Hybrydowe skany fMRI-PET oferują wgląd w starzejący się mózg
Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) uwidacznia zwiększony dopływ krwi do aktywnych obszarów mózgu wraz z tlenem i składnikami odżywczymi potrzebnymi neuronom. Porównywanie sygnałów fMRI osób z różnych grup wiekowych lub tych samych osób w czasie zapewnia wgląd w architekturę i funkcjonowanie ludzkiego mózgu. Rzuciło to światło na prawidłowe i patologiczne zmiany w mózgu związane z wiekiem oraz na różnice indywidualne, pomagając wykryć i scharakteryzować zaburzenia neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera. „Jednak niektóre wspólne wzorce fMRI, takie jak dezaktywacja niektórych obszarów mózgu podczas kontroli poznawczej i zwiększona aktywacja obszarów przedczołowych w okresie starzenia się, doprowadziły do wątpliwości interpretacyjnych”, zauważa Anna Rieckmann, koordynatorka projektu SIMULTAN, który był finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. Zespół projektu SIMULTAN wykorzystał skanowanie metodą pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) w celu uzupełnienia sygnałów fMRI, ponieważ technologia ta może wychwycić dodatkowe sygnały związane ze zmianami związanymi z wiekiem. „Pokazaliśmy, że hybrydowe skanery fMRI-PET mogą jednocześnie wizualizować uzupełniające się aspekty funkcjonowania mózgu”, mówi Rieckmann.
Podaż i zapotrzebowanie w starzejącym się mózgu
Gdy neurony są aktywne, potrzebują więcej tlenu i składników odżywczych (zapotrzebowanie metaboliczne), więc naczynia krwionośne w tym regionie rozszerzają się, zwiększając przepływ krwi i dopływ tlenu (wkład hemodynamiczny). Prowadzi to do nadmiernej podaży natlenowanej hemoglobiny w tym obszarze, widocznej w obrazowaniu fMRI. Problem polega na tym, że wiele procesów, które łączą odpalanie neuronów ze zwiększonymi sygnałami fMRI, jest złożonych i nie w pełni zrozumiałych. „Na przykład: czy różnice w sygnałach fMRI u osób starszych w porównaniu z młodszymi dorosłymi odzwierciedlają różnice w aktywności neuronów, czy też przepływ krwi i zaopatrzenie w tlen starszych układów naczyniowych?”, zastanawia się Rieckmann.
Wszystko co najlepsze z obu technologii
Aby zidentyfikować typowe zmiany w aktywacji mózgu, badacze przeskanował mózgi 30 młodych dorosłych (20-30 lat) i 40 seniorów (65+) za pomocą hybrydowego skanera fMRI-PET, podczas gdy osoby te wykonywały zadanie pamięciowe. PET to metoda obrazowania molekularnego, która monitoruje metabolizm glukozy w mózgu, wyzwalany głównie przez aktywność synaptyczną i na którą nie mają wpływu zmiany w przepływie krwi. Zespół był szczególnie zainteresowany sygnałami fMRI z obszarów mózgu, które mogłyby pomóc zrekompensować starzenie się mózgu, podczas gdy sygnały PET odzwierciedlały zapotrzebowanie metaboliczne w tych regionach. Zwiększone sygnały fMRI u osób starszych nie były związane z wyższym zapotrzebowaniem metabolicznym, co sugeruje, że różnice w aktywności fMRI nie są wynikiem cięższej pracy neuronów, ale raczej wynikają ze starzenia się układu naczyniowego. Co więcej, gdy starsze osoby dorosłe wykonywały zadanie tak samo dobrze jak młodsze osoby dorosłe, ich neuronalne zapotrzebowanie metaboliczne było również takie samo. „Utrzymanie zdolności poznawczych w starszym wieku jest prawdopodobnie odzwierciedleniem zdrowia mózgu, a nie kompensacji innych obszarów mózgu”, zauważa Rieckmann.
Dłuższe zdrowie mózgu
Często zakłada się, że starzenie się nieuchronnie zwiastuje pogorszenie funkcji poznawczych. Jednak wielu starszych dorosłych nadal zachowuje sprawność poznawczą, a zespół projektu SIMULTAN wykazał, że 75-latkowie nadal są w stanie wykonywać zadania poznawcze tak samo dobrze jak 40-latkowie. Jeśli uda nam się wskazać czynniki, które utrzymują dobrą kondycję poznawczą, będziemy mogli zidentyfikować ukierunkowane interwencje. „W przypadku samego fMRI trudno jest zidentyfikować cele interwencji, ponieważ sygnały nie są specyficzne dla neuroprzekaźnika, szlaku lub białka, a chociaż PET zapewnia tę specyfikę, nie radzi sobie najlepiej w przedstawianiu ogólnej funkcji mózgu. Dopiero połączenie obu metod może prowadzić do opracowania interwencji, które opóźniają choroby neurologiczne”, podsumowuje Rieckmann. Podejście SIMULTAN zostanie teraz zastosowane do zmienionej funkcji mózgu po wysiłku fizycznym, aby ustalić, czy zmienione sygnały fMRI odzwierciedlają wpływ treningu na przepływ krwi lub na aktywowanie neuronów.
Słowa kluczowe
SIMULTAN, funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, fMRI, PET, pozytonowa tomografia emisyjna, skanowanie, starzenie się, mózg, choroba Alzheimera, neurodegeneracyjne, metaboliczne
