Открытие показывает, что исследователи могут непрерывно и одновременно измерять активность как дофамина, так и серотонина, рецепторы и участки захвата которых являются терапевтическими мишенями для лечения различных заболеваний, от депрессии до болезни Паркинсона, в человеческом мозге.
Кроме того, нейрохимические вещества, по-видимому, объединяют восприятие мира людьми с их действиями, что указывает на то, что дофамин и серотонин играют гораздо более важную роль в нервной системе человека, чем считалось ранее.
Дофамин и серотонин, известные как нейромодуляторы, традиционно связаны с обработкой вознаграждения – насколько хорошо или плохо люди воспринимают результат после совершения действия.
Сегодняшнее онлайн-исследование в журнале Neuron открывает дверь к более глубокому пониманию расширенной роли этих систем и их роли в здоровье человека.
«Огромное количество людей во всем мире принимают фармацевтические препараты, чтобы нарушить работу систем передачи дофамина и серотонина, чтобы изменить свое поведение и психическое здоровье», – сказал П. Рид Монтегю, старший автор исследования, профессор и директор Центра нейробиологических исследований человека и Лаборатории нейровизуализации человека в Институте биомедицинских исследований Фралина в Технологическом институте Вирджинии в Карилионе. "Впервые была измерена текущая активность этих систем, и было определено, что она участвует в восприятии и когнитивных способностях.
Эти нейротрансмиттеры одновременно действуют и интегрируют активность в совершенно разных временных и пространственных масштабах, чем кто-либо ожидал."
По словам исследователей, лучшее понимание основных действий дофамина и серотонина во время восприятия и принятия решений может дать важную информацию о психических и неврологических расстройствах.
«Каждый выбор, который кто-то делает, включает в себя получение информации, ее интерпретацию и принятие решений о том, что они воспринимают», – сказал Кеннет Кишида, автор исследования и доцент кафедры физиологии, фармакологии и нейрохирургии в школе Уэйк Форест. медицины. "Есть целый ряд психических состояний и неврологических расстройств, при которых этот процесс у пациентов изменяется, и главными подозреваемыми являются дофамин и серотонин."
По словам Монтегю, почетного профессора Центра нейровизуализации человека при Университетском колледже Лондона и профессора физики Технологического института Вирджинии, отсутствие химически специфических методов изучения нейромодуляции у людей в быстрых временных масштабах затрудняет понимание этих систем. Колледж наук.
Но теперь, в первых измерениях, ученые использовали электрохимический метод под названием «циклическая вольтамперометрия с быстрым сканированием», в котором используется небольшой микроэлектрод из углеродного волокна, на который подается низкое напряжение, для определения активности дофамина и серотонина в реальном времени.
В ходе исследования исследователи зарегистрировали колебания дофамина и серотонина с помощью специально разработанных электродов у пяти пациентов, перенесших операцию по имплантации электродов для глубокой стимуляции мозга для лечения эссенциального тремора или болезни Паркинсона.
Пациенты бодрствовали во время операции, играя в компьютерную игру, предназначенную для количественной оценки аспектов мышления и поведения во время проведения измерений.
В каждом раунде игры пациенты кратко рассматривали облако точек, и их просили оценить направление, в котором они движутся. Метод, разработанный автором-корреспондентом Дэном Бэнгом, научным сотрудником сэра Генри Уэллкома, и Стивом Флемингом, членом Королевского общества сэра Генри Дейла, оба в Центре нейровизуализации человека Wellcome при Университетском колледже Лондона, помог указать на то, что дофамин и серотонин были участвует в простых перцептивных решениях вне традиционного контекста вознаграждений и потерь.
«Эти нейромодуляторы играют гораздо более широкую роль в поддержке человеческого поведения и мышления, и, в частности, они участвуют в том, как мы обрабатываем внешний мир», – сказал Банг. "Например, если вы двигаетесь по комнате и выключен свет, вы двигаетесь иначе, потому что не знаете, где находятся объекты.
Наша работа предполагает, что эти нейромодуляторы, в частности серотонин, играют роль в передаче сигналов о том, насколько мы не уверены в отношении внешней среды."
Монтегю и Кишида вместе с Терри Лоренцем, доцентом-исследователем, и Джейсоном Уайтом, старшим научным сотрудником, теперь оба работают в Институте биомедицинских исследований Фралина, начали работу над новым статистическим подходом для определения сигналов дофамина и серотонина, еще находясь в Бэйлоре.
Медицинский колледж в Хьюстоне, штат Техас.
«Кен принял вызов – провести быструю нейрохимию у людей во время активного познания», – сказал Монтегю. "Многие другие хорошие группы ученых не смогли этого сделать. Помимо вычисления огромных объемов данных, есть сложные задачи, которые необходимо решить, в том числе большие, фундаментальные алгоритмические задачи."
До недавнего времени только медленные методы, такие как ПЭТ-сканирование, могли измерять влияние нейротрансмиттеров, но они были далеко от частоты или объема посекундных измерений циклической вольтамперометрии с быстрым сканированием.
Измерения в новом исследовании проводились в Баптистском медицинском центре Уэйк Форест с участием нейрохирургических бригад под руководством Адриана В. Лакстон и Стивен Б. Лохмотья.
«Энтузиазм нейрохирургов по поводу этого исследования вызван теми же причинами, которые побудили их стать врачами – в первую очередь, они хотят делать все возможное для своих пациентов, и у них есть настоящая страсть к пониманию того, как работает мозг. улучшить результаты лечения пациентов ", – сказал Кишида, который наблюдал за сбором данных в операционной во время операций. "Оба являются совместными учеными вместе с Чарльзом Бранчем, председателем отделения нейрохирургии в Уэйк Форест, который был замечательным сторонником этой работы."
Точно так же Монтегю сказал: «Вы не можете сделать это без хирургов, которые будут настоящими партнерами плечом к плечу, и, конечно, не без людей, которые позволяют вам делать записи из своего мозга, пока им имплантируют электроды, чтобы облегчить симптомы болезни. неврологическое расстройство."
Монтегю прочитал исследование в Proceedings of the National Academy of Sciences, которое побудило его обратиться к своим коллегам Бангу и Флемингу из Университетского колледжа Лондона с просьбой разработать для пациентов задачу, выполняемую во время операции, которая позволила бы выявить субсекундную передачу сигналов дофамина и серотонина в реальном масштабе времени. временные выводы о внешнем мире – отдельно от их часто упоминаемых ролей в процессах, связанных с вознаграждением.
«Я сказал, что у меня есть новый метод измерения дофамина и серотонина, но мне нужно, чтобы вы помогли с этой задачей», – сказал Монтегю. "Они попали в кабинет.
Исследование действительно потребовало много тяжелой работы и объединения людей, чтобы получить эти результаты."
Исследование финансировалось грантами различных исследователей из Wellcome Trust, Национальных институтов здравоохранения, включая Национальный институт злоупотребления наркотиками, Национальный институт психического здоровья, Национальный институт неврологических расстройств и инсульта.