Connettività dinamica sotto vincoli metabolici

In questo studio, indaghiamo sull'impatto dell'insulino-resistenza sull'accelerazione dell'invecchiamento cerebrale e testiamo se l'aumento dell'insulino-resistenza dei neuroni può essere contrastato dall'utilizzo di vie metaboliche alternative (ad esempio, chetoni anziché glucosio). Questo studio ha tre bracci, che insieme forniscono dati sinergici. Per tutti e tre i bracci, i soggetti vengono testati in un progetto all'interno dei soggetti che consiste in 2-3 sessioni di test, a distanza di 1-14 giorni, e controbilanciate per ordine. Durante ogni sessione misuriamo l'impatto del carburante (glucosio in una sessione, chetoni nell'altra) sul metabolismo cerebrale e sul funzionamento associato. Per Arms 1-2, la nostra misura sperimentale primaria è la risonanza magnetica funzionale (fMRI), che utilizzeremo per tracciare l'auto-organizzazione delle reti funzionali in seguito ai cambiamenti nella domanda e nell'offerta di energia. Il braccio 1 verifica l'impatto dei chetoni endogeni prodotti passando a una dieta a basso contenuto di carboidrati, mentre il braccio 2 verifica l'impatto dei chetoni esogeni consumati come integratore alimentare. Per Arm 3, utilizziamo la spettroscopia di risonanza magnetica simultanea/tomografia a emissione di positroni (MR/PET) per quantificare l'impatto dei chetoni esogeni sulla produzione di glutammato e GABA, neurotrasmettitori chiave.

Ai soggetti verrà data la possibilità di partecipare a più di una delle armi, ma ciò non è previsto né richiesto.

Prima delle scansioni, i soggetti riceveranno una storia e un fisico (H&P) amministrati dal medico, che include segni vitali, un test di tolleranza al glucosio orale (OGTT) e il pannello completo del sangue metabolico. Questi saranno usati per valutare il diabete, le malattie renali e gli elettroliti. Se i soggetti superano lo screening, verrà loro offerta la possibilità di partecipare a uno o più Armi, che includono il neuroimaging. Per fornire una misura quantitativa dell'attività metabolica variabile nel tempo durante la scansione, basata su modelli quantitativi di regolazione del glucosio e dei chetoni, nonché per essere in grado di implementare regole di arresto di sicurezza (vedi sotto), otterremo campioni di sangue con puntura di spillo tre volte: prima della scansione, dopo il consumo della bevanda a base di glucosio o chetoni e dopo il completamento della scansione. Per valutare gli effetti dell'aumento della domanda metabolica, misuriamo la risposta del cervello al carico cognitivo, passando dallo stato di riposo al ragionamento spaziale attraverso un'attività di Tetris. Per valutare gli effetti dell'aumento dell'apporto metabolico, misuriamo la risposta cerebrale al bolo di glucosio o chetoni.