【PNAS】揭秘大脑两半球间多巴胺通路的功能意义

来源:澳门威利斯人官方网站 时间:2016-06-21浏览:0

多巴胺是大脑中一类非常重要的神经调质,在奖励行为和运动控制等方面有着很重要的调控作用。早期对多巴胺系统的研究主要是集中在单侧大脑半球,而对两侧半球间多巴胺可能的功能作用几乎没有涉及。大脑两半球间信息的交互传递对多种认知功能的体现是非常关键的。2016年6月21日发表在美国国家科学院院刊《PNAS》上的一篇研究《Cross-hemispheric dopamine projections have functional significance》首次揭示了,大脑两半球间多巴胺信号的传递机制及在帕金森等疾病治疗方面的潜在应用。

该论文的主要研究团队来自于美国北卡罗来纳大学。实验所采用的对象是成年大鼠,具体记录时又分为清醒的大鼠和被麻醉后的大鼠两组。实验中,先通过加药实验分析自发状态下,大脑两侧半球多巴胺核团中神经元的反应信号。如下图A所示,NAc (nucleus accumbens)是实验中记录的核团。B图是在无任何刺激下,两侧半球NAc区多巴胺浓度的变化,整体变化表现出一定的同步性。C图是多种不同电位下,多巴胺浓度信号的变化。D图是对C图中数据做主成分分析后的结果,灰色的粗线表示同步的点。结果表明,在自发情况下,大脑两半球间多巴胺信号的变化是同步的。

随后,研究人员通过加入amphetamine (AMPH),一种提升多巴胺活性的药物。结果显示,加药后两侧半球中多巴胺的浓度都有显著的提升,但仍保持了很好的同步性。

除了自发放电的情况,研究人员也通过施加外界刺激进行了分析。如下图,刺激一侧的VTA (ventral tegmental area)区,记录对侧的NAc区(A图)和DMS区(D图)。B-F分别给出的是几个位点多巴胺浓度的数据。从这组结果可以看出,刺激单侧脑区的多巴胺系统,另一侧脑区中多巴胺信号会发生显著的变化,表明大脑两半球之间会有多巴胺信号的交互和传递。

最后,研究人员模拟了两侧大脑半球间多巴胺信号传递通路与帕金森病治疗之间的潜在关系。实验中,大鼠帕金森病的动物建模通常是让单侧6-OHDA (6-hydroxydopamine)缺失。如下图,是对6-OHDA缺失大鼠的实验数据,刺激对侧的多巴胺区,记录同侧的DMS区。通过这组数据可以发现,对于6-OHDA缺失的大鼠,激活对侧脑区的多巴胺释放,会显著地增强所记录DMS脑区的多巴胺活性,从而改善患帕金森病大鼠的行为。

:图中SHAM大鼠是对照组,此组大鼠没有6-OHDA缺失。

综上,这篇研究的主要结论是:大脑两半球间多巴胺信号通过相互的传递和作用达到一定的同步性。此外,这种同步性对帕金森等疾病的治疗有潜在的意义。

作为大脑中的一种非常重要的神经调质,多巴胺在很多功能性活动中扮演着关键性的作用,而早期的这些研究主要是集中在单侧脑区中。本文中介绍的这篇工作,首次对两侧大脑半球中多巴胺信号的传递和工作机理进行了深入地研究,并为一些疾病的治疗提供了很好的参考。

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