测量有轻微记忆问题的人大脑化学物质的差异
约翰霍普金斯大学的研究人员报告说，他们在有和没有轻微学习和记忆问题的人的大脑特定部位使用强而有针对性但非侵入性的磁铁，他们能够检测到神经元之间传递信息的大脑化学物质浓度的差异。这些磁场的强度使研究人员能够测量微小的量，并同时比较多种大脑代谢物水平。这些研究可能最终有助于揭示是什么引发了记忆衰退，甚至可能预测痴呆症的风险。
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人体新陈代谢的变化大脑当一个人从健康发展到轻度认知障碍再发展到痴呆。
该研究结果发表在一月号的《衰老神经生物学．
“我们希望有一天能利用这项技术来了解人类最早的变化大脑化学物质与认知和行为症状相关，可能代表新的治疗目标，”约翰霍普金斯大学医学院精神病学和行为科学系里奇曼家族阿尔茨海默病及相关疾病教授、老年精神病学和神经精神病学部门主任格温·s·史密斯博士说。“目前，我们还不知道大脑中引发记忆障碍的生物机制，我们相信，使用这项技术，我们最终可能能够理解记忆障碍化学变化在大脑中引发这种损伤，也许有一天会干预来防止它。”
研究人员说，他们发现，与没有认知障碍的人相比，患有轻度认知障碍的人体内两种特定的化学信使GABA和谷氨酸的含量有所下降。
研究人员之前的研究表明，其他类型的大脑成像，尤其是PET扫描，可以独特地检测到神经递质——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．但是，用这种方法测量的每种化学物质都需要自己的PET扫描。
这项新研究中使用的技术，磁共振波谱学(MRS)非常类似于磁共振成像(MRI)，它使用强磁场以及无线电波来创造和投射组织和器官的图像。磁共振成像主要测量大脑的水分，而MRS长期以来一直被用于识别未知物质中的化学分解产物或代谢物，这是基于对特定振动做出反应时产生的物质的独特或“特征”峰值。MRS使用强磁铁和无线电波的结合来刺激大脑中的分子进行独特的、微小的翻滚运动。然后，计算机分析根据峰值出现的位置来确定化学代谢物，该尺度根据这些翻滚运动中信号出现的速度来对化学物质进行排名。尖峰在刻度上的高度和宽度决定了目标大脑区域中有多少化学物质。
然而，研究人员说，当使用普通的临床MRI机器时，尖峰会相互渗透，结构相似的化学物质彼此无法区分。研究人员开始使用一种被称为7-特斯拉的更强大的磁铁设备。这台机器的磁场强度是地球磁场强度的10万倍以上。
“我们正在研究大脑中极低浓度的化学物质，其浓度比水低约5万倍——本质上是众所周知的大海捞针，”约翰霍普金斯大学医学院拉塞尔·h·摩根放射学和放射科学系博士后格奥尔格·奥尔茨施纳博士说。“非常低的信号和敏感的技术是为什么这项技术没有被广泛用于测量我们感兴趣的化学物质的信号。借助强大的磁铁，我们能够果断地提高信号和分辨率。”
史密斯说:“这些不同的化学物质可以在一次扫描中测量，并补充我们可以用PET扫描测量的大脑化学物质。”
为了发现轻度认知障碍患者与健康人群大脑化学成分的差异，研究人员招募了13名轻度认知障碍患者和13名健康对照组。26名参与者中有7名女性，平均年龄为67岁。
为了确认参与者有轻微的认知障碍，他们必须在加州语言学习测试(California Verbal Learning Test)或简短视觉空间记忆测试(Brief Visuospatial Memory Test)的标准记忆测试中，得分至少比正常范围低1.5个标准差。通过PET扫描来测量早期出现在痴呆症患者大脑中的淀粉样蛋白斑块，他们证实，每个轻度认知障碍的参与者都有这些蛋白质斑块的证据。
研究人员想要测量大脑的前扣带皮层和后扣带皮层中发现的神经递质和大脑代谢物，这些区域已知会显示阿尔茨海默氏症患者的变化。这两个地方都位于大脑中线的负责思考和情绪的部分，它将大脑分为左右半球，一个位置靠近头部前部，另一个位置靠近头部后部。每次用7特斯拉磁铁对特定大脑区域进行MRS扫描大约需要5-10分钟，才能获得每个大脑位置的化学成分的足够分辨率和信号强度。
研究人员确定并比较了神经递质GABA和谷氨酸，代谢物n -乙酰天冬氨酸，抗氧化剂谷胱甘肽，以及神经元健康的标志物n -乙酰天冬氨酸和肌醇的水平，较高的水平表明大脑炎症。
史密斯说，最惊人的发现是，与健康人相比，轻度认知障碍患者大脑中的GABA减少了16%，使用化学物质肌酸作为人与人之间代谢物水平标准化的参考。例如，在大脑前部的区域，GABA与肌酸的比例为0.42英寸健康的人与轻度认知障碍患者的0.34相比。他们还发现，患有糖尿病的人大脑中的谷氨酸含量下降了约6%轻度认知障碍．
史密斯说:“这项初步研究表明，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群和阿尔茨海默病风险人群之间大脑化学物质的变化。”“现在我们可以准备对更多人进行更大规模的研究，以获得更有意义的结果。”
Oeltzschner说，他还计划将新开发的测量技术应用于更常见的磁共振成形机，使用3.0特斯拉强度的磁铁来测量GABA和其他低浓度代谢物。这些新技术可能会让更多的地方进行这种测量，因为7-特斯拉的机器很贵，而且相对稀少。
