt) för varje mat baserat på en bokstavsgrad (från F-minus (mycket ohälsosamt) till A-plus (mycket hälsosamt)) och näringsinformation från online-resursen www.caloriecount.com. Dessa bokstavsklasser inkluderar flera faktorer (dvs. kalorier, gram fett, fiber etc.) och listas som en online-referens för "val för hälsosamt ätande", som anges på webbplatsen. Vi balanserade sedan uppgiften med ungefär lika många hälsosamma (dvs. livsmedel med objektiv poäng av 2 eller 3, som frukt och grönsaker), neutrala (dvs. livsmedel med objektiva poäng av 1 och −1, som saltkakor) och ohälsosamma föremål (dvs. livsmedel med negativa objektiva poäng på −2 eller −3, t.ex. högbehandlade godisbarer).

Figur 1  

Beteendeuppgift.

Ämnen ombads först att betygsätta graden till vilken de "önskade" eller "ville" varje objekt (skala av 1 (vill inte starkt) till 4 (vill starkt)), i texten benämnd "föredragen", en term överensstämmer med litteraturen . Matvaran skulle dyka upp och ämnet skulle ha upp till 4 sekunder att svara, och de gav betyg på alla åttio matvaror innan de fortsatte till de efterföljande ”hälso-” och ”smak” -blocken (se nedan). Eftersom människor har förmåga att modulera livsmedelsval baserade inte bara på smak för vissa livsmedel, utan också på uppfattningar om hälsosamhet , vi frågade bara ämnet för att betygsätta hur mycket de vill ha maten eller hitta maten önskvärd och preferensblocket presenterades alltid först. I ett försök att fånga hur mycket ämnet faktiskt föredrog de matvaror som presenterades informerades ämnen att de skulle få en matvaror från uppgiften i slutet av testet baserat på deras ”önskvärda” betyg. Ämnen visste inte heller i de kommande andra och tredje blocken (beskrivs nedan), de skulle bli bedda att bedöma hur friska och välsmakande de hittade varje matvaror.

I det andra blocket bedömde försökspersonerna hur mycket de uppfattade de åttio livsmedelsartiklarna som friska eller ohälsosamma (−3 för mycket ohälsosamma till 3 för mycket hälsosamma) och i ett tredje block, hur välsmakande de hittade de åttio livsmedelsartiklarna (−3 för inte alls välsmakande till 3 för mycket välsmakande). Ordningen på dessa block var konsekvent för alla försökspersoner, eftersom vi inte ville påverka hälsovården i en potentiell ordningseffekt. Försökspersonerna informerades om att betyg av hälsa och smak inte skulle påverka föremålet de skulle få baserat på deras svar i ”önskvärt” -blocket. Vi valde en 6-punktsskala för hälsa och smakvärden för att möjliggöra ett bredare intervall av mätning av smak / hälsa, inklusive ett "neutralt" betyg motsvarande −1 och + 1, medan 4-punktsskalan för önskvärt / preferensblock skulle återspegla endast föredragna eller icke-föredragna livsmedel. Den totala uppgiften varade i cirka 25 minuter. Ämnen frågades i slutet av uppgiften om det fanns några matvaror som var okända som kan ha lett till att det inte gick att svara. Alla försökspersoner rapporterade kännedom om matvaror och alla artiklar fick betyg för alla tre blocken av alla försökspersoner.

Dopamin i ryggstriatum har visat sig ha en stark förening i motivation för mat , , . Smakuppfattning är också mycket korrelerad med önskvärt mat, eftersom de flesta människor föredrar mat som de också tycker är välsmakande . Eftersom det finns många kombinationer av preferens-, smak- och hälsoblock som kan undersökas, för att eliminera flera jämförelser och potentialen för falska korrelationer, baserat på denna litteratur, undersökte vi antalet livsmedel som var självbetygade som 1) , välsmakande och upplevd "friska" och 2) föredragna, välsmakande och upplevda "ohälsosamma". (Föredragna artiklar klassificerade som 3 eller 4 i “önskvärt” -blocket; välsmakande artiklar klassificerade som 2 eller 3 i ”smak” -blocket; uppfattas som ”friska” artiklar klassade som 2 eller 3 och uppfattas som ”ohälsosamma” artiklar klassificerade som −2 eller −3 i “hälsosamhet” -blocket). Post-hoc-analys undersökte också förhållandet mellan upplevda "friska" till "ohälsosamma" livsmedel, antalet föredragna upplevda "friska" livsmedel som inte faktiskt objektivt bedömdes som friska (dvs. föredragna artiklar som individen bedömde som friska minus objekt som ämnet betygsatt som föredraget och som faktiskt var hälsosamt, bestämt av den tilldelade objektiva hälsopoängen. (Till exempel om ett ämne betygsatt ”crackers” som en föredragen upplevd hälsosam mat med en hälsosam poäng på 3 (mycket hälsosamt), och tilldelad objektiv hälsopoäng var en 1 (neutral-hälsosam), detta skulle räknas som en föredragen upplevd hälsosam mat som inte faktiskt var hälsosam. Medelkalorier för föredragna föremål från varje enskilt ämne beräknades också.

Statistisk analys

Stegvis multipel linjär regression användes för att testa förhållandena mellan de två separata beroende variablerna: 1) föredragen, välsmakande och upplevd hälsosam och 2) föredragna, goda och upplevda ohälsosamma matvaror och de oberoende variablerna: rätt caudat PET FMT-värden, lämnade caudat PET FMT-värden, BMI, ålder, kön, socioekonomisk status, eventuella förändringar i BMI mellan PET och beteendestestning och förfluten tid mellan PET och beteendestestning i SPSS version 19 (IBM, Chicago, Ill., USA), med inkludering av den oberoende variabeln till modellen inställd på p <0.05 och utesluten med p> ​​0.1. Det upplevda "friska" -till- "ohälsosamma" förhållandet var starkt korrelerat med den beroende variabeln för föredragna upplevda "friska" artiklar (r = 0.685, p <0.003), och därför kunde vi inte mata in denna variabel i modellen. Pearsons partiella korrelationer, korrigerade för ålder, kön och eventuella BMI-förändringar, användes emellertid för att testa direkta förhållanden mellan rätt caudat PET FMT och 1) BMI, 2) upplevt "hälsosamt" till "ohälsosamt" förhållande och 3) genomsnittliga kalorier av föredragna artiklar, utförda med SPSS version 19 (IBM, Chicago, Ill., USA). Vi testade också förhållandet mellan PET FMT-dopaminsyntesvärden, antalet föredragna upplevda "hälsosamma" matvaror som inte bedömdes som hälsosamma av den beräknade poängen och föredragna artiklar som bedömdes som hälsosamma av den beräknade poängen i ett steg- smart multipel regressionsmodell. (Antalet föredragna "hälsosamma" matvaror som inte klassificerats som hälsosamma av den beräknade poängen och de föredragna artiklarna som hälsosamma av den beräknade poängen var inte signifikant korrelerade (r = 0.354, p = 0.23). Vi testade också om det fanns ett samband mellan förändring i BMI och de beroende variablerna: vänster och höger caudat PET FMT-värden, SES, ålder, kön, tid mellan PET-avbildning och beteendestestning, antal föredragna upplevda "hälsosamma" livsmedel och föredragna upplevda "ohälsosamma" livsmedel med hjälp av steg -vis linjär regression. Data visas som Pearson r-värden.

Resultat

Förhållandet mellan PET FMT-dopaminsyntesvärden och BMI

Vi testade först om det finns ett signifikant samband mellan caudat PET FMT dopaminsyntesvärden och BMI-mätningar över 16 individer (medelvärde till måttligt överviktiga / feta individer). Vi fann en signifikant negativ korrelation mellan caudat PET FMT dopaminsyntesvärden och BMI, med högre BMI individer med lägre dopaminsyntes (Figur 2A: PET FMT råbilder av högre (vänster) och lägre (höger) BMI-individer; Figur 2B: höger caudat, r = −0.66, p = 0.014, vänster caudate: r = −0.22, p = 0.46 (inte signifikant (ns)), kontrollerad för ålder, kön och eventuella förändringar i BMI från PET FMT dopaminsyntescanning till beteendestestning ).

Figur 2  

Dorsal striatal dopamin och BMI.

Förhållandet mellan PET FMT-dopaminsyntesvärden och livsmedelsförmåga

Ämnen betygsatt åttio livsmedel i separata block 3 baserat på deras uppfattning om 1) önskvärt, 2) hälsosamhet och 3) smaklighet för varje matvaror (se Figur 1). Cirka 50% av artiklarna var friska och ohälsosamma, enligt vad som anges i hälsoinformation (se Metoder och material). Dopamin i ryggstriatum har visat sig ha en stark förening i motivation för mat , , , medan hedoniska egenskaper hos livsmedel medieras genom andra neuronala mekanismer , . Emellertid är smakuppfattningen starkt korrelerad med önskvärt mat, eftersom de flesta människor föredrar mat som de också tycker är välsmakande . Här finner vi också att smakupplevelse och preferens är starkt korrelerade, genom att föredragna föremål också klassificeras som goda (r = 0.707, p <0.002).

För att undersöka hur hälsouppfattningen kan påverka livsmedelsrelaterat beslutsfattande använde vi stegvis multipel linjär regression för att modellera förhållandena mellan den beroende variabeln av antalet livsmedel som bedömdes vara föredragna, goda och upplevda friska och de oberoende variablerna av FMT i vänster och höger caudat, BMI, ålder, kön, SES, förändring i BMI från tidpunkten för PET-skanning till beteendestestning och tid som gått från tiden för PET till beteendestestning. Rätt caudat PET FMT dopaminsyntesvärden bidrar signifikant till regressionsmodellen för antalet föredragna, välsmakande föremål som upplevdes som friska (Beta: -0.696; t (15) = -3.625, p <0.003, Figur 3), medan alla andra oberoende variabler exkluderades från modellen som icke-signifikanta (t (15) <1.216, p> 0.246). Vi testade också hypotesen att antalet föredragna, upplevda "ohälsosamma" objekt också skulle visa ett samband med dessa oberoende variabler, men ingen oberoende variabel infördes i modellen som signifikant (F <2.7, p> 0.1). Således har individer med lägre caudat PET FMT dopaminsyntesvärden större preferenser för upplevda "hälsosamma" men inte upplevda "ohälsosamma" livsmedel.

Figur 3  

Dorsal striatal dopamin och livsmedelsrelaterat beteende.

Förhållandet mellan PET FMT-dopaminsyntesvärden och hälsopfattning av livsmedel

Vi ansåg att förhållandet mellan caudat PET FMT-dopaminsyntesvärden och preferens för upplevda "friska" föremål kan bero på individuella skillnader i hälsouppfattningen av livsmedel. Även om vi utformade uppgiften med ett ungefärligt 1∶1-förhållande mellan hälsosamma och ohälsosamma livsmedel, varierade individer mycket i sin uppfattning om artiklarnas hälsa, med förhållanden friska till ohälsosamma varor som sträcker sig från 1.83∶1 till 0.15∶1. Därför undersökte vi som en post-hoc-analys sambandet mellan höger caudat PET FMT-dopaminsyntes och förhållandet mellan upplevda "friska" till "ohälsosamma" föremål och fann en signifikant negativ korrelation (r = −0.534, p = 0.04) , med lägre kaudat PET FMT dopaminsyntesvärden motsvarande ett större antal objekt uppfattas som "friska" jämfört med "ohälsosamt".

Vi använde därför stegvis multipel linjär regression för att undersöka förhållandena mellan caudat PET FMT-dopaminsyntes och preferens för upplevda friska men inte faktiska hälsosamma livsmedel (som bestäms av det beräknade målet poäng, se Metoder) och preferens för hälsosamma livsmedel som bestäms av den beräknade målpoängen. Vi hittade ett signifikant samband mellan caudat PET FMT dopaminsyntesvärden och preferens för upplevda hälsosamma men inte faktiska hälsosamma livsmedel (Beta: -0.631, t (15) = -3.043, p <0.01), men inget signifikant samband mellan caudat PET FMT dopamin syntesvärden och preferens för faktiska beräknade hälsosamma livsmedel (t (15) = -1.54, p> 0.148), vilket indikerar preferens för överupplevda "hälsosamma" livsmedel korrelerade starkare hos lägre FMT-individer. Vidare fanns det inget signifikant samband mellan caudat PET FMT dopaminsyntesvärden och de genomsnittliga kalorierna för föredragna föremål (r = 0.288, p> 0.34), vilket indikerar att lägre PET FMT dopaminsyntesindivider inte skiljer sig åt i kaloriinnehållet i föredragna livsmedel.

Vi hittade inte heller något samband mellan förändring i BMI och PET FMT dopaminsyntesvärden, SES, ålder, kön, tid mellan PET-avbildning och beteendestestning, antal föredragna upplevda "hälsosamma" livsmedel eller föredragna upplevda "ohälsosamma" livsmedel (p> 0.1).

Tidpunkten för testperioden, förfluten tid sedan sista måltid och antalet kalorier som ätits vid den sista måltiden var inte signifikant korrelerade med några beteendemått (p> 0.13). Sult- och fullhetsåtgärder korrelerade inte heller med några av beteendemåtten (p> 0.26).

Diskussion

Syftet med denna studie var att undersöka sambandet mellan endogen kaudatdopaminsyntes, BMI och livsmedelsrelaterat beteende. Vi fann att lägre kaudatdopaminsyntes, mätt med PET FMT dopaminsyntes, korrelerad med 1) större BMI och 2) större preferens för upplevda "friska" livsmedel. Vi hittade också ett samband mellan lägre caudat PET FMT dopaminsyntesvärden och större överbedömning av hälsosamheten hos livsmedelsprodukter, liksom en betydande korrelation med större föredragna upplevda "friska" livsmedel som inte var faktiskt friska. Vi fann inget signifikant samband mellan PET FMT-dopaminsyntes och det genomsnittliga kaloriinnehållet i föredragna livsmedel.

Forskning tyder på att preferens för och överförbrukning av ohälsosamma livsmedel är två av de många bidragsgivarna till viktökning och högre BMI (Centers for Disease Control and Prevention; http://www.cdc.gov/obesity/index.html). Intressant nog fann vi lägre dorsal striatal dopaminsyntes korrelerad med ett större antal föredragna, uppfattade "friska" livsmedel. Även om denna korrelation inte kan innebära orsakssamband, antyder detta konstaterande att endogena skillnader i dorsal striatal dopaminsyntes delvis kan spela en roll i individuella skillnader för livsmedelsförmåga. Här föreslår vi att lägre kaudat PET FMT dopaminsyntesvärden representerar lägre tonic dopamin, vilket som svar på smakliga stimuli möjliggör större fasisk sprängning och kanske förändrad respons på livsmedel. Avillkorligt kan dessa skillnader i dorsal striatal dopamin påverka behandlingen av gustatoriska stimuli i somatosensorisk cortex, eftersom en tidigare studie har visat förändrad aktivering i både dorsal striatal och somotosensory regioner med matintag hos individer som är mottagliga för fetma . Lägre dorsal striatal dopamin kan också resultera i anslutningsskillnader mellan dorsalt striatum och dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), vilket antyds av våra senaste fynd . Tdärför hypotes vi att dopaminrelaterade dorsala striatalmekanismer kan påverka skillnader i hälsouppfattningen genom antingen anslutning till somatosensorisk bearbetning (dvs förändrade smakupplevelser) eller kanske anslutning till DLPFC, som har visat sig spela en roll i överutvärdering av tidigare föredraget val objekt . Funktionell magnetisk resonansavbildning (fMRI) kan belysa dessa potentiella mekanismer för individuella skillnader i livsmedelspreferenser och övervärdering av hälsovärden.

Till en början förutspådde vi att individer med lägre dorsal striatal dopamin skulle ha större allmänna matpreferenser (dvs föredrar fler antal artiklar som är självbedömda som "friska" och "ohälsosamma"), jämfört med individer med högre dorsal striatal dopamin. En annan upptäckt av vår studie var emellertid att övervärdigheten av hälsosamma livsmedel (dvs. en ökad känsla av hälsosamhet), men inte kaloriinnehållet i de föredragna livsmedelsartiklarna eller preferens för objektivt definierade hälsosamma livsmedel var betydligt relaterade till endogent dorsala striatal dopaminåtgärder. Därför kan en förklaring till våra resultat av en signifikant relation med endast upplevda "hälsosamma" livsmedel vara att livsmedel som uppfattas som "hälsosamma" är mer motiverade som föredragna. Detta kan särskilt vara fallet eftersom vår studie medvetet genomfördes efter försökspersonernas måltider när den totala önskan om mat borde vara minimal. Därför hade ämnen större preferens för övervärderade "hälsosamma" livsmedel trots att de var mättade och inte hungriga vid den tiden. Framtida studier som undersöker förhållandet mellan endogen striatal dopamin och matpreferenser i hungriga kontra mättade stater skulle ytterligare underbygga denna hypotes.

Det kan också hävdas att hälsouppfattning kräver exponering och erfarenhet av livsmedel för att få en känsla av hälsovärde, och det kan vara fallet att skillnader i livsstil i livsstil har påverkat eller modifierat underliggande dorsal striatal dopaminsyntes. Dessutom kunde skillnader i livsmedelsförståelse ha kunnat tillskrivas skillnader i livsmedelspreferens eller överbedömning av livsmedel som hälsosamma. Emnen rapporterade emellertid i slutet av uppgiften att de var bekanta med alla livsmedel (se Metoder). Även om vi inte undersökte skillnader i kost, screenade vi medvetet försökspersoner som inte bantade vid studietid. Dessutom var alla försökspersoner unga (åldersintervall 19 – 30) utan någon historia av ätstörningar och bedömde sig som i genomsnitt till utmärkt hälsa. Vi bedömde också socioekonomisk status och fann inget inflytande. Det finns emellertid andra miljöpåverkan på livsmedelspreferenser som förutom striatal dopamin kan utforskas vidare i framtida studier.

Vi antar att de subtila individuella skillnaderna i hälsopfattning kan bidra till ökad BMI över tid, eftersom det har rapporterats att mindre ökningar av kaloriintaget dagligen (oavsett om de uppfattas som "friska" eller "ohälsosamma") bidrar till den totala viktökningen . Även om vi inte hittade något samband mellan BMI och hälsouppfattning här, kanske med ett större utbud av BMI, kan överbedömning av hälsosamheten hos matvaror vara mer uttalad i högre BMI-ämnen. Vår brist på betydande resultat mellan BMI och livsmedelsrelaterat beteende kan också antyda att endogen striatal dopamin är närmare relaterad till livsmedelsrelaterat beteende än BMI själv som en fenotyp, eftersom BMI påverkas av olika komplicerade faktorer och kanske inte är den bästa prediktorn av beteende eller neuroimaging fynd (se för granskning). Vi hittade inte heller några förutsägare för förändringen i BMI för tid som förflutit mellan PET-förvärv och beteendestestning, även om förändringen i BMI för försökspersoner var liten och inte signifikant olika mellan tidpunkter. Framtida studier som använder PET-FMT-dopaminsyntesåtgärder, tillsammans med livsmedelspreferenser och hälsopersepsionsåtgärder, i en befolkning med större BMI-fluktuering skulle emellertid vara av stort intresse.

För att komplettera tidigare studier som använde PET-ligander som binder dopaminreceptorer, använde vi ett mått på dopaminsyntesförmåga och visade att lägre dopaminsyntes i dorsalstriatum (dvs. caudat) motsvarar högre BMI. Även om det bör noteras, på grund av vår tvärsnitts karaktär, kan vi inte slutgiltigt sluta en orsak eller effektförhållande till lägre dorsal striatal FMT-dopaminsyntesvärden motsvarande högre BMI. Men vår studie använde hälsoviktiga till måttligt överviktiga / feta (dvs icke-sjukligt överviktiga) individer, och därför kan våra resultat tyder på att lägre dorsal-streatal presynaptisk dopaminåtgärder skulle kunna motsvara en benägenhet till fetma. Å andra sidan kan det också vara så att nedreglering av presynaptisk dopamin i kaudatet har inträffat som svar på måttligt högre BMI, eftersom det har visats att dopaminerg signalering minskat som svar på överförbrukning av livsmedel i djurmodeller , och överkonsumtion av mat är vanligtvis associerad med viktökning som leder till högre BMI. Även om vi använde individer med ett begränsat utbud av BMI i vår studie, kanske betraktade som en begränsning av studien, finner vi faktiskt resultaten ännu mer övertygande genom att ett samband mellan PET FMT-dopaminsyntes och BMI finns utan att inkludera sjukliga feta individer. Även om vår provstorlek (n = 16) var större än eller jämförbar med andra provstorlekar i PET FMT-studier (, , ), replikering av våra resultat med en större provstorlek och ett bredare utbud av BMI skulle ytterligare underbygga våra resultat och kan hitta större preferenser för ohälsosamma livsmedel som korrelerar med lägre PET FMT-dopaminsyntesvärden, som inte upptäcktes i vår studie.

Sammanfattningsvis även om andra neurotransmitter-system är involverade i utfodring och viktreglering , vår studie hittar en roll för dorsal striatal dopamin i livsmedelspreferenser såväl som hälsopfattning av mat hos människor. Framtida prospektiva studier som använder dopaminrelaterade PET-åtgärder är av stort intresse för att undersöka hur endogent dopamin, såväl som individuella skillnader i livsmedelsrelaterat beteende, kan korrelera med fluktuationer i kroppsvikt hos människor.

Finansieringsdeklaration

Detta arbete finansierades generöst av NIH-bidrag DA20600, AG044292 och F32DA276840, och Tanita Healthy Weight Community Fellowship. Finansierarna hade ingen roll i studiedesign, insamling och analys av data, beslut om att publicera eller förbereda manuskriptet.

Referensprojekt

1. Swinburn BA, Sacks G, Hall KD, McPherson K, Finegood DT, et al. (2011) Den globala fetma-pandemin: formad av globala förare och lokala miljöer. Lancet 378: 804 – 814 [PubMed]
2. Hare TA, Camerer CF, Rangel A (2009) Självkontroll vid beslutsfattande innebär modulering av vmPFC-värderingssystemet. Science 324: 646 – 648 [PubMed]
3. Provencher V, Polivy J, Herman CP (2009) Upplevd hälsosam mat. Om det är hälsosamt kan du äta mer! Aptit 52: 340–344 [PubMed]
4. Gravel K, Doucet E, Herman CP, Pomerleau S, Bourlaud AS, et al. (2012) "Hälsosam," "diet" eller "hedonic". Hur påverkar näringspåståenden matrelaterade uppfattningar och intag? Aptit 59: 877 – 884 [PubMed]
5. Johnson PM, Kenny PJ (2010) Dopamin D2-receptorer i beroende-liknande belöningsdysfunktion och tvångsmat äta hos feta råttor. Nat Neurosci 13: 635 – 641 [PMC gratis artikel] [PubMed]
6. Szczypka MS, Kwok K, Brot MD, Marck BT, Matsumoto AM, et al. (2001) Dopaminproduktionen i caudat-putamen återställer utfodring av dopamin-bristande möss. Neuron 30: 819 – 828 [PubMed]
7. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD (2011) Belöning, dopamin och kontroll av matintag: konsekvenser för fetma. Trender Cogn Sci 15: 37 – 46 [PMC gratis artikel] [PubMed]
8. Dunn JP, Kessler RM, Feurer ID, Volkow ND, Patterson BW, et al. (2012) Förhållande mellan dopamintyp 2-receptorbindningspotential med fastande neuroendokrina hormoner och insulinkänslighet vid fetma hos människor. Diabetes Care 35: 1105 – 1111 [PMC gratis artikel] [PubMed]
9. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, et al. (2001) Hjärndopamin och fetma. Lancet 357: 354 – 357 [PubMed]
10. Ziauddeen H, Farooqi IS, Fletcher PC (2012) Fetma och hjärnan: hur övertygande är missbrukmodellen? Nat Rev Neurosci 13: 279 – 286 [PubMed]
11. Cools R, Frank MJ, Gibbs SE, Miyakawa A, Jagust W, et al. (2009) Striatal dopamin förutsäger resultatspecifikt inlärning av reversering och dess känslighet för administrering av dopaminerg läkemedel. J Neurosci 29: 1538 – 1543 [PMC gratis artikel] [PubMed]
12. Cools R, Gibbs SE, Miyakawa A, Jagust W, D′Esposito M (2008) Arbetsminneskapacitet förutsäger dopaminsyntesförmåga i människans striatum. J Neurosci 28: 1208 – 1212 [PubMed]
13. DeJesus O, Endres C, Shelton S, Nickles R, Holden J (1997) Utvärdering av fluorerade m-tyrosinanaloger som PET-avbildningsmedel för dopamin nervterminaler: jämförelse med 6-fluoroDOPA. J Nucl Med 38: 630 – 636 [PubMed]
14. Eberling JL, Bankiewicz KS, O′Neil JP, Jagust WJ (2007) PET 6- [F] fluoro-Lm-tyrosine Studies of Dopaminergic Function in Human and Nonhuman Primates. Front Hum Neurosci 1: 9. [PMC gratis artikel] [PubMed]
15. Wilcox CE, Braskie MN, Kluth JT, Jagust WJ (2010) Överätande beteende och Striatal dopamin med 6- [F] -Fluoro-Lm-Tyrosine PET. J Obes 2010. [PMC gratis artikel] [PubMed]
16. Barratt W (2006) Barratt Simplified measure of Social Status (BSMSS) som mäter SES.
17. VanBrocklin HF, Blagoev M, Hoepping A, O′Neil JP, Klose M, et al. (2004) En ny föregångare för framställning av 6- [18F] Fluoro-Lm-tyrosine ([18F] FMT): effektiv syntes och jämförelse av radiomärkning. Appl Radiat Isot 61: 1289 – 1294 [PubMed]
18. Jordan S, Eberling J, Bankiewicz K, Rosenberg D, Coxson P, et al. (1997) 6- [18F] fluoro-Lm-tyrosin: metabolism, positronemissionstomografi-kinetik och 1-metyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridinlesioner i primater. Hjärnresistent 750: 264 – 276 [PubMed]
19. Snow BJ (1996) Fluorodopa PET-skanning vid Parkinsons sjukdom. Adv Neurol 69: 449–457 [PubMed]
20. Vingerhoets FJ, Snow BJ, Tetrud JW, Langston JW, Schulzer M, et al. (1994) Tomografisk bevis för positronemission för progression av humana MPTP-inducerade dopaminerga lesioner. Ann Neurol 36: 765 – 770 [PubMed]
21. Mawlawi O, Martinez D, Slifstein M, Broft A, Chatterjee R, et al. (2001) Imaging human mesolimbic dopamin transmission with positron emission tomography: I. Noggrannhet och precision av D (2) receptorparametermätningar i ventral striatum. J Cereb Blood Flow Metab 21: 1034 – 1057 [PubMed]
22. Logan J (2000) Grafisk analys av PET-data tillämpade på reversibla och irreversibla spårare. Nucl Med Biol 27: 661 – 670 [PubMed]
23. Patlak C, Blasberg R (1985) Grafisk utvärdering av blod-till-hjärnöverföringskonstanter från upprepningsdata för flera gånger. Generaliseringar. J Cereb Blood Flow Metab 5: 584 – 590 [PubMed]
24. Laakso A, Vilkman H, Bergman J, Haaparanta M, Solin O, et al. (2002) Könsskillnader i striatal presynaptisk dopaminsyntesförmåga hos friska personer. Biol Psychiatry 52: 759 – 763 [PubMed]
25. Parker BA, Sturm K, MacIntosh CG, Feinle C, Horowitz M, et al. (2004) Förhållandet mellan matintag och visuellt analogt betyg på aptit och andra sensationer hos friska äldre och unga personer. Eur J Clin Nutr 58: 212 – 218 [PubMed]
26. Hare TA, Malmaud J, Rangel A (2011) Att fokusera på hälsoaspekterna av livsmedel ändrar värdesignaler i vmPFC och förbättrar valet av diet. J Neurosci 31: 11077 – 11087 [PubMed]
27. Berridge KC (2009) "Liking" och "vill" matbelöningar: hjärnsubstrat och roller i ätstörningar. Physiol Behav 97: 537 – 550 [PMC gratis artikel] [PubMed]
28. Goto Y, Otani S, Grace AA (2007) Dopamins frisättning Yin och Yang: ett nytt perspektiv. Neuropharmacology 53: 583 – 587 [PMC gratis artikel] [PubMed]
29. Stice E, Yokum S, Burger KS, Epstein LH, Small DM (2011) Ungdomar med risk för fetma visar större aktivering av streatal och somatosensory regioner till mat. J Neurosci 31: 4360 – 4366 [PMC gratis artikel] [PubMed]
30. Wallace DL, Vytlacil JJ, Nomura EM, Gibbs SE, D′Esposito M (2011) Dopaminagonisten bromokriptin påverkar på olika sätt fronto-striatal funktionell anslutning under arbetsminnet. Front Hum Neurosci 5: 32. [PMC gratis artikel] [PubMed]
31. Mengarelli F, Spoglianti S, Avenanti A, di Pellegrino G (2013) Cathodal tDCS Over the Left Prefrontal Cortex Minskar Choice-inducerad preferensändring. Cereb Cortex. [PubMed]
32. Katan MB, Ludwig DS (2010) Extra kalorier orsakar viktökning - men hur mycket? JAMA 303: 65 – 66 [PubMed]
33. Thanos PK, Michaelides M, Piyis YK, Wang GJ, Volkow ND (2008) Matbegränsning ökar markant dopamin D2-receptorn (D2R) i en råttmodell av fetma, bedömd med in-vivo muPET-avbildning ([11C] raclopride) och in- vitro ([3H] spiperone) autoradiografi. Synapse 62: 50 – 61 [PubMed]