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Il sensore di MRI rivela come la dopamina determina l'attività di cervello

Facendo uso di un sensore specializzato (MRI) di imaging a risonanza magnetica, i neuroscenziati del MIT hanno scoperto come la dopamina rilasciata in profondità all'interno del cervello influenza sia le regioni vicine che distanti del cervello.

La dopamina svolge molti ruoli nel cervello, specialmente relativo a movimento, alla motivazione ed al rinforzo di comportamento. Tuttavia, finora è stato difficile da studiare precisamente come una pletora di dopamina pregiudica l'attività neurale in tutto il cervello. Facendo uso della loro nuova tecnica, il gruppo del MIT ha trovato che la dopamina sembra esercitare gli effetti significativi in due regioni della corteccia del cervello, compreso la corteccia di motore.

C'è stato molto lavoro sulle conseguenze cellulari immediate della versione della dopamina, ma qui cui stiamo esaminando sono le conseguenze di cui la dopamina sta facendo ad un livello cervello più di ampiezza.„  

Alan Jasanoff, professore del MIT di assistenza tecnica biologica, cervello e scienze cognitive e scienza ed assistenza tecnica nucleari. Jasanoff è egualmente un membro associato dell'istituto del McGovern del MIT per la ricerca del cervello e l'autore senior dello studio

Il gruppo del MIT ha trovato che oltre alla corteccia di motore, l'area remota del cervello più commovente da dopamina è la corteccia insulare. Questa regione è critica per molte funzioni conoscitive relative alla percezione degli stati interni dell'organismo, compreso gli stati fisici ed emozionali.

Il postdoc Nan Li del MIT è l'autore principale dello studio, che compare oggi in natura.

Tenere la carreggiata dopamina

Come altri neurotrasmettitori, la dopamina aiuta i neuroni per comunicare a vicenda sopra le brevi distanze. La dopamina tiene l'interesse particolare per i neuroscenziati a causa del suo ruolo nella motivazione, nella dipendenza ed in parecchi disordini neurodegenerative, compreso la malattia del Parkinson. La maggior parte della dopamina del cervello è prodotta nel mesemcefalo dai neuroni che connettono allo striatum, dove la dopamina è rilasciata.

Per molti anni, il laboratorio di Jasanoff sta sviluppando gli strumenti per studiare come i fenomeni molecolari quale la versione del neurotrasmettitore pregiudicano le funzioni cervello di ampiezza. Al disgaggio molecolare, le tecniche attuali possono rivelare come la dopamina pregiudica le diverse celle ed al disgaggio di intero cervello, l'imaging a risonanza magnetica funzionale (fMRI) può rivelare come l'attivo una regione particolare del cervello è. Tuttavia, è stato difficile affinchè i neuroscenziati determini come l'attività unicellulare e la funzione cervello di ampiezza sono collegate.

“Ci sono stati molto pochi studi cervello di ampiezza sulla funzione dopaminergica o realmente qualsiasi funzione del neurochemical, nella grande parte perché gli strumenti non sono là,„ Jasanoff dice. “Stiamo provando a colmare dentro le lacune.„

Circa 10 anni fa, il suo laboratorio ha sviluppato i sensori di MRI che consistono delle proteine magnetiche che possono legare a dopamina. Quando questa associazione accade, le interazioni magnetiche dei sensori con il tessuto circostante si indeboliscono, attenuando il segnale del MRI del tessuto. Ciò permette i ricercatori continuamente riflette i livelli della dopamina in una parte specifica del cervello.

Nel loro nuovo studio, Li e Jasanoff precisano per analizzare come la dopamina rilasciata nello striatum dei ratti influenza la funzione neurale sia localmente che in altre regioni del cervello. In primo luogo, hanno iniettato i loro sensori della dopamina nello striatum, che è situato in profondità all'interno del cervello e svolge un ruolo importante nel movimento gestente. Poi hanno stimolato elettricamente una parte del cervello chiamato l'ipotalamo laterale, che è una tecnica sperimentale comune per la ricompensa del comportamento e l'induzione del cervello per produrre la dopamina.

Poi, i ricercatori hanno utilizzato il loro sensore della dopamina per misurare i livelli della dopamina in tutto lo striatum. Egualmente hanno eseguito il fMRI tradizionale per misurare l'attività neurale in ogni parte dello striatum. Con la loro sorpresa, hanno trovato che le alte concentrazioni nella dopamina non hanno reso a neuroni più attivo. Tuttavia, i livelli elevati della dopamina hanno fatto i neuroni rimanere attivi per un periodo più lungo.

“Quando la dopamina è stata rilasciata, c'era una durata più lunga di attività, suggerente una risposta più lunga alla ricompensa,„ Jasanoff dice. “Che può avere qualcosa fare con come la dopamina promuove imparare, che è una delle sue funzioni chiave.„

Effetti a lungo raggio

Dopo avere analizzato la dopamina rilasci nello striatum, i ricercatori precisati per determinare questa dopamina potrebbe pregiudicare le posizioni più distanti nel cervello. Per fare quella, hanno eseguito la rappresentazione tradizionale del fMRI sul cervello mentre però mappando la versione della dopamina nello striatum. “Combinando queste tecniche che potremmo sondare questi fenomeni in un modo di cui non è stato fatto prima,„ Jasanoff dice.

Le regioni che hanno mostrato i più grandi impulsi nell'attività in risposta a dopamina erano la corteccia di motore e la corteccia insulare. Se confermato negli studi supplementari, i risultati hanno potuto aiutare i ricercatori a capire gli effetti di dopamina nel cervello umano, compreso i sui ruoli nella dipendenza e nell'apprendimento.

“I nostri risultati potrebbero piombo ai biomarcatori che potrebbero essere veduti nei dati del fMRI e queste componenti della funzione dopaminergica potrebbero essere utili per analizzare animale e fMRI umano,„ Jasanoff dice.