Dynamisk tilkobling under metabolske begrensninger

I denne studien undersøker vi virkningen av insulinresistens på akselerasjonen av hjernealdring, og tester om økt nevroninsulinresistens kan motvirkes ved bruk av alternative metabolske veier (f.eks. ketoner i stedet for glukose). Denne studien har tre armer, som til sammen gir synergistiske data. For alle tre armene blir fagene testet i et innen fagdesign som består av 2-3 testøkter, med 1-14 dagers mellomrom, og balansert for rekkefølge. Under hver økt måler vi effekten av drivstoff (glukose i den ene økten, ketoner i den andre) på hjernens metabolisme og tilhørende funksjon. For armer 1-2 er vårt primære eksperimentelle mål funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI), som vi vil bruke til å spore selvorganiseringen av funksjonelle nettverk etter endringer i energitilbud og etterspørsel. Arm 1 tester virkningen av endogene ketoner som produseres ved å bytte til et lavkarbokosthold, mens arm 2 tester virkningen av eksogene ketoner konsumert som et kosttilskudd. For arm 3 bruker vi samtidig magnetisk resonansspektroskopi/positronemisjonstomografi (MR/PET) for å kvantifisere virkningen av eksogene ketoner på produksjonen av glutamat og GABA, viktige nevrotransmittere.

Emner vil få muligheten til å delta i mer enn én av armene, men å gjøre det er ikke forventet eller nødvendig.

Før skanning vil forsøkspersonene motta en kliniker-administrert History and Physical (H&P), som inkluderer vitale tegn, en oral glukosetoleransetest (OGTT) og det omfattende metabolske blodpanelet. Disse vil bli brukt til å vurdere diabetes, nyresykdom og elektrolytter. Hvis forsøkspersoner består screening, vil de få muligheten til å delta i en eller flere armer, som inkluderer nevroimaging. For å gi et kvantitativt mål på tidsvarierende metabolsk aktivitet gjennom skanningen, basert på kvantitative modeller for glukose- og ketonregulering, samt for å kunne implementere sikkerhetsstoppregler (se nedenfor), vil vi innhente blodprøver med nålestikk tre ganger: før skanningen, etter inntak av glukose- eller ketondrikken, og etter fullføring av skanningen. For å vurdere effekten av økt metabolsk etterspørsel måler vi hjernens respons på kognitiv belastning, og går over fra hviletilstand til romlig resonnement gjennom en Tetris-oppgave. For å vurdere effekten av økt metabolsk tilførsel måler vi hjernens respons på glukose eller ketonbolus.