Brain activation secondary to visual stimuli representing food in bulimia nervosa

Abstract

Bulimia nervosa (BN) is a potentially severe eating disorder, mainly affecting young women. The role of hedonic processing of food cues is increasingly recognized as relevant to eating psychopathology, especially to binge eating behavior. However, it is not yet known whether food stimuli have an increased reward salience to people with BN. Furthermore, the exact mechanism by which food modulates reward neurocircuitry remains unknown. A better knowledge on how food images may be differently processed by patients with BN versus healthy control subjects is a relevant contribution to a more accurate understanding of binge eating. It might also shed light into the reward value of eating and food in BN. The main goal of the research presented in this thesis was to increase the understanding of neural responses secondary to food cues (binge and non-binge type food) in patients with BN relative to healthy controls. As secondary goals, the work developed under the scope of this thesis intended to ascertain the subjective response to food stimuli in patients with BN, as well as to discuss the overlap and differences between eating disorders and addictive behaviors. Following descriptive reviews of structural and functional brain imaging studies in BN, an original study including a battery of neuropsychological tests and a functional magnetic resonance imaging study were conducted to assess the effect of visual stimuli representing food in patients with BN relative to healthy control subjects. Using self-report measures and a detailed clinical interview, this investigation also explored the possible mechanisms underlying binge eating, the hedonic and emotional responses to food cues, and the temporal relation between the onset of BN and addictive behaviors. No significant differences were found between patients with BN and healthy control subjects with respect to brain activation secondary to visual stimuli representing food. However, there was some (statistical) evidence of interaction between the subject´s group (patients with BN versus controls) and the paradigm condition (hypercaloric versus hipocaloric stimuli) at the voxel peak-level (P=0.084) of a blob encompassing the right primary somatosensory cortex, the right primary motor cortex, and the right premotor area – parts of the so-called mirror neuron system. Patients with BN presented more activation in the hypercaloric condition than control subjects, and control subjects presented more activation in the hipocaloric condition than patients with BN. In addition, patients with BN identified hypercaloric food as more anxiogenic relative to healthy control subjects. The results suggest higer salience and a stronger drive to eat hypercaloric food in BN relative to healthy subjects, supporting an altered brain processing of food stimuli in eating disorders. The abnormal activation of parts of the mirror-neuron system possibly indicates an altered matching between sensory information and motor preparation or mental representation of eating behavior, but this needs to be confirmed in future studies. In addition, subjective ratings further supported an anxiogenic response to hypercaloric food in BN, suggesting a higher salience of these stimuli in BN. Patients with BN reported different preferred binge food, and described distinct subjective binge eating mechanisms: an “emotional binge eating”, an “addictive-like binge eating”, and a “cognitively planned binge eating”. On average, patients with BN and previous substance use had an earlier onset of the eating disorder symptoms than addictive behaviors. This may suggest predisposition to engage in addictive behaviors after the onset of BN. The original results presented in this thesis are discussed in the context of previous neuroimaging and clinical findings in BN. Their implication for the treatment of BN is also discussed. Nevertheless, such results seem to contribute to a better understanding of the neurobiology of BN, by clarifying the corresponding reward value of food. This can be used to improve clinical interventions, explore treatment targets, and draw attention to new neurobiological models of BN. In addition, by investigating the relation between eating disorders, and addictive spectrum disorders, the current debate on food addictive properties is also brought to the fore.

A Bulimia Nervosa (BN) é uma perturbação do comportamento alimentar (PCA), potencialmente grave, que afeta principalmente mulheres jovens. Os mecanismos cerebrais subjacentes à BN continuam por compreender, apesar da crescente investigação. O papel do processamento hedónico dos estímulos alimentares, é cada vez mais reconhecido como importante para a psicopatologia associada às PCA, nomeadamente dos episódios de ingestão alimentar. No entanto, ainda não é claro se os estímulos alimentares têm maior saliência ou recompensa hedónica para as pessoas com BN. Para além disso, o mecanismo exacto pelas qual a alimentação modula os mecanismos de recompensa cerebrais ainda está por esclarecer. Um melhor conhecimento de como os estímulos alimentares visuais podem ser processados diferencialmente por pessoas com BN comparativamente a controlos saudáveis, é uma contribuição relevante para uma melhor compreensão da ingestão alimentar compulsiva. Para além disso, poderá contribuir para aumentar o conhecimento do valor de recompensa da alimentação e dos estímulos alimentares na BN. O principal objetivo da investigação apresentada nesta tese, foi aumentar o entendimento da resposta cerebral secundária a estímulos alimentares, em doentes com BN relativamente a controlos saudáveis. Como objetivos secundários, o trabalho desenvolvido no âmbito desta tese pretendeu explorar a resposta subjectiva a estímulos alimentares em pacientes com BN, assim como discutir as diferenças e semelhanças entre perturbações alimentares e comportamentos aditivos. Após revisões descritivas dos estudos de neuroimagem estrutural e funcional na BN, foi conduzido um estudo original que incluiu uma bateria de testes neuropsicológicos e um estudo de ressonância magnética funcional, para determinar o efeito de estímulos visuais representativos de alimentos, em pacientes com BN relativamente a sujeitos controlos saudáveis. Utilizando escalas de autopreenchimento e uma entrevista clínica detalhada, esta investigação também explorou os possíveis mecanismos subjacentes à ingestão alimentar compulsiva, a resposta hedónica e emocional a estímulos alimentares e a relação temporal entre o início de BN e a presença de comportamentos aditivos. Não se verificaram diferenças significativas na activação cerebral a estímulos visuais representativos de alimentos em pacientes com BN relativamente a sujeitos controlo saudáveis. No entanto, verificou-se alguma evidência (estatística) de interacção entre o grupo de participantes (pacientes com BN versus controlos) e a condição do paradigma (estímulos hipercalóricos versus hipocalóricos) no peakvoxel (P=0.084) de um blob respeitante ao córtex somatosensorial primário direito, ao cortex motor primário direito e à área pré-motora direita – partes do denominado sistema de “neurónios-espelho”. Relativamente aos controlos saudáveis, as pacientes com BN apresentaram maior activação na condição hipercalórica e os sujeitos controlo apresentaram maior activação na condição hipocalórica do que os doentes com BN. Para além disso, as pacientes com BN classificaram os estímulos alimentares hipercalóricos como mais ansiogénicos relativamente aos sujeitos controlos saudáveis. Estes resultados sugerem uma maior saliência de recompensa e maior desejo de ingerir estímulos alimentares hipercalóricos na BN relativamente a controlos saudáveis, suportando a hipótese de um processamento cerebral alterado dos estímulos alimentares nas PCA. A activação alterada de partes do sistema de “neurónios-espelho”, possivelmente indica uma coordenação alterada da informação sensorial com a preparação motora ou representação mental do comportamento alimentar, mas esta hipótese carece de confirmação em futuros estudos. Para além disso, as cotações subjetivas revelam uma resposta ansiogénica aos estímulos alimentares hipercalóricos, sugerindo uma maior saliência deste tipo de estímulos na BN. As pacientes com BN reportaram diferentes tipos de alimentos preferenciais utilizados nos episódios de compulsão alimentar e descreveram diferentes mecanismos subjacentes aos episódios de ingestão alimentar compulsiva: um binge eating emocional, um binge eating addictive-like (do tipo aditivo), e um binge eating planeado cognitivamente. Em média, nas participantes com BN e história prévia de abuso de substâncias, a perturbação alimentar precedeu o comportamento aditivo. Este achado pode sugerir uma maior predisposição para comportamentos aditivos após o início da BN. Os resultados originais apresentados nesta tese são discutidos no contexto de achados clínicos e neuroimagiológicos prévios na BN. As suas implicações para o tratamento da BN são também discutidas. Assim sendo, estes resultados parecem contribuir para uma maior compreensão da neurobiologia da BN, clarificando o valor de recompensa dos estímulos alimentares. Esta informação pode ser utilizada para melhorar as intervenções clínicas, explorar alvos terapêuticos e despertar a atenção para novos modelos neurobiológicos. Adicionalmente, ao investigar a relação entre as perturbações alimentares e as perturbações do espectro aditivo, é dado relevo ao debate actual sobre as propriedades aditivas dos alimentos.