专门的核磁共振成像传感器揭示了整个大脑神经递质在神经活动的影响

使用专门的磁共振成像(MRI)传感器,麻省理工学院的神经科学家已经发现多巴胺释放大脑深处如何影响附近和远处的大脑区域。

多巴胺扮演许多角色大脑,尤其是与运动相关,动机,和强化的行为。然而,直到现在已经很难研究大量的精确信息多巴胺影响神经活动在整个大脑。利用他们的新技术,麻省理工学院的研究小组发现,多巴胺似乎起到重要作用在大脑的两个区域的皮质,包括运动皮层。

”有很多的工作在多巴胺释放的细胞产生立竿见影的影响,但在这里我们看到的后果是多巴胺是做什么更brain-wide层面,”艾伦•Jasanoff表示一个麻省理工学院的生物工程教授,脑与认知科学、和核科学与工程。Jasanoff也是一个准会员麻省理工学院麦戈文脑研究所和该研究的资深作者。

麻省理工学院的研究小组发现,除了运动皮层,远程大脑区域最受多巴胺是岛叶皮质。这个地区是至关重要的许多认知功能相关的感知身体的内部状态,包括生理和情绪状态。

麻省理工学院博士后李南是该研究的第一作者,在今天自然。

跟踪多巴胺

与其他神经递质,多巴胺能神经元在短距离相互通信。多巴胺神经科学家的特别感兴趣,因为它的作用在动机、上瘾,和一些神经退行性疾病,包括帕金森病。大部分的大脑产生多巴胺在中脑神经元连接到纹状体,多巴胺释放的地方。

多年来,Jasanoff的实验室一直在开发工具来研究分子现象,如神经递质释放影响brain-wide功能。在分子规模,现有技术可以揭示多巴胺如何影响单个细胞,在整个大脑的规模,功能核磁共振成像(fMRI)可以揭示活跃大脑的特定区域。然而,神经学家已经难以确定单细胞活动和brain-wide函数有关。

“很少有brain-wide多巴胺功能或任何神经功能的研究,在很大程度上是因为没有的工具,“Jasanoff说。“我们试图填补空白。”

大约10年前,他的实验室开发了核磁共振成像传感器,包括磁性蛋白质,可以绑定到多巴胺。当发生此绑定时,传感器的磁相互作用与周围组织弱化,暗淡的组织的核磁共振信号。这允许研究人员持续监测大脑的多巴胺的水平在一个特定的部分。

在新研究中,李和Jasanoff出发来分析如何在大鼠纹状体的多巴胺释放的影响同时在本地和其他脑区神经功能。首先,他们注射多巴胺传感器到纹状体,位于大脑深处,在控制运动起着重要的作用。然后他们电刺激大脑的一部分称为下丘脑外侧,这是一种常见的实验技术和诱导大脑产生多巴胺奖励行为。

然后,研究人员用他们的多巴胺传感器来测量整个纹状体多巴胺的水平。他们也表现传统功能磁共振成像来测量神经活动在每个纹状体的一部分。令他们吃惊的是,他们发现多巴胺浓度不高使神经元更活跃。然而,更高的多巴胺水平并使神经元保持活跃更长一段时间。

“多巴胺释放的时候,有一个长期的活动,建议不再回应奖励,“Jasanoff说。“这可能与多巴胺促进学习,这是其主要功能之一。”

长期的影响

在分析纹状体多巴胺的释放,研究人员着手确定这种多巴胺可能会影响大脑中更遥远的地方。要做到这一点,他们执行传统的功能磁共振成像大脑纹状体中多巴胺释放的同时也映射。“通过结合这些技术我们可以调查这些现象,以前没有做过的,“Jasanoff说。

地区最大的激增活动显示多巴胺的反应运动皮层和岛叶皮质。如果进一步的研究证实,这一发现可以帮助研究人员了解人类大脑中多巴胺的影响,包括它的角色在成瘾和学习。

“我们的结果可能导致生物标记,可以看到在功能磁共振成像数据,而这些相关的多巴胺功能可能是有用的动物和人类功能磁共振成像分析,“Jasanoff说。

---

---