Cell Metab(31.373):最新人体试验,高糖/高脂饮食可改变大脑回路,越吃越“上头”!

研究成果10个月前发布 Robin
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近日,来自耶鲁大学的科学家及其合作者在《Cell Metabolism》发表了题为“Habitual daily intake of a sweet and fatty snack modulates reward processing in humans”的研究论文,研究人员在正常体重参与者中进行了一项随机对照研究,发现高脂肪和高糖饮食降低了参与者对低脂食物的偏好,且高脂肪、高糖食物对神经行为的适应有直接影响,可能会增加暴饮暴食和体重增加的风险。


Cell Metab(31.373):最新人体试验,高糖/高脂饮食可改变大脑回路,越吃越“上头”!


一、研究背景


甜食和高脂零食在人们的日常生活中十分常见,但习惯性摄入这些食品可能会对大脑奖励系统产生深远的影响。因此,更好地了解食物对大脑的影响,有助于人们更好地控制自己的饮食习惯,预防健康问题的发生。


此外,这类研究还可以为相关的公共健康政策提供新的思路和方向。而且,在治疗进食障碍、肥胖症等相关疾病时,考虑到食物对大脑奖励系统的影响,可能会为治疗方案的制定和实施提供更全面的依据,从而提高治疗效果和预防复发。


二、研究方法


在这项随机对照试验中,参与者在初次筛选后接受了基线评估,随后被随机分配到两种饮食干预中。在测试日,参与者接受了BMI、饥饿评分和血液(葡萄糖、胰岛素、甘油三酯和HbA1c水平)评估。随后,参与者进行了脂肪和糖浓度偏好测试和停止信号任务。在第二次抽血后,参与者接受了功能磁共振成像(fMRI)采集,同时执行了联想学习任务和味觉感知任务(如下图)


Cell Metab(31.373):最新人体试验,高糖/高脂饮食可改变大脑回路,越吃越“上头”!

研究设计图(来源:Thanarajah, S. E., et al. 2023)


1、受试者队列


本研究招募了82名健康体重的志愿者(50名女性,年龄:25.67±0.42岁,BMI:22.81±0.32kg/m2)。其中,参与者没有进行药物治疗,不吸烟,没有任何神经、精神、胃肠道或饮食障碍病史,也没有特殊饮食或药物治疗。


最终,共计49人完成了整个研究:26名参与者接受了HF/HS(高脂肪/高糖)干预,23名参与者接受了LF/LS(低脂肪/低糖)干预。


Cell Metab(31.373):最新人体试验,高糖/高脂饮食可改变大脑回路,越吃越“上头”!

研究流程图(来源:Thanarajah, S. E., et al. 2023)


2、脂肪和糖浓度偏好任务


为了评估脂肪和糖的偏好和感知的变化,研究人员设计了两组不同脂肪或糖含量的刺激。脂肪刺激为Galetta速溶布丁与不同脂肪含量牛奶或奶油的混合,四种脂肪含量分别为0%、3.1%、6.9%和15.6%(w/w)。糖刺激为无糖苹果汁与不同浓度蔗糖的混合,浓度分别为0M、0.1M、0.56M和1M。


评分分为两个部分进行,布丁或果汁在测试日和参与者之间按平衡顺序变化——在每个部分内,刺激浓度以随机顺序分别呈现3次(即总共12次);每次品尝刺激后,参与者完成相应的评分记录。


3、fMRI期间的食物预期和摄取任务


为了测试饮食干预是如何影响大脑对食物预期和摄取反应的,研究人员进行了如下试验——首先,每个受试者选择一种无味的溶液(对照条件)和两杯奶昔;在筛选过程中进行刺激选择,并用于测试过程。


在接受fMRI测试过程中进行奶昔任务,参与者以随机顺序反复接受奶昔或无味溶液(如下图)。具体而言,参与者配备了一个定制的聚四氟乙烯接口,用于将液体输送到舌尖。


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奶昔试验的设计(来源:Thanarajah, S. E., et al. 2023)


4、fMRI期间执行的联想学习任务


参与者需要学习听觉提示(低[352 Hz]或高[576 Hz]音调)的预测强度,并预测随后的视觉刺激(房屋或人脸)(如下图)。线索-结果关联强度在160次试验中发生了变化(波动性),实现了自适应学习,从而连续收集大脑对自适应预测错误的反应。


每个受试者的概率序列是固定的,提示结果偶然性的变化为80:20,并且是伪随机的。回答的正确性与金钱奖励无关;参与者只因参与研究而获得固定的金钱补偿,与他们的任务表现无关。任务的总持续时间为11分钟。


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感官-感官联想学习的设计(来源:Thanarajah, S. E., et al. 2023)


5、常规fMRI数据分析


饮食任务和联想学习任务的数据预处理相同。使用MCFLIRT重新调整时间序列,以校正微小的头部运动;所有进一步的分析都使用了Matlab中的统计参数映射(SPM);使用统一分割方法将T1图像归一化到蒙特利尔神经研究所(MNI)参考空间,并将随后的变形参数应用于(先前共同配准的)功能图像。


三、研究结果


研究发现,高脂肪/高糖干预后代谢状态和一般饮食模式保持不变,高脂肪/高糖和低脂肪/低糖干预降低了参与者对低蔗糖浓度的偏好。换言之,每天食用高脂肪/高糖零食会改变人类的奖励回路,对低脂食物的偏好降低;而大脑对奶昔的反应增加,高脂肪/高糖零食同时增强了大脑对食物的反应和独立于食物线索或奖励的联想学习。


根据临床前数据,在健康体重个体的肥胖和代谢标志物没有变化的情况下,也观察到了以上的这些影响,表明食物对大脑奖励回路的重新连接有直接影响。这与成瘾药物一样,习惯性摄入高脂肪/高糖食物是神经行为适应的关键驱动因素,这可能会在肥胖倾向改变之前,增加暴饮暴食和体重增加的风险。


四、总结


综上所述,通过对正常体重的健康参与者进行干预性研究,研究人员证明在体重或代谢状态没有变化的情况下,反复食用高脂肪/高糖食物可以重新连接大脑回路,从而诱导神经行为适应。


因此,减少高能量的高脂/高糖食品,对抗击肥胖流行至关重要。未来,需要在人类和临床前模型中进行研究,以进一步研究大脑对饮食的适应动力学及其逆转。


参考来源:
[1]Thanarajah, Sharmili Edwin, Alexandra G. DiFeliceantonio, Kerstin Albus, Bojana Kuzmanovic, Lionel Rigoux, Sandra Iglesias, Ruth Hanßen et al. "Habitual daily intake of a sweet and fatty snack modulates reward processing in humans." Cell Metabolism (2023).

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