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El sensor de MRI revela cómo la dopamina impulsa actividad cerebral

Usando un sensor de resonancia magnética especializado (MRI) de la proyección de imagen, los neurólogos del MIT han descubierto cómo la dopamina liberada profundamente dentro del cerebro influencia regiones próximas y distantes del cerebro.

La dopamina desempeña muchos papeles en el cerebro, especialmente relacionado con el movimiento, el estímulo, y el refuerzo del comportamiento. Sin embargo, hasta ahora ha sido difícil estudiar exacto cómo una inundación de la dopamina afecta a actividad de los nervios en el cerebro. Usando su nueva técnica, las personas del MIT encontraron que la dopamina aparece ejercer efectos importantes en dos regiones de la corteza del cerebro, incluyendo la corteza de motor.

Ha habido mucho trabajo sobre las consecuencias celulares inmediatas de la baja de la dopamina, pero aquí qué estamos observando están las consecuencias de lo que está haciendo la dopamina en un nivel cerebro-más ancho.”  

Alan Jasanoff, profesor del MIT de la ingeniería biológica, cerebro y ciencias cognitivas, y ciencia e ingeniería nucleares. Jasanoff es también una pieza del socio del instituto de McGovern del MIT para la investigación del cerebro y el autor mayor del estudio

Las personas del MIT encontraron que además de la corteza de motor, el área alejada del cerebro más afectada por la dopamina es la corteza insular. Esta región es crítica para muchas funciones cognoscitivas relacionadas con la opinión de los estados internos de la carrocería, incluyendo estados físicos y emocionales.

El postdoc NaN Li del MIT es el autor importante del estudio, que aparece hoy en naturaleza.

Búsqueda de la dopamina

Como otros neurotransmisores, la dopamina ayuda a las neuronas para comunicar con uno a sobre distancias cortas. La dopamina lleva a cabo el interés determinado para los neurólogos debido a su papel en el estímulo, el apego, y varios desordenes neurodegenerative, incluyendo la enfermedad de Parkinson. La mayor parte de la dopamina del cerebro es producida en el midbrain por las neuronas que conectan con el striatum, donde se libera la dopamina.

Durante muchos años, el laboratorio de Jasanoff ha estado desarrollando las herramientas para estudiar cómo los fenómenos moleculares tales como baja del neurotransmisor afectan a funciones cerebro-anchas. En la escala molecular, las técnicas existentes pueden revelar cómo la dopamina afecta a las células individuales, y en la escala del cerebro entero, la proyección de imagen de resonancia magnética funcional (fMRI) puede revelar cómo es el active una región determinada del cerebro. Sin embargo, ha sido difícil que los neurólogos determinen cómo se conectan la actividad unicelular y la función cerebro-ancha.

“Ha habido muy pocos estudios cerebro-anchos de la función dopaminérgica o realmente cualquier función neuroqu3imica, en parte grande porque las herramientas no están allí,” Jasanoff dice. “Estamos intentando completar los entrehierros.”

Hace aproximadamente 10 años, su laboratorio desarrolló los sensores de MRI que consisten en las proteínas magnéticas que pueden atar a la dopamina. Cuando ocurre este atascamiento, las acciones recíprocas magnéticas de los sensores con el tejido circundante se debilitan, amortiguando la señal del MRI del tejido. Esto permite a investigadores vigila contínuo niveles de la dopamina en una parte específica del cerebro.

En su nuevo estudio, Li y Jasanoff se establecen para analizar cómo la dopamina liberada en el striatum de ratas influencia la función de los nervios localmente y en otras regiones del cerebro. Primero, inyectaron sus sensores de la dopamina en el striatum, que está situado profundamente dentro del cerebro y desempeña un papel importante en el movimiento que controla. Entonces estimularon eléctricamente una parte del cerebro llamado el hipotálamo lateral, que es una técnica experimental común para recompensar comportamiento e inducir al cerebro que produzca la dopamina.

Entonces, los investigadores utilizaron su sensor de la dopamina para medir niveles de la dopamina en el striatum. También realizaron el fMRI tradicional para medir actividad de los nervios en cada parte del striatum. A su sorpresa, encontraron que las altas concentraciones de la dopamina no hicieron las neuronas más activas. Sin embargo, niveles más altos de la dopamina hicieron que las neuronas siguen siendo activas por un periodo de tiempo más largo.

“Cuando la dopamina fue liberada, había una duración más larga de la actividad, sugiriendo una reacción más larga a la recompensa,” Jasanoff dice. “Que puede tener algo hacer con cómo la dopamina asciende el aprender, que es una de sus funciones dominantes.”

Efectos de largo alcance

Después de analizar la dopamina libere en el striatum, los investigadores establecidos para determinar esta dopamina pudo afectar a situaciones más distantes en el cerebro. Para hacer eso, realizaron proyección de imagen tradicional del fMRI en el cerebro mientras que también correlacionaban la baja de la dopamina en el striatum. “Combinando estas técnicas que podríamos sondar estos fenómenos de una manera antes de la cual no se ha hecho,” Jasanoff dice.

Las regiones que mostraron las ondas irruptivas más grandes en actividad en respuesta a la dopamina eran la corteza de motor y la corteza insular. Si estuvieron confirmadas en estudios adicionales, las conclusión podían ayudar a investigadores a entender los efectos de la dopamina en el cerebro humano, incluyendo sus papeles en el apego y el aprendizaje.

“Nuestros resultados podrían llevar a los biomarkers que se podrían ver en datos del fMRI, y estos correlativos de la función dopaminérgica podrían ser útiles para analizar animal y fMRI humano,” Jasanoff dice.