堪萨斯大学医学中心（KUMC）的研究人员使用了一种全新的方法来监测运动过程中的大脑血流变化，以帮助解开关于脑血管健康与脑衰老、脑外伤、中风和阿尔茨海默氏病的重要复杂医学奥秘。

KUMC的研究人员首先发表了在运动过程中使用经颅多普勒（TCD）超声的方法来建立大脑中动脉（MCA）血流反应性的模型。通过使用TCD来绘制受试者从静止到中等强度运动期间心率趋于稳定的点的血流响应和响应幅度，研究人员可以检测特定测试组中的可能的规范和模式。

REACH实验室主任Sandra Billinger博士说，“我们真的在努力解决一些问题，并就血管风险如何在脑衰老中发挥作用提供了新见解。”Billinger博士为募集TCD设备的资金曾于2013年能穿越堪萨斯州，她说，“随着人们寿命越来越长，研究所有影响大脑健康的因素，维持大脑健康，是一项令人兴奋的探索。”

Billinger在Hays长大，毕业于Thomas More Prep-Marian高中和Fort Hays州立大学，她创造了“大脑运动负荷测试”一词，以描述这种在中等强度运动过程中监测脑血流的新方式。

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基本上，为进行测试，受试对象需要配戴了一个可调节的头架，该头架包含放置在颅骨颞窗上方的超声波探头，被要求在卧式踏步机上锻炼。受试者安静地坐在踏步机上，根据指示开始锻炼，直到达到预定的运动负荷并且心律稳定。

在最近发表的一篇论文中，Billinger与堪萨斯大学阿尔茨海默氏病中心（KU ADC）的研究员合作，率先展示了那些思维能力正常但大脑淀粉样蛋白升高的人与没有淀粉样蛋白升高的人相比，在单次运动试验中大脑血流反应性更弱。

Billinger说，让她意识到连续监测运动对身体的挑战这个独特想法的，是其实验室前物理治疗专业的学生Sarah Kwapiszeski的建议。Kwapiszeski研究生期间一直在分析在KUADC完成的工作的初步数据，以作为Randolph Nudo博士领导的神经学和康复科学培训计划的一部分。她意识到这可能是这些难题的关键，即比起测试休息状态数据和运动结束时的稳态数据，他们更需要使用TCD采集的从休息到运动的连续过程受试者反应性的数据。

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“当然，莎拉扮演着重要角色，”Billinger说。“正是她的问题让我停顿了一下，说'我们在这里真的丢失了一块。她以一种新的方式查看数据，并提出这个问题确实改变了我们审视脑血流的方式。”

Billinger说，这种使用TCD连续监测脑血流的想法导致了她思维方式的转变。

为了寻找类似的测试程序，Billinger在她的办公室里找到了一本教科书，该教科书描述了从休息到指定的运动强度，前臂中的连续肌肉血流状况。

在此之前，追踪大脑中脑血流量的研究人员主要使用了MRI等设备，这些设备要求受试者保持静止，从而将检查过程限制为仅在休息或运动后检查受试者。

Billinger团队注意到还没有文献报道连续测量MCA的反应性，测试休息状态、运动开始状态、达到稳态心率状态的研究。她不确定是否可以做到，也不确定实验结果是否有意义。

经过几个月的完善技术并制定了严格的、受控良好的实验方案，他们准备好征求专家意见。Billinger邀请她的一位导师，堪萨斯州立大学心肺实验室联合主任David Poole博士来检查数据。Poole从事氧合动力学事业，并撰写了Billinger所引用的教科书，他去了KUMC校园，以帮助Billinger的团队模拟从休息到运动的动态脑动脉反应。

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为了检验他们的假设，Billinger团队和Poole在REACH实验室进行的研究中，对8名健康的年轻人，3名老年人和1名中风的人进行了动态脑动脉反应的研究。因此，Billinger的团队和Poole发布了世界上第一个用于模拟MCA对中强度运动的动态响应的方法的模型。

“我们发现，年轻健康的人反应更快，振幅更大。” Billinger说，“在老年人中，反应迟钝，我们不知道是否是由于衰老或其他因素引起的。中风患者根本没有太多反应。”

“心脏负荷测试可以检查心脏对运动的反应，我们也可以对大脑进行运动负荷测试。” 她继续说，“我们发现年轻人和老年人在动态MCA反应方面存在差异。与不受中风影响的动脉相比，我们甚至还发现中风影响MCA的差异。我相信我们的方法和实验方案将提供有关脑血管健康以及我们需要采取哪些措施来维持大脑健康的独特证据。我认为这对于科学和医学界将非常有价值。”

因此，既然他们拥有在动态情况下对脑血流建模的行之有效的方法，关于如何最好地利用信息的问题就很多。诸如以下问题：脑血流量减少的后果是什么？有没有医学专家研究出可以用来评估大脑健康和自然脑衰老的标记？

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“当然，有研究的潜力，特别是对于慢性病患者或了解衰老过程的各种应用。”

Billinger说，“由于着眼于全球范围内的大脑衰老，我认为寻找大脑健康的生物标志物并使用诸如此类的非侵入性方法是未来探索的绝佳机会。

“我认为下一步的工作将更令人兴奋。” 她继续说，“我发现了中风和康复研究的潜在应用价值。目前尚无关于脑卒中等神经系统损伤患者运动过程中脑血管系统反应的研究。我们的工作可能影响的另一个领域可能是脑震荡、脑外伤研究，可能让受伤者重返比赛或运动。研究表明，反复脑震荡对大脑健康有负面影响，因此希望我们也可以探索这一未知领域。”

未来研究的选择似乎是无止境的。Billinger的团队已经在建立一个数据库，以帮助了解各种年龄、体力活动和心血管疾病风险等各种危险因素的脑血流量。这项与KU ADC联合发表的研究针对患有各种阿尔茨海默氏病风险的认知正常成年人进行了研究，这激发了研究小组对仔细观察易患痴呆症和认知功能低下者的大脑的兴趣。

“我们的研究涉及寻找β淀粉样蛋白的存在。” Billinger说，“因为确实发现淀粉样蛋白患者的反应较低，所以我认为追踪反应最低的患者是否会转变为轻度认知障碍或阿尔茨海默氏病的研究非常有趣。”

Billinger说，她的团队正在努力研究一些问题，并提供新的见解，探讨血管风险如何在脑衰老中起作用。即将提交的一份研究论文描述了心脏危险因素在静止和运动期间脑血流测量中的作用。

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Billinger小组最近发表了许多新颖的论文，因此，这种对大脑健康建模的新方法引起了全世界的极大兴趣。研究人员已经接触到更多有关使用TCD和“大脑运动负荷测试”的知识。Billinger去年秋天在香港，澳大利亚和新西兰的会议上发表了讲话，今年春天她被邀请在新加坡发表讲话。