С помощью специализированной магнитно-резонансной томографии (МРТ) датчик, нейробиологи Массачусетского технологического института выяснили, как допамин выпущен глубоко внутри мозга влияет на оба ближних и дальних регионах мозга.
Дофамин играет много ролей в мозге, связанные, прежде всего, движение, мотивация и подкрепление поведения. Однако до сих пор было трудно изучать именно как поток дофамина влияет на нейронную активность по всему мозгу. Используя свою новую технику, команда Массачусетского технологического института обнаружили, что допамин, как представляется, оказывают существенное воздействие в двух областях коры головного мозга, в том числе и моторной коры.
«Там было много работы на немедленном сотовой последствия высвобождение дофамина, но вот то, что мы видим-это последствия того, что дофамин делает на мозг-широкий уровень», — говорит Алан Jasanoff, в Массачусетском технологическом институте профессор биологической инженерии, мозга и когнитивных наук, атомной науки и техники. Jasanoff является ассоциированным членом Института Массачусетского технологического института исследования мозга Макговерна и старший автор исследования.
Команда Массачусетского технологического института обнаружили, что в дополнение к моторной коре, из отдаленных областей мозга, наиболее пострадавших от дофамина островковой коре. Этот регион имеет важнейшее значение для многих когнитивных функций, связанных с восприятием внутренних состояний организма, в том числе физических и эмоциональных состояний.
МТИ постдок Нэн ли-ведущий автор исследования, опубликованные сегодня в природе.
Отслеживание дофамина
Как и другие нейромедиаторы, допамин помогает нейроны общаются друг с другом на коротких расстояниях. Дофамин представляет особый интерес для неврологов из-за его роли в мотивации, наркоманию, и ряд нейродегенеративных расстройств, включая болезнь Паркинсона. Большинство допамина в мозге вырабатывается в мозге нейроны, которые соединяют в стриатум, где выпускают допамин.
В течение многих лет, Jasanoff лаборатории была разработка инструментария для изучения как молекулярных явлений, таких как нейротрансмиттера влияют на функции мозга в целом. На молекулярном уровне, существующие методы могут выявить как допамин влияет на отдельные клетки, но и в масштабе всего мозга, функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ) может показать, насколько активный определенной зоне мозга. Однако, это было трудно для неврологов, чтобы определить, как один-клеточную активность и мозг-функции связаны между собой.
«Там было очень мало мозга-широкое изучение дофаминергической функции или действительно любой нейрохимические функции, в значительной степени потому, что инструментов нет,» Jasanoff говорит. «Мы пытаемся заполнить пробелы».
Около 10 лет назад, его лаборатория разработала датчики, МРТ, которые состоят из магнитных белки, которые можно привязать к допамину. При этом связывание происходит, датчиков магнитного взаимодействия с окружающей ткани ослабевают, затемняя МРТ тканей сигнала. Это позволяет исследователям постоянно контролировать уровень дофамина в определенной части мозга.
В своем новом исследовании, Ли и Jasanoff задались целью проанализировать, как допамин выпущен в стриатуме крыс влияет на функции нервной системы как локально, так и в других регионах мозга. Во-первых, они вводят их сенсоры дофамина в стриатуме, которая находится глубоко внутри мозга и играет важную роль в контроле движения. Затем они электрически стимулируются частью мозга, называемой латерального гипоталамуса, которая является общей экспериментальной техники для награждения поведение и заставить мозг производить допамин.
Затем ученые использовали датчик для измерения дофамина уровень дофамина в течение стриатуме. Они также исполнили традиционный фМРТ для измерения нейронной активности в каждой части стриатума. К их удивлению, они обнаружили, что высокие концентрации допамина не делает нейроны более активны. Однако, более высокие уровни дофамина в нейроны остаются активными в течение более длительного периода времени.
«Когда допамин был выпущен, был более длительный срок деятельности, предполагая более длительный ответ на награду» Jasanoff говорит. «Это может быть связано с тем, как допамин способствует обучению, что является одним из его ключевых функций».
Долгосрочные эффекты
Проанализировав высвобождение дофамина в стриатуме, исследователи задались целью определить этот допамина может отразиться на более отдаленные места в мозгу. Для этого они выполняли традиционную функциональную МРТ мозга, а также сопоставление высвобождение дофамина в стриатуме. «Комбинируя эти методы, мы могли бы апробировать эти явления таким образом, что не было сделано раньше», — говорит Jasanoff.
Те регионы, которые показали наибольшие всплески активности в ответ на дофамин были в моторной коре и островковой коре. В случае подтверждения в дополнительных исследованиях, полученные результаты могут помочь исследователям понять эффекты дофамина в головном мозге человека, включая его роль в привыкания и обучения.
«Наши результаты могут привести к биомаркеров, которые могли бы рассматриваться в данных фМРТ, и эти корреляты дофаминергическая функция может быть полезна для анализа животных и человека фМРТ,» Jasanoff говорит.
Исследование финансировалось Национальными институтами здоровья и Стэнли исследовательских стипендий порядке из Фонда болезни Паркинсона.