Нове розуміння функції дофаміну у пацієнтів з Паркінсоном

Вчені Virginia Tech Carilion Research Institute виміряли випуск ключового нейромедіатора з безпрецедентною тимчасовою точністю в мозок людей із хворобою Паркінсона.

Вимірювання, зібрані під час операції на головному мозку, коли свідомі пацієнти грали в інвестиційну гру, демонструють, як швидке вивільнення дофаміну кодує інформацію, вирішальну для вибору людини.

Висновки можуть мати широке значення не лише для хвороби Паркінсона, але й для інших неврологічних та психічних розладів, включаючи депресію та залежність.

Дослідники виявили зміни рівня дофаміну в тисячу разів швидше, ніж раніше реєстрували у людей. Ці швидкі вимірювання у поєднанні з посиленою хімічною специфічністю дозволили вченим виявити, що дофамін відіграє набагато складнішу роль, ніж вважалося раніше.

Дослідження було опубліковане сьогодні вПраці Національної академії наук.

"Більше 20 років досліджень на нелюдських модельних організмах створили цілком конкретну картину підозри на роль дофаміну в керуванні поведінкою людини", - сказав Ред Монтег, директор Лабораторії нейровізуалізації людини в Науково-дослідному інституті Вірджинія Тех Карільон і старший автор папір.

"І ось, завдяки першим у своєму роді вимірюванням, зробленим безпосередньо на людях, ми виявили, що ця картина була жахливо неповною".

Монтегю та його команда працювали з нейрохірургами з наук про здоров'я Університету Вейка Фореста - Стівеном Таттером, Адріаном Лакстоном та покійним Томасом Еллісом - для вимірювання сигналів дофаміну у пацієнтів із хворобою Паркінсона, які перенесли операцію з імплантації електродів для глибокої мозкової стимуляції. Доведено, що глибока мозкова стимуляція полегшує симптоми хвороби Паркінсона.

Сімнадцять пацієнтів зголосилися дозволити команді Монтегю реєструвати свої сигнали про дофамін під час операції з імплантації.

"Ми вивчаємо систему, яка руйнується в їхньому мозку", - сказав доктор Кен Кісіда, перший автор статті та науковий співробітник Інституту досліджень Каріліона в Вірджинії. "Хвороба Паркінсона характеризується загибеллю нейронів, що вивільняють дофамін, і ми намагаємося зрозуміти основні механізми процесу захворювання".

І Кісіда, і Монтегю відзначили щедрість пацієнтів, які зголосились взяти участь у дослідженні.

"Цей тип доступу для вимірювання сигналів дофаміну є безцінним", - сказав Кісіда. "І ми провели ці вимірювання у 17 людей - це на 17 більше, ніж будь-коли раніше".

Для того, щоб вловлювати сигнали дофаміну, особливо у людей з нижчою активністю дофаміну, дослідникам довелося розробити надзвичайно чутливі методи.

Дослідники брали показання надшвидких імпульсів дофаміну, коли свідомі пацієнти грали в інвестиційну гру. Вони очікували побачити відповіді на дофамін у прямому відношенні до очікуваних вигод та фактичних результатів. Вони цього не зробили.

"Ми проаналізували набір даних близько тисячі імпульсів дофаміну, і він був рівним", - сказав Монтегю, який також є професором фізики в Коледжі наук штату Вірджинія Тех, і директором відділу обчислювальної психіатрії Науково-дослідного інституту Вірджинії Тех. "Сигнали не відрізняли позитивну реакцію від негативної".

Після того, як дослідники провели вимірювання, вони почали аналізувати, що насправді сигналізує дофамін.

"Ми виявили, що дофамін відслідковує два фактори - що сталося і що могло статися", - сказав Монтегю. «Наші нейрони дофаміну, схоже, відстежують, чи могло бути щось краще чи гірше, і ця інформація кодується швидкими змінами вивільнення дофаміну. Ці результати можуть почати виявляти, обчислювально кажучи, чого не вистачає в системі дофаміну у пацієнтів з Паркінсоном ".

Висновки були зроблені понад 20 років, починаючи з перших обчислювальних досліджень Монтегю, що вивчають механізми передачі сигналів дофаміну.

Думка про те, що "те, що могло бути", є частиною того, як люди оцінюють фактичні результати, не нова. Але ніхто не очікував, що дофамін буде виконувати роботу комбінування цієї інформації в мозку людини.

Тепер, коли дослідники виміряли багаторазовий внесок в окремі сигнали дофаміну, у них є ще більше шляхів для вивчення систем навчання людського мозку щодо здоров’я та хвороб.

Джерело: Virginia Tech