核磁共振成像传感器允许神经神经活动分子精确地地图
成立于2013年,美国国家大脑计划旨在彻底改变我们的理解的认知映射人类大脑中的每个神经元的活动,揭示大脑回路如何交互创建记忆,学习新技能,并解释我们周围的世界。
在这之前,神经科学家需要新的工具,让他们探测大脑更深入和更详细地,艾伦Jasanoff说麻省理工学院(MIT)生物工程副教授。“普遍认可,为了全面详细地了解大脑的过程,我们需要一些方法来监测神经功能与空间在大脑深处,时间,精度和功能,”他说。
Jasanoff和他的同事们已经迈出了一步,目标:建立了一种技术,允许他们追踪大脑中的神经通信随着时间的推移,使用磁共振成像(MRI)和一个专门的分子传感器。这是第一次有人能够映射神经信号与高精度大型活体动物的大脑区域,对大脑功能提供一个新窗口,Jasanoff说,他也是一个准会员麻省理工学院麦戈文脑研究所。
他的团队使用这种分子成像方法,在5月1日在线版的描述科学,研究神经递质多巴胺在一个叫做腹侧纹状体的区域,这是参与动机、奖励和强化的行为。在未来的研究中,Jasanoff计划结合多巴胺与功能性核磁共振成像技术,测量大脑活动整体更好地了解多巴胺的水平如何影响神经系统。
“我们希望能够将多巴胺信号与其他神经过程,“Jasanoff说。“我们可以看看不同类型的刺激,试着了解多巴胺在大脑不同区域,与大脑功能的其他措施。”
跟踪多巴胺
多巴胺是许多神经递质之一,帮助神经元在短距离相互通信。大脑的多巴胺产生的结构被称为腹侧被盖区(VTA)。这种多巴胺穿过腹侧纹状体的边缘通路,它结合感官信息从大脑的其他部位加强行为,帮助大脑学习新的任务和运动功能。这条赛道也在成瘾中起着重要作用。
跟踪多巴胺神经沟通的作用,研究人员用核磁共振传感器设计他们之前,组成的一种含铁的蛋白质,作为弱的磁铁。当传感器结合多巴胺,与周围组织的磁相互作用减弱,降低组织的核磁共振信号。这允许研究人员看到大脑中的多巴胺被释放。研究者还开发了一个算法,让他们计算的精确数量的多巴胺在每个分数一立方毫米的腹侧纹状体。
提供核磁共振成像传感器后大鼠的腹侧纹状体,Jasanoff团队电刺激边缘通路,能够准确地检测在腹侧纹状体多巴胺被释放了。一个区域称为伏隔核的核心,是一个主要的目标从腹侧被盖区多巴胺,显示的最高水平。研究人员还发现一些多巴胺释放等邻近地区腹侧苍白球,负责监管动机和情绪,和部分丘脑,继电器大脑的感觉和运动信号。
每个多巴胺刺激持续了16秒,研究者们用核磁共振图像每八秒,使他们能够跟踪多巴胺水平改变神经递质释放细胞,然后消失了。“我们可以映射到不同的区域划分和确定动力学分别为每个这些地区,“Jasanoff说。
他和他的同事们完成这项计划通过扩大他们的研究大脑的其他部分,包括帕金森病影响最严重的地区,这是由于dopamine-generating细胞的死亡。Jasanoff的实验室也在研究传感器跟踪其他神经递质,允许他们研究神经递质在不同的任务之间的相互作用。
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出版
t·李,l . x Cai v . s .莱利维尔德,a .海Jasanoff。多巴胺能的信号分子水平上功能性磁共振成像。科学,2014年5月2日发表。doi: 10.1126 / science.1249380
