Spezielle MRT-sensor zeigt die neurotransmitter Einfluss auf die neuronale Aktivität im gesamten Gehirn
Über eine spezielle Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) – sensor, MIT Neurowissenschaftler haben entdeckt, wie Dopamin freigesetzt, tief im Gehirn beeinflusst sowohl in der Nähe und Ferne Regionen des Gehirns.
Dopamin spielt viele Rollen im Gehirn, vor allem mit Bezug zu Bewegung, motivation und Verstärkung von Verhalten. Aber bis jetzt war es schwierig, zu studieren, genau, wie eine Flut von Dopamin beeinflusst die neuronale Aktivität im gesamten Gehirn. Mit Ihrer neuen Technik, das MIT-team gefunden, dass Dopamin scheint zu üben signifikante Effekte in den beiden Gehirnregionen cortex, einschließlich des motorischen Kortex.
„Es hat eine Menge Arbeit auf die unmittelbaren zellulären Folgen der Dopamin-Freisetzung, aber hier, was wir suchen, sind die Folgen dessen, was Dopamin ist dabei auf eine mehr Gehirn-Ebene“, sagt Alan Jasanoff ein MIT-professor of biological engineering, brain and cognitive sciences, nuclear science and engineering. Jasanoff ist auch ein assoziiertes Mitglied der MIT McGovern Institut für Hirnforschung und der senior-Autor der Studie.
Das MIT-team gefunden, dass zusätzlich zu den motorischen Kortex, der entfernten Hirnregion, die am stärksten von Dopamin ist der insulare cortex. Diese region ist kritisch für viele kognitive Funktionen in Bezug auf die Wahrnehmung des Körpers die inneren Zustände, einschließlich körperliche und emotionale Zustände.
MIT postdoc Nan Li ist der führende Autor der Studie, die heute in der Natur.
Tracking-Dopamin
Wie andere Neurotransmitter, Dopamin hilft Nervenzellen kommunizieren miteinander über kurze Entfernungen. Dopamin hält besonderem Interesse für Neurowissenschaftler, die wegen seiner Rolle bei der motivation, sucht, und mehreren neurodegenerativen Störungen, einschließlich Parkinson-Krankheit. Die meisten des Gehirns, die Dopamin produziert wird der Hirnstamm von Neuronen, die die Verbindung zum striatum, wo die Dopamin freigesetzt wird.
Für viele Jahre, Jasanoff Labor wurde die Entwicklung von tools, um zu studieren, wie molekulare Phänomene, wie die neurotransmitter des Gehirns beeinflussen-weiten Funktionen. Auf der molekularen Skala, die bestehenden Techniken zeigen können, wie Dopamin wirkt sich auf einzelne Zellen und auf der Ebene des gesamten Gehirns, funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) können zeigen, wie aktiv eine bestimmte Hirnregion ist. Allerdings wurde es schwierig für die Forscher, um zu bestimmen, wie die einzelnen Zell-Aktivität und Gehirn-wide-Funktion verknüpft sind.
„Es gibt nur sehr wenige Gehirn-weite Studien der dopaminergen Funktion, oder wirklich alle neurochemischen Funktion, im großen Teil, weil die tools, die es nicht gibt,“ sagt Jasanoff. „Wir versuchen, in die Lücken zu füllen.“
Vor etwa 10 Jahren sein Labor entwickelte MRT-sensoren, bestehen aus magnetischen Proteine, die die Bindung von Dopamin. Wenn diese Bindung tritt, die von sensoren magnetische Wechselwirkung mit dem umgebenden Gewebe zu Schwächen, Dimmen das Gewebe ist MRT-signal. Damit können die Forscher überwachen kontinuierlich Dopamin in einem bestimmten Teil des Gehirns.
In Ihrer neuen Studie, Li und Jasanoff Sie zu analysieren, wie die dopaminfreisetzung im striatum von Ratten beeinflusst die neuronale Funktion, sowohl lokal als auch in anderen Hirnregionen. Erste, Sie injizierten Ihren Dopamin-sensoren in das striatum, welches sich tief innerhalb des Gehirns und spielt eine wichtige Rolle in der Kontrolle der Bewegung. Dann werden Sie elektrisch stimuliert, einem Teil des Gehirns bezeichnet den lateralen hypothalamus, das ist eine gemeinsame experimentelle Technik für lohnende Verhalten und induzieren Gehirn zu Dopamin produzieren.
Dann nutzten die Forscher Ihre Dopamin-sensor zur Messung von Dopamin-Spiegel während der gesamten striatum. Sie auch durchgeführt traditionelle fMRT Messen neuronale Aktivität in einem Teil des striatum. Zu Ihrer überraschung fanden Sie heraus, dass hohe Dopamin-Konzentrationen nicht mehr Neuronen aktiv. Jedoch bei höheren Dopamin-Spiegel machten die Neuronen aktiv bleiben für einen längeren Zeitraum.
„Wenn Dopamin freigesetzt wurde, gab es eine längere Dauer der Aktivität, was auf eine längere Antwort auf die Belohnung,“ sagt Jasanoff. „Das kann etwas damit zu tun haben, wie Dopamin fördert das lernen, das ist eine seiner Hauptaufgaben.“
Long-range-Effekte
Nach der Analyse der Dopamin-Freisetzung im striatum, die Forscher dargelegt, um zu bestimmen, das Dopamin beeinflussen könnten, weiter entfernten Orten im Gehirn. Zu tun, dass Sie durchgeführt traditionelle fMRT-Bildgebung am Gehirn, während auch mapping-Dopamin-Freisetzung im striatum. „Durch die Kombination dieser Techniken konnten wir-Sonde diese Phänomene in einer Weise, die nicht zuvor getan wurde,“ sagt Jasanoff.
Die Regionen zeigten, dass die größten Schwankungen im Aktivität in Reaktion auf Dopamin wurden motorischen cortex und der insulare cortex. Wenn dies in weiteren Studien, die Erkenntnisse könnten Forschern helfen zu verstehen, die Effekte von Dopamin im menschlichen Gehirn, einschließlich Ihrer Rollen im sucht-und lernen.