利用高密度脑电图技术揭示大脑反应对食物喜爱的EEG研究

利用高密度脑电图技术揭示大脑反应对食物喜爱的EEG研究

论文题目：

Brain responses and connectivity to visual meal compositions: An EEG investigation into food liking

中文翻译：大脑反应和对视觉膳食成分的连通性：对食物喜欢的脑电图调查

摘要

探索食物喜好会影响个人对某些食物的偏好，对于提高消费者满意度、鼓励更健康的饮食习惯和制定有效的营养干预措施非常重要。在本研究中，我们旨在研究食物喜好的神经机制。我们使用高密度脑电图（EEG）作为神经科学方法，并使用视觉食物刺激，重点研究由视觉膳食成分的变化引起的大脑反应和功能连接的变化。行为结果显示，随着成分的增加，被试对膳食的喜爱程度增加。EEG源分析显示，随着进食增加，前脑岛、梭形回、楔前叶、腹内侧前额叶皮层和内侧眶额叶皮层 （mOFC） 的活动增加，背外侧前额叶皮层 （dlPFC） 的活动减少。此外，功能连接分析显示，dlPFC 与 mOFC 和前岛叶之间的连接性降低。总之，这些结果表明，负责主观奖励价值处理和认知控制的大脑区域之间的神经交流减少，表明注意力转向食物的奖励方面，在喜好的食物的决策中起着重要作用。我们的研究还强调了大脑各个区域在决定食物偏好中不可或缺的作用，从而为进一步研究饮食决策过程的神经科学提供了证据。

背景：

食物喜欢是指对食物消费的愉悦程度的享乐评估。了解食物喜欢背后的机制对于各种应用至关重要，包括旨在鼓励更健康饮食习惯的食品开发、营养科学和公共卫生。感官特征是食物偏好的主要决定因素之一，吸引人们选择具有特定感官属性的食物。对食物的感知是一种主观的多感官体验，涉及各种模式，包括视觉、嗅觉、味觉、听觉和触觉。每种感官方式都为食物的整体感知和评估提供了独特的信息，最终影响消费决策。

实验任务

由专业食品造型师和摄影师准备并拍摄了四种不同的韩国餐（如下图A）。第一餐包括煮熟的米饭，豆芽汤和卷心菜辛奇（M1）。第二餐（M2）是用炒鱼饼、酱油炖鹌鹑蛋和蘑菇来补充这顿饭。在第三餐 （M3） 中，添加了 Japchae（酱油、混合蔬菜和肉类炒红薯面）和煎蛋卷。最后，第四餐 （M4）是烤肉（切成薄片的腌制牛肉），以创造更多样化和更美味的膳食成分。本研究中的所有配菜都经常在韩国餐馆供应，在杂货市场出售，并在家烹饪。所有菜肴均购自韩国的一家在线购物中心。

图 1.实验范式和行为结果。

脑电图记录

使用 256 通道高密度脑电图系统（NA400）和 256 通道 HydroCel 网状电极帽（Magstim EGI）。根据制造商的指南，根据 256 HCGSN 成人 1.0 蒙太奇系统定位电极，所有电极的阻抗均小于 50 kΩ。使用CZ电极作为参考电极。

用EEGLAB软件离线预处理原始脑电图数据。首先，数据进行平均参考，采样率降低到 250 Hz。随后，在1-30 Hz范围内对EEG信号进行带通滤波。使用 1 Hz 的较低截止频率来提高独立成分分析分解的质量。根据四个标准差的归一化阈值拒绝坏通道，并进行插值。使用独立的成分分析来去除源自眼球运动和肌肉活动的伪影。

使用Brainstorm软件进一步分析预处理的EEG数据。对于每种膳食条件，提取 1100 毫秒的周期，其中包括 100 毫秒的刺激前基线，并取平均值。我们使用ICBM152默认解剖结构来计算头部模型。

实验结果

下图A 显示了在三个感兴趣的时间间隔内与 M4 成分相关的大平均时程和地形：早期 （100-160 ms）、中期 （200-400 ms） 和晚期 （450-800 ms）。这些间隔由大平均波形中的三个不同最大值识别，随后用于源级统计分析。地形图说明了每个时间间隔内大脑在高峰时刻对视觉食物刺激的反应的空间分布。全局场功率分析量化了每个时间点的神经活动的整体强度，在图B中绘制了实验条件M1（蓝色），M2（灰色），M3（黑色）和M4（红色）随时间的变化。

图 3.神经源活动的变化是膳食成分变化的函数

更多数据详情，请参考原文章。

结论

我们的研究结果表明，认知控制和奖励驱动过程之间的相互作用，正如特定大脑区域的功能连接所反映的那样，显著影响了喜欢食物的决定。这项研究强调了大脑各个区域在决定食物偏好中不可或缺的作用，从而为进一步研究饮食决策过程的神经科学提供了证据。这些发现可能有助于制定有针对性的干预措施，旨在鼓励更健康的饮食习惯和个性化的营养策略。

参考文献：

Manyoel Lim, Seyeong Park, Youngseung Lee, Han Sub Kwak,Brain responses and connectivity to visual meal compositions: An EEG investigation into food liking,Food Quality and Preference,Volume 112,2023,105029,ISSN 0950-3293,https://doi.org/10.1016/j.foodqual.2023.105029.

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