Amplitude of physiological brain pulsations in Alzheimer’s disease
这项研究通过超快速功能磁共振成像（ultrafast fMRI）揭示，阿尔茨海默病以灰质和白质中生理性脑搏动振幅的显著增加为特征，这些振幅在空间上与神经退行性变和淀粉样蛋白沉积相关，但与脑脊液生物标志物无关，从而暗示了其与溶质外排受损之间的潜在联系。
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人类大脑并非一个静态器官；它是一个不断运动的、活生生的系统。即使在我们休息时，大脑也充满了由心脏跳动驱动的有节奏的脉冲、呼吸的节奏，以及血管扩张与收缩的较慢波动。这些运动并非仅仅是噪音；它们对于大脑的内部“管道系统”至关重要。它们有助于将液体推过脑细胞之间的微小空间，冲走代谢废物并输送营养物质，就像河流流经山谷一样。近年来，科学家们逐渐了解到，当这种液体流动减慢或失效时，毒性蛋白质就会堆积，可能导致像阿尔茨海默病这样毁灭性的疾病。长期以来，研究人员一直将蛋白质本身或脑组织的萎缩视为疾病的主要标志，往往忽略了大脑如何运动及自我清洁的力学机制。
芬兰奥卢大学的一个研究小组现在将注意力直接转向了阿尔茨海默病患者的大脑运动。通过使用一种能够实时捕捉这些快速节奏的特种超快速大脑扫描技术，他们观察了这些生理脉冲的强度（即振幅）。他们想看看在大脑疾病的早期阶段，大脑的脉冲方式是否发生了变化，以及这些变化是否与已知的阿尔茨海默病特征（如毒性蛋白质的积累或脑细胞的丢失）相关联。他们的目标是确定大脑的内部节奏是否为观察患者大脑内部情况提供了一个更清晰的新窗口。
该研究对 43 名已被诊断患有阿尔茨海默病且其脑脊液中已证实具有该病特征性生物标志物的患者进行了扫描。这些患者与 72 名年龄和背景相似的健康个体进行了对比。研究人员使用了一种称为磁共振脑电图的技术，该技术能够每秒拍摄数千张图像。这种速度至关重要，因为它允许扫描仪区分不同类型的脑部运动：心脏的快速跳动、呼吸的较慢节奏，以及血管活动的极慢波动。通过分析数据，团队可以精确测量大脑不同部位每种脉冲的强度。
结果揭示了一个显著的模式。在阿尔茨海默病患者中，每种类型的生理性大脑脉冲的振幅都明显高于健康对照组。这意味着大脑在各个方面都在以更大的力量或强度进行脉动。这种增加并非局限于某一特定区域，而是广泛存在的，既影响了大多数脑细胞聚集的灰质，也影响了连接它们的白质。这种增加在灰质中最为显著，其脉冲强度比健康大脑高出约 49%。在白质中也有显著增加，增幅为 39%，甚至在充满液体的空间中也有所增加，尽管增幅较小，为 12%。增加最明显的区域包括负责记忆和思考的颞叶和额叶，以及涉及调节身体功能的深层结构。
研究人员随后询问，这些更强的脉冲仅仅是脑萎缩或毒性蛋白质堆积的副作用吗？他们将增加的脉动图谱与脑组织流失图谱、大脑能量利用减少区域以及毒性淀粉样蛋白开始积累的区域进行了对比。他们发现，脉动增加的区域与脑组织萎缩区域以及能量使用下降区域有一定的重叠，但这种联系并不完美。与组织流失的相关性为中等，而与早期毒性蛋白质堆积的联系则相当微弱。最重要的是，当他们观察患者脑脊液中实际的毒性蛋白质水平和其他标志物时，发现脉冲强度与这些指标之间并没有直接的线性关系。这表明，增加的脉动是该疾病的一个独特特征，它并不简单地反映蛋白质堆积的数量或组织流失的程度。
研究结果指向了一个关于大脑如何应对阿尔茨海默病早期阶段的复杂过程。作者认为，增加的脉动可能是一种补偿机制。如果大脑的自然清洁系统变得堵塞或效率降低，大脑可能会尝试通过更强力的脉动来强制推动液体，试图冲走堆积的废物。或者，这种强度的增加可能是血管失去调节自身运动能力的迹象，导致不受控制且剧烈的震荡，从而使脆弱的血脑屏障承受压力。这项研究并未证明哪种情景是正确的，但它明确地确立了大脑的节奏性运动在疾病早期发生了显著且可测量的变化。
这项研究通过强调大脑流体动力学的重要性，转变了看待阿尔茨海默病的方式。以往的研究通常侧重于毒性蛋白质的静态存在或细胞死亡的最终结果，而这项工作表明，液体流动的过程本身在早期就已经发生了改变。这种变化可以通过非侵入性扫描检测到，这一事实为监测该疾病提供了一种潜在的新方法。它表明，大脑的内部节奏是其健康状况的一个敏感指标，其变化方式有别于传统的诊断标志物。研究结论指出，所有生理性大脑脉动的振幅在阿尔츠海默病中都会增加，这可能与大脑清除溶质能力的失效有关，为理解疾病如何进展以及如何更早检测到疾病开辟了新途径。
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