Badania pogłębiają wiedzę na temat roli dopaminy w ruchu

Dopamina, chemiczny przekaźnik w mózgu, znana jest głównie ze swojej roli w odczuwaniu przyjemności i nagrody. Jednak nowe badania Fundacji Champalimaud (CF) rzucają światło na kluczowe znaczenie dopaminy w ruchu, co ma wpływ na nasze zrozumienie i leczenie objawów choroby Parkinsona (PD).

Wyobraź sobie akt chodzenia. Jest to coś, co większość zdrowych ludzi robi bez namysłu. Jednak w rzeczywistości jest to złożony proces obejmujący różne układy nerwowe i fizjologiczne. Choroba Parkinsona to stan, w którym mózg powoli traci określone komórki, zwane neuronami dopaminowymi, co powoduje zmniejszenie siły i szybkości ruchów. Ma to jednak wpływ na inny ważny aspekt: ​​długość procedur. Osoba z chorobą Parkinsona może nie tylko poruszać się wolniej, ale także może wykonać mniej kroków w sekwencji chodzenia lub napadów padaczkowych, zanim się zatrzyma. Badanie to pokazuje, że sygnalizacja dopaminy bezpośrednio wpływa na długość sekwencji ruchowych, przybliżając nas o krok do odblokowania nowych celów terapeutycznych w zakresie poprawy funkcji motorycznych w chorobie Parkinsona.

„Dopamina jest ściśle powiązana z nagrodą i przyjemnością i często nazywana jest neuroprzekaźnikiem zapewniającym dobre samopoczucie” – mówi Marcelo Mendonça, pierwszy autor badania. „Ale w przypadku osób z niedoborem dopaminy cierpiących na chorobę Parkinsona są to zaburzenia motoryczne które odbijają się na jakości ich życia. Jednym z aspektów, który zawsze nas interesował, jest koncepcja bocznej personalizacji. W chorobie Parkinsona objawy pojawiają się asymetrycznie, często rozpoczynając się po jednej stronie ciała przed drugą. W tym badaniu chcieliśmy zbadać teorię, że komórki dopaminowe nie tylko motywują nas do ruchu, ale w szczególności promują ruchy po drugiej stronie .ciała.”

Zaznacz mózg

W tym celu naukowcy opracowali nowe zadanie behawioralne, które wymaga od swobodnie poruszających się myszy naciskania dźwigni jedną łapą w celu uzyskania nagrody (kropli wody z cukrem). Aby zrozumieć, co działo się w mózgu podczas tego zadania, badacze wykorzystali obrazowanie pojedynczych fotonów, co przypomina dawanie myszom małego, przenośnego mikroskopu. Mikroskop ten został skierowany na istotę czarną pars Compacta (SNc), bogaty w dopaminę obszar znajdujący się głęboko w mózgu, na który choroba Parkinsona znacząco wpływa, umożliwiając naukowcom obserwację aktywności komórek mózgowych w czasie rzeczywistym.

Zmodyfikowali genetycznie te myszy tak, aby ich neurony dopaminowe świeciły, gdy są aktywne, przy użyciu specjalnego białka, które świeci pod mikroskopem. Oznacza to, że za każdym razem, gdy mysz miała poruszyć łapą lub udało jej się zdobyć nagrodę, naukowcy byli w stanie zobaczyć, które neurony świeciły i były podekscytowane tą akcją lub nagrodą.

Obserwując te świecące neurony, odkrycia były wręcz pouczające. „W tym samym obszarze mózgu zmieszały się dwa rodzaje neuronów dopaminy” – mówi Mendonça. „Niektóre neurony stawały się aktywne, gdy mysz miała się poruszyć, inne zaś zapalały się, gdy mysz otrzymała nagrodę. Jednak to, co naprawdę przykuło naszą uwagę, to reakcja tych neuronów w zależności od tego, której łapy użyła mysz”.

Jak dopamina wybiera strony

Zespół zaobserwował, że neurony pobudzone ruchem rozjaśniały się bardziej, gdy mysz używała łapy po przeciwnej stronie monitorowanej strony mózgu. Na przykład, jeśli patrzyli na prawą stronę mózgu, neurony były bardziej aktywne, gdy mysz używała lewej łapy i odwrotnie. Kopiąc głębiej, naukowcy odkryli, że aktywność neuronów związanych z ruchem nie tylko sygnalizuje początek ruchu, ale także wydaje się kodować lub przedstawiać długość sekwencji ruchu (liczbę naciśnięć dźwigni).

„Za każdym razem, gdy mysz miała nacisnąć dźwignię łapą po przeciwnej stronie mózgu, którą obserwowaliśmy, neurony stawały się bardziej aktywne” – wyjaśnia Mendonça. „Na przykład neurony po prawej stronie mózgu stawały się bardziej pobudzone, gdy mysz częściej naciskała dźwignię lewą ręką.” Ale kiedy mysz mocniej naciskała dźwignię prawą łapą, neurony te nie wykazywały takiego samego wzrostu pobudzenia. Innymi słowy, neurony te nie przejmowały się tym tylko o tym, czy mysz się poruszyła, ale także o tym, jak bardzo się poruszyła i po której stronie ciała.

Aby zbadać, jak utrata dopaminy wpływa na ruch, naukowcy wykorzystali neurotoksynę do selektywnej redukcji komórek wytwarzających dopaminę po jednej stronie mózgu myszy. Metoda ta naśladuje choroby takie jak choroba Parkinsona, w której spada poziom dopaminy i poruszanie się staje się trudne. W ten sposób mogli zobaczyć, jak niski poziom dopaminy zmienia sposób, w jaki myszy naciskają dźwignię obiema stopami. Odkryli, że zmniejszenie poziomu dopaminy po jednej stronie prowadzi do mniejszej liczby naciśnięć dźwigni łapą po drugiej stronie, podczas gdy łapa po tej samej stronie pozostaje nienaruszona. Dostarczyło to dalszych dowodów na wpływ uboczny dopaminy na lokomocję.

Implikacje i przyszłe kierunki

Rui Costa, starszy autor badania, kontynuuje tę historię: „Nasze odkrycia sugerują, że neurony dopaminowe związane z ruchem nie tylko zapewniają ogólną motywację do ruchu — mogą na przykład modulować długość sekwencji ruchów w kończynie przeciwnej Natomiast aktywność neuronów dopaminowych związana z nagrodą jest bardziej globalna i nie faworyzuje jednej strony względem drugiej. „To ujawnia bardziej złożoną rolę neuronów dopaminy w ruchu, niż wcześniej sądzono”.

„Różne objawy obserwowane u pacjentów z chorobą Parkinsona mogą być związane z brakującymi neuronami dopaminowymi – na przykład tymi związanymi bardziej z ruchem lub nagrodą” – mówi Costa. „Może to prowadzić do ulepszonych strategii leczenia choroby, które będą bardziej odpowiednie do rodzaju choroby brakujące neurony dopaminowe.” „Zwłaszcza teraz, gdy wiemy, że w mózgu istnieją różne typy genetycznie zdeterminowanych neuronów dopaminowych”.