Глубинные электроды зарегистрировали выбросы норадреналина в мозге человека

Норадреналин — один из основных нейромодуляторов, регулирующих возбуждение и внимание, однако прямых записей, регистрирующих его активность в головном мозге человека, пока не было. Международная группа ученых впервые использовала глубинные электроды, применяемые обычно для мониторинга эпилепсии, чтобы оценить динамику норадреналина в миндалевидном теле, которое отвечает за эмоции.

В исследовании приняли участие три человека с эпилепсией, которым имплантировали глубинные электроды. Обычно такие электроды устанавливают в разные структуры головного мозга пациентам с лекарственно-резистентной эпилепсией для того, чтобы определить локализацию эпилептических очагов. В течение нескольких дней отслеживается активность нейронов, затем электроды удаляют. В данном исследовании, помимо терапевтической задачи, электроды также использовались для электрохимических измерений активности нейромедиаторов при определенных стимулах.

Ученые использовали электрохимический метод, близкий к циклической вольтамперометрии с быстрой разверткой (FSCV). При этом методе на электрод подается быстро изменяющийся потенциал и регистрируется изменяющийся при этом ток, свидетельствующий о протекании электрохимических реакций на поверхности электрода. С помощью FSCV авторы исследования качественно и количественно могли определять норадреналин и отличать его от дофамина и серотонина. Для этого они предварительно проводили измерения in vitro с известными концентрациями нейромедиаторов, после чего строили компьютерную модель, которую потом использовали для определения норадреналина in vivo.

В ходе испытания участники выполняли зрительно-аффективную задачу. Пациентам демонстрировали ряд изображений: каждое из них показывали в течение 1 секунды, затем следовала секундная пауза. Всего было 100 демонстраций: 80 из них представляли собой изображение шахматной доски, а остальные 20 — различные снимки из базы IAPS. Эта база содержит стандартные фотографии, вызывающие определенные спектры эмоций. Для контроля эмоций, кроме электрохимических измерений, ученые регистрировали изменение размера зрачка при просмотре изображений.

Демонстрируемые изображения были сгруппированы в несколько блоков: по признаку валентности вызываемых эмоций (положительные/отрицательные) и по степени возбуждения (низкая/высокая); также был блок эмоционально-нейтральных изображений. Фото, взятые из базы IAPS, вызывали большее выделение норадреналина, чем изображение шахматной доски, а эмоционально окрашенные фото стимулировали более сильную реакцию, чем нейтральные.

Ученые также оценили корреляцию между колебаниями концентрации норадреналина и изменениями размера зрачка, используя для статистических расчетов скрытую марковскую модель. Оказалось, что при предъявлении эмоционально-нейтральных изображений корреляция между выделением норадреналина и изменением размера зрачка была отрицательной, а при эмоционально-окрашенных стимулах — положительной. По словам авторов, это первое свидетельство взаимосвязи выделения норадреналина и расширения зрачка, демонстрирующее возможность применения пупиллометрии (измерения размера зрачка) для косвенного определения выброса норадреналина.

Кроме того, сообщают исследователи, предложенный подход позволял определять колебания и других нейромедиаторов — серотонина и дофамина, хотя в рамках работы авторы сосредоточились именно на выбросах норадреналина.

Таким образом, авторы исследования показали, что глубинные электроды, применяемые для мониторинга эпилепсии, можно использовать для электрохимических исследований мозга, а также продемонстрировали возможность различать с помощью таких электродов норадреналин, дофамин и серотонин и определять их концентрацию в тканях мозга в динамике.



Новый биосенсор позволил отследить динамику нейромедиатора в мозге мышей