Badanie nagrody w postaci jedzenia i motywacji u ludzi

Podsumowanie

Ten artykuł opisuje zestaw metod pomiaru motywacji związanej z jedzeniem i wartości celów związanych z jedzeniem u ludzi.

Streszczenie

Kluczowym wyzwaniem w badaniu przetwarzania nagród u ludzi jest wyjście poza subiektywne miary samooceny i ilościowe określenie różnych aspektów nagrody, takich jak hedonika, motywacja i wartość celu, w bardziej obiektywny sposób. Jest to szczególnie istotne dla zrozumienia przejadania się i otyłości, a także ich potencjalnych metod leczenia. W artykule opisano zestaw miar motywacji związanej z jedzeniem z wykorzystaniem siły uścisku dłoni jako miary motywacyjnej. Metody te mogą być stosowane do badania zmian w motywacji związanej z jedzeniem za pomocą manipulacji metabolicznych (sytości) i farmakologicznych oraz mogą być wykorzystywane do oceny interwencji ukierunkowanych na przejadanie się i otyłość. Jednak, aby zrozumieć proces podejmowania decyzji związanych z jedzeniem w złożonym środowisku żywnościowym, niezbędna jest umiejętność ustalenia wartości celu nagrody, które kierują decyzjami i wyborami behawioralnymi podejmowanymi przez ludzi. Wartości te są ukryte, ale możliwe jest ich bardziej obiektywne ustalenie za pomocą takich wskaźników, jak gotowość do zapłaty i opisana jest metoda na to. Oba te zestawy metod zapewniają ilościowe miary motywacji i wartości celu, które można porównywać w obrębie poszczególnych osób i między nimi.

Wprowadzenie

Badania nad przetwarzaniem nagrody w jedzeniu u ludzi otrzymały znaczący impuls w związku z rosnącymi obawami dotyczącymi epidemii otyłości. Ponieważ droga do otyłości u większości osób otyłych wiedzie przez zwiększone spożycie energii wykraczające poza zapotrzebowanie metaboliczne¹, ważne jest, aby zrozumieć czynniki napędzające i mechanizmy nadmiernej konsumpcji. Dominujące modele uważają tę nadmierną konsumpcję za formę niehomeostatycznego lub "hedonistycznego" jedzenia, tj. konsumpcji, która nie jest napędzana potrzebami homeostatycznymi, ale przez satysfakcjonujące^{aspekty spożywanego} pokarmu (pokarmów). Jest to jednak złożone zjawisko, a systemy homeostatyczny i hedoniczny/nagrody nakładają się na siebie i są interaktywne. Co więcej, istnieje kilka czynników, które wpływają na jedzenie niehomeostatyczne, a które nie są bezpośrednio związane z hedonicznymi aspektami żywności, takimi jak wielkość porcji lub^{różnorodność dostępnych} pokarmów. Niemniej jednak ważne jest, aby umieć scharakteryzować i zmierzyć różne aspekty nagrody w postaci jedzenia.

Berridge i koledzy opisali trzy składniki nagrody: lubienie, chęć i naukę. Te trzy komponenty są połączone, ale można je rozdzielić pod względem leżących u ich podstaw systemów neuronowych. Polubienie odnosi się do hedonicznego wpływu nagrody, a pragnienie jest motywacją do nagrody. Uczenie się obejmuje skojarzenia i przewidywania dotyczące nagrody. Komponenty te są dalej rozróżniane na dwa podkomponenty, podstawowe lub ukryte oraz świadome lub jawne. Lubienie składa się z "lubienia", które odnosi się do podstawowych obiektywnych reakcji hedonicznych i świadomego subiektywnego doświadczania przyjemności. Podobnie pragnienie składa się z "chcenia", istotności nagród i wskazówek związanych z nagrodą oraz świadomego subiektywnego doświadczania pragnienia bodźców, tak jak zwykle rozumie się to pojęcie. Świadome, subiektywne doświadczenia lubienia i pragnienia są rozwijane z podstawowych reakcji przez wyższe mechanizmy poznawcze. Wreszcie, uczenie się również składa się z elementów ukrytych, takich jak skojarzenia Pawłowa i instrumentalne oraz warunkowanie asocjacyjne; a także wyraźne reprezentacje i przewidywania poznawcze⁴.

Te trzy elementy nagrody są ze sobą powiązane, ale można je rozdzielić zarówno eksperymentalnie, jak i pod względem ich substratów neuronalnych. Podczas gdy ten model pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób organizm reaguje na jedną nagrodę na raz, jak indywidualny organizm reaguje w konfrontacji z więcej niż jedną potencjalną nagrodą? Zgodnie z szeroko przyjętym modelem w neuroekonomii, centralnym etapem selekcji behawioralnej jest obliczanie subiektywnych wartości wszystkich oferowanych opcji. Uważa się, że obliczenie to wiąże się z oceną i ważeniem różnych atrybutów każdej opcji, co prowadzi do jednej porównywalnej wartości, często oznaczanej jako wartość celu⁵, przy czym można wybrać opcję o najwyższej wartości celu.

Wiele z tych prac nad neuronalnymi podstawami nagrody pochodzi z eleganckich badań nad neuronauką zwierząt. Wyzwaniem w badaniu hedonii, wartości celów i motywacji u ludzi była trudność w wiarygodnym i obiektywnym pomiarze tych różnych składników. Bardzo ważne jest, aby wyjść poza subiektywne miary wartości nagrody, takie jak samoocena polubień lub wartość celu, które mogą być na przykład zarejestrowane w wizualnej ocenie analogowej. Biorąc pod uwagę trudności w prawidłowej introspekcji wartości i wątpliwości co do tego, czy jest ona podawana zgodnie z prawdą, konieczne jest opracowanie solidnych narzędzi ilościowych, które można zweryfikować.

Podczas gdy obiektywne reakcje hedoniczne obserwowane u gryzoni są również obserwowane u niemowląt⁶, są one trudne do oceny u dorosłych ludzi. Element sympatii lub hedonizmu pozostaje zatem trudny do obiektywnego zmierzenia u dorosłych ludzi. Możliwe jest jednak bardziej obiektywne i precyzyjne zbadanie pragnienia lub motywacji, a niniejszy artykuł opisuje zestaw metod opartych na wykorzystaniu siły chwytu jako miary motywacji. Ilość wysiłku, jaki poszczególne osoby włożą, aby otrzymać nagrodę, jest modulowana przez wielkość nagrody, której oczekują. Motywacja do nagrody może być operacjonalizowana jako włożony wysiłek. Pessiglione i współpracownicy elegancko zademonstrowali użycie siły chwytu jako miary motywacji do nagród pieniężnych, przy czym uczestnicy wywierali większą siłę na nagrody pieniężne, które miały większe wartości⁷. W przypadku nagród w postaci jedzenia wartość nagrody żywnościowej dla jednostki zależy od kilku czynników, z których stan wewnętrzny (głód lub sytość) jest krytyczny. Wraz z nasyceniem następuje spadek aktywności neuronalnej w korze oczodołowo-czołowej (OFC), regionie mózgu, który koduje aktualną wartość bodźca, do otrzymania tego samego pokarmu^9,10. OFC rzutuje na brzuszne prążkowie, które moduluje reakcję motywacyjną⁷. Dlatego dobry środek motywacyjny powinien wykazywać wrażliwość na zmiany wartości nagrody wraz z nasyceniem.

Aby określić wartość celu, bezpośrednie subiektywne oceny nie są idealne. Bardziej pośrednim sposobem, który ma również tę zaletę, że zachęca uczestników do ujawnienia swojej prawdziwej wartości celu, jest użycie zmodyfikowanej wersji aukcji Becker-DeGroot-Marschak¹¹. Poprzez prosty zestaw zasad, ta procedura aukcyjna motywuje ludzi do ujawnienia maksymalnej kwoty zasobów pieniężnych, jakie są skłonni zapłacić za oferowane przedmioty. Ich gotowość do zapłaty (WTP) jest traktowana jako miara wartości celu.

Protokół

Wszystkie procedury opisane w niniejszym protokole zostały opracowane i przetestowane po uzyskaniu zgody etycznej od lokalnych komisji etyki badań w Cambridge (Cambridge Local Research Ethics Committees).

1. Siła chwytu jako miara motywacji związanej z jedzeniem

1. Aparatura i konfiguracja:
   1. Zainstaluj program MATLAB z zestawami narzędzi Cogent na laptopie służącym do podawania bodźców.
   2. Podłącz przetwornik siły oraz powiązany system akwizycji danych do laptopa służącego do podawania bodźców poprzez port ethernet. Szczegóły dotyczące wymaganego sprzętu i oprogramowania znajdują się w Tabeli 1.
      Uwaga: Aby przeprowadzić zadanie w skanerze do obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI), stosuje się prostą gumową gruszkę do pomiaru siły uścisku, połączoną z przetwornikiem ciśnienia znajdującym się poza skanerem. Zmiany ciśnienia powietrza wewnątrz gruszki podczas jej ściskania mogą być mierzone przez przetwornik i bezpośrednio powiązane z wywieranym wysiłkiem.
   3. Skonfiguruj program tak, aby stale odpytywał system akwizycji danych i odczytywał 10 próbek podczas każdego odpytania. Średnią z tych próbek przyjmij jako wywieraną siłę. Uwaga: Równocześnie można mierzyć odpowiedź galwaniczna skóry (GSR). W tym celu laptop służący do podawania bodźców wymaga portu równoległego do połączenia z systemem akwizycji danych GSR, aby zsynchronizować GSR z innymi pomiarami. Aby zminimalizować obciążenie laptopa do podawania bodźców, użyj osobnego komputera do rejestrowania mierzonego sygnału GSR. Pomiary GSR nie są dalej omawiane.

Rysunek 1. Konfiguracja sprzętowa dla zadania siły chwytu.

2. Procedura:
   1. Ustaw sprzęt na stole lub innej stabilnej powierzchni, jak pokazano na Rysunku 1. Poczekaj, aż system akwizycji danych połączy się z laptopem.
   2. Przed rozpoczęciem zadania zbierz pomiar bazowy dla przetwornika siły chwytu oraz pomiar maksymalnego wysiłku uczestnika, zwany w dalszej części tekstem maksymalnym skurczem dobrowolnym (MVC).
      1. Umieść przetwornik siły chwytu na stole i dokonaj pomiaru bazowego.
      2. Aby zmierzyć MVC, poproś uczestnika o chwycenie przetwornika siły chwytu i wybranie wygodnej pozycji ramienia, którą będzie utrzymywać przez cały czas trwania zadania. Poinstruuj uczestnika, aby pięć razy ścisnął przetwornik tak mocno, jak to możliwe, a średnią z pięciu tych prób przyjmij jako maksymalną kalibrację dla zadania.
         Uwaga: Siła wywierana przez uczestnika w okresie odpowiedzi jest mierzona jako procent różnicy między wartością bazową a MVC w następujący sposób:
         Jeśli wysiłek jest ujemny, zostaje on ustawiony na minimalną siłę równą zero, a jeśli jest większy niż MVC zmierzony podczas kalibracji, zostaje ustawiony na maksymalny wysiłek wynoszący 100 jednostek. Robi się to w celu uwzględnienia wszelkich pozostałych szumów po zastosowaniu wygładzania dla 10 punktów próbkowania, jak opisano powyżej. Wynikowa seria próbek wysiłku jest akumulowana w okresie odpowiedzi i zapisywana jako odpowiedź wysiłkowa dla danej próby.
   3. Rozpocznij zadanie.
      Uwaga: Jeśli sesja zadaniowa jest długa, efekty zmęczenia można uwzględnić, mierząc MVC również na końcu zadania i odnosząc efekt zmęczenia do różnicy między wartościami MVC na początku i na końcu sesji.
3. Kluczowe zmienne zależne:
   Metoda ta rejestruje krzywą siła-czas dla każdej próby. Z krzywej siła-czas wyodrębnij następujące zmienne: pole pod krzywą (AUC), maksymalną lub szczytową siłę oraz tempo lub nachylenie krzywej siła-czas.
4. Zastosowania:
   Poniżej opisano trzy zastosowania pomiaru siły chwytu.
   1. Badanie względnej wartości nagrody: zadanie Effortful Picture Selection.
      Uwaga: Zadanie to mierzy względny wysiłek, jaki uczestnicy są skłonni podjąć, aby zobaczyć różne rodzaje nagradzających obrazów, takich jak żywność i dobra konsumpcyjne. Oceny wysiłku są powiązane z subiektywnymi ocenami preferencji dla tych samych obrazów. Projekt eksperymentalny jest następujący:
      1. W każdej próbie zadania zaprezentuj dwa obrazy obok siebie; jeden to duży (300 x 300 pikseli) i wyraźnie widoczny obraz domyślny, a drugi to mały (5 x 5 pikseli) niewyraźny obraz niedomyślny. Wywieranie siły na przetwornik powiększa obraz niedomyślny i pomniejsza obraz domyślny.
      2. Wybierz 6 obrazów z trzech kategorii nagród: żywność wysokokaloryczna, żywność niskokaloryczna oraz nagradzające przedmioty niebędące żywnością (specyficzne dla płci). Poproś grupę zdrowych ochotników o niezależną ocenę subiektywnego polubienia tych obrazów. Stwórz pary obrazów w taki sposób, aby każdy obraz był sparowany ze wszystkimi obrazami z dwóch pozostałych kategorii. Zrównoważ pary (counterbalance) tak, aby każdy obraz pojawiał się jako domyślny i niedomyślny w równej liczbie prób.
      3. Przeprowadzenie zadania: Wykonaj wszystkie kroki opisane w sekcji 1.2.
      4. Wyjaśnij uczestniczce strukturę próby i poinformuj ją, że może zwiększyć rozmiar obrazu niedomyślnego, a odpowiadnio zmniejszyć rozmiar obrazu domyślnego, ściskając przetwornik.
         Uwaga: Zrównoważenie zapewnia, że wszystkie obrazy będą miały taką samą liczbę prób, w których wysiłek będzie je powiększał lub pomniejszał.
      5. Ustaw siłę wymaganą do maksymalnego powiększenia obrazu niedomyślnego na 10% MVC każdej osoby (procent ten może wymagać indywidualnego ustawienia dla każdego modułu Biopac).
         Uwaga: Zależność między wywieraną siłą a rozmiarem obrazu jest określana w następujący sposób. Przy założeniu, że zarówno obraz tła, jak i pierwszy plan są kwadratami, niech lB i lF będą odpowiednio długością obrazu tła i pierwszego planu. Niech g, GMVC oraz, GBASE będą odpowiednio odpowiedzią siły chwytu zmierzoną w okresie odpowiedzi próby, maksymalną siłą zmierzoną podczas kalibracji oraz wartością bazową zmierzoną podczas kalibracji. Dalej, zakładając liniową zależność między siłą chwytu a rozmiarem obrazu, lB i lF można zapisać jako
         
         przy ograniczeniach
         
         gdzie
         
         Ograniczenia te gwarantują, że obraz nie powiększy się bardziej niż Lmax, nawet jeśli wywierana będzie siła przekraczająca GMVC.
      6. Przedstaw krótką demonstrację zadania.
      7. Poinformuj uczestniczkę, że może oglądać obrazy według uznania, w zależności od tego, jaki wysiłek podejmie. Pozostaw uczestniczkę samą do ukończenia zadania.
      8. Po zakończeniu zadania zbierz oceny polubienia dla każdego obrazu, korzystając z wizualnych skal analogowych.
      9. Aby przeanalizować dane, dla każdego obrazu oblicz średnią z pól pod krzywymi siła-czas we wszystkich próbach, w których był on obrazem niedomyślnym i wymagany był wysiłek do jego powiększenia. Średnia wartość AUC jest przyjmowana jako miara motywacji dla tego konkretnego obrazu.
   2. Badanie podprogowej motywacji do jedzenia.
      Uwaga: Używając zarówno podprogowej, jak i świadomej prezentacji bodźców, zadanie to bada motywację do jedzenia na obu tych poziomach. Poniższy opis opiera się na wcześniejszym badaniu wykorzystującym sytość specyficzną dla zmysłów (patrz Ziauddeen et al.¹⁶). Projekt eksperymentalny jest następujący:
      1. Wybierz trzy bodźce: potrawę słoną, potrawę słodką i neutralny przedmiot niebędący jedzeniem. Zbierz dwa obrazy każdego elementu, jeden do próby świadomej, a drugi do prób podprogowych, aby zminimalizować efekty bezpośredniej specyfikacji motorycznej¹². Za pomocą programu Adobe Photoshop sformatuj wszystkie obrazy tak, aby miały taką samą luminancję i to samo wzorzyste tło (szachownicę 1 mm kwadratów żółtych, czerwonych, zielonych i brązowych). Rozmyj krawędzie obrazu za pomocą pojedynczego przejścia.
      2. Stwórz obraz maski poprzez losowe przemieszanie wszystkich zdjęć, a następnie połącz je w celu utworzenia obrazu kompozytowego.
      3. Prezentacja podprogowa jest realizowana za pomocą maskowania typu „sandwich”. Aby to zrobić, zaprezentuj obraz maski przez 200 ms, następnie obraz bodźca przez 33 ms, a po nim ponownie maskę przez 267 ms. W próbach świadomych zaprezentuj maskę przez 200 ms, następnie obraz bodźca przez 200 ms i maskę wsteczną przez 100 ms. Całkowity czas prezentacji wynosi 500 ms w obu typach prób.
      4. Po zaprezentowaniu zamaskowanego bodźca rozpocznij okno odpowiedzi, podczas którego uczestnik może wywierać siłę na przetwornik siły chwytu. Zapewnij informację zwrotną w czasie rzeczywistym w postaci poziomu cieczy na ekranie.
         Uwaga: We wszystkich zadaniach wykorzystujących poziom cieczy jako informację zwrotną dla uczestników, wysokość kolumny oraz maksymalna wysokość, jaką można osiągnąć, są zmieniane losowo w kolejnych próbach. Np. wysokość kolumny jest ustawiona tak, aby zmieniać się między 100, 110 a 120 jednostek, a maksymalna wysokość, którą można osiągnąć, między 80, 90 a 100 jednostek jako procent maksymalnej siły każdego uczestnika zmierzonej na początku zadania. Chociaż informacja zwrotna odgrywa ważną rolę w angażowaniu badanych w zadanie, taka konfiguracja zapewnia, że nie ma stałej zależności między wywieraną siłą a wysokością poziomu cieczy z próby na próbę. Celem jest zapobieganie modulowaniu wysiłku przez uczestników w celu osiągnięcia konkretnej informacji zwrotnej, np. doprowadzenia poziomu cieczy do samej góry. Uczestnicy są wyraźnie informowani, że informacja zwrotna jest niewiarygodna i otrzymują instrukcję, aby sami oceniali swój wysiłek, a nie polegali na poziomie cieczy.
      5. W każdej próbie zaprezentuj krzyżyk fiksacyjny przez 500 ms, następnie zamaskowany bodziec przez 500 ms, a potem okno odpowiedzi z informacją zwrotną w postaci poziomu cieczy przez 3000 ms.
      6. Przeprowadzenie zadania: Wykonaj wszystkie kroki opisane w sekcji 1.2.
      7. W każdej próbie poproś uczestniczkę o skupienie uwagi na centralnym krzyżyku fiksacyjnym. Wyjaśnij jej, że gdy pojawi się poziom cieczy, może ścisnąć przetwornik siły, aby zdobyć punkty na rzecz właśnie zaprezentowanego elementu. Wyjaśnij, że w niektórych próbach obraz może być trudny do zobaczenia i zasugeruj, aby kierowała się instynktem. Podkreśl, że informacja zwrotna jest niewiarygodna.
      8. Przeprowadź zadanie w tak wielu blokach, jak jest to wymagane.
      9. Po zakończeniu zadania sprawdź, jak skuteczna była procedura maskowania. Można to zrobić na dwa sposoby: zbierając subiektywny raport uczestnika oraz wykonując dyskryminację z wymuszonym wyborem. W tym drugim przypadku zaprezentuj zamaskowany bodziec tak jak w głównym zadaniu, a następnie dwie opcje i poproś uczestnika o wskazanie, który z nich został właśnie zaprezentowany. Zaprezentuj każdy obraz tyle razy, ile pojawił się w każdym bloku zadania głównego.
      10. Oblicz indeks rozróżnialności (d') zgodnie z teorią detekcji sygnałów; jeśli maskowanie zadziałało dobrze, d' powinno być bliskie zeru.
   3. Badanie motywacji związanej z żywnością w skanerze.
      1. Używając gumowej gruszki do pomiaru siły chwytu i towarzyszącego jej przetwornika ciśnienia, zadania oparte na sile chwytu można przeprowadzać w skanerze MRI. Jeśli stosowana jest informacja zwrotna, należy to zrobić zgodnie z sekcją 1.4.2.

2. Gotowość do zapłaty jako miara wartości nagrody

Uwaga: Zadanie to można zaprogramować w dowolnym odpowiednim oprogramowaniu do prezentacji bodźców; wymagany jest jedynie standardowy komputer stacjonarny lub laptop. Opisana tutaj wersja została zaprogramowana w programie Presentation (wersja 14.5, Neurobehavioral Systems).

1. Procedury:
   Uwaga: Niniejsza procedura jest modyfikacją komputerowej procedury aukcyjnej opracowanej przez Plassmanna ¹³. Procedura aukcyjna przebiega następująco:
   1. Aukcja składa się z serii rund, w każdej z których występuje jeden produkt spożywczy. Należy sfotografować wszystkie produkty na identycznych talerzach i na tym samym tle. Przed rozpoczęciem zadania należy pokazać uczestnikom rzeczywiste talerze użyte na zdjęciach, aby zapewnić dokładne poczucie skali.
   2. Należy przekazać uczestnikom stały budżet pieniężny, np. £3.
   3. Należy poinformować uczestniczkę, że przejdzie ona przez kilka rund aukcji i w każdej z nich może złożyć ofertę. Ofertę może określić na skali suwakowej od £0 do £3 w odstępach co 10p.
   4. Należy poinformować uczestniczkę, że na koniec aukcji zostanie wybrana jedna runda, która będzie tą decydującą. W związku z tym nie musi ona rozdzielać budżetu £3 na różne rundy i może traktować każdą rundę tak, jakby była jedyną.
   5. Należy poinformować uczestniczkę, że w każdej rundzie licytować będzie przeciwko niej komputer. Jeśli przebije ofertę komputera w wybranej rundzie, wygrywa produkt spożywczy i musi zapłacić jedynie kwotę zaoferowaną przez komputer, a resztę pieniędzy zachowuje dla siebie. Jeśli jednak komputer przebije jej ofertę lub zaoferuje taką samą kwotę, uczestniczka nie otrzymuje produktu, ale zachowuje swój budżet pieniężny.
   6. Należy wyjaśnić uczestniczce, że przy takich zasadach najlepszą strategią licytowania w tej aukcji jest zaoferowanie kwoty najbliższej tej, którą naprawdę byłaby skłonna zapłacić za oferowany produkt spożywczy.
      Uwaga: Oferta zebrana w ten sposób odpowiada jej WTP (gotowości do zapłaty).
2. Zastosowania:
   1. Badanie czułości pomiaru na zmiany stanu wewnętrznego.
      Uwaga: W ramach dowodu koncepcji zbadano czułość pomiaru na zmiany wartości w zależności od głodu i sytości. Zdrowi ochotnicy o prawidłowej masie ciała wzięli udział w procedurze aukcyjnej przed i po spożyciu posiłku o stałej kaloryczności (550 kCal). Zastosowano manipulację sytością specyficzną dla bodźca sensorycznego.
      1. Zebierz oceny głodu i sytości na wizualnej skali analogowej.
      2. Przeprowadź pierwszy blok zadania zgodnie z opisem w sekcji 2.1. Zaprojektuj zadanie tak, aby planowany produkt spożywczy został wybrany jako runda decydująca, pod warunkiem złożenia oferty różnej od zera.
      3. Przekaż uczestnikowi wygrany produkt i daj mu 15 min na spożycie posiłku. Odejmij kwotę zapłaty z budżetu £3.
      4. Ponownie zbierz oceny głodu i sytości.
      5. Przeprowadź drugi blok zadania z nowym budżetem £3. W drugim bloku żadna żywność nie zostaje wygrana.
      6. Porównaj WTP dla różnych produktów w obu blokach.
   2. Przyszłe zastosowania: Badanie układów neuronalnych zaangażowanych w obliczanie wartości.
      Uwaga: Zadanie to można przygotować i przeprowadzić w skanerze fMRI w celu zbadania neuronalnych korelatów obliczania wartości. Zostało ono niedawno wykorzystane w farmakologicznym badaniu fMRI analizującym wpływ czynników dopaminergicznych na obliczanie wartości nagrody pokarmowej. Uczestnicy wykonali pojedynczy blok zadania po otrzymaniu pojedynczej dawki agonisty dopaminy (bromokryptyny), antagonisty dopaminy (sulpirydu) lub placebo. Procedura była niemal identyczna z opisaną w sekcji 2.1, z wyjątkiem faktu, że skala była ustawiona na przyrosty co 20p. W porównaniu do podobnych zadań¹³, pomiar ten pozwala na uchwycenie WTP jako zmiennej bardziej ciągłej, w przeciwieństwie do zmiennej dyskretnej przyjmującej maksymalnie 4 wartości (odpowiadających każdemu przyciskowi standardowego panelu przycisków MRI).

Wyniki

Poniżej przedstawiono reprezentatywne wyniki dla różnych zastosowań każdej z opisanych powyżej metod:

Siła uścisku jako miara motywacji

Badanie względnej wartości nagrody: zadanie Effortful Picture Selection

To konkretne zadanie zostało wykorzystane w badaniu dowodu koncepcji nowego leku będącego antagonistą receptorów opioidowych mu, GSK1521498, opracowanego do leczenia napadowego objadania się i otyłości¹⁴. W badaniu tym¹⁵ osoby z otyłością i napadowym objadaniem się zostały randomizowany do otrzymywania przez 4 tygodnie placebo lub GSK1521498 w dawce 2 mg/dobę lub 5 mg/dobę. Celem było ustalenie, czy działanie leku będzie specyficzne dla nagród żywnościowych, nie wpływając na inne rodzaje nagród. Rysunki 2 i 3 przedstawiają dane z grup otrzymujących placebo oraz 5 mg/dobę odpowiednio dla nagród żywnościowych i nieżywnościowych. Kluczowym pytaniem w tym badaniu było to, czy lek wywrze specyficzny wpływ na nagrody żywnościowe, a niniejszy pomiar pozwolił na zbadanie tej kwestii. Rysunek 2 pokazuje specyficzny efekt leku na motywację do spożywania żywności wysokokalorycznej, natomiast z Rysunku 3 wynika, że nie odnotowano wpływu na nagradzające obrazy nieżywnościowe.

Rycina 2. Zadanie wysiłkowego wyboru obrazów: poniesiony wysiłek i oceny preferencji dla obrazów jedzenia. Górny panel przedstawia siłę uścisku oraz odpowiadające jej oceny preferencji w stanie wyjściowym w obu grupach, a osobno dla grupy placebo i grupy GSK1521498 po zakończeniu leczenia. Widać, że różnica między siłą uścisku dla obrazów jedzenia wysokotłustego (HF) a niskotłustego (LF) nie jest już istotna po leczeniu lekiem, mimo że subiektywna preferencja tych obrazów jest wyższa. Dolny panel przedstawia korelacje między wywieraną siłą a ocenami preferencji dla obrazów jedzenia wysokotłustego, ponownie w stanie wyjściowym dla obu grup oraz osobno w 28. dniu. Korelacja między tymi dwoma pomiarami jest widoczna w stanie wyjściowym oraz w grupie placebo po zakończeniu leczenia, ale zanika w grupie przyjmującej lek (*p < 0,05; **p < 0,01; ***p < 0,001). Rycina ta została powielona z pracy Cambridge et al.¹⁴). Klknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 3. Zadanie Effortful Picture Selection: poniesiony wysiłek i oceny lubienia dla obrazów niebędących jedzeniem. Lewy panel przedstawia siłę włożoną w obejrzenie nagradzających obrazów niebędących jedzeniem w grupie placebo (PBO) i grupie GSK1521498 (498 5 mg). Prawy panel przedstawia oceny lubienia dla tych samych obrazów. Widać, że nie ma istotnych efektów leku w zakresie motywacji do oglądania lub subiektywnego lubienia nagradzających obrazów niebędących jedzeniem. Rycina ta została powielona z pracy Cambridge et al.¹⁴).

Badanie motywacji podprogowej

Ta konkretna aplikacja pochodzi z wcześniejszego badania, w którym uczestnicy wykonali dwa bloki zadania siłowego z zachętą żywnościową¹⁶. Pomiędzy blokami zostali oni poddani specyficznej sytości (sensorycznej) w odniesieniu do jednego z dwóch produktów spożywczych; wszyscy uczestnicy otrzymali 30% swojego dziennego zapotrzebowania kalorycznego podczas tego jednego epizodu jedzenia. W każdej próbie mieli możliwość zdobycia punktów w kierunku nagrody, zależnie od siły wywartej na przetworniku siły uścisku. Przeprowadzono próby świadome, w których nagroda była prezentowana przez 200 msec, oraz próby podprogowe, w których była ona prezentowana jedynie przez 33 msec. Dostępne były dwie nagrody spożywcze, pizza i ciasto, oraz jedna nagroda niespożywalna, która służyła jako element kontrolny. Prezentacja podprogowa została osiągnięta za pomocą procedury maskowania typu „sandwich” z wykorzystaniem maski przedniej i tylnej. W analizie danych zmienną zależną było siła uścisku, obliczana jako pole pod krzywą siły (AUC) dla wszystkich prób. Aby umożliwić porównania między wszystkimi uczestnikami, dla każdego badanego AUC dla każdego typu próby zostało znormalizowane względem maksymalnego średniego AUC z 6 typów (syty, niesyty, niespożywalny; zarówno po posiłku, jak i na czczo). Pozwoliło to na uzyskanie znormalizowanego wyniku w przedziale 0-1 dla każdego uczestnika. Aby kontrolować zmęczenie, poposiłkową ociężałość oraz nieswoiste efekty między sesjami po posiłku i na czczo, AUC dla elementu niespożywalnego w każdej sesji służyło jako linia bazowa i zostało odjęte od pomiarów dla stanów sytości i niesytości. (Więcej szczegółów znajduje się w pracy Ziauddeen et al.¹⁶). Można zauważyć, że motywacja w przypadku sytości konkretnym pokarmem spada zarówno w warunkach świadomych, jak i podprogowych (patrz Rysunek 4).

Rysunek 4. Specyficzna sytość moduluje wysiłek motywacyjny. (A) Zmiana ocen głodu i sytości w zależności od spożycia pokarmu. (B, C) Uczestnicy wykazali mniejszy wysiłek w celu uzyskania pokarmu, który przed chwilą spożyli, ale nadal przykładali wysiłek w celu uzyskania innego pokarmu, niezależnie od świadomości. Oś Y przedstawia pole pod krzywą znormalizowane w obrębie badanego i skorygowane o zmiany podstawowe. Rysunek powielono z pracy Ziauddeen et al.¹⁵). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Badanie motywacji związanej z jedzeniem w skanerze

Uczestnicy wykonali w skanerze sesję zadania siły motywacyjnej, podczas której ściskali gumową gruszkę, aby zdobyć punkty uprawniające do otrzymania wysokokalorycznych i niskokalorycznych produktów spożywczych na lunch po zakończeniu sesji. Rysunek 5 przedstawia ilustracyjne dane od 10 badanych z niedawnego badania fMRI nad działaniem leków, wykazujące, że zadanie to pozwala uchwycić różnice w motywacji do spożywania produktów wysoko nagradzających w porównaniu z produktami mniej nagradzającymi.

Rycina 5. Siła wywierana dla różnych kategorii nagród. Badani ściskali gumową gruszkę do pomiaru siły chwytu w skanerze, aby zdobywać punkty na przedmioty z 3 różnych kategorii (HF: produkty wysokokaloryczne, LF: produkty niskokaloryczne, NF: neutralne produkty niejadalne).

Gotowość do zapłaty jako miara wartości nagrody

Rysunek 6 przedstawia wyniki badania dowodu koncepcji dotyczącego wpływu sytości na gotowość do zapłaty za nagrody żywnościowe. Aby ułatwić porównanie wewnątrzgrupowe, oferty każdego badanego zostały znormalizowane poprzez podzielenie ich przez ofertę maksymalną. Widać, że uczestnicy byli skłonni zapłacić więcej za produkty spożywcze w pierwszej rundzie. Wartość ta uległa zmniejszeniu w wyniku nasycenia 600 kaloriami produktu testowego, co odzwierciedlono w niższych ofertach w drugiej rundzie. Wydawało się, że efekt nasycenia był silniejszy w przypadku produktów słonych w porównaniu z produktami słodkimi, lecz nie było to istotne statystycznie.

Rycina 6. Wpływ sytości na gotowość do zapłacenia (WTP). W badaniu wzięło udział 10 zdrowych ochotników. Widać, że znormalizowana średnia oferta spadła po nasyceniu posiłkiem badawczym. Ponieważ zastosowano manipulację sytością specyficzną dla bodźców sensorycznych, wyniki drugiej aukcji przedstawiono oddzielnie dla produktów z kategorii sycącej i niesycącej. Choć wydaje się, że efekt w przypadku produktów z kategorii sycącej był większy, nie było on istotne statystycznie.

Dyskusja

W tym artykule opisano zestaw miar do pomiaru motywacji do nagród żywnościowych i wartości nagrody. Zastosowanie miar siły chwytu do badania motywacji związanej z jedzeniem u ludzi jest szczególnie nowatorskie. Przedstawiono reprezentatywne wyniki dla większości opisanych zastosowań, wykazując wartość tych metod i ich wrażliwość na manipulacje metaboliczne i farmakologiczne, a tym samym ich potencjalne dalsze wykorzystanie w przyszłych badaniach motywacji związanej z żywnością oraz w badaniach leków przeciw otyłości. Te bardziej obiektywne miary można łatwo przenieść i porównać w różnych ustawieniach. Przydatne byłoby również rozważenie wpływu indywidualnej zmienności na te miary poprzez zbadanie wpływu na nie cech takich jak impulsywność.

Należy podkreślić kilka ważnych punktów. W przypadku korzystania z zadań związanych z siłą chwytu kluczowe znaczenie ma wstępna kalibracja i uchwycenie MVC. Idealnie jest uchwycić reakcję chwytu od początku każdej próby i nie ograniczać jej wyłącznie do wyznaczonego okna reakcji, ponieważ pozwala to na zbadanie przedwczesnej reakcji. Moduły Biopac MP150 są nieco zróżnicowane, dlatego każdy moduł powinien zostać przetestowany w celu określenia ustawień, które są najbardziej odpowiednie dla tego elementu wyposażenia. Tam, gdzie używane są niestandardowe obrazy, bardzo ważne jest, aby poddać je niezależnej ocenie, aby określić, jak bardzo są postrzegane. Ważnym ograniczeniem wszystkich tych miar jest to, że nie rejestrują one upodobania do używanych nagród w postaci jedzenia, dlatego ważne jest, aby po wykonaniu zadania zebrać miary subiektywnego upodobania za pomocą wizualnych skal analogowych lub innych odpowiednich narzędzi. Można je następnie porównać ze środkami motywacyjnymi lub wykorzystać do modelowania wpływu innych zmiennych na podstawowe zmienne zależne. Należy jednak zauważyć, że w badaniach, w których spożywane są rzeczywiste nagrody żywnościowe, na oceny polubień zebrane po wykonaniu zadania prawdopodobnie wpłynie spożycie żywności. Podkreśla to, jak ważne jest posiadanie nie tylko reprezentatywnych zdjęć, ale także reprezentatywnych produktów spożywczych , np. czekoladowego brownie, które wygląda i smakuje jak większość czekoladowych ciasteczek; i mieć je niezależnie oceniane.

Wreszcie, ważne jest, aby przyznać, że wszystkie te środki wykorzystują zdjęcia jedzenia jako reprezentacje nagród żywnościowych, a nie rzeczywistych nagród żywnościowych. Chociaż wiąże się to z pewnymi ograniczeniami, zachowania antycypacyjne w stosunku do jedzenia i decyzje dotyczące jedzenia są często kierowane przez reprezentacje jedzenia, a nie przez natychmiastową nagrodę konsumpcyjną. Niemniej jednak, dla opisywanych tutaj metod istotne jest, aby kiedy są one powiązane z wynikami takimi jak wygrana licytacja żywności, powinny być osiągnięte rzeczywiste wyniki.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
System akwizycji danych Biopac MP150	Biopac Systems Inc
TSD121C ręczny dynamometr izometryczny	Biopac Systems Inc	TSD121C	Przetwornik siły uchwytu
DA100C Wzmacniacz przetwornika ogólnego przeznaczenia	Biopac Systems Inc	DA100C	Interfejs między MP150 a TSD121C
SS56L Żarówka zaciskająca uchwyt	Biopac Systems Inc	SS56L	Bezpieczny rezonans magnetyczny gumowa gruszka zaciskowa
TSD160C przetwornik różnicy ciśnień	Biopac Systems Inc	TSD160C	Interfejs między MP150 a TSD160C
PowerLab 8/30 lub 8/35	ADinstruments Ltd	PL358	Tylko do pomiaru Galvanic Skin Response (GSR)
FE116 Wzmacniacz GSR	ADInstruments Ltd	FE116 Tylko	do pomiaru GSR
MLT116F  Elektrody GSR	ADInstruments Ltd	MLT116F	Dostarczane ze wzmacniaczem GSR
Port Compute Ethernet i kompatybilne z MP150			Do dostarczania bodźców i wykonywania zadań. Port Ethernet do podłączenia do komputera Biopac MP150
z portem			do nagrywania GSR. Port równoległy wymagany do interfejsu z modułem API Powerlab 8/30
dla sprzętu Biopac	Biopac Systems Inc
Cogent i Cogent graficzne toolboxy, wersja 1.29	publicznie dostępne		Pobierz z Laboratorium Neurobiologii, UCL
Labchart 6 lub nowszy	ADInstruments Ltd		Do wyświetlania bodźców
Moduł inpout.dll do komunikacji przez port równoległy	publicznie dostępny		Tylko do pomiaru reakcji galwanicznej skóry
MATLAB R2009a	Mathworks Inc		Programowanie głównego zadania

równoległym