CC BY
0УДК 612.822
ПРОТОННАЯ МРС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БЫСТРЫХ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЕЙ НЕЙРОМЕДИАТОРОВ В ЗРИТЕЛЬНОЙ КОРЕ
DOI 10.24412/CL-37228-2024-86-88
А. Н. Яковлев123, М. В.Ублинский12, А. В. Манжурцев12, П. Е.Меньщиков3, Т. А. Ахадов13
'Научно-исследовательский институт неотложной детской хирургии и травматологии, г.Москва, Россия 2Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, г.Москва, Россия
3Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, г.Москва, Россия E-mail: yakovlevalekcej@bk.ru
Аннотация. В настоящем исследовании измерена динамика уровней основных нейромедиаторов (глутамата и ГАМК) в ответ на короткий зрительный стимул при помощи протонной магнитно-резонансной спектроскопии в головном мозге человека. В результате получили увеличение уровней нейромедиаторов в первые секунды после начала стимуляции, что означает количество нейромедиаторов, выпущенных из везикул и взаимодействующих с рецепторами на постсинаптическом нейроне. Таким образом, подобные измерения способны показать уровни торможения или возбуждения, вызванные стимуляцией.
Ключевые слова: глутамат, ГАМК, фМРС, фМРТ.
В этой работе исследуются быстрые изменения уровней основных нейромедиаторов (у-аминомасляная кислота, ГАМК и глутамат, Glu) в головном мозге в ответ на зрительную стимуляцию. Метод протонной магнитной резонансной спектроскопии (МРС) позволяет неинвазивно измерять уровни метаболитов in vivo. Обычно для получения сигнала достаточной интенсивности спектры накапливаются не менее чем 2-3 минуты, и полученные результаты чаще всего интерпретируются в рамках метаболических процессов. Однако временного промежутка в несколько секунд недостаточно для изменений концентраций нейромедиаторов из-за метаболиз-
ма. В этом случае причиной увеличения уровня нейромедиаторов может быть переход нейромедиаторов из везикул в свободное пространство [1; 2]. Если этот переход происходит из-за, например, сенсорной стимуляции, то становится возможным измерить количество нейромедиаторов, выпускаемых из-за стимуляции. Целью настоящей работы является исследование кинетики уровня нейромедиаторов после короткого зрительного стимула.
Все фМРТ-изображения и МР-спектры получены на МР-томо-графе Philips Achieva dStream 3 Тл. Карта активации в ответ на зрительный стимул получена на компьютере томографа, и в эту область поместили спектроскопический воксель. В исследовании приняли участие 61 здоровый испытуемый. Стимуляция осуществлялась предъявлением мерцающей с частотой 8 Гц шахматной доски в течение трех секунд, повторяющейся через определенный период (между стимулом испытуемому предъявлялся черный экран в течение 13,5/18 c для ГАМК/Glu соответственно). Спектры для измерения ГАМК получены при помощи импульсной последовательности MEGA-PRESS (TR/ TE = 1500/68 мс, NSA = 802, 30x40x25 мм), для Glu — PRESS (TR / TE = 2000 / 35 мс, NSA = 432, 20x30x20 мм). Мы анализировали динамику концентраций метаболитов с временным разрешением 2 секунды, а также BOLD-эффект, измеренный по изменению ширины и высоты резонансных линий NAA и Cr. Мы обнаружили статистически значимое увеличение уровня глутамата на 1 секунде (+12%) и ГАМК на 1,6-3,1 секунде (+4-5%) после начала предъявления стимуляции. Максимальные изменения ширины и высоты резонансных линий Cr и NAA составили 1,2-1,5% и достигли максимума к 6-й секунде после начала стимуляции. Корреляции между уровнями нейромедиаторов и BOLD-ответом не наблюдалось. Предполагается, что изменения уровней нейромедиато-ров, вызванные короткой стимуляцией, вероятно, обусловлены их выходом из везикул, а последующее снижение связано с их возвращением в везикулы. Таким образом, в этом исследовании впервые оценены процессы возбуждения и торможения в зрительной коре головного мозга при использовании мерцающей шахматной доски путем прямой оценки выпущенного из везикул количества нейро-медиаторов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского Научного Фонда (номер соглашения 23-13-00011).
Список литературы
1. Kauppinen R. A., et al. Compartmentation of cerebral glutamate in situ as detected by 1H/13C n.m.r. // Biochemical Journal. — 1994. — V. 298. — No 1. — P. 121-127.
2. Mullins P. G. Towards a theory of functional magnetic resonance spectroscopy (fMRS): A meta-analysis and discussion of using MRS to measure changes in neurotransmitters in real time // Scandinavian Journal of Psychology. — 2018. — V. 59. — No 1. — P. 91-103.
PROTON MRS FOR THE STUDY OF RAPID CHANGES IN NEUROTRANSMITTER LEVELS IN THE VISUAL CORTEX
Abstract. In this study, the dynamics of the levels of the main neurotransmitters (glutamate and GABA) in response to a short visual stimulus was measured using proton magnetic resonance spectroscopy in the human brain. The result was an increase in neurotransmitter levels in the first seconds after the start of stimulation, which means the number of neurotransmitters released from vesicles and interacting with receptors on the postsynaptic neuron. Thus, such measurements are able to show the levels of inhibition or arousal caused by stimulation.
Key words: glutamate, GABA, fMRS, fMRI.
