摘 要 肥胖已成為嚴(yán)重的全球健康問題。目前我國6 至17 歲兒童青少年超重肥胖率高達(dá)19%。大腦獎賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)（雙系統(tǒng)）對兒童肥胖的重要作用已經(jīng)得到了實證研究的支持。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，在獎賞網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)中的功能連通性較低。可見，超重/ 肥胖兒童表現(xiàn)出獎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。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)展過程中的作用，缺少對雙系統(tǒng)相互作用的系統(tǒng)探究，而考察多個關(guān)鍵腦區(qū)/ 系統(tǒng)間的交互關(guān)系有助于更準(zhǔn)確地識別出高風(fēng)險兒童。未來需要更多大型縱向研究，結(jié)合認(rèn)知行為測量，全面多維地探明兒童肥胖與大腦發(fā)育的動態(tài)發(fā)展機制，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)重的全球健康問題。世界衛(wèi)生組織最新數(shù)據(jù)顯示，全球有超過10 億肥胖人群，其中3.4 億是青少年，3900 萬是兒童?！吨袊用裆攀持改希?022）》顯示，我國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10%。兒童肥胖問題正成為國家和社會重點關(guān)注的問題之一?！丁敖】抵袊?030”規(guī)劃綱要》指出，推進(jìn)健康中國建設(shè)，要實施健康兒童計劃，加強兒童早期發(fā)展，加強兒科建設(shè)，加大兒童重點疾病防治力度。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)知問題有關(guān)，包括心血管疾病、睡眠障礙、糖尿病、自殺風(fēng)險升高、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對健康產(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)今中國面臨的一個嚴(yán)峻且現(xiàn)實的問題。

肥胖是指因能量攝入超過能量消耗，導(dǎo)致體內(nèi)脂肪積累過多，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、易感基因）、環(huán)境（食物刺激、家庭環(huán)境）、個體行為（進(jìn)食、活動水平）等因素（Adise， Allgaier， et al.，2021; Carnell et al.， 2023; Shao et al.， 2022; Shapiro etal.， 2020）。而過度進(jìn)食和能量消耗減少是肥胖最直接的原因（Adise， Allgaier， et al.， 2021）。大腦在個體進(jìn)食行為中發(fā)揮著重要作用，其對進(jìn)食的控制涉及多個系統(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，以下將這兩個系統(tǒng)簡稱為大腦雙系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有研究多從獎賞系統(tǒng)或者抑制控制系統(tǒng)的角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了超重/ 肥胖兒童在單個系統(tǒng)上的大腦結(jié)構(gòu)和功能改變，但關(guān)注獎賞和抑制控制系統(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)對于兒童體重變化的作用有助于更準(zhǔn)確地識別出高風(fēng)險兒童，為兒童肥胖的早期預(yù)防和干預(yù)提供新的思路，對推進(jìn)健康中國建設(shè)具有重要的意義。

2 大腦雙系統(tǒng)

以往研究對大腦雙系統(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）。獎賞系統(tǒng)主要表現(xiàn)為對食物獎賞刺激的迅速響應(yīng)并產(chǎn)生驅(qū)動行為，抑制控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)對不合理的進(jìn)食行為進(jìn)行抑制，兩個系統(tǒng)相互作用來調(diào)控個體的進(jìn)食行為。

抑制控制系統(tǒng)主要與前額葉皮層的活動有關(guān)，尤其是扣帶皮層（cingulate cortex）、下額葉皮層（inferior frontal cortex）、前輔助運動區(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、獎賞調(diào)節(jié)和沖動抑制，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，肥胖個體的認(rèn)知控制受損，抑制控制能力下降，難以抑制獎賞系統(tǒng)對食物線索的激活，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)獎賞驅(qū)動的邊緣系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)育成熟（Lowe et al.， 2020）。這種成熟度差異造成了獎賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)之間的不平衡，表現(xiàn)為獎賞敏感性增強和行為調(diào)節(jié)減弱，可能導(dǎo)致個體在食物獎賞動機下產(chǎn)生過度進(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）。而肥胖又會使中皮層多巴胺能信號傳導(dǎo)、前額葉功能和認(rèn)知控制發(fā)生顯著而持久的變化，這反過來又會導(dǎo)致不健康的飲食行為（Lowe et al.， 2019），形成一個循環(huán)?？梢?，大腦雙系統(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，這是獎賞和抑制控制神經(jīng)回路動態(tài)發(fā)展的時期（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)育過程一直持續(xù)到成年早期。在童年期，獎賞系統(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，獎賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)的發(fā)展不平衡會導(dǎo)致青少年沖動進(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獎賞（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，本文將從結(jié)構(gòu)像和功能像兩個方面，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）來測量，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）。基于9～11 歲的兒童隊列研究發(fā)現(xiàn)，BMI越高，獎賞腦區(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)涉及食欲控制和獎賞加工，其結(jié)構(gòu)改變表明兒童肥胖與獎賞系統(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)強度較低（Brooks et al.， 2023）。這些結(jié)果表明兒童早期過高的體重指數(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，對于兒童大腦結(jié)構(gòu)和BMI 的縱向關(guān)系探究較少。對9～10 歲兒童進(jìn)行兩年追蹤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)9～10 歲時的結(jié)構(gòu)變異（如CT減小、FA 減?。┛梢灶A(yù)測兒童在兩年內(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)像研究對獎賞系統(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)測建模，發(fā)現(xiàn)個體水平的形態(tài)相似性網(wǎng)絡(luò)（morphometric similarity network）可以預(yù)測9～12 歲學(xué)齡兒童的BMI，表明高級系統(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，獎賞腦區(qū)伏隔核、杏仁核體積增大，眶額葉皮層變??；抑制控制腦區(qū)前額葉、前扣帶回的灰質(zhì)體積、皮層厚度減小。與抑制控制和獎賞加工相關(guān)區(qū)域的結(jié)構(gòu)和加工改變可能會導(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（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）來測量，以評估空間上不同的大腦區(qū)域的時間相關(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，從獎賞系統(tǒng)、抑制控制系統(tǒng)、獎賞- 抑制系統(tǒng)交互作用三個方面來展開闡述。

5.1 獎賞系統(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賞系統(tǒng)功能失調(diào)有關(guān)（Pujol et al.， 2021）。另一項大樣本研究發(fā)現(xiàn)，9～11歲超重/肥胖兒童在邊緣和獎賞網(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賞加工受損有關(guān)（Brooks et al.， 2023）。

獎賞加工是指個體對獎賞信息進(jìn)行注意、知覺和期待的過程，是一系列認(rèn)知過程的重要組成部分，包括學(xué)習(xí)、情緒、動機等心理成分（Glazer et al.，2018）。對兒童大腦獎賞反應(yīng)的研究主要采用金錢獎賞延遲任務(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（金錢獎賞、金錢懲罰、無獎懲）對目標(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，被試需猜測計算機生成的數(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)時無論對錯都沒有獎賞，最后是結(jié)果反饋。

在獎賞任務(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紋狀體的BOLD（blood oxygenation level dependent， 血氧濃度相依對比）反應(yīng)更大，但沒有發(fā)現(xiàn)肥胖組和正常組的差異。隨后該團(tuán)隊采用MID 任務(wù)也得到了相似的結(jié)果，即9～10 歲兒童在預(yù)期和接受獎賞時的功能激活和BMI 沒有關(guān)聯(lián)（Adise， Allgaier， et al.，2021）。僅有一項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)期和接受獎賞時，左腹側(cè)紋狀體和左腦島之間的連通性增加，表明其獎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省椥?、連通性和聚類性較低（Brooks et al.， 2023），這些異常可能與食物攝入控制和認(rèn)知加工受損有關(guān)。Kaltenhauser 等（2023）也報告了相似的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)9～10 歲兒童BMI 越高，獎賞和控制相關(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)計劃或已經(jīng)啟動的行為（Bari amp; Robbins， 2013）。抑制控制一般分為反應(yīng)抑制和沖突控制（Diamond， 2013），沖突控制指個體控制自身的想法或注意以抵抗沖突刺激的干擾，反應(yīng)抑制則是對不恰當(dāng)行為的抑制（Tiego et al.，2018）。當(dāng)個體具有強烈的進(jìn)食沖動時，缺乏抑制控制可能會導(dǎo)致沖動進(jìn)食并發(fā)展為肥胖（Appelhans，2009）。對抑制控制的研究，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 信號出現(xiàn)時，被試需要盡快做出反應(yīng)，但當(dāng)出現(xiàn)不頻繁的stop 信號時，必須抑制反應(yīng)，根據(jù)stop 信號錯誤響應(yīng)的百分比來評估抑制控制能力。在停止信號任務(wù)中，最常用的測量指標(biāo)是停止信號反應(yīng)時間（SSRT），SSRT 越短，抑制能力越強。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試中傾向于選擇即時的、較小的獎賞而不是較大但推遲的獎賞。

大量行為證據(jù)表明，兒童體重增長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SST任務(wù)的結(jié)果表明，SSRT越長（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 歲兒童的隊列研究顯示，SST 任務(wù)下的腦區(qū)活動與BMI 沒有關(guān)聯(lián)（Adise， Allgaier， et al.，2021）。僅有一項小樣本研究發(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（食物獎賞區(qū)域）對食物圖像的反應(yīng)增強，表明抑制控制系統(tǒng)功能減退和獎賞系統(tǒng)反應(yīng)增加與體重增加有關(guān)（Batterink et al.， 2010）。

總體來看，在靜息狀態(tài)下，BMI 較高的兒童表現(xiàn)出獎賞系統(tǒng)內(nèi)、抑制控制系統(tǒng)內(nèi)功能連接減弱，說明其獎賞功能失調(diào)和抑制控制受損；在獎賞任務(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)下獎賞系統(tǒng)反應(yīng)增強（Batterink et al.， 2010; Bhutani et al.， 2021），獎賞系統(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。而兒童的大腦正在發(fā)育中，可能不足以檢測到神經(jīng)差異（Adise et al.，2019）。這突出了縱向研究的重要性，未來需要進(jìn)一步探究在個體整個發(fā)展過程中獎賞加工和體重之間的關(guān)系。

5.3 獎賞和抑制控制系統(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（獎賞）、左外側(cè)眶額皮層之間的功能連接增強，表明獎賞腦區(qū)和抑制控制腦區(qū)之間更強的功能連接可能會使肥胖兒童更容易受到食物刺激的影響，使其過度進(jìn)食的風(fēng)險升高（Black etal.， 2014）。另一項研究發(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，右側(cè)殼核與食物獎賞有關(guān)，該功能連接增強可能意味著食物獎賞調(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)之間較強的功能連接顯著預(yù)測了兒童一年后較慢的BMI 增長（Assari et al.， 2020）。上述研究在獎賞系統(tǒng)和抑制控制系統(tǒng)之間功能連通性增強或減弱方面呈現(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)研究都聚焦于獎賞或者抑制控制系統(tǒng)的單獨機制，缺少對雙系統(tǒng)交互作用的探討，僅有一項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)期和接受獎賞時，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)果表明獎賞敏感性的提高和抑制控制的缺陷相結(jié)合，可能會導(dǎo)致青少年的沖動行為，從而導(dǎo)致更高的體重指數(shù)（Bhutani et al.， 2021）。

來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)輔助運動區(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體維持抑制控制和獎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，表明其獎賞加工和抑制控制可能受損。且BMI 較高和獎賞、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（獎賞敏感性升高和行為控制下降）使得個體飲食自我調(diào)節(jié)能力降低，進(jìn)一步導(dǎo)致過度進(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)一步增加兒童過度進(jìn)食和肥胖的風(fēng)險。

6 總結(jié)與展望

綜合來看，超重/ 肥胖兒童在大腦獎賞系統(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、皮層厚度減小；在功能基礎(chǔ)方面，超重/ 肥胖兒童在獎賞系統(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影響兒童體重增長，影響方向如何尚未明晰。未來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。考察雙系統(tǒng)的相互作用可能會產(chǎn)生更準(zhǔn)確的預(yù)測，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（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，未來研究應(yīng)重點關(guān)注大腦獎賞與抑制控制系統(tǒng)的因果交互（causal interactions）對兒童肥胖的獨特作用，如通過動態(tài)因果模型分析（dynamic causalmodeling）來實現(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)致兒童肥胖的動態(tài)發(fā)展模式。

其次，以動態(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。來自ABCD 的兩項研究發(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）。考慮到肥胖的病理生理學(xué)機制涉及生物、心理、社會和環(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，未來還需要更多的大型縱向研究，從兒童早期開始，對肥胖、腦功能和結(jié)構(gòu)以及認(rèn)知進(jìn)行多次重復(fù)測量，結(jié)合長期的干預(yù)實驗，構(gòu)建兒童肥胖與大腦發(fā)育的動態(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，采用機器學(xué)習(xí)的方法來預(yù)測神經(jīng)模型已經(jīng)成為一種趨勢。機器學(xué)習(xí)分析通常結(jié)合交叉驗證策略和機器學(xué)習(xí)算法來訓(xùn)練和測試大量的神經(jīng)成像特征，以此構(gòu)建大腦模式和預(yù)測模型（Dwyer et al.， 2018; Tejavibulya et al.，2022）。元分析表明，肥胖與多個腦區(qū)（如獎賞和認(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)同或拮抗活動密切相關(guān)（Syan et al.， 2021）。已有研究將機器學(xué)習(xí)分析方法用來預(yù)測成年人肥胖的神經(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）。未來有望在大型的兒童樣本中應(yīng)用機器學(xué)習(xí)建模，探索兒童肥胖的穩(wěn)健預(yù)測因子，以識別超重和肥胖風(fēng)險增加的高危個體；同時，使用多個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)食物獎賞加工。例如，一項基于9～12 歲兒童研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)險等位基因FTO rs9939609 攜帶者在觀看食物廣告時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)險等位基因FTO rs1421085（與rs9939609 強連鎖不平衡）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)險的兒童更傾向于對食物刺激表現(xiàn)出更強的獎賞加工，且相關(guān)腦區(qū)的活動和體積也發(fā)生了改變，這反過來可能又致力于生命后期的不健康飲食行為。未來的研究需要通過前瞻性設(shè)計，進(jìn)一步探究遺傳性肥胖風(fēng)險增加的個體，其大腦結(jié)構(gòu)和功能在發(fā)育過程中的變化。比如，在神經(jīng)成像的兒童隊列中，結(jié)合人體測量學(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)境對食欲回路發(fā)育的影響及其對兒童進(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，未來對于兒童肥胖關(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兒童肥胖的心理和神經(jīng)機制，以豐富兒童肥胖的理論體系。

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