Sensor RM permite mapear la actividad neuronal con precisión molecular

La iniciativa nacional estadounidense CEREBRO, lanzada en 2013, pretende revolucionar nuestra comprensión de la cognición mediante la asignación de la actividad de todas las neuronas en el cerebro humano , que revela cómo los circuitos del cerebro interactúan para crear recuerdos , aprender nuevas habilidades , e interpretar el mundo que nos rodea.Antes de que esto suceda , los neurocientíficos necesitan nuevas herramientas que les permitan sonde

ar el cerebro con más profundidad y con mayor detalle, dice Alan Jasanoff , profesor asociado de ingeniería biológica  del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT ) . "Hay un reconocimiento general de que el fin de entender los procesos del cerebro en detalle exhaustivo , necesitamos formas de monitorear la función neural profundamente en el cerebro con precisión espacial , temporal y funcional", dice.Jasanoff y sus colegas ya han dado un paso hacia esa meta : Han establecido una técnica que les permite rastrear la comunicación neuronal en el cerebro a través del tiempo , el uso de imágenes de resonancia magnética (MRI ), junto con un sensor molecular especializado. Esta es la primera vez que alguien ha sido capaz de asignar las señales neuronales con alta precisión sobre las regiones cerebrales grandes en animales vivos , ofreciendo una nueva ventana en la función del cerebro , dice Jasanoff , quien también es miembro asociado del Instituto McGovern del MIT para la Investigación del Cerebro .

Su equipo utilizó este método de imagen molecular , que se describe en el 01 de mayo edición en línea de Science, para estudiar el neurotransmisor dopamina en una región llamada el cuerpo estriado ventral , la cual está involucrada en la motivación , recompensa, y el refuerzo de la conducta. En estudios futuros, Jasanoff planea combinar imágenes dopamina con técnicas de resonancia magnética funcional para medir la actividad del cerebro en general para obtener una mejor comprensión de cómo los niveles de dopamina influyen en los circuitos neuronales ." Queremos ser capaces de relacionarse señalización de la dopamina a otros procesos neuronales que están sucediendo ", dice Jasanoff . "Podemos ver diferentes tipos de estímulos y tratar de entender lo que la dopamina está haciendo en diferentes regiones del cerebro y relacionarlo con otras medidas de la función del cerebro. "

Seguimiento de la dopaminaLa dopamina es uno de muchos neurotransmisores que ayudan a las neuronas para comunicarse entre sí en distancias cortas . Gran parte de la dopamina del cerebro se produce por una estructura llamada área tegmental ventral ( VTA ) . Este dopamina viaja a través de la vía mesolímbica al estriado ventral , donde se combina con la información sensorial de otras partes del cerebro para reforzar el comportamiento y ayudar al cerebro a aprender nuevas tareas y las funciones motoras . Este circuito también juega un papel importante en la adicción .Para el seguimiento de la función de la dopamina en la comunicación neuronal , los investigadores usaron un sensor de resonancia magnética que habían diseñado anteriormente , que consiste en una proteína que contiene hierro que actúa como un imán débil . Cuando el sensor se une a la dopamina , sus interacciones magnéticas con el tejido circundante se debilitan , lo que atenúa la señal de MRI del tejido . Esto permite a los investigadores ver en qué parte del cerebro la dopamina está siendo puesta en libertad. Los investigadores también desarrollaron un algoritmo que les permite calcular la cantidad exacta de dopamina presente en cada fracción de un milímetro cúbico del estriado ventral.Después de colocar el sensor de resonancia magnética en el cuerpo estriado ventral de ratas , el equipo de Jasanoff estimuló eléctricamente la vía mesolímbica y fue capaz de detectar exactamente donde era descargada la dopamina en el estriado ventral. El área conocida como núcleo accumbens del núcleo , conocido por ser uno de los principales objetivos de la dopamina en el VTA , mostró los niveles más altos . Los investigadores también vieron que también se libera dopamina en las regiones vecinas , como el pálido ventral , que regula la motivación y las emociones, y las partes del tálamo , que retransmite las señales sensoriales y motoras en el cerebro.Cada estimulación de la dopamina se prolongó durante 16 segundos y los investigadores tomaron una imagen de resonancia magnética cada ocho segundos , lo que les permitió realizar un seguimiento de cómo los niveles de dopamina cambiaban cuando el neurotransmisor se liberaba de las células y luego desaparecía. "Podríamos dividir el mapa en diferentes regiones de interés y determinar la dinámica de forma separada para cada una de esas regiones", dice Jasanoff .Él y sus colegas planean continuar con este trabajo mediante la ampliación de sus estudios a otras partes del cerebro, incluyendo las zonas más afectadas por la enfermedad de Parkinson , que es causada por la muerte de las células generadoras de dopamina . El laboratorio de Jasanoff también está trabajando en sensores para rastrear otros neurotransmisores , que les permita estudiar las interacciones entre los neurotransmisores en diferentes tareas.

Massachusetts Institute of Technology (MIT)   Original Reporting by: Anne Trafton 
 
T. Lee, L. X. Cai, V. S. Lelyveld, A. Hai, A. Jasanoff. Molecular-Level Functional Magnetic Resonance Imaging of Dopaminergic Signaling.   Science, Published May 2 2014. doi: 10.1126/science.1249380