Neue Einblicke in die Dopaminfunktion bei Parkinson-Patienten

Wissenschaftler des Virginia Tech Carilion Research Institute haben die Freisetzung des wichtigsten Neurotransmitters mit beispielloser zeitlicher Präzision im Gehirn von Menschen mit Parkinson-Krankheit gemessen.

Die Messungen, die während einer Gehirnoperation gesammelt wurden, als die bewussten Patienten ein Investitionsspiel spielten, zeigen, wie eine schnelle Dopaminfreisetzung Informationen codiert, die für die Wahl des Menschen entscheidend sind.

Die Ergebnisse können weitreichende Auswirkungen nicht nur auf die Parkinson-Krankheit haben, sondern auch auf andere neurologische und psychiatrische Störungen, einschließlich Depressionen und Sucht.

Die Forscher stellten tausendmal schneller Veränderungen des Dopaminspiegels fest als zuvor beim Menschen. Diese schnellen Messungen, kombiniert mit einer verbesserten chemischen Spezifität, ermöglichten es Wissenschaftlern zu entdecken, dass Dopamin eine weitaus komplexere Rolle spielt als bisher angenommen.

Die Studie wurde heute in der veröffentlichtVerfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

"Mehr als 20 Jahre Forschung an nichtmenschlichen Modellorganismen haben ein sehr spezifisches Bild der vermuteten Rolle von Dopamin bei der Steuerung des menschlichen Verhaltens gezeichnet", sagte Read Montague, Direktor des Human Neuroimaging Laboratory am Virginia Tech Carilion Research Institute und leitender Autor von das Papier.

"Und jetzt, mit diesen einzigartigen Messungen, die direkt am Menschen durchgeführt wurden, haben wir festgestellt, dass dieses Bild absolut unvollständig war."

Montague und sein Team arbeiteten mit Neurochirurgen der Gesundheitswissenschaften der Wake Forest University - Stephen Tatter, Adrian Laxton und dem verstorbenen Thomas Ellis - zusammen, um Dopaminsignale bei Patienten mit Parkinson-Krankheit zu messen, die sich einer Operation zur Implantation von Elektroden zur Stimulation des tiefen Gehirns unterziehen. Es wurde gezeigt, dass eine Tiefenhirnstimulation die Symptome der Parkinson-Krankheit lindert.

17 Patienten meldeten sich freiwillig, damit Montagues Team ihre Dopaminsignale während der Implantation aufzeichnen konnte.

"Wir untersuchen ein System, das in ihrem Gehirn auseinander fällt", sagte Dr. Ken Kishida, Erstautor des Papiers und Wissenschaftler am Virginia Tech Carilion Research Institute. "Die Parkinson-Krankheit ist durch den Tod von Dopamin freisetzenden Neuronen gekennzeichnet, und wir versuchen, die zugrunde liegenden Mechanismen des Krankheitsprozesses zu verstehen."

Kishida und Montague bemerkten beide die Großzügigkeit der Patienten, die sich freiwillig für die Studie meldeten.

"Diese Art des Zugangs zur Messung von Dopaminsignalen ist von unschätzbarem Wert", sagte Kishida. "Und wir haben diese Messungen an 17 Personen durchgeführt - das sind 17 mehr als je zuvor."

Um die Dopaminsignale, insbesondere bei Menschen mit geringerer Dopaminaktivität, zu erfassen, mussten die Forscher äußerst empfindliche Methoden entwickeln.

Die Forscher nahmen Messungen der ultraschnellen Dopaminpulse vor, während bewusste Patienten ein Investitionsspiel spielten. Sie erwarteten Dopaminreaktionen in direktem Zusammenhang mit den erwarteten Belohnungen und tatsächlichen Ergebnissen. Sie haben es nicht getan.

"Wir haben den Datensatz von etwa tausend Dopaminimpulsen analysiert und er war flach", sagte Montague, der auch Professor für Physik am College of Science von Virginia Tech und Direktor der Abteilung für Computerpsychiatrie des Virginia Tech Carilion Research Institute ist. "Die Signale unterschieden nicht zwischen einer positiven und einer negativen Reaktion."

Sobald die Forscher die Messungen hatten, begannen sie zu analysieren, was das Dopamin tatsächlich signalisierte.

"Wir fanden heraus, dass Dopamin zwei Faktoren verfolgt - was passiert ist und was hätte passieren können", sagte Montague. „Unsere Dopamin-Neuronen scheinen zu verfolgen, ob etwas besser oder schlechter hätte sein können, und diese Information wird durch die schnellen Änderungen der Dopamin-Freisetzung codiert. Diese Ergebnisse könnten rechnerisch aufzeigen, was im Dopaminsystem von Parkinson-Patienten fehlt. "

Die Ergebnisse sind seit mehr als 20 Jahren in Arbeit, seit Montagues ersten Computerstudien die Mechanismen der Dopaminsignalisierung untersuchten.

Die Idee, dass „was hätte sein können“ Teil der Bewertung der tatsächlichen Ergebnisse ist, ist nicht neu. Aber niemand hatte erwartet, dass Dopamin diese Informationen im menschlichen Gehirn kombinieren würde.

Nachdem die Forscher mehrere Beiträge zu den einzelnen Dopaminsignalen gemessen haben, haben sie noch mehr Möglichkeiten, die Lernsysteme des menschlichen Gehirns in Bezug auf Gesundheit und Krankheit zu erforschen.

Quelle: Virginia Tech