Tagesbedingte metabolische Veränderungen im menschlichen Gehirn
Tagesbedingte zerebrale metabolische Veränderungen rücken zunehmend in den Fokus jüngster wissenschaftlicher Untersuchungen. Modalitäten wie PET, MRT, EEG und Verhaltenstests bieten ein weites Spektrum an Untersuchungsverfahren, um Wach- und Ermüdungszustände zu charakterisieren. Hier stellt die phosphorbasierte Magnetresonanzspektroskopie (31P-MRS) eine geeignete Methode dar, um metabolische Veränderungen sogenannter High-Energy-Phosphate (HEP) wie Kreatinphsophat (PCr) und Adenosintriphosphat (ATP) zu untersuchen.
In einer longitudinalen Studie wurden gesunde Probanden morgens, spätnachmittags und während eines kurzen Mittagsschlafes untersucht (Abb. 1).
Abb. 1:
A. 30 gesunde Probanden wurden in zwei Messsitzungen am gleichen Tag, morgens um 9:00 sowie am Spätnachmittag um 17:00, untersucht. Im Anschluss an die Nachmittagsmessung wurden 15 Probanden während eines Mittagsschlafes gemessen.
B. Sagittale und axiale Schnittebenen überlagert von einem CSI 8 × 8 Voxelgrid (linke Hemisphäre ist auf der rechten Bildseite dargestellt).
C. 31- Spektrum des Voxels im linken Thalamus.
In der Studie zeigte sich eine tageszeitbedingte Abnahme von PCr im linken Thalamus, die durch einen kurzen Mittagsschlaf fast vollständig reversibel war. Dabei verhielt sich das anorganische Phosphat Pi erwartungsgemäß invers (Abb. 2). Die Zunahme des Pi/PCr-Quotienten im linken Thalamus deutete zudem auf eine Lateralität der Thalamusfunktion hin.
Abb. 2:
Verlauf von PCr (A) and Pi (B) im linken Voxel (Thalamus). Die gepunktete Linie repräsentiert die Kontrollgruppe, die nicht geschlafen hat. C. Oben: Die Konzentrationen von PCr, Pi und γ-ATP wurden in den einzelnen Voxeln quantifiziert. Unten: Pi/PCr-Veränderungen während der vier Messungen. Grüne gefüllte Kreise: Veränderungen, die der Benjamini-Hochberg-Korrektur nicht standgehalten haben.
Im Ergebnis wird die Rolle des Thalamus als eine Region mit hohem Energieverbrauch bestätigt, die den Informationsfluss moduliert und weiterleitet. Im Gegensatz zu den dynamischen Veränderungen im linken Thalamus zeigten die anderen Regionen eine über alle Messzeiten konstante Lateralität. Die Befunde unterstreichen, dass die Steigerung der Müdigkeit im Laufe des Tages auch an die zerebrale Energieversorgung gekoppelt ist. Zugleich ist die Wiederherstellung der PCr-Konzentration nach einem vergleichsweise kurzen Mittagsschlaf ein deutlicher Ausdruck von dessen Erholungswert.
Mehr Informationen unter https://www.jneurosci.org/content/38/49/10552