南加州大学(USC)凯克医学院的马克和玛丽·史蒂文斯神经影像与信息学研究所(Stevens INI)的科学家们开发了一种开创性的脑成像方法，能够捕捉大脑最小血管如何随着每次心跳而脉动。这些细微的运动可能为理解衰老和阿尔茨海默病等疾病提供重要见解。
发表在《自然心血管研究》(Nature Cardiovascular Research)上的这项研究，首次提出了在活体人类中非侵入性测量"微血管体积脉动性"——即微小血管的节律性膨胀和收缩——的方法。利用超高清7特斯拉磁共振成像(7T MRI)，研究人员发现这些微血管脉动随着年龄增长而增强，特别是在大脑深部白质区域。该区域对大脑网络间的通信至关重要，但也容易受到来自远端动脉的血流减少的影响，这些动脉将血液从心脏输送到身体最外层部分。随着这些脉动增强，它们可能会干扰大脑功能，并导致记忆衰退和阿尔茨海默病的进展。
"动脉脉动就像大脑的自然泵，帮助推动液体流动并清除废物，"南加州大学凯克医学院神经病学和放射学教授、该研究资深作者王志坚(Danny JJ Wang)博士说。"我们的新方法使我们首次能在人体中观察到这些微小血管的体积如何随年龄增长和血管风险因素而变化。这为研究大脑健康、痴呆症和小血管疾病开辟了新途径。"
科学家们早已认识到，大动脉的硬化和过度脉动与中风、痴呆症和小血管疾病有关。然而，迄今为止，若不使用仅限于动物研究的侵入性程序，几乎不可能观察到大脑最小血管中的这些节律性变化。
为克服这一难题，USC研究团队结合了两种先进的MRI技术——血管空间占用(VASO)和动脉自旋标记(ASL)——来监测整个心动周期中微血管体积的细微变化。他们的结果显示，与年轻人相比，老年人在深部白质区域表现出更强的微血管脉动，而高血压进一步加剧了这些影响。"这些发现为我们看到的大血管成像和在衰老及阿尔茨海默病中观察到的微血管损伤之间提供了缺失的联系，"该研究的主要作者、王教授实验室的博士后研究员郭繁华(Fanhua Guo)博士说。
过度的血管脉动还可能干扰大脑的"胶质淋巴系统"(glymphatic system)，这是一个最近发现的网络，负责清除β-淀粉样蛋白等废物物质，而β-淀粉样蛋白会在阿尔茨海默病中积累。随着时间的推移，对这种液体循环的干扰可能会加速认知能力下降。
"能够在活体内测量这些微小的血管脉动是一个关键的前进步骤，"Stevens INI主任Arthur W. Toga博士说。"这项技术不仅推进了我们对大脑衰老的理解，还为神经退行性疾病的早期诊断和监测带来了希望。"
研究人员正在探索如何将这种方法适应更广泛的临床应用，包括在更常见的3T MRI扫描仪上使用。未来的研究将测试微血管体积脉动性是否能预测认知结果，以及它是否可以作为阿尔茨海默病及相关疾病的早期干预生物标志物。
"这仅仅是个开始，"王博士说。"我们的目标是将这一技术从研究实验室带入临床实践，在那里它可以指导数百万痴呆风险人群的诊断、预防和治疗策略。"
除王志坚外，该研究的其他作者还包括来自Stevens INI的郭繁华、赵晨阳、寿勤阳、Kay Jann和邵兴峰，以及西门子医疗(Siemens Healthcare)的金宁。
本研究得到了美国国立卫生研究院(NIH)资助项目UF1-NS100614、S10-OD025312、R01-600 NS114382、R01-EB032169、RF1AG084072、R01-EB028297、R01-NS134712和R01-NS121040的支持。
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