Neurometabolische Kopplung zwischen neuraler Aktivität, Glukose und Laktat im aktivierten visuellen Kortex

Neurionale Aktivität ist eng mit dem Energiestoffwechsel gekoppelt, aber die Details der Assoziation müssen noch identifiziert werden. Ein grundlegendes Gebiet umfasst die Beziehungen zwischen neuronaler Aktivität und den wichtigsten unterstützenden Substraten von Glukose und Laktat. Dies ist von grundlegender Bedeutung für die Interpretation nicht-invasiver neuronaler Bildgebung. Hier verwenden wir Mikroelektroden mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung, um simultane ko-lokalisierte Veränderungen in Glukose, Laktat und neuronaler Aktivität während der visuellen Aktivierung des Großhirnkortex bei der Katze zu bestimmen. Die Gewebewerte für Glukose und Laktat werden mit elektrochemischen Mikroelektroden gemessen, während neuronale Spikeaktivität und lokale Feldpotenziale durch eine Mikroelektrode erfasst werden. Diese Messungen werden simultan durchgeführt, während die Neuronen durch visuelle Reize unterschiedlicher Kontrastwerte, Orientierungen und Größen aktiviert werden. Wir beobachten sofortige Abnahmen der Gewebeglukosekonzentration und gleichzeitige Erhöhungen des Laktats während der neuronalen Aktivierung. Sowohl die Glukose- als auch die Laktatsignale kehren sofort auf ihre Basiswerte zurück, sobald die Neuronen aufhören zu feuern. Es werden keine nachhaltigen Veränderungen oder anfänglichen Abfälle in den Glukose- oder Laktatsignalen durch visuelle Stimulation ausgelöst. Die ko-lokalisierten Messungen des zerebralen Blutflusses und der neuronalen Aktivität zeigen jedoch eine klare Verzögerung im Signal des zerebralen Blutflusses, sodass es nicht zeitlich mit der neuronalen Reaktion korreliert. Diese Ergebnisse liefern direkte Echtzeitbeweise für die Kopplung zwischen ko-lokalisiertem Energiestoffwechsel und neuronaler Aktivität während physiologischer Stimulation. Sie sind auch relevant für eine aktuelle Frage bezüglich der Rolle von Laktat im Energiestoffwechsel im Gehirn während der neuronalen Aktivierung. Dynamische Veränderungen in Energiemetaboliten können direkt mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung mittels enzymbasierter Mikroelektroden gemessen werden. Hier verwenden wir kombinierte Mikroelektroden, um während der Gehirnaktivierung simultan extrazelluläre Glukose, Laktat und neuronale Antworten auf visuelle Stimulation im primären visuellen Kortex zu messen. Wir zeigen schnelle Abnahmen der Glukose und Erhöhungen des Laktats während der neuronalen Aktivierung. Die Veränderungen in den Glukose- und Laktatsignalen sind vorübergehend und eng mit der neuronalen Erregung gekoppelt.