Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism

Dữ liệu giải phẫu và sinh lý được sử dụng để phân tích việc tiêu tốn năng lượng trên các thành phần khác nhau của tín hiệu kích thích trong chất xám của não gặm nhấm. Dự đoán rằng điện thế hành động và các hiệu ứng sau synapse của glutamate tiêu tốn nhiều năng lượng (47% và 34%, tương ứng), trong khi điện thế nghỉ tiêu tốn một lượng nhỏ hơn (13%), và việc tái sử dụng glutamate chỉ tiêu tốn 3%. Việc sử dụng năng lượng phụ thuộc mạnh vào tỷ lệ điện thế hành động—một sự gia tăng hoạt động 1 điện thế hành động/tế bào thần kinh vỏ não/sẽ làm tăng mức tiêu thụ oxy lên 145 mL/100 g chất xám/h. Năng lượng tiêu tốn cho việc tín hiệu chiếm một phần lớn trong tổng năng lượng mà não sử dụng; điều này ủng hộ việc sử dụng các mã và mẫu dây thần kinh tiết kiệm năng lượng hiệu quả. Các ước tính của chúng tôi về việc sử dụng năng lượng dự đoán việc sử dụng các mã phân tán, với ≤15% tế bào thần kinh hoạt động đồng thời, để giảm tiêu tốn năng lượng và cho phép khả năng tính toán cao hơn từ một số lượng tế bào thần kinh cố định. Các tín hiệu hình ảnh cộng hưởng từ chức năng có khả năng bị chi phối bởi những thay đổi trong việc sử dụng năng lượng liên quan đến dòng điện synapse và sự lan truyền điện thế hành động.

Nhiều nghiên cứu về chức năng não với phương pháp chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) liên quan đến việc giải thích hình ảnh PET đã được trừ đi, thường là sự chênh lệch giữa hai hình ảnh trong điều kiện cơ bản và kích thích. Mục tiêu của các nghiên cứu này là để quan sát những khu vực nào của não được kích hoạt bởi điều kiện kích thích. Trong nhiều nghiên cứu về nhận thức, sự kích hoạt là rất nhỏ đến nỗi thí nghiệm phải được thực hiện lại trên nhiều đối tượng và các hình ảnh đã trừ đi được trung bình hóa để cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Hình ảnh trung bình sau đó được tiêu chuẩn hóa để có phương sai bằng 1 và sau đó tìm kiếm các cực trị cục bộ. Vấn đề chính mà các nhà nghiên cứu đối mặt là cực trị cục bộ nào trong số đó là có ý nghĩa thống kê. Chúng tôi mô tả một phương pháp đơn giản để xác định giá trị p xấp xỉ cho cực trị toàn cầu dựa trên lý thuyết về các trường ngẫu nhiên Gaussian. Giá trị p tỉ lệ với thể tích được tìm kiếm chia cho tích của độ rộng tại nửa cực đại của quá trình tái tạo hình ảnh hoặc số lượng yếu tố phân giải. Thay vì làm việc với các cực trị cục bộ, phương pháp của chúng tôi tập trung vào đặc trưng Euler của tập hợp các voxel có giá trị lớn hơn ngưỡng cho trước. Đặc trưng Euler chỉ phụ thuộc vào hình thái học của các vùng có sự kích hoạt cao, không phụ thuộc vào hình dạng của chúng. Đối với các giá trị ngưỡng lớn, điều này tương tự như số lượng các vùng kích hoạt bị cô lập vượt quá ngưỡng. Do đó, chúng tôi không chỉ có thể xác định xem có sự kích hoạt nào đã diễn ra hay không, mà còn có thể ước lượng được số lượng các vùng kích hoạt bị cô lập có mặt.

Một nhóm chuyên gia quốc tế trong mô hình hóa dược động học đề xuất một hệ thống tên gọi đồng thuận để mô tả hình ảnh phân tử in vivo của các radioligand liên kết hồi phục.

Bản đồ tham số thống kê (SPMs) là những cách tiềm năng mạnh mẽ để định vị sự khác biệt trong hoạt động não bộ khu vực. Tiềm năng này bị giới hạn bởi những bất ổn trong việc đánh giá sự quan trọng của các bản đồ này. Trong báo cáo này, chúng tôi mô tả một phương pháp có thể phần nào giải quyết vấn đề này. Một sự phân biệt được thực hiện giữa việc sử dụng SPMs như là hình ảnh của sự có ý nghĩa thay đổi và việc sử dụng chúng để xác định các điểm trọng yếu của sự thay đổi có ý nghĩa. Trong trường hợp đầu tiên, SPM có thể được báo cáo không chọn lọc như một đối tượng toán học duy nhất với sự quan trọng tổng thể của nó. Ngoài ra, SPM cấu thành từ một số lượng lớn các biện pháp lặp lại trên não. Để bác bỏ giả thuyết vô hiệu, rằng không có sự thay đổi nào đã xảy ra tại một vị trí cụ thể, một điều chỉnh ngưỡng phải được thực hiện để tính đến số lượng lớn các so sánh được thực hiện. Điều chỉnh này được chỉ ra là phụ thuộc vào độ trơn láng của SPM. Độ trơn láng có thể được xác định thực nghiệm và được sử dụng để tính toán ngưỡng cần thiết để xác định các trọng điểm có ý nghĩa. Phương pháp này mô hình SPM như một quá trình ngẫu nhiên tĩnh. Lý thuyết và các ứng dụng được minh họa bằng cách sử dụng hình ảnh mô phỏng đồng nhất và dữ liệu từ một nghiên cứu kích hoạt lưu loát ngôn từ của bốn đối tượng bình thường.

Một phương pháp chính xác và có thể tái lặp để xác định thể tích của các cấu trúc chất xám bị nhồi máu đã được trình bày cho việc sử dụng với các hệ thống phân tích hình ảnh hiện có. Các vùng của các phần cắt được nhuộm với mật độ quang học cao hơn giá trị ngưỡng sẽ được nhận diện và đo tự động. Điều này loại bỏ khả năng sai sót và sự thiên lệch vốn có trong việc vạch ra thủ công các vùng bị nhồi máu. Hơn nữa, thể tích của chất xám bình thường còn sống được xác định thay vì thể tích của vùng nhồi máu. Cách tiếp cận này giảm thiểu sai số do phù nề, điều này làm biến dạng và làm lớn lên mô bị nhồi máu và mô trắng xung quanh.

Phương pháp phân tích đồ họa để đánh giá dữ liệu tuần tự (ví dụ, nồng độ mô và nồng độ máu theo thời gian) trong đó chất thử bị giữ lại một cách không hồi phục trong hệ thống đã được mở rộng. Một phương trình tổng quát đơn giản hơn của phân tích ban đầu được trình bày. Các phương trình chung được suy ra có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu hấp thụ mô khi nồng độ chất thử trong máu - huyết tương không thể dễ dàng đo lường. Thêm vào đó, các phương trình tổng quát được suy ra cho các trường hợp khi việc giữ lại chất thử chưa hoàn thành và cho sự kết hợp giữa hai điều kiện này. Những suy ra này độc lập với cấu hình thực tế của hệ thống phân compart và cho thấy thông tin nào có thể thu được trong thời gian khi các compart hồi phục ở trạng thái ổn định hiệu quả với máu. Phương pháp tiếp cận này cũng cho thấy các phương trình thu được có ít nhất một thành phần phi tuyến tính ít hơn so với những điều được suy ra từ phân tích compart trực tiếp. Các ứng dụng cụ thể của những phương trình này được minh họa cho một hệ thống compart với một vùng hồi phục (có hoặc không có liên kết hồi phục) và một vùng không hồi phục.

Các loài oxy phản ứng đã được liên kết với tổn thương não sau đột quỵ thiếu máu cục bộ. Các chất oxy hóa này có thể phản ứng và gây hại cho các đại phân tử tế bào nhờ vào tính phản ứng dẫn đến tổn thương tế bào và hoại tử. Các chất oxy hóa cũng là các yếu tố trung gian trong tín hiệu liên quan đến ti thể, các enzyme sửa chữa DNA và các yếu tố phiên mã có thể dẫn đến quá trình apoptosis sau thiếu máu não. Những con chuột chuyển gen hoặc knockout với các enzyme prooxidant và antioxidant đặc hiệu cho tế bào hoặc vị trí đem lại những công cụ hữu ích để phân tích các sự kiện liên quan đến stress oxy trong tín hiệu và tổn thương trong tổn thương não thiếu máu cục bộ.

Tỷ lệ thể tích phân phối (DVR), là một hàm tuyến tính của sự sẵn có của thụ thể, thường được sử dụng như một tham số mô hình trong các nghiên cứu hình ảnh. DVR tương ứng với tỷ lệ của DV giữa một vùng chứa thụ thể và một vùng không có thụ thể, và thường yêu cầu phải đo lường chức năng đầu vào động mạch. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất một phương pháp đồ họa để xác định DVR mà không cần lấy mẫu máu. Phương pháp này sử dụng dữ liệu từ một vùng không chứa thụ thể với hằng số thoát dịch mô so với huyết tương k₂ trung bình để xấp xỉ tích phân huyết tương. Dữ liệu từ các nghiên cứu chụp cắt lớp phát xạ positron với [¹⁵C]raclopride (n = 20) và [¹¹C] d-threo-methylphenidate ([¹¹C]dMP) (n = 8) trong đó dữ liệu huyết tương được thu thập và sử dụng để so sánh kết quả từ hai phương pháp đồ họa, một phương pháp sử dụng dữ liệu huyết tương và một phương pháp không sử dụng. k₂ là 0.163 và 0.051 min⁻¹ cho [¹¹C]raclopride và [¹¹C]dMP, tương ứng. Kết quả từ cả hai phương pháp rất tương đồng, và tỷ lệ phần trăm trung bình giữa các phương pháp là −0.11% cho [¹¹C]raclopride và 0.46% cho [¹¹C]dMP cho DVR của nhân đuôi (BG) và tiểu não (CB). Sự đồng nhất tốt giữa hai phương pháp cũng được đạt được với hình ảnh DVR được tạo ra bởi cả hai phương pháp. Kỹ thuật này cung cấp một phương pháp phân tích thay thế không cần lấy mẫu máu mà cho kết quả tương đương cho hai loại ligand được nghiên cứu. Nó yêu cầu các nghiên cứu ban đầu với mẫu máu để xác định hằng số động học trung bình và kiểm tra tính khả thi. Trong một số trường hợp, có thể bỏ qua thuật ngữ b̅₂ nếu tỷ lệ BG/CB trở nên khá ổn định trong một khoảng thời gian đủ dài trong suốt thí nghiệm.

Một phương pháp phân tích đồ thị áp dụng cho các ligand gắn kết ngược lại với các thụ thể hoặc enzyme mà yêu cầu đo lường đồng thời các hoạt động phóng xạ trong huyết tương và mô ở nhiều thời điểm sau khi tiêm một chất đánh dấu phóng xạ được trình bày. Kết quả cho thấy có một thời điểm t† sau đó đồ thị của f ^t₀ROI( t') dt'/ROI( t) so với f ^t₀C_p( t') dt'/ROI( t) (trong đó ROI và C_p là các hàm thời gian mô tả sự thay đổi về hoạt động phóng xạ của mô và huyết tương, tương ứng) là tuyến tính với độ dốc tương ứng với thể tích ổn định của ligand cộng với thể tích huyết tương, V_p. Đối với mô hình hai khoang, độ dốc được cho bởi λ + V_p, trong đó λ là hệ số phân chia và giao diện là −1/[ k₂(1 + V_p/λ)]. Đối với mô hình ba khoang, độ dốc là λ(1 + B_max/ K_d) + V_p và giao diện là −{(1 + B_max/ K_d)/ k₂ + [ k_off(1 + K_d/ B_max)]⁻¹} [1 + V_p/λ(1 + B_max/ K_d)]⁻¹ (trong đó B_max đại diện cho nồng độ của các vị trí gắn kết ligand và K_d là hằng số phân ly cân bằng của phức hợp ligand—vị trí gắn kết, k_off ( k₄) là hằng số phân ly của vị trí gắn kết ligand và k₂ là hằng số chuyển giao từ mô sang huyết tương). Phương pháp đồ thị này cung cấp tỉ lệ B_max/ K_d từ độ dốc để so sánh với các phép đo in vitro của cùng một thông số. Nó cũng cung cấp một phương pháp dễ dàng, nhanh chóng để so sánh độ tái lập của các phép đo lặp lại trên một cá thể duy nhất, cho các giao thức theo dõi lâu dài hoặc can thiệp thuốc, hoặc để so sánh các kết quả thí nghiệm giữa các cá thể. Mặc dù tính tuyến tính của đồ thị này vẫn giữ nguyên khi ROI/ C_p không đổi, nhưng có thể chỉ ra rằng, đối với nhiều hệ thống, tính tuyến tính thực sự đạt được trước thời điểm này. Phân tích này đã được áp dụng cho dữ liệu từ các nghiên cứu [N-methyl-¹¹C]-(–)-cocaine ([¹¹C]cocaine) trên những tình nguyện viên người bình thường và các kết quả đã được so sánh với phân tích bình phương phi tuyến chuẩn. Giá trị tính toán của B_max/ K_d cho vị trí gắn kết có ái lực cao đối với cocaine là 0.62 ± 0.20, tương hợp với các giá trị trong tài liệu.