過度進(jìn)食肥胖癥腦獎(jiǎng)賞功能異常與運(yùn)動(dòng)治療：腦功能成像證據(jù)

高峰 焦廣發(fā) 董東

1河北師范大學(xué)體育學(xué)院人體運(yùn)動(dòng)生物信息測(cè)評(píng)省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（石家莊 050024）2河北體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)系（石家莊 050041）3河北師范大學(xué)數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院（石家莊 050024）

遺傳、飲食、行為和環(huán)境是肥胖癥四大誘因。腦功能成像技術(shù)也進(jìn)一步證實(shí)，進(jìn)食行為、大腦獎(jiǎng)賞功能和肥胖發(fā)生之間存在密切聯(lián)系。本文旨在對(duì)過度進(jìn)食者大腦獎(jiǎng)賞功能異常的多模態(tài)腦功能成像證據(jù)進(jìn)行梳理，對(duì)大腦獎(jiǎng)賞功能與能量穩(wěn)態(tài)功能在人類進(jìn)食行為和肥胖發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控作用進(jìn)行評(píng)述，探討基于腦功能成像技術(shù)開發(fā)獎(jiǎng)賞功能異常診斷標(biāo)準(zhǔn)的可能性，為運(yùn)動(dòng)防肥減肥提供新的干預(yù)靶點(diǎn)。

1 腦功能成像技術(shù)發(fā)展

腦功能成像技術(shù)是將不同人群在從事特定任務(wù)事件中所激活的腦區(qū)以圖像形式呈現(xiàn)，研究結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的神經(jīng)成像技術(shù)。目前用于人類進(jìn)食行為研究的腦功能成像技術(shù)有：（1）基于電磁學(xué)理論的腦電圖、相關(guān)事件電位和腦磁圖，可檢測(cè)大腦對(duì)誘發(fā)刺激響應(yīng)的電或磁信號(hào)，其對(duì)腦功能活動(dòng)區(qū)判定的時(shí)間分辨率高，但空間分辨率較低；（2）基于血流動(dòng)力學(xué)的功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、正電子發(fā)射斷層掃描、單一正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描和近紅外腦功能成像（functional near infrared spectroscopy，fNIRS）可檢測(cè)“腦-進(jìn)食線索”間獎(jiǎng)賞信息的加工過程，具有良好的空間分辨率，但時(shí)間分辨率不及腦電圖[1]。其中fNIRs技術(shù)和fMRI技術(shù)具有共同的神經(jīng)生理學(xué)基礎(chǔ)即神經(jīng)血管耦合機(jī)制。神經(jīng)血管耦合機(jī)制是指當(dāng)大腦受到線索刺激或執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)時(shí)，處于激活狀態(tài)的相應(yīng)腦區(qū)局部血流量和氧代謝率會(huì)顯著增加，氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白發(fā)生相應(yīng)的改變。fMRI是利用核磁共振造影測(cè)量神經(jīng)元興奮引起的腦血流改變，通過腦血氧水平依賴指標(biāo)推測(cè)腦皮層功能狀態(tài)和皮層下如腹側(cè)紋狀體、蒼白球、丘腦和下丘腦等信號(hào)加工過程。而fNIRS主要依賴于近紅外光與腦組織中生色物質(zhì)之間的吸收和散射關(guān)系，根據(jù)Beer-Lambert定律推算激活腦區(qū)血氧和血容量的變化，從而反映與進(jìn)食行為密切相關(guān)的腦皮層區(qū)血流動(dòng)力學(xué)變化，如前額葉皮層、眶額葉皮層、顳葉皮層和額顳葉等。

目前，借助不同腦功能成像技術(shù)可確定不同人群進(jìn)食行為（食物偏好、進(jìn)食頻率和食物能量密度等）與特定腦功能狀態(tài)的關(guān)聯(lián)[2]，針對(duì)這種結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)采用統(tǒng)計(jì)技術(shù)（區(qū)域間相關(guān)、因素分析、動(dòng)態(tài)因果建模等）獲取進(jìn)食行為相關(guān)的大腦獎(jiǎng)賞功能激活模式，進(jìn)而對(duì)過度進(jìn)食肥胖癥的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，則是目前的發(fā)展方向。

2 進(jìn)食行為、肥胖與腦獎(jiǎng)賞功能異常

目前學(xué)術(shù)界公認(rèn)的肥胖與進(jìn)食行為關(guān)系的兩大理論是“自體能量調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)失衡”和“大腦獎(jiǎng)賞功能異?！崩碚揫3]。自體能量調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)失衡理論認(rèn)為，機(jī)體對(duì)能量?jī)?chǔ)備不足的調(diào)節(jié)能力要遠(yuǎn)大于對(duì)能量過剩的調(diào)節(jié)能力，這種不對(duì)稱性穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)易導(dǎo)致在美味食物豐富環(huán)境下的過度進(jìn)食行為發(fā)生，促進(jìn)肥胖的發(fā)生與發(fā)展。大腦獎(jiǎng)賞功能異常理論認(rèn)為，進(jìn)食行為受到雙信號(hào)通路調(diào)控，即內(nèi)環(huán)境能量信號(hào)通路和外環(huán)境食物線索信號(hào)通路。食物線索刺激包括口味、顏色、形狀、氣味、能量密度等，食物線索刺激和進(jìn)食后的體驗(yàn)（愉快/厭惡）促進(jìn)人類在出生后逐步形成穩(wěn)定的大腦食物獎(jiǎng)賞調(diào)節(jié)信號(hào)系統(tǒng)[4]。美味可口的食物所帶來的愉悅感是促使個(gè)體非饑餓或飽腹后過度進(jìn)食強(qiáng)有力的內(nèi)驅(qū)力。大腦獎(jiǎng)賞信號(hào)系統(tǒng)在食物線索觸發(fā)-進(jìn)食行為-中樞愉快獎(jiǎng)賞的刺激與強(qiáng)化的習(xí)服過程中，會(huì)出現(xiàn)獎(jiǎng)賞過度現(xiàn)象，即大腦對(duì)食物線索產(chǎn)生獎(jiǎng)賞期待過高或超敏感，導(dǎo)致正常進(jìn)食引起的愉快感獎(jiǎng)賞不能與預(yù)期相匹配，而出現(xiàn)進(jìn)食過度的現(xiàn)象[5]。目前研究證實(shí)，大腦獎(jiǎng)賞功能異常是獎(jiǎng)賞期望（眶額葉、島葉和扣帶回）、學(xué)習(xí)記憶（海馬、杏仁、紋狀體和丘腦）、獎(jiǎng)賞權(quán)衡（伏隔核和腹側(cè)被蓋區(qū)）和決策執(zhí)行（前額葉）這4個(gè)腦功能區(qū)/核團(tuán)間相互作用的結(jié)果[6]。

進(jìn)食行為、進(jìn)食獎(jiǎng)賞和能量穩(wěn)態(tài)是肥胖防治的3個(gè)關(guān)鍵調(diào)節(jié)靶點(diǎn)（見圖1）。進(jìn)食行為是生理性需求和心理性渴望驅(qū)動(dòng)的人類行為。進(jìn)食行為的生理需求滿足是通過能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)的，而進(jìn)食行為的心理需求滿足則通過獎(jiǎng)賞功能獲取，可見人類進(jìn)食行為受到雙重信號(hào)調(diào)控[7]。肥胖的形成過程中多伴有進(jìn)食行為的改變，這與大腦獎(jiǎng)賞系統(tǒng)調(diào)節(jié)異常有關(guān)，但兩者間的因果關(guān)系尚未探明。是豐富食物環(huán)境引發(fā)進(jìn)食行為改變，進(jìn)而大腦獎(jiǎng)賞功能失常引發(fā)過度進(jìn)食行為，還是肥胖引發(fā)大腦獎(jiǎng)賞功能異常進(jìn)而引發(fā)進(jìn)食過度？這分別涉及學(xué)習(xí)記憶的正強(qiáng)化機(jī)制，大腦獎(jiǎng)賞系統(tǒng)神經(jīng)信號(hào)通路突觸的可塑性變化機(jī)制，以及獎(jiǎng)賞和沖動(dòng)性進(jìn)食的神經(jīng)心理學(xué)機(jī)制，目前尚處于學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴階段。

圖1 大腦獎(jiǎng)賞功能和能量穩(wěn)態(tài)功能在機(jī)體進(jìn)食行為和肥胖發(fā)生中的雙信號(hào)調(diào)控[6,7]

3 過度進(jìn)食肥胖癥腦獎(jiǎng)賞功能異常：腦功能成像證據(jù)

過度進(jìn)食肥胖癥的臨床判定主要借助主觀測(cè)量法（食物渴望度和飽腹感的問卷測(cè)量）和客觀測(cè)量法（進(jìn)食量的測(cè)量和腦獎(jiǎng)賞功能神經(jīng)活性的腦成像測(cè)量）。研究顯示過度進(jìn)食肥胖癥雖具共同的行為學(xué)特征，但是腦獎(jiǎng)賞功能異常的表現(xiàn)形式卻不盡相同。腦功能成像技術(shù)是研究進(jìn)食行為相關(guān)的大腦獎(jiǎng)賞腦區(qū)結(jié)構(gòu)與功能的激活、多巴胺受體功能和多巴胺基因多態(tài)性的有效檢測(cè)手段[8]，近些年來基于腦功能成像技術(shù)的過度進(jìn)食肥胖癥成因與分型研究顯示，過度進(jìn)食肥胖癥按成因可分為腦獎(jiǎng)賞超敏感型、腦獎(jiǎng)賞缺失型和認(rèn)知反饋抑制受損型。而如何快速準(zhǔn)確判定過度進(jìn)食肥胖癥成因，并依據(jù)不同肥胖亞型來制定相應(yīng)防治方案，則是肥胖癥治療的瓶頸。

3.1 腦獎(jiǎng)賞超敏感的腦功能成像證據(jù)

腦獎(jiǎng)賞超敏感的成因理論認(rèn)為，由于食物是包含進(jìn)食前線索認(rèn)知刺激和進(jìn)食后代謝信號(hào)刺激的雙重外部刺激物，美味可口食物的反復(fù)攝入可促成食物線索與可口食物間的腦內(nèi)關(guān)聯(lián)形成，進(jìn)而造成大腦獎(jiǎng)賞功能區(qū)對(duì)食物線索信號(hào)產(chǎn)生過度神經(jīng)活化反應(yīng)，即大腦獎(jiǎng)賞超敏感或獎(jiǎng)賞預(yù)期過高，誘發(fā)過度進(jìn)食肥胖癥的形成[9]。腦功能成像的橫向比較研究證據(jù)一致顯示，大腦的獎(jiǎng)賞區(qū)對(duì)食物線索反應(yīng)雖具個(gè)體差異，但是成人和青少年過度進(jìn)食肥胖癥患者與健康體質(zhì)者相比，獎(jiǎng)賞功能區(qū)（腹側(cè)紋狀體、杏仁核和前額葉皮質(zhì)等）均表現(xiàn)出更高食物線索敏感，這是造成其心理性獎(jiǎng)賞期望過高的神經(jīng)生理學(xué)基礎(chǔ)[10,11]。近些年幾項(xiàng)前瞻性研究進(jìn)一步圍繞腦獎(jiǎng)賞功能異常是過度進(jìn)食的前因還是后果展開研究，美食圖片、食物廣告、食物形狀和食物的風(fēng)味均可激活獎(jiǎng)賞相關(guān)的腦區(qū)（見表1）。這些證據(jù)提示，檢測(cè)多巴胺能獎(jiǎng)賞系統(tǒng)（伏隔核、杏仁核和眶額葉皮質(zhì)）對(duì)食物線索的神經(jīng)功能反應(yīng)特征，是預(yù)測(cè)個(gè)體過度進(jìn)食肥胖癥發(fā)生和評(píng)價(jià)治療效果的有效方法。2016年一項(xiàng)薈萃分析研究表明，少年兒童的腦獎(jiǎng)賞功能與成年人相比存在顯著差異[12]，提示飲食行為對(duì)腦獎(jiǎng)賞功能具有可塑性影響。

表1 腦獎(jiǎng)賞功能對(duì)食物線索超敏性的前瞻性腦功能成像證據(jù)

3.2 腦獎(jiǎng)賞缺失的腦成像證據(jù)

腦獎(jiǎng)賞缺失型肥胖的成因理論認(rèn)為，腦內(nèi)基于多巴胺的腦獎(jiǎng)賞環(huán)路的合成/分泌障礙會(huì)造成腦內(nèi)獎(jiǎng)賞值下降，因此機(jī)體通過過度進(jìn)食以彌補(bǔ)降低的獎(jiǎng)賞值，進(jìn)而誘發(fā)過度進(jìn)食肥胖癥[12]。借助PET、SPECT和fMRI技術(shù)，探究多巴胺系統(tǒng)在進(jìn)食行為中的作用，結(jié)果顯示肥胖程度與多巴胺信號(hào)釋放量呈負(fù)相關(guān)，即隨著體脂肪率或體重身高指數(shù)（BMI）增加，背側(cè)紋狀體多巴胺合成水平降低[17]；肥胖還引發(fā)紋狀體多巴胺 D2/D3受體結(jié)合率較低[18]。有研究還顯示肥胖引發(fā)腦內(nèi)μ-阿片受體減少，但多巴胺 D2受體利用率未改變，推測(cè)除多巴胺啟動(dòng)的獎(jiǎng)賞調(diào)節(jié)環(huán)路外還有其它神經(jīng)環(huán)路參與大腦攝食獎(jiǎng)賞[19]。但一項(xiàng)動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期高脂飲食喂養(yǎng)降低小鼠腦內(nèi)多巴胺獎(jiǎng)賞環(huán)路對(duì)胃內(nèi)脂質(zhì)信號(hào)油酰乙醇胺（OEA）的反應(yīng)，導(dǎo)致低脂飲食難以使小鼠獲得獎(jiǎng)賞滿足，進(jìn)而形成高脂飲食偏好[20]。但是，獎(jiǎng)賞缺失與肥胖之間不是簡(jiǎn)單的因果關(guān)系，“腦獎(jiǎng)賞缺失型肥胖"是環(huán)境、飲食、情緒和行為交互作用的結(jié)果，獎(jiǎng)賞缺失只是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3.3 認(rèn)知反饋抑制受損的腦功能成像證據(jù)

認(rèn)知反饋抑制受損的肥胖成因理論則認(rèn)為，在非生理性饑餓下，長(zhǎng)期處于美味食物環(huán)境下而誘發(fā)的過度進(jìn)食，會(huì)使腦內(nèi)認(rèn)知控制功能異常，主要是前額葉和頂葉，造成攝食行為反饋抑制受損引發(fā)過度進(jìn)食肥胖癥[21]。目前該理論成因的前瞻性研究證據(jù)尚不充分。Batterink等[22]關(guān)于認(rèn)知反饋抑制與BMI關(guān)系的fMRI證據(jù)研究顯示，超重肥胖青少年對(duì)美食線索具有更強(qiáng)的進(jìn)食沖動(dòng)，但是其認(rèn)知反饋抑制區(qū)（眶額葉、前額葉皮質(zhì)內(nèi)側(cè)、額上回、額中回）神經(jīng)興奮性則低于體重偏低者，且腹內(nèi)側(cè)前額葉對(duì)美食線索的低激活與1年后BMI增加呈反比。另一項(xiàng)關(guān)于腦執(zhí)行功能對(duì)體重增加的預(yù)測(cè)作用的前瞻性fMRI證據(jù)研究顯示，肥胖者大腦額前回、額中回和額下回對(duì)不同難度的延遲折扣刺激任務(wù)的低激活應(yīng)答，可以預(yù)測(cè)其未來1.3～2.9年間體重呈增加趨勢(shì)[23]。

但是，一項(xiàng)基于認(rèn)知干預(yù)法人隨機(jī)對(duì)照研究也顯示，通過腦認(rèn)知控制干預(yù)提高肥胖者前額葉皮質(zhì)對(duì)高脂膳食的反應(yīng)，以抵抗腦內(nèi)獎(jiǎng)賞區(qū)對(duì)食物線索的超敏性，可以短暫減少過度進(jìn)食，但長(zhǎng)期減肥效果不佳。研究提示，獎(jiǎng)賞認(rèn)知抑制行為干預(yù)可對(duì)進(jìn)食行為產(chǎn)生抑制，但是肥胖者腦內(nèi)獎(jiǎng)賞區(qū)對(duì)食物線索的超敏一旦形成，難以單純依靠認(rèn)知干預(yù)恢復(fù)其正常的大腦獎(jiǎng)賞功能[24]。從人類進(jìn)化角度看，人類的能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)功能在面對(duì)豐富美食的環(huán)境時(shí)，反饋抑制的調(diào)節(jié)能力弱化[25]。

4 過度進(jìn)食肥胖癥運(yùn)動(dòng)治療與相關(guān)腦成像證據(jù)

運(yùn)動(dòng)與食欲和進(jìn)食行為之間的關(guān)系也一直是過度進(jìn)食肥胖癥運(yùn)動(dòng)治療領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。進(jìn)食和運(yùn)動(dòng)是決定人體能量平衡的兩個(gè)即相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的行為變量。從理論上看，保持機(jī)體趨向負(fù)能量穩(wěn)態(tài)平衡是降低體重的關(guān)鍵。運(yùn)動(dòng)鍛煉和飲食限制是最常用的誘導(dǎo)能量缺失的手段。20世紀(jì)90年代至今運(yùn)動(dòng)對(duì)人體食欲和運(yùn)動(dòng)后能量攝入影響的相關(guān)研究充分說明，急性運(yùn)動(dòng)引發(fā)的能量消耗（energy expenditure，EE）和運(yùn)動(dòng)后能量補(bǔ)償（energy compensatory，EC）之間存在微弱關(guān)聯(lián)，大量針對(duì)健康人群、有訓(xùn)練經(jīng)歷者和肥胖人群的實(shí)驗(yàn)研究均支持，雖然運(yùn)動(dòng)增加能耗的同時(shí)也會(huì)提高個(gè)體對(duì)食物的渴望[25]，但是從中等強(qiáng)度、大強(qiáng)度到大強(qiáng)度間歇急性運(yùn)動(dòng)均不會(huì)引發(fā)個(gè)體運(yùn)動(dòng)后能量補(bǔ)償增加[26-29]。從神經(jīng)內(nèi)分泌視角探究運(yùn)動(dòng)、食欲和能量穩(wěn)態(tài)調(diào)控關(guān)系的研究也證實(shí)，食欲相關(guān)的腦腸激素在保持運(yùn)動(dòng)后即刻負(fù)能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中起到關(guān)鍵作用[30-32]。健康成年男子在承受不同誘因但相近能量缺失時(shí)（飲食限制誘導(dǎo)能量缺失 vs.運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)能量缺失）會(huì)有不同的EC變化，飲食限制誘導(dǎo)能量缺失增加EC而運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)能量缺失則沒有增加EC。而這與運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的能量缺失可降低血漿促食欲激素ghrelin和增加抑食欲肽PYY（3-36）水平密切相關(guān)[33]。這說明食欲相關(guān)的腦腸激素對(duì)于胃腸內(nèi)能量攝入和利用的即刻反應(yīng)很敏感，但對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的能量負(fù)平衡則反應(yīng)遲緩至運(yùn)動(dòng)后數(shù)小時(shí)[32]。肥胖者與體重正常者具有相一致的急性運(yùn)動(dòng)后食欲相關(guān)的激素反應(yīng)，肥胖者急性運(yùn)動(dòng)后40 min～2 h內(nèi)均比體重正常組更顯著呈現(xiàn)能量攝入下降[34.35]。研究表明急性運(yùn)動(dòng)降低促食欲素分泌主要與運(yùn)動(dòng)造成血流再分配密切相關(guān)，而其增加抑食欲素分泌則受到交感神經(jīng)興奮性、胃腸蠕動(dòng)、細(xì)胞因子釋放和糖脂代謝間接調(diào)控[36-38]。但是對(duì)運(yùn)動(dòng)減肥的長(zhǎng)期效果研究顯示，長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖者減體重效果具有很大的個(gè)體差異[39]，急性運(yùn)動(dòng)抑制食欲作用尚不能作為長(zhǎng)期體重控制效果的有效預(yù)測(cè)因子[40]。而肥胖者12周有氧運(yùn)動(dòng)減脂效果不佳與運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)了其對(duì)食物心理獎(jiǎng)賞的渴望有關(guān)，具有高脂飲食偏好的肥胖者在運(yùn)動(dòng)后即刻對(duì)食物的喜愛程度和對(duì)高脂甜食的需求動(dòng)機(jī)均顯著提高，這種穩(wěn)定的飲食偏好的心理特征不會(huì)隨12周規(guī)律運(yùn)動(dòng)引起的體重下降而弱化[17]。Alkahtani等[41]進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，4周中等強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)可增加肥胖者對(duì)高脂無糖食物的喜愛程度，而大強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)（90%VO2max 30 sec+間歇30 sec）則會(huì)降低這一偏好。大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)以糖供能為主，而中等強(qiáng)度雖然能增加運(yùn)動(dòng)中的脂代謝供能比例，但是由于肥胖者脂肪儲(chǔ)備為過剩狀態(tài)，及其在運(yùn)動(dòng)態(tài)和靜息態(tài)的脂肪利用率遠(yuǎn)低于正常體重者，因此僅從能量代謝和神經(jīng)內(nèi)分泌角度很難全面解釋運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖者對(duì)食欲抑制的強(qiáng)度依賴性和食物喜愛偏好的影響機(jī)制，還需從神經(jīng)認(rèn)知角度關(guān)注大腦獎(jiǎng)賞功能對(duì)肥胖者運(yùn)動(dòng)后進(jìn)食補(bǔ)償?shù)恼J(rèn)知調(diào)控作用。

近10年來，隨著腦成像測(cè)量評(píng)價(jià)技術(shù)的迅猛發(fā)展，大量腦功能成像證據(jù)顯示，肥胖者不但具有對(duì)食物線索刺激的腦內(nèi)獎(jiǎng)賞功能異常激化（主要島葉和眶額葉皮質(zhì)），而且在沒有食物獎(jiǎng)賞信號(hào)刺激下，肥胖者腦獎(jiǎng)賞功能相關(guān)腦區(qū)的功能連接（額葉、島葉、扣帶回、海馬、杏仁核、紋狀體、伏隔核和丘腦等）也表現(xiàn)出隨著體脂量的增加而發(fā)生異常且伴有高能食物偏好的過度進(jìn)食行為[42]。基于“運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖者食欲和能量穩(wěn)態(tài)影響”的相關(guān)研究充分說明，急性運(yùn)動(dòng)可降低肥胖者食欲和誘導(dǎo)能量負(fù)平衡，但是運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)效機(jī)制則具有很大的個(gè)體差異，可見長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)后的能量負(fù)穩(wěn)態(tài)變化受到個(gè)體對(duì)食物獎(jiǎng)賞認(rèn)知調(diào)控的影響要遠(yuǎn)高于能量代謝的生理調(diào)控作用[26,39]。

而關(guān)于運(yùn)動(dòng)是否可對(duì)腦進(jìn)食獎(jiǎng)賞功能產(chǎn)生有益于體重控制的影響這一問題，兩項(xiàng)基于fMRI腦功能成像技術(shù)的研究給出了肯定回答。Evero等[43]研究顯示，經(jīng)常進(jìn)行運(yùn)動(dòng)鍛煉的成年人在完成60分鐘大強(qiáng)度功率車運(yùn)動(dòng)后即刻（83% ±1.0%HRmax），大腦對(duì)食物獎(jiǎng)賞期待值（左右島葉、右側(cè)尾殼核和右側(cè)羅蘭帝克島蓋）顯著降低，食物線索的視覺注意（枕中回和枕下回）顯著下降，且獎(jiǎng)賞認(rèn)知抑制腦區(qū)（眶額葉）對(duì)食物線索的神經(jīng)反應(yīng)增強(qiáng)。這項(xiàng)研究首先證實(shí)，運(yùn)動(dòng)不但對(duì)能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)相關(guān)的食欲激素表達(dá)具有調(diào)控作用，而且急性運(yùn)動(dòng)對(duì)健康體重者的獎(jiǎng)賞刺激動(dòng)機(jī)認(rèn)知和獎(jiǎng)賞信息加工也具有有益作用，這提示持久的運(yùn)動(dòng)鍛煉有助于在豐富美食環(huán)境下保持腦獎(jiǎng)賞功能穩(wěn)態(tài)，這可能是長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)控制體重的神經(jīng)認(rèn)知機(jī)制之一。Cornier等[44]進(jìn)一步檢驗(yàn)中等強(qiáng)度急性運(yùn)動(dòng)和24周運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)肥胖者食物信號(hào)腦神經(jīng)反應(yīng)和進(jìn)食補(bǔ)償?shù)挠绊懀Y(jié)果顯示急性和長(zhǎng)期中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)可以顯著降低肥胖者大腦島葉（為腦獎(jiǎng)賞期待功能區(qū)）對(duì)食物刺激的神經(jīng)興奮性，島葉興奮變化與個(gè)體體脂變化成正相關(guān)，而與體重變化無顯著關(guān)聯(lián)。這項(xiàng)研究進(jìn)一步證實(shí)，長(zhǎng)期中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)改善肥胖者過度進(jìn)食行為與其具有降低肥胖者大腦島葉對(duì)食物獎(jiǎng)賞期待異常激活密切相關(guān)。現(xiàn)有的大腦獎(jiǎng)賞功能異常與肥胖癥關(guān)系的腦成像證據(jù)已證實(shí)過度進(jìn)食肥胖癥具有進(jìn)食行為異常（高熱量偏好、享樂和壓力型等）和腦獎(jiǎng)賞功能異常（食物線索神經(jīng)敏感性升高、多巴胺信號(hào)調(diào)節(jié)下降和認(rèn)知反饋神經(jīng)興奮性下降等）[45]，而運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖者腦獎(jiǎng)賞功能可塑性影響的腦功能成像證據(jù)（表2）也充分支持運(yùn)動(dòng)可對(duì)過度進(jìn)食肥胖癥腦獎(jiǎng)賞功能異常產(chǎn)生有益影響。相關(guān)研究還顯示，成功減重肥胖者在運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后的主觀進(jìn)食渴望要顯著低于運(yùn)動(dòng)減重抵抗的肥胖者[17]，且成功體重控制者比減重后反彈者具有高的腦內(nèi)進(jìn)食獎(jiǎng)賞的自我認(rèn)知控制[27]。運(yùn)動(dòng)對(duì)非穩(wěn)態(tài)的獎(jiǎng)賞性進(jìn)食行為和藥物成癮行為影響的腦成像研究還顯示，運(yùn)動(dòng)對(duì)獎(jiǎng)賞系統(tǒng)多巴胺通路的作用可能與物質(zhì)成癮具有共同的獎(jiǎng)賞通路[3]，過度進(jìn)食和運(yùn)動(dòng)成癮可觸發(fā)相似的獎(jiǎng)賞通路，運(yùn)動(dòng)有可能替代食物刺激成為外源性獎(jiǎng)賞刺激，起到減弱或消除其他成癮行為的作用[46]。

表2 運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖者腦獎(jiǎng)賞功能可塑性影響的腦功能成像證據(jù)

5 總結(jié)

綜上分析，長(zhǎng)期的過度進(jìn)食和靜態(tài)生活方式相伴的脂肪積累可對(duì)肥胖者大腦的獎(jiǎng)賞區(qū)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和功能的可塑性影響[10，11，22，23，36,]，而長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)也可對(duì)肥胖者異常的獎(jiǎng)賞期望（眶額葉、島葉和扣帶回）和決策執(zhí)行（前額葉）結(jié)構(gòu)和功能聯(lián)結(jié)產(chǎn)生有益的可塑性[47-52]。由于受到fMRI和ERP等腦成像檢測(cè)技術(shù)測(cè)試條件的限制，目前運(yùn)動(dòng)對(duì)過度進(jìn)食肥胖癥腦獎(jiǎng)賞功能異?？伤苄杂绊懙难芯坎艅倓偲鸩?，現(xiàn)有的腦功能成像研究主要圍繞運(yùn)動(dòng)后肥胖者對(duì)食物信號(hào)加工的功能變化展開，尚無法對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中和自然身體活動(dòng)狀態(tài)下的肥胖者腦獎(jiǎng)賞功能的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行探究。但是2017年1項(xiàng)對(duì)417名成年人為期1年的縱向描述性研究顯示[53]，成年人運(yùn)動(dòng)量與主觀享樂性食欲感知之間的相關(guān)性受到鍛煉形式和性別影響，而長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)對(duì)男性主觀食欲控制效果更加明顯。因此，進(jìn)一步探究自然身體活動(dòng)狀態(tài)下不同性別、不同飲食偏好的過度進(jìn)食肥胖者對(duì)不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、形式和運(yùn)動(dòng)量干預(yù)后的腦獎(jiǎng)賞功能應(yīng)答的時(shí)相性證據(jù)顯得更為迫切。

fNIRS技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種有效探查食物線索刺激對(duì)大腦皮層功能區(qū)影響的腦功能成像技術(shù)，可用于額葉對(duì)美食線索的認(rèn)知研究[54]，以及額葉和顳葉皮層對(duì)不同食物信號(hào)刺激（食物顏色、氣味、風(fēng)味、食物營(yíng)養(yǎng)成分、食物形狀和美味可口圖片）激活范式的研究[55]。近些年來，隨著fNIRS信號(hào)分析技術(shù)發(fā)展，其對(duì)攝食的神經(jīng)行為學(xué)研究的補(bǔ)充作用日益顯著。2016年有研究報(bào)道顯示，fNIRS監(jiān)測(cè)中運(yùn)動(dòng)偽差信號(hào)去噪能力進(jìn)一步提高，可實(shí)現(xiàn)在功率車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前額葉區(qū)血氧動(dòng)力學(xué)變化[56]，且fNIRS與fMRI空間分辨率的測(cè)量誤差僅為4.4±1 mm，低于腦回與腦溝之間平均間距[57]。因此，fNIRs技術(shù)是一種在靜態(tài)和運(yùn)動(dòng)（步行、騎行和跑步）狀態(tài)下，探查環(huán)境線索（食物和運(yùn)動(dòng)等）刺激對(duì)大腦皮層功能區(qū)影響的有效手段?；趂NIRs的研究結(jié)果具有較高生態(tài)效度，同時(shí)還可通過圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)獲得實(shí)時(shí)光學(xué)腦地圖（topography）[16]，這為今后借助fNIRS的腦成像技術(shù)，揭示自然身體運(yùn)動(dòng)下獎(jiǎng)賞渴望驅(qū)動(dòng)的過度進(jìn)食者大腦皮層獎(jiǎng)賞功能異常的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)特征，篩選過度進(jìn)食肥胖癥的神經(jīng)認(rèn)知學(xué)檢測(cè)指標(biāo)，為運(yùn)動(dòng)治療效果反饋提供了新的研究范式。