Sensor de resonancia magnética especializado revela la influencia del neurotransmisor en la actividad neuronal en todo el cerebro

Crédito: CC0 Dominio público

Usando un sensor especializado de imágenes por resonancia magnética (IRM), los neurocientíficos del MIT han descubierto cómo la dopamina liberada en las profundidades del cerebro influye tanto cerca como regiones cerebrales distantes.

La dopamina desempeña muchas funciones en el cerebro, sobre todo relacionadas con el movimiento, la motivación y el refuerzo del comportamiento. Sin embargo, hasta ahora ha sido difícil estudiar con precisión cómo una inundación de dopamina afecta la actividad neuronal en todo el cerebro. Usando su nueva técnica, el equipo del MIT descubrió que la dopamina parece ejercer efectos significativos en dos regiones de la corteza cerebral, incluida la corteza motora.

«Ha habido mucho trabajo sobre las consecuencias celulares inmediatas de liberación de dopamina, pero aquí lo que estamos viendo son las consecuencias de lo que hace la dopamina en un nivel más amplio del cerebro», dice Alan Jasanoff, profesor de ingeniería biológica, ciencias del cerebro y cognitivas, y ciencia e ingeniería nuclear del MIT. Jasanoff también es miembro asociado del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT y autor principal del estudio.

El equipo del MIT descubrió que, además de la corteza motora, el área remota del cerebro más afectada por la dopamina es el corteza insular. Esta región es fundamental para muchas funciones cognitivas relacionadas con la percepción de los estados internos del cuerpo, incluidos los estados físicos y emocionales.

El postdoctorado del MIT, Nan Li, es el autor principal del estudio, que aparece hoy en Nature.

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Seguimiento de la dopamina

Al igual que otros neurotransmisores, la dopamina ayuda a las neuronas a comunicarse entre sí en distancias cortas. La dopamina tiene un interés particular para los neurocientíficos debido a su papel en la motivación, la adicción y varios trastornos neurodegenerativos, incluida la enfermedad de Parkinson. La mayor parte de la dopamina del cerebro es producida en el mesencéfalo por neuronas que se conectan al cuerpo estriado, donde se libera la dopamina.

Durante muchos años, el laboratorio de Jasanoff ha estado desarrollando herramientas para estudiar cómo fenómenos moleculares como la liberación de neurotransmisores afectan las funciones de todo el cerebro. A escala molecular, las técnicas existentes pueden revelar cómo la dopamina afecta a las células individuales y, a escala de todo el cerebro, la resonancia magnética funcional (fMRI) puede revelar qué tan activa es una región cerebral en particular. Sin embargo, ha sido difícil para los neurocientíficos determinar cómo se vinculan la actividad de una sola célula y la función de todo el cerebro.

«Ha habido muy pocos estudios de la función dopaminérgica en todo el cerebro o realmente de cualquier función neuroquímica, en en gran parte porque las herramientas no están ahí», dice Jasanoff. «Estamos tratando de llenar los vacíos».

Hace unos 10 años, su laboratorio desarrolló sensores de resonancia magnética que consisten en proteínas magnéticas que pueden unirse a la dopamina. Cuando se produce esta unión, las interacciones magnéticas de los sensores con el tejido circundante se debilitan, atenuando la señal de resonancia magnética del tejido. Esto permite a los investigadores monitorear continuamente los niveles de dopamina en una parte específica del cerebro.

En su nuevo estudio, Li y Jasanoff se propusieron analizar cómo la dopamina liberada en el cuerpo estriado de las ratas influye en la función neuronal tanto localmente como en otras regiones del cerebro. Primero, inyectaron sus sensores de dopamina en el cuerpo estriado, que se encuentra en lo profundo del cerebro y juega un papel importante en el control del movimiento. Luego, estimularon eléctricamente una parte del cerebro llamada hipotálamo lateral, que es una técnica experimental común para recompensar el comportamiento e inducir al cerebro a producir dopamina.

Luego, los investigadores usaron su sensor de dopamina para medir los niveles de dopamina. en todo el cuerpo estriado. También realizaron IRMf tradicional para medir la actividad neuronal en cada parte del cuerpo estriado. Para su sorpresa, descubrieron que las altas concentraciones de dopamina no hacían que las neuronas fueran más activas. Sin embargo, los niveles más altos de dopamina hicieron que las neuronas permanecieran activas durante un período de tiempo más largo.

«Cuando se liberaba dopamina, había una mayor duración de la actividad, lo que sugiere una respuesta más prolongada a la recompensa», dice Jasanoff. . «Eso puede tener algo que ver con la forma en que la dopamina promueve el aprendizaje, que es una de sus funciones clave».

Efectos de largo alcance

Después de analizar la liberación de dopamina en el cuerpo estriado, los investigadores se propusieron determinar que esta dopamina podría afectar lugares más distantes en el cerebro. Para hacer eso, realizaron imágenes tradicionales de resonancia magnética funcional en el cerebro mientras también mapeaban la liberación de dopamina en el cuerpo estriado. «Al combinar estas técnicas, pudimos investigar estos fenómenos de una manera que no se había hecho antes», dice Jasanoff.

Las regiones que mostraron los mayores aumentos en la actividad en respuesta a la dopamina fueron la corteza motora y la corteza insular. Si se confirma en estudios adicionales, los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a comprender los efectos de la dopamina en el cerebro humano, incluidos sus roles en la adicción y el aprendizaje.

«Nuestros resultados podrían conducir a biomarcadores que podrían verse en los datos de IRMf , y estos correlatos de la función dopaminérgica podrían ser útiles para analizar IRMf de animales y humanos», dice Jasanoff.

Explore más

Nuevos conocimientos sobre los mecanismos subyacentes al desarrollo de la esquizofrenia Más información: Consecuencias locales y globales de la liberación de dopamina estriatal provocada por la recompensa, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2158-3 , nature.com/articles/s41586-020-2158-3 Información de la revista: Nature

Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita : El sensor de resonancia magnética especializado revela la influencia del neurotransmisor en la actividad neuronal en todo el cerebro (1 de abril de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2020-04-specialized-mri-sensor-reveals -neurotransmitter.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.