伏隔核对食物和性图像活动的个体差异预测体重增加和性行为（2012）

J Neurosci。 作者手稿; 可在PMC Oct 18，2012中找到。

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PMCID：PMC3377379

NIHMSID：NIHMS370916

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抽象

自我监管的失败很常见，导致当代社会面临的许多最棘手的问题，从暴饮暴食和肥胖到冲动的性行为和艾滋病毒/艾滋病。 人们可能倾向于从事不良行为的一个原因是因为对与这些行为相关的线索的敏感度提高; 由于对食物线索的反应过度，人们可能会吃得过饱，成瘾者在接触到他们选择的药物后可能会复发，有些人可能会因为色情刺激而容易引起冲动的性活动。 一个悬而未决的问题是神经网络反应的个体差异与实际行为结果的关联程度。 在这里，我们显示人类奖励相关的大脑活动在食物和性图像中的个体差异预测六个月后随后的体重增加和性活动。 这些研究结果表明，大脑对食物和性暗示的奖励响应度增加分别与暴饮暴食和性活动有关，并为与食欲行为相关的共同神经机制提供证据。

尽管人类具有令人印象深刻的自我调节能力，但失败很常见，导致许多可预防的健康问题，从暴饮暴食和肥胖到冲动的性行为和艾滋病毒/艾滋病。 人们可能参与此类行为的一个原因是由于对环境线索的敏感度提高（希瑟顿，2011）。 评估对食欲提示的反应性的神经影像学研究一直观察到人体奖赏回路的激活，包括腹侧纹状体和杏仁核（Passamonti等，2009; Demos等，2010）。 例如，肥胖女性在伏隔核（NAcc）中表现出更高的活性，以响应高热量食物而不是健康体重控制对象（Stoeckel等，2008）。 神经性贪食症患者在观察食物暗示时也表现出增加的大脑奖励活动（Brooks等人，2011）。 同样，身体吸引力的线索激活了男性和女性的NAcc（Cloutier等，2008），暴露于色情图片（Hamann等人，2004).

对药物线索的神经和生理反应预测了重要的行为结果，例如戒烟（Janes等，2010）和可卡因复发（Back等人，2010）。 这种反应性能预测非药物行为的长期结果吗？ 一个悬而未决的问题是大脑活动的个体差异，特别是与奖励动机相关的区域，是否与增加的放纵倾向相关联，从而预测未来的体重增加和/或性滥交。 我们假设在观察食物和性场景时，NAcc活动的个体差异将预测未来的体重增加和性行为。

一组一年级女大学生（N = 58）在抵达校园后不久使用功能磁共振成像（fMRI）进行扫描，同时观看动物，环境场景，开胃食品和人物的图像（图1）。 一些人的形象描绘了性爱场面或饮酒的人。 任务说明只是表明一个人是否出现在图像中。 在扫描之前，参与者的称重是在扫描过程中必不可少的步骤。 因此，参与者对研究目标并不熟悉。 六个月后，参与者的48返回实验室再次称重，并完成问卷评估他们的性行为。 据推测，NAcc中的活动会反映出食欲行为（即进食和性行为）的个体差异。

图1 

提示反应范式的表示。 每个类别的80个图像（动物，食物，性场景，环境场景，一般人和饮酒者[此处未显示]）一次显示一个2秒，然后是简短的 ...

方法

主题

在达特茅斯学院大学一年级的58名入学英语母语的女性参加了这项实验。 在58中，48六个月后返回进行后续行为会议，因此只有10参与者在六个月时失去了跟进（即没有回复请求回复）。 参与者年龄在18和19之间（平均年龄= 18年）。 没有受试者报告神经病史异常，并且所有患者均有正常或矫正视力正常。 每个受试者根据达特茅斯学院保护人类受试者委员会制定的指导方针提供知情同意书，并获得参与本研究的金钱补偿。

设备

使用SENSE（SENSEitivity Encoding）头部线圈在Philips Intera Achieva 3-Tesla扫描仪（Phillips Medical Systems，Bothell，WA）上进行成像。 在扫描期间，使用运行SuperLab 4.0软件（Cedrus Corporation，San Pedro，CA）的Apple MacBook Pro膝上型计算机生成视觉刺激。 使用Epson（型号ELP-7000）LCD投影仪在位于扫描仪孔的头端的屏幕上显示刺激，该扫描仪通过安装在头部线圈顶部的镜子观察。 与Cedrus Lumina Box接口的光纤，光敏按键记录了受试者的反应。 在头部周围放置垫子以最小化扫描期间的移动并增加舒适度。

同步成像

使用高分辨率3-D磁化制备的快速梯度回波序列（MPRAGE; 60矢状切片，TE = 4.6 ms，TR = 9.9 ms，翻转角= 8°，体素尺寸= 1×1×1）获取解剖图像。毫米）。 使用T2 *快速场回波，对BOLD对比敏感的回波平面功能图像（EPI）收集功能图像（TR = 2500 ms，TE = 35 ms，翻转角= 90°，3×3 mm面内分辨率，感应因子2）。 功能扫描在五次运行中进行，并且在每次运行期间获得144轴向图像（36切片，3.5 mm切片厚度，切片之间的0.5 mm跳过），从而允许完全的脑覆盖。

程序

时间1

参与者（n = 58）计划在他们抵达大学校园的第一个月内参加fMRI会议。 要求参与者在他们的fMRI会议之前避免进食，饮酒或摄入咖啡因，并吸烟两小时。 在扫描之前，立即要求每个受试者回答一组问题以评估他们的当前状态，其中他们列出了食物和饮料消耗，活动水平和当前饥饿水平。

关键的是，除了参与者的体重自我报告（fMRI扫描的标准程序）之外，在扫描之前立即使用校准的Detecto Physician's Scale（Cardinal Scale Manufacturing Company，Webb City，MO）对这些参与者进行称重和测量。 为了解释获得这些人体测量学的必要性，参与者被告知准确读取fMRI扫描的身体测量值的重要性。 这些测量值用于计算体重指数（BMI：[体重kg] / [身高m]2并且用作BMI的基线（时间1）评估，用于与在时间2（六个月后）获得的那些进行比较。

然后在观察动物（80），食物（80），饮酒者（80），性场景中的人（80），人（非性/非性）的图像中，以与事件相关的提示 - 反应性范例扫描受试者。饮酒）（80）和环境场景（80）（图1）。 图像来自互联网，以及国际情感图片系统（IAPS，Lang Bradley和Cuthbert 1997），并使用Adobe Photoshop缩放尺寸® 7.0（加利福尼亚州圣何塞）是480像素的360。 在扫描期间，要求受试者简单地确定每个图像是否包含人并且使用按键来做出他们的反应（对于“非人”的左手反应;对于“人”的右手反应）。 这项任务的目的是确保受试者对图像的关注。 每个图像呈现为2000 ms，随后是十字准线（500ms）并且在试验中随机混合，具有抖动的固定期（0 -10,000 ms;平均试验间间隔[ITI] = 5,000 ms）。

时间2（六个月随访）

时间6大约1个月后，与相同的58位参与者进行了联系，并要求他们返回实验室进行行为随访。 共有48位参与者返回参加了此会议。 会话之间的平均时间为180.5天（范围为160天至200天）。 在本届会议期间，研究了社会性别倾向调查表（Simpson＆Gangested，1991）和性欲调查表（SDI）（Spector，Carey和Steinberg，1996年）给予。 完成问卷后，再次对参与者进行称重，并在时间1使用的相同校准医疗量表上进行测量。

fMRI数据分析

使用统计参数绘图软件（SPM2，Wellcome Department of Cognitive Neurology，London，UK）分析fMRI数据（Friston等，1995）。 对于每个功能运行，对数据进行预处理以去除噪声和伪像的来源。 功能数据在运行中和运行中重新对齐以校正头部运动，与每个参与者的解剖数据共同登记，并且基于ICBM 3脑模板（蒙特利尔神经学研究所）转换成标准解剖空间（152-mm各向同性体素）。 然后使用高斯核对标准化数据进行空间平滑（6-mm半高全宽[FWHM]，并进行全局缩放以允许组间比较.fMRI数据的分析包括：统计对比图像的形成，血流动力学响应的区域分析使用一个解剖学定义的伏隔核区域（ROI）和探索性全脑回归分析。

统计图像

对于每个参与者，使用包含任务效果的一般线性模型（建模为与规范血液动力学响应函数卷积的事件相关函数），平均值和线性趋势来计算每个参与者的t-对比度图像（加权参数估计）。每个体素的比较。 然后将这些单独的对比图像提交到第二级随机效应分析以创建平均t图像（在p = 0.001处阈值化，未校正）。

感兴趣区域（ROI）分析

本研究旨在调查在简单观察食物刺激和性场景时奖励处理的个体差异。 为了特别探讨伏隔核（NAcc）的参与，这是多巴胺能奖励系统的中心，在人类和动物的奖励，成瘾和动机研究中一致地确定，ROI是基于人类立体定向研究中定义的解剖学坐标创建的。 NAcc（Neto等人，2008）。 以MNI坐标x = -6，y = 9，z = -6（左NAcc）以及x = 4，y = 9，z = -6（右NAcc）为中心构建4mm球形ROI。 然后，与固定基线相比，针对每种条件分别计算该ROI的信号强度（β值），并且统计地检查该区域中的活动与行为测量之间的关系。

探索性全脑回归分析。 虽然这里报道的主要分析是基于 先验 我们以NAcc为中心定义了感兴趣的区域，以识别表现出食欲行为与大脑活动之间关系的其他激活，我们进行了其他探索性全脑回归分析。 为了确定与体重变化相关的区域，将每个受试者的BMI变化输入全脑回归分析，以检查对食物图像的神经反应（食物>基线）。 同样，为了确定区域对性场景的反应与性行为有关，将每个受试者的SDI分数（二进和独有）输入全脑回归分析，检查对食物图像的神经反应（性场景>基线）。 。

成果

预测体重变化

基于立体定位坐标（x，y，z = +/- 9，6，-4）为左和右NAcc选择感兴趣的解剖区域（ROI）（图2a）。 然后，使用响应于查看食物图像的活动（在扫描过程中；时间1）来预测大约六个月后的体重变化（时间2；根据时间2的体重指数[BMI] –时间1的BMI计算）。 结果显示，左NAcc中的活性与BMI变化呈正相关，因此较高的活性可预测随后的体重增加（r = 0.37，p <0.05； 图2b）。 重要的是，这种关系是食物图像所特有的。 响应非食物图像的NAcc活性不能预测体重增加（动物：r = -0.07；人：r = -0.17；饮酒场景：r = 0.01；性爱场景：r = -0.26；环境场景：-0.03 ）。 当直接进行对比时（使用标准公式通过Fishers r到z转换对比r值），具有BMI变化的食物线索反应性相关性与非食物图像的相关性不同（p <0.01）。

图2 

伏隔核对食物和性图像的活动分别预测体重增加和性欲。 （A）具有中央Talairach坐标（x，y，z）-9，6，-4的左NAcc的解剖学ROI显示在冠状脑切片上。 ...

左NAcc活性与体重变化之间的关系在全脑回归分析中也很明显。 全脑回归分析的结果显示，左伏伏核（lNAcc； -9 9 -3）的活动是唯一在此阈值下与BMI显着相关的区域。 使用更宽松的统计阈值（p <0.005），在前扣带回（BA 32：6 50 0）和颞下回（BA 20; 36 -5 -33）中观察到其他正相关。

预测性行为

正如对食物图像的线索反应性被调查作为体重增加的潜在预测因素一样，对性图像的线索反应性被用于预测性欲（由性欲望量表指数：孤独的性欲（SDI-SSD），其测量兴趣在自己的性行为和二元性欲（SDI-DSD），它衡量与伴侣进行性行为的兴趣）（Spector等，1996）。 响应观看性场景而产生的左NAcc活动与孤独性欲（r = 0.36，p = 0.01）和二元性欲（r = 0.39，p <0.01）均呈正相关。 图2c）。 体重增加和NAcc活性之间的关系对于食物图像而言是独特的，而性欲和NAcc活性之间的关系对于性图像而言是独特的。 其他图像类别均未预测性欲（所有r均<±0.20），性场景的提示反应性与SDI得分之间的相关性与非性图像相关性不同（p <0.05）。

全脑探索性分析的结果显示，在眶额皮质（BA）区域，对性场景的提示反应性与孤立性和二元性欲测量（阈值p <0.001，最小簇大小= 5体素）之间存在其他正相关关系。 10：15 58 0）右颞中回（BA 20：39 2 -20）和左海马旁回（-21 -27 -16）。

尽管预计参与者报告的性伴侣的数量将用作连续变量，但在26位返回参与者中，有48名报告称没有性伴侣。 因此，由于超过一半的参与者在这一年内未报告任何性行为，因此将性行为视为一个离散变量（在这一年中发生过性行为的个体[N = 22]与没有发生过性行为的个体[N = 26]）。 报告与至少一个伴侣发生性行为的个体中，观察性影像时左NAcc的活动较大（t [46] = 6.30，p <0.0001）。对于其他影像线索，两组之间的左NAcc活性无差异（所有P> .14）。

讨论

本研究表明，响应食欲线索的奖励活动预测了长期和后果的行为结果。 根据人类和动物研究，暴露于食欲暗示增加了渴望消耗某种物质或行为的可能性（Stewart等人，1984; Drummond等，1990; Jansen，1998）。 最近的工作 Kober等人（2010） 研究表明，旨在减少对卷烟和食物的渴望的认知策略伴随着腹侧纹状体的活动减少。 马丁和德尔加多（2011） 在成功监管的货币决策中表现出类似的纹状体活动减少，这表明积极的自我调节可能与降低的奖励敏感度相关（Kober等人，2010; 马丁和德尔加多，2011）。 影像学研究表明，自我调节涉及皮质下大脑区域之间的平衡，代表刺激的奖励，显着性和情感价值以及与执行控制相关的额顶区域（瓦格纳与希瑟顿，2011年），特别是背外侧前额皮质（野兔，卡梅勒和兰格尔，2009年; 斯托丁格，埃克和沃尔特，2011年）。 总的来说，这些研究结果表明了与奖赏相关的大脑活动的领域一般模式，其中伏隔核中的活动增强可以用作未来食欲行为的代理，并且这种行为的减少可能涉及高阶认知系统。 此外，有证据表明遗传变异可能会不同地影响奖励活动与体重之间的关系（Stice等，2010).

与大学第一年相关的压力似乎可能是导致行为改变的一个因素。 对非人类动物的研究表明，压力削弱了对行为的前额控制（Arnsten，2009），同时也使奖励系统对生物学上的显着刺激敏感（Piazza＆Le Moal，1996）。 因此，压力可能会干扰自我调节的工作，因为它与前额叶皮质对自上而下的控制减少以及对食欲刺激的享乐反应增强有关（希瑟顿和瓦格纳，2011年）。 例如，大量的研究表明，压力和其他类型的负面影响会增加进食量，特别是那些试图控制体重的人（希瑟顿与鲍美斯特，1991年）。 其他因素，如运动频率降低，远离父母影响，以及日常生活和睡眠及其荷尔蒙后果的变化都可能是影响大学生体重增加和性行为变化的因素。 需要进一步的研究来解开这些推定的机制。

如上所述，提示暴露增加了大脑奖励区域的活动，但它也在动作观察网络中产生自发活动，例如当吸烟者在观看其他人吸烟时自发地参与动作表示大脑区域时（Wagner等人，2011）。 根据当代社会认知研究，接触食欲线索会引发人们意图或意识之外的行为（Bargh和Morsella，2008）。 行为启动的推定机制是，线索暴露激活了导致无意识目标追求的心理表征，最终产生了有意识地追求目标的相同结果（Dijksterhuis等，2007）。 实际上，即使人们意识到暴露于食欲暗示，他们也可能不知道这些暗示对他们行为的影响（Stacy和Wiers，2010）。 从这个角度来看，接触食物或性图像会激活其伴随行为的心理表征，并激活无意识的目标以参与这些行为。

当前研究的含义是，线索暴露引发行为的程度存在个体差异，因此一些个体对食欲线索表现出更强大的奖励活动，这反过来可能产生更大的行为启动。 值得注意的是，当前研究中的提示反应性显示出物质特异性，使得那些对食物图像表现出更高回报活动的人体重增加但没有参与更多的性行为，反之亦然。 了解奖励响应度中的个体差异如何激发具有可衡量的长期行为结果的特定行为可能有助于制定更有效的策略来预防自我调节失败，例如暴饮暴食或从事危险的性活动。 这项研究表明，选择性线索对食欲线索的响应性存在个体差异的重要长期后果。

致谢

我们感谢Cary Savage，Paul Whalen，Courtney Rogers，Tammy Moran，Leah Somerville，Kristina Caudle和Dylan Wagner对这个项目的帮助。 这项工作得到了国家药物滥用研究所（DA022582）的支持。

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