兒童超重/ 肥胖的神經(jīng)機(jī)制：基于獎(jiǎng)賞- 抑制雙系統(tǒng)視角

摘 要 肥胖已成為嚴(yán)重的全球健康問(wèn)題。目前我國(guó)6 至17 歲兒童青少年超重肥胖率高達(dá)19%。大腦獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)（雙系統(tǒng)）對(duì)兒童肥胖的重要作用已經(jīng)得到了實(shí)證研究的支持。超重/ 肥胖兒童在雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上表現(xiàn)出異常，尤其是伏隔核體積增大、眶額葉皮層變薄，前額葉灰質(zhì)體積減小，在獎(jiǎng)賞網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)中的功能連通性較低?？梢?，超重/ 肥胖兒童表現(xiàn)出獎(jiǎng)賞加工和抑制控制的功能異常，這與不健康進(jìn)食行為有關(guān)，進(jìn)而加劇了肥胖風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前研究多聚焦于大腦單系統(tǒng)在兒童肥胖發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用，缺少對(duì)雙系統(tǒng)相互作用的系統(tǒng)探究，而考察多個(gè)關(guān)鍵腦區(qū)/ 系統(tǒng)間的交互關(guān)系有助于更準(zhǔn)確地識(shí)別出高風(fēng)險(xiǎn)兒童。未來(lái)需要更多大型縱向研究，結(jié)合認(rèn)知行為測(cè)量，全面多維地探明兒童肥胖與大腦發(fā)育的動(dòng)態(tài)發(fā)展機(jī)制，以期為兒童肥胖的早期預(yù)防和干預(yù)提供依據(jù)和支持。

關(guān)鍵詞 兒童 超重/ 肥胖 獎(jiǎng)賞 抑制控制 雙系統(tǒng)

1 引言

肥胖（obesity）已經(jīng)成為嚴(yán)重的全球健康問(wèn)題。世界衛(wèi)生組織最新數(shù)據(jù)顯示，全球有超過(guò)10 億肥胖人群，其中3.4 億是青少年，3900 萬(wàn)是兒童?！吨袊?guó)居民膳食指南（2022）》顯示，我國(guó)6 至17 歲兒童青少年超重肥胖率高達(dá)19%，6 歲以下兒童的超重肥胖率超過(guò)10%。兒童肥胖問(wèn)題正成為國(guó)家和社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一?！丁敖】抵袊?guó)2030”規(guī)劃綱要》指出，推進(jìn)健康中國(guó)建設(shè)，要實(shí)施健康兒童計(jì)劃，加強(qiáng)兒童早期發(fā)展，加強(qiáng)兒科建設(shè)，加大兒童重點(diǎn)疾病防治力度。諸多研究表明，兒童肥胖與一系列嚴(yán)重的身體、心理和認(rèn)知問(wèn)題有關(guān)，包括心血管疾病、睡眠障礙、糖尿病、自殺風(fēng)險(xiǎn)升高、社交技能及執(zhí)行功能受損（Brooks et al.， 2023; Cuiet al.， 2023; Granziera et al.， 2021; Lindberg et al.， 2020;Salama et al.， 2023）。生命早期的肥胖可能會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生終生有害的影響，增加發(fā)病率和死亡率（Dietz，1998; Simmonds et al.， 2016）。因此，如何有效控制兒童肥胖的發(fā)生發(fā)展是當(dāng)今中國(guó)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻且現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。

肥胖是指因能量攝入超過(guò)能量消耗，導(dǎo)致體內(nèi)脂肪積累過(guò)多，從而危害健康的一種慢性代謝性疾病。研究表明，兒童肥胖的影響因素是復(fù)雜多樣的，包括遺傳（母親肥胖、家族肥胖風(fēng)險(xiǎn)、易感基因）、環(huán)境（食物刺激、家庭環(huán)境）、個(gè)體行為（進(jìn)食、活動(dòng)水平）等因素（Adise， Allgaier， et al.，2021; Carnell et al.， 2023; Shao et al.， 2022; Shapiro etal.， 2020）。而過(guò)度進(jìn)食和能量消耗減少是肥胖最直接的原因（Adise， Allgaier， et al.， 2021）。大腦在個(gè)體進(jìn)食行為中發(fā)揮著重要作用，其對(duì)進(jìn)食的控制涉及多個(gè)系統(tǒng)，包括大腦穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)、注意力系統(tǒng)、情緒和記憶系統(tǒng)、認(rèn)知控制和獎(jiǎng)賞系統(tǒng)，這些神經(jīng)回路相互作用以控制能量的攝入和消耗（Farr et al.，2016）。其中，獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制（認(rèn)知控制）系統(tǒng)的作用受到了較多關(guān)注，對(duì)理解兒童肥胖的發(fā)生和發(fā)展至關(guān)重要，以下將這兩個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為大腦雙系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有研究多從獎(jiǎng)賞系統(tǒng)或者抑制控制系統(tǒng)的角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了超重/ 肥胖兒童在單個(gè)系統(tǒng)上的大腦結(jié)構(gòu)和功能改變，但關(guān)注獎(jiǎng)賞和抑制控制系統(tǒng)交互作用的研究比較匱乏，肥胖和發(fā)育中大腦的關(guān)聯(lián)尚不明確?？疾齑竽X雙系統(tǒng)對(duì)于兒童體重變化的作用有助于更準(zhǔn)確地識(shí)別出高風(fēng)險(xiǎn)兒童，為兒童肥胖的早期預(yù)防和干預(yù)提供新的思路，對(duì)推進(jìn)健康中國(guó)建設(shè)具有重要的意義。

2 大腦雙系統(tǒng)

以往研究對(duì)大腦雙系統(tǒng)相關(guān)腦區(qū)進(jìn)行了明確的界定。在神經(jīng)層面，獎(jiǎng)賞系統(tǒng)主要由多巴胺能神經(jīng)元投射組成，包括腹側(cè)被蓋區(qū)（ventral tegmentalarea）、黑質(zhì)（substantia nigra）、眶額葉皮層（orbitofrontal cortex）、紋狀體（striatum）和腹內(nèi)側(cè)前額葉皮層（ventral medial prefrontal cortex），尤其是伏隔核（nucleus accumbens） 和杏仁核（amygdala） （Bruce et al.， 2011; Farr et al.， 2016;Murray et al.， 2023）。獎(jiǎng)賞系統(tǒng)主要表現(xiàn)為對(duì)食物獎(jiǎng)賞刺激的迅速響應(yīng)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)行為，抑制控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)對(duì)不合理的進(jìn)食行為進(jìn)行抑制，兩個(gè)系統(tǒng)相互作用來(lái)調(diào)控個(gè)體的進(jìn)食行為。

抑制控制系統(tǒng)主要與前額葉皮層的活動(dòng)有關(guān)，尤其是扣帶皮層（cingulate cortex）、下額葉皮層（inferior frontal cortex）、前輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（presupplementarymotor area） 和背外側(cè)前額葉皮層（dorsolateral prefrontal capital cortex） （Farr et al.，2016）。前額葉皮層接受來(lái)自腹側(cè)被蓋區(qū)、丘腦和杏仁核的輸入，自上而下地控制多巴胺能和多巴胺能神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)，來(lái)調(diào)節(jié)這些區(qū)域的反應(yīng)性（Murrayet al.， 2023）。神經(jīng)影像學(xué)研究表明，肥胖者左背外側(cè)前額葉皮層激活程度較低，前額葉參與認(rèn)知控制、獎(jiǎng)賞調(diào)節(jié)和沖動(dòng)抑制，其激活程度較低表明肥胖者的認(rèn)知控制受損（Gluck et al.， 2017）。Farr 等（2016）也指出，肥胖個(gè)體的認(rèn)知控制受損，抑制控制能力下降，難以抑制獎(jiǎng)賞系統(tǒng)對(duì)食物線索的激活，進(jìn)而出現(xiàn)暴飲暴食等行為。

3 肥胖與大腦雙系統(tǒng)的理論視角

在青春期，前額葉皮層和多巴胺能獎(jiǎng)賞通路經(jīng)歷著廣泛的神經(jīng)和功能重塑（Paus et al.， 1999;Reichelt， 2016）。此時(shí)負(fù)責(zé)認(rèn)知調(diào)節(jié)的前額葉皮層尚處在發(fā)育中，而負(fù)責(zé)獎(jiǎng)賞驅(qū)動(dòng)的邊緣系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)育成熟（Lowe et al.， 2020）。這種成熟度差異造成了獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)之間的不平衡，表現(xiàn)為獎(jiǎng)賞敏感性增強(qiáng)和行為調(diào)節(jié)減弱，可能導(dǎo)致個(gè)體在食物獎(jiǎng)賞動(dòng)機(jī)下產(chǎn)生過(guò)度進(jìn)食、情緒性進(jìn)食和暴食等行為，進(jìn)而發(fā)展為肥胖（Lowe et al.， 2020）。而肥胖又會(huì)使中皮層多巴胺能信號(hào)傳導(dǎo)、前額葉功能和認(rèn)知控制發(fā)生顯著而持久的變化，這反過(guò)來(lái)又會(huì)導(dǎo)致不健康的飲食行為（Lowe et al.， 2019），形成一個(gè)循環(huán)?？梢姡竽X雙系統(tǒng)變化和青少年肥胖是相互作用、相互影響的關(guān)系。

兒童群體處在青春期前期，這是獎(jiǎng)賞和抑制控制神經(jīng)回路動(dòng)態(tài)發(fā)展的時(shí)期（Adise et al.， 2018）。神經(jīng)影像學(xué)研究一致表明，前額葉皮層是最晚成熟的大腦區(qū)域之一（Casey et al.， 2008），其發(fā)育過(guò)程一直持續(xù)到成年早期。在童年期，獎(jiǎng)賞系統(tǒng)（如杏仁核和腹側(cè)紋狀體等皮層下區(qū)域）發(fā)展速度始終快于抑制控制系統(tǒng)（前額葉皮層）的發(fā)展速度（Somerville et al.， 2010）。如前文所述，獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)的發(fā)展不平衡會(huì)導(dǎo)致青少年沖動(dòng)進(jìn)食等行為的增加（Lowe et al.， 2020）。同樣地，兒童的飲食決策也會(huì)受到前額葉發(fā)育不足及其抑制控制功能較弱的影響（Bruce et al.， 2011），獎(jiǎng)賞和抑制控制系統(tǒng)的神經(jīng)生物學(xué)發(fā)育不平衡可能使他們做出不健康的飲食決策，更偏向于選擇感知到的即時(shí)獎(jiǎng)賞（如進(jìn)食高糖高脂肪食物），進(jìn)一步導(dǎo)致其體重增加和肥胖。由此推知，大腦雙系統(tǒng)的發(fā)展不平衡程度可能是兒童肥胖的重要神經(jīng)基礎(chǔ)。

接下來(lái)，本文將從結(jié)構(gòu)像和功能像兩個(gè)方面，回顧兒童肥胖領(lǐng)域中大腦雙系統(tǒng)相關(guān)研究，探討兒童超重/ 肥胖和大腦獎(jiǎng)賞系統(tǒng)、抑制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能變化之間的關(guān)系。

4 兒童超重/ 肥胖的腦結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

大腦結(jié)構(gòu)通常使用結(jié)構(gòu)磁共振成像（sMRI）、彌散張量成像（DTI）來(lái)測(cè)量，灰質(zhì)分析主要包括灰質(zhì)體積（gray matter volume， GMV）、皮層表面積（cortical surface area， CSV）、皮層厚度（corticalthickness， CT）、灰質(zhì)密度（gray matter density，GMD）等指標(biāo)，白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的分析包括各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy， FA）和平均彌散率（meandiffusivity， MD）等指標(biāo)。

研究者采用多模態(tài)神經(jīng)成像考察了兒童肥胖和大腦結(jié)構(gòu)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)9～10 歲兒童的BMI（bodymass index， 體重指數(shù)）越高，64% 的感興趣區(qū)（如前額葉皮層、海馬旁回、腦島等）的CT、CSV、FA 和MD 值越小，GMV 越大（Adise， Allgaier， et al.，2021）?；?～11 歲的兒童隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，BMI越高，獎(jiǎng)賞腦區(qū)如腦島的GMV 越?。–ui et al.， 2023），腹內(nèi)側(cè)前額葉皮層（Ronan et al.， 2020）和外側(cè)眶額葉皮層（Cui et al.， 2023）的CT 越小。一項(xiàng)基于10～16 歲兒童青少年的研究表明，BMI z 分?jǐn)?shù)越高，伏隔核和杏仁核的體積越大（Perlaki et al.， 2018）。Kim 等（2020）在8～22 歲的兒童青少年中也發(fā)現(xiàn)了BMI z 分?jǐn)?shù)和杏仁核中央核體積的正相關(guān)關(guān)系。另一項(xiàng)研究顯示，BMI 越高，額極和尾狀核（9～20 歲）的GMV 越?。↘ennedy et al.， 2016）。這些腦區(qū)涉及食欲控制和獎(jiǎng)賞加工，其結(jié)構(gòu)改變表明兒童肥胖與獎(jiǎng)賞系統(tǒng)的神經(jīng)發(fā)育異常有關(guān)。

兒童肥胖與前額葉的結(jié)構(gòu)變異也有著密切關(guān)系。研究顯示，兒童BMI 越高，抑制控制相關(guān)腦區(qū)CT 越小，如前額葉皮層（9～10 歲）（Brookset al.， 2023; Laurent et al.， 2020）、前扣帶回（9～11歲）（Brooks et al.， 2023）、雙側(cè)額上區(qū)（8～22 歲）（Kim et al.， 2020）、中央前回（9～11 歲）（Cuiet al.， 2023）和腹外側(cè)前額葉皮層（9～11 歲）（Ronan"et al.， 2020）。且BMI 越高，前額葉體積（6～18 歲；9～11 歲；9～10 歲）（Alosco et al.， 2014; Brooks et al.，2023; Kaltenhauser et al.， 2023）、前扣帶回的GMV（9～11 歲；9～20 歲）（Brooks et al.， 2023; Kennedyet al.， 2016）也越小?；诎踪|(zhì)結(jié)構(gòu)的分析顯示，9～11 歲兒童前扣帶回、前額葉的白質(zhì)強(qiáng)度較低（Brooks et al.， 2023）。這些結(jié)果表明兒童早期過(guò)高的體重指數(shù)與前額葉發(fā)育不全和執(zhí)行功能受損有關(guān)。

已有研究大多為橫斷研究，對(duì)于兒童大腦結(jié)構(gòu)和BMI 的縱向關(guān)系探究較少。對(duì)9～10 歲兒童進(jìn)行兩年追蹤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)9～10 歲時(shí)的結(jié)構(gòu)變異（如CT減小、FA 減?。┛梢灶A(yù)測(cè)兒童在兩年內(nèi)的體重增加，包括涉及執(zhí)行功能的腦區(qū)，如額邊緣回、額葉直回、額上溝；與獎(jiǎng)賞和食欲控制相關(guān)的腦區(qū)，如伏隔核、前扣帶回（Adise et al.， 2023）。另外，研究還發(fā)現(xiàn)9～10 歲肥胖兒童的前額葉、丘腦、右中央前回、尾狀核和海馬旁回/ 杏仁核的GMV 在兩年內(nèi)比正常兒童減少得更多（Jiang et al.， 2023）。9～10 歲兒童較高的基線BMI 與前額葉皮層和胼胝體的微觀結(jié)構(gòu)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的間期發(fā)育減慢密切相關(guān)（Kaltenhauser et al.， 2023）。這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明兒童體重增加和大腦雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)異常發(fā)育之間可能存在相互影響的關(guān)系。

近期有結(jié)構(gòu)像研究對(duì)獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)的相互作用進(jìn)行了初步探討。有研究者采用基于結(jié)構(gòu)連接組的預(yù)測(cè)建模，發(fā)現(xiàn)個(gè)體水平的形態(tài)相似性網(wǎng)絡(luò)（morphometric similarity network）可以預(yù)測(cè)9～12 歲學(xué)齡兒童的BMI，表明高級(jí)系統(tǒng)（額頂網(wǎng)絡(luò)和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)）之間的功能整合失調(diào)及其與獎(jiǎng)賞系統(tǒng)之間去分化程度的降低是兒童肥胖雙系統(tǒng)失衡的核心結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（Wang et al.， 2023）。

綜前所述，超重/ 肥胖兒童在大腦獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)中表現(xiàn)出廣泛的結(jié)構(gòu)差異，獎(jiǎng)賞腦區(qū)伏隔核、杏仁核體積增大，眶額葉皮層變?。灰种瓶刂颇X區(qū)前額葉、前扣帶回的灰質(zhì)體積、皮層厚度減小。與抑制控制和獎(jiǎng)賞加工相關(guān)區(qū)域的結(jié)構(gòu)和加工改變可能會(huì)導(dǎo)致暴飲暴食（Adise， Allgaier， et al.，2021; Kroemer amp; Small， 2016），從而增加兒童肥胖的風(fēng)險(xiǎn)（Crino et al.， 2015; Lowe et al.， 2019）。

5 兒童超重/ 肥胖的腦功能基礎(chǔ)

大腦功能采用功能磁共振成像（fMRI）來(lái)測(cè)量，以評(píng)估空間上不同的大腦區(qū)域的時(shí)間相關(guān)性，相關(guān)指標(biāo)包括功能連通性（functional connectivity， FC）、局部一致性（regional Homogeneity， ReHo）、低頻振幅（amplitude of low frequency fluctuation， ALFF）、分?jǐn)?shù)低頻振幅（fractional aLFF， fALFF）和赫斯特指數(shù)（hurst exponment）等?；陔p系統(tǒng)的視角，本文在介紹兒童超重/肥胖的腦功能證據(jù)時(shí)，從獎(jiǎng)賞系統(tǒng)、抑制控制系統(tǒng)、獎(jiǎng)賞- 抑制系統(tǒng)交互作用三個(gè)方面來(lái)展開闡述。

5.1 獎(jiǎng)賞系統(tǒng)功能

基于fMRI 的研究發(fā)現(xiàn)，BMI 較高的兒童（8～12歲）在腹側(cè)紋狀體和眶額葉皮層之間的功能連接更弱，表明兒童肥胖可能與獎(jiǎng)賞系統(tǒng)功能失調(diào)有關(guān)（Pujol et al.， 2021）。另一項(xiàng)大樣本研究發(fā)現(xiàn)，9～11歲超重/肥胖兒童在邊緣和獎(jiǎng)賞網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫省椥?、連通性和聚類性較低，這些異常變化可能與食物獎(jiǎng)賞加工受損有關(guān)（Brooks et al.， 2023）。

獎(jiǎng)賞加工是指?jìng)€(gè)體對(duì)獎(jiǎng)賞信息進(jìn)行注意、知覺和期待的過(guò)程，是一系列認(rèn)知過(guò)程的重要組成部分，包括學(xué)習(xí)、情緒、動(dòng)機(jī)等心理成分（Glazer et al.，2018）。對(duì)兒童大腦獎(jiǎng)賞反應(yīng)的研究主要采用金錢獎(jiǎng)賞延遲任務(wù)（monetary incentive delay task， MID）和猜牌任務(wù)（card-guessing task）兩種范式。在MID任務(wù)中，被試需在不同的線索提示下（金錢獎(jiǎng)賞、金錢懲罰、無(wú)獎(jiǎng)懲）對(duì)目標(biāo)進(jìn)行按鍵反應(yīng)，隨后等待結(jié)果反饋。在改良的猜牌任務(wù)中，被試需猜測(cè)計(jì)算機(jī)生成的數(shù)字并按下相應(yīng)按鈕，之后呈現(xiàn)可能贏得的獎(jiǎng)賞（金錢，糖果或書）的圖片，以書的圖片作為中性條件，中性條件出現(xiàn)時(shí)無(wú)論對(duì)錯(cuò)都沒(méi)有獎(jiǎng)賞，最后是結(jié)果反饋。

在獎(jiǎng)賞任務(wù)下，現(xiàn)有研究尚未發(fā)現(xiàn)兒童BMI 和其腦區(qū)活動(dòng)的關(guān)聯(lián)。Adise 等（2019）發(fā)現(xiàn)在改良的猜牌任務(wù)中，9～10 歲兒童預(yù)期食物和贏得金錢時(shí)紋狀體的BOLD（blood oxygenation level dependent， 血氧濃度相依對(duì)比）反應(yīng)更大，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)肥胖組和正常組的差異。隨后該團(tuán)隊(duì)采用MID 任務(wù)也得到了相似的結(jié)果，即9～10 歲兒童在預(yù)期和接受獎(jiǎng)賞時(shí)的功能激活和BMI 沒(méi)有關(guān)聯(lián)（Adise， Allgaier， et al.，2021）。僅有一項(xiàng)青少年研究得到了顯著的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)BMI 分?jǐn)?shù)較高的青少年（12～16 歲）在MID 任務(wù)中預(yù)期和接受獎(jiǎng)賞時(shí)，左腹側(cè)紋狀體和左腦島之間的連通性增加，表明其獎(jiǎng)賞敏感性得到顯著提高（Bhutani et al.， 2021）。

5.2 抑制控制系統(tǒng)功能

基于fMRI 的大樣本隊(duì)列研究顯示，9～11 歲超重/ 肥胖兒童在默認(rèn)模式、背側(cè)注意力、突顯、控制網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫?、彈性、連通性和聚類性較低（Brooks et al.， 2023），這些異?？赡芘c食物攝入控制和認(rèn)知加工受損有關(guān)。Kaltenhauser 等（2023）也報(bào)告了相似的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)9～10 歲兒童BMI 越高，獎(jiǎng)賞和控制相關(guān)網(wǎng)絡(luò)（如突顯網(wǎng)絡(luò)）的功能連通性越低，突顯網(wǎng)絡(luò)包含了背側(cè)前扣帶皮層，其功能連接較低代表了認(rèn)知控制的受損。一項(xiàng)縱向研究發(fā)現(xiàn)青少年（15.5～19.5 歲）尾狀核（左額頂網(wǎng)絡(luò)）和外側(cè)前額葉皮層之間的功能連接增強(qiáng)與BMI 的下降有關(guān)，表明發(fā)展抑制控制能力將有助于預(yù)防兒童肥胖（Nakamura et al.， 2020）。

抑制控制是執(zhí)行功能（認(rèn)知控制）的基本組成部分之一，指中止已經(jīng)計(jì)劃或已經(jīng)啟動(dòng)的行為（Bari amp; Robbins， 2013）。抑制控制一般分為反應(yīng)抑制和沖突控制（Diamond， 2013），沖突控制指?jìng)€(gè)體控制自身的想法或注意以抵抗沖突刺激的干擾，反應(yīng)抑制則是對(duì)不恰當(dāng)行為的抑制（Tiego et al.，2018）。當(dāng)個(gè)體具有強(qiáng)烈的進(jìn)食沖動(dòng)時(shí)，缺乏抑制控制可能會(huì)導(dǎo)致沖動(dòng)進(jìn)食并發(fā)展為肥胖（Appelhans，2009）。對(duì)抑制控制的研究，在兒童青少年中一般采用Go/No-go 任務(wù)、停止信號(hào)任務(wù)（stop-signaltask， SST）、延遲折扣任務(wù)（delay discounting task）這幾種范式。在Go/No-go 任務(wù)中，當(dāng)頻繁的go 信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，被試需要盡快做出反應(yīng)，但當(dāng)出現(xiàn)不頻繁的stop 信號(hào)時(shí)，必須抑制反應(yīng)，根據(jù)stop 信號(hào)錯(cuò)誤響應(yīng)的百分比來(lái)評(píng)估抑制控制能力。在停止信號(hào)任務(wù)中，最常用的測(cè)量指標(biāo)是停止信號(hào)反應(yīng)時(shí)間（SSRT），SSRT 越短，抑制能力越強(qiáng)。在延遲折扣任務(wù)中，較差的抑制控制被定義為在一系列測(cè)試中傾向于選擇即時(shí)的、較小的獎(jiǎng)賞而不是較大但推遲的獎(jiǎng)賞。

大量行為證據(jù)表明，兒童體重增長(zhǎng)和抑制控制能力降低具有顯著關(guān)聯(lián)。超重/ 肥胖兒童的抑制控制能力明顯低于正常兒童（7～11 歲；8～15 歲）（Adise，White， et al.， 2021; Pauli-Pott et al.， 2010）。一項(xiàng)SST任務(wù)的結(jié)果表明，SSRT越長(zhǎng)（即反應(yīng)抑制能力越差），4 歲女孩的體重指數(shù)越高（Levitan et al.， 2015）。然而，9～10 歲兒童的隊(duì)列研究顯示，SST 任務(wù)下的腦區(qū)活動(dòng)與BMI 沒(méi)有關(guān)聯(lián)（Adise， Allgaier， et al.，2021）。僅有一項(xiàng)小樣本研究發(fā)現(xiàn)，超重的青春期女孩（14.7～16.6 歲）在食物Go/No-go 任務(wù)過(guò)程中額葉區(qū)域的激活減少，包括額上回、額中回、腹外側(cè)前額葉皮層、內(nèi)側(cè)前額葉皮層和眶額葉皮層；而顳鰓蓋、腦島（食物獎(jiǎng)賞區(qū)域）對(duì)食物圖像的反應(yīng)增強(qiáng)，表明抑制控制系統(tǒng)功能減退和獎(jiǎng)賞系統(tǒng)反應(yīng)增加與體重增加有關(guān)（Batterink et al.， 2010）。

總體來(lái)看，在靜息狀態(tài)下，BMI 較高的兒童表現(xiàn)出獎(jiǎng)賞系統(tǒng)內(nèi)、抑制控制系統(tǒng)內(nèi)功能連接減弱，說(shuō)明其獎(jiǎng)賞功能失調(diào)和抑制控制受損；在獎(jiǎng)賞任務(wù)和抑制控制相關(guān)任務(wù)下，尚未發(fā)現(xiàn)腦區(qū)活動(dòng)和BMI的關(guān)聯(lián)。僅有青少年研究給出了間接證據(jù)，發(fā)現(xiàn)BMI 較高的青少年在相關(guān)任務(wù)下獎(jiǎng)賞系統(tǒng)反應(yīng)增強(qiáng)（Batterink et al.， 2010; Bhutani et al.， 2021），獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)之間功能連接異常（Bhutani et al.，2021）。這可能與青少年研究的樣本量（n lt;100）較小和被試平均年齡更大有關(guān)。抑制和獎(jiǎng)賞加工隨著發(fā)育而發(fā)展（Shulman et al.， 2016），進(jìn)一步增加了飲食誘導(dǎo)的成年期肥胖的風(fēng)險(xiǎn)。而兒童的大腦正在發(fā)育中，可能不足以檢測(cè)到神經(jīng)差異（Adise et al.，2019）。這突出了縱向研究的重要性，未來(lái)需要進(jìn)一步探究在個(gè)體整個(gè)發(fā)展過(guò)程中獎(jiǎng)賞加工和體重之間的關(guān)系。

5.3 獎(jiǎng)賞和抑制控制系統(tǒng)功能交互

有靜息態(tài)fMRI 研究初步探討了兒童肥胖與大腦雙系統(tǒng)功能交互的關(guān)聯(lián)。Black 等（2014）發(fā)現(xiàn)，肥胖兒童（10～13 歲）在左額中回（抑制）和左腹內(nèi)側(cè)前額葉皮層（獎(jiǎng)賞）、左外側(cè)眶額皮層之間的功能連接增強(qiáng)，表明獎(jiǎng)賞腦區(qū)和抑制控制腦區(qū)之間更強(qiáng)的功能連接可能會(huì)使肥胖兒童更容易受到食物刺激的影響，使其過(guò)度進(jìn)食的風(fēng)險(xiǎn)升高（Black etal.， 2014）。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，9～10 歲兒童BMI 越高，右側(cè)殼核與突顯網(wǎng)絡(luò)之間的功能連接越強(qiáng)，右側(cè)殼核與食物獎(jiǎng)賞有關(guān)，該功能連接增強(qiáng)可能意味著食物獎(jiǎng)賞調(diào)節(jié)的異常（Assari amp; Boyce， 2021）。然而，腦島和前扣帶皮層之間的功能連接較弱與兒童肥胖（12～17 歲）有關(guān)（Moreno-Lopez et al.， 2016）?；?～10 歲兒童的大樣本研究發(fā)現(xiàn)，伏隔核與額頂網(wǎng)絡(luò)之間較強(qiáng)的功能連接顯著預(yù)測(cè)了兒童一年后較慢的BMI 增長(zhǎng)（Assari et al.， 2020）。上述研究在獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)之間功能連通性增強(qiáng)或減弱方面呈現(xiàn)出了不一致的證據(jù)，這可能與被試差異和感興趣區(qū)的選擇差異有關(guān)。但這些研究均表明抑制控制和獎(jiǎng)賞腦區(qū)之間連通性的改變可能與兒童肥胖有關(guān)。

大多數(shù)兒童肥胖的任務(wù)態(tài)研究都聚焦于獎(jiǎng)賞或者抑制控制系統(tǒng)的單獨(dú)機(jī)制，缺少對(duì)雙系統(tǒng)交互作用的探討，僅有一項(xiàng)青少年研究有所涉及?；贛ID 任務(wù)的研究發(fā)現(xiàn)，BMI 分?jǐn)?shù)較高的青少年在預(yù)期和接受獎(jiǎng)賞時(shí)，左腹側(cè)紋狀體和左腦島之間的連通性增加，執(zhí)行控制區(qū)域和腹側(cè)紋狀體的連接減弱。該結(jié)果表明獎(jiǎng)賞敏感性的提高和抑制控制的缺陷相結(jié)合，可能會(huì)導(dǎo)致青少年的沖動(dòng)行為，從而導(dǎo)致更高的體重指數(shù)（Bhutani et al.， 2021）。

來(lái)自成人的腦影像研究證據(jù)已揭示了雙系統(tǒng)交互異常在肥胖中的關(guān)鍵作用。肥胖者表現(xiàn)出尾狀核與背外側(cè)前額葉之間功能連接和結(jié)構(gòu)連接的改變（Tan et al.， 2022），左腹內(nèi)側(cè)前額葉與左側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、中央后回等腦區(qū)之間的有效連接增加（Zhanget al.， 2021）。且有研究發(fā)現(xiàn)執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)（如額上回和額中回）和獎(jiǎng)賞網(wǎng)絡(luò)（如尾狀核、丘腦和殼核）之間的信息交換改變可能與個(gè)體維持抑制控制和獎(jiǎng)賞敏感性之間平衡的能力降低有關(guān)，從而促進(jìn)更多的暴食行為（Chen et al.， 2021， 2023; Haynos et al.，2021）。

綜前所述，超重/ 肥胖兒童在獎(jiǎng)賞系統(tǒng)（如紋狀體- 眶額葉皮層）、抑制控制系統(tǒng)中的功能連通性較低，表明其獎(jiǎng)賞加工和抑制控制可能受損。且BMI 較高和獎(jiǎng)賞、抑制控制系統(tǒng)之間的功能連接改變的關(guān)聯(lián)已被多項(xiàng)研究支持（Assari amp; Boyce， 2021;Black et al.， 2014; Moreno-Lopez et al.， 2016），表明兒童肥胖可能與雙系統(tǒng)交互功能的異常有關(guān)。近期有研究者指出，應(yīng)從大腦獎(jiǎng)賞系統(tǒng)與執(zhí)行功能系統(tǒng)整合發(fā)展的視角去理解兒童肥胖的發(fā)生。在童年期，獎(jiǎng)賞系統(tǒng)（如杏仁核和腹側(cè)紋狀體等皮層下區(qū)域）發(fā)展速度始終快于抑制控制系統(tǒng)（前額葉皮層）的發(fā)展速度（Somerville et al.， 2010）。如前文所述，大腦雙系統(tǒng)發(fā)育的不同步性，及其伴隨的雙系統(tǒng)功能失衡（獎(jiǎng)賞敏感性升高和行為控制下降）使得個(gè)體飲食自我調(diào)節(jié)能力降低，進(jìn)一步導(dǎo)致過(guò)度進(jìn)食和肥胖（Lowe et al.， 2020），這在成年人和青少年群體中均已得到較多證據(jù)支持（Bhutani et al.， 2021;Chen et al.， 2021， 2023; Haynos et al.， 2021; Tan et al.，2022; Zhang et al.， 2021）。結(jié)合雙系統(tǒng)功能交互改變參與兒童肥胖的部分發(fā)現(xiàn)（Assari et al.， 2020; Assariamp; Boyce， 2021; Black et al.， 2014; Moreno-Lopez et al.，2016）可以推知，大腦雙系統(tǒng)之間功能同步性的改變可能反映了獎(jiǎng)賞敏感性和抑制控制之間的平衡失調(diào)，這將進(jìn)一步增加兒童過(guò)度進(jìn)食和肥胖的風(fēng)險(xiǎn)。

6 總結(jié)與展望

綜合來(lái)看，超重/ 肥胖兒童在大腦獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)中表現(xiàn)出廣泛的結(jié)構(gòu)差異，獎(jiǎng)賞腦區(qū)伏隔核、杏仁核體積增大，眶額葉皮層變薄，抑制控制腦區(qū)前額葉、前扣帶回的灰質(zhì)體積、皮層厚度減??；在功能基礎(chǔ)方面，超重/ 肥胖兒童在獎(jiǎng)賞系統(tǒng)（如紋狀體- 眶額葉皮層）、抑制控制系統(tǒng)中的功能連通性較低。此外，現(xiàn)有證據(jù)大多從單系統(tǒng)的視角出發(fā)，探討單一的心理結(jié)構(gòu)或功能與兒童肥胖的關(guān)系，而從雙系統(tǒng)視角考察獎(jiǎng)賞和抑制控制系統(tǒng)如何交互作用影響肥胖的研究還相對(duì)匱乏。已有研究表明兒童較高的BMI 與雙系統(tǒng)之間功能連接異常有關(guān)（Assari amp; Boyce， 2021; Black et al.， 2014;Moreno-Lopez et al.， 2016），但雙系統(tǒng)具體如何相互作用來(lái)影響兒童體重增長(zhǎng)，影響方向如何尚未明晰。未來(lái)研究可以考慮從以下幾方面進(jìn)行深入探索。

首先，以雙系統(tǒng)視角深入分析雙系統(tǒng)交互在兒童肥胖發(fā)作和發(fā)展中的作用?？疾祀p系統(tǒng)的相互作用可能會(huì)產(chǎn)生更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，即哪些兒童和青少年最容易出現(xiàn)適應(yīng)不良的飲食模式和肥胖風(fēng)險(xiǎn)（Smithet al.， 2021）。研究者需綜合考慮多種心理功能的相互作用，進(jìn)一步揭示其神經(jīng)交互基礎(chǔ)/ 機(jī)制是否參與以及如何參與兒童肥胖的發(fā)作與維持。具體而言，未來(lái)研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注大腦獎(jiǎng)賞與抑制控制系統(tǒng)的因果交互（causal interactions）對(duì)兒童肥胖的獨(dú)特作用，如通過(guò)動(dòng)態(tài)因果模型分析（dynamic causalmodeling）來(lái)實(shí)現(xiàn)。這有助于深入理解在神經(jīng)層面，雙系統(tǒng)如何交互作用進(jìn)而導(dǎo)致兒童肥胖的動(dòng)態(tài)發(fā)展模式。

其次，以動(dòng)態(tài)發(fā)展的視角探明兒童BMI 變化和大腦結(jié)構(gòu)功能變化的雙向關(guān)系。來(lái)自ABCD 的兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，兒童較高的BMI 與兩年間白質(zhì)微結(jié)構(gòu)和額葉皮層形態(tài)測(cè)量學(xué)的發(fā)育減慢有關(guān)（Adiseet al.， 2023），較高的基線BMI 與前額葉皮層和胼胝體的微觀結(jié)構(gòu)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的間隔發(fā)育減速緊密相關(guān)（Kaltenhauser et al.， 2023）。干預(yù)研究發(fā)現(xiàn)，青少年接受減肥手術(shù)后執(zhí)行功能得到改善，表明肥胖對(duì)大腦功能的影響可能隨著體重減輕而部分逆轉(zhuǎn)（Pearce et al.， 2017）?？紤]到肥胖的病理生理學(xué)機(jī)制涉及生物、心理、社會(huì)和環(huán)境等復(fù)雜的因素，BMI 和大腦結(jié)構(gòu)功能的關(guān)聯(lián)可能是相互的（Lowe etal.， 2019）。因此，未來(lái)還需要更多的大型縱向研究，從兒童早期開始，對(duì)肥胖、腦功能和結(jié)構(gòu)以及認(rèn)知進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，結(jié)合長(zhǎng)期的干預(yù)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建兒童肥胖與大腦發(fā)育的動(dòng)態(tài)發(fā)展模型，以深入剖析發(fā)育期肥胖和神經(jīng)、行為發(fā)展的潛在關(guān)系。

此外，在肥胖研究領(lǐng)域中，采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)預(yù)測(cè)神經(jīng)模型已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。機(jī)器學(xué)習(xí)分析通常結(jié)合交叉驗(yàn)證策略和機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)訓(xùn)練和測(cè)試大量的神經(jīng)成像特征，以此構(gòu)建大腦模式和預(yù)測(cè)模型（Dwyer et al.， 2018; Tejavibulya et al.，2022）。元分析表明，肥胖與多個(gè)腦區(qū)（如獎(jiǎng)賞和認(rèn)知相關(guān)的區(qū)域）和網(wǎng)絡(luò)（如默認(rèn)模式、顯著性、視覺和額頂網(wǎng)絡(luò)）內(nèi)部和之間的協(xié)同或拮抗活動(dòng)密切相關(guān)（Syan et al.， 2021）。已有研究將機(jī)器學(xué)習(xí)分析方法用來(lái)預(yù)測(cè)成年人肥胖的神經(jīng)模型和神經(jīng)表征模式，發(fā)現(xiàn)視覺皮層以及獎(jiǎng)賞系統(tǒng)（如眶額皮層、杏仁核、基底神經(jīng)節(jié)等）的功能連接是肥胖的主要神經(jīng)標(biāo)志（Wang et al.， 2023）。未來(lái)有望在大型的兒童樣本中應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)建模，探索兒童肥胖的穩(wěn)健預(yù)測(cè)因子，以識(shí)別超重和肥胖風(fēng)險(xiǎn)增加的高危個(gè)體；同時(shí)，使用多個(gè)肥胖表型探討多種表型和神經(jīng)功能的復(fù)雜多元關(guān)聯(lián)，以確定兒童肥胖的穩(wěn)定神經(jīng)表征模式。

再者，遺傳變異在大腦皮層形態(tài)差異和飲食行為中也發(fā)揮著重要作用。大樣本研究和GWAS 研究一致發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO 基因的變異是肥胖和BMI 的生物遺傳基礎(chǔ)（Loos amp; Yeo， 2014， 2022）。雖然FTO 基因的功能尚未被完全了解，但有研究從行為- 腦- 基因的視角出發(fā)，揭示FTO 基因變異可能在某些情況下上調(diào)食物獎(jiǎng)賞加工。例如，一項(xiàng)基于9～12 歲兒童研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)險(xiǎn)等位基因FTO rs9939609 攜帶者在觀看食物廣告時(shí)伏隔核有更高的激活，伏隔核體積也更大（Rapuano et al.， 2017）。此外，在攜帶風(fēng)險(xiǎn)等位基因FTO rs1421085（與rs9939609 強(qiáng)連鎖不平衡）純合子的兒童中，小腦和額顳的灰質(zhì)體積更大，其靜息功能連接強(qiáng)度也更高（Lugo-Candelas etal.， 2020）。這些發(fā)現(xiàn)表明，遺傳上有肥胖風(fēng)險(xiǎn)的兒童更傾向于對(duì)食物刺激表現(xiàn)出更強(qiáng)的獎(jiǎng)賞加工，且相關(guān)腦區(qū)的活動(dòng)和體積也發(fā)生了改變，這反過(guò)來(lái)可能又致力于生命后期的不健康飲食行為。未來(lái)的研究需要通過(guò)前瞻性設(shè)計(jì)，進(jìn)一步探究遺傳性肥胖風(fēng)險(xiǎn)增加的個(gè)體，其大腦結(jié)構(gòu)和功能在發(fā)育過(guò)程中的變化。比如，在神經(jīng)成像的兒童隊(duì)列中，結(jié)合人體測(cè)量學(xué)、飲食行為以及環(huán)境因素的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步探明遺傳和環(huán)境對(duì)食欲回路發(fā)育的影響及其對(duì)兒童進(jìn)食行為和體重的影響。

最后，兒童肥胖是由基因易感性、大腦結(jié)構(gòu)/ 功能的異常（特別是獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)的潛在交互）以及當(dāng)前豐富充盈的高糖高脂食物環(huán)境共同作用而導(dǎo)致的。由于基因易感性、大腦結(jié)構(gòu)和功能的異變，再加上致胖環(huán)境，可能導(dǎo)致體重增加和額外的大腦改變（Llewellyn amp; Wardle， 2015; Sadler et al.， 2023），進(jìn)而形成一個(gè)循環(huán)。鑒于肥胖領(lǐng)域內(nèi)的神經(jīng)理論模型是不斷發(fā)展的，未來(lái)對(duì)于兒童肥胖關(guān)鍵神經(jīng)基礎(chǔ)的探討還需要納入新的成分（心理功能和神經(jīng)系統(tǒng)）。譬如，未來(lái)研究可以從負(fù)面情緒、內(nèi)穩(wěn)態(tài)和腸道微生物群等多元的角度深入探究?jī)和逝值男睦砗蜕窠?jīng)機(jī)制，以豐富兒童肥胖的理論體系。

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