为了获得脑代谢耗氧率的详细情况。

一种新型的光学技术能够实时测量大脑的耗氧代谢率。图片来源：Shutterstock。

大脑耗氧代谢率（CMRO2）表明人脑在特定时间内消耗多少能量，是大脑活动的一个关键指标。直接量化CMRO2是神经病学的一个重要目标，因为它是稳态条件下组织病理学的一个有价值的衡量标准，例如那些与癌症、脑外伤和中风有关的组织。
此外，它在神经元活动期间的动态测量可以揭示大脑功能反应的基础代谢过程。尽管目前的一些方法能够对CMRO2进行量化，但一般来说，它们并不能提供关于代谢事件和血管反应的相对时间的信息。

为了更清楚地了解大脑活动期间的CMRO2，宾夕法尼亚大学的研究人员开发了一种新型光学技术。正如SPIE杂志《Neurophotonics》所报道的，这项技术使用一对大分子磷光探针，在临床前动物模型中与脑血流同时进行CMRO2的实时监测。

"目前大多数动态跟踪CMRO2的方法都是基于血红蛋白氧饱和度和CBF的测量，这样CMRO2的动态就与CBF的动态有内在的联系。该研究的主要研究者Sergei A. Vinogradov教授说："我们想开发一种不受这种限制的方法。

该技术直接探测大脑的氧梯度。氧气梯度取决于大脑血管内（血管内）和脑细胞附近（血管外）的氧气浓度差异。

当脑细胞的新陈代谢变得更加活跃时，它们会消耗更多的氧气，使这个梯度更加陡峭。因此，这个梯度带有关于消耗多少氧气的信息，可以用来确定CMRO2。

关键的一步是找到一种方法来同时测量血管外和血管内氧气水平之间的差异。为此，研究人员将一种名为Oxyphor PtR4的磷光探针注入血液，并将另一种探针Oxyphor PtG4直接注入血管之间的空间。

这两个Oxyphors具有不同的颜色，通过使用两种不同的激光，研究小组可以同时测量探针的信号，时间分辨率为~7赫兹。该技术被应用于一个临床前模型，他们展示了大脑功能激活期间CMRO2的实时计算和跟踪。使用第三台激光器，研究人员还成功地使用称为激光斑点对比成像的方法，与CMRO2同时测量CBF。

测量提供了一个独特的机会来比较CBF、piO2、peO2和CMRO2四个参数的反应，从而发现其他方法无法获得的关于反应幅度和动态的生理学上的重要信息。资料来源：Chong等人，doi 10.1117/1.NPh.9.4.045006

严格的检查
西雅图儿童研究所发育生物学和再生医学中心的主要研究人员Andy Shih教授说："这种在血管内和血管外的探针对的巧妙开发和使用，打开了测量大脑耗氧量的大门。"

该研究的另一位通讯作者Arjun Yodh教授解释说："我们的方案提供了一个机会，可以直接实时观察大脑代谢的变化，并同时比较血管反应和代谢反应。随着技术的发展，我们预计该方法将更广泛地用于测试药物和大脑代谢的其他影响因素，而且它应该允许对代谢模型进行更严格的检查。"

事实上，该研究首次展示了在大脑功能活跃时实时监测局部血流和组织氧梯度的能力。它通过揭示伴随神经元活动的生理过程的更多细节，为大脑代谢的动态测量提供了新的可能性。

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