Im Jahr 2013 ins Leben gerufen , zielt darauf ab, die nationalen BRAIN Initiative zum Verständnis der Wahrnehmung durch die Abbildung der Aktivität jedes Neuron im Gehirn des Menschen und zeigt , wie Hirnschaltkreisen zusammen, um Erinnerungen zu schaffen , neue Fähigkeiten zu erlernen , und die Welt um uns herum zu interpretieren revolutionieren.
Bevor das geschehen kann , müssen Neurowissenschaftler neue Tools, lassen Sie die Sonde das Gehirn tiefer und detaillierter wird , sagt Alan Jasanoff ein MIT- Professor für Bioingenieurwesen . "Es gibt eine allgemeine Erkenntnis, dass , um das Gehirn die Prozesse in umfangreichen Detail zu verstehen , müssen wir Möglichkeiten, um neurale Funktion tief im Gehirn mit räumlichen, zeitlichen und funktionellen Präzision überwachen ", sagt er .
Jasanoff und Kollegen haben nun einen Schritt in Richtung dieses Ziels wurde: Sie haben eine Technik entwickelt , mit denen sie neuronale Kommunikation im Gehirn über die Zeit verfolgen können hergestellt unter Verwendung von Magnetresonanzbildgebung ( MRI ) Zusammen mit einem speziellen Molekular Sensors. Dies ist das erste Mal, dass jemand in der Lage war , um neuronale Signale mit hoher Präzision über große Hirnregionen in lebende Tiere Karte und bietet ein neues Fenster auf die Gehirnfunktion , sagt Jasanoff , der auch ein assoziiertes Mitglied der MIT McGovern Institut für Hirnforschung .
Sein Team verwendet diese molekularen Bildgebung Ansatz , in der Online-Ausgabe von Science, die Neurotransmitter Dopamin in einer Region namens ventralen Striatum , die Motivation , Belohnung und Verstärkung von Verhalten beteiligt ist, zu studieren. In zukünftigen Studien , Jasanoff plant, Dopamin -Bildgebung mit funktionellen MRT -Techniken, die allgemeine Aktivität des Gehirns , um ein besseres Verständnis davon, wie Dopamin-Spiegel beeinflussen neuronalen Schaltkreise gewinnen messen zu kombinieren.
"Wir wollen in der Lage, Dopamin -Signalisierung zu anderen neuronalen Prozesse , die passiert sind, beziehen sich ", sagt Jasanoff . "Wir können auf verschiedene Arten von Stimuli und versuchen zu verstehen, was Dopamin in verschiedenen Hirnregionen zu tun und in Beziehung zu anderen Maßnahmen der Gehirnfunktion . "
Tracking Dopamin
Dopamin ist ein Neurotransmitter , der von vielen Neuronen , miteinander über kurze Entfernungen zu kommunizieren helfen. Ein großer Teil des Gehirns Dopamin wird durch eine Struktur namens ventralen Tegmentum ( VTA) produziert. Das Dopamin reist durch die mesolimbischen Weg zum ventralen Striatum , wo es sich mit sensorischen Informationen aus anderen Teilen des Gehirns , um Verhalten zu verstärken und helfen, das Gehirn lernen, neue Aufgaben und Motorik . Diese Schaltung spielt auch eine wichtige Rolle bei der Sucht.
Die Rolle Dopamin in neuronalen Kommunikation zu verfolgen , die Forscher ein MRI Sensor sie zuvor entworfen hatte , bestehend aus einer eisenhaltigen Protein, das als schwach Magnet wirkt . Wenn der Sensor bindet an Dopamin, seine magnetische Wechselwirkung mit dem umgebenden Gewebe zu schwächen, die das Gewebe des MRI-Signal verdunkelt . Dies ermöglicht es dem Forscher, um zu sehen, wo im Gehirn Dopamin freigesetzt wird . Die Forscher auch entwickelte einen Algorithmus, der ihrer Berechnung die genaue Menge an Dopamin in jedem Bruchteil eines Kubikmillimeter des ventralen Striatum können .
Nach Abgabe der MRI -Sensor an den ventralen Striatum von Ratten , Jasanoff Team elektrisch stimuliert die mesolimbischen Weg und war in der Lage , genau zu erkennen, wo im ventralen Striatum Dopamin freigesetzt wurde . Ein Bereich als Nukleus accumbens Kern bekannt , bekanntermaßen einer der Hauptzielevon Dopamin aus der VTA ist, zeigten die höchsten Niveaus . Die Forscher sahen auch, dass einige Dopamin in Nachbarregionen wie dem ventralen pallidum , die Motivation und Emotionen , und Teile des Thalamus regelt , die sensorische und motorische Signale im Gehirn weiterleitet freigegeben.
Jedes Dopamin -Stimulation dauerte 16 Sekunden und die Forscher nahmen eine MRT- Bild alle acht Sekunden , so dass sie zu verfolgen, wie Dopamin-Spiegel verändert wie der Neurotransmitter wurde aus Zellen freigesetzt und verschwand. "Wir könnten bis teilen die Karte in verschiedene Bereiche von Interesse und Dynamik bestimmen separat für jede dieser Regionen ", sagt Jasanoff .
Er und seine Kollegen planen, zu dieser Arbeit durch die Ausweitung ihrer Studien auf andere Teile des Gehirns , einschließlich der am stärksten von Parkinson-Krankheit , die durch den Tod von Dopamin erzeugende Zellen verursacht wird betroffenen Gebieten zu bauen. Jasanoff Labor arbeitet auch an Sensoren auf andere Neurotransmitter zu verfolgen , so dass sie Wechselwirkungen zwischen Neurotransmittern bei verschiedenen Aufgaben zu studieren.