Резюме

Повишаването на теглото често се свързва с удоволствието от яденето на храни, богати на калории и липсата на воля за намаляване на такъв глад за храна, но емпиричните доказателства са оскъдни. Тук изследвахме ролята, която свързването в хедоничната система за оценка на мозъка (BVS, вентралния стриатум и вентромедиалната префронтална кора) играе в покой (1), за да предскаже наддаване или загуба на тегло във времето и (2) за хомеостатичната регулация на хормона. Установихме, че присъщата свързаност в BVS в покой (RSC) предсказва промени в теглото извън пробата с течение на времето при слаби и затлъстели участници. Противоположно, такъв BVS RSC е бил по-висок при слаби спрямо затлъстели участници, преди затлъстелите участници да бъдат подложени на драстична намеса за отслабване (Roux-en-Y стомашна байпас операция, RYGB). Операцията на RYGB повишава BVS RSC при затлъстелите след операция. Увеличението на BVS RSC при затлъстелите корелира с намаляване на системния лептин на гладно, хомеостатичен хормон, сигнализиращ за ситост, който преди това е бил свързан с функционирането на допамина. Взети заедно, нашите резултати показват първа връзка между връзката на мозъка в схемите за възнаграждение в по-тонизиращо състояние в покой, хомеостатичната регулация на хормоните, участваща във функционирането на допамина и способността за отслабване.

мозъчната

Изявление за значимост С нарастването на процента на затлъстяването, развитието на нашето разбиране за това кои фактори движат способността на хората да губят и да наддават на тегло е от решаващо значение. Това изследване е първото, което свързва това, което знаем за хедоничната система за оценка на мозъка (BVS), със загуба на тегло и регулиране на хомеостатичния хормон. Установихме, че свързаността в покой (RSC) в системата на BVS предсказва промени в теглото, разграничава се между слаби и затлъстели участници и се увеличава след намеса за отслабване (операция за стомашен байпас). Интересното е, че степента, до която BVS RSC се подобрява след операция, корелира с намаляването на нивата на циркулиращия хормон на ситостта лептин. Тези открития са първите, които разкриват невронните и хормоналните детерминанти на загуба на тегло, съчетавайки хедонични и хомеостатични двигатели на (прекомерното) хранене.

Въведение

Днес в западните общества повече от половината от възрастните са с наднормено тегло или затлъстяване и се очаква процентът на затлъстяване да продължи да расте (OECD 2017). Въпреки разпространението и тежестта на затлъстяването, неговите невробиологични основи и как те се променят при загуба на тегло при хората не са добре разбрани.

Повечето предишни изследвания на когнитивната неврология са изследвали различия в активността, базирана на задачи между затлъстели и слаби участници, използвайки функционално ядрено-магнитен резонанс (fMRI). Тези проучвания установяват, че излагането на висококалорични храни е променило активността в мозъчните региони, участващи в хедоничните аспекти на приема на храна, като възнаграждение и обработка на мотивация (Rothemund et al. 2007; Stice et al. 2008; Volkow et al. 2008; Stoeckel и др. 2009), обработка на вкуса (Dagher 2007; Scharmuller et al. 2012) и когнитивния контрол (Brooks et al. 2013; Pursey et al. 2014). При здрави участници беше установено, че тези мозъчни системи кодират колко много участниците искат да ядат различни храни (Plassmann et al. 2007, 2011) и за контрол на потенциалния глад (Hare et al. 2009, 2011; Hutcherson et al. 2012).

Друг поток от изследвания е изследвал тоничните различия в мозъчната активност на затлъстелите и слаби участници, като улавя присъщата свързаност между мащабни мозъчни мрежи в покой. Изследванията в тази област са установили различия в свързаността в състояние на покой (RSC) в забележимостта, възнаграждението, режима по подразбиране, префронталните и темпоралните мрежи (Coveleskie et al. 2015; Doornweerd et al. 2017; Garcia-Garcia et al. 2015; Kullmann и др. 2012; Wijngaarden и сътр. 2015) на затлъстели и слаби участници. По-специално, беше показано, че RSC в тези мозъчни системи се променя чрез интервенции за отслабване, базирани на бариатрична хирургия (Li et al. 2018; Wiemerslage et al. 2017; Frank et al. 2014) малко след тези интервенции (т.е. 4-12 седмици).

Целта на тази статия е да обедини тези различни потоци от изследвания и да хвърли светлина върху потенциалната връзка между RSC в мозъка и промените в теглото. Приложихме теоретично ориентиран подход за изследване (1) на разликите в RSC в хедоничната оценка на мозъка (т.е. вентромедиалната префронтална кора [vmPFC] и стриатума (Bartra et al. 2013)) и контролните системи (т.е. дорзо- и вентролатерална префронтална кора) (Hare et al. 2009, 2011; Hutcherson et al. 2012) между участници с тежко затлъстяване и участници в слаб контрол и (2) дали по-дългосрочната (т.е. 24 седмици) промяна на теглото поради бариатрична хирургия би повлияла RSC в тези системи. След това използвахме промените в RSC в тези региони, за да предскажем официално промените в теглото на нашите слаби и затлъстели участници с течение на времето.

Бариатричната хирургия - по-специално стомашният байпас на Roux-en-Y (RYGB) - служи като уникален и ефективен теоретичен модел за въпросите на нашата работа, защото води не само до бърза и голяма загуба на тегло (необходима за нашия официален анализ на прогнозата, за да има необходими отклонения), но също така и за подобрения в хормоналните профили, участващи в хомеостатичния контрол на приема на храна (Sjöström et al. 2012; Abdennour et al. 2014). По този начин ни позволява да преминем отвъд предишните корелационни доказателства и да направим квазипричинни връзки между RSC в хедоничната система за оценка на мозъка и хормонални хомеостатични регулатори на приема на храна.

Отделен поток от клинични изследвания е постигнал голям напредък в разбирането на невроналната верига, участваща в контрола на енергийната хомеостаза, включително ролята на бариатричната хирургия. Например, преди операцията повечето хора със затлъстяване имат изключително високи нива на лептин на гладно, но действието на лептина, за да сигнализира за ситост, е нарушено (Myers et al. 2010). След операция на RYGB нивата на циркулиращия лептин бързо падат и способността му да сигнализира за ситост се подобрява (Faraj et al. 2003). Освен това лептинът има преки и косвени връзки с хедоничната система за оценка на мозъка. Например, той инхибира допаминовите неврони на вентралната тегментална зона (VTA) (Palmiter et al. 2007), за които е известно, че директно се проектират към хедоничната система за оценка на мозъка (Haber et al. 2003). На този фон крайната цел на настоящата статия беше да проучи защо операцията може да промени RSC в хедоничната система за оценка на мозъка, като изследва връзките й с индуцираните от хирургията промени в серумния лептин на гладно.

Приносът на тази работа е да предостави първо доказателство, че свързаността в състояние на покой в ​​хедоничната система за оценка на мозъка (1) предсказва загуба на тегло, (2) се различава при слаби и затлъстели индивиди, (3) се променя чрез операция RYGB и (4) е свързан с индуцирани от RYGB промени в нивата на лептин (т.е. маркер на хормоналната хомеостатична система за контрол на приема на храна). Тази работа е една от първите, които интегрират хедонични и хомеостатични фактори в контрола на приема на храна (Berthoud 2006).

Материали и методи

Експериментална настройка

Експерименталната процедура беше проведена в съответствие с Декларацията от Хелзинки и получи одобрение от местната комисия по етика за затлъстелите участници и от INSERM за слаби участници (Comités de Protection des Personnes [CPP], Ил дьо Франс). Информирано писмено съгласие е получено от всички участници преди включването в проучването. Участниците със затлъстяване са участвали в протоколите Microbaria и Leaky-gut, които са регистрирани като клинични изпитвания NCT01454232 (Microbaria) и NCT02292121 (Leaky gut). Данните за състоянието на покой, представени в тази статия, са получени като част от многопроучен проект, включващ различни експериментални задачи като базирани на задачи fMRI, метаболитни и фекални проби за анализ на микробиота. Резултатите от тези други задачи са представени другаде (Aron-Wisnewsky et al. 2018); фокусът на тази статия е върху разликите в свързаността в състояние на покой между слаби и затлъстели индивиди и преди и след индуцирана от бариатрична хирургия загуба на тегло. Сканиращата сесия се състоеше от кратко въведение и обучение, две базирани на задачи fMRI сесии, структурно MRI сканиране и fMRI сканиране в състояние на покой, представени в тази статия.

Данните бяха събрани в две времеви точки (T0 и T6), разделени от шест месеца. Участниците с тежко затлъстяване са претърпели операция RYGB малко след сканиращата си сесия при Т0; те бяха проследени в отдела по хранене в Специализирания център за затлъстяване за затлъстяване и хирургия на затлъстяването в болница Pitié-Salpêtrière в Париж. Данните за ЯМР са събрани в Центъра за невроизображение (Cenir) към Института на Черве и др. La Moelle épinière (ICM) в болница Pitié-Salpêtrière в Париж. Мозъците на слабите участници също бяха сканирани два пъти в същите съоръжения на Cenir, за да се контролира ефектът от времето.

Участници

Общо 64 жени-участнички бяха записани в T0, включително 45 слаби участници и 19 с тежко затлъстяване. Набрахме само жени участници в опит да поддържаме постоянното влияние на половете 43. Допълнителни стандартни критерии за включване на fMRI бяха десничарство, нормално към коригирано към нормално зрение, липса на анамнеза за злоупотреба с вещества или някакво неврологично или психиатрично разстройство и липса на лекарства или метални устройства, които биха могли да попречат на изпълнението на fMRI. Участниците със затлъстяване и постно управление бяха наети въз основа на техния индекс на телесна маса (ИТМ), който беше средно 22 ± 0,3 kg/m 2 за слабите участници и 45 ± 1 kg/m 2 за кандидатите за бариатрична хирургия с тежко затлъстяване в съгласие с международните насоки (вж. таблици 1 и 2 за повече подробности относно клиничните характеристики и телесния състав).