Xử lý phần thưởng tiền tệ ở những người béo phì có và không có rối loạn ăn uống (2013)

Iris M. Balodis, Hedy Kober, Patrick D. Worhunsky, Marney A. Trắng, Michael C. Stevens, Godfrey D. Pearlson, Rajita Sinha, Carlos M. Grilovà Marc N. Potenza

Những người tham gia

Những người tham gia bao gồm người lớn 57 19 tuổi 64 (tuổi trung bình: 38.9, 34 nữ), trong đó 64.9% (n = 37) được xác định là da trắng, 29.0% (n = 17) được xác định là người Mỹ gốc Phi, 5.3% (n = 3) được xác định là người Mỹ bản địa và 1.8% (n = 1) được xác định là người Mỹ gốc Á; 5.3% (n = 3) tự nhận mình là người gốc Tây Ban Nha và 94.7% (n = 54) được xác định là không phải gốc Tây Ban Nha. Thông tin nhân khẩu học là trong Bảng 1 và Bổ sung 1. Tuổi được bao gồm dưới dạng đồng biến trong tất cả các phân tích tương phản nhóm, đưa ra sự khác biệt nhóm về tuổi và để kiểm soát các tác động tiềm ẩn liên quan đến tuổi. Chỉ số khối cơ thể (BMI) trong nhóm BED dao động từ 30.1 đến 44.1. Nhóm OB bao gồm các cá nhân 19 có chỉ số BMI từ 30.4 đến 41.6 và nhóm LC bao gồm các cá nhân 19 có BMI khác nhau, từ 20.4 đến 24.6. Các nhóm BED và OB không khác nhau về BMI trung bình và như dự đoán, các nhóm này có BMI cao hơn nhóm LC.

 

Bảng 1

Dữ liệu nhân khẩu học và BMI của người tham gia

Nhóm BED béo phì bao gồm những người tham gia tìm kiếm điều trị 19 đã đăng ký tham gia thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng giả dược, các phương pháp điều trị sibutramine và can thiệp nhận thức tự điều trị bằng phương pháp nhận thức, một mình hoặc kết hợp. Theo các biện pháp cơ bản được mô tả ở đây, những người tham gia đã trải qua giao thức fMRI trước khi bắt đầu các phương pháp điều trị, được thực hiện trong 4 tháng. Các tiêu chí DSM-4 được đề xuất cho BED (www.dsm5.org) đã được sử dụng để xác minh rằng tất cả các cá nhân trong nhóm BED đều đáp ứng các tiêu chí, nhưng không có cá nhân nào trong nhóm OB hoặc LC có tiền sử hoặc biểu hiện hiện tại của việc ăn nhạt hoặc các hành vi ăn uống không điều độ khác.

Các biện pháp

Phân tích và thu thập fMRI

Hình ảnh được thu được với các hệ thống MRI Trio 3T MRI (Siemens, Malvern, Pennsylvania). Phương pháp thu thập và phân tích hình ảnh được trình bày chi tiết trong Bổ sung 1. Các hình ảnh chức năng đã được xử lý trước bằng SPM5 (Phòng thí nghiệm hình ảnh chức năng chào mừng, London, Vương quốc Anh), được chuẩn hóa theo khuôn mẫu của Viện nghiên cứu thần kinh Montreal và được làm mịn bằng một hạt nhân có chiều rộng tối đa bằng một nửa. Mô hình hóa cấp độ đầu tiên được thực hiện với hồi quy mạnh mẽ (41) để giảm ảnh hưởng của các ngoại lệ (42). Các tham số bộ lọc chuyển động và thông cao được đưa vào dưới dạng các hồi quy bổ sung không đáng quan tâm. Gói phân tích Neuroelf (www.neuroelf.net) đã được sử dụng để phân tích hiệu ứng ngẫu nhiên cấp hai. Việc hiệu chỉnh cho nhiều so sánh được thực hiện với mô phỏng Monte-Carlo (ví dụ: AlphaSim), với ngưỡng voxel-khôn ngoan và cụm kết hợp để dẫn đến tỷ lệ lỗi thông minh của gia đình là 5%. Để kiểm tra kích hoạt não liên quan đến nhiệm vụ, chúng tôi đã so sánh: 1) dự đoán lợi ích tiền tệ so với dự đoán không có kết quả tiền tệ cho triển vọng (A1) và dự đoán các giai đoạn thông báo (A2) (A1Win và A2Win); 2) dự đoán tổn thất tiền tệ so với dự đoán không có kết quả tiền tệ cho các giai đoạn A1 và A2 (lần lượt là A1Loss và A2Loss); 3) Thử nghiệm kết quả của Win Win với so sánh với trung tính (OCWin); và 4) Thử nghiệm kết quả giữa các cuộc tấn công (OCLoss). Xem Bổ sung 1 để biết thêm thông tin và Balodis et al. (32) mô tả cấu trúc thử nghiệm. Để kiểm tra sự khác biệt giữa các nhóm, chúng tôi đã so sánh hoạt động trong các nhóm BED, OB và LC trong A1Win, A2Win, OCWin, A1Loss, A2Loss và OCLoss theo cặp t xét nghiệm. Ngoài sự tương phản toàn bộ não, các phân tích lợi ích vùng 2 đã được thực hiện. Những phân tích này tập trung vào VS, với tọa độ từ phân tích tổng hợp các mạch não được tuyển dụng trong quá trình dự đoán các ưu đãi tiền tệ (Hình 2) (43) và tọa độ bao gồm các hạt nhân accumbens (Hình 3) (26).

 

Hình 2

Quan điểm coronal của các vùng quan tâm của thai kỳ (ROI) với tọa độ được báo cáo bởi Knutson và Greer (43). (A) Các đốm màu xanh biểu thị một hình cầu 5-mm xung quanh đỉnh não thất bên trái [−12, 10, 2] và bên phải [10, 8, 2]. (B ...

 

Hình 3

Quan điểm của coron ROI bụng thất với tọa độ dựa trên kết quả xử lý phần thưởng của Breiter et al. (15). (A) Các đốm màu xanh biểu thị một hình cầu 6-mm xung quanh đỉnh não thất bên trái (−12, 7, 10) và bên phải (12, 7, −10) ...

OB Versus LC

Xem Hình 1A và Bảng 2.

 

Hình 1

Sự khác biệt của nhóm về Nhiệm vụ Trì hoãn Ưu đãi Tiền tệ ở các khu vực tiền đình ở bụng ở những người béo phì mắc chứng rối loạn ăn uống (BED) (n = 19), những người béo phì không có BED (OB) (n = 19) và so sánh nạc (LC) (n = 19) nhóm tại z = −17, ...

 

Bảng 2

Sự khác biệt nhóm trong MIDT

GIƯỜNG Versus LC

Xem Hình 1B và Bảng 2.

BED Versus OB

Xem Hình 1C và Bảng 2.

Dự đoán chế biến

Phù hợp với các giả thuyết của chúng tôi, việc xử lý dự đoán có liên quan đến hoạt động VS song phương giảm dần trong BED so với người tham gia OB. Ngược lại, tương phản LC OB LC cho thấy tuyển dụng VS song phương tăng lên trong giai đoạn này ở những người tham gia OB. Ngoài ra, tín hiệu OB BED khác nhau đã được chứng minh ở các khu vực midbrain, amygdala và thalamus đã được xác định trước đây trong mô hình cue thực phẩm vì phản ứng nhanh hơn trong quá trình dự đoán liên quan đến quá trình thưởng19,20). Do đó, những kết quả này cung cấp một số giải thích rõ ràng về các kết quả xử lý phần thưởng có vẻ mơ hồ so với tăng động trong bệnh béo phì và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phân biệt giữa các phân nhóm béo phì và các giai đoạn thưởng kết quả dự đoán. VS, đặc biệt là accumbens hạt nhân, có liên quan mạnh mẽ đến việc xử lý phần thưởng, đặc biệt là liên quan đến những thay đổi trong trạng thái tình cảm và hành vi hướng đến mục tiêu (46–48). Kết quả của chúng tôi về phản ứng giảm dần trong nhóm BED, liên quan đến nhóm OB, qua các giai đoạn thắng / thua của A2 phù hợp với các phát hiện của MIDT trong các quần thể khác, đặc trưng bởi các vấn đề về kiểm soát xung lực, bao gồm cả những người mắc bệnh cờ bạc, rối loạn tăng động / chú ý , nghiện rượu và lịch sử gia đình tích cực đối với chứng nghiện rượu (31,32,39,49,50). Tương tự như những phát hiện liên quan đến cờ bạc bệnh lý (37), giảm hoạt động trước sinh tương đối ở những người tham gia BED ít đặc hiệu pha hơn so với giả thuyết. Hoạt động tiền cảnh tương đối giảm dần xảy ra trong cả hai giai đoạn dự đoán và kết quả và điều kiện thắng và thua (Hình 1), chỉ ra trong BED một mô hình tổng quát về xử lý tiền thưởng và tổn thất tiền cảnh giảm dần. Ngoài ra, các tương phản OB BED và LC và BED của OB tạo ra một mô hình khác biệt tương tự giữa các giai đoạn kết quả trên MIDT, đặc biệt là ở các khu vực nội tâm và ngoại cảnh. Tuy nhiên, một số khác biệt ở các khu vực tiền cảnh trong giai đoạn dự đoán trong các tương phản LC của BED cho thấy nhóm BED có thể được đặc trưng nhất bởi các thay đổi trong các giai đoạn kết quả, trong khi nhóm OB được phân biệt thông qua tăng động trong các giai đoạn dự đoán.

Liên quan đến lý thuyết nghiện

Xử lý dự đoán giảm dần có thể đại diện cho một tiền thân quan trọng trong sự phát triển của BED. Hội chứng thiếu hụt Thưởng Phần thưởng cho thấy những cá nhân có hoạt động thần kinh cơ bản có thưởng thấp có thể tiêu thụ thực phẩm hoặc tham gia vào các hành vi gây nghiện trong nỗ lực bù đắp để kích thích hoạt động ở những khu vực này (51). Các phản ứng midbrain bị thay đổi bao gồm các vùng nguyên chất trong cả hai giai đoạn A2W và A2L trong BED-OB và OB OB LC tương phản gợi ý sự thay đổi trong con đường thần kinh dopaminergic. Thật vậy, VS, vùng dưới đồi, đồi thị và vỏ não trước đại diện cho các khu vực chiếu chiếm ưu thế của hệ thống dopamine mesocorticolimbic, phù hợp với vai trò của chất dẫn truyền thần kinh này trong xử lý phần thưởng (52,53). Mặc dù fMRI chắc chắn không thể liên quan đến thay đổi hoạt động với dopamine, các nghiên cứu chụp cắt lớp phát xạ fMRI và positron kết hợp chứng minh hoạt động dopaminergic tăng lên ở các vùng vỏ não trước trán khi các cá nhân dự đoán và nhận phần thưởng bằng tiền (54). Thay đổi Dopaminergic được ghi nhận trong BED (55–57), và giải phóng dopamine trong giai đoạn kích thích thực phẩm có liên quan tích cực với chế độ ăn kiêng (58). Tuy nhiên, một mô hình dopaminergic BED-hypo-active / OB-hyperactive có thể áp dụng quá mức các quy trình cơ bản; những thay đổi có thể liên quan đến các giai đoạn rối loạn cụ thể, do đó quá mẫn cảm ban đầu của hệ thống này có thể bị điều hòa quá mức với việc ăn quá nhiều thực phẩm nhiều chất béo hoặc đường (59–61). Phù hợp với lý thuyết khuyến khích sự mặn mà, tác động khoái lạc (nghĩa là, ý thích của chế độ tiêu dùng) có thể giảm sau khi tiêu thụ quá mức, trong khi đó, thành phần khuyến khích (ví dụ, cách ly mong muốn) được nâng cao. Trong nghiên cứu hiện tại, những người tham gia BED đã chứng minh việc xử lý dự đoán giảm dần so với nhóm OB đối với các tín hiệu tiền tệ; có thể việc tiếp xúc với các tín hiệu thực phẩm (nghĩa là các kích thích rối loạn đặc hiệu) có thể làm tăng hoạt động trong các mạng lưới tiền sản (37).

Trái ngược với nhóm BED, sự khác biệt của nhóm OB OB LC hầu hết được chứa trong các giai đoạn dự đoán. Các phát hiện trong nhóm OB (liên quan đến LC) tăng OFC trung gian / bên, striatum, amygdala và kích hoạt hồi hải mã trong quá trình xử lý dự đoán phù hợp với mô hình phản ứng tương tự được ghi nhận trong khi trình bày các dấu hiệu thực phẩm (7) và hỗ trợ ý tưởng dự đoán phần thưởng lớn hơn trong nhóm này.

Kết quả xử lý

Phù hợp với các giả thuyết của chúng tôi, những người tham gia BED đã thể hiện hoạt động tương đối giảm dần ở các khu vực trước và sau trong giai đoạn kết quả, liên quan đến cả hai nhóm OB và LC. Những phát hiện này phù hợp với các báo cáo trong bulimia đầy đủ và dưới ngưỡng, trong đó các cá nhân thể hiện hoạt động giảm dần ở con quay phía trước bên trái, insula và con quay trước bên phải trong quá trình tiêu thụ thực phẩm ngon miệng (25). Ngoài ra, vmPFC và teo cơ bên phải có liên quan đến nguyên nhân ăn uống bắt buộc (62). Trong cả hai tương phản LC BED và OB BED, các hoạt động insula song phương giảm dần kéo dài đến IFG là điều hiển nhiên ở những người tham gia BED. Insula cấu thành vỏ vị giác chính nhưng cũng có liên quan đến tín hiệu cân bằng nội môi (63–65). Do đó, kết quả hỗ trợ cho ý tưởng xử lý phần thưởng tổng quát đã thay đổi trong BED. Nhận thức về sự can thiệp bị thay đổi thông qua hoạt động insula bị cùn, đặc biệt là trong quá trình xử lý kết quả, cho thấy khả năng bị suy giảm để tích hợp thông tin khen thưởng liên quan đến tình trạng hiện tại của cá nhân. Ngoài ra, IFG có liên quan đến sự tương tác giữa xử lý nhận thức và động lực trong quá trình kiểm soát ức chế (66–68); do đó, giảm tín hiệu IFG và insula tập thể có thể có ý nghĩa trong việc đo lường các tín hiệu đói / no.

Điểm mạnh, hạn chế và định hướng tương lai

Theo hiểu biết của chúng tôi, nghiên cứu hiện tại là cuộc điều tra fMRI đầu tiên về xử lý phần thưởng tổng quát qua các giai đoạn phần thưởng đặc biệt và giữa các nhóm phụ béo phì, bao gồm cả những người có BED. Việc áp dụng mô hình xử lý phần thưởng trong các nhóm béo phì thể hiện các hành vi ăn uống khác nhau cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về dấu ấn sinh học tiềm năng của từng kiểu hình. Theo cách này, nghiên cứu hiện tại phân tích các mối tương quan thần kinh cụ thể liên quan đến mô hình hành vi ăn uống từ những người liên quan đến béo phì. Ngoài ra, nhiệm vụ fMRI cung cấp cơ hội để kiểm tra các mô hình thần kinh liên quan đến các quá trình thưởng / mất có thể thúc đẩy các mô hình ăn uống cụ thể.

Nghiên cứu hiện tại bị giới hạn bởi một số yếu tố. Số lượng nam giới tham gia nhóm BED thấp không được kiểm tra về sự khác biệt giới tính; quản lý các câu hỏi ăn uống trên tất cả các nhóm cũng có thể đã xác định các đặc điểm ăn uống quan trọng khác. Các nghiên cứu trước đây đã báo cáo sự khác biệt liên quan đến mức độ nghiêm trọng của BED trong các mẫu lâm sàng và cộng đồng (69); do đó, có thể bản chất tìm kiếm điều trị đã phân biệt BED với các nhóm OB và LC. Một số phát hiện toàn bộ não không tồn tại trong quá trình điều chỉnh Bonferroni bảo thủ cho nhiều so sánh liên quan đến sáu giai đoạn của MIDT và ba nhóm chẩn đoán được kiểm tra.

Nghiên cứu trong tương lai có thể kiểm tra thêm điểm tương đồng giữa các nhóm BED và OB; trong nghiên cứu hiện tại, các phân tích kết hợp đã xác định sự chồng chéo ở các vùng lưng và phía sau nhiều hơn (Bảng S2 trong phần bổ sung 1). Ngoài ra, sự chồng chéo nhỏ đã được quan sát giữa các nhóm béo phì trong các tương phản LC BED và LC. Các khu vực tập trung xuất hiện chủ yếu trong các giai đoạn kết quả và ở các khu vực phía sau nhiều hơn, bao gồm cả cation sau giảm dần, tiền thân và hoạt động của con quay trước trong cả hai giai đoạn kết quả. Những lĩnh vực này có liên quan đến kỳ vọng khen thưởng và kiểm soát sự chú ý; ví dụ, các cingulation sau được gán một vai trò trong việc báo hiệu sự thay đổi môi trường, bao gồm cả kết quả khen thưởng, với hoạt động tăng lên tương ứng với các thay đổi về trạng thái bên trong hoặc các biến môi trường (70). Hoạt động giảm dần trong các lĩnh vực này trong các nhóm béo phì cho thấy sự thay đổi trong sự chú ý và động lực trong quá trình phản hồi trong các giai đoạn kết quả.

Các nghiên cứu trong tương lai cũng nên kiểm tra sự khác biệt có thể có liên quan đến giới tính, tình trạng hút thuốc và hành vi tìm kiếm điều trị ở những người béo phì. Một bước quan trọng khác sẽ liên quan đến việc hiểu cách các hệ thống thần kinh này tương tác với các cơ chế cân bằng nội môi (71,72) và thêm vào đó liên quan đến tình trạng mãn tính / thời gian béo phì và / hoặc BED. Các nghiên cứu theo chiều dọc có thể cung cấp thêm các liên kết tạm thời giữa thay đổi cân nặng và xử lý hệ thống thưởng và xác định các dấu hiệu sinh học liên quan đến lượng thức ăn trước khi phát triển béo phì. Mặc dù thiết kế thử nghiệm hiện tại không thể phân biệt được liệu những khác biệt này là nguyên nhân hay hậu quả của việc béo phì hoặc ăn nhạt, nhưng dù sao chúng cũng có ý nghĩa quan trọng đối với việc điều trị béo phì. Các liệu pháp tập trung vào việc kích thích hoạt động limbic corticosteroid có thể đại diện cho các chiến lược điều trị quan trọng đối với BED. Nhìn rộng hơn, những phát hiện này cho thấy sự liên quan tiềm năng của các chính sách y tế trong việc điều chỉnh thực phẩm nhiều chất béo, đường cao có thể làm thay đổi khả năng đáp ứng của những người có nguy cơ ăn uống và béo phì (73).

Kết luận

Nghiên cứu hiện tại thể hiện một bước quan trọng trong việc kiểm tra các nhóm người mắc bệnh béo phì và não có tương quan với việc chế biến phần thưởng phi thực phẩm. Các phát hiện về giảm xử lý vỏ não ở những người tham gia BED qua các giai đoạn phần thưởng dự đoán và kết quả liên quan đến các nhóm OB và LC cho thấy việc tuyển dụng các mạng liên quan đến xử lý phần thưởng và tự điều chỉnh giảm. Những dữ liệu này cũng cung cấp bằng chứng về sự thay đổi tuần hoàn thần kinh tương tự làm trung gian xử lý phần thưởng trong các rối loạn kiểm soát xung lực khác, chẳng hạn như cờ bạc bệnh lý và nghiện rượu. Việc bao gồm cả hai nhóm BED và OB thể hiện một bước quan trọng trong việc xem xét các hành vi phức tạp góp phần gây ra béo phì như thế nào. Nhìn chung, những phát hiện hiện tại cho thấy chất nền thần kinh khác nhau trong xử lý phần thưởng trừu tượng phân biệt các nhóm nhỏ cụ thể của các cá nhân béo phì. Những dữ liệu này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về những phát hiện dường như mơ hồ về hoạt động của VS trong nghiên cứu béo phì.

tài liệu bổ trợ

Hỗ trợ được cung cấp bởi các khoản tài trợ sau: Viện Y tế Quốc gia (NIH) cấp cho R01-DA019039, P20-DA027844-dylN-x và 50K012870 DK01. Chúng tôi rất biết ơn Scott Bullock, Jessica Montoya, Naaila Panjwani, Monica Solorzano, Jocelyn Topf, Katie VanBuskirk, Rachel Barnes và Robin Masheb đã giúp đỡ họ trong dự án. Nội dung của bản thảo hoàn toàn là trách nhiệm của các tác giả và không nhất thiết phải thể hiện quan điểm chính thức của bất kỳ cơ quan tài trợ nào.

Tiến sĩ Potenza đã tư vấn và tư vấn cho Boehringer Ingelheim; được tư vấn cho và có lợi ích tài chính ở Somaxon; đã nhận được hỗ trợ nghiên cứu từ NIH, Cục Quản lý Cựu chiến binh, Sòng bạc Mohegan Sun, Trung tâm Quốc gia về Trò chơi Có trách nhiệm và Viện Nghiên cứu về Rối loạn Cờ bạc, Phòng thí nghiệm Lâm nghiệp, Psyadon, Ortho-McNeil, Oy-Control / Biotie, và dược phẩm GlaxoSmithKline; đã tham gia vào các cuộc khảo sát, gửi thư hoặc tư vấn qua điện thoại liên quan đến nghiện ma túy, rối loạn kiểm soát xung động hoặc các chủ đề sức khỏe khác; được tư vấn cho các văn phòng luật và văn phòng bảo vệ công quyền liên bang trong các vấn đề liên quan đến rối loạn kiểm soát xung động; cung cấp dịch vụ chăm sóc lâm sàng trong Chương trình Dịch vụ Đánh bạc có Vấn đề của Sở Sức khỏe Tâm thần và Nghiện Connecticut; thực hiện đánh giá tài trợ cho NIH và các cơ quan khác; đưa ra các bài giảng học thuật trong các vòng lớn, các sự kiện giáo dục y tế liên tục và các địa điểm lâm sàng hoặc khoa học khác; và tạo sách hoặc chương sách cho nhà xuất bản các văn bản về sức khỏe tâm thần.

Tất cả các tác giả khác báo cáo không có lợi ích tài chính y sinh hoặc xung đột lợi ích tiềm năng.

Tài liệu bổ sung được trích dẫn trong bài viết này có sẵn trực tuyến tại http://dx.doi.org/10.1016/j.biopsych.2013.01.014.