测量轻度记忆问题患者的大脑化学物质差异

约翰斯·霍普金斯大学的研究人员报告说，他们能够检测到在神经元之间传递信息的大脑化学物质浓度的差异，在人们大脑的特定部位使用强大且有针对性但无创的磁铁，有轻微的学习和记忆问题。这些磁场的强度使研究人员能够测量微量并同时比较多种脑代谢物水平。这些研究最终可能有助于揭示引发记忆衰退的原因，甚至可能预测痴呆症风险。

研究人员认为，随着时间的推移测量这些数据将使他们能够更准确地检测和描述当人从健康到轻度认知障碍和痴呆进展时大脑中新陈代谢的变化。该研究结果发表在1月份的“衰老神经生物学”杂志上。

“我们希望有一天能够利用这项技术来了解大脑化学中与认知和行为症状相关的最早变化，这些变化可能代表治疗的新目标，”Richman家庭教授Gwenn S. Smith博士说。阿尔茨海默氏症及相关疾病，约翰霍普金斯大学医学院精神病学和行为科学系，老年精神病学和神经精神病学系主任。“现在，我们不知道大脑中引发记忆障碍的生物学机制，我们相信使用这种技术我们最终可能能够理解大脑中引发这种损害的化学变化，也许有一天会介入防止它。“

研究人员表示，与那些没有轻度认知功能障碍的人相比，他们发现两种特殊化学信使GABA和谷氨酸减少了。

研究人员以前的研究表明，其他类型的脑成像，特别是PET扫描，可以独特地检测神经递质 - 大脑的化学信使 - 血清素和多巴胺。这两种化学物质都与情绪，记忆和认知能力下降有关。但是，以这种方式测量的每种化学品都需要自己的PET扫描。

新研究中使用的技术磁共振波谱(MRS)非常类似于磁共振成像(MRI)，它使用强磁场和无线电波来创建和投射组织和器官的图像。虽然MRI主要测量大脑的水，但MRS长期用于识别未知物质中的化学分解产物或代谢物，这些产物基于响应某些振动而产生的物质的独特或“特征”峰。MRS使用强磁铁和无线电波的组合来刺激大脑中的分子，以执行明显的微小翻滚运动。然后，计算机分析根据尖峰出现在一个刻度上的位置来识别化学代谢物，这些刻度按照这些翻滚运动中信号出现的速度对化学物质进行排序。

然而，当使用普通的临床核磁共振成像仪器时，研究人员说，尖峰相互渗透，具有相似结构的化学物质无法彼此区分。研究人员开始使用具有更强大磁铁的装置，称为7特斯拉。该机器的磁场强度是地球磁场强度的100,000倍以上。

“我们正在研究大脑中极低浓度的化学物质，浓度比水低约50,000倍 - 基本上是大海捞针，”Russell H. Morgan博士后研究员Georg Oeltzschner博士说。约翰霍普金斯大学医学院放射与放射科学系。“非常低的信号和敏感技术是为什么这种技术还没有被广泛用于测量我们感兴趣的化学物质的信号的原因。利用强磁铁，我们能够果断地改善信号和分辨率。”

“这些不同的化学物质可以在一次扫描中测量，并补充我们可以通过PET扫描测量的大脑化学物质，”史密斯说。

研究人员预计，与健康人相比，轻度认知障碍患者的大脑化学成分存在差异，招募了13名轻度认知障碍患者和13名健康对照者。26名参与者中有7名是女性，参与者平均年龄为67岁。

为了确认参与者有轻微的认知障碍，他们必须在加利福尼亚语言学习测试或简短的视觉空间记忆测试(记忆的标准测试)中得分至少低于正常范围的一半标准差。使用PET扫描来测量早期出现在患有该疾病的人的大脑中的淀粉样蛋白斑块，他们证实了每个患有轻度认知障碍的参与者都有这些蛋白质斑块的证据。

研究人员希望测量大脑部分中发现的神经递质和脑代谢物，这些部分已知阿尔茨海默病患者的变化：前扣带皮层和后扣带皮层。这两个地方都属于大脑的一部分，负责思考和中心线的情绪，将大脑分成右半球和左半球，一个位置靠近头部前方，另一个靠近后方。使用7特斯拉磁体对特定脑区域的每次MRS扫描花费大约5-10分钟来获得足够的分辨率和每个脑位置中的化学成分的信号强度。

研究人员确定并比较了神经递质GABA和谷氨酸，代谢产物N-乙酰天冬氨酰谷氨酸，抗氧化剂谷胱甘肽和神经元健康标志物N-乙酰天冬氨酸和肌醇的水平，其中较高水平表明脑炎症。

史密斯说，最引人注目的发现是，与健康人相比，患有轻度认知功能障碍的人的大脑中GABA减少16%，使用化学肌酸作为标准化人与人之间代谢物水平的参考。例如，在大脑前方的区域，健康人中GABA与肌酸的比例为0.42，而轻度认知障碍的人为0.34。他们还发现，轻度认知功能障碍患者大脑中谷氨酸减少约6%。

“这项试点研究表明，我们可以使用MRS来测量大脑中的个体代谢物，我们可以检测到健康人与阿尔茨海默病风险人群之间脑化学物质的变化，”史密斯说。“现在我们可以开始与更多人一起做更大规模的研究，以获得更有意义的结果。”

Oeltzschner说，他还计划应用新开发的测量技术，能够测量GABA和其他低浓度代谢物，在更常见的MRI机器上使用3.0特斯拉强度磁铁。这些新技术可以使更多地方进行这些测量，因为7特斯拉机器价格昂贵且仍然相对稀少。

这项工作得到了国家老龄化研究所(2P50AG005146，AG038893，AG041633)，国家推进转化科学中心(UL1 TR 001079)，国家生物医学成像和生物工程研究所(P41EB015909，R01EB016089，R01EB023963)和国家精神卫生研究所的支持。 (R01MH106564和R21MH098228)。