Отслеживание серотонина и дофамина в реальном времени открывает новый взгляд на мозг

Дофамин и серотонин являются химическими веществами мозга, влияющими на целый ряд неврологических расстройств, включая болезнь Паркинсона и депрессию, поэтому понимание того, как они работают, может стать ключом к разработке более эффективных методов лечения этих состояний.

Новый инструмент предлагает беспрецедентный взгляд на эти нейротрансмиттеры в действии, что позволяет ученым впервые отслеживать их активность в реальном времени.

И дофамин, и серотонин уже давно связаны со способностью мозга обрабатывать вознаграждения, но в последнее время ученые обращают внимание на то, что они могут играть более важную роль в человеческом теле. Это варьируется от того, как серотонин в кишечнике может регулировать уровень сахара в крови или насколько низкие уровни могут быть устранены с помощью кетамина, и насколько глубокая стимуляция мозга (DBS) может повысить выработку дофамина у пациентов с болезнью Паркинсона.

Последний пример является особенно многообещающим, поскольку болезнь Паркинсона характеризуется истощением выработки дофамина в мозге, что приводит к потере контроля над движениями тела. Использование DBS, при котором пациенту имплантируются крошечные провода для подачи электрического тока в определенные области мозга, является способом устранения таких симптомов, как тремор и замедленное движение, а также дефицит дофамина.

Пять пациентов должны были пройти курс лечения DBS, двое — с болезнью Паркинсона и трое — с эссенциальным тремором, непроизвольным двигательным расстройством нервной системы.

Когда нейрохирург имплантировал электродные матрицы для проведения DBS-терапии, другая группа ученых работала вместе с ними, чтобы вставить свой собственный микроэлектрод из углеродного волокна глубоко в мозг, который был разработан для обнаружения и регистрации серотонина и дофамина в том виде, в котором они  высвобождаются из нейронов.

Пока пациенты не спали, исследователи попросили их выполнить некоторые упражнения по принятию решений, в которых они должны были решить, в каком направлении серия точек двигалась по экрану после того, как они исчезли. Каждый пациент выполнил задание от 200 до 300 раз, и иногда их просили указать, насколько они уверены в своих ответах.

Между тем, на электрод подавали низкие напряжения для определения активности дофамина и серотонина в режиме реального времени. Ученые называют этот электрохимический метод циклической вольтамперометрией с быстрым сканированием, и он впервые позволил им регистрировать субсекундные колебания в передаче сигналов дофамина и серотонина.

«Огромное количество людей во всем мире принимают фармацевтические препараты, что может нарушить работу систем передачи дофамина и серотонина и изменить поведение и психическое здоровье», — сказал П. Рид Монтегю из Virginia Tech, старший автор исследования.

«Впервые была измерена текущая активность этих систем, и было определено, что она влияет на восприятие и когнитивные способности. Эти нейротрансмиттеры одновременно действуют и интегрируют активность в совершенно разных временных и пространственных масштабах, чем кто-либо ожидал ранее».

Ученые смогли сделать некоторые полезные выводы из своих экспериментов.

Они обнаружили, что уровень серотонина повышался, когда испытуемый был более неуверен в своем ответе, и падал, когда он был более уверен. Дофамин, по-видимому, увеличивался, поскольку субъекты ожидали принятия своих решений, в то время как уровень серотонина падал, и, наконец, когда выбор был сделан, оба достигли определенного уровня.

«Это исследование проливает свет на роль этих нейрохимических веществ в обучении, пластичности мозга и нашем восприятии окружающей среды», — сказал главный исследователь Кеннет Т. Кишида.

«Теперь у нас есть более подробное представление о том, как наш мозг формирует то, что мы воспринимаем, использует это восприятие для принятия решений и интерпретирует последствия сделанного нами выбора. Дофамин и серотонин, по-видимому, имеют решающее значение во всех этих процессах. Важно отметить, что такие исследования, как это, помогут нам и другим ученым лучше понять, как лекарства, такие как ингибиторы обратного захвата серотонина, влияют на когнитивные способности, принятие решений и влияют на психические состояния, такие как депрессия».

Исследование было опубликовано в журнале Neuron.