PNAS：脑部酸度变化对大脑正常活动非常重要

爱荷华州神经学家John Wemmie博士对大脑中酸的作用非常感兴趣。近日，一项他领导完成的研究表明：大脑中酸度的增加或低pH值与恐慌症、焦虑和抑郁有关。但他的研究工作也证实：酸度变化对于大脑的正常活动非常重要。

研究员Wemmie副教授说：我们之所以对pH值会对脑功能的改变有影响非常感兴趣，其原因就是我们已经能够跟踪研究低pH值激活的受体。 这些受体的存在意味着低pH值可能会在正常的脑功能中发挥信号调控作用。

Wemmie的研究表明这些酸敏感的蛋白质对小鼠学习、记忆以及正常的恐惧反应是必须的。然而，尽管你可以买一试剂盒来测量你花园土壤的pH值（酸碱度），但目前还没有简单的方法可以用来测量大脑中pH值的变化。

Wemmie联手UI放射学、精神病学副教授Vincent Magnotta博士共同开发了以MRI（磁共振成像）为基础的脑成像技术，研究人员开发和测试了这种新的、非侵入性的方法来检测和监测活体大脑中pH值的变化。

据Wemmie描述，到目前为止，这项新的成像技术为人整体大脑中存在pH值的变化提供了最好的证据。这项研究结果发表5月7日的PNAS杂志上。

具体来说，该项研究表明这项以MRI为基础的新方法能够检测到小鼠大脑中的pH值变化。呼吸的二氧化碳会降低pH值，使大脑更偏向酸性，新技术所检测到的信号也越强。而注射碳酸氢钠，大脑的pH值增加了， MRI信号也就降低了。信号和pH值之间的关系是线性测试范围。

重要的是，该方法也似乎能够探测到局部大脑活动。当受试志愿者观看闪烁的棋盘(一个经典的激活涉及视力功能的大脑区域的实验)时，磁共振成像方法发现该视力功能大脑区域的pH值下降了。该小组还用其它方法同样证实了pH值的下降。

Magnotta说：我们的研究告诉我们，首先我们应该相信这项新技术可以测量大脑中pH值的变化；第二，这项以MRI为基础的技术表明pH值的变化与脑功能有关。

Wemmie补充道：研究结果支持了我们原来的设想，在人类大脑正常活动中，大脑的某些活动会改变局部的pH值，即pH值连同pH敏感受体的变化可能影响大脑活动和认知功能的信号系统的一部分。（生物谷：Bioon.com）

doi:10.1073/pnas.1205902109
PMC:
PMID:

Detecting activity-evoked pH changes in human brain

V. A. Magnotta, H.-Y. Heo, B. J. Dlouhy, N. S. Dahdaleh, R. L. Follmer, D. R. Thedens, M. J. Welsh, J. A. Wemmie.

Localized pH changes have been suggested to occur in the brain during normal function. However, the existence of such pH changes has also been questioned. Lack of methods for noninvasively measuring pH with high spatial and temporal resolution has limited insight into this issue. Here we report that a magnetic resonance imaging (MRI) strategy, T₁ relaxation in the rotating frame (T₁ρ), is sufficiently sensitive to detect widespread pH changes in the mouse and human brain evoked by systemically manipulating carbon dioxide or bicarbonate. Moreover, T₁ρ detected a localized acidosis in the human visual cortex induced by a flashing checkerboard. Lactate measurements and pH-sensitive ³¹P spectroscopy at the same site also identified a localized acidosis. Consistent with the established role for pH in blood flow recruitment, T₁ρ correlated with blood oxygenation level-dependent contrast commonly used in functional MRI. However, T₁ρ was not directly sensitive to blood oxygen content. These observations indicate that localized pH fluctuations occur in the human brain during normal function. Furthermore, they suggest a unique functional imaging strategy based on pH that is independent of traditional functional MRI contrast mechanisms.