Стефани М. Гриър

1 Институт по неврология на Хелън Уилс, Калифорнийски университет, Бъркли, Калифорния 94720-1650, САЩ

Андреа Н. Голдщайн

1 Helen Wills Neuroscience Institute, University of California, Berkeley, CA 94720-1650, USA

Матю П. Уокър

1 Helen Wills Neuroscience Institute, University of California, Berkeley, CA 94720-1650, USA

2 Катедра по психология, Калифорнийски университет, Бъркли, Калифорния 94720-1650, САЩ

Резюме

Епидемиологичните доказателства подкрепят връзката между загубата на сън и затлъстяването. Вредното въздействие на лишаването от сън върху централните мозъчни механизми, управляващи апетитното желание за храна, остава неизвестно. Тук докладваме, че лишаването от сън значително намалява активността в областите на апетитна оценка в рамките на човешката предна и инсула кора по време на избора на желание за храна, съчетано с обратно усилване на активността в амигдалата. Нещо повече, тази двупосочна промяна в профила на мозъчната активност е свързана допълнително със значително увеличаване на желанието за увеличаване на теглото, насърчаващо висококалорични храни след лишаване от сън, степента на което се предвижда от субективната тежест на загубата на сън през участници. Тези открития предоставят обяснителен мозъчен механизъм, чрез който недостатъчният сън може да доведе до развитие/поддържане на затлъстяване чрез намалена активност в регионите за оценка на кората от по-висок ред, съчетана с излишък на подкорковата реакция в амигдалата, което води до избор на храни, най-способни да предизвикат тегло -печалба.

Въведение

Монтирането на епидемиологични данни включва загубата на сън като рисков фактор за затлъстяване както при деца, така и при възрастни по света 1. Освен това, лишаването от сън променя хормоните за регулиране на апетита и увеличава приема на калории 2,3. Като се има предвид продължаващият спад в продължителността на съня в индустриализираните страни, отразен от стръмното нарастване на затлъстяването в същите тези популации 1, разбирането на връзката между загуба на сън и наддаване на тегло стана от първостепенно значение за световното обществено здраве.

Въпреки такива данни на ниво популация, както и периферни телесни доказателства, централните мозъчни механизми, обясняващи въздействието на лишаването от сън върху апетитното желание за храна, което може да доведе до наддаване на тегло, остават неизвестни. Откриването на такава зависима от съня невронна дисфункция може да представлява критичен компонент за разбирането на връзката между загубата на сън и затлъстяването 2. Това допълнително би допринесло за обяснение на централната нервна система за неспособността да се регулира по подходящ начин диетичният прием и по този начин да се развие или поддържа затлъстяване при условия на недостатъчен сън. Използвайки задача за желание за храна в комбинация с човешки функционален ЯМР (fMRI), тук се опитахме да характеризираме въздействието на загубата на сън върху мозъчните механизми, управляващи апетитното желание за храна.

Изследването се фокусира априори върху дискретен набор от добре характеризирани кортикални и подкоркови области на интерес (ROI), за които е известно, че играят важна роля при оценката на апетитното желание и хранителни стимули 4. На кортикално ниво, предната инсуларна кора, страничната орбитална фронтална кора и предната цингуларна кора, всички имат добре установени роли в сигнализирането на стойността на стимула във всеки контекст, включително апетитивния избор, и при интегрирането на хранителни характеристики, които управляват предпочитанията (например миризмата и вкуса на храна) 5,6. Нещо повече, нарушената функционална активност във фронталната кора, включително тези предни кортикални области, се счита за един от отличителните белези на загубата на сън 7. На подкорково ниво, както амигдалата, така и вентралният стриатум са силно замесени в управлението на мотивацията за ядене 4. Амигдалата постоянно демонстрира реакция към хранителни стимули, особено когато значимостта на хранителните стимули е висока 8. Активността във вентралния стриатум в отговор на храни точно предсказва незабавен прием на храна 9, преяждане 10, както и реално наддаване на тегло 11. Освен това, предишна работа демонстрира, че активността в амигдалата и стриатума при други (неапетитни) афективни задачи се повишава след загуба на сън 12,13 .

Надграждайки тази утвърдена литература, настоящото проучване се стреми да тества две неизключващи се взаимно хипотези по отношение на централните мозъчни механизми, които могат да доведат до избор на храна, насърчаваща теглото след загуба на съня. дразнители (предния цингулат, страничната орбитофронтална кора и предната инсула) води до неправилен избор на храна (т.е. избор на предмети с по-голям потенциал за наддаване на тегло). Втората хипотеза е, че прекомерната реактивност в две подкоркови области, за които е известно, че сигнализират за изпъкналост на храната и насърчават хранителното поведение (амигдалата и вентралният стриатум), може да преувеличи хранителната чувствителност и мотивираната консумация на апетитни хранителни стимули, което също води до потенциал за наддаване на тегло. Констатациите, докладвани тук, демонстрират не само намалено набиране и на трите ключови кортикални области, необходими за оценка на хранителния стимул, но и усилена реактивност на подкорковата амигдала (но не и вентрална стриатална) при недоспиване. Такива промени предлагат нов обяснителен мозъчен механизъм, чрез който недостатъчният сън може да доведе до променен избор на храна и по този начин до развитие или поддържане на затлъстяването.

Резултати

Невронни реакции на желанието за храна при недоспиване

В сравнение със състоянието на сън в отсъствие, лишаването от сън значително намалява активността и в трите кортикални области, които представляват интерес - предната цингуларна кора (T = 3,87; p = 0,0008), страничната орбитална фронтална кора (T = 2,08; p = 0,0491) и предната инсула кора (T = 2,63; p = 0,0154) - тъй като желанието за храна постепенно се увеличава (фиг. 1А), потвърдено от t-тестове на осреднени оценки на параметри при 5 mm сфери, разположени около сайтове, базирани на литература (вж. Методи). Имайте предвид, че този праг на значимост е p Фиг. 1В). За разлика от това, този профил на усилена субкортикална активност не се наблюдава при вентрален стриатум (T = -0,28; p = 0,7852), като не показва значителна разлика в отзивчивостта между липсата на сън и отпочиналите условия. Тук отново амигдалата преживява корекция за пет сравнения, ако тези региони се вземат като семейство от независими тестове. Освен това всички ROI, демонстриращи значимост при сравняване на средната активност, описана по-горе, също изразяват клъстери на значителна активност в рамките на тези ROI, които преживяват корекция на скоростта на семейната грешка (FWE) за множество сравнения (p Таблица 1). Взети заедно, тези констатации показват, че лишаването от сън намалява активността в установен набор от кортикални области за апетитивна оценка, тъй като желанието за храна постепенно се увеличава, но предизвиква обратно повишаване на реактивността на подкорковата амигдала, за което е известно, че сигнализира за хранителна значимост в контекста на апетитивния избор 8. Важно е, че нивата на глад, които се докладват самостоятелно, не се различават между състоянията на почивка и недоспал режим (p = 0,28; виж фигура 2), което показва, че разликите в мозъчната активност не могат да бъдат обяснени само въз основа на разликите в глада.

желанието

Анализ на корекция на малък обем за априорни региони от интерес, взети като 8-милиметрови сфери, съсредоточени върху литературно базирани ROI (Sleep Rested Sleep Deprived) на параметричния контраст на рейтингите на нуждите (т.е. региони, корелирани с нарастващо желание за храна и различни по състояние). ROI са същите като отчетените в основния ръкопис (вж. Методи). Размерът на клъстера е във воксели; размер на воксела е 2 mm 3 .

Поведенчески промени в желанието за храна при недоспиване

И накрая, и свързано с такива съображения за целия организъм, елегантната предишна работа описва периферните промени в тялото в апетита и метаболитните регулиращи хормони след загуба на сън, които могат да доведат до наддаване на тегло 2,26,28. Нашите открития повдигат наличието на дисфункция на централната нервна система, която стои отстрани на тези все по-добре описани промени в периферното тяло след лишаване от сън, които заедно могат да се сближат при общо въздействие на загубата на сън върху потенциала за наддаване на тегло. Следваща важна стъпка ще бъде да се изследва дали (и как) тези периферни и централни нервни системи на зависима от загуба на сън дисфункция могат активно да си взаимодействат, като по този начин се предоставя първата механистична сметка на целия организъм, в основата на връзката между загубата на сън и затлъстяването.

В обобщение, тези открития допринасят за нов мозъчен механизъм, чрез който загубата на сън може да доведе до развитие и/или поддържане на затлъстяване чрез потенциално дезадаптивния подбор на храни, носещи обезогенен потенциал (наддаване на тегло), като по този начин обяснява значителната значима връзка между намаленото време за сън и затлъстяването, съобщени в проучвания на ниво популация 1. Освен това те подкрепят предложението за достатъчен сън като важен механистичен фактор, насърчаващ контрола на теглото, чийто път изглежда е регулирането на централните мозъчни механизми, управляващи подходящия избор на храна.