«На протяжении десятилетий считалось, что все дофаминовые нейроны каким-то образом участвуют как в движении, так и в вознаграждении, но в этом нет смысла», — сказал Дэниел А. Домбек, старший автор исследования. «Теперь в наших записях настолько очевидно, что существуют разные типы нейронов. Мы буквально можем видеть это на поведении животных. Наши открытия, вероятно, помогут ответить на многие вопросы о болезни Паркинсона и других неврологических загадках».
Домбек, доцент кафедры нейробиологии Колледжа искусств и наук Вайнберга, провел исследование вместе с докторантом Марком У. Хоу.Полученные данные обеспечивают новую основу для понимания роли дофаминовой системы в контроле движений и обучении / вознаграждении, а также о том, как дисфункция дофаминовой системы может привести к ряду неврологических расстройств.
До этого исследования было мало доказательств быстрой передачи сигналов дофамина в головном мозге при блокировке движения. Результаты были опубликованы сегодня (11 июля) в журнале Nature.
Ученые разработали сложные методы визуализации, чтобы увидеть то, что никто не видел раньше: две отдельные популяции дофаминовых нейронов в области мозга полосатого тела, одна несет сигналы для управления моторикой и движением, а другая передает сигналы о непредсказуемой (неожиданной) награде. Полученные данные опровергают существующую модель того, как дофаминовые нейроны влияют на поведение.«Всегда существовал парадокс того, как дофамин влияет как на движение, так и на поведение, основанное на вознаграждении», — сказал Хоу. «Мы обнаружили, что он делает и то, и другое, и что существуют разные популяции, которые занимаются каждым из них. И нейроны, которые совершают движение, заботятся об этом в очень быстром масштабе времени.
Это динамика, вероятно, затронутая при болезни Паркинсона».Исследование предоставляет важную информацию для разработки более целенаправленных методов лечения болезни Паркинсона, нейродегенеративного заболевания, вызванного гибелью дофаминовых нейронов.
Текущие методы лечения сосредоточены на замене окружающих пулов дофамина в мозге. Это исследование предполагает, что будущие методы лечения могут быть более эффективными, если они будут нацелены на определенные типы клеток, регионы и временные рамки, которые, по-видимому, больше всего участвуют в управлении движением.Инструменты Домбека и Хоу для получения изображений с высоким разрешением позволили им наблюдать динамику дофаминовой системы с беспрецедентной детализацией у активных мышей. Изучая животных во время бега на колесе или получая непредсказуемое вознаграждение и визуализируя аксоны дофаминовых нейронов в полосатом теле во время этих действий, ученые смогли разделить разные аксоны дофамина и идентифицировать две разные популяции.
Они визуализировали от пары аксонов до многих десятков аксонов за раз, в зависимости от эксперимента, чтобы увидеть, как выглядит активность. Аксоны, связанные с движением и болезнью Паркинсона, были активны, когда животное бежало, но не, когда животное получало награду.Кроме того, используя оптогенетику, исследователи показали, что они могут контролировать движение животного, направив свет на генетически маркированные аксоны движения, показывая, что дофамин может запускать передвижение.
«Это исследование меняет наше представление о роли дофаминовых нейронов в движении», — сказал Радж Аватрамани, доцент неврологии Медицинской школы Файнберга Северо-Западного университета, который не принимал участия в исследовании. «Это очень важное исследование в этой области».Аватрамани, эксперт по молекулярным основам разнообразия дофаминовых нейронов, недавно начал сотрудничество с Домбеком и его группой для дальнейшего изучения дофаминовых нейронов, как их функции, так и молекулярного состава.Основные моменты доклада Nature включают в себя:
Открытие того, что сигналы от аксонов дофамина, оканчивающиеся в полосатом теле (центральная область контроля движений), сильно и быстро активируются, когда животные начинают двигаться, а затем проявляют всплески постоянной активности, когда животные ускоряются во время передвижения.Включение аксонов дофамина светом (экспрессия активируемого светом ионного канала) в полосатом теле может быстро вызвать локомоцию, указывая на соответствие между наблюдаемыми сигналами и их функциональной ролью в генерации движения.Аксоны, сигнализирующие о непредсказуемом вознаграждении, в значительной степени отличались от аксонов, сигнализирующих о движении, и заканчивались в основном в различных областях полосатого тела: областях, более вовлеченных в целенаправленное обучение.
Статья называется «Быстрая передача сигналов в отдельных дофаминергических аксонах во время передвижения и вознаграждение».