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Le détecteur d'IRM indique comment la dopamine pilote l'activité cérébrale

Utilisant un détecteur spécialisé (MRI) d'imagerie par résonance magnétique, les neurologistes de MIT ont découvert comment la dopamine relâchée profondément dans le cerveau influence les régions du cerveau avoisinantes et éloignées.

La dopamine joue beaucoup de rôles dans le cerveau, spécialement lié au mouvement, à la motivation, et au renforcement du comportement. Cependant, jusqu'ici il a été difficile d'étudier avec précision comment une pléthore de dopamine affecte l'activité neurale dans tout le cerveau. Utilisant leur technique neuve, l'équipe de MIT a constaté que la dopamine semble exercer des effets significatifs dans deux régions du cortex du cerveau, y compris le cortex moteur.

Il y a eu beaucoup de travail sur les conséquences cellulaires immédiates de la libération de dopamine, mais ici ce que nous regardons sont les conséquences de ce que la dopamine fait à un niveau de la taille du cerveau. »  

Alan Jasanoff, professeur de MIT du bureau d'études biologique, le cerveau et les sciences cognitives, et le scientifique et technique nucléaire. Jasanoff est également un membre d'associé de l'institut de McGovern du MIT pour la recherche de cerveau et l'auteur supérieur de l'étude

L'équipe de MIT a constaté qu'en plus du cortex moteur, la région éloignée de cerveau la plus affectée par la dopamine est le cortex insulaire. Cette région est critique pour beaucoup de fonctions cognitives liées à la perception des conditions internes du fuselage, y compris les conditions matérielles et émotives.

Le postdoc Nan Li de MIT est l'auteur important de l'étude, qui apparaît aujourd'hui en nature.

Rail de la dopamine

Comme d'autres neurotransmetteurs, la dopamine aide des neurones pour communiquer les uns avec les autres au-dessus des courts distance. La dopamine retient l'intérêt particulier pour des neurologistes à cause de son rôle dans la motivation, la dépendance, et plusieurs troubles neurodegenerative, y compris la maladie de Parkinson. La majeure partie de la dopamine du cerveau est produite dans le mésencéphale par les neurones qui branchent au striatum, où la dopamine est relâchée.

Depuis de nombreuses années, le laboratoire de Jasanoff avait développé des outils pour étudier comment les phénomènes moléculaires tels que le desserrage de neurotransmetteur affectent des fonctionnements de la taille du cerveau. À l'écaille moléculaire, les techniques existantes peuvent indiquer comment la dopamine affecte différentes cellules, et à l'écaille du cerveau entier, l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI) peut indiquer comment l'active une région du cerveau particulière est. Cependant, il a été difficile que les neurologistes déterminent comment l'activité unicellulaire et le fonctionnement de la taille du cerveau sont joints.

« Il y a eu très peu d'études de la taille du cerveau de fonctionnement dopaminergique ou réellement tout fonctionnement neurochimique, dans la grande partie parce que les outils ne sont pas là, » Jasanoff dit. « Nous essayons de combler les lacunes. »

Il y a environ 10 ans, son laboratoire a développé les détecteurs d'IRM qui se composent des protéines magnétiques qui peuvent gripper à la dopamine. Quand ce grippement se produit, les interactions magnétiques des détecteurs avec le tissu environnant affaiblissent, obscurcissant le signe de l'IRM du tissu. Ceci permet des chercheurs surveillent continuement des niveaux de dopamine dans une partie spécifique du cerveau.

Dans leur étude neuve, Li et Jasanoff se mettent à analyser comment la dopamine relâchée dans le striatum des rats influence le fonctionnement neural localement et dans d'autres régions du cerveau. D'abord, ils ont injecté leurs détecteurs de dopamine dans le striatum, qui est situé profondément dans le cerveau et joue un rôle majeur dans le mouvement de réglage. Alors ils ont électriquement stimulé une partie du cerveau appelé l'hypothalamus transversal, qui est une technique expérimentale courante pour récompenser le comportement et induire le cerveau pour produire la dopamine.

Puis, les chercheurs ont utilisé leur détecteur de dopamine pour mesurer des niveaux de dopamine dans tout le striatum. Ils ont également exécuté le fMRI traditionnel pour mesurer l'activité neurale dans chaque partie du striatum. À leur surprise, ils ont constaté que les concentrations élevées en dopamine n'ont pas rendu des neurones plus actifs. Cependant, des niveaux plus élevés de dopamine ont effectué les neurones rester actifs pendant un plus long laps de temps.

« Quand la dopamine a été relâchée, il y avait une plus longue durée d'activité, proposant une plus longue réaction à la récompense, » Jasanoff dit. « Qui peut avoir quelque chose faire avec la façon dont la dopamine s'introduit apprendre, qui est l'un de ses fonctionnements principaux. »

Effets à longue portée

Après avoir analysé la libération de dopamine dans le striatum, les chercheurs présentés pour déterminer cette dopamine pourraient affecter plus de sites distants dans le cerveau. Pour faire cela, ils ont exécuté la représentation traditionnelle de fMRI sur le cerveau tout en également traçant la libération de dopamine dans le striatum. « En combinant ces techniques que nous pourrions sonder ces phénomènes d'une manière dont avant n'a pas été fait, » Jasanoff dit.

Les régions qui ont montré les plus grands sauts de pression dans l'activité en réponse à la dopamine étaient le cortex moteur et le cortex insulaire. Si confirmé dans les études complémentaires, les découvertes ont pu aider des chercheurs à comprendre les effets de la dopamine dans l'esprit humain, y compris ses rôles la dépendance et en apprenant.

« Nos résultats pourraient mener aux biomarqueurs qui pourraient être vus dans des caractéristiques de fMRI, et ces corrélations de fonctionnement dopaminergique pourraient être utiles pour analyser animal et fMRI humain, » Jasanoff dit.