Establishing a foundation for clinical applications of physiological quantitative fMRI

University Of California, San Diego, La Jolla CA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

Project Summary/Abstract  The overarching goals of my research are to fully characterize new functional magnetic resonance imaging  (fMRI) methods for quantitative physiological imaging to meet a key clinical need: the ability to quantitatively  measure brain activity and changes in human brain states in both health and disease. This is particularly useful  for understanding cognitive decline in a variety of disease states. Noninvasive fMRI methods have the potential  to be used as clinical tools for assessing changes in human brain function, such as after a therapeutic  intervention or procedure. However, the blood oxygenation level dependent (BOLD) signal alone is difficult to  interpret because of its complexity. Quantitative fMRI methods that measure cerebral blood flow (CBF) and  cerebral metabolism of oxygen (CMRO2) in both the baseline state and in response to a stimulus could  potentially provide a powerful approach to overcoming the limitations of conventional BOLD: the change in  CMRO2 can be taken as a metric of the change in neural activity (the energy cost of that activity);? the ratio n of  fractional changes in CBF and CMRO2 can be taken as an index of neurovascular coupling;? and baseline CBF  and CMRO2 provide a characterization of the baseline state. This proposal seeks to utilize an alternative  approach to measuring the above metrics noninvasively, thus establishing a foundation for clinical applications  of these tools by testing their ability to reliably characterize CBF and CMRO2 for the baseline state and  changes associated with cognitive tasks. Aim 1 will extend the application of this new suite of tools to sub-­  cortical areas of the brain (basal ganglia) while forming a bridge between cognitive investigations and previous  studies in the visual cortex. Results from the work will determine reproducibility and population variability of the  metrics measured with the quantitative tools. Aim 2 focuses on a highly cognitively relevant region, the  hippocampus, that is previously untested and much more complex. Using these tools to properly characterize  hippocampal activity will pave the way for future studies looking at memory dysfunction in a disease state. This  proposal lays a foundation for clinical applications by testing the ability of the new methods to characterize  cognitive brain function in a group of healthy human subjects, so that the techniques can subsequently be used  to inform treatment and disease progression in the individual patient.