表观遗传MRI提供了一种了解大脑如何学习的方法

碳-13可以作为核磁共振探测器，揭示大脑基因调控的新见解。到目前为止，这项技术只在猪的大脑中得到了证明，但研究人员希望它能很快在活人身上进行测试，在那里它可以帮助了解大脑的发育和功能，以及阿尔茨海默病等疾病。

人脑通过两种方式控制身体。在短时间内，神经元激活神经，功能磁共振成像可以产生详细的图像，它可以捕捉到由活跃神经元周围流动的含氧血液引起的磁变化。在较长的时间尺度上，大脑中甲基与DNA的附着会开启和关闭基因，改变它们的表达。这个过程中,被称为表观遗传学这对学习、发育和神经可塑性至关重要，但迄今为止还不可能在活的大脑中描绘出这一过程。放射科医生解释说:“之前的方法需要采集样本，提取DNA并观察其化学成分。王C李伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的教授。“如果你想在一个活的有机体中反复研究它，这是不好的。”

为了测试他们的新技术，李和同事们给新生仔猪喂食了一种特殊的饲料，其中几乎所有的蛋白质都被游离氨基酸取代。在这种饮食中，与DNA甲基化有关的氨基酸，蛋氨酸，被标记为碳13。在10天或32天之后，他们对猪实施安乐死，并将它们的大脑切成两半。在另一半实验中，他们执行了标准的组织取样程序，测量DNA甲基化水平。然而，他们对另一半的测量却更加微妙。与碳-12不同，碳-13具有磁矩，利用这一事实，研究人员使用核磁共振成像(MRI)来确定蛋氨酸在大脑中的位置，从而确定表观遗传标记的区域。他们称这种新技术为eMRI。

研究结果与神经学家关于大脑发育的假设一致。“新生儿必须学得很快，”李说。“我们已经能够证明，大脑的某些部分吸收了大量的蛋氨酸，这些应该与学习过程高度相关。”

研究人员还没有在完整的动物大脑中测试他们的技术，但李相信，距离首次人体试验“不到一年”的时间。“因为人类大脑的大小是猪大脑的10倍，扫描时间只有猪大脑的1%，”他解释说，“所以当我们对人类进行实验时，实际上做起来要容易得多。他说，人类只需在扫描前几周服用标记的蛋氨酸作为膳食补充剂即可。

雅各妓女麻省总医院的研究人员说，碳-13核磁共振波谱法在过去的30年里一直被用于追踪大脑的新陈代谢，而这篇论文中使用的碳化合物之前是已知的。他说:“这方面的创新之处在于将一些想法结合到一个基于磁共振的表观遗传成像框架中。”他说，目前还不清楚研究人员发现的DNA甲基化的差异是否会导致大脑不同区域蛋白质转录水平的显著差异，下一步是测试这一点。