Kā dopamīns nodrošina smadzeņu aktivitāti

Ar īpaša MRI sensora palīdzību atklāta neirotransmitera ietekmi uz neirālo aktivitāti galvas smadzenēs.

Izmantojot specializētu magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRI) sensoru, kas var izsekot dopamīna līmenim, neirozinātnieki ir atklājuši, kā dopamīns, kas izdalās dziļi smadzeņu iekšienē, ietekmē attālus smadzeņu reģionus.

Dopamīnam ir vairākas lomas, galvenokārt saistītas ar kustību, motivāciju un uzvedības pastiprināšanos. Tomēr līdz šim bija grūti precīzi izpētīt, kā dopamīna plūsma ietekmē neirālo darbību galvas smadzenēs. Izmantojot jauno tehniku, pētnieku komanda konstatēja, ka dopamīns, visticamāk, rada nozīmīgu ietekmi divos smadzeņu garozas reģionos, ieskaitot motoro garozu.

“Mēs skatāmies, kādas sekas ir dopamīna darbībai smadzeņu līmenī,” saka Alans Jasanovs (Alan Jasanoff), bioloģijas inženierzinātņu, smadzeņu un kognitīvo zinātņu profesors.

MIT komanda konstatēja, ka dopamīns ļoti ietekmē arī insulāro garozu. Šis reģions ir ļoti svarīgs daudzām kognitīvām funkcijām, kas saistītas ar ķermeņa stāvokļu uztveri, ieskaitot fizisko un emocionālo stāvokli.

Pētījums publicēts prestižajā žurnālā Nature.

Dopamīna ceļš

Tāpat kā citi neirotransmiteri, dopamīns palīdz neironiem īsos attālumos savstarpēji sazināties. Dopamīns neirozinātniekiem ir īpaši interesants tā ietekmes uz motivācijas, atkarības un vairāku neirodeģeneratīvu traucējumu aspektu, tostarp Parkinsona slimības, dēļ.

Jau vairākus gadus Jasanova laboratorija izstrādā instrumentus, lai pētītu, kā molekulārās parādības, piemēram, neirotransmiteru atbrīvošanās, ietekmē smadzeņu funkcijas. Ar molekulārā mēroga metožu palīdzību var atklāt, kā dopamīns ietekmē atsevišķas šūnas, un visu smadzeņu mērogā funkcionālā magnētiskās rezonanses attēlveidošana var palīdzēt atklāt, cik aktīvs ir konkrētais smadzeņu reģions. Tomēr neirozinātniekiem ir bijis grūti noteikt, kā savstarpēji saistīta vienas šūnas aktivitāte ar smadzeņu mēroga funkcijām.

Aptuveni pirms 10 gadiem viņa laboratorijā tika izstrādāti MRI sensori, kas sastāv no magnētiskām olbaltumvielām, kas var saistīties ar dopamīnu. Kad šī saistīšanās notiek, sensoru magnētiskā mijiedarbība ar apkārtējiem audiem pavājinās, aptumšojot audu MRI signālu. Tas ļauj pētniekiem nepārtraukti uzraudzīt dopamīna līmeni noteiktā smadzeņu daļā.

Savā jaunajā pētījumā pētnieki bija nolēmuši analizēt, kā dopamīns, kas izdalās žurku smadzeņu saiklī, ietekmē neirālo darbību gan lokāli – pašā smadzeņu saiklī, gan citos smadzeņu reģionos. Pirmkārt, viņi injicēja dopamīna sensorus šajā saiklī, kas atrodas dziļi smadzenēs un kam ir svarīga loma kustības kontrolēšanā. Pēc tam viņi elektriski stimulēja smadzeņu daļu, ko sauc par laterālo hipotalāmu, kas ir ierasta eksperimentāla metode, lai atalgotu uzvedību un pamudinātu smadzenes ražot dopamīnu.

Pēc tam pētnieki izmantoja dopamīna sensoru, lai mērītu dopamīna līmeni. Viņi veica arī tradicionālos fMRI, lai mērītu neirālo aktivitāti katrā saikļa daļā. Viņiem par pārsteigumu tika konstatēts, ka augsta dopamīna koncentrācija neveicina neironu aktivitāti. Tomēr augstāks dopamīna līmenis noturēja esošo neironu aktivitāti uz ilgāku laika periodu.

“Tam var būt kāds sakars ar to, kā dopamīns veicina mācīšanos, kas ir viena no tā galvenajām funkcijām,” stāsta Jasanovs.

Ilgtermiņa ietekme

Reģioni, kuros, reaģējot uz dopamīnu, bija vislielākais neirālās aktivitātes pieaugums, bija motorā garoza un insulārā garoza. Ja tas apstiprinātos papildu pētījumos, atklājumi varētu pētniekiem palīdzēt izprast dopamīna ietekmi cilvēka smadzenēs, ieskaitot tā lomas atkarības stāvokļu veidošanās un mācīšanās kontekstos.

Avots: Nan Li, Alan Jasanoff. Local and global consequences of reward-evoked striatal dopamine release. Nature, 2020

Arī RigaBrain® smadzeņu treniņu centra klienti stāsta, ka pēc seansa apmeklējuma uzlabojas prāta veiktspēju un motivāciju.