Quantifying the Brain Metabolism Underlying Task-Based BOLD Imaging

量化基于任务的 BOLD 成像背后的大脑代谢

基本信息

  • 批准号:
    10816746
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.73万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-03-15 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Recent evidence suggests that metabolic dysfunction is a crucial transdiagnostic risk factor for mental illness. Functional MRI (fMRI) measures hemodynamic changes related to metabolic shifts in the brain and could bridge a critical gap between biomarkers for mental illness and human experience and behavior; however, metabolic processes underlying the hemodynamic response have remained poorly understood. Before we can understand brain metabolic dysfunction in mental illness, we first need to understand brain metabolism during healthy cognitive function. A particular point of controversy is that the BOLD response to sensory signals and cognitive activity coincides with a substantial increase in glucose consumption, decoupled from increases in O2 metabolism. This process is called aerobic glycolysis. and its function remains disputed. We have developed a hypothesis from converging lines of neurophysiological evidence that clarifies how aerobic glycolysis serves an adaptive function in neuronal communication. The proposed research will contribute to basic science by advancing the methods and theory needed to measure and interpret task-based brain metabolic dynamics. We combine technical innovations in functional PET imaging (fPET) and dual-calibrated fMRI, to simultaneously measure absolute rates and task-based relative changes in regional glucose and O2 metabolism. Aim 1 evaluates the reliability of hybrid PET/fMRI method, within and across scan sessions, and against prior PET- derived estimates. Aim 2 tests a novel hypothesis about the role aerobic glycolysis plays in information transmission. We hypothesize that aerobic glycolysis supplements energy for communicating unpredictable sensory signals, i.e., prediction error. To test this, we will use a simple behavioral task, manipulating the predictability of auditory and visual stimuli, crossed with an attention manipulation between sensory streams. Aim 1 represents a critical advance in our ability to measure brain metabolic dynamics, as prior research has been limited to performing independent PET sessions. Aim 2 tests a key prediction in a broader theoretical framework, which has the potential to significantly reframe interpretations of existing fMRI research, recontextualizing the hemodynamic response and “brain activation” in explicit informational and metabolic terms.
项目摘要/摘要 最近的证据表明,代谢功能障碍是精神疾病的至关重要的转诊危险因素。 功能性MRI(fMRI)测量与大脑代谢转移有关的血液动力学变化,并且可以 弥合生物标志物的精神疾病与人类经验和行为之间的关键差距;然而, 血液动力学反应的基础代谢过程尚未了解。在我们可以之前 了解精神疾病中大脑代谢功能障碍,我们首先需要了解 健康的认知功能。一个特定争议的要点是,对感官信号的大胆响应和 认知活性与葡萄糖消耗大幅增加相吻合,与O2的增加相吻合 代谢。该过程称为有氧糖酵解。它的功能仍然存在争议。我们已经开发了 来自神经生理证据的融合线的假设阐明了有氧糖酵解如何提供 神经元通信中的自适应功能。拟议的研究将为基础科学做出贡献 推进衡量和解释基于任务的大脑代谢动态所需的方法和理论。我们 将功能性宠物成像(FPET)和双重校准fMRI中的技术创新相结合,简单地 测量区域葡萄糖和O2代谢的绝对速率和基于任务的相对变化。目标1 评估混合PET/fMRI方法的可靠性,在扫描过程中和跨扫描过程中,并反对先前的PET- 得出的估计。 AIM 2检验了关于有氧糖酵解作用在信息中起作用的新假设 传播。我们假设有氧糖酵解补充能量来传达不可预测的能量 感觉信号,即预测误差。为了测试这一点,我们将使用一个简单的行为任务,操纵 听觉和视觉刺激的可预测性与感觉流之间的注意力操纵交叉。 AIM 1代表了我们测量大脑代谢动态能力的重要进步,因为先前的研究已经 我们仅限于进行独立的宠物会议。 AIM 2在更广泛的理论中测试一个关键预测 框架有可能显着反映现有fMRI研究的解释, 在明确的信息和代谢中重新定义血液动力学反应和“大脑激活” 术语。

项目成果

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