Brain-Body Interaction of Breath-by-Breath O2-CO2 Exchange Ratio withResting State Cerebral Hemodynamic Fluctuations

每次呼吸 O2-CO2 交换比与静息态脑血流动力学波动的脑体相互作用

基本信息

  • 批准号:
    10203835
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.2万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-07-01 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

7. Project Summary/Abstract (No more than 30 lines) The origin of the low frequencies (below 0.05Hz) resting state cerebral hemodynamic fluctuations (CHF) in default mode network (DMN) and other resting state networks (RSNs) remains unknown. We hypothesized that CHF at low frequencies correlated with fluctuations in resting systemic metabolism obtained from respiratory gas exchange measurements (O2 uptake, CO2 release and their ratio) in spontaneous breathing. We introduced a new brain-body interaction showing a strong correlation between CHF and breath-by-breath O2-CO2 exchange ratio (bER) which is a ratio of O2 uptake to CO2 release. With transcranial Doppler sonography and functional magnetic resonance imaging, bER was shown to be better than O2 uptake which in turn was far better than CO2 release in correlation with CHF. The superiority of O2 uptake over that of CO2 release indicates that O2 uptake and CO2 release are not redundant in their correlation with CHF. The coherence of bER with CHF was shown to be significant at the frequency range between 0.03Hz and 0.008Hz with the coherence getting stronger and stronger at lower and lower frequencies. Brain regions with strong bER-CHF coupling overlapped many areas of the default mode network (DMN), suggesting a potential association between oscillations of resting systemic metabolism characterized by bER and the rhythm of background brain activities characterized by DMN. We propose to study 60 normal individuals to increase our neuroimaging data base to improve our understanding on the role of bER-CHF coupling, a brain-body interaction between systemic metabolism and resting state brain activities, especially those at DMN. Such a data base will not only support more research on the basic mechanism of DMN and other cerebral resting state oscillations but also provide opportunities for future clinical research which images brain markers for conditions that modulate respiratory gas exchange for diagnostic as well as therapeutic purposes.
7. 项目概要/摘要(不超过30行) 低频(0.05Hz以下)静息态脑血流动力学波动(CHF)的起源 默认模式网络(DMN)和其他静息状态网络(RSN)仍然未知。我们假设 低频 CHF 与静息全身代谢的波动相关 自主呼吸中的呼吸气体交换测量(O2 吸收、CO2 释放及其比率)。 我们引入了一种新的脑体相互作用,显示 CHF 和每次呼吸之间存在很强的相关性 O2-CO2 交换比 (bER),即 O2 吸收与 CO2 释放的比率。经颅多普勒 超声检查和功能磁共振成像显示,bER 优于 O2 摄取,其中 与 CHF 的相关性远好于 CO2 释放量。 O2 吸收相对于 CO2 的优越性 释放表明 O2 吸收和 CO2 释放与 CHF 的相关性并不多余。这 bER 与 CHF 的相干性在 0.03Hz 至 0.008Hz 频率范围内显着 随着频率越来越低,相干性越来越强。大脑区域强 bER-CHF 耦合与默认模式网络 (DMN) 的许多区域重叠,表明潜在的 以 bER 为特征的静息全身代谢振荡与代谢节律之间的关联 以 DMN 为特征的背景大脑活动。我们建议对 60 名正常人进行研究,以提高我们的 神经影像数据库,以提高我们对 bER-CHF 耦合(脑-体)作用的理解 全身代谢和静息状态大脑活动之间的相互作用,特别是在 DMN 中。这样一个 数据库不仅将支持更多关于DMN和其他脑静息状态的基本机制的研究 振荡,还为未来的临床研究提供了机会,该研究对大脑标记物进行成像以了解状况 调节呼吸气体交换以用于诊断和治疗目的。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Cerebrovascular Responses to O2-CO2 Exchange Ratio under Brief Breath-Hold Challenge in Patients with Chronic Mild Traumatic Brain Injury.
慢性轻度创伤性脑损伤患者短暂屏气挑战下的脑血管对 O2-CO2 交换比的反应。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021-10-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Chan, Suk;Ordway, Cora;Calvanio, Ronald J;Buonanno, Ferdinando S;Rosen, Bruce R;Kwong, Kenneth K
  • 通讯作者:
    Kwong, Kenneth K
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