елементи

абстрактно

Да се ​​изследват нервните механизми на хранителната мотивация при деца и юноши и да се изследват разликите в мозъчната активация между здрави (HW) и затлъстели участници.

предмети:

Десет HW деца (на възраст 11-16; ИТМ 95% от заболяването) съответстват на възрастта, пола и годината на образование.

размери:

Функционалното ядрено-магнитен резонанс (fMRI) е правено два пъти: когато участниците са били гладни (преди хранене) и веднага след стандартизирано хранене (след хранене). По време на fMRI сканирането участниците пасивно преглеждаха блокирани изображения на храни, нехранителни продукти (животни) и размити контролни линии на изходното ниво.

резултатите:

И двете групи деца показват мозъчна активация за изображения на храни в лимбичната и паралимбичната области (PFC/OFC). Групата със затлъстяване показа значително по-голямо активиране при усещане на храна в PFC (преди хранене) и OFC (след хранене), отколкото HW групата. В допълнение, групата със затлъстяване показа по-малко намаляване на активирането след хранене (преди хранене) в PFC, лимбични и зони за възнаграждение, включително nucleus accumbens.

заключение:

Лимбичното и паралимбичното активиране е регистрирано и при двете групи участници в страни с висока хранителна мотивация. Децата с наднормено тегло обаче са свръхчувствителни към хранителни стимули в сравнение с HW децата. В допълнение, за разлика от HW при деца, мозъчните активирания в отговор на хранителни стимули при затлъстели деца не намаляват значително след хранене. Това проучване предоставя първите доказателства, че затлъстяването, дори при децата, е свързано с аномалии в невронните мрежи, участващи в мотивацията на храната, и че произходът на свързаната със затлъстяването дисфункция на нервната верига може да започне в ранна възраст.

Разпространението на децата със затлъстяване и наднормено тегло в САЩ нараства бързо. От края на 70-те години разпространението на наднорменото тегло се е удвоило сред децата на възраст 6-11 години и се е утроило сред младежите на възраст 12-17 години. 2 Последните оценки показват, че приблизително една трета от децата са с наднормено тегло (индекс на телесна маса (ИТМ) 85-95% за възраст и пол) или със затлъстяване (ИТМ> 95% за възраст и пол). Затлъстелите юноши все повече се диагностицират с нарушен глюкозен толеранс, диабет тип 2 и показват признаци на синдром на инсулинова резистентност и сърдечно-съдови рискови фактори. 4, 5, 6 Детското затлъстяване е значителен проблем, защото мнозина вярват, че то ще обърне тенденцията за увеличаване на продължителността на живота. 7

Няколко фактора допринасят за затлъстяването, но нарушаването на енергийния баланс между приема на калории и разхода на енергия е основен източник на напълняване. Мозъкът играе основна роля в модулирането на глада и регулирането на мотивираното поведение като хранене. Смята се, че невронните механизми играят неразделна роля при посредничеството в хранителните навици чрез регулиране на хранителната мотивация и поведенчески контрол. 8 Невроизобразителни проучвания с използване на позитронно-емисионна томография и функционално ядрено-магнитен резонанс (fMRI) са изследвали нервни механизми, участващи в мотивацията на храната. 8, 9, 10 Областите на мозъка, които най-често се свързват с хранителна мотивация при възрастни със здравословно тегло (HW), са лимбичните и паралимбичните области на мозъка, свързани с апетита, мотивацията, възнаграждението и поведенческия контрол. Най-последователните области включват орбитофронталната кора (OFC) и средната префронтална кора, амигдала, островче, стриатум, предна цингуларна кора и образуване на хипокампа. 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19

Доколкото ни е известно, само три публикувани проучвания са изследвали мотивацията на храненето при младежи от HW. Едно проучване на fMRI изследва мозъчната активация при HW младост и установява, че мозъчната активация в изолата, амигдалата и медиалната челна кора и OFC в отговор на приятен образ на храната е по-голяма, когато е гладна, отколкото когато е наситена. 20 Те са подобни на моделите, открити при възрастните. Друго проучване сравнява активирането на мозъка на юноши и възрастни с изображения на храна и потвърждава по-ранните резултати от активирането на мозъка в OFC и хипокампуса. Неотдавнашно проучване съобщи, че децата със затлъстяване показват по-висока активация на дорсолатералния PFC, отколкото децата с HW, за които се смята, че са свързани с повишен инхибиторен контрол при групи със затлъстяване. Тези проучвания показват, че невронните мрежи на хранителната мотивация са активни в детството и продължават през целия живот, въпреки че са необходими дългосрочни проучвания, за да се характеризира по-добре този процес.

Въпреки че проучванията са изследвали разликите в активирането на мозъка между възрастни HW и пациенти със затлъстяване, нито едно публикувано проучване не е изследвало разликите в активирането на мозъка между HW и затлъстели деца. Следователно има малко информация за потенциалните мозъчни механизми на преяждане и затлъстяване при деца или юноши. Това проучване изследва активирането на мозъка в отговор на изображенията на храни и сравнява същите стойности в нивата на глад и тегловната категория, използвайки преди това публикувани методи. 10, 20, 23, 24 Предполагаме повишена активност в лимбичната, паралимбичната и префронталната мозъчна област при затлъстели деца в сравнение с преди и след хранене.

Материали и методи

Участници и клинични измервания

Предложения за тези две категории (храна и замъглени контролни изображения) са получени от LaBar et al. 14 Изображенията на храните се състоят от широка гама храни с ниска и висока енергия от пресни плодове/зеленчуци до пържоли и десерти. Всички снимки бяха оценени като вкусни. Изображенията на животни бяха избрани, за да контрастират с изображения на храни, за да се увеличи интересът на младите участници към задачата и да се проверят общите знания. Общата цел беше да се създадат два набора изображения, които са идентични за валентност и вълнение, 25 но се различават според генерирането на вкус. Изображенията на животни са получени от професионални CD-ROM и са адаптирани към храната и размазани контролни изображения на яркост, разделителна способност и размер. В допълнение, чрез прилагане на ядро ​​на Гаус към подмножество от изображения на животни (така че обектите не могат да бъдат идентифицирани), бяха получени приблизително 150 нови размазани контролни изображения. Храноподобните животни (т.е. рибите) бяха отстранени възможно най-много от стимулационния басейн, като по този начин се избягва объркване между категоризирането на животни/храни. Размитите обекти бяха включени като сравнение на контрола на ниско ниво. Всяко изображение беше представено само веднъж на всеки обект.

Функционалните сканирания включват три повторения на всеки блок от всеки тип стимул (т.е. храна), редуващи се между блокове размити изображения. Визуалните стимули бяха проектирани чрез триизмерни защитни очила (Resonance Technology Inc., Northridge, CA, USA), свързани с компютърна програма за генериране на стимул (NeuroSTIM; Neuroscan, ElPaso, TX, USA). Времето за представяне на стимула беше 2,5 s с интервал между стимули от 0,5 s. Двете функционални сканирания се състоят от 13 блока на представяне на стимул, с по 10 изображения във всеки блок. Редът на представяне на категорията беше балансиран между предметите. За да се уверят, че участниците се грижат за стимули, те са били инструктирани да запомнят изображения за тест без памет на скенера веднага след всяка сесия на сканиране. От всяка група храни и животни, 50% от изображенията, използвани в сканиращата сесия (30 изображения), бяха избрани за разработка (стари) и разпръснати от 15 нови изображения на водача от същата категория (нови). Участниците бяха инструктирани да натиснат левия или десния бутон на мишката, ако видят изображението в скенера (старо) или ако не го видят (ново).

анализ на fMRI данни

FMRI данните бяха анализирани с помощта на статистическия пакет Brain Voyager QX (Brain Innovation, Маастрихт, Холандия). Стъпките на предварителната обработка включват трикомпонентна 3-D корекция на движението, корекция на времето за изрязване на интерполирана мивка, 3-D пространствено изглаждане (4 mm Гаусов филтър) и изглаждане на високочестотното време. Функционалните изображения бяха адаптирани към анатомичните изображения, получени във всяка сесия, и нормализирани към изображението на шаблона BrainVoyager, което съответства на пространството, определено от стереотаксичния атлас Talairach и Tournoux 26. Движението при всяко бягане с повече от 3 mm по всяка ос (x, y или z) доведе до отхвърляне на бягането. От общо 80 пробега три цикъла бяха изхвърлени поради прекомерно движение и два цикъла, тъй като обектът заспа в скенера.

Картите за активиране са генерирани с помощта на статистически параметрични методи 27 и случайни ефекти (в Brain Voyager QX). Статистическите контрасти бяха извършени с помощта на анализ на множество регресии с общ линеен модел, който позволи да се включат повече предиктори в модела. Регресорите, представляващи интересуващите експериментални условия, са моделирани с филтър за хемодинамичен отговор и са вмъкнати в анализ на множество регресии, използвайки модел на случайни ефекти. Контрастите между условията на интерес бяха оценени от статистиката. Статистическите параметрични карти бяха покрити с триизмерни изображения на средни структурни изображения.

Завършени са три групи анализи. Първо беше извършен анализ на взаимодействието, фокусиран върху груповото (затлъстяване, HW) × тип стимулация (храна, нехранително) взаимодействие, отделно за условия преди хранене и след хранене. Областите на активиране, получени в резултат на тези анализи, идентифицират области на мозъка, в които групата със затлъстяване показва непропорционално по-голяма активация към изображенията на храни, отколкото към изображенията, които не са храни в сравнение с групата HW (случайни ефекти).

Второ, за да се определи разликата в отговора на мозъка на глада (преди хранене спрямо след хранене), бяха проведени анализи на взаимодействието, фокусирани върху вида на стимула (като храна срещу нехранителна храна; храна срещу контрол) × мотивационен статус (преди хранене, взаимодействия след хранене).) отделно за групите със затлъстяване и HW.

Накрая бяха извършени анализи, фокусирани върху разликата в отговора на мозъка на състоянието на глад, този път фокусиран върху междугруповия тип стимул (храна срещу контрол) и мотивационното състояние (преди хранене, след хранене).

Въз основа на предишни изследвания, априорни области на интерес за първични анализи включват лимбични, паралимбични и префронтални мозъчни области. По-конкретно бяха изследвани следните области, двустранно: амигдала, образуване на хипокампа, OFC, медиален PFC, страничен PFC, предна цингуларна кора и островна кора. Във всички анализи на интересуващата област вокселите се считат за значими във всеки контраст, ако активирането надвишава статистическия праг P 28

резултатът

Данни за поведението

Резултатите от тестовете за памет както преди, така и след хранене за всички деца са значително по-високи от шансовете (използвайки индекса на дискриминация). Груповата памет на HW за храна е била 87,5% преди и 81,9% след хранене. Паметта на затлъстелите групи храни е била 82,9% преди и 85,2% след хранене. Паметта на групата HW за нехранителни продукти е била 92% преди и 91% след хранене. Паметта на затлъстелите групи за нехранителни продукти е била 89, 8% преди и 90, 3% след хранене. Анализът на резултатите от дисперсията за паметта за групово разпознаване (затлъстяване срещу HW) не е значим (F (1, 18) = 0,30, P = 0,59); анализът на резултатите от дисперсията за мотивационното състояние (преди или след хранене) не е бил значим (F (2, 18) = 0,001, P = 0,997). Основното влияние върху вида на изображението е значително (изображенията, които не са хранителни, се разпознават по-лесно от изображенията на храни; F (2, 18) = 23, 14, P

дебелите

а ) Резултатите от fMRI са от храна между групи в сравнение с нехранителните контрасти, които се регистрират заедно със средните структурни MR данни от участниците. Картите са представени в коронална перспектива. Праговете на значимост за изобразяване са определени при P 29, 30 OFC, 19, 30 гръбен стриатум, 17 инсула 31, 32 и хипокампус 31 при затлъстели индивиди. Затлъстелите възрастни също показват по-малък спад в хипоталамусната активност след хранене в сравнение с индивидите с HW. Участващите региони играят централна роля в справянето с мотивацията, възнагражденията и когнитивния контрол и допринасят за поведенчески проблеми като импулсивност и зависимост. 33

Има някои разлики между публикуваните по-рано доклади, като някои проучвания идентифицират области с повишена активност, а други намаляват активността. 17, 34 Например, Stice et al. 34 са установили намалена активност в допаминергичните мозъчни пътища (стриатум) при затлъстели индивиди в сравнение с индивиди с HW индивиди. Те предполагат, че хората със затлъстяване намаляват плътността на допаминовите рецептори и нарушават допаминовата сигнализация в области, където се получават мозъчни награди. Важно е да се отбележи, че Stice et al. сканирани млади възрастни по време на хранене, докато това проучване изследва деца и юноши, докато разглеждат снимки на храни. Ще са необходими изследвания, за да се изследват по-подробно разликите между деца и възрастни и между различните парадигми на активиране.

Това проучване предоставя предварителни доказателства, че децата със затлъстяване са свръхчувствителни към хранителни стимули и не са в състояние да модулират активирането на мозъка след хранене в сравнение с HW децата. Тези открития имат потенциални клинични последици, включително изясняване на връзката между невронните механизми на затлъстяването и интервенции за отслабване. Тази област на изследване е в зародиш и бъдещите проучвания ще увеличат нашето ограничено разбиране за нервните корелати на затлъстяването, хранителната мотивация и други здравни прояви при децата. И накрая, по-доброто разбиране на ролята на мозъка в мотивацията на храната, възнаграждението и когнитивния контрол може да доведе до специфични целенасочени интервенции за затлъстяване и способността да се поставят по-добре хората в програми, създадени по поръчка, съобразени със здравните нужди.