Departamentul de Neuroștiințe de Afiliere, Universitatea Uppsala, Uppsala, Suedia

parahippocampală

Departamentul de Neuroștiințe de Afiliere, Universitatea Uppsala, Uppsala, Suedia

Departamentul de Neuroștiințe de Afiliere, Universitatea Uppsala, Uppsala, Suedia

  • Samantha J. Brooks,
  • Jonathan Cedernaes,
  • Helgi B. Schiöth

Cifre

Abstract

Context și obiective

Obezitatea apare ca fiind cea mai semnificativă preocupare pentru sănătate din secolul XXI. O multitudine de date de neuroimagistică sugerează că creșterea în greutate ar putea fi legată de funcția aberantă a creierului, în special în regiunile corticale prefrontale care modulează răspunsurile de dependență mezolimbică la alimente. Cu toate acestea, dependența de alimente este în prezent un model puternic dezbătut. Aici, efectuăm o meta-analiză a datelor de neuroimagistică, examinând cele mai frecvente diferențe funcționale dintre participanții cu greutate normală și obezi ca răspuns la stimulii alimentari.

Sursă de date

Am efectuat o căutare utilizând mai multe baze de date ale jurnalelor și am aderat la metoda „Elementele de raportare preferate pentru recenzii sistematice și meta-analize” (PRISMA). În acest scop, s-au găsit 10 studii cu un total de 126 de participanți obezi, 129 de controale sănătoase, echivalând cu 184 de focare (146 crescute, 38 activare scăzută) utilizând tehnica de estimare a probabilității de activare (ALE). Din cele 10 studii, 7 au investigat răspunsurile neuronale la imagini alimentare față de cele non-alimentare.

Rezultate

Ca răspuns la imaginile alimentare, obezii în comparație cu subiecții cu greutate sănătoasă au avut o activare crescută în cortexul prefrontal dorsomedial stâng, girul parahipocampal drept, girusul precentral drept și cortexul cingulat anterior drept și activarea redusă în cortexul prefrontal dorsolateral stâng și în cortexul insular stâng.

Concluzii

Zonele cortexului frontal, legate de procesele de evaluare cognitivă, cum ar fi evaluarea stimulilor recompensați, precum și regiunile de memorie explicite, apar cel mai constant activate ca răspuns la imaginile alimentelor la cei obezi. Dimpotrivă, o activare redusă în regiunile creierului asociate cu controlul cognitiv și conștientizarea interoceptivă a senzațiilor din corp ar putea indica un sistem de control slăbit, combinat cu hipo-sensibilitate la satietate și semnale de disconfort după ce a mâncat la cei care sunt predispuși să mănânce în exces.

Citare: Brooks SJ, Cedernaes J, Schiöth HB (2013) Activare crescută prefrontală și parahippocampală cu activare redusă a cortexului dorsolateral prefrontal și insular la imaginile alimentare în obezitate: o meta-analiză a studiilor fMRI. PLOS ONE 8 (4): e60393. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0060393

Editor: Carles Soriano-Mas, Institutul de Cercetări Biomedice Bellvitge-IDIBELL, Spania

Primit: 13 septembrie 2012; Admis: 26 februarie 2013; Publicat: 10 aprilie 2013

Finanțarea: Lucrarea autorilor este susținută de Consiliul suedez de cercetare și Fundația pentru cercetarea creierului. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

O abundență de acces ușor și expunere la alimente gustoase cu energie ridicată, publicitate alimentară și programe de lucru stresante din ce în ce mai competitive au contribuit la o schimbare a modului în care oamenii se raportează la alimente, manifestându-se cel mai frecvent ca o creștere a obezității și a consumului excesiv. Anticiparea consumului de alimente este probabil mai mare cu memento-urile publicitare că în societățile occidentale alimentele sunt din abundență. Obezitatea afectează aproximativ 500 de milioane de adulți în întreaga lume, potrivit Organizației Mondiale a Sănătății (OMS) [1]. O multitudine de date de neuroimagistică cu privire la comportamentul alimentar din ultimul deceniu sugerează că dificultățile în reglarea aportului alimentar se pot datora funcției aberante a creierului, în special în regiunile corticale prefrontale care modulează răspunsurile recompensei mezolimbice la alimente, precum și în regiunile apetitive și somatosenzoriale, cum ar fi ca striatul, hipotalamusul și cortexul insular [2]. Neuroimagistica răspunsurilor neuronale la cei cu obezitate sau care sunt supraponderali a fost în mare parte realizată utilizând imagini alimentare, spre deosebire de ingestia reală de alimente, iar o meta-analiză a acestor studii ar oferi o mai bună înțelegere a mecanismelor neuronale care stau la baza dezvoltării obezității.

Recent, datele privind imagistica creierului au susținut un model de dependență al obezității [3], subliniind un dezechilibru între controlul cognitiv și sensibilitatea la recompensă și contribuția circuitelor de recompensare a creierului la epidemia de obezitate [4]. Din această perspectivă, o recenzie recentă a descris vulnerabilitatea neurocomportamental care stă la baza dependenței de alimente la cei obezi, cuprinzând funcția cerebrală redusă în regiunile asociate cu sațietatea homeostatică și inhibarea cognitivă a apetitului [5]. Cu toate acestea, există argumente împotriva unui model care descrie o afectare a controlului cognitiv - un principiu central al modelului de dependență al obezității [6], [7] și că dovezile preliminare se aplică mai mult în mod special pentru consumul excesiv, cu lucrări suplimentare necesare pentru a clarifica un model neurobiologic al dependenței alimentare în obezitate [8]. În prezent nu este clar dacă modelul neurobiologic al dependenței de obezitate este corect, în special în ceea ce privește activarea în regiunile cortexului prefrontal.

Astfel, în prezentul studiu efectuăm o meta-analiză a studiilor fMRI pentru a investiga sistematic cele mai răspândite tipare de activare neuronală a stimulilor alimentari, cu un accent principal pe imaginile alimentelor la oamenii obezi, pentru a adăuga la dezbaterea modelului de dependență neurobiologică. de obezitate. Meta-analizăm studii fMRI cu secțiune transversală care compară activarea neuronală la persoanele de control obeze cu cele sănătoase. Metoda GingerAle BrainMap de estimare a activării (ALE) [9], [10] este un instrument contemporan de meta-analiză fMRI care a fost utilizat în diferite alte meta-analize pentru a cuantifica datele din studiile fMRI, de exemplu: [11], [12] ], [13], [14], [15]. Folosind această metodă, prezentăm metaanalize ALE cu privire la răspunsurile neuronale la stimulii alimentari la oamenii obezi. Pe fondul datelor anterioare de imagistică a creierului, în special în conformitate cu modelul de dependență al obezității, facem ipoteza că activarea cortexului prefrontal dorsolateral va fi redusă și că regiunile asociate cu evaluarea recompensei, răspunsurile somatosenzoriale și motivația (de exemplu, cortexul orbitofrontal, striatul, insularul) cortex) va prezenta o activare crescută a imaginilor alimentare.

Materiale și metode

Declarație de etică

Această lucrare îndeplinește toate liniile directoare etice stabilite de Declarația de la Helsinki și Universitatea Uppsala, precum și de Consiliul de etică Uppsala.

Procedura de căutare

Au fost căutate PubMed, Medline, Ovid, Sciencedirect, Web of Science și Google Scholar și au fost efectuate căutări manuale ale listelor de referință din toate studiile găsite, între 2000 și decembrie 2012. Termenii de căutare au fost: „fMRI AND food” (n = 1413), „Eating AND fMRI” (n = 481), „Binge AND food AND fMRI” (n = 12), „Appetite AND fMRI” (n = 244) și „Obese OR overweight AND fMRI” (n = 1640 ).

Criterii de incluziune și excludere

Criteriile de includere au fost: a) orice studii fMRI publicate până în decembrie 2012, b) studii de caz-control care raportează activarea IRMF în imagini alimentare, c) cazuri cu supraponderalitate sau obezitate și nu alte tipuri de tulburări alimentare (de exemplu, anorexia nervoasă, bulimia) tulburare de alimentație nervoasă), d) RMN (imagistică prin rezonanță magnetică funcțională) și nu alte tehnici funcționale sau structurale de imagistică a creierului (de exemplu, tomografie cu emisie de pozitroni [PET], tomografie axială computerizată [CAT], spectroscopie de rezonanță magnetică [MRS], foton unic tomografie computerizată cu emisie [SPECT]), e) paradigme care au folosit stimuli alimentari și modificări contrastate ale semnalului fMRI BOLD de la stimuli alimentari față de stimuli neutri sau nealimentari, f), articole originale în limba engleză, d) publicate într-un jurnal evaluat de colegi, h) coordonatele fMRI au fost raportate fie în spațiul Talairach [16], fie în cel al Institutului Neurologic din Montreal; în acest din urmă caz ​​convertit în spațiul Talairach pentru această revizuire; i) date din analiza întregului creier (WB) și nu a analizei regiunii de interes (ROI), deoarece datele ROI pot umfla artificial datele [17]. Toate studiile excluse sunt enumerate în Tabelul S1.

Identificare, screening, eligibilitate

Vezi Tabelul 1 pentru caracteristicile studiilor incluse în meta-analiza primară (n = 7) și secundară (n = 10).

Stimuli alimentari în studii fMRI

Pentru a examina răspunsurile neuronale generale la stimulii alimentari la cei care erau obezi sau supraponderali la momentul scanării versus controale sănătoase, am ales studii fMRI care foloseau stimuli alimentari (și nu, de exemplu, stimuli ai imaginii corpului) la persoanele care nu erau postite. Studiile care au îndeplinit criteriile noastre de incluziune au folosit în principal imagini cu alimente (7/10 studii). Cu toate acestea, a existat, de asemenea, un număr limitat de studii cu stimuli alimentari, în afară de imagini, cum ar fi aportul, gustul și mirosurile alimentelor față de (3/10 studii). Condițiile de control au fost: imagini nealimentare, imagini cu alimente necomestibile, imagini neclare, imagini cu mașini, imagini cu obiecte de uz casnic, o cruce de fixare; sau pentru studiile de imagini nealimentare: aport de soluție fără gust, degustare de apă sau mirosuri neapetitive. Vezi Tabelul 1. Am extras coordonatele Talairach din toate lucrările incluse, după cum se specifică prin abordarea GingerALE Activation Likelihood Estimation (descrisă mai jos) [17], pentru regiunile de activare crescută sau scăzută, denumite în continuare focare, atunci când comparăm obezi cu control sănătos subiecte. Am realizat meta-analize primare (numai imagini alimentare) și secundare (toate tipurile de stimuli alimentari) și le-am raportat separat în secțiunea de rezultate.

Metode fMRI

Imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (RMN) este o tehnică de imagistică a creierului care utilizează dependența nivelului de oxigen din sânge (BOLD) ca măsură indirectă a activării neuronale. Pentru o descriere mai detaliată a RMN-ului, în special în raport cu potențialul său clinic, a se vedea [18].

Estimarea probabilității activării (ALE)

GingerALE folosește termenul „studii care contribuie”, pentru a descrie studii care se află în limitele unui cluster ALE. Cu toate acestea, acest lucru nu ignoră alte studii, care ar putea fi situate în apropierea acestor limite, dar în afara grupului, ar fi putut contribui și la aceasta.

Rezultate

Metaanaliza primară: imagini alimentare față de imagini nealimentare

Activare crescută la controalele obeze versus cele sănătoase.

Ca răspuns la imagini alimentare față de cele non-alimentare, un total de 5 din cele 7 studii non-ROI care contrastează imaginile alimentare cu cele non-alimentare au contribuit la 6 grupuri de activare crescută după corecția pragului (FDR) în cortexul prefrontal dorsomedial stâng (x = −4, y = 51, z = 24), girus precentral drept (x = 52, y = −7, z = 28), gir parahipocampal drept (x = 21, y = −48, z = 1), drept inferior girus frontal (x = 50, y = 4, z = 16), girus frontal superior drept (x = 19, y = 15, z = 48) și girus cingulat anterior drept (x = 12, y = 17, z = 31 ). Vezi Tabelul 2A și Figura 1.

Stânga: cortexul prefrontal dorsomedial stâng (dmPFC); dreapta: activare crescută în girusul precentral drept.

Activare scăzută în toate cazurile obeze comparativ cu controalele.

Un total de 6 din cele 7 studii non-ROI care contrastează imagini alimentare cu cele non-alimentare au contribuit la două grupuri de activare scăzută în cortexul prefrontal dorsolateral stâng (DLPFC, x = −29, y = 29, z = 36) și insular stâng cortex (x = −43, y = 0, z = 9). Vezi Tabelul 2 și Figura 2.

Stânga: activare redusă în cortexul prefrontal dorsolateral stâng (LDPFC); activare redusă în cortexul insular stâng.

Metaanaliza secundară: Stimuli alimentari versus non-alimentari

Activare crescută la controalele obeze versus cele sănătoase.

Ca răspuns la stimulii alimentari versus non-alimentari (inclusiv gustul, aportul și mirosul alimentelor față de stimulii non-alimentari de genul respectiv), un total de 8 din cele 10 studii non-ROI care contrastează alimentele cu stimulii non-alimentari au contribuit la 7 grupuri de activare crescută după corectarea pragului (FDR) în nucleul lentiform stâng (x = −16, y = 7, z = −8), girusul precentral drept (x = 52, y = −7, z = 23), stânga girus frontal dorsomedial (x = −4, y = 51, z = 24), girus frontal inferior drept (x = 38, y = 17, z = −5), gir parahipocampal drept (x = 21, y = −48, z = 1), girusul precentral stâng (x = −49, y = −10, z = 30) și girusul cingulat anterior stâng (x = −6, y = 5, z = 40). Vezi Tabelul 3.

Activare scăzută în toate cazurile obeze versus controale.

Un total de 7 din cele 10 studii non-ROI care contrastează alimentele cu stimulii non-alimentari au contribuit la două grupuri de activare scăzută în cortexul prefrontal dorsolateral stâng (DLPFC, x = −29, y = 29, z = 36) și insular stâng cortex (x = −43, y = −1, z = 9). Vezi Tabelul 3.

Discuţie

Conform dimensiunilor semnificative ale clusterelor, cele mai robuste descoperiri au fost de activare crescută a imaginilor alimentare la cei obezi sau supraponderali, în cortexul prefrontal dorsomedial stâng, girusul precentral drept, girul parahipocampal drept, girul frontal drept superior/inferior și cingulatul anterior drept, regiuni asociate cu evaluarea cognitivă a stimulilor salienti, a răspunsurilor motorii și a memoriei explicite, sugerând că atunci când oamenii care sunt obezi privesc imagini ale mâncării, ei se gândesc la recompensa motivațională a mâncării și experiența anterioară a acesteia. În plus, am găsit dovezi preliminare semnificative pentru activarea redusă în cortexul prefrontal dorsolateral stâng (DLPFC) și în cortexul insular stâng, regiuni legate de controlul cognitiv și, respectiv, de conștientizarea interoceptivă, care pot fi asociate cu răspunsuri corporale reduse la anticiparea alimentelor (astfel încât cantități mai mari de alimente trebuie consumate pentru a vă simți mulțumiți) și încercări slăbite de control al apetitului [20].

Aceste descoperiri colective sunt în concordanță cu opiniile contemporane ale anomaliilor funcționale ale creierului la cei care mănâncă în exces și oferă un anumit sprijin pentru modelul de dependență al obezității, în special, că există o activare redusă în regiunile creierului legate de controlul cognitiv. Cu toate acestea, spre deosebire de modelul de dependență alimentară de obezitate, nu am observat diferențe semnificative în circuitele creierului mezolimbic (de exemplu, activarea striatală bogată în dopamină), ci mai degrabă că s-au observat diferențe în zonele asociate proceselor somatosenzoriale și de memorie. Lipsa controlului de sus în jos asupra poftei de mâncare, combinată cu o atenție sporită și resurse de memorie destinate stimulilor alimentari, este probabil un factor care contribuie atât la obezitate, cât și la dependență. Cu toate acestea, este plauzibil ca obezitatea să fie, în contrast, mai mult asociată cu deficite somatosenzoriale decât recompensarea mezolimbică a defecțiunilor circuitelor neuronale, ca și în cazul celor cu dependență. Deficiențele somatosenzoriale pot sta la baza unei funcționări defectuoase a conștientizării interoceptive a semnalelor de foame și de sațietate în timpul anticipării consumului de alimente, astfel încât cantități mai mari de alimente sunt consumate în cele predispuse la obezitate.

Interesant este faptul că majoritatea regiunilor pe care le-am găsit activate la persoanele obeze, ca răspuns fie la imagini alimentare, fie la toate tipurile de stimuli alimentari, se suprapun în mare măsură cu regiunile care s-au dovedit recent a fi reduse în studiile de imagistică structurală la subiecții vârstnici sau obezi comparativ cu controalele cu greutate normală [46], [47]. În plus, volumul redus de substanță cenușie în regiunile prefrontale a fost, de asemenea, asociat cu o creștere a IMC la urmărirea de 1 an de la momentul inițial [48] și chiar la adolescenții obezi tineri cu alimentație dezinhibată, regiunile creierului frontal par a fi reduse [49]. S-a raportat anterior o corelație cu activarea creierului și volumul redus al creierului, în girusul frontal stâng inferior și cel superior temporal stâng, de ex. Boala Alzheimer [50]. Astfel de corelații pentru obezitate între regiunile de activare crescută ca răspuns la stimulii alimentari recompensați și volumul redus al creierului ar putea implica faptul că regiunile creierului supuse atrofiei duc la o încărcare mai mare pe aceste regiuni care nu funcționează, la fel ca exemplele pentru DLPFC date în secțiunea anterioară, explicând activarea mai mare observată în aceste regiuni în metaanalizele noastre.

Rezultatele metaanalizelor noastre primare și secundare sunt susținute și de modificări ale răspunsului neuronal observate după intervenția chirurgicală de bypass gastric Roux-en-Y (RYGB), efectuate în mod obișnuit la subiecții obezi sau obezi morbid pentru a obține reduceri semnificative ale greutății (în studiul de Ochner și colab., O reducere medie a IMC post-chirurgicală la o lună de 5,6 kg/m 2), unde s-a constatat că post-RYGB a dus la o activare redusă în nucleul lentiform, gyri cingulat posterior și anterior și frontal superior, gyri frontale medii și inferioare ca răspuns la imaginile alimentare [51]. Aceste date susțin noțiunea că regiunile găsite în meta-analize sunt rezultatul cerinței de control inhibitor la obezi comparativ cu subiecții cu greutate normală.

Puncte tari și limitări

Există câteva limitări la metaanalizele noastre ALE. Doar un număr limitat de studii au îndeplinit criteriile noastre de incluziune, motiv pentru care am ales să realizăm două metaanalize separate, analizând răspunsul neuronal la obezi comparativ cu subiecții cu greutate normală la 1) doar imagini alimentare (metaanaliză primară) și 2) toți stimulii alimentari, inclusiv mirosul, gustul, ingestia (metaanaliza secundară), comparativ cu imaginile sau stimulii nealimentari, respectiv. Cu toate acestea, am constatat că rezultatele au fost în mare parte neafectate prin adăugarea celor trei studii folosind stimuli alimentari precum consumul, gustul sau mirosurile alimentelor și, astfel, creșterea numărului total de subiecți din meta-analiză de la 200 la 255 și a numărului de focare de la 121 la 184. Acest lucru implică faptul că rezultatele meta-analizei noastre primare, analizând în mod specific studiile care utilizează imagini ca stimuli alimentari, au fost destul de solide. Deși, în metaanalizele noastre, am constatat că activarea, spre deosebire de dezactivare, a fost cea mai robustă atunci când am luat în considerare numărul de studii și focare care au contribuit.

Concluzii