Im Jahr 2013 ins Leben gerufen, zielt darauf ab, die nationalen BRAIN Initiative zu unserem Verständnis der Wahrnehmung durch die Abbildung der Aktivität jedes Neuron im Gehirn des Menschen und zeigt , wie Schaltkreise im Gehirn interagieren, um Erinnerungen zu schaffen , neue Fähigkeiten zu erlernen und Interpretation der Welt um uns herum zu revolutionieren.
Bevor dies geschehen kann , müssen Neurowissenschaftler neue Tools, ließ sie untersuchen das Gehirn tiefer und genauer werden , sagt Alan Jasanoff ein MIT- Professor für Bioingenieurwesen . "Es gibt eine allgemeine Erkenntnis , dass, um die Gehirnprozesseumfassende Detail zu verstehen , müssen wir Möglichkeiten, um neuronale 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 kann eingerichtet , mittels Magnetresonanztomographie ( 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 im lebenden Tier Karte und bietet ein neues Fenster auf die Gehirnfunktion , sagt Jasanoff , der auch ein assoziiertes Mitglied der MIT McGovern Institut für Hirnforschung .
Sein Team nutzte die molekulare Bildgebung Ansatz , in Science, die Neurotransmitter Dopamin studieren in einer Region namens ventralen Striatum , die Motivation , Belohnung und Verstärkung von Verhalten beteiligt ist. In zukünftigen Studien , Jasanoff plant, Dopamin -Bildgebung mit funktionellen MRT -Techniken, die gesamte Aktivität des Gehirns , um ein besseres Verständnis davon, wie Dopamin-Spiegel beeinflussen neuronalen Schaltkreise gewinnen messen 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 Hirnfunktion . "
Tracking Dopamin
Dopamin ist ein Neurotransmitter, die von zahlreichen 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 mesolimbischen Weg zum ventralen Striatum , wo es sich mit sensorischen Informationen aus anderen Teilen des Gehirns , um das Verhalten zu stärken und helfen, das Gehirn lernen, neue Aufgaben und Motorik . Diese Schaltung spielt auch eine wichtige Rolle bei der Sucht.
Um die Rolle von 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 dimmt . Dies ermöglicht die Forscher zu sehen, wo im Gehirn Dopamin freigesetzt wird . Die Forscher entwickelten einen Algorithmus, der ihrer Berechnung die genaue Menge an Dopamin in jedem Bruchteil eines Kubikmillimeter des ventralen Striatum können .
Nach Abgabe der MRT- Sensor mit dem 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 , bekannt, einem 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 haben eine MRT- Bild alle acht Sekunden , so dass sie zu verfolgen, wie Dopamin verändert wie der Neurotransmitter aus Zellen freigesetzt und dann verschwunden. "Wir könnten teilen die Karte in verschiedene Bereiche von Interesse und bestimmen Dynamik separat für jede dieser Regionen ", sagt Jasanoff .
Er und seine Kollegen planen, auf 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 an anderen Neurotransmittern zu verfolgen , so dass sie Wechselwirkungen zwischen Neurotransmittern bei verschiedenen Aufgaben zu studieren.
Blei-Autor des Papiers ist Postdoc Taekwan Lee . Technischer Assistent Lili Cai und Postdocs Victor Lelyveld und Aviad Hai auch für die Forschung, die durch die National Institutes of Health und der Defense Advanced Research Projects Agency finanziert wurde beigetragen.