科学家们发现神经化学术 - 多巴胺和血清素 - 在人类脑中出乎意料地具有深刻的作用

神经细胞艺术家图

多巴胺,血清素参与次秒的感知,认知。

在人类大脑中首先观察,一支国际研究人员揭示了两种着名的神经化学 - 多巴胺和血清素 - 在下第二速度工作,以塑造人们如何感知世界并以行动为基础关于他们的看法。

这一发现表明,研究人员可以持续同时测量人脑中多巴胺和血清素的活动——它们的受体和摄取位点是治疗抑郁症和帕金森病等疾病的靶点。

此外,这些神经化学物质似乎将人们对世界的感知与他们的行为结合在一起,这表明多巴胺和血清素在人类神经系统中所起的作用比之前所知的要广泛得多。

碳纤维微电极

弗吉尼亚州科技研究人员与Fralin生物医学研究所人类神经科学研究所构建碳纤维微电极,用于实时检测人类患者的多巴胺和血清素活性。信用:弗吉尼亚科技

传统上称为神经调节剂,多巴胺和血清素与奖励加工有关 - 人们在采取行动后感知结果有多好或多么糟糕。

该研究发表于杂志神经元2020年10月12日的会议为我们打开了一扇大门,让我们更深入地了解这些系统的作用及其在人类健康中的作用。

“全世界巨大的人正在服用药物化合物来扰乱多巴胺和血清素发射器系统,以改变他们的行为和心理健康,”学习高级作者和中心教授和主任弗吉尼亚理工科技科技植物科技考验研究所的人类神经科学研究与人物神经影像研究所。“首次,已经测量了这些系统中的时刻瞬间活动,并确定参与感知和认知能力。这些神经递质同时行动和整合在广泛不同的时间和空间尺度上的活动而不是任何预期的时间和空间尺度。“

研究人员表示,更好地了解在感知和决策期间的多巴胺和血清素的潜在作用和血清素的潜在作用可以为精神疾病和神经系统疾病提供重要的洞察力。

碳纤维微电极尺寸比较

在脑深部刺激过程中用来记录多巴胺和血清素活性的微电极的相对大小。信用:弗吉尼亚科技

“有人执行的各种选择涉及参加信息,解释这些信息,并决定他们所感知的信息,”苏醒森林学校的生理学和药理学助理教授和神经外科助理教授医学。“在患者中改变了这种过程的整个精神病病症和神经系统疾病,多巴胺和血清素是主要嫌疑人。”

根据Montague的说法,缺乏在快速时间缩放的化学尺度研究人类神经调节的方法受到了对这些系统的理解,他是伦敦大学学院的人类神经影像学院的荣誉教授和弗吉尼亚理工大学的物理学教授科学学院。

但是现在,在第一次测量中,科学家使用一种称为“快速扫描循环伏安法”的电化学方法,该方法采用小的碳纤维微电极,其具有低电压越来越跨越多巴胺和血清素活性的实时检测。

在该研究中,研究人员在进行深脑刺激电极植入手术中使用特殊设计的电极进行多巴胺和血清素的波动,以治疗必需震颤或帕金森病。患者在手术期间醒来,演奏一款旨在量化思想和行为的各个方面的计算机游戏,而在测量的同时。

阅读Montague,计算神经科学家

维吉尼亚理工大学弗拉林生物医学研究所(Fralin Biomedical Research Institute)人类神经科学研究中心(Center for Human Neuroscience Research)的计算神经科学家里德·蒙塔古(Read Montague)说,多巴胺和血清素以亚秒级的速度影响人们对世界的看法,并根据他们的看法采取行动。信用:弗吉尼亚科技

在每一轮的游戏中,病人们会短暂地观看一团圆点,然后被要求判断他们移动的方向。这种方法是由通讯作者丹·邦和史蒂夫·弗莱明设计的,丹·邦是亨利·惠康爵士博士后研究员,史蒂夫·弗莱明是亨利·戴尔爵士/皇家学会研究员,他们都在伦敦大学学院惠康人类神经成像中心工作,帮助表明多巴胺和血清素参与了简单的知觉决策,在传统的奖励和损失的背景之外。

“这些神经调节者在支持人类行为和思想方面发挥了更大的作用,特别是他们参与了我们如何处理外界的方式,”邦说。“例如,如果您通过房间和灯光熄灭,则会以不同的方式移动,因为您不确定对象的位置。我们的作品表明这些神经调节剂 - 特别是血清素 - 在信号传导中发挥作用,我们对外界环境有多不确定。“

Montague和Kishida,以及Terry Lohrenz,一位研究助理教授和杰森White,一名高级研究助理,现在都在Fralin BioMeDical研究院开始研究一种新的统计方法,以鉴定多巴胺和血清素信号,同时仍在贝勒上德克萨斯州休斯顿医学院。

“肯加斯在积极认知期间对人类进行快速神经化学的挑战,”蒙塔格说。yabovip2021“许多其他好的科学家群体无法做到这一点。除了计算大量数据的计算中,还有复杂的问题来解决,包括伟大,基本的算法任务。“

直到最近,只有像PET扫描这样缓慢的方法才能测量神经递质的影响,但它们远不及快速扫描循环伏安法每秒测量的频率或体积。

这项新研究的测量是在维克森林浸信会医疗中心进行的,由阿德里安W.拉克斯顿和斯蒂芬B.塔特领导的神经外科团队参与了这项研究。

“热情对这项研究的热情来自与让他们成为医生的同样的原因,他们首先是他们想要为他们的患者做到最好,并且他们对理解大脑如何改善的原因是真正的热情患者结果,“Kishida说,在手术期间监督手术室的数据收集。“两者都是Charles Branch,神经外科部门主席的合作科学家,这是对这项工作的惊人倡导者。”

Likewise, Montague said, “You can’t do it without the surgeons being real, shoulder-to-shoulder partners, and certainly not without the people who let you make recordings from their brains while they are having electrodes implanted to alleviate the symptoms of a neurological disorder.”

蒙塔古读过一篇研究国家科学院的诉讼程序这促使他在伦敦大学学院进行同事爆炸和弗莱明,以定制患者在手术期间进行的任务,这些任务将在外部世界的实时推断中揭示次秒的多巴胺和血清素信号传导 - 与他们经常报告的角色分开在奖励相关的流程中。

蒙塔古说:“我说我有了测量多巴胺和血清素的新方法,但我需要你的帮助。”他们最终参与了这项研究。这项研究确实花费了大量的辛勤工作,并整合了一群人来获得这些结果。”

参考文献:“在感知决策期间,亚秒多巴胺和血清素信号传导”由Dan Bang,Kenneth T. Kishida,Terry Lohrenz,Jason P. White,Adrian W. Laxton,Stephen B. Tatter,Stephen M. Fleming和P.译文2020年10月12日,神经元
DOI:10.1016 / J.NEURON.2020.09.015

该研究得到了来自Wellcome Trust的各种研究人员的资助,该研究人员,国家卫生研究院,包括国家药物虐待研究所,国家心理健康研究所,国家神经疾病和中风。

1条评论关于“科学家发现神经化学物质——多巴胺和血清素——在人类大脑中发挥着意想不到的重要作用”

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