Энергия метаболизма нейронов зависит от изменений активности в синапсах или "силы синапса". Изменения в метаболизме обусловлены ( ассоциируются ) с увеличением локального кровотока, усилением потребления глюкозы и изменением общего объема кровенаполнения мозга , а также снижением содержания деоксигемоглобина.
Все эти параметры метаболизма нейронов можно измерить с помощью техник нейровизуализации : функциональноой МРТ ( fMRI) - содержание деоксигемоглобина , общий и локальный объем кротока ; позитронно - эмиссионной томографии ( PET ) - потребление глюкозы , общий и локальный объем кровотока; простой фотонной эмиссионной компьютерной томографии ( SPECT) - общий и локальный объем кровотока.
С усилением процессов метаболизма в определенных регионах мозга кровоток оксигеннированной крови становится больше, чем потребление кислорода , что лежит в основе относительного снижения концентрации деоксигемоглобина. MRI области с усиленным метаболизмом и кровотоком оксигенированной крови представляются более выраженными (, чем регионы без усиленного метаболизма. Эта форма функциональной MRI обозначается термином BOLD ( зависимый уровень кислорода в крови - blood oxygen level dependent ) - визуализация. Функциональная визуализация таким образом не измеряет уровень активности нейронов , а в большей степени отражает уровень энергетического метаболизма , при котором митохондрии продуцируют аденозин трифосфат ( ATP).
Поскольку непосредственное визуализация продукции ATP представляется очень сложной , функциональная визуализация предоставляет оценить корреляцию энергетического метаболизма и сопоставить ее с клиническими проявлениями заболевания.
Интересно отметить, что большое количество общего метаболизма ( примерно половина) нейронов приходится на поддержание потенциала покоя клетки = электрического потенциала , проходящего через клеточную мембрану. Таким образом, изменение мембранного потенциала отражаются на уровне энергетического метаболизма и влияют на параметры функциональной визуализации.
Изменения мембранного потенциала происходит тогда , когда клетка генерирует потенциал действия и также отвечает на субпороговое возбуждение или торможение синаптического потенциала. Сохранение половины энергетического метаболизма нейрона отражается на других биохимических процессах , а нарушение этого пути метаболизма также отражается на параметрах функциональной визуализации , в типичном варианте на медленной временной шкале. Эти биохимические процессы включают в себя все молекулярные реакции необходимые для нормальной функционирования синапса : везикулярный рециклинг , активация процессов , запускаемых каскадом включения вторичных месенжеров, локальным синтезом протеинов , аксональным транспортом и выделением трансмиттеров. Такую функциональную визуализацию в принципе можно измерить за счет транзиторного эффекта вызванного внешними стимулами по электрической активности нейронов , также хорошо, как и оценить более постоянный эффект болезненного процесса , отражающего на биохимической активности нейронов.
