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Neural Correlates of Gastric Distension

Neuronale Korrelate Gastrischer Dehnung

  • During the last decade, anatomic and physiological neuroscience research has yielded extensive information on the physiological regulators of short-term satiety, visceral and interoceptive sensation. Distinct neural circuits regulate the elements of food ingestion physiologically. The general aim of the current studies is to elucidate the peripheral neural pathways to the brain in healthy subjects to establish the groundwork for the study of the pathophysiology of bulimia nervosa (BN). We aimed to define the central activation pattern during non-nutritive gastric distension in humans, and aimed to define the cognitive responses to this mechanical gastric distension. We estimated regional cerebral blood flow with 15O-water positron emission tomography during intragastric balloon inflation and deflation in 18 healthy young women of normal weight. The contrast between inflated minus deflated in the exploratory analysis revealed activation in more than 20 brain regions. The analysis confirmed several well known areas in the central nervous system that contribute to visceral processing: the inferior frontal cortex, representing a zone of convergence for food related stimuli; the insula and operculum referred to as "visceral cortex"; the anterior cingulate gyrus (and insula), processing affective information; and the brainstem, a site of vagal relay for visceral afferent stimuli. Brain activation in the left ventrolateral prefrontal cortex was reproducible. This area is well known for higher cognitive processing, especially reward-related stimuli. The ventrolateral prefrontal cortex with the insular regions may provide a link between the affective and rewarding components of eating and disordered eating as observed in BN and binge-eating obesity. Gastric distension caused a significant rapid, reversible, and reproducible increase in the feelings of fullness, sleepiness, and gastric discomfort as well as a significant rapid, reversible, and reproducible decrease in the feeling of hunger. We showed that mechanical activation of the neurocircuitry involved in meal termination led to the described phenomena. The current brain activation studies of non-painful, proximal gastric distension could provide groundwork in the field of abnormal eating behavior by suggesting a link between visceral sensation and abnormal eating patterns. A potential treatment for disordered eating and obesity could alter the conscious and unconscious perception and interoceptive awareness of gastric distension contributing to meal termination.
  • Eine Vielzahl von Ergebnissen aus anatomischer und zellwissenschaftlicher Forschung bezüglich Sättigungsregulatoren, viszeraler und interozeptiver Empfindungen zeigte differenzierte neuronale Schaltkreise auf, die die Physiologie der Nahrungs-aufnahme regulieren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung peripherer neuronaler Verschaltungen zum Gehirn in gesunden Versuchspersonen und damit die fortführende Untersuchung der Pathophysiologie von Bulimia Nervosa. Unser Interesse lag bei zentralen Aktivierungsmustern auf gezielte mechanische Magendehnung im Menschen und den damit verknüpften kognitiven Prozessen. Während der Füllung oder Entleerung eines intragastrischen Ballons bestimmten wir regioanlen zerebralen Blutfluss mit 15O-Wasser Positronenemissionstomographie in 18 jungen, gesunden und normalgewichtigen Frauen. Die explorative Datenanalyse zeigte im Kontrast zwischen gedehntem und leerem Magen mehr als zwanzig aktive Hirnregionen. Die Datenanalyse bestätigte mehrere zur viszeralen Verarbeitung beitragenden Hirnregionen: inferiorer frontaler Kortex, eine Konvergenzzone für Narhungsstimuli; insulärer und opercularer Kortex auch als viszeraler Kortex bezeichnet; der anteriore cinguläre (und insuläre) Kortex, zur affectiven Infromationsverarbeitung; und Hirnstamm, eine Region der vagalen Verschaltung viszeraler Stimuli. Der ventro-laterale präfrontale Kortex zusammen mit insulären Regionen könnte ein Verbindungsglied zwischen den affektiven und belohnenden Komponenten der Nahrungsaufnahme, insbesondere für Essstörungen wie z.B. Bulimia Nervosa oder Übergewicht verbunden mit Binge-Eating darstellen. Gastrische Magendehnung fürhte zu signifikant schneller, reversibler und reproduzierbarer Steigerung der Empfindung von Sättigung, Müdigkeit und gastrischem Unbehagen und zur Reduzierung von Hunger. Wir zeigten, dass die erwähnten Phänomene durch mechanische Aktivierung der zur Sättigung beitragenden neuronalen Verschaltung erzeugt werden können. Die vorliegende Sudie von schmerzloser, proximaler gastrischer Dehnung kann als Basis für die Erforschung dysfunktionalen Essenverhaltens dienen indem sie eine Verbindung zwischen viszeraler Empfindung und Essverhalten herstellt. Eine mögliche Behandlung dysfunktionalen Essverhaltens könnte die bewusste und unbewusste Wahrnehmung und das interozeptive Bewusstsein der Magendehnung, als ein Sättigungsmerkmal, modifizieren.

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Metadaten
Author:Elke Stephan
URN:urn:nbn:de:hbz:385-5190
Advisor:Elke Stephan
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2009/03/03
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 1
Date of final exam:2009/01/21
Release Date:2009/03/03
Tag:Interozeption; Koerperwahrnehmung; viszerale Empfindung
bulimia; interoception; neuroimaging; vagus; visceral awareness
GND Keyword:Bulimie; Essstörung; Hirnfunktion; Vagus
Institutes:Fachbereich 1 / Psychologie
Dewey Decimal Classification:1 Philosophie und Psychologie / 15 Psychologie / 150 Psychologie

$Rev: 13581 $