Abstract

fundal

Modificările activităților cerebrale de odihnă după stimularea vizuală a alimentelor ar putea afecta senzația de plăcere a mâncării alimentelor în viața de zi cu zi și motivele apetitive spontane. Am folosit magnetoencefalografia (MEG) pentru a identifica ariile cerebrale legate de modificările activității.

Metode

Cincisprezece bărbați sănătoși, dreptaci [vârstă, 25,4 ± 5,5 ani; indicele de masă corporală, 22,5 ± 2,7 kg/m 2 (medie ± DS)] au fost înscriși. Li s-a cerut să urmărească poze cu mâncare sau mozaic timp de 5 minute și să închidă ochii timp de 3 minute înainte și după prezentarea imaginii fără să se gândească la nimic. Activitățile cerebrale de odihnă au fost înregistrate în timpul a două sesiuni închise cu ochii. Sentimentul de plăcere în a mânca alimente în viața de zi cu zi și motivele apetitive în cadrul studiului au fost evaluate prin scoruri la scara analogică vizuală (VAS).

Rezultate

Puterea benzii γ a activităților creierului oscilator în repaus a fost redusă după prezentarea imaginii alimentare în insula dreaptă [zona Brodmann (BA) 13], cortexul orbitofrontal stâng (OFC) (BA11) și polul frontal stâng (BA10). Reduceri semnificative ale puterii benzii α au fost observate în cortexul prefrontal dorsolateral (DLPFC) (BA46). În special, senzația de plăcere la consumul de alimente a fost corelată pozitiv cu scăderea puterii în insulă și negativ cu cea din DLPFC. Modificările motivelor apetitive au fost asociate cu scăderea puterii în polul frontal.

Concluzii

Aceste descoperiri sugerează mecanica automată a creierului, prin care modificările activității creierului în repaus ar putea fi asociate cu un sentiment pozitiv în viața alimentară și ar avea un impact asupra motivelor apetitive irezistibile prin funcțiile emoționale și cognitive ale creierului.

fundal

Stilul de viață de astăzi oferă oportunități ample pentru un consum plăcut, dar excesiv de alimente [1], ceea ce duce adesea la obezitate și devine o amenințare considerabilă pentru sănătate la persoanele susceptibile prin creșterea riscului de boli cronice precum diabetul zaharat, hipertensiunea arterială, bolile de inimă, ficatul gras, somnul apnee și anumite forme de cancer [2, 3]. O altă problemă de sănătate asociată cu stilurile de viață dietetice moderne este legată de reducerile fiziologice și psihologice ale consumului de alimente care pot contribui la sarcopenie la persoanele în vârstă [4], precum și la malnutriție la adolescenți și la femeile tinere adulte [5]. În consecință, din perspectiva sănătății publice, este imperativ să se clarifice mecanismele de control implicate în comportamentele alimentare și să se dezvolte noi strategii pentru a încuraja consumul unei nutriții adecvate. În special, este crucial să se înțeleagă mecanismele neurobiologice prin care decizia de a începe sau de a opri consumul are loc [6].

Comportamentul alimentar este afectat de diferiți factori determinanți fiziologici, inclusiv cerințe homeostatice, cum ar fi deficitele nutriționale, și este reglementat de rețele metabolice și neuroendocrine care integrează căile nervoase centrale cu semnale de la periferie [7]. Cu toate acestea, se știe, de asemenea, că comportamentele alimentare ale omului depind în mare măsură de procesele cognitive (atenție, învățare, memorie și luarea deciziilor), senzoriale (vizuale, olfactive, gustate și somatosenzoriale) și comportamentale (motivaționale) [8, 9] . În plus, fluctuațiile de dispoziție și emoție pot afecta alegerile și cantitățile alimentare [10]. Astfel, comportamentul alimentar uman este extraordinar de complex, iar tulburările comportamentelor alimentare sunt dificil de tratat.

Recent, am aplicat analizele MEG la cercetări referitoare la evoluția timpului proceselor neuronale pentru motive apetitive și autocontrol imediat după expunerea vizuală la imaginile alimentare [19-21]. În timp ce majoritatea studiilor anterioare au investigat rețelele neuronale în curs de desfășurare în timpul unei prezentări senzoriale referitoare la alimente, este, de asemenea, valoros să se concentreze asupra diferențelor în activitățile creierului de odihnă înainte și după o serie de stimuli vizuali folosind imagini alimentare, prin evaluarea schimbărilor în sincronizarea focului oscilator neuronal între aceste două condiții. Astfel de diferențe, care nu au putut fi evaluate utilizând fMRI sau PET, ar putea caracteriza efectele reziduale involuntare în activitățile cerebrale de odihnă care pot persista după încetarea stimulării vizuale a alimentelor, iar efectele de durată ar putea modifica emoțiile și cunoașterea dietetice, cum ar fi apetitivul motivele sau deciziile de a mânca și influențează în continuare sentimentele de plăcere într-o viață dietetică reală la persoanele care nu pot să nu consume prea mult sau la cei care nu pot consuma o cantitate suficientă de alimente.

Metode

Participanți

În total, cincisprezece bărbați voluntari sănătoși, cu un obicei normal al corpului [vârstă, 25,4 ± 5,5 ani; înălțime, 171,3 ± 6,9 cm; greutatea corporală, 66,3 ± 11,7 kg; indicele de masă corporală (IMC), 22,5 ± 2,7 kg/m 2 (medie ± SD)] au fost înscriși. Participanții cu antecedente de tulburări mentale sau neurologice și cei care au luat medicamente cronice care afectează sistemul nervos central au fost excluși. Toți participanții au avut acuitate vizuală normală sau corectată-la-normală și au fost dreptaci. Protocolul studiului a fost aprobat de Comitetul de Etică al Universității din orașul Osaka (numărul de licență 2811), iar toți participanții au acordat consimțământul scris în scris pentru a participa la studiu și au fost compensați în bani. Toate procedurile au fost efectuate în conformitate cu etica cercetării din Declarația de la Helsinki din 1975 și cu reviziile aplicabile în momentul investigației [22].

Proiectare experimentală

schimbă

Proiectare experimentală (A) și procedura sesiunilor experimentale (b). Participanții au fost înscriși într-un studiu randomizat format din 2 experimente încrucișate (experimente cu imagini alimentare și control) și li s-a cerut să urmărească o serie de imagini timp de 5 minute (sesiune de stimulare vizuală) și să închidă ochii timp de 3 minute înainte și după imagine prezentare (sesiuni închise la ochi). Imaginile produselor alimentare au fost prezentate ca stimuli vizuali în timpul experimentului cu imagini alimentare, iar imaginile mozaic ale produselor alimentare au fost prezentate ca stimuli vizuali în timpul experimentului de control. Conținutul imaginilor nu a fost dezvăluit participanților la studiu în prealabil

Prezentare stimul

Cursul de timp al prezentărilor de stimul. O serie de 75 de imagini color cu alimente, formate din 15 produse alimentare (A), și o serie de 75 de imagini cu mozaic, formate din 15 imagini cu mozaic de mâncare (b), au fost folosite. Ordinea prezentării imaginii a fost randomizată pentru fiecare serie, iar secvențele de imagini pentru prezentare au fost alocate aleatoriu pentru fiecare participant. Imaginile mozaic create din aceleași imagini cu produse alimentare au fost folosite ca stimuli vizuali în aceleași secvențe ca și imaginile alimentare în timpul sesiunilor de control. Imaginile originale utilizate pentru generarea imaginilor mozaice nu au fost dezvăluite participanților la studiu. Fiecare imagine a fost prezentată timp de 2,0 secunde urmată de o cruce de fixare pentru 2,0 secunde

Achiziționarea datelor MEG

Achiziția de date MEG a fost efectuată utilizând un sistem MEG de tip cap întreg (viziune MEG; Yokogawa Electric Corporation, Tokyo, Japonia) cu 160 de canale. Semnalele au fost înregistrate continuu la o rată de eșantionare de 1000 Hz în gradiometre cu diametrul de 15,5 mm și 50 mm în linia de bază cu un filtru trece în sus de 0,3 Hz.

Imaginile MR structurale au fost obținute folosind un Philips Achieva 3.0TX (Royal Philips Electronics, Eindhoven, Olanda). Înainte de scanarea RMN, 5 markeri adezivi (Medtronic Surgical Navigation Technologies Inc., Broomfield, CO) erau atașați la pielea capului fiecărui participant (primul și al doilea erau situați la 10 mm în fața tragusului stâng și a tragusului drept, al treilea la 35 mm deasupra nasionului, iar al patrulea și al cincilea la 40 mm dreapta și stânga celei de-a treia), care au fost pozițiile anterioare ale bobinelor de localizare MEG. Datele MEG au fost înregistrate pe baza scanărilor RMN folosind informații obținute de la acești markeri și bobine de localizare MEG.

Analize de date MEG

Analizele datelor MEG au fost efectuate în mod similar cu cel descris în studiul nostru anterior [20]. Pe scurt, datele semnalului MEG au fost analizate offline după conversia analog-digital. Zgomotul magnetic provenit în afara camerei scutului a fost eliminat prin scăderea datelor obținute din bobinele de referință folosind MEG 160 (Yokogawa Electric Corporation, Tokyo, Japonia). Respingerea artefactelor datelor MEG a fost efectuată printr-o detecție atentă a artefactelor vizuale înainte de filtrarea și medierea trecerii benzilor. Datele MEG au fost trecute în bandă filtrate printr-o transformată Fourier rapidă utilizând tendința de frecvență (Yokogawa Electric Corporation) pentru a obține semnale de timp - frecvență folosind un software, analiză ritmică a creierului pentru MEG (BRAM; Yokogawa Electric Corporation) [26]. După filtrarea trecerii benzii, datele MEG au fost împărțite în segmente de 1000 ms lungime, iar segmentele au fost mediate.

Rezultate

Scăderea activităților creierului oscilator în repaus după stimularea vizuală a alimentelor

Tabelul 1 rezumă rezultatele analizelor de filtrare spațială care arată regiuni ale creierului cu o scădere mai mare a puterii benzii oscilatorii în repaus în timpul sesiunii închise cu ochii după o încetare a stimulării vizuale a alimentelor față de cea dinaintea stimulării. Acestea includ următoarele 4 regiuni: (1) insula dreaptă (BA13); (2) girusul frontal mediu drept (BA9 și 46) corespunzător cortexului prefrontal dorsolateral (DLPFC); (3) girusul subcallosal stâng (BA11) corespunzător cortexului orbitofrontal (OFC); și (4) girusul frontal stâng superior (BA10) corespunzător polului frontal.

Evaluarea scorurilor foamei înainte de înregistrările MEG, a sentimentelor de plăcere în a mânca mâncare în viața de zi cu zi și a motivelor apetisante susținute spontan prin prezentarea imaginilor alimentare - asociere cu scăderea activităților creierului oscilator în repaus

Înainte de înregistrările MEG, toți participanții au evaluat nivelul lor subiectiv de foame ca fiind aproape excesiv [1,7 ± 0,6 (medie ± SD) pe o scală de 5 puncte de tip Likert]. Scorul mediu VAS al plăcerii de a mânca alimente în viața de zi cu zi evaluat a fost de 78 ± 12 mm. Au avut motive considerabile de mâncat în timpul stimulării vizuale în experimentul cu imagini alimentare (Tabelul 2). Scorurile VAS subiective pentru motivele apetisante din experimentul cu imagini alimentare au fost semnificativ mai mari decât cele din experimentul de control (P Tabelul 2 Nivele subiective ale motivului apetitiv

Discuţie

Prezentul studiu demonstrează că o scurtă durată a stimulilor alimentari vizuali are un impact considerabil asupra activităților creierului oscilator în repaus în timpul închiderii ochilor în diferite zone emoționale și cognitive ale creierului, cum ar fi insula dreaptă (BA13), DLPFC dreapta (BA46), partea frontală stângă câmp (BA10) și OFC stânga (BA11). Interesant este faptul că sentimentele de plăcere de a mânca mâncare în viața de zi cu zi au fost asociate pozitiv cu scăderea puterii oscilatorii în insulă și negativ cu cele din DLPFC. Mai mult, în ciuda instrucțiunii de a nu vă gândi la nimic, inclusiv la imaginile de pe ecran, participanții au avut motive apetitive provocate spontan de stimularea imaginii alimentare, iar schimbările motivelor apetitive au fost semnificativ legate de scăderea puterii activităților creierului oscilator în repaus în polul frontal stâng.

O altă constatare din prezentul studiu a fost o scădere semnificativă a puterii benzii α a activităților creierului oscilator în repaus în DLPFC dreapta (BA46). În plus, studiul de față a arătat asocierea inversă a activităților cerebrale de odihnă din această regiune a creierului cu sentimentele de plăcere de a mânca alimente în viața de zi cu zi. Cu alte cuvinte, modificările activității creierului în repaus în DLPFC tinde să fie mai pronunțate la persoanele cu mai puțină plăcere asociată cu consumul de alimente. Majoritatea studiilor anterioare au demonstrat că DLPFC joacă un rol major în autocontrolul consumului de alimente, așa cum indică o asociere a activităților creierului cu măsura comportamentelor alimentare obișnuite, cum ar fi restricțiile cognitive evaluate cu ajutorul chestionarelor [32, 33]. Prezenta constatare ar putea implica că autocontrolul cognitiv al dorinței de hrană ar putea afecta expresia emoției pozitive de a mânca, cum ar fi plăcerea de a mânca alimente prin intermediul acestui mecanism cerebral. Combinate cu rezultatele activității insulare, stimulii alimentari vizuali tranzitori ar putea perturba domeniile emoționale și cognitive ale activităților creierului în repaus chiar și în absența stimulilor vizuali concurenți.

În studiul de față, este important să rețineți că participanților li s-a cerut să nu se gândească la nimic despre imagini în prezentarea stimulului. Cu toate acestea, motivele lor apetitive au fost susținute spontan, după cum au fost evaluate folosind VAS și, în mod interesant, modificările motivelor apetitive au fost asociate pozitiv cu scăderea puterii activităților creierului oscilator de repaus în polul frontal stâng. S-a raportat că polii frontali joacă roluri în recuperarea memoriei [34-36], precum și în codificarea și recunoașterea memoriei [36-38]. Pe lângă funcțiile memoriei retrospective, polii frontali sunt mai implicați în gândirea la viitor decât la trecut [39]. Pe baza asocierii observate cu fluctuațiile temporale ale scorurilor apetitive ale VAS, polul frontal joacă un rol în planificarea ulterioară, cum ar fi gândirea la ce să mănânce după încetarea expunerii vizuale a produselor alimentare.

Studiile anterioare de neuroimagistică au fost inconsistente în ceea ce privește modificările structurale și funcționale ale obezității. În special, OFC este una dintre componentele majore ale circuitelor de recompensă legate de mâncarea excesivă a alimentelor gustoase și dezvoltarea obezității [11, 40, 41]. În schimb, OFC a fost raportat a fi o structură importantă în încetarea consumului de alimente, iar perturbarea acestei funcții ar putea contribui la consumul excesiv de alimente în obezitate [42]. Prezentul studiu a demonstrat că activitatea cerebrală în repaus observată în OFC este corelată negativ cu IMC. Gama de IMC la participanții prezenți a fost mai mică de 30 kg/m 2. Implicațiile sale fiziologice și clinice justifică studii suplimentare, în special la persoanele mai obeze.

Concluzii

Descoperirile prezente au ridicat posibilitatea intrigantă ca o serie de stimuli alimentari vizuali să aibă un impact semnificativ asupra activităților creierului oscilator în repaus în insulă, DLPFC, OFC și polul frontal. Deoarece modificările activității cerebrale de odihnă sunt asociate pozitiv cu emoții pozitive, cum ar fi plăcerea de a mânca alimente în viața de zi cu zi și motive apetitive, este posibil ca aceste modificări să determine comportamentele alimentare ulterioare. Deși intenția fermă și eforturile conștiente sunt necesare pentru îmbunătățirea comportamentului alimentar anormal și a obiceiurilor în stilul de viață dietetic al unei persoane, este de asemenea important să acordăm o atenție considerabilă caracteristicilor mecanicii cerebrale automate sau inconștiente după stimularea alimentară, pentru a dezvolta strategii eficiente. pentru optimizarea stilului de viață alimentar la persoanele care cad în supraalimentare și anorexie împotriva voinței lor.