MIT 的「飛針絕技」：可監測與帕金森病密切相關的大腦多巴胺活動

多巴胺，這種遍布整個大腦的信號分子，在調節情緒和控制運動方面起到重要作用。許多疾病，包括帕金森氏症、抑鬱症和精神分裂症，都與多巴胺缺乏有關。

近日，麻省理工學院的神經科學家們設計出了一種用來長時間測量大腦中多巴胺的方法，可持續測量超過一年時間。他們相信，這種方法將幫助他們更深入了解多巴胺在健康或患病大腦中的作用。

（來源：MIT）

「儘管我們早已知道多巴胺是大腦中非常重要的信號分子, 參與神經生理過程和神經精神疾病的形成, 但我們一直無法長時間實時監控多巴胺釋放的變化, 而時間過短就不能夠將多巴胺水平變化與臨床表現建立關係,」麻省理工學院教授、麻省理工學院麥戈文腦研究所、此研究的資深作者之一 Ann Graybiel 說。

麻省理工學院材料科學與工程系科赫教授、麻省理工學院科赫綜合癌症研究所成員 Michael Cima 與科赫研究所教授 Rober Langer 也同樣是本研究的資深作者。麻省理工學院 博士後 Helen Schwerdt 是本文的第一作者。本研究發表在於 9 月 12 日的《生物學通訊》（Communications Biology）。

長時程感測

多巴胺是大腦中神經元用來相互交流的神經遞質中的一種。用於測量多巴胺的傳統系統——直徑約為 100 微米的碳電極——只能在一天內產生可靠數據，因為它們周圍會有疤痕組織形成，干擾電極與多巴胺相互作用。

2015 年，這支麻省理工學院的研究團隊證明，微型感測器可以用來測量大腦中名為紋狀體腦區的多巴胺水平。紋狀體中含有合成分泌多巴胺的細胞，這些細胞對習慣形成和獎賞-強化學習過程至關重要。

由於這些探針非常小（直徑約 10 微米），研究人員可以植入 16 個這樣的探針來測量紋狀體不同部位的多巴胺水平。在如今這項最新研究中，研究人員想要測試是否可以使用這些感測器來進行長期的多巴胺水平跟蹤。

「一開始我們的基本目標就是讓感測器堅持長時間工作，並能每天產生準確的讀數，」Schwerdt 說。「如果你想研究這些信號分子是如何調節特定疾病或生理過程的話，這種測量很有必要。」

為了開發出一種能長時間保持準確的感測器，研究人員必須確保它不會引起免疫反應，以避免產生影響測量準確性的疤痕組織。

這支麻省理工學院的研究團隊發現，他們的微型感測器近乎完全被免疫系統無視，甚至在植入很長一段時間後。在感測器被植入後，小膠質細胞（相當於對損傷很快產生反應的免疫細胞）和星形膠質細胞（它們對損傷產生反應的時間更長）與那些沒有插入探針的腦組織一樣。

在這項研究中，研究人員在每隻動物的紋狀體中植入了 3 到 5 個感測器，大約 5 毫米深。他們每隔幾周就會進行一次讀數。他們對腦幹進行刺激使之分泌多巴胺，並傳播到紋狀體。他們發現測量結果持續 393 天保持一致。

「這是第一次有人證明這些感測器能夠工作超過數月。這給了我們很大信心，相信這類感測器有一天將會被用於人體，」Schwerdt 說。

紐約大學生理學和神經科學教授 Paul Glimcher 說，這種新感測器將能讓更多的研究者對多巴胺進行長期研究，這對於研究持續時間較長的學習現象來說很重要。

「這是一個非常有意義的工程成就，推動了這個領域的發展，」沒有參與這項研究的 Glimcher 教授說。「它極大地改善了這項技術，使許多實驗室都能應用。」

監測帕金森病

研究人員說，如果這些感測器被開發至用於人類，就可以用它們來監測那些接受深部腦刺激的帕金森患者。深部腦刺激療法將電極植入大腦，將電流傳導到大腦深處的結構，刺激多巴胺分泌。使用感測器來監測多巴胺水平可以幫助醫生更有選擇性地、只有在需要的時候發送刺激。

研究人員目前正在研究如何調整感測器來測量大腦中的其他神經遞質，以及測量電信號，這些信號也在帕金森氏症和其他疾病中發生混亂。

「了解化學和電活動之間的關係對於理解帕金森症中所有的問題都是非常重要的，」Schwerdt 說。

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