映射神经元,改善帕金森病的治疗
研究人员映射神经回路负责帕金森病运动障碍患者的-
因为数十亿的神经元是挤进我们的大脑,神经回路负责控制我们行为的必要性高度混合。这一错综复杂的网络使它复杂,以确定哪些电路做什么。现在,使用两个实验室技术率先在加州理工学院的一部分(加州理工学院),加州理工学院的研究人员绘制出一组神经元负责的通路的电动机不困难walking-found在帕金森症患者。
的工作- - - - - -Viviana Gradinaru实验室的生物学和生物工程助理教授- - - - - -发表在《华尔街日报》吗神经元。
帕金森病,患者的步态失调和平衡的问题通常是由一种特定类型的神经元的变性- - - - - -称为胆碱能神经元- - - - - -在脑干区域称为pedunculopontine核(PPN)。这个人口的神经元损伤PPN也与半球行为和疾病,如上瘾。
以前,研究人员无法理清的神经回路原始PPN了解上瘾和帕金森病运动障碍都是调制在同一细胞的人口。此外,这种不确定性治疗那些运动症状的创建了一个障碍。毕竟,脑深部电刺激- - - - - -设备插入到大脑提供目标地区的电脉冲- - - - - -可用于正确的行走和平衡这些病人的困难,但不知道哪些PPN到目标的一部分,这个过程会导致不同的结果。
“电路负责控制我们的行为不是很好地排队,一边做运动,一边做奖励,“Gradinaru说,这种无序排列来自神经元结构的方式。就像树延伸到地面,根长,神经元是由胞体和轴突长绳子,可以发散和项目其他地方进入大脑的不同区域。因为这个形状,研究人员意识到他们可以效仿神经元的“根”,大脑的这一区域比PPN不拥挤。这将使他们更容易观察两种截然不同的行为和他们是如何实现的。
程,加州理工学院的资深研究科学家和这项研究的第一作者,开始通过映射的预测胆碱能神经元的PPN老鼠使用Gradinaru实验室开发的一种技术称为被动清晰技术,或协议。在这种技术中,一个化学应用于大脑的解决方案;溶解的化学物质的脂质组织和呈现大脑的这个区域光学透明,能够拿起荧光标记可以标签不同类型的神经元。研究者可以遵循的路径PPN感兴趣的神经元,荧光蛋白标记,只需通过其余的大脑。
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使用这种方法,Gradinaru和肖能够跟踪PPN神经元的轴突延伸到中脑的两个区域:腹侧黑质,具有里程碑意义的区域帕金森病,先前与运动有关;和腹侧被盖区,大脑的一个区域,先前与奖赏有关。
接下来,研究人员使用电子记录技术跟踪PPN神经元发出的信号- - - - - -确认这些神经元,事实上,与它们相关的下游结构在中脑交流。然后,科学家们确定了这个特定人口的神经元是如何影响行为。要做到这一点,他们用一种Gradinaru帮助开发的技术光遗传学,它允许研究者操纵神经活动- - - - - -在这种情况下,通过刺激或抑制中脑PPN神经预测- - - - - -使用不同颜色的光线。
使用optogenetic方法在大鼠,研究人员发现,令人兴奋的腹黑质神经元预测将刺激动物走动其环境;相比之下,他们可以阻止动物的运动通过抑制这些相同的预测。此外,他们发现他们可以刺激刺激下的行为令人兴奋的神经腹侧被盖区预测,但可能会导致厌恶行为通过抑制这些预测。
“我们的研究结果表明,胆碱能神经元的PPN确实有一个角色在控制行为,“Gradinaru说。“尽管神经元非常密集,混合,这些途径,在某种程度上,致力于非常专业的行为。”Determining which pathways are associated with which behaviors might also improve future treatments, she adds.
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“过去是很难目标治疗PPN因为与不同的行为相关联的特定神经元混合来源- - - - - -PPN。我们的结果显示,你可以在黑质轴突预测运动目标障碍和预测在腹侧被盖区奖励障碍,上瘾,”Gradinaru说。此外,她指出,这些预测在中脑更容易访问PPN手术比他们的来源。
虽然这个新信息可以通知临床治疗帕金森病,PPN只是大脑的一个区域,有很多更重要的连接需要探索的例子,Gradinaru说。“这些结果强调需要brain-wide这些远程神经预测功能和解剖的地图;我们已经表明,组织清算和光遗传学在创建这些地图的实现技术。”
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出版
小Cet al。胆碱能mesopontine信号控制运动和奖励通过可分离的中脑通路。神经元,4月20日2016年出版。doi: 10.1016 / j.neuron.2016.03.028
