Да се ​​изследват разликите в изпълнителната функция, вниманието и концентрацията и обемите на орбитофронталната кора (OFC) при възрастни с наднормено тегло и с наднормено тегло/затлъстяване (o/o).

функция

Да се ​​изследва възможна връзка между избора на храна, представянето на невропсихологични тестове и обема на OFC при слаби и излишни възрастни.

Ключови съобщения

O/o групата не се представи толкова добре на когнитивните мерки на изпълнителната функция, внимание и концентрация, колкото слабата група.

O/o групата имаше по-малки обеми OFC от слабата група.

Има положителна връзка между консумацията на висококачествени храни и обема на OFC в групата o/o.

Силни страни и ограничения на това проучване

Получихме подробни записи за консумацията на храна.

Това беше изследване в напречно сечение, чиято цел беше да изследва възможна връзка между избора на храна и мозъка; необходими са допълнителни надлъжни проучвания, за да се покажат причинно-следствените връзки.

Необходими са повече изследвания с по-големи размери на пробите, за да се изясни допълнително взаимовръзката между индекса на телесна маса, избора на храна и мозъка.

Въведение

През последните няколко десетилетия броят на наднорменото тегло (индекс на телесна маса; ИТМ 25–30 kg/m 2) и затлъстелите (BMI> 30 kg/m 2) 1 възрастни в САЩ се е увеличил драстично. Според Центровете за контрол на заболяванията към 2009 г. 49 държави имат преобладаване на затлъстяването от 20% или повече, а девет държави имат над 30%. Затлъстяването е свързано с повишен риск от диабет тип 2, сърдечно-съдови заболявания и няколко форми на рак.2 САЩ се считат за „обезогенно“ общество, където консумацията на нездравословни храни и по-ниските нива на физическа активност са нещо обичайно. Въпреки че висококалоричните/ниско хранителни стойности храни, като бързо хранене и рафинирани въглехидрати, са лесно достъпни, само това не отчита защо хората не избират еднакво достъпни висококачествени храни, като риба и пълнозърнести храни. Една от хипотезите е, че изборът на храна има силен хедоничен компонент и отчасти се влияе от центровете за възнаграждение на мозъка. При плъховете свръхконсумацията на храни с високо съдържание на мазнини е положително свързана със системата за възнаграждение3; тези проучвания обаче не са фокусирани конкретно върху избора на храна. Друга хипотеза се отнася до неразположение в хранителното поведение като преяждане и опортюнистично хранене 4, което отдавна е описано сред затлъстелите младежи и възрастни.

Нарастващата литература предполага връзка между затлъстяването и нарушеното познание, особено в областите на изпълнителната функция, вниманието и концентрацията.6 7 Дефицитите в инхибиторния контрол са в основата на нарушенията на импулсивността. Дефицитите в поведенческото инхибиране могат да повлияят отрицателно на изпълнителните функции (напр. Планиране и приоритизиране), регулиране на афекта и мотивация.8 Изпълнителните функции допринасят за саморегулацията на поведението и създават забавяне, през което човек може да мисли, преди да действа; по този начин липсата на инхибиране на отговора може да бъде свързана с импулсивно поведение. Някои проучвания предполагат, че затлъстелите индивиди могат да бъдат по-импулсивни и че повишената импулсивност може да им затрудни да се противопоставят на изкушението на вкусните храни.9 10 Следователно, в контекста на хранене, импулсивността или дезинхибицията се определя като склонността да се хранят опортюнистично в отговор на екологичните сигнали и може да се очаква да играе роля както за развитието, така и за поддържането на затлъстяването

Предполага се, че неефективната свързаност между съответните мозъчни региони може да представлява невронален маркер за уязвимост за развитие на ненормално поведение, включително жажда за храна и преяждане.12 Орбитофронталната кора (OFC) участва в регулирането на контрола на импулсите, самоконтрола и целенасоченото поведение, всички от които могат да играят роля в хранителното поведение.13–16 Здравето на OFC би могло да повлияе на способността на индивида да саморегулира своето хранително поведение, както и да повлияе на избора на храна11 17 18 и планирането, свързано с храненето. 13 Наскоро съобщихме, че сред затлъстелите подрастващи неразположението в поведението на хранене е свързано с намаляване на обемите на орбитофронтала.19 Освен това OFC е компонент на системата за възнаграждения и участва в положителна обратна връзка, когато се консумира вкусна храна.20 Например, Volkow et al21 установи, че затлъстелите лица имат намалена допаминергична активност и намаление на използването на глюкоза в дорзолатерална префронтална и OFC рег. йони, области, важни за инхибиторния контрол и приписването на забележимост.

Ние предположихме, че възрастните с наднормено тегло и затлъстяване (тези с ИТМ от 25 kg/m 2 и повече) консумират по-нискокачествени и по-малко качествени храни в сравнение с възрастни с ИТМ в постния диапазон. Освен това, въз основа на това, което е известно за веригите, участващи в хранителното поведение и инхибирането на импулсите, ние предположихме, че разликите в избора на храна могат да бъдат свързани с обема на OFC, както и целостта на когнитивните функции от по-висок ред, за които е известно, че отчасти зависят от непокътнат OFC. За да тестваме тези хипотези, изследвахме 3-дневни хранителни дневници, ЯМР и когнитивни оценки от две групи лица, слаби възрастни и възрастни с наднормено тегло и затлъстяване (o/o). Целта на това проучване беше да се определи дали бъдещите надлъжни проучвания са оправдани, за да се изследва причинно-следствената връзка между избора на храна и изпълнителното функциониране. Доколкото ни е известно, това е първото проучване, което изследва как изборът на храна, независимо от каквато и да е намеса, е свързан с извлечените от ЯМР обеми OFC и ефективност на стандартни неврокогнитивни тестове, които зависят от здравето на OFC.

Методи и процедури

Субекти

В проучването са включени общо 139 възрастни (98 слаби и 41 наднормено тегло и затлъстяване), съобразени с възрастта, пола и расата (таблица 1). Субектите бяха последователни случаи, оценявани в лабораторията за мозък, затлъстяване и диабет (BODyLab), NYU School of Medicine като част от спонсорирано от Националния институт по здравеопазване проучване върху мозъчните ефекти от затлъстяването и диабет тип 2. Участниците бяха наети чрез интернет реклама, препоръчани от сътрудничещи лекари или наети от текущо проучване на нормалното стареене. Изследването е одобрено от местната IRB. Всички участници подписаха информирано писмено съгласие и получиха обезщетение за своето време и неудобства. Участниците бяха проверени, за да се изключат изключващи съществуващи медицински състояния (различни от хипертония, дислипидемия, инсулинова резистентност или диабет тип 2) и психиатрични състояния. Други критерии за изключване са анамнеза за значителна травма на главата, инсулт, хидроцефалия, лакунарни инфаркти, умствена изостаналост или неврологични разстройства.

Характеристики на участниците с постно и наднормено тегло/затлъстяване (o/o)

Измерванията на височината и теглото са направени през първия ден от изследването. ИТМ се изчислява по следната формула: тегло (kg)/височина (m) 2. Участниците с ИТМ между 19 и 24,9 kg/m 2 бяха поставени в постната група. Участниците с ИТМ от 25 kg/m 2 или повече бяха разпределени в групата с наднормено тегло/затлъстяване (o/o). Предвид скромния брой изследвани лица, както и приликите в съответните биологични параметри (инсулинова резистентност, холестерол и кръвно налягане), участниците с наднормено тегло и затлъстяване бяха обединени в една група.

Тридневен хранителен дневник

Надеждност между оценяващите за 3-дневни хранителни дневници. Изборът на храни с високо и ниско качество се оценява от двама независими оценители. Коефициентите на корелация между класовете за избор на висококачествени и нискокачествени храни са съответно 0,97 и 0,86.

ЯМР сканиранията са получени или на 1,5 T GE Vision, или на 1,5 T система Siemens Avanto, като се използват еквивалентни последователности. Изображенията на GE Vision са триизмерни коронални T1 претеглени развалени градиентни извикани (SPGR) последователности (TR 30 ms; TE 2 ms; 124 среза, дебелина на среза 1,5 mm без празнина; FOV 250 × 250 mm; ъгъл на обръщане 60 °). Моля, вижте Gold et al25 за повече подробности. За системата на Siemens, набор от структурни T1-претеглени магнетизирано подготвени последователности за бързо градиентно ехо на придобиване (MPRAGE) (TR 1300 ms; TE 4,38 ms; TI 800 ms; NEX 1; FOV 250 × 250 mm; 196 коронални среза, срез дебелина 1,2; ъгъл на обръщане 15 °). Въпреки че проблемите на податливостта са от голямо значение при ехо-планарните придобивания като fMRI или DTI, особено за по-ниските фронтални области като орбитофронталната област, те не са основна грижа за структурните изображения (SPGR и MPRAGE), отчетени тук. Освен това двете ни последователни структурни изображения са много еквивалентни. Въпреки това, за да се тества официално съответствието между двата скенера, 10 субекта бяха сканирани и на двата скенера в непосредствена близост и след това бяха получени вътречерепни обеми на трезора на двата инструмента. Получените обеми бяха неразличими (сдвоен t тест: t = 0,029, p = 0,977) .26

Обемни данни за сивото вещество

Кортикалната реконструкция и обемното сегментиране на изображенията на SPGR и MPRAGE е извършена от пакета за анализ на изображения FreeSurfer, V.4.0.2 (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu). FreeSurfer е напълно автоматизиран и затова не се използва ръчно изчертан регион на интерес (ROI), което елиминира всякакви пристрастия на човека. FreeSurfer разделя мозъка на темпорален лоб, фронтален лоб, OFC, париетален лоб, тилен лоб и цингуларна извивка. Във всяка от тези области FreeSurfer измерва множество подразделения. Развитието на този софтуер и подробностите за идентифицирането на конкретните региони са намерени в доклад на Desikan et al.27 Орбитофронталната възвръщаемост на инвестициите е избрана априори въз основа на нашите много специфични хипотези и неговото значение в инхибирането на реакцията и вкусовите качества на храната ( чрез обоняние) и като важна част от системата за възнаграждение. Като се има предвид използването на FreeSurfer, ние почувствахме, че е изключително важно да бъдем много насочени в нашия подход и променливи, избрани за анализи.

Процедурата FreeSurfer включва отстраняване на немозъчна тъкан, автоматизирана трансформация на Talairach, сегментиране на подкорковото бяло вещество и изграждане на моделна граница на кортикалното сиво и бяло вещество. След завършване на кортикалните модели беше извършено парцелиране на мозъчната кора на единици, базирани на жирални и сулкални структури, използващи схеми за парцелация на Desikan.27 Последната стъпка изчислява обемното маркиране на страничния и медиалния OFC. За нашите анализи сме комбинирали страничния и медиалния OFC. В допълнение, използвайки надежден ръчен метод25, ние измерихме обема на вътречерепния свод и използвахме това число за коригиране (остатъчно) на OFC данните за индивидуална променливост в размера на главата. Използвахме ростралната средна фронтална извивка като контролна област. Този регион е избран по следните причини: той е еквивалентен по размер на OFC, той също е във фронталния лоб и най-важното е, че е свързан с вземането на решения в контекста на избора на храна, 28–30, което ще ни позволи за да коментираме анатомичната специфичност на нашите открития.

Невропсихологична оценка

Статистически анализ

Данните бяха анализирани с помощта на SPSS за Windows V.17.0. Тестът на Шапиро-Уилк е използван за тестване за нормалност. Използвани са независими t тестове за изследване на групови разлики в избора на храна и невропсихологични тестове. Проведени са изследователски анализи, използвайки корелацията на Пиърсън, за да се изследва дали обемът на OFC е свързан с избора на диета. Използвахме линейни и йерархични регресии, за да отчетем потенциални объркващи фактори, като образование (стъпка 1), IQ (стъпка 2) и обиколка на талията (стъпка 3). Тъй като и двете групи имаха еквивалентен процент пациенти с хипертония, ние не контролирахме хипертония в нашите анализи. Когато контролирахме диабета в анализите, нашите констатации останаха по същество непроменени. Това може да се дължи отчасти на малкия брой пациенти с диабет в нашата извадка (17 субекта).

Резултати

Оценка на хранителните навици

След добавяне на 13-те групи храни не бяха открити разлики в общия брой порции храна (комбиниращи високо и ниско качество), консумирани от постните и изходните групи (данните не са показани). Въпреки това, групата o/o консумира значително повече храни с ниско качество и храни с по-ниско качество в сравнение с постната група (фигура 2А). Груповите разлики не бяха намалени при контролиране на образованието и коремното затлъстяване, както се определя от обиколката на талията.

Консумация на храна с високо и ниско качество при възрастни с постно и наднормено тегло/затлъстяване (o/o). (А) Общият брой на висококачествени (селскостопански продукти, риба, пълнозърнести храни и ядки) и ниски (месо, рафинирани въглехидрати, пържена храна, бърза храна, нездравословна храна и алкохол) се отчита на ден. Стойностите представляват средни стойности ± SEM. Стойностите с (*) се различават значително от другите групи със същия цвят на лентата, p Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Резултати от невропсихологичните тестове

Подобно на представянето на избрани изпълнителни функциониращи мерки, мерките за внимание/концентрация, работна памет и психомоторна/скорост на обработка дават значително по-добри резултати в слабата група в сравнение с o/o групата. Слабата група се представи по-добре както при цифров диапазон напред, така и при визуална памет напред и назад и при DSST в сравнение с o/o групата (таблица 2). Някои от мерките са свързани с ИТМ (Тест за заместване с цифри r = −0.170, p = 0.04; обхват на цифрите назад r = −0.164, p = 0.05; обхват на визуалната памет напред r = −0.172, p = 0.04), докато други са свързано с OFC обем (цифров обхват напред r = 0,182, p = 0,04; пътеки BA r = 0,166, p = 0,04).

Демографски данни

Както се очакваше от разпределението на групата, o/o групата имаше значително по-високи тегла, обиколка на талията и ИТМ в сравнение с слабата група (таблица 1). Въпреки че и двете групи са имали някакво образование в колежа, се забелязва статистически значима разлика между слабата група и o/o групата в образованието и IQ, като слабата група има повече години образование и като цяло по-висок прогнозен IQ. Въпреки това, когато контролирахме образованието и коефициента на интелигентност в нашите анализи, нашите резултати бяха непроменени, което предполага, че груповите различия в хранителните навици, познанието и мозъка не се основават на различия в образованието или IQ. Освен това не се забелязва разлика по пол за нито една от двете групи.

Дискусия

Установихме, че субекти с ИТМ по-голям или равен на 25 kg/m 2 съобщават, че ядат по-нискокачествени и по-нискокачествени храни в сравнение с субекти с BMI под 25 kg/m 2. В o/o групата висококачественият избор на храна е положително и значително свързан с коригирания (остатъчен) обем на OFC в интракраниалния свод. Като цяло слабата група се представи по-добре при неврокогнитивни тестове за изпълнителна функция, инхибиране, внимание/концентрация и психомоторна/скорост на обработка в сравнение с o/o групата. Взети заедно, тези данни предполагат, че когнитивните нарушения, основани на фронталния лоб и намаления обем на OFC, могат да бъдат свързани с избора на храна. Това е изследователско проучване и резултатите ще трябва да бъдат потвърдени с бъдещи проучвания, използващи по-големи набори от данни и по-широко изследване на възможните мозъчни области и когнитивни области, като същевременно се контролират множество сравнения. Не е известно дали намаляването на обема на OFC предшества или е резултат от прекомерно наддаване на тегло.

Предишни проучвания съобщават за отрицателни връзки между ИТМ и обемите на сивото вещество, по-специално в префронталната и фронталната част на мозъка.7 35 Освен това, последните данни сочат, че затлъстяването уврежда когнитивните процеси6 36 и че изпълнителните функции са най-податливи на негативните ефекти от излишъка тегло.6 7 Нашите констатации, демонстриращи намаления при тестове, отразяващи предимно функции на фронталния лоб, са в съответствие с тези проучвания. В допълнение към намаляването на обема на OFC, o/o групата не се представи толкова добре, колкото слабата група при тестове, които изискват планиране, иницииране, смяна, мониторинг и инхибиране на поведението, всички от които са от съществено значение за целенасоченото поведение. Тези открития предполагат, че обемът на OFC може да е възможен фактор, допринасящ за когнитивните различия в групата.

Постоянно се установява, че образованието и коефициентът на интелигентност положително корелират с резултатите от когнитивните тестове.37 Докато нашата слаба група е имала значително по-високо образование и коефициент на интелигентност (таблица 1), важното е, че нито образованието, нито коефициентът на интелигентност са допринесли за обяснението на значителните групови разлики в избора на храна, когнитивните резултати или Обеми на OFC. Вероятно, тъй като и двете групи са били добре образовани и средният коефициент на интелигентност е попаднал добре в рамките на това, което се счита за нормален диапазон, образованието и/или коефициентът на интелигентност не е допринесъл значително за вариацията между двете групи по отношение на когнитивните тестове.

Конструктът на дезинхибиция в хранителното поведение се определя като тенденция към прекомерно ядене и ядене по опортюнистичен начин.4 Нашето проучване установи, че в сравнение със слабите си колеги възрастните с наднормено тегло и затлъстяване ядат повече храни с ниско качество и храни с по-ниско качество. В допълнение, те не са се представили толкова добре на когнитивни тестове, които отразяват функционирането на фронталния лоб, което също може да бъде свързано с по-лош контрол на импулсите. Наскоро наблюдавахме подобна когнитивна дисфункция при затлъстели юноши, 19 която се наблюдава и при възрастни с пристрастяване към хазарта.38 Зависимите комарджии са класифицирани като с по-ниски възможности за контрол на импулсите.39 Важно е да се отбележи, че докато някои от нашите когнитивни мерки са свързани с Обем на OFC, други са свързани с ИТМ. Това подчертава необходимостта от допълнителни изследвания, за да се изясни как са свързани ИТМ, мозъкът и когнитивната функция. Нашите данни подкрепят наблюдаваните по-рано корелации между преяждането и намаляването на контрола на импулсите както при деца, така и при възрастни.11 17 Освен това функционалните изследвания на ЯМР също установяват връзка между хазартното поведение и OFC.40 Взети заедно, тези данни предполагат, че дехибирането на храненето и други нарушения на нарушен импулсен контрол може да споделя подобни невронни субстрати.

Доколкото ни е известно, това е първият доклад, който илюстрира възможна връзка между ежедневния избор на храна, ефективността на когнитивните тестове и регионалните мозъчни обеми, получени от ЯМР. Докато по-рано публикуваната работа установява връзки между затлъстяването и когнитивната ефективност, 7, това е първата статия, която демонстрира, че намаленият обем на OFC може да допринесе за избора на храна. Необходими са надлъжни проучвания, за да се определи дали по-лошото представяне на когнитивните тестове и по-малките количества OFC са причина или резултат от лош избор на храна. Освен това е важно да се проучи дали загубата на тегло може да подобри когнитивните показатели и избора на храна.

Благодарности

Благодарим на Victoria Sweat за нейните коментари по ръкописа.