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专门的MRI传感器揭示了神经递质对整个大脑神经活动的影响

马萨诸塞州剑桥市-麻省理工学院的神经科学家使用一种特殊的磁共振成像(MRI)传感器发现了在大脑深处释放的多巴胺如何影响附近和远处的大脑区域。

多巴胺在大脑中起着许多作用,最明显地与运动,动机和行为强化有关。但是,直到现在,仍很难精确研究多巴胺的泛滥如何影响整个大脑的神经活动。麻省理工学院的研究小组使用他们的新技术发现,多巴胺似乎在大脑皮层的两个区域(包括运动皮层)发挥着重要作用。

麻省理工学院的麻省理工学院教授Alan Jasanoff说:“关于多巴胺释放的直接细胞后果,已经进行了很多工作,但是我们正在研究的是多巴胺在更广泛的大脑水平上所做的后果。”生物工程,脑与认知科学以及核科学与工程。Jasanoff还是麻省理工学院麦戈文脑科学研究所的准会员,也是该研究的资深作者。

麻省理工学院的研究小组发现,除了运动皮层外,受多巴胺影响最大的远程大脑区域是岛状皮层。该区域对于与感知身体内部状态(包括身体和情绪状态)有关的许多认知功能至关重要。

麻省理工学院的博士后Nan Li是这项研究的主要作者,该研究今天发表在《自然》杂志上。

跟踪多巴胺

像其他神经递质一样,多巴胺可以帮助神经元在短距离内相互交流。多巴胺对神经科学家特别感兴趣,因为它在动机,成瘾以及包括帕金森氏症在内的多种神经退行性疾病中发挥作用。大脑的大部分多巴胺是由与纹状体相连的神经元在中脑中产生的,纹状体在那里释放多巴胺。

多年来,Jasanoff的实验室一直在开发工具来研究诸如神经递质释放等分子现象如何影响大脑的整个功能。在分子水平上,现有技术可以揭示多巴胺如何影响单个细胞,而在整个大脑范围内,功能磁共振成像(fMRI)可以揭示特定大脑区域的活跃程度。但是,神经科学家很难确定单细胞活动与全脑功能之间的联系。

贾桑诺夫说:“很少有大脑对多巴胺能功能或任何神经化学功能进行研究,这在很大程度上是因为还没有该工具。”“我们正在努力填补空白。”

大约10年前,他的实验室开发了MRI传感器,该传感器由可以结合多巴胺的磁性蛋白质组成。当这种结合发生时,传感器与周围组织的磁性相互作用减弱,使组织的MRI信号变暗。这使研究人员能够连续监测大脑特定部位的多巴胺水平。

Li和Jasanoff在他们的新研究中着手分析大鼠纹状体中释放的多巴胺如何影响局部和其他大脑区域的神经功能。首先,他们将多巴胺传感器注入纹状体,纹状体位于大脑深处,在控制运动中起着重要作用。然后,他们电刺激大脑的下丘脑外侧部分,这是奖励行为并诱导大脑产生多巴胺的常用实验技术。

然后,研究人员使用他们的多巴胺传感器测量整个纹状体中的多巴胺水平。他们还进行了传统的功能磁共振成像,以测量纹状体各部分的神经活动。令他们惊讶的是,他们发现高浓度的多巴胺并未使神经元更加活跃。但是,较高的多巴胺水平确实会使神经元保持较长时间的活性。

Jasanoff说:“当多巴胺释放时,活动时间会更长,表明对奖励的反应会更长。”“这可能与多巴胺如何促进学习有关,这是它的关键功能之一。”

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