被誘惑的大腦吃:肥胖和飲食失調的快樂和慾望迴路(2010)

. 作者手稿;可在 PMC 2011 年 9 月 2 日取得。

PMCID:PMC2913163

NIHMSID:NIHMS197191

抽象

我們吃什麼,什麼時候吃多少都受到大腦獎勵機制的影響,這些機制會產生“喜歡”和“想要”食物。 作為推論,獎勵迴路中的功能障礙可能導致最近肥胖和進食障礙的增加。 在這裡,我們評估已知會產生“喜歡”和“想要”食物的大腦機制,並評估它們與飢餓和飽腹感的調節機制的相互作用,與臨床問題相關。 “喜歡”機制包括將前腦邊緣結構中的立方毫米熱點連接在一起的特徵性電路,例如伏隔核和腹側蒼白球(其中阿片類藥物/內源性大麻素/食慾素信號可以放大感官愉悅)。 “想要”的機制包括伏隔核,紋狀體和杏仁核中較大的阿片類網絡,其延伸超出了享樂熱點,以及中腦邊緣多巴胺系統,以及與這些系統相互作用的皮質黴素谷氨酸信號。 我們關注這些大腦獎勵迴路可能參與肥胖或飲食失調的方式。

引言

美味的食物及其誘因具有強大的激勵作用。看到一塊餅乾或聞到喜愛的食物的香味,就可能突然產生進食的慾望;而幾口美味佳餚,更會讓人忍不住想吃更多(正如法語諺語所說,“l'appétit vient en mangeant”)。在食物豐富的世界裡,誘因引發的食慾會增加人們立即進食或在用餐時暴飲暴食的可能性,即使他們原本打算節食或只適量進食。誘因引發的食慾會影響人們選擇是否進食、何時進食、吃什麼以及吃多少,從而日積月累地導致長期熱量攝入過量和肥胖( ; ; ; )。

它不僅僅是食物或暗示本身發揮這種動力:它是感知者大腦對這些刺激的反應。 對於某些人來說,大腦系統可能會特別反應,以產生令人信服的動力來吃得過飽。 對於每個人來說,在一天的某些時刻,飢餓或壓力時,誘發的衝動可能變得特別強烈。 人與人之間以及時刻之間的動力的變化部分來自於大腦獎勵迴路的動態,其產生“想要”和“喜歡”用於食物獎勵。 這些獎勵迴路是本文的主題。

食物帶來的愉悅感或誘惑力究竟源自何處?我們的基本出發點是,甜食、油膩食物或鹹食帶來的誘惑和愉悅感並非僅僅被動地源自於食物本身的物理特性,而是在大腦中主動產生的。 「想要」和「喜歡」的反應是由神經系統主動生成的,這些神經系統將慾望或愉悅感「塗抹」在感官體驗之上——就像在視覺、嗅覺或味覺上塗上一層光彩(表1)。一塊誘人的巧克力蛋糕未必真的令人愉悅,但我們的大腦傾向於主動地對其濃鬱的巧克力奶油味和甜味產生「喜歡」之感。這種甜味和奶油味就像一把鑰匙,能夠有效地打開大腦中負責產生愉悅感和慾望的迴路,讓我們在接觸食物的那一刻就產生這種感覺(;;)。然而,最關鍵的是打開大腦的鎖,而不僅僅是鑰匙本身,因此我們在這裡專注於理解大腦的享樂鎖和動機鎖。

表1

關鍵獎勵條款

大腦的活躍變化體現在享樂偏好並非固定不變,而是具有可塑性。即使是曾經「喜歡」的甜味,在某些情況下也會變得令人不快,儘管它本身仍然很甜。例如,某種新奇的甜味最初可能被認為是美味的,但當這種味道與內臟不適聯繫起來,形成習得性味覺厭惡後,就會變得令人作嘔( ; ; )。相反,在身體缺鈉、渴望鹹味的時候,原本令人不快的強烈鹹味也可能從令人不快轉變為令人愉悅( ; )。同樣,雖然我們的大腦傾向於將苦味感知為特別令人不快的味道,但享樂可塑性使得許多人在文化經驗使苦味成為大腦享樂系統的關鍵之後,會覺得蔓越莓、咖啡、啤酒或其他苦味食物的味道相當愉悅。更短暫但普遍的是,飢餓會使所有食物更受喜愛,而飽腹感則會在同一天的不同時間降低人們對食物的喜愛程度,這種動態的享樂轉變被稱為“異感”()。

大腦獎勵系統在肥胖率增長中的作用?

過去三十年間,美國的肥胖症發生率顯著上升,如今幾乎四分之一的美國人都被認為是肥胖()。體重增加的主要原因可能是人們攝取的食物熱量較多,而非運動量減少()。現在人們為什麼會吃得更多呢?原因有很多(;;)。一些專家認為,現代人更容易受到進食的誘惑,並且會持續進食,因為現代食品平均含有更高的糖、脂肪和鹽含量。此外,人們可以隨時在附近的冰箱、自動販賣機、快餐店等地方輕鬆獲得零食。曾經限制人們吃零食的文化傳統也逐漸消失,導致人們在正餐之外攝取更多食物。即使在正餐中,食物的份量也往往過大。所有這些趨勢都可能與大腦獎賞系統的正常偏好相契合,使我們更容易屈服於想要吃更多東西的慾望。

大腦中對這些因素做出反應的「喜好」和「渴望」系統本質上是純粹的「啟動」系統。它們會被美味的食物和相關線索激活。雖然飽腹感可以減弱「啟動」系統,但它們永遠不會產生強烈的「停止」訊號來阻止攝入,而只是降低「啟動」的強度。有些「啟動」系統很難完全關閉。例如,我們實驗室的一項研究發現,即使透過向大鼠口中滴入牛奶或蔗糖溶液,使其在半小時內攝入近10%的體重,從而誘導出超強的飽腹感,也只會降低而非消除它們隨後對甜味的享樂性“喜好”反應,並且從未真正將“喜好”轉化為負面的“厭惡”反應()。同樣,在人類研究中,透過讓人們吃掉兩整塊巧克力來達到強烈的飽腹感,雖然會將人們對巧克力的喜愛程度降低到接近於零,但並不會將其推入負面的不愉快領域,即使渴望程度進一步下降( ; )。也有一些反例顯示,飽腹後人們對甜味的評價反而會變成負面,但考慮到影響評分的因素眾多(),我們仍然可以得出這樣的結論:食物帶來的愉悅感很難完全消除。你或許也會有這樣的體驗:即使飽餐之後,甜點依然誘人。當然,飢餓時,美味的食物會變得更加誘人。

這些誘惑面向每個人。 可食用的食物越多,而且在我們的環境中它們的線索越豐富,那麼大腦中的享樂“喜歡”和“缺乏”系統就越會產生“去”。 它不需要病理學來過度放縱。 那麼為什麼有些人會過度消費而另一些人沒有過度消費呢? 獎勵系統反應性中的輕微個體差異可能在一些人中逐漸產生肥胖中起作用,如下所述。 當然,在更極端的飲食模式的情況下,將需要進一步的解釋。

大腦獎勵系統在肥胖和飲食失調中的潛在作用

不同的肥胖病例會有不同的根本原因,科學解釋可能不是“一刀切”。 為了幫助分類暴飲暴食的個體和類型,以下是腦獎勵系統可能與肥胖和相關飲食失調有關的幾種方式。

獎勵功能障礙的原因

首先,大腦獎賞功能的某些方面出現異常可能導致過度進食或特定的飲食障礙。獎賞功能障礙可能導致人們對食物產生過高或過低的享樂「喜愛」。例如,下文所述的伏隔核和腹側蒼白球中阿片類或內源性大麻素享樂熱點的病理性過度激活,可能導致某些個體對味覺愉悅的「喜愛」反應增強。過度激活「喜愛」底物會放大食物的享樂效應,使個體比其他人更「喜歡」和「渴望」食物,從而導致暴食和肥胖(;)。相反,抑制性熱點功能障礙可能會降低厭食症類飲食障礙患者的「喜愛」程度()。

即使不存在快感功能障礙,扭曲的獎賞機制也可能出現另一種情況:如果激勵顯著性與享樂「喜好」分離,那麼「想吃」的慾望可能會單獨產生( ; )。在某些疾病中,“想吃”與“喜歡”的分離是可能的,因為大腦似乎通過可分離的機制產生“想吃”和“喜歡”,如下所述。即使不再直接受享樂驅動,美味食物的線索仍然可能引發過度的「想吃」和攝入,這可能是由於中腦皮質邊緣多巴胺-谷氨酸激勵顯著性機制(或增強這些機制的相關促腎上腺皮質激素釋放因子或阿片類神經迴路)的過度活躍所致。在這種情況下,食物的視覺、嗅覺或生動的想像都可能觸發強迫性進食的衝動,即使最終個體並不會覺得實際的進食體驗比普通進食更令人愉悅。這些可能性都曾被提出過。每一種可能性都值得考慮,因為不同的答案可能適用於不同的疾病或不同類型的肥胖。

因此被動扭曲的獎勵功能

第二類可能性是大腦獎勵系統可能不是飲食失調的最初原因,但仍然異常地起到對過度食物體驗,異常攝入或額外體重的被動,次要反應的作用。 在這種情況下,“喜歡”和“想要”的大腦系統可能會嘗試正常運作,但在神經影像學研究中似乎是異常的,因此成為研究人員潛在的紅色鯡魚。 儘管如此,即使被動扭曲的獎勵功能仍然可以為治療提供機會窗口,其目的在於通過將獎勵功能調回到正常範圍內來部分糾正飲食行為。

大腦獎勵的正常彈性

第三,在許多情況下,大腦獎勵系統可能在肥胖症或飲食失調中繼續正常運作,甚至不會改變。 在這種情況下,飲食失調的原因將完全放在腦獎勵功能之外。 事實上,即使沒有治療,大腦獎勵功能甚至可以作為幫助最終幫助自發地使某些飲食行為模式正常化的輔助手段。

理論是否重要? 對臨床結果和治療的影響

哪種替代方案最佳,答案可能因個案而異。不同類型的飲食失調可能需要不同的解決方案。即使是患有「同一種」疾病的不同個體,也可能需要不同的解決方案,至少在主要類型的飲食失調以及肥胖症中存在不同亞型的情況下是如此()。

關於特定飲食失調或肥胖類型的上述答案是正確的,這對於什麼樣的治療策略可能是最好的。 例如,是否應該嘗試通過藥物逆轉腦部獎勵功能障礙來恢復正常飲食? 如果獎勵功能障礙是潛在原因,那將是適當的。 或者,是否應該僅使用藥物作為補償藥物,而不是治療藥物? 然後藥物可能旨在提高大腦獎勵功能的方面,從而糾正進食,即使沒有解決原始的潛在原因。 這可能與使用阿司匹林治療疼痛有點類似,即使疼痛的原始原因不是內源性阿司匹林的缺乏。 即使只是治療症狀仍然有幫助。

或者應該將治療完全集中在與食物獎勵無關的機制上? 如果大腦獎勵系統在所有飲食失調病例中保持正常,那麼這可能是最佳選擇,因此可能與病理性飲食行為的表達基本無關。

並排放置這些替代品有助於說明,通過更好地理解大腦獎勵系統及其與飲食模式的關係,可以產生治療效果。 只有當人們知道如何在大腦中正常處理食物獎勵時,我們才能識別大腦獎勵功能中的病理學。 只有當人們能夠識別出發生的獎勵病理時,才能設計或選擇最佳治療方法。

食物“喜歡”和“想要”的基礎大腦獎勵系統

這些考慮為嘗試理解產生“喜歡”和“想要”食物的大腦機制以及它們如何被飢餓和飽腹感調製提供了理由。 下一節將討論關於食物愉悅和慾望的基本大腦系統的最新發現。

“渴望”與“喜歡”分開

有時,即使享樂上的「喜好」並未增加,大腦中與「渴望」相關的機制也可能促使消費量增加。這裡所說的“渴望”,指的是激勵顯著性,這是一種基本的激勵動機(圖1)。 「渴望」最直接影響食物攝入,但影響遠不止於此。激勵顯著性可以被視為大腦中對特定刺激(尤其是那些與獎勵有巴甫洛夫式關聯的刺激)的感知和表徵所產生的一種標籤,這種標籤是由中腦邊緣系統產生的。將激勵顯著性賦予獎勵刺激表徵,會使該刺激變得具有吸引力、引人注目、令人渴望,並成為「想要」的對象。該刺激實際上變成了一個動機磁鐵,吸引著人們的食慾行為(即使它只是獎勵的巴甫洛夫式線索),並使獎勵本身變得更加「令人渴望」。

圖1 

獎勵'想要'(激勵突顯)和'喜歡'(感官愉悅的享樂影響)的激勵動機模型。 這種激勵顯著性模型最初是由提出的 ...

當烹飪散發的氣味引起食慾時,這種顯著性會牢牢抓住人的注意力,並引發進食的念頭——即使沒有實際的氣味,生動地想像食物也能達到同樣的效果。當老鼠將這種顯著性與糖獎勵的線索聯繫起來時,它可能會使該線索在感知者眼中顯得非常像食物,甚至導致老鼠瘋狂地試圖吃掉一個實際上只是不可食用的金屬物體(尤其是在老鼠的大腦處於邊緣系統激活狀態,從而放大“想要”的歸因時)(Flagel Jenkins , ;

激勵顯著性或“缺乏”與普通詞所表達的更多認知形式的慾望截然不同,這些形式涉及宣稱目標或對未來結果的明確期望,並且主要由皮質迴路介導。 激勵顯著性更強烈地依賴於線索和物理獎勵刺激(或者至少是線索和刺激的圖像),但是不需要對未來的“通緝”結果進行明確的認知預期,這些結果是由更多皮質加權的大腦迴路調節的。

線索的激勵顯著性取決於大腦遇到該線索時的狀態,以及先前與食物獎勵的關聯(圖1)。 「渴望」是由當前神經生物學狀態(包括食慾狀態)與食物或其線索的存在之間的協同作用產生的。食物線索本身或中腦邊緣系統的活化本身並不十分有效。但當它們以適當的組合出現時,會產生一種大於各部分總和的協同效應,從而在動機上具有強大的吸引力()。

這種協同關係意味著,當處於中腦邊緣系統啟動狀態(或能夠生動地想像食物線索)時,如果遇到食物線索,「渴望」會突然增強。線索的存在至關重要,因為線索與食物獎勵高度相關。生理飢餓或中腦邊緣系統的反應性也很重要,因為線索出現的激勵作用會隨著飢餓或飽腹感而改變(或由於個別大腦的差異而有所不同)()。

在沒有'喜歡'的情況下製作'想要'

激勵顯著性作為一種獨立實體的最顯著例證,來自那些僅透過神經手段增強「渴望」而未提高對同一獎勵的享樂「喜好」的案例。我們首次發現「渴望」增強而「喜好」不增強的現象,是在二十年前一項關於電刺激大鼠外側下丘腦誘發進食的研究中,該研究由我們與艾利歐特·瓦倫斯坦(Elliot Valenstein)合作完成()。活化外側下視丘的電極會導致受刺激的大鼠大量進食(),而這些電極會活化通常包含中腦邊緣多巴胺釋放的腦迴路()。動物通常會尋求同樣的電極刺激作為一種獎勵,因此人們曾假設電極活化是透過增加食物的享樂效應來誘發進食的。受刺激的大鼠真的「想」吃更多食物是因為它們「更喜歡」食物嗎?起初或許令人驚訝,答案是否定的:下丘腦電極的活化完全沒有增強大鼠對蔗糖的「喜歡」反應(例如舔嘴唇,詳見下文),儘管刺激使大鼠的食物攝取量是正常情況的兩倍()(圖 2和圖3)。電極非但沒有增強“喜歡”,反而增強了大鼠對蔗糖味道的“不喜歡”反應(例如張嘴),彷彿蔗糖的味道變得略微令人不快。這種以及隨後「想要」與「喜歡」的分離表明,我們需要分別識別各自獨立的神經基質。接下來,我們將描述大腦中與食物「想要」和「喜歡」相關的系統,並探討這些系統與其他調節系統之間的關係。

圖2 

由於下丘腦刺激或多巴胺升高引起的“想要”增強
圖3 

下丘腦電極或多巴胺升高從未增強“甜心”的甜味

Mesolimbic多巴胺在'缺乏'而沒有'喜歡'

中腦邊緣多巴胺系統可能是最廣為人知的能夠增強「慾望」而非「喜好」的神經基質。令人愉悅的食物、其他享樂獎勵以及獎勵線索都能激活多巴胺(;;; 2006 Roitman等 2004 2006 ;)。正因如此,多巴胺常被稱為“快樂神經傳導物質”,但我們認為多巴胺未能真正配得上其傳統的享樂名稱。

在過去二十年的動物研究中,我們透過操縱多巴胺的因果作用,始終發現多巴胺的波動最終並未改變人們對食物獎勵享樂效應的“喜好”,即便對食物的“渴望”發生了顯著變化。例如,基因突變導致突觸中多巴胺過量(多巴胺轉運蛋白被敲除)的小鼠,其大腦中多巴胺水平過高,導致對甜食獎勵的「渴望」增強,但對甜味的「喜好」表達並未增強()(圖2和圖3)。在普通大鼠中,苯丙胺誘導的多巴胺釋放增加,以及中腦邊緣系統的長期藥物致敏,也產生了類似的「想要」而沒有「喜歡」的情緒(;;)。

相反,即使大腦中完全缺乏多巴胺的突變小鼠仍然能夠感知蔗糖或食物獎勵帶來的愉悅感,也就是說,它們仍然能夠對美味的甜味獎勵表現出偏好,並具備一定的學習能力(;)。同樣,大鼠的味覺反應研究表明,使用匹莫齊特(多巴胺拮抗劑)抑制多巴胺,甚至通過6-羥基多巴胺(6-OHDA)損傷破壞99%的中腦邊緣和新紋狀體多巴胺神經元,都不會抑制由蔗糖味道引起的“喜歡”的面部表情(;)。相反,即使在幾乎缺乏多巴胺的前腦中,甜味的愉悅感仍然很強。

多項針對人類的神經影像學研究也發現,多巴胺水準與對獎勵的渴望程度的相關性可能高於與對相同獎勵的愉悅感的相關性( ; )。在相關的人體研究中,阻斷多巴胺受體的藥物可能完全無法降低人們對獎勵的主觀愉悅感( ; ; ; )。

儘管如此,在神經影像學文獻以及與多巴胺D2受體結合水平相關的研究中,仍然能找到一些關於多巴胺=快感假說的迴響( ;)。例如,一些PET神經影像學研究表明,肥胖人群紋狀體中的多巴胺D2受體結合水平可能較低(;)。如果多巴胺能夠帶來愉悅感,那麼根據多巴胺=快感假說,多巴胺受體的減少可能會降低個體從食物中獲得的愉悅感。這種愉悅感的降低被認為會導致個體為了獲得正常的愉悅感而攝取更多食物。這被稱為過度進食的獎賞缺失假說()。

首先要指出的是,用快感缺失來解釋暴飲暴食的假說可能存在一些邏輯上的缺陷。它似乎預設了人們在不喜歡某種食物時會比喜歡時吃得更多。如果真是如此,那麼以難以下嚥的粥為食的人可能會比那些吃冰淇淋、蛋糕和薯片的人吃得更多。然而,事實並非如此,無論是人類還是老鼠,都傾向於少吃難以下嚥的食物,而多吃美味的食物( ; ; 2002 ; ; )。如果多巴胺缺乏導致所有食物的味道都變差,那麼人們的整體攝取量應該會減少而不是增加,至少在食物的美味程度能夠直接促進攝取的情況下是如此。關於進食和適口性的經驗事實似乎與多巴胺快感缺失導致肥胖的理論假設相悖。這個邏輯難題揭示了獎賞缺乏假說中可能存在的解釋性矛盾。

因此,值得考慮其他解釋。一個可能的解釋是,肥胖族群多巴胺D2受體結合減少的現象並非由其原因造成,而是受體可用性降低的結果()。中腦皮質邊緣迴路中的神經元在長期過度活化後,可能會透過穩態調節來恢復正常狀態。例如,長期接觸成癮藥物最終會導致多巴胺受體數量減少,即使最初水平正常——這是藥物耐受性和戒斷反應的下調機制(;)。可以設想,如果一些肥胖個體也存在類似的持續性多巴胺系統過度激活,最終也可能導致多巴胺受體下調。

如果真是如此,一旦停止過度增重或過度追求獎勵,多巴胺抑製作用可能會消失。最近一項PET神經影像學研究為這種可能性提供了新的證據。研究發現,體重超過200磅的肥胖女性在接受Roux-en-Y胃旁路手術6週後,體重減輕了約25磅,同時紋狀體多巴胺D2受體結合率也隨之升高,且升高幅度與減重量大致成正比()。減重後多巴胺受體水平的升高更符合這樣一種觀點:肥胖本身導致了先前較低的多巴胺受體水平,而不是先天性多巴胺缺乏或獎勵機制缺陷導致了肥胖。總之,雖然在最終確定這一問題之前仍需進一步研究,但對於「多巴胺減少導致快感缺失進而引發暴飲暴食」的觀點,我們仍需保持謹慎。

多巴胺的反常厭食症(和多巴胺阻滯的過度效應)?

然而,關於多巴胺介導食物「渴求」的假設仍存在一些不利因素,這些因素也應予以考慮。其中一個不利因素是,阻斷D2受體的非典型抗精神病藥物會增加熱量攝取並導致體重增加(;)。然而,這或許可以解釋為這些抗精神病藥物同時阻斷了5-羥色胺1A和2C受體以及組胺H1受體,而這些受體的阻斷可能比D2受體的佔據率與體重增加的相關性更高()。

也許最重要的不便之處是據報導多巴胺具有異常和相反的作用 抑制 食慾,如眾所周知的節食藥物的作用。 至少,促進多巴胺和去甲腎上腺素的全身安非他明和化學相關的興奮劑可以可靠地抑制食慾和攝入。 然而,苯丙胺的至少一些厭食作用實際上可歸因於去甲腎上腺素釋放,其具有特別的食慾抑制內側下丘腦的作用,可能通過刺激α-1-腎上腺素受體(與α-2受體的過度攝食作用相反)(; )。 此外,重要的是要注意多巴胺本身可能對不同腦結構的攝入具有不同的影響,並且即使在單一結構中也可以在不同的強度下(; )。 例如,多巴胺在下丘腦弓狀核中具有厭食作用,部分可能是通過減少神經肽Y(並且高水平的多巴胺也可能對伏隔核和新紋狀體產生厭食作用,即使較低水平的多巴胺升高可以促進攝入和“想要”食物(; ; ; ; )。 最後,同樣重要的是要注意多巴胺對激勵顯著性的增強通常是針對獎勵的條件性刺激 - 允許線索觸發“想要”獎勵導致追求,而不是直接擴大膳食大小和食物消耗(; ; ; ; )。 多巴胺能引發的“缺乏”可能使個體屈服於誘惑進食,一旦開始進餐,其他(例如阿片類藥物)腦機制就可以從那裡延長膳食大小。 一般而言,多巴胺在攝入中的作用並非完全上升或下降,而是在不同的腦系統和不同的心理條件下可能不同。

食物“喜歡”的大腦系統

獎勵的核心是享樂的影響或快樂的“喜歡”。 許多腦部都是 活性 通過食物的樂趣。 由愉快食物激活的部位包括新皮層的區域,例如眶額皮質,前扣帶皮層和前島葉皮層(; ; ; ; ; ; ; ; ; ; )。 快樂活化部位還包括皮質下前腦結構,如腹側蒼白球,伏隔核和杏仁核,甚至更低的腦干係統,如中腦邊緣多巴胺投射和腦橋的臂旁核(; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ).

在大腦皮質中,前額葉的眶額皮質區域尤其負責編碼味覺和嗅覺帶來的愉悅感。 Kringelbach及其同事的研究( ; ; Kringelbach, ; )或許是目前最清晰的享樂編碼功能磁振造影(fMRI)證據。在眶額皮層中,享樂編碼的主要區域似乎位於前部中段,該區域的fMRI激活能夠區分食物刺激的愉悅感和感覺特性,更重要的是,它能夠追踪由異感或感覺特異性飽腹感引起的特定食物刺激愉悅感的變化( ; )。例如,當人們喝了一公升巧克力牛奶後感到飽足時,這種飲料帶來的愉悅感會選擇性地下降,並且這種下降可以通過眶額皮質中部前部激活的減少來追踪,而未被飲用的番茄汁帶來的愉悅感和神經激活則相對保持不變()。

然而,值得注意的是,並非所有編碼食物愉悅感的腦區活化都必然導致或產生這種愉悅感()。一般來說,大腦中編碼愉悅感的腦區多於導致愉悅感的腦區。其他腦區活化很可能是次要的,反過來可能導致動機、學習、認知或其他與愉悅感相關的功能。尤其值得注意的是,目前尚不清楚眶額皮層或其他皮層激活是否在實際導致它們所編碼的食物愉悅感方面發揮重要作用,或者它們是否參與了其他功能(;;)。

大腦 因果關係 只有通過操縱特定腦底物的激活並找到與激活變化相對應的愉悅的相應變化才能識別快樂。 我們通過尋找導致心理和行為“喜歡”對愉快食物的反應增加的大腦操作來接近我們實驗室的享樂因果關係。 在我們的研究中用於測量食物愉悅及其因果關係的有用的行為“喜歡”反應是由甜味的享樂影響引起的情感面部表情。 Jacob Steiner最初在人類嬰兒中描述了這些面部“喜歡”的反應,並由Harvey Grill和Ralph Norgren與Carl Pfaffmann合作擴展到老鼠(; ; ; )。 例如,甜味在人類嬰兒和大鼠中引起積極的面部“喜歡”表達(舔嘴唇的節奏和側舌突起等),而苦味反而引發麵部'不喜歡'的表達(gapes等)(圖4 & 5)。 確認享樂性質,這些情感面部反應的變化特別跟踪由飢餓/飽腹感覺,學習偏好或厭惡以及大腦移位引起的感官愉悅的變化(; ; ; ; ; ; ; )。 面部'喜歡'反應在人類和其他哺乳動物之間是同源的(; ; ; 這意味著在動物研究中學習快樂因果關係的大腦機制對於理解人類的快樂生成也是有用的(; ; ).

圖4 

享樂熱點和享樂電路
圖5 

品味'喜歡'反應和核伏隔核熱點的詳細地圖

最近對「喜好」反應和機制的研究表明,邊緣前腦結構中存在一個相互連接的享樂熱點腦網絡,這些熱點會同時增強人們對食物獎勵的「喜好」和「渴望」(圖4和圖5)。這些熱點形成了一個分佈式的腦島網絡,如同群​​島一般,連接著邊緣前腦和腦幹(;;;;;; Smith和Berridge ;目前在伏隔核和腹側蒼白球中發現了享樂熱點,並且有研究表明在腦幹深部區域(例如腦橋的臂旁核)也存在享樂熱點;杏仁核或皮質區域(例如眶額皮質)可能也存在尚未證實的享樂熱點(;)。我們認為這些分散的「喜好」位點相互作用,從而能夠作為一個單一的整合「喜好」迴路發揮作用,該迴路主要透過大腦各層級的層級控制來運作(;)。

前腦熱點區域,位於伏隔核或腹側蒼白球,構成目前已知的神經享樂層級的頂端,它們與延伸至腦幹的神經網路協同作用,積極產生情緒反應。在我們的實驗室中,我們發現,在前腦享樂熱點區域微量注射阿片類藥物或內源性大麻素類藥物,可選擇性地使甜味引起的“喜歡”的口面部反應數量增加一倍(同時抑製或不影響負面的“不喜歡”反應)。為了幫助精確定位藥物微量注射最初活化的「喜歡」機制,我們開發了一種「Fos 擴散」工具,用於測量微量注射的藥物擴散到大腦神經元的範圍。藥物微量注射會調節附近神經元的活動。以即刻早期基因蛋白 Fos 標記這些神經元,可以標記神經元激活,並勾勒出注射部位周圍羽狀的反應區域(圖 5)。該區域可被認為是藥物微注射引起的任何愉悅感增強的根源。透過比較成功增強「喜好」的微注射部位與附近未增強的微注射部位的羽狀反應圖,可以確定熱點邊界。此技巧有助於將愉悅感的成因歸因於相應的腦區。

伏隔核熱點

發現的第一個熱點是在伏核中發現的,它使用阿片類藥物和內源性大麻素信號來增強味覺“喜歡”(圖4 & 5)。 熱點位於伏隔核的內側外殼細分中:具體地說,位於內側外殼的背斜象限中的立方毫米體積的組織中。 在享樂熱點中,通過顯微注射模擬內源性阿片類藥物或內源性大麻素神經化學信號的藥物來放大“喜歡”甜味。 這符合許多研究者的建議,他們假設阿片類藥物或大麻素受體激活可以通過提高對食物適口性的“喜好”來刺激食慾(; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; )。 我們的研究結果支持了這些特徵性假設,並且在特定的腦底物方面,有助於確定負責特定熱點的快感增強的大腦部位。 由SusanaPeciña領導的研究在我們的實驗室中首次使用阿片類藥物激動劑(DAMGO; D-Ala)顯微注射內側殼中的立方毫米熱點位點。2,N-MePhe4,Gly-ol] -enkephalin)。 DAMGO選擇性地激活μ型阿片受體,在熱點中,這似乎足以增強大腦對甜味感覺的愉悅光澤(; ; ; )。 通過在其熱點中進行DAMGO顯微注射的大鼠,將通常數量的陽性'喜歡'反應發射至蔗糖味道的兩倍以上。 “不喜歡”對奎寧的反應從未得到增強,而是被熱點內外的μ阿片類藥物激活所抑制。 因此,通過對快感熱點的神經化學刺激,增強了甜味愉悅,並且同時減少了苦澀的不快。

內源性大麻素是與大麻中具有精神活性的四氫大麻酚(THC)成分類似的腦內化學物質,它們在伏隔核殼部擁有自身的快感熱點,該熱點在解剖學上與阿片類藥物的快感熱點存在重疊。我們實驗室的Stephen Mahler和Kyle Smith的一項研究發現,內源性大麻素花生四烯酸乙醇胺(anandamide)可能透過刺激CB1型大麻素受體在大腦中發揮作用,它在伏隔核快感熱點中的作用類似於阿片類藥物,可以增強蔗糖味帶來的愉悅感(;)。在快感熱點中微量注射花生四烯酸乙醇胺可顯著增加大鼠對蔗糖味產生的積極「喜歡」面部表情的數量,其效果與阿片類藥物刺激相當,但苦味的厭惡反應並未增強。一個引人入勝的可能性是,殼熱點區域對這些「喜好」的增強作用可能與阿片類物質和內源性大麻素訊號相互作用或協同有關。有研究表明,花生四烯酸乙醇胺(anandamide)部分發揮反向神經遞質的作用,它可能由殼內的棘狀神經元釋放,回流至附近的突觸前軸突末梢,刺激CB1受體,並可能調節突觸前阿片類物質的釋放( ; Piomelli )。同樣,作用於殼內突觸後棘狀神經元的鴉片類物質訊號也可能促進內源性大麻素的釋放。未來的研究或許能夠探索內源性大麻素和鴉片類物質訊號是否透過這種協同正回饋機制相互作用。

更大的阿片類海洋'想要'伏隔核

除了增強“喜好”之外,在同一伏隔核熱點區域微量注射DAMGO或花生四烯酸乙醇胺(anandamide)還能同時直接刺激“食慾”,表現為食物攝入量的顯著增加。但伏隔核的其他鄰近區域在被阿片類藥物激活時,僅產生“食慾”,而不會增強“喜好”(圖5)。也就是說,雖然該立方毫米熱點區域的鴉片類神經傳遞具有特殊的享樂能力,能夠放大「喜好」(例如,與多巴胺神經傳遞相比),但熱點區域外的鴉片類刺激並不具有享樂作用,只會誘發「食慾」而不會產生「喜好」(有時甚至會降低「喜好」)。例如,阿片類享樂熱點區域僅佔整個伏隔核的10%,甚至僅佔其內側殼的30%。然而,在整個內側殼100%區域進行DAMGO微注射可顯著增強“渴求感”,使食物攝取量增加一倍以上。即使在更靠後的“冷點”區域,DAMGO也能同樣有效地增強“渴求感”,而同樣的微注射在該區域卻將“喜好感”抑製到低於正常水平()。享樂特化在神經解剖學上局限於熱點區域,在神經化學上則局限於阿片類和內源性大麻素信號()。廣泛存在的「渴求」機制與先前的研究結果一致,即阿片類藥物能夠刺激整個伏隔核乃至包括杏仁核和新紋狀體在內的外部結構產生食物「渴求」(Cooper;;;;許多鴉片類藥物作用位點可能並非享樂位點。

neostriatum是否參與'想要'或'喜歡'一代?

腹側紋狀體(伏隔核)因其與動機的關聯而聞名,但近年來,背側紋狀體(新紋狀體)也被發現與食物動機和獎賞有關(除了其在運動中發揮的眾所周知的作用)( ; Palmiter, 2007 , Schultz and Balleine et al., , 200,000, 200,020, 200,020 20,020,000 20,020 20,020, 2020.200, 20920 , 2020,020, 20920,020, 2090,020, 209,020, , )。例如,在猴子中,投射到新紋狀體的多巴胺神經元編碼獎賞線索和獎賞預測誤差(例如未預測的果汁獎賞),其功能與投射到伏隔核的多巴胺神經元類似()。人類背側紋狀體多巴胺的釋放伴隨著對食物或藥物線索的渴求(在一些研究中,其相關性強於腹側紋狀體)(;;)。新紋狀體多巴胺對於產生正常的攝食行為至關重要,因為在新紋狀體中補充多巴胺可以恢復無食慾多巴胺基因敲除小鼠的食物攝取量(;)。

同樣,μ阿片受體刺激新紋狀體可以促進食物攝入,至少在腹外側部分是如此()。基於此,我們最近發現新紋狀體的其他區域,包括其最背側部分,也可能介導阿片受體刺激的食物攝取。特別是,我們的觀察表明,μ阿片受體刺激新紋狀體的背內側象限可以增強對美味食物的攝取(DiFeliceantonio和Berridge,個人觀察)。在最近的一項初步研究中,我們觀察到,與注射對照載體相比,在背內側紋狀體注射DAMGO的大鼠攝入的巧克力零食(M&M巧克力豆)量增加了一倍以上。因此,我們的結果支持這樣一種觀點,即即使是新紋狀體最背側的部分也可能參與產生消費食物獎勵的激勵動機(;;;;)。

腹側蒼白球:最關鍵的食物“喜歡”和“想要”的發生器?

腹側蒼白球在關於邊緣結構的文獻中是相對較新的,但是上面討論的伏隔核系統的主要輸出目標,並且我們認為對於激勵動機和食物愉悅尤其重要(; ; ; ; ; ; )。 腹側蒼白球在其後半部分包含其自身的立方毫米特徵熱點,這對於維持正常水平的獎勵“喜歡”以及增強“喜歡”至高水平尤其重要(圖4)。 這種觀點在很大程度上取決於霍華德克倫威爾,凱爾史密斯和何超儀在我們實驗室的研究(; ; ; ; ),與Amy Tindell和J. Wayne Aldridge合作研究(; ),與其他研究人員的報告一致(; ; ; ; ; ; ; ; ).

腹側蒼白球的重要性體現在一個令人驚訝的事實:它是目前已知唯一一個神經元死亡會消除所有「喜歡」反應並以「厭惡」反應取而代之的腦區,即使是對甜味也是如此(至少在數週內如此)()。這一論點可能會讓讀者感到驚訝,因為他們可能還記得,外側下丘腦才是導致對食物產生厭惡性張口反應的部位(;),因此有必要對此進行一些解釋。儘管人們早已知道外側下丘腦的大面積損傷會擾亂「喜歡」反應以及自願的飲食行為(;),但 1960 世紀 1970 年代和 1978 年代的研究中,破壞愉悅感的損傷通常不僅損害了外側下丘腦,還損害了腹側下丘腦,還損害了腹側白,)。

我們實驗室的Howard Cromwell進行了一項更為精確的損傷研究,結果表明,只有損傷腹側蒼白球(位於外側下丘腦的前外側)的損傷才會導致厭惡反應,而僅損傷外側下丘腦的損傷則不會導致厭惡反應()。我們實驗室的Chao-Yi Ho近期進行的後續研究證實,腹側蒼白球後部的神經元死亡會導致對蔗糖的“厭惡”,並在損傷後數天至數週內消除對甜味的“喜愛”反應()。即使暫時抑制大致相同熱點區域的神經元(透過微量注射GABA激動劑蠅蕈醇),也會產生類似的厭惡反應(;)。因此,腹側蒼白球似乎在前腦迴路中對於正常的甜味「喜好」尤其重要。

腹側蒼白球的享樂熱點區域在受到神經化學刺激時,也能增強對食物的「喜好」(;;)。我們實驗室的Kyle Smith的研究首先表明,在腹側蒼白球的享樂熱點區域(位於該結構後部,體積約為1立方毫米),微量注射阿片類激動劑DAMGO可使蔗糖味覺引發的“喜好”反應次數增加至正常水平的兩倍以上()。活化腹側蒼白球後部的鴉片類物質也會導致大鼠的食物攝取量增加至正常水平的兩倍以上。相較之下,如果將相同的鴉片類藥物微注射移到熱點區域外的腹側蒼白球前部,它們實際上會抑制享樂性的「喜歡」和「想」進食,這與腹側蒼白球前半部可能存在厭惡產生區相一致(;)。這些效應表明了熱點,並且似乎與幾個其他實驗室關於腹側蒼白球激活在食物、藥物和其他獎勵中的重要性的發現一致(;;;;McFarland;;

腹側蒼白球中的食慾素特徵性熱點?

腹側蒼白球熱點區域是否有其他能增強「喜好」反應的享樂神經傳導物質?食慾素(orexin)是一個很有希望的候選者,它被認為與下丘腦外側區的飢餓感和獎賞感相關( ; )。食慾素神經元從下視丘投射到腹側蒼白球,尤其是其後部區域,包含鴉片類物質享樂熱點()。因此,腹側蒼白球神經元直接接收食慾素輸入,並相應地表達食慾素受體()。

我們實驗室近期的研究結果表明,腹側蒼白球中的食慾素可以增強對甜味獎勵的「喜愛」()。 Chao-Yi Ho發現,在與腹側蒼白球阿片類物質享樂熱點相同的後部區域微量注射食慾素A,可以增加對蔗糖味道的「喜愛」反應次數。腹側蒼白球中的食慾素微量注射並未增加對奎寧的負面「厭惡」反應,這表明只有感官愉悅的積極方面得到了增強,而非所有味覺引發的反應()。雖然還需要更多研究,但這些初步結果提示了一種機制,即飢餓狀態可能使美味食物的味道更加誘人,這或許是透過食慾素介導的下丘腦-腹側蒼白球通路實現的。

腹側蒼白球介導“喜歡”感覺的享樂影響的最終證據是,後部享樂熱點中的神經元放電水平“喜歡”甜味,鹹味和其他食物獎勵(; ; ; ; ; ; )。 當大鼠吃糖顆粒時,腹側蒼白球熱點中的神經元發射得更快,甚至可以通過永久植入的記錄電極測量獲得獎勵的提示(; )。 蔗糖觸發的神經元的激發似乎特別代表享樂的“喜歡”的味道()。 例如,當蔗糖溶液注入口腔時,腹側蒼白球神經元會發射,但相同的神經元不會發射到比海水鹽度高三倍的NaCl溶液,並且非常難以飲用。 然而,如果在大鼠中誘發鹽食慾的生理狀態,腹側蒼白球熱點神經元突然開始燃燒到三重海水的味道(; )通過給予呋塞米和脫氧皮質酮作為藥物來模擬血管緊張素和醛固酮的激素鈉耗竭信號(),並增加對強烈鹹味的感覺'喜歡'(; )。 因此,腹側蒼白球代碼中的神經元以對當下生理需要敏感的方式獲得愉悅。 觀察到那些享樂神經元處於相同的特徵性熱點,其中阿片類藥物激活導致對甜味的“喜歡”反應增加,這表明它們的發放率實際上可能是將快感光澤描繪成味覺的因果機制的一部分().

腹側蒼白球可以在不增強「喜好」的情況下增強「渴求」的一個例子是,在解除腹側蒼白球GABA能神經元的抑制後觀察到這種現象()。 Kyle Smith微量注射了GABA拮抗劑比庫啉,該藥物解除了神經元的持續性GABA能抑制,推測有助於它們發生類似於刺激電極的電去極化​​。腹側蒼白球去極化的心理效應幾乎與側下視丘電極刺激相同。食物攝取量增加了一倍,但對蔗糖味道的「喜好」反應卻完全沒有增加(與在同一部位微量注射DAMGO的阿片類藥物刺激相反,後者同時增強了「渴求」和「喜好」)()。

伏隔核和腹側蒼白球熱點的合作性質

伏隔核和腹側蒼白球不僅都包含阿片類藥物刺激可增強「喜好」的享樂熱點,而且這兩個熱點還協同作用,形成一個增強「喜好」的協調網絡()。我們實驗室的Kyle Smith發現,在任一熱點中微量注射阿片類激動劑都能激活另一個熱點中遠端的Fos表達,表明每個熱點都會募集另一個熱點來增強享樂「喜好」。此外,在任一熱點中使用納洛酮阻斷鴉片類藥物可以消除在另一個熱點中微量注射DAMGO所引起的「喜好」增強,這表明需要兩個熱點的共同參與。這些觀察結果表明,這兩個熱點在單一的「喜好」迴路中相互作用,並且整個迴路對於放大享樂效應是必需的。然而,伏隔核的活化本身就能引起「渴望」和食物攝取量的增加,而不管腹側蒼白球是否參與(也不管「喜歡」是否同時增強)()。

連接大腦獎勵和監管系統

近年來,在理解​​中腦皮質激素獎勵系統與熱量飢餓和飽腹感的下丘腦調節系統之間的神經相互作用方面取得了很大進展(; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ).

那麼,飢餓狀態是如何增強異感患者對食物的“喜愛”(;)或增強“渴望”,從而使食物更具吸引力的呢?個體差異又如何與此相互作用,導致某些人出現飲食失調或肥胖症?目前存在一些可能解釋此類相互作用的機制。在此,我們將簡要探討其中幾種。

食物是飢餓時更強大的動力磁鐵

一種可能性是直接在飢餓時提升對食物的“渴望”,並可能放大肥胖個體對食物的這種渴望。在人類中,一些研究透過眼動追蹤(例如,眼球快速、持續時間更長或頻率更高地註視食物)或相關的視覺注意力指標,測量了食物線索的更高激勵顯著性。例如,有研究報告稱,肥胖者比非肥胖者更容易將視覺注意力自動集中在食物上,尤其是在飢餓時()。另一項研究表明,飢餓會提升正常體重和肥胖者對食物線索的激勵顯著性,表現為注視時間的增加,但肥胖者即使在最近進食後,對食物圖像的注視激勵顯著性指標仍然更高()。食物圖像的激勵顯著性較高也可能與社會心理學中的經典觀點有關,即肥胖涉及對激勵刺激的更大外部性或過度反應(;)。

飢餓期間阿片類藥物的感覺異常嗎?

同樣,飢餓時人們對食物的享樂「喜好」會增強。內源性鴉片類物質在享樂熱點區域的活化是飢餓時食物較美味的主要原因之一。如果飢餓時食物的味道會誘發更多內源性鴉片類物質釋放以刺激μ鴉片受體,那麼飢餓時的食物就會比飽足時更美味。任何這種享樂機制過度活躍的人都會覺得食物格外美味。對於伏隔核的享樂熱點區域,我們認為天然的μ阿片訊號最有可能來自天然腦啡肽的釋放。內源性β-內啡肽比腦啡肽更有效地與μ阿片受體結合,並且有研究表明β-內啡肽神經元可能從下丘腦投射到其他邊緣系統結構(;),但內側殼中的內啡肽含量可能不足以完成這項任務(SJ2009 Watson,個人交流,投射,因此,腦啡肽而非β-內啡肽可能是伏隔核殼中最容易獲得的μ阿片訊號。腦啡肽來自殼內大量的固有神經元(這些神經元表達腦啡肽mRNA以及D2受體和GABA mRNA),以及來自腹側蒼白球和相關結構的投射神經元,這些投射神經元也傳遞GABA和腦啡肽訊號。

)提出了一個引人入勝的下丘腦-丘腦-伏隔核腦迴路,該迴路可在飢餓狀態下增強伏隔核殼部的腦啡肽訊號。凱利等人提出,外側下視丘的食慾素神經元投射活化丘腦室旁核的谷氨酸能神經元。反過來,丘腦室旁核的神經元投射到伏隔核殼部,利用谷氨酸信號興奮大型的含乙醯膽鹼中間神經元。凱利等人認為,最終,內側殼部的乙醯膽鹼能神經元特異性地活化附近的腦啡肽神經元。釋放腦啡肽的神經元很可能包括位於內側殼層立方毫米級享樂熱點區域的神經元(有趣的是,大型乙醯膽鹼神經元的分佈範圍直徑約為1毫米)。因此,飢餓感或許能夠增強伏隔核熱點區域的內源性鴉片訊號,從而放大對美味食物的「喜好」和「渴望」。

感染的內源性大麻素機制?

另一種可能在飢餓時改善食物口感的機制是內​​源性大麻素在內側殼區同一享樂熱點區域的募集。有證據表明,飢餓可能以類似的方式募集內源性大麻素。例如,Kirkham及其同事報告,大鼠禁食24小時後,前腦邊緣系統結構(包括伏隔核)中內源性大麻素(花生四烯酸乙醇胺和2-花生四烯酸甘油酯)的水平升高()。因此,飢餓時內源性大麻素的升高可能增強對食物的享樂「喜好」(;)。如果增強的內源性大麻素訊號到達伏隔核內側殼的同一熱點區域,則可能增強「喜好」感,因為已知在該區域注射花生四烯酸乙醇胺(anandamide)可以增強對甜味的「喜好」()。值得注意的是,內源性大麻素還可以透過腹側被蓋區和其他部位促進中腦邊緣多巴胺的釋放,這可能有助於增強對美味食物的“渴望”,而與享樂“喜好”無關(;)。

感染的食慾素機制?

另一組可能性也與食慾素有關,但其作用方式比透過丘腦中間環路活化熱點神經元更為直接()。最相關的食慾素產生神經元位於下視丘外側區,有研究顯示它們介導食物、藥物、性等的獎賞效應(;;;)[其他下;)]。

飢餓期間,弓狀核神經肽Y (NPY) 訊號會活化外側下丘腦中與獎賞相關的食慾素神經元(;)。有些食慾素神經元投射到腹側蒼白球和伏隔核(;;;;)。如上所述,我們最近發現,在腹側蒼白球熱點區域微量注射食慾素可以直接增強對甜味的「喜好」反應()。因此,推測而言,飢餓期間食慾素的活化可能透過刺激享樂熱點區域(例如後腹側蒼白球)的神經元,直接增強享樂效應。因此,食慾素可能有效地激活與μ阿片信號在腹側蒼白球(以及可能在伏隔核)中相同的享樂熱點區域。此外,食慾素可能透過這些前腦熱點區域以及投射到腹側被蓋區中腦邊緣多巴胺神經元來刺激「渴求」。

瘦素的感染機制?

相反,飽腹感會抑制對食物的“喜好”和“渴望”,即使完全關閉食物獎勵機制並非易事(;;;;;)。在飽足感期間產生負性異感的一種可能機制是瘦素,它是由體內的脂肪細胞分泌。瘦素作用於弓狀核、其他下丘腦核團以及腦幹(包括腹側被蓋)的神經元,在那裡它可能調節中腦邊緣多巴胺迴路和食物「渴望」( ; Figlewicz and Benoit, 2009 ; Friedman Halaas , , ; ; )。瘦素也可能透過刺激下視丘弓狀核 POMC/CART 神經元活化室旁核神經元上的 MCR4 受體,或透過抑制弓狀核 NPY-AGrP 神經元抑制下丘腦外側核的食慾素神經元,從而抑制異位麻醉引起的「喜好」抑制,最終減少腹側蒼白球或食慾核對白球或樂片的藥物。

在人類中,Farooqi、O'Rahilly及其同事報告了令人著迷的研究結果,表明瘦素抑制「渴望」或「喜好」的能力受損與一種特定類型的遺傳性肥胖有關:這類患者天生患有單基因瘦素缺乏症,他們在兒童時期就不斷索要食物,並很快變得肥胖(年;由於缺乏瘦素,這些個體對食物的喜好程度被誇大,這與功能性磁振造影(fMRI)測量的食物刺激引起的伏隔核活化程度直接相關。與大多數人不同,即使剛吃飽飯,他們的伏隔核活化也不會被抑制,這表明即使在飽腹狀態下,邊緣系統的「喜好」和「渴望」活化仍然異常持續存在。 Farooqi及其同事還報告稱,給這些個體服用外源性瘦素藥物後,熱量飽腹感能夠恢復抑制食物激活邊緣系統的能力,因此,食物喜好度評分僅在飢餓時與伏隔核激活相關,而在餐後相對飽腹時則不再相關。這些發現似乎與瘦素(與其他飢餓/飽腹訊號相互作用)控制餐後飽腹感訊號抑制對食物的「喜好」和「渴望」的能力這一觀點相符()。

在大鼠中,腹側被蓋區注射瘦素可抑制中腦邊緣多巴胺神經元的放電頻率,這與「渴求」的減少相一致,並能抑制對美味食物的攝取()。瘦素和胰島素在腹側被蓋區均已被證實能夠阻止由DAMGO微注射刺激同一結構產生的μ阿片受體所引起的攝食行為和食物攝入的刺激(;)。胰島素在腹側被蓋區產生的類似飽腹感的作用似乎與多巴胺神經元中多巴胺轉運蛋白(DAT)的上調以及伏隔核突觸外多巴胺水平的降低有關( ; ; )。然而,值得注意的是,關於瘦素抑制食物「渴望」和「喜好」的觀點仍存在一些未解之謎。例如,矛盾的是,在瘦素缺乏小鼠(ob/ob)中觀察到了幾乎相反的效果,即瘦素似乎刺激了先天性低水平的伏隔核多巴胺( ; )。這一謎題仍有待解釋。

壓力作為進食和攝入的促進者

壓力會促使約30%的人攝取美味食物(;)。多種心理和神經生物學機制可以解釋壓力誘發的過度進食。傳統的解釋通常著重於壓力帶來的負面情緒,以及食用美味食物所帶來的愉悅感。也就是說,人們普遍認為,壓力期間進食量的增加是一種透過享樂性自我治療來緩解壓力的嘗試(;;)。

同樣,促腎上腺皮質激素釋放因子(CRF)的釋放是大腦應對壓力的一種機制,據推測,CRF的釋放會產生一種厭惡狀態,並透過促進攝取高適口性食物(安慰食物)來間接增加食物攝取量,從而減輕這種厭惡狀態(享樂性自我治療)(年;,;支持享樂性治療概念的是,攝取甜食可以降低下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸)的反應性,並在壓力後降低下丘腦中CRF的基礎水平,而壓力本身會增加CRF的釋放(;;)。阻斷CRF受體可能會增加對較不美味食物的攝取量,同時抑制蔗糖的攝取()。

然而,食用美味食物也會直接增加杏仁核中央核的促腎上腺皮質激素釋放因子(CRF)釋放(),而實驗誘導的下丘腦或擴展杏仁核中CRF水平升高往往會抑制攝食行為和食物攝入,而非增強它們(;)。這似乎與「厭惡狀態是CRF釋放的必要條件」或「CRF能夠可靠地刺激介導其厭惡效應的大腦結構中的攝食」的觀點相悖。

一種解釋可能是,在其他大腦結構中,CRF和壓力可能直接增強“想要”進食的激勵,而不一定導致厭惡狀態或需要享樂自我藥物來為進食提供動力。 例如,在我們的實驗室中,SusanaPeciña發現在伏隔核外殼中的CRF顯微注射直接促進了線索引發的“想要”蔗糖,在排除厭惡激勵機製或享樂自我藥物解釋的條件下。 相反,伏隔核內側殼中的CRF微注射直接提高了激勵顯著性與糖配對線索的歸因。

在巴甫洛夫-工具性轉移測試中,CRF增強了由糖線索觸發的獲取醣類食物的短暫努力,該測試旨在排除除激勵顯著性之外的其他解釋()。在伏隔核中,CRF微量注射與安非他明微量注射(後者會誘導多巴胺釋放)在增強線索觸發的「渴求」高峰方面效力相當。與多巴胺的作用類似,伏隔核中的CRF增強了糖線索的動機效力,從而觸發對獎勵的短暫渴求峰值,而不是作為一種持續的驅動力或持續的厭惡狀態。也就是說,CRF誘導的「渴求」增強隨著物理線索的出現和消失而起伏,儘管CRF在整個過程中都存在於大腦中。這種「想要」的協同作用需要線索和 CRF 的結合,與圖 1的激勵顯著性模型相符,表明 CRF 並沒有產生持續的厭惡性驅動力去獲取蔗糖,而是增加了食物線索的吸引力。

伏隔核中促腎上腺皮質激素釋放因子(CRF)的這種激勵效應可能為壓力如何增強線索觸發的暴食爆發提供了一種新的解釋。這種解釋是,伏隔核中的CRF使食物的視覺、嗅覺、聽覺或想像更具“吸引力”,並更容易觸發對相關食物的強烈“渴望”。中央杏仁核和擴展杏仁核中的CRF可能也具有類似的激勵功能()。這些發現最重要的臨床意義在於,即使壓力狀態本身並不令人厭惡,壓力誘發的CRF也可能增強線索觸發的進食「渴望」。即使是中獎或升遷等令人愉悅的壓力,也可能觸發這種CRF激勵機制。這或許也能解釋為什麼糖皮質激素給藥可以增加對美味食物的自願攝入量(),儘管大鼠會想方設法獲得靜脈注射糖皮質激素()。雖然壓力和激勵動機傳統上被視為心理上的對立面,但介導它們的腦機制實際上可能存在令人驚訝的重疊(;;;)。人們並非總是需要透過享樂性的自我治療來緩解厭惡狀態,壓力才會導致過度進食。簡言之,壓力並非總是需要造成痛苦才能促進過度消費。

食物成癮?

雖然仍然存在爭議,但食物成癮的概念越來越被視為具有有效性,至少在一些強迫暴飲暴食的情況下(; ; ; ; ; ; ; ; ; )。 食物成癮的含義可能會有所不同,具體取決於誰定義它。 一些定義集中在人工強烈的甜味,鹹味或脂肪感覺刺激和現代加工食品的技術增強性質,使他們成為具有藥物般激發效力的超激勵刺激(; ; ; ; ; )。 現代食物及其暗示可能確實成為大腦“喜歡”和“想要”機制的關鍵,特別是在一些個體中(; ; ; ).

其他觀點則認為,食物成癮的診斷範圍應該相對有限,尤其適用於那些極端暴食且接近強迫症的案例( ; ; ; )。例如,Davis和Carter認為,只有那些既肥胖又患有嚴重暴食症,並伴有類似成癮的特徵(如失控和復發)的特定個體才符合食物成癮的定義。這類個體尤其傾向於將自己描述為「強迫性暴食者」或「食物成癮者」( ; )。戴維斯及其同事近期發現,這類族群更有可能同時攜帶編碼μ阿片訊號「功能增強」的受體基因的G+等位基因,以及與Taq1A標記相關的A2等位基因,後者可能增強與多巴胺D2受體的結合()。這提示了一種潛在的機制。戴維斯及其同事認為,這種基因組合可能同時增強大腦中的阿片信號和多巴胺信號,從而增強對食物的“喜好”和“渴望”,最終導致暴飲暴食和肥胖。類似地,坎貝爾和)。

這些建議似乎與我們對大腦中激勵顯著性和享樂影響機制的認知相當吻合。在極端情況下,如果重點關注激勵顯著性,這些建議甚至可能產生類似於食物的激勵敏感效應。激勵敏感化是一種基於大腦的成癮理論,它解釋了為什麼吸毒者有時即使不特別「喜歡」毒品,也會「想要」吸毒( ; ; )。類似地,大腦中腦邊緣迴路中激勵顯著性的敏感化型過度反應也可能產生強迫性的進食慾望。這一觀點與以下推測相符:節食和暴食循環會導致大腦中腦邊緣系統發生類似致敏的變化(;;;; 2002 人;)。當然,上述人類鴉片類、多巴胺或瘦體素訊號傳導的基因編碼改變,可能以類似藥物致敏的方式,改變了大腦中負責食物的獎賞迴路。這樣的人可能會出現由特定線索觸發的強烈食物渴望,這種渴望程度遠超常人,他們在正常生活中根本不會經歷,除非極度飢餓,否則不可能出現這種渴望。這種進食衝動完全可以稱為食物成癮。

一般而言,關於過度飲食是否應該被稱為成癮的爭議可能會持續一段時間。 是否“想要”食物可以達到完全相同的強度,被認為是吸毒成癮的特徵,並且在其中,是開放的經驗問題。 儘管如此,即使是所有習慣性吸毒者都不是激勵敏感意義上的“上癮者”,過度食用者的心理路線也會有所不同。 記住“想要”和“喜歡”在連續體中按照分級方式變化可能是有幫助的,而不是明確地“上癮或不上癮”。 會有很多灰色陰影。

結語

“喜歡”和“想要”在肥胖中的作用才剛剛開始被理解。 最後,我們回到開頭概述的邏輯可能性框架。

首先,“喜歡”或“缺乏”機制的功能失調可能導致至少一些過度進食的情況。 原則上,享樂“喜歡”可能在一些個體中被改變,例如可能在如上所述的一些暴食症中。 或者,提示引發的“想要”可能會通過某些人的單獨改變而上升,有點類似於與成癮相關的激勵敏感現象。 即使在正常情況下,“喜歡”和“想要”的食物也會有所分離,例如當“想要”比與飽食進食相同的食物“喜歡”更快或更遠時,它會下降得更快或更遠。 飲食失調可能會誇大這種分離,並導致“渴望”相對於“喜歡”過高(或過低)的情況更為正常。 上面討論的食物線索或潛在的多巴胺相關的腦功能參數的激勵顯著性的增加似乎與這種可能性一致。

其次,“想要”或“喜歡”機制可能會改變肥胖或飲食失調,但作為其病情的標誌或後果而不是原因。 例如,似乎可以想像,肥胖個體中多巴胺D2受體結合的至少一些變化可能是結果,而不是它們過度進食的原因。 最後,“喜歡”和“想要”在其他情況下可能正常運作,因此需要在其他地方尋找問題的根源和解決方案。

體重增加的趨勢是由於食物的豐富可用性與在相對稀缺的環境中進化的腦獎勵系統相互作用。 在進化環境中,激勵動機和食慾的大腦系統主要是“走”而幾乎沒有“停止”可以保持適應性,但現在這些大腦系統的某些特徵可能會違背人們的最佳利益。 更好地理解針對各種飲食失調和肥胖的“想要”和“喜歡”機制可以產生更好的治療策略,並且可能幫助那些希望更有效地創造他們自己的“停止”信號的人。

致謝

本文謹以此文紀念安·E·凱利(Ann E. Kelley,食物獎賞神經科學領域的領導者)和史蒂文·J·庫柏(Steven J. Cooper,食物獎賞精神藥理學領域的領導人物)。這兩位傑出科學家的學術生涯為本文探討的許多問題奠定了基礎,他們的離世是該領域的一大損失。感謝瑞安·塞萊克(Ryan Selleck)重新繪製了圖1、圖2,2和圖3.3。本文所述研究成果由美國國立衛生研究院(NIH)的DA015188和MH63649計畫資助。

腳註

 

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