专门的MRI传感器揭示了神经递质对整个大脑神经活动的影响

麻省理工学院的神经科学家利用一种专门的磁共振成像(MRI)传感器，发现了多巴胺在大脑深处释放是如何影响附近和远处的大脑区域的。

多巴胺在大脑最显著的是与运动、动机和行为强化有关。然而，直到现在还很难精确地研究洪水是如何泛滥的多巴胺影响神经活动在整个大脑。使用他们的新技术，麻省理工学院的研究小组发现多巴胺似乎在大脑皮层的两个区域发挥显著的作用，包括运动皮层。

麻省理工学院生物工程、大脑与认知科学、核科学与工程教授Alan Jasanoff说:“关于多巴胺释放对细胞的直接影响已经有很多研究，但在这里，我们关注的是多巴胺在更广泛的大脑层面上的影响。”Jasanoff也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所的副研究员，也是这项研究的资深作者。

麻省理工学院的研究小组发现，除了运动皮层，受多巴胺影响最大的大脑偏远区域是岛叶皮层。这个区域对于许多与感知身体内部状态(包括身体和情绪状态)相关的认知功能至关重要。

麻省理工学院博士后李南是这项研究的主要作者，它发表在今天的自然．

跟踪多巴胺

像其他神经递质一样，多巴胺帮助神经元在短距离内相互交流。神经科学家对多巴胺特别感兴趣，因为它在动机、上瘾和包括帕金森氏症在内的几种神经退行性疾病中起着重要作用。大脑中的大部分多巴胺是由连接到纹状体的神经元在中脑中产生的，而纹状体正是多巴胺释放的地方。

多年来，Jasanoff的实验室一直在开发工具，研究神经递质释放等分子现象如何影响全脑功能。在分子尺度上，现有的技术可以揭示多巴胺如何影响单个细胞，在整个大脑的尺度上，功能核磁共振成像(fMRI)可以揭示特定大脑区域的活跃程度。然而，神经科学家很难确定单细胞活动和全脑功能是如何联系在一起的。

“关于多巴胺能功能或任何神经化学功能的全脑研究很少，这在很大程度上是因为工具不存在，”Jasanoff说。“我们正试图填补空白。”

大约10年前，他的实验室开发了由磁性蛋白质组成的核磁共振传感器，这种蛋白质可以与多巴胺结合。当这种结合发生时，传感器与周围组织的磁性相互作用减弱，组织的MRI信号减弱。这使得研究人员可以持续监测大脑特定部位的多巴胺水平。

在他们的新研究中，Li和Jasanoff开始分析大鼠纹状体中释放的多巴胺是如何影响局部和其他大脑区域的神经功能的。首先，他们将多巴胺传感器注入位于大脑深处的纹状体，在控制运动中起着重要作用。然后，他们用电刺激大脑中叫做外侧下丘脑的部分，这是一种奖励行为和诱导大脑产生多巴胺的常见实验技术。

然后，研究人员用他们的多巴胺传感器测量整个纹状体的多巴胺水平。他们还用传统的功能磁共振成像(fMRI)来测量纹状体各部分的神经活动。令他们惊讶的是，他们发现高浓度的多巴胺并没有使神经元更加活跃。然而，较高的多巴胺水平确实使神经元在更长时间内保持活跃。

Jasanoff说:“当多巴胺被释放时，活动持续时间更长，这表明对奖励的反应更久。”“这可能与多巴胺如何促进学习有关，这是它的关键功能之一。”

长期的影响

在分析了纹状体中多巴胺的释放后，研究人员开始确定多巴胺可能会影响大脑中更远处的位置。为此，他们对大脑进行了传统的功能磁共振成像，同时绘制了纹状体中多巴胺的释放。“通过结合这些技术，我们可以以一种前所未有的方式来探测这些现象，”Jasanoff说。

对多巴胺反应最活跃的区域是运动皮层还有岛叶皮层。如果在其他研究中得到证实，这一发现将有助于研究人员了解多巴胺在人脑中的作用，包括它在成瘾和学习中的作用。

Jasanoff说:“我们的结果可能导致在功能磁共振成像数据中看到的生物标记物，这些多巴胺能功能的相关因素可能对分析动物和人类的功能磁共振成像有用。”

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