精确的技术轨道多巴胺在大脑中

麻省理工学院的研究人员已经发明了一种更精确地测量大脑中的多巴胺应该比以前可能，使科学家们深入了解多巴胺的角色学习、 记忆和情感。

多巴胺是大脑里的神经元用来互相沟通的许多神经递质之一。以前的系统，用于测量这些神经递质被限制在多长时间他们提供准确的读数和多少他们可以覆盖的大脑。这个新的麻省理工学院设备，一系列微小的碳电极，克服了两者的这些障碍。

“没有人真正有测量神经递质行为在这空间尺度和时间刻度。有这样的工具将使我们能够探索潜在任何神经递质有关的疾病，”说迈克尔 · 西玛，David H.Koch 工程学教授材料科学部和工程，综合癌症研究的麻省理工学院的科赫研究所的成员，这项研究的资深作者。

此外，因为数组是那么小，它有可能最终成为适合用在人类身上，以监测是否旨在促进多巴胺水平的治疗成功。许多人类的大脑疾病，最引人注目的是帕金森病，相连的多巴胺失调。

“右现在深部脑刺激被用来治疗帕金森病，我们假定刺激以某种方式补给大脑的多巴胺，但没有人真的有测量，”海伦 Schwerdt，科赫研究所博士后和第一作者的文章，出现在一个芯片上的实验室 》 杂志上说。

研究纹状体

对于这个项目，Cima 的实验室联手大卫 H.科赫研究所教授罗伯特 · 兰格，拥有的药物交付研究历史悠久，与研究所教授安耶，已经几十年来被称为纹状体脑区域尤其侧重研究大脑中多巴胺的作用。制造多巴胺细胞内纹状体是习惯形成和奖励强化学习的关键。

直到现在，神经学家已经使用碳电极轴直径约 100 微米来衡量在大脑中的多巴胺。然而，这些可仅用于可靠地大约一天因为它们产生干扰的电极与多巴胺，互动能力的瘢痕组织和其它类型的干扰电影可以也随着时间的推移在电极表面形成。此外，还有只有大约 50%的机会，单电极将结束在那个地点有任何可测量的多巴胺，Schwerdt 说。

麻省理工学院研究小组设计电极，直径只有 10 微米，并将它们组合成八个电极阵列。这些微妙的电极，包在刚性聚合物叫做 PEG，保护他们，让他们保持从偏转当他们进入脑组织。然而，所以它不会进入大脑，在插入过程中溶解聚乙二醇。

这些微小的电极测量多巴胺在更大的版本做的一样。研究人员应用通过电极，振荡电压和电压在某一个点时，在附近的任何多巴胺经历电化学反应，产生可测量的电流。使用这种技术，多巴胺的存在可以监视在毫秒的时间刻度。

使用这些阵列，研究者证明，他们可以一次监测中许多部分的纹状体多巴胺水平。

“我们要追求这种高密度的阵列的动机是什么是事实，现在我们有更好的机会来衡量在纹状体多巴胺，因为现在我们有 8 个或 16 探针在纹状体，而不是只有一个，”Schwerdt 说。

研究人员发现在纹状体多巴胺水平差别很大。这是并不奇怪，因为他们没有想到整个区域不断沐浴在多巴胺，但这种变化已经难以展示，因为以前的方法测量一次只有一个地区。

学习是如何发生的？

研究人员现正进行测试，看多久这些电极可以继续给一个可测量的信号，和到目前为止该设备连续工作两个月。这种长期传感，科学家们应该能够更改进行跟踪多巴胺在长时期内，形成了习惯，或学习新的技能。

“我们和其他人有说犯难了越来越好的长期读数，”耶，是麻省理工学院的麦戈文脑研究所的成员。”我们需要能够找出发生了什么在脑部疾病的小鼠模型中的多巴胺为例，或多巴胺动物学到一些东西的时候会发生什么”。

她还希望了解更多关于结构称为 striosomes 的纹状体的角色。这些细胞群中，发现由格雷很多年前，分布在纹状体。从她的实验室最近的工作表明，striosomes 参与了决策诱发焦虑。

这项研究是西玛和格雷还包括努力开发注射给药装置治疗脑部疾病的实验室之间的更大合作的一部分。

“什么链接所有这些研究在一起是我们试图找到方法化学接口用脑，”Schwerdt 说。”如果我们可以与大脑化学沟通，它使我们治疗或我们测量更多聚焦和选择性，，我们可以更好地理解什么。

其他论文的作者是麦戈文研究所研究科学家在高句丽金、 里子 Amemori 和秀树岛津;麦戈文研究所博士后醍醐 Homma;麦戈文研究所技术副教授吉田友子;和 Harshita Yerramreddy 和郑伊健 Karasan 的本科生。

这项研究是由国立卫生研究院、 国家研究所的生物医学成像和生物工程，和国家研究所的神经疾病和中风资助的。