Dynamische Konnektivität unter metabolischen Einschränkungen

In dieser Studie untersuchen wir den Einfluss der Insulinresistenz auf die Beschleunigung der Gehirnalterung und testen, ob einer erhöhten Insulinresistenz der Neuronen durch die Nutzung alternativer Stoffwechselwege (z. B. Ketone statt Glukose) entgegengewirkt werden kann. Diese Studie hat drei Arme, die zusammen synergistische Daten liefern. Für alle drei Arme werden die Probanden in einem Innersubjekt-Design getestet, das aus 2-3 Testsitzungen im Abstand von 1-14 Tagen besteht und für die Ordnung ausgeglichen wird. Während jeder Sitzung messen wir den Einfluss von Treibstoff (Glukose in einer Sitzung, Ketone in der anderen) auf den Gehirnstoffwechsel und die damit verbundenen Funktionen. Für die Arme 1-2 ist unsere primäre experimentelle Maßnahme die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), mit der wir die Selbstorganisation funktioneller Netzwerke nach Änderungen von Energieangebot und -nachfrage verfolgen werden. Arm 1 testet die Wirkung von endogenen Ketonen, die durch die Umstellung auf eine kohlenhydratarme Ernährung produziert werden, während Arm 2 die Wirkung von exogenen Ketonen testet, die als Nahrungsergänzungsmittel eingenommen werden. Für Arm 3 verwenden wir simultane Magnetresonanzspektroskopie/Positronenemissionstomographie (MR/PET), um den Einfluss exogener Ketone auf die Produktion von Glutamat und GABA, den wichtigsten Neurotransmittern, zu quantifizieren.

Die Probanden haben die Möglichkeit, an mehr als einem der Arme teilzunehmen, dies wird jedoch weder erwartet noch verlangt.

Vor den Scans erhalten die Probanden eine vom Arzt durchgeführte Anamnese und körperliche Untersuchung (H&P), die Vitalfunktionen, einen oralen Glukosetoleranztest (OGTT) und das umfassende metabolische Blutpanel umfasst. Diese werden verwendet, um Diabetes, Nierenerkrankungen und Elektrolyte zu beurteilen. Wenn die Probanden das Screening bestehen, haben sie die Möglichkeit, an einem oder mehreren Armen teilzunehmen, zu denen Neuroimaging gehört. Um ein quantitatives Maß für die zeitveränderliche Stoffwechselaktivität während des Scans bereitzustellen, basierend auf quantitativen Modellen der Glukose- und Ketonregulation, sowie um Sicherheitsstoppregeln (siehe unten) implementieren zu können, werden wir drei Nadelstich-Blutproben erhalten Zeiten: vor dem Scan, nach dem Konsum des Glukose- oder Ketongetränks und nach Abschluss des Scans. Um die Auswirkungen eines erhöhten Stoffwechselbedarfs zu beurteilen, messen wir die Reaktion des Gehirns auf die kognitive Belastung und den Übergang vom Ruhezustand zum räumlichen Denken durch eine Tetris-Aufgabe. Um die Auswirkungen einer erhöhten metabolischen Versorgung zu beurteilen, messen wir die Reaktion des Gehirns auf Glukose- oder Ketonbolus.