帕金森症:传感器追踪大脑中的多巴胺

多巴胺是一种遍布大脑的信号分子，在调节我们的情绪和控制运动方面起着重要作用。包括帕金森氏症、抑郁症和精神分裂症在内的许多疾病都与多巴胺缺乏有关。一年多来，麻省理工学院的神经科学家们已经设计出一种方法来测量大脑中的多巴胺，他们相信这将帮助他们更多地了解多巴胺在健康和患病大脑中的作用。“尽管知道大脑中的多巴胺作为重要的信号分子,参与神经和神经精神疾病以及我们的学习方法,它已经不可能监控在线释放多巴胺的变化随着时间的推移,时间足够长的时间来与这些临床条件下,“麻省理工学院教授、麻省理工学院麦戈文脑研究所成员安·格雷比尔说。

多巴胺是大脑神经元相互交流的众多神经递质之一。测量多巴胺的传统系统——直径约100微米的碳电极——只能可靠地使用大约一天，因为它们产生的疤痕组织干扰了电极与多巴胺相互作用的能力。

2015年，麻省理工学院的研究团队证明，微型传感器可以用来测量大脑纹状体中多巴胺的水平，纹状体中含有产生多巴胺的细胞，这些细胞对习惯的形成和奖励强化学习至关重要。因为这些探针非常小(直径约10微米)，研究人员可以植入多达16个探针来测量纹状体不同部位的多巴胺水平。

在这项新研究中，研究人员想要测试他们是否可以使用这些传感器来长期跟踪多巴胺。“从一开始，我们的根本目标就是让传感器工作很长一段时间，并每天产生准确的读数，”麻省理工学院博士后海伦·施韦特(Helen Schwerdt)说，她是这篇论文的主要作者。“如果你想了解这些信号如何介导特定的疾病或状况，这是必要的。”

为了开发一种可以在很长一段时间内保持精确的传感器，研究人员必须确保它不会引起免疫反应，以避免疤痕组织干扰读数的准确性。

麻省理工学院的研究小组发现，免疫系统几乎看不见他们的微型传感器，甚至在很长一段时间内也是如此。植入传感器后，小胶质细胞(对短期损伤有反应的免疫细胞)和星形胶质细胞的数量与未植入探针的脑组织中的数量相同。

在这项研究中，研究人员在每个动物的纹状体中植入了3到5个传感器，深度约为5毫米。在刺激脑干释放多巴胺后，他们每隔几周进行一次读数，多巴胺会传播到纹状体。他们发现，测量结果在长达393天的时间里保持一致。“这是第一次有人证明这些传感器可以工作几个月以上。这给了我们很大的信心，这类传感器有一天可能会应用于人类。”Schwerdt说。

监测帕金森

研究人员说，如果这些传感器被开发用于人类，它们可能会用于监测接受深度大脑刺激的帕金森患者。这种治疗包括植入一个电极，将电脉冲传送到大脑深处的一个结构。使用传感器监测多巴胺水平可以帮助医生更有选择性地提供刺激，只有在需要的时候。

研究人员现在正在研究如何调整这些传感器来测量大脑中的其他神经递质，以及测量电信号，这些电信号在帕金森氏症和其他疾病中也会受到干扰。Schwerdt说:“理解化学活动和电活动之间的关系对于理解所有你在帕金森氏症中看到的问题非常重要。”