食物摄入和预期食物摄入与肥胖的奖励关系：功能性磁共振成像研究（2008）

。 作者手稿; 可在PMC 2009 May 13中找到。

PMCID：PMC2681092

NIHMSID：NIHMS100845

埃里克斯蒂斯 和 Sonja Spoor

俄勒冈研究所

Cara Bohon

俄勒冈大学心理学系

Marga Veldhuizen 和 达娜小

耶鲁大学JB皮尔斯实验室

抽象

我们测试了这样的假设：肥胖个体比使用33青春期女孩的功能性磁共振成像（fMRI）的瘦人个体（M age = 15.7 SD = 0.9）从食物消费（完成食物奖励）和预期消费（预期食物奖励）获得更多奖励。

O相对于瘦弱的青春期女孩，在味觉皮层（前脑岛和中间岛叶，额鳃盖）和躯体感觉区域（顶叶鳃盖和Rolandic鳃盖）的双侧活动表现出更大的激活，以响应预期的巧克力奶昔摄入量（相对于无味的解决方案）和实际消费奶昔（相对于无味的解决方案）; 这些大脑区域编码食物的感官和享乐方面。

但是，o相对于瘦弱的青春期女孩，也显示尾状核i的激活减少对消费奶昔和无味解决方案的反应，可能是因为它们降低了多巴胺受体的可用性。

结果表明，在食物的预期和消耗中，在味觉皮层和体感区域显示出更大活化但在食物摄入期间在纹状体中显示较弱活化的个体可能存在暴饮暴食和随之而来的体重增加的风险。

关键词： 肥胖，预期食物奖励，完善食物奖励，功能磁共振成像

肥胖症是一种慢性疾病，在美国每年因111,000死亡而受到重视，主要由动脉粥样硬化性脑血管病，冠心病，结肠直肠癌，高脂血症，高血压，胆囊疾病和糖尿病引起（）。 令人遗憾的是，肥胖选择的治疗只会导致短暂的体重减轻（）大多数肥胖预防计划不会降低未来体重增加的风险（）。 这些干预措施可能效果有限，因为我们对病因过程的理解仍然不完整。 尽管已经确定肥胖是能量平衡的正面结果，但尚不清楚为什么有些人在卡路里摄入量和支出之间存在这样的困难时期。

一种可能的解释是，一些人的食物摄入或预期摄入的主观奖励异常会增加肥胖的风险。 一些学者假设肥胖个体在食物摄入（完成食物奖励）的反应中经历了更大的中 - 边缘奖励系统激活，这可能增加暴饮暴食的风险（; ）。 这类似于药物滥用的强化敏感性模型，该模型假定某些人对奖励回路对精神活性药物的反应性更强（）。 相比之下，其他人则假设肥胖个体在食物摄入方面对中度边缘奖励系统的激活较少，导致他们过度补偿以弥补这种不足（; ）。 这类似于奖励缺陷综合症的论点，这表明人们转向酒精和吸毒以刺激缓慢的奖励回路（）。 第三个假设是，食物摄入的更大预期回报（预期食物奖励）会增加暴饮暴食的风险（; ).

两行证据表明，从概念上区分完成食物奖励和预期食物奖励可能是有用的。 首先，动物研究表明食物的奖励价值从食物消费转变为调理后食物的预期消费，其中与食物消费相关的线索开始引起预期的食物奖励。 在一个环境中没有经历过奖励的天真猴子仅在响应食物味道时显示出中脑脑多巴胺神经元的激活; 然而，在调理后，多巴胺能活动开始在奖励传递之前，并且最终的最大活动是由预测即将到来的奖励而不是通过实际食物接收的条件刺激引起的（; ). 发现最大的多巴胺能激活以预期的方式发生，因为大鼠接近并按压产生食物奖励的酒吧，并且随着大鼠接收和食用食物，活化实际上减少。 确实， 发现大鼠伏核后多巴胺活性在呈现通常表示食物接收的条件刺激后比在递送意外膳食后更大。 其次，参与者如何努力在操作任务中获得零食（他们后来被允许消费）是一个更强的预测因子 ad lib 热量摄入量比休闲食品的口味评价（; ）。 这些数据似乎也暗示食物摄入的预期奖励是热量摄入的决定因素，而不是食物实际消耗时的奖励。 总的来说，这些数据意味着在检查肥胖的潜在风险因素时，区分完成性食物奖励和预期食物奖励可能是有用的。

脑成像研究已经确定了在正常体重个体中似乎编码完成食物奖励的区域。 相对于食用难吃食物或无味食物而言，食用可口食物会导致眶额皮质（OFC）和额鳃/脑岛的更大活化，以及背侧纹状体中多巴胺的释放更多（; ; ）。 其他脑成像研究已经确定了在正常体重人群中似乎编码预期食物奖励的区域。 预期收到可口的食物，与预期收到的难吃食物或无味食物相比，导致OFC，杏仁核，扣带回，纹状体（尾状核和壳核），腹侧被盖区，中脑，海马旁回和梭形的更大活化gyrus（; ）。 这些研究表明，有些不同的大脑区域与预期和完成的食物奖励有关，但存在一些重叠（OFC和纹状体）。 迄今为止，只有两项研究直接比较激活以响应预期和完成的食物奖励，以隔离响应于一个阶段的食物奖励而另一个阶段显示更大激活的区域。 预期味道愉快，与实际味道相比，导致多巴胺能中脑，伏隔核和右后侧杏仁核的活化程度更高（）。 另一项研究发现，预期饮用愉快的饮料会导致杏仁核和背侧丘脑的激活更多，而饮酒的接收导致左岛脑膜/鳃盖更大的活化（Small等，2008）。 这两项研究表明，杏仁核，中脑，伏隔核和丘脑中层对预期消耗与食物消耗的反应更敏感，而额鳃盖/脑岛对消费的反应更强，而不是预期的食物消费。 因此，现有的证据似乎表明，不同的大脑区域与编码预期和完成的食物奖励有关，尽管在确定可能的结论之前还需要进行更多的研究。

某些研究结果似乎与肥胖个体获得更多食物奖励的论点一致，但尚不清楚研究结果是否反映了完成与预期食物奖励的干扰。 相对于精益个体而言，肥胖回忆起高脂肪和高糖食物的味道更令人愉悦并且报告说饮食更加强烈（; ; ）。 由父母肥胖引起的肥胖风险儿童认为高脂肪食物的味道更加令人愉悦，并且表现出比瘦父母的孩子更加狂热的喂养方式（; ）。 在没有饥饿的情况下，肥胖儿童更容易进食（）比瘦孩子更努力地做食物（）。 自我报告的食物渴望与体重呈正相关，客观测量的热量摄入量（; ; ; ）。 肥胖的成年人表示对高脂肪，高糖食物的渴望更强（; ）并且比精益成年人工作更多的食物（; ）。 相对于瘦个体的病态肥胖在口腔躯体感觉皮层中显示出更大的静息代谢活动，这是与口腔，嘴唇和舌头感觉相关的区域（），这可能使前者对食物摄入的有益特性更敏感，并增加暴饮暴食的风险。

迄今为止，很少有脑成像研究比较了肥胖的瘦弱个体对图像食物或实际食物呈现的大脑激活。 一项研究发现，接触肥胖但非瘦肉女性的食物后，右侧顶叶和颞叶皮质激活增加，且这种激活与饥饿等级呈正相关（). 发现肥胖对瘦肉成人高热量食物图片的背侧纹状体反应较大，并且体质与脑岛，睫毛，扣带回，躯体感觉皮层和侧向OFC的反应呈正相关。 发现对肥胖相对高热量食物（相对于低热量食物）的照片，内侧和外侧OFC，杏仁核，腹侧纹状体，内侧前额叶皮层，岛状，前扣带回皮层，腹侧苍白球，尾状和海马体的活化更大靠个人。 然而，正常体重的妇女中，食用可口食品的图片后，OFC和扣带回的激活与BMI呈负相关（Killgore和Yargelun-Todd，2005年）。 研究发现，与精益个体相比，背部脑岛和海马后部对先前肥胖的食物消耗保持异常反应，从而得出这些异常反应可能增加肥胖风险的结论。

其他研究结果更符合肥胖个体可能获得较少食物奖励的观点。 发现D2受体在病态肥胖个体的纹状体中与其体重成比例地减少，表明它们在中 - 边缘系统中表现出降低的多巴胺受体结合。 尽管尚未确定肥胖个体相对于瘦个体是否显示出降低的D2受体密度，但肥胖大鼠的基础多巴胺水平较低且D2受体表达降低（与瘦大鼠相比）（; ; ）但肥胖大鼠在喂养期间比瘦老鼠表现出更多的多巴胺相位释放（）。 此外，具有TaqI A1等位基因的瘦和肥胖成人，与减少的D2受体和较弱的多巴胺信号传导相关，更有助于在操作范例中获得食物（, ）。 这些结果证实了酒精，尼古丁，大麻，可卡因和海洛因滥用等成瘾行为与D2受体密度降低和中脑边缘电路对奖励的敏感性减弱有关（; ). 认为D2受体缺陷可能使个体倾向于使用精神活性药物或过度饮食以促进缓慢的多巴胺奖励系统。 然而，暴饮暴食的高脂肪和高糖食物可能导致D2受体的下调（），对慢性使用精神活性药物的神经反应平行（）。 事实上，动物研究表明，反复摄入甜味和脂肪类食物会导致D2受体下调并降低D2敏感性（; Kelley，Will，Steininger，Xhang和Haber，2003年）； 因滥用药物而发生的变化。

总而言之，有新的证据表明，与瘦人相比，肥胖者可能表现出食物奖励的一般异常。 具体而言，相对于瘦人的肥胖者表示对高脂肪/高糖食物有更大的渴望，发现食物更强壮，表现出躯体感觉皮层的更大的静止激活，并且表现出更强的味觉皮质对食物摄取和食物呈现的反应性或照片的食物。 然而，也有证据表明肥胖个体表现出功能减退的纹状体，这可能促使它们过度饮食以促进缓慢的奖赏网络，或者可能是受体下调的结果。 可能导致混合发现的一个因素是许多研究使用了自我报告措施，这可能会产生误导，因为那些与暴饮暴食斗争的人可能会认为食物对他们更有益，这会影响他们如何完成这些量表。 此外，自我报告量表可能会从食物摄入量或食物摄入奖励的记忆中获得预期的奖励，而不是食物消费期间的奖励，因为研究没有衡量食物摄入期间的感知奖励。 此外，自我报告和行为测量的结果易受社会期望偏见的影响。 此外，很少有研究涉及食物摄入或接触真实食物，这可能会限制研究结果的生态有效性。 也许最重要的是，以前的研究没有使用专门设计的范例来评估肥胖与瘦人之间在完成和预期食物奖励方面的个体差异。 因此，我们认为使用客观的脑成像范例可能是有用的，该范例直接测量响应于食物摄入和预期食物摄入的奖励回路的激活。 据我们所知，研究没有使用脑成像来测试肥胖个体是否在食物消费或相对于瘦个体的预期消费期间显示食物奖励回路的差异激活。

本研究旨在使用客观的脑成像方法更全面地描述食物对神经反应的个体差异的性质，希望更好地理解增加肥胖风险的神经基质将推进病因模型和更有效预防的设计和治疗干预。 我们通过检查激活响应巧克力奶昔与无味解决方案（完成食物奖励）的响应以及响应于暗示在肥胖和瘦肉个体中即将交付巧克力奶昔与无味解决方案（预期食物奖励）的线索来扩展先前的发现。 我们假设相对于瘦的个体而言，肥胖会在味觉皮层和躯体感觉皮层中表现出更大的激活，并且响应于对奶昔的预期和消耗而在纹状体中激活较少。 我们还假设参与者的体重与这些大脑区域的激活呈现线性关系。 我们对青少年进行了研究，因为我们希望降低长期肥胖病可能导致受益者长期继发于长期丰富饮食的风险。 我们对女性进行了研究，因为本研究的主要目的是检验食物奖励异常是否与男性罕见的贪食病理学相关。

付款方式

参与者成员

参与者是44健康的青春期少女（M age = 15.7; SD = 0.93）; 2％亚洲/太平洋岛民，2％非洲裔美国人，86％欧洲裔美国人，5％美洲原住民和5％混合种族遗产。 来自对女性高中学生的大型研究的参与者，他们似乎符合当前成像研究的纳入标准，被问及他们是否有兴趣参与有关食物呈现的神经反应的研究。 那些在过去3个月报告暴饮暴食或补偿行为的人，任何使用精神药物或非法药物，意外丧失的头部损伤或目前的Axis I精神疾病都被排除在外。 来自11参与者的数据未进行分析，因为他们在扫描过程中显示头部移动过多; 4显示出如此明显的头部运动，扫描终止并且另一个7的头部移动超过2 mm（M = 2.8 mm，范围2-8 mm）。 因为经验表明包括头部运动大于1 mm的参与者引入了过多的误差方差，我们总是将这些参与者排除在我们的研究之外（例如， , ; ）。 这导致33参与者的最终样本（体重指数范围= 17.3-38.9）。 当地的机构审查委员会批准了这个项目。 所有参与者和家长均提供书面同意。

措施

体重

体重指数（BMI = kg / m2）用于反映肥胖（）。 去除鞋和涂层后，使用测距仪测量高度至最接近的毫米，并使用数字刻度将重量评估为最接近的0.1 kg。 获得两个高度和重量的度量并取平均值。 BMI与全身脂肪的直接测量相关，如双能量X射线吸收测定法（r = .80至.90）以及健康指标，包括血压，不良脂蛋白谱，动脉粥样硬化病变，血清胰岛素水平和青少年样本中的糖尿病（）。 按惯例（），使用95定义肥胖th BMI的年龄和性别百分位数，基于具有历史意义的全国代表性数据，因为该定义与BMI切点密切相关，该切点与体重相关健康问题的风险增加有关（）。 BMI评分低于50的青少年th 使用这些历史规范的百分位被定义为精益。 在提供可用的fMRI数据的33参与者中，7被分类为肥胖，11被分类为瘦，而剩余的15参与者介于这两个极端之间。

fMRI范式

参与者被要求消费他们的正常膳食，但为了标准化目的，在成像会议之前的4-6小时内不要进食或饮用（包括含咖啡因的饮料）。 我们选择了这个剥夺期来捕捉大多数人接近下一餐时所经历的饥饿状态，这是食物奖励的个体差异在逻辑上会影响卡路里摄入的时间。 大多数参与者完成了16：00和18：00之间的范例，但是一个子集在11：00和13：00之间完成了扫描。 在成像会议之前，参与者通过在单独的计算机上练习熟悉fMRI范例。

奶昔范例旨在检查完成和预期的食物奖励。 刺激在4单独的扫描运行中呈现。 刺激由3黑色形状（菱形，方形，圆形）组成，标志着0.5 ml巧克力奶昔（4勺Haagen-Daz香草冰淇淋，1.5杯2％牛奶和2汤匙Hershey巧克力）的交付糖浆），无味的解决方案，或没有解决方案。 尽管在参与者之间随机确定了具有刺激和刺激呈现持续时间的线索的配对，但我们没有随机化参与者的呈现顺序。 无味的解决方案，旨在模仿唾液的天然味道，由25 mM KCl和2.5 mM NaHCO组成3 (）。 我们使用人工唾液是因为水具有激活味觉皮层的味道（Zald＆Pardo，2000）。 在50％的巧克力和无味溶液试验中，未按预期提供味道，从而无法调查对预期与实际接受的味道没有混淆的味道的神经反应（未配对试验）（图1）。 在范例中有六个感兴趣的事件：（1）巧克力奶昔提示，然后是奶昔味（配对奶昔提示），（2）收到奶昔味（奶昔递送），（3）巧克力奶昔提示，之后没有奶昔味道（未配对的奶昔提示），（4）无味的解决方案提示，然后是无味的解决方案（配对无味的提示），（5）收到无味的解决方案（无味的交付），和（6）无味的解决方案提示，然后没有无味的解决方案（不成对的无味提示） 。 图像呈现为5-12秒（M = 7）使用从Windows运行的MATLAB。 口味交付发生在4至11秒（M 在提示开始后，= 7）。 结果，每个事件持续在4-12秒之间。 每次运行都包含16事件。 使用由MATLAB控制的两个可编程注射泵（Braintree Scientific BS-8000）来提供口味，以确保一致的体积，速率和口味递送时间。 装有巧克力奶昔和无味溶液的60ml注射器通过Tygon管通过波导连接到连接到MRI扫描仪中鸟笼头线圈的歧管。 歧管适合参与者的嘴巴，并将味道传递给舌头的一致部分。 该程序过去已成功用于在扫描仪中输送液体，并已在别处详细描述（例如， ）。 在味道传递后，味道提示在屏幕上保留8.5秒，并且当形状消失时指示参与者吞咽。 在前一个提示关闭后，下一个提示出现1到5秒。 图像通过数字投影仪/反向屏幕显示系统呈现在MRI扫描仪孔的后端的屏幕上，并且通过安装在头部线圈上的镜子可见。

图1 

在跑步期间呈现图片和饮料的时间和顺序的示例。

正在进行的fMRI研究中使用这种模式的五个证据与青春期女孩一起使用（N = 46）表明它是预测和完成食物奖励的个体差异的有效衡量标准。 首先，参与者将奶昔评为显着（t = 9.79， df = 45， r =。68的， p <0001）在视觉上类似的等级上比无味溶液更令人愉快，这证实了奶昔比无味溶液对参与者的回报更大。 其次，奶昔的愉快程度与前房的激活相关（r = .70）响应奶昔信号并响应奶昔收据在海马旁回中激活（r = .72）。 第三，在代表预期和完成食物奖励的地区激活（; ; ）响应预期和收到奶昔在这个fMRI范式相关（r = .84至.91）具有自我报告的喜好和对各种食物的渴望，使用改良版的食物渴望库存评估（).1 第四，在这种功能磁共振成像范式中激活以应对预期和完成的食物奖励相关（r = .82到.95）参与者在食物加工过程中如何努力获取食物以及他们在操作行为任务中的工作量（评估食物强化中的个体差异））。 第五，在这个fMRI范例中，对于预期和完成的食物奖励表现出相对较大的激活的参与者显示出显着的（p <.05）在1年的随访中，体重增加比在此范例中显示较少激活的参与者（r = .54到.65）。 总的来说，这些发现为这种fMRI食物奖励范例的有效性提供了证据。

成像和统计分析

扫描由Siemens Allegra 3 Tesla仅头部MRI扫描仪进行。 使用标准鸟笼线圈从整个大脑获取数据。 使用热泡沫真空枕和额外的衬垫来限制头部运动。 总共在四次功能运行期间收集152扫描。 功能扫描使用T2 *加权梯度单次回波平面成像（EPI）序列（TE = 30 ms，TR = 2000 ms，翻转角= 80°），面内分辨率为3.0×3.0 mm2 （64×64矩阵; 192×192 mm2 视野）。 为了覆盖整个大脑，沿着由中间矢状截面确定的AC-PC横向倾斜平面获得32 4mm切片（交错采集，无跳跃）。 使用与功能序列相同的方向的反转恢复T1加权序列（MP-RAGE）收集结构扫描，以提供与功能扫描对齐的详细解剖图像。 高分辨率结构MRI序列（FOV = 256×256 mm2获得256×256矩阵，厚度= 1.0 mm，切片数≈160）。

使用SPM5软件（Wellcome Department of Imaging Neuroscience，London，UK）在MATLAB（Mathworks，Inc.，Sherborn，MA）中预先处理和分析数据（Friston等，1994; ）。 将图像进行时间采集校正为在TR的50％处获得的切片。 然后将所有功能图像重新调整到平均值。 将图像（解剖学和功能性）标准化为在SPM5中实施的标准MNI模板脑（ICBM152，基于152正常MRI扫描的平均值）。 归一化导致体素尺寸为3 mm3 用于功能图像和1 mm的体素尺寸3 用于结构图像。 用6 mm FWHM各向同性高斯核对功能图像进行平滑处理。

为了识别响应完成奖励而激活的大脑区域，我们在收到奶昔期间与收到无味解决方案时对比了BOLD响应。 我们认为口感的到来是为了获得完美的奖励，而不是当吞下口味时，我们承认后摄食效果也有助于食物的奖励价值（）。 为了识别响应于奶昔范例中的预期奖励而激活的大脑区域，在提示即将发送奶昔的提示信号的呈现期间的BOLD响应与在呈现即将发送无味解决方案的提示信号期间的响应形成对比。 我们分析了来自未配对线索演示的数据，其中未实际传递口味以确保接收实际品味不会影响我们对预期脑激活的操作定义。 使用一般线性模型估计每个体素的条件特异性效应。 编制每个感兴趣事件的起始矢量并输入设计矩阵，以便事件相关响应可以通过规范血液动力学响应函数（HRF）建模，如SPM5中实现的，由2伽马函数的混合组成。在5秒和随后的下冲模拟早期峰值。 为了解释吞咽溶液引起的变异，我们将提示消失的时间（此时受试者训练为吞咽）作为不感兴趣的变量。 我们还包括血液动力学函数的时间导数，以获得更好的数据模型（）。 128第二高通滤波器（根据SPM5惯例）用于消除低频噪声和信号中的缓慢漂移。

构建单独的对比图以比较每个参与者内SPM5中上述对比的激活情况。 然后使用随机效应模型进行组间比较，以说明参与者之间的差异。 为了分析食品的奖励，将来自奶昔–无味对比的参数估计图像输入到第二级2×2方差分析中（肥胖与瘦肉），方法是（奶昔收据–无味收据）。 为了分析预期的食物奖励，将来自未配对奶昔–未配对无味对比（即，奶昔提示不跟随奶昔接收–无味提示不跟随无味接收）的参数估计图像输入第二级2×2方差分析（肥胖与瘦肉）（未配对的奶昔–未配对的无味）。 因此，我们使用ANOVA模型专门测试肥胖参与者是否表现出比瘦参与者明显更大的食物奖励异常。

还将单独的SPM对比图输入到回归模型中，其中BMI得分作为协变量输入。 该模型测试了具有较高BMI分数的参与者是否表现出相对于具有较低BMI分数的参与者反映完成和预期食物奖励的更大激活。 我们使用来自样本中所有参与者的数据（ANOVA模型仅包括肥胖和精益参与者）估计这些回归模型以提供对这些关系的更敏感的测试。

通过考虑响应的最大强度以及响应的程度来确定BOLD激活的重要性。 SPM主要依靠最大强度来确定显着性，设定严格的强度标准 t-maps thresholded at p 每个体素<0.001（未校正）和更宽泛的范围标准（3个体素的群集标准）。 按照惯例，我们使用此标准来确定我们对于回归模型和ANOVA模型的激活的重要性。 活化簇被认为在 p <.05（相对于簇），针对整个大脑的多个比较进行了校正。 根据先前的研究，我们在由消费性和预期性食物奖励激活的区域中进行了定向搜索：纹状体，杏仁核，中脑区域，眶额皮质，背外侧前额叶皮质，孤立岛，前扣带回，海马旁回和梭状回。

成果

测试肥胖参与者是否表现出相对于精益参与者的预期食物奖励的差异（奶昔提示与无味提示）

我们进行了分析，比较了肥胖青春期女孩的大脑反应（N = 7， M BMI = 33， SD = 4.25）精益青春少女（N = 11， M BMI = 19.6， SD = 1.08）使用组ANOVA模型。 共有13激活簇位于脑岛，Rolandic区域以及颞，额叶和顶叶鳃区域内; 与精益参与者相比，肥胖参与者在这些领域表现出更大的激活图2A-B 和 表1）。 在这些13激活簇中，9位于左侧，4位于右侧半球。 肥胖参与者也显示左前扣带皮层（腹侧布罗德曼区（BA）24）的激活比瘦参与者更强。 表1 报告坐标，体素大小，未校正 p- 值和效果大小（η2）。 几个p值显着 p <.05整个大脑在群集级别得到纠正。 这些分析的影响范围从小（η2 = .01）到大（η2 = .17），平均效果为.05，表示每个中等效果大小 .2

图2 

A.与B瘦的受试者相比，肥胖的预期食物奖励对左前岛绝缘的矢状截面有更大的激活作用（−36，6，6，Z = 3.92，P未校正<.001）。估计 ...
表1 

在肥胖少女的预期食物奖励和完成食物奖励期间显示活动增加的区域（N 与青少年女孩相比（7）N 11 =）

测试参与者BMI是否与预期的食物奖励呈线性关系

将个体SPM对比图进入回归模型，其中BMI得分作为协变量，以测试BMI是否与响应于预期食物奖励的激活线性相关。 这些分析更敏感，因为它们涉及所有参与者，而不仅仅是肥胖和精益参与者。 我们发现BMI与腹侧外侧和背侧前额叶皮层和颞侧鳃的激活呈正相关，以响应预期的食物奖励（图3A 和 表2）。 然而，没有任何影响是显着的 p <.05整个大脑在群集级别得到纠正。 这些分析得出的效应大小每个 标准（范围 r = .48到.68），平均值 r = .56。

图3 

A.左侧颞小腹（TOp; -54，-3，3，Z = 3.41，P未校正<001）和右侧前外侧前额叶皮层（VLPFC; 45、45、0，Z = 3.57，P未校正<.001）in ...
表2 

预期食品奖励和完成食品奖励期间的区域响应作为体重指数的函数（N = 33）

测试肥胖参与者是否显示相对于精益参与者的完成食物奖励的差异（收到奶昔与收到无味）

与预期食物奖励的结果相比，我们发现与精益参与者相比，肥胖的青春期女孩在Rolandic鳃盖和左前额睾丸中表现出更大的活化以响应完成的食物奖励（图2C-D 和 表1）。 Rolandic operculum中的激活簇具有重要意义 p <.05全脑在群集级别进行校正（请参阅 表1）。 这些分析的影响大小范围从小（η2 = .03）到中等（η2 = .08），平均效果为.06，表示每个中等效果大小 标准。

测试参与者BMI是否与完成食物奖励呈线性关系

单个SPM对比图也被输入回归模型，其中BMI得分作为协变量，以测试BMI是否与响应于完成食物奖励的激活线性相关。 BMI与脑岛和鳃盖的几个区域的活化之间存在正相关关系（图3B-C 和 表2）。 在这个更敏感的模型中，BMI与尾状核活化呈负相关，以响应完成性食物奖励，表明高BMI参与者与低BMI参与者相比，该区域的反应减少（图3D-E 和 表2）。 没有p值显着 p <.05整个大脑在群集级别得到纠正。 这些分析的影响大小为中等（r = .35）到大（r = .58）每 标准，平均效果很大（r =。48）。

讨论

本研究测试了这样一个假设，即肥胖的青春期女孩会在奖励回路中显示出与食物消费相关的差异激活和相对于瘦弱青春期女孩的预期消费，并且激活将与参与者的BMI线性相关。 在收到巧克力奶昔与无味解决方案（完成食物奖励）期间检查脑响应，并响应暗示即将递送巧克力奶昔与无味解决方案（预期食物奖励）的提示。 根据以往研究的结果（例如， ），我们预计肥胖参与者相对于精益对手的完成和预期食物奖励的异常。

正如假设的那样，预测区域对完成和预期食物奖励的反应在肥胖青少年女孩与瘦人女孩相比是不同的。 肥胖参与者在初级味觉皮层（前脑岛/额鳃盖）和躯体感觉皮层（Rolandic鳃盖，颞盖，顶叶鳃盖和后岛叶）以及前扣带回应我们对预期食物奖励的测量值进行比较精益参与者。 这些效应大小从小到大，平均效果大小为中等。 岛屿已被证明在预期的食物奖励中发挥作用（; ; ）和食物的渴望（）。 此外，Balleine和Dickenson（2001）表明，切除脑岛的动物未能了解到对食物的反应行为已经贬值，这也表明了岛叶在预期食物奖励中的作用。 已经发现腹前扣带区域参与食物的能量含量和适口性的编码（）。 因此，我们的研究结果可能表明，与瘦个体相比，肥胖个体对奶昔适口性的预期增加。 对于未来的研究来说，排除由于暴饮暴食的高脂肪和高糖食物而导致的调理不会导致肥胖参与者提高的预期食物奖励的可能性将是非常重要的。

同样如假设的那样，有证据表明肥胖参与者相对于精益参与者表现出对完成食物奖励的不同激活。 前者表明，与后者相比，Rolandic鳃盖，额鳃盖，后岛叶和扣带回的活动增加，以应对完善的食物奖励。 效果大小从中小到中等，平均效应大小为中等。 这些结果与以前的研究结果一致; 研究发现，在膳食的感官体验中，体脂百分比与脑岛内激活的增加有关 在作为BMI的函数休息时，在躯体感觉皮层中发现更大的激活。 鉴于岛叶和上层鳃盖与食物摄入的主观奖励有关（; ），这些发现可能意味着肥胖个体相对于精益个体获得更多的食物奖励，这可能对应于引言中概述的其他研究的行为数据。

我们还测试了BMI是否与激活线性相关，以响应预期和完成的食物奖励与回归模型，以提供对假设关系的更敏感的测试。 与ANOVA模型中发现的结果相比，我们发现随着BMI的变化，时间鳃盖中的激活增加到预期的食物奖励。 此外，对于作为BMI函数的预期食物奖励，在背外侧前额叶皮质中发现了更大的反应。 与ANOVA模型的结果相比，在岛叶/额顶鳃盖中响应作为BMI函数的完成食物奖励的激活增加。 总体而言，回归模型的结果通常与ANOVA模型的结果一致，即使后者分析仅涉及肥胖和精益参与者，提供与我们的假设一致的进一步发现。 回归模型中确定的关系通常是大的影响。

有趣的是，回归模型表明，BMI与尾状核中的活化呈负相关，以响应完成性食物奖励，正如基于早期发现的假设（）。 这是一个很大的效果。 我们的功能发现证实并扩展了研究报告中所报告的结果 他们发现病态肥胖表明壳核中静息时D2受体的可用性与其BMI成正比。 这些发现可能反映了多巴胺受体的可用性。 有可能是个体过度饮食以刺激基于多巴胺的缓慢且长期存在的奖励系统（）。 或者，高脂肪和高糖食物的摄入量增加可能导致受体下调，正如物质使用者所观察到的那样（）。 如上所述，动物研究表明，反复摄入甜味和脂肪类食物会导致D2受体下调并降低D2敏感性（; ）。 另一种可能的解释是肥胖个体在休息时表现出食物奖励回路的功能减退，但在暴露于食物或食物提示时会出现功能亢进。 这种解释符合以下证据：与瘦人相比，肥胖和肥胖后个体在摄入食物后背海岛和海马后部的反应性更强（），接触食物线索会导致肥胖而非瘦弱个体的右顶叶和颞叶皮质激活更多（; ），肥胖个体对食物线索的反应，纹状体，脑岛，睫毛和躯体感觉皮层的激活程度高于瘦个体（），肥胖大鼠的基础多巴胺水平较低，D2受体表达低于瘦大鼠（; ; 并且肥胖大鼠在喂食期间比瘦老鼠显示更多的多巴胺相位释放（）。 然而，这种解释并不符合相对于瘦人的肥胖在口腔躯体感觉皮层中表现出更大的静息代谢活动的证据（并且，响应于观看可口食物图片的OFC和扣带活动的激活与正常体重女性中的BMI呈负相关（）。 未来的研究将有助于确定哪种解释解释了看似不一致的发现，因为它将显着促进我们对导致肥胖的病因和维持过程的理解。

总的来说，目前的研究结果表明，不同的大脑区域被预期与完成的食物奖励激活，这是一个重要的贡献，因为只有少数研究试图确定预期和完成食物奖励的神经基质。 在ANOVA模型中比较肥胖与精益参与者（表1），Rolandic鳃盖和额鳃盖由奶昔的预期和消耗激活，但颞鳃盖，顶叶鳃盖，前岛叶，后岛叶和腹前扣带仅在预期收到奶昔时被激活。 在回归模型中，检查了BMI与激活区域的关系（表2），激活区域没有重叠：腹外侧前额叶皮层，背外侧前额叶皮层和颞侧鳃盖响应预期的奶昔收到而被激活，岛叶，额顶鳃盖，顶叶鳃盖和尾状核被激活。收到奶昔。 这些发现很大程度上与以前的研究结果一致，这些研究调查了对完成和预期食物奖励特有的大脑区域（; ; ; Small等，2008; ).

这项研究是新颖的，因为它是第一个使用涉及在扫描仪中提供食物的范例来测试BMI和对预期和完成食物奖励的神经反应之间的关系之一。 但是，这项研究有一些值得注意的局限性。 首先，我们有一个中等的样本量来测试群体效应，尽管它比迄今为止公布的食品奖励的大多数先前发表的fMRI研究更大。 其次，我们只使用了一种口味。 也许其他口味对参与者更有益，并且会在大脑中产生更大的奖励反应。 第三，由于收到奶昔总是先于提示（即，从未在没有提示的情况下提供），参与者在交付之前总是知道口味。 过去的研究（例如， ）已经发现对味道和口味的不同反应是它们是预期的还是意外的。 因此，研究人员应考虑在未来的研究中包括对收到意外食物奖励的反应措施。 第四，用于奶昔范式的线索是几何形状，这可能对参与者没有足够的奖励意义，因此可能产生迟钝的预期感觉和大脑激活。 第五，我们收集了有限的行为数据，以验证我们研究参与者的fMRI范例。 尽管如此，使用这种范例的正在进行的研究的有效性数据表明，它是衡量食物奖励个体差异的有效方法。

总之，我们的结果表明在预期和完成食物奖励期间的差异神经反应是肥胖状态和BMI的函数，尽管在独立样本中复制这些关系是重要的。 由于许多地区的反应越来越多，已被证明可以对肥胖参与者的食物奖励进行编码，因此反应模式与行为研究一致，表明肥胖者预期食物摄入会获得更多奖励，并在进食时体验更大的感官愉悦。 然而，我们还发现，与BMI较低者相比，BMI较高的参与者对食物消耗的纹状体激活较少，这与肥胖个体在食用食物时可能经历较少相位多巴胺释放的提议相一致。精益个体。 生理上可能的是，个体可以预期从食物摄入中获得更多奖励并且在进食时体验更大的体感快感，但是当食物被消耗时经历更少的多巴胺相位释放，因为每个都涉及单独的神经回路。 然而，这些异常中的一些可能早于肥胖，而另一些则是暴饮暴食的结果。 例如，前两种效应可能增加导致正能量平衡的饮食过多的风险，而后一种效应可能是继发于高脂肪和高糖饮食消耗的受体下调的产物。 或者，多巴胺介导的奖赏回路的功能减退可能导致个体过度补偿以补偿这种奖励缺陷，这通过调节产生更大的预期食物奖励和躯体感觉皮层的高度发展。 对于前瞻性研究来说，研究哪些异常在肥胖症发作之前以及哪些是慢性暴饮暴食的产物将是至关重要的。 我们希望对肥胖发作前的异常进行系统研究，可以设计出更有效的预防和治疗干预措施。

致谢

该研究得到了国立卫生研究院的研究资助（R1MH64560A）的支持。

感谢项目研究助理Keely Muscatell以及使这项研究成为可能的参与者。

脚注

1食物渴望库存（FCI， ）评估对各种食物的渴望程度。 我们通过要求对可口的参与者如何找到每种食物的评级来调整这种规模。 原始FCI显示内部一致性（α= .93），2周测试 - 再测试可靠性（r = .86），以及检测干预效果的敏感性（; ）。 在一项试点研究中（n = 27）渴望量表和适口性量表显示内部一致性（分别为α= .91和.89）。

2虽然一些软件包，如AFNI（功能神经图像分析），主要关注体积，因此使用更大的聚类标准，SPM主要关注强度，并使用较小的聚类标准（但更高的强度要求）。 使用强度要求 t <0.001和连续3体素最小聚类标准以达到阈值t图是SPM的标准，这是我们在先前研究中使用的方法。 在这种情况下，请务必注意，我们报告的所有聚类都大于3个体素（表1 和 and22).

3基于证据表明，在卵泡中期，女性的奖赏相关神经功能得到了加强（），我们创建了一个二分变量，反映参与者是否完成了卵泡中期阶段的fMRI扫描（月经开始后的4-8天; n = 2）或不（n = 31）。 当我们在所有分析中控制该变量时，报告区域中的激活仍然显着。

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