大脑最复杂的认知功能由同一套代谢机制驱动，而正是这套机制在数十年中创造了它们自身毁灭的条件。慕尼黑工业大学的一项新研究为这种权衡提供了直接证据，采用了一种新颖的成像方法，同时测量大脑区域之间的连接位置及其能量消耗。
这项由Valentin Riedl领导、6月22日发表于《PNAS》的研究，引入了代谢加权连接组（MwC）——一种脑网络图谱，其中区域间的连接和每个区域的代谢活动都被赋予了权重。结果显示，支撑高级认知（记忆、注意力、自我参照思维）的同一批皮层中枢，在生命后期对阿尔茨海默病病理的易感性不成比例地增高。
超越标准连接组学
传统连接组学将所有大脑区域视为功能等效的节点。它绘制哪些区域相连以及连接强度，但忽略了局部神经活动的强度：一个以高频率放电并消耗大量葡萄糖的中枢，与一个连接数相同但安静的中枢被同等对待。
慕尼黑团队通过使用集成PET/MRI扫描仪解决了这一问题——这种混合机器可同时获取同一受试者的功能性MRI和FDG-PET数据。fMRI捕捉BOLD信号，从中推导出功能连接性。FDG-PET测量大脑葡萄糖代谢率，这是局部突触活动的直接指标。通过将每个区域的功能连接性乘以其邻居的代谢活动，研究人员生成了一个完全加权的图，其中一个区域获得高MwC不是因为它连接密集，而是因为它优先耦合到那些自身维持高能量消耗的区域。
该指标解释了全脑区域葡萄糖代谢变异的39.9%，大约是标准加权度中心性（9.6%）的四倍，这是一个统计学上显著的改进（p = 0.01）。
脆弱的中枢
高MwC区域聚集在大脑的高级认知网络中——默认模式网络（后扣带回、楔前叶、内侧前额叶皮层、角回）、突显网络和扣带-岛盖网络。MwC从感觉网络（视觉、躯体运动）经过关联网络到这些认知网络单调递增。
与阿尔茨海默病的关联通过三种方式得到验证。利用Allen人脑图谱进行的转录组学分析显示，高MwC区域表达的基因富集了氧化磷酸化、线粒体功能和突触信号传导——这与神经退行性疾病相关的十大KEGG通路中的六条。来自阿尔茨海默病神经影像学倡议的224名参与者的淀粉样蛋白-PET数据证实，β-淀粉样蛋白斑块优先在高MwC区域积累。而测量突触囊泡密度的SV2A PET则证实了相同中枢突触密度的增加。
代谢负担假说
作者提出，这些区域终生的高代谢通量会产生增加的氧化应激和线粒体需求。经过数十年，这使得它们选择性地易受蛋白质病变和神经退行性变的影响。该模式与早期阿尔茨海默病的已知拓扑结构相符：默认模式网络是第一个同时显示低代谢和淀粉样蛋白沉积的网络。
“这表明，支撑认知复杂性的同一套代谢机制也会产生生物代价，”Riedl说。那些实现整合性认知（记忆、规划、反思）的能量密集型中枢，在代谢上暴露于风险之中，且易患疾病。
该研究涉及来自两个扫描站点（慕尼黑和维也纳）的40名健康受试者，数据使用人类连接组项目的334区域图谱进行分区。结果在两个站点和一个复制队列中保持一致。
来源： Ashrafi M, Fraticelli L, Castrillón G, Riedl V. Metabolism-weighted brain connectome reveals synaptic integration and vulnerability to neurodegeneration. PNAS. 2026;123(26):e2531706123. doi:10.1073/pnas.2531706123
翻译：婷