ALTERATIONS IN THE BOLD FMRI SIGNAL WITH AGEING AND DISEASE: A CHALLENGE FOR NEUROIMAGING
Nature Reviews Neuroscience 4. № 11. P. 863 -872 (2003) | |
Functional magnetic resonance imaging (fMRI) широко применяется как мощный инструмент для изучения функционирования мозга, несмотря на тот факт, что с его помощью активность нейронов измеряется не прямым способом, а через blood-oxygen-level-dependent (BOLD) сигнал. BOLD сигнал зависит от нервно-сосудистого соединения - отростков, через которые активность нейронов влияет на гемодинамические свойства окружающих сосудов. И хотя точные механизмы, лежащие в основе нервно-сосудистого соединения поняты плохо, имеются эмпрические доказательства, что эти механизмы могут быть изменены при старении и некоторых болезнях. Поэтому изучение BOLD fMRI у лиц разного возраста и с разной патологией и последующая интерпретация этих данных может быть крайне полезной для понимания функционирования мозга.
 (Рис.1.) | Schematic of the transformation of neural activity elicited by a stimulus to a haemodynamic response resulting in a blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal.  (Рис.2.) | Some of the suspected mediators of neurovascular coupling.  (Рис.3.) | Ultrastructural changes observed in the cerebral microvasculature of elderly individuals as compared with younger individuals.  (Рис.4.) | Empirical observations of decreased signal-to-noise ratio in the blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal of older individuals as compared with younger individuals.  (Рис.5.) | Abnormal blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal in patients with cerebrovascular pathology. |
Активность нейронов влияет на гемодинамические свойства мозговых сосудов разными путями. Усиление локального кровотока и последующее снижение концентрации деоксидированного гемоглобина, которое происходит в участке активности нейронов, являются основой blood-oxygen-level-dependent (BOLD) сигнала, измеряемого functional magnetic resonance imaging (fMRI). Однако изменения в нервно-сосудистом соединении, встречающиеся с возрастом, или определенное заболевание также могут изменить BOLD сигнал.
Вазодилятаторами (сосудорасширяющие), являющимися, вероятно, посредниками нейрососудистого соединения могут быть: К+, которые высвобождаются из активных нервных терминалей; оксид азота (NO), который, вероятно, продуцируется NO синтазой нейронов; высвобождение eicosanoids астроцитами, стимулированными глутаматом; а также и другие нейротрансмиттеры.
Изменения в церебро-васкулярной ультраструктуре во время старения происходят, главным образом, из-за сосудисто-склеротических изменений, которые, скорее всего, снижают эластичность и compliance пораженных сосудов. Если мозговые сосуды закупорены, постстенотическое компенсаторное расширение может снижать динамический диапазон васкулярной реактивности в пораженной области.
Старение также ассоциируется со снижением resting мозгового кровяного потока, метаболической скоростью потребления кислорода в мозге и сосудистой реактивностью. Имеются доказательства, что BOLD сигнал показывает снижение signal-to-noise ratio у пожилых людей, вероятно из-за более высокого уровня шума. Было обнаружено, что y лиц с цереброваскулярными заболеваниями изменены нейрососудисиые соединения, хотя об этом сообщалось лишь в двух работах.
Тем не менее, эти находки свидетельствуют в пользу исследований fMRI, при которых следует проводить сравнение активности нейронов между пожилыми, больными, молодыми и здоровыми лицами. Возможно, следует провести тщательный скрининг цереброваскулярных аномалий. При интерпретации результатов исследований все возможные изменения в нейрососудистых соединениях должны быть учтены.
Анализ экспериментов позволит без труда сделать различия между изменениями в нейрососудистом соединении и изменениях в активности нейронов. Сочетание функционального изображения с другими методами, такими, например, как измерение event-related потенциалов может быть полезным в этом отношении.
|