A6 - Die Kombination von Echt-Zeit funktioneller Magnetresonanztomographie und Neurofeedback zur Modulation des Drangs nach Essen
Dieses Projekt wurde von 2013 bis 2016 im Rahmen des SFB 1052 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.
Zunehmend verdichten sich Hinweise, dass die Übergewichtigkeit an ein Ungleichgewicht zwischen dem zentralnervösen homöostatischen, hedonischen und kognitiven Kontrollsystem gekoppelt ist. Angesichts der virtuell uneingeschränkten Verfügbarkeit hoch kalorischer Nahrung ist es wichtig die Kontrolle über das hedonische System aufrecht zu erhalten um somit das Essen über den Energiebedarf hinaus zu vermeiden. In einer kürzlich durchgeführten Studie untersuchten wir, wie es das Gehirn schlanker Personen erlaubt bewusst das hedonische System und damit das Verlangen nach schmackhafter aber ungesunder Nahrung zu kontrollieren (Hollmann et al., 2011). Wir identifizierten das zentralnervöse Bewertungssystem in der Kombination mit präfrontalen kognitiven Kontrollregionen die zur aktiven Neubewertung ungesunder Nahrung beitrugen. Eine insuffiziente kognitive Kontrollkapazität dieser Hirnregionen stellt einen wichtigen Mechanismus in der Entwicklung der Übergewichtigkeit dar. In dem hier vorgestelltem Projekt beabsichtigen wir die Echt-Zeit funktionelle Magnetresonanztomographie (EZ-fMRT) mit Neurofeedback zu kombinieren um bei Übergewichtigen die Kontrolle über hedonische Hirnsysteme und damit das Überessen zu stärken. Wir messen hämodynamische Hirnantworten von Übergewichtigen in Echtzeit um kontinuierlich den aktuellen Hirnstatus zu überwachen. Der Unterscheid zwischen diesem Status und dem Status der optimalen kognitiven Kontrolle werden in ein Signal übersetzt und an den Probanden on-line visuell rückgenmeldet (Neurofeedback). Mit den folgenden Präsentationen wird der Proband trainiert kontinuierlich den momentanen Status an den Status der optimalen kognitiven Kontrolle anzupassen. Wir beabsichtigen zwei unterschiedliche Trainingsansätze zu vergleichen: 1. Das Training anhand der eigenen Hirnmuster der optimalen Kontrolle, und 2. Anhand der Hirnmuster schlanker Probanden. Wir nehmen an, dass mit fortschreitendem Neurofeedbacktraining die Probanden zunehmend lernen die vorteilhafteste Strategie anzuwenden um Kontrolle über den Drang nach ungesunder Nahrung zu gewinnen. Die Stärkung der kognitiven Kontrolle über das Essen durch Neurofeedback stellt einen vielversprechenden Ansatz dar zur Entwicklung neuer Therapiestrategien der Übergewichtigkeit.
Abbildung 1: Dargestellt sind die Hirnregionen die es schlanken Personen erlauben bewusst das hedonische System und damit das Verlangen nach schmackhafter aber ungesunder Nahrung zu kontrollieren (siehe auch Hollmann et al., 2011).
Rullmann M, Preusser S, Poppitz S, Heba S, Gousias K, Hoyer J, Schütz T, Dietrich A, Müller K, Hankir MK, Pleger B., Adiposity Related Brain Plasticity Induced by Bariatric Surgery., Front Hum Neurosci. 2019 Aug 27;13:290.
Hankir MK, Rullmann M, Seyfried F, Preusser S, Poppitz S, Heba S, Gousias K, Hoyer J, Schütz T, Dietrich A, Müller K, Pleger B. Roux-en-Y gastric bypass surgery progressively alters radiologic measures of hypothalamic inflammation in obese patients. JCI Insight. 2019 Aug 29. pii: 131329.
Wistehube T, Rullmann M, Wiacek C, Braun P, Pleger B. Fat perception in the human frontal operculum, insular and somatosensory cortex. Sci Rep. 2018 Aug 7;8(1):11825.
Kumar S, Grundeis F, Brand C, Hwang HJ, Mehnert J, Pleger B. Satiety-induced enhanced neuronal activity in the frontal operculum relates to the desire for food in the obese female brain. Exp Brain Res. 2018 Jun 22.
Rullmann M, Preusser S, Poppitz S, Heba S, Hoyer J, Schütz T, Dietrich A, Müller K, Pleger B. Gastric-bypass surgery induced widespread neural plasticity of the obese human brain. Neuroimage. 2017; Epub ahead of print.
Hellrung L, Dietrich A, Hollmann M, Pleger B, Kalberlah C, Roggenhofer E, Villringer A, Horstmann A. Intermittent compared to continuous real-time fMRI neurofeedback boosts control over amygdala activation. NeuroImage. 2017;166:198-208.
Weise CM, Piaggi P, Reinhardt M, Chen K, Savage CR, Krakoff J, Pleger B. The obese brain as a heritable phenotype - A combined morphometry and twin study. Int J Obes (Lond). 2017;41:458-66.
Kumar S, Grundeis F, Brand C, Hwang HJ, Mehnert J, Pleger B. Differences in insula and pre-/frontal responses during reappraisal of food in lean and obese humans. Front Hum Neurosci. 2016;10:233.
Melasch JT, Rullmann M, Hilbert A, Luthardt J, Becker GA, Patt M, Stumvoll M, Blüher M, Villringer A, Arelin K, Meyer PM, Bresch A, Sabri O, Hesse S, Pleger B. Sex differences in serotonin-hypothalamic connections underpin a diminished sense of emotional well-being with increasing body weight. Int J Obes (Lond). 2016;40:1268-77.
Melasch J, Rullmann M, Hilbert A, Luthardt J, Becker GA, Patt M, Villringer A, Arelin K, Meyer PM, Lobsien D, Ding Y-S, Müller K, Sabri O, Hesse S, Pleger B. The central nervours norepinephrine network links a diminished sense of emotional well-being to an increased body weight. Int J Obes. 2016;40:779-87.
Mueller K, Möller HE, Horstmann A, Busse-Voigt FP, Lepsien J, Blüher M, Stumvoll M, Villringer A, Pleger B. Physical exercise in overweight to obese individuals induces metabolic- and neurotrohic-related structural brain plasticity. Front Hum Neurosci. 2015;9:372.
Mueller K, Horstmann A, Möller HE, Anwander A, Lepsien J, Schroeter ML, Villringer A, Pleger B. Obesity associated cerebral gray and white matter alterations are interrelated in the female brain. PLoS One. 2014;9:e114206.
Horstmann A, Kovacs P, Kabisch S, Boettcher Y, Schloegl H, Toenjes A, Stumvoll M, Pleger B*, Villringer A*. Common genetic variation near MC4R has a sex-specific impact on human brain structure and brain behavior. PLoS One. 2013;8:e74362.
Schlögl H, Kabisch S, Horstmann A, Lohmann G, Müller K, Lepsien J, Busse-Voigt F, Kratzsch J, Pleger B, Villringer A, Stumvoll M. Exenatide-induced reduction in energy intake is associated with increase in hypothalamic connectivity. Diab Care. 2013;36:1933-40.
Hollmann M, Hellrung L, Pleger B, Schlögl H, Kabisch S, Stumvoll M, Villringer A, Horstmann A. Neural Correlates of the Volitional Regulation of the Desire for Food. Int J Obes. 2012;36:648-55.
Müller K, Anwander A, Möller HE, Horstmann A, Lepsien J, Busse FP, Mohammadi S, Schröter ML, Stumvoll M, Villringer A, Pleger B. Sex-dependent influences of obesity on cerebral white matter investigated by diffusion-tensor imaging. Plos One. 2011;6:e18544.
Horstmann A, Busse FP, Mathar D, Müller K, Lepsien J, Schlögl H, Kabisch, S, Kratzsch J, Neumann J, Stumvoll M, Villringer A, Pleger B. Obesity-related differences between women and men in brain structure and goal-directed behavior. Front Hum Neurosci. 2011;5:58.
PROJEKT TEAM
PD Dr. Burkhard Pleger
Berufsgenossenschaftliches Universitätsklinikum Bergmannsheil und
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften
Neurologische Universitätsklinik und Poliklinik
Bürkle-de-la-Camp-Platz 1
44789 Bochum
Telefon: 0234 / 302-3551