从分子到整个大脑规模在一个简单的动物,研究表明血清素的影响

因为大脑血清素是一种主要的化学品使用影响情绪和行为,这也是最常见的精神病药物的目标。提高这些药物和发明更好的,科学家需要知道更多关于分子如何影响脑细胞和电路都在健康和疾病。在一项新的研究中,研究人员Picower研究所学习和记忆在麻省理工学院工作的一个简单的动物模型提供一个全面的5 -羟色胺如何影响会计行为从单个分子的规模的动物的整个大脑。

“重大挑战理性发展中精神药物血清素激活的系统目标,”Steve Flavell说Picower研究所副教授,麻省理工学院大脑与认知科学系的,和该研究的资深作者细胞。“系统是非常复杂的。有许多不同类型的血清素激活的神经元在大脑和广泛的预测5 -羟色胺通过许多不同的受体行为,这通常是在音乐会改变激活神经回路工作的方式。”

这些相同的复杂性,科学家在人们都正在面临线虫线虫,但更务必有限的程度。秀丽隐杆线虫只有302个神经元(而不是数十亿),只有6 5 -羟色胺受体(而不是14人)中找到。此外,所有秀丽隐杆线虫神经元及其连接映射及其细胞是基因操作访问。最后,Flavell的团队开发了成像技术这使他们能够跟踪和地图神经活动同时在蠕虫的大脑。所有这些原因,实验室能够产生新颖的研究揭示了影响深远的5 -羟色胺的分子活动变化brain-wide活动和行为。

“这些结果提供一个全局视图的5 -羟色胺作用于不同的受体分布在连接体调节brain-wide活动和行为,”该研究小组写道细胞。

研究的联合作者Picower研究所博士后Ugur Dag,麻省理工学院大脑与认知科学系研究生迪康和前研究技术员Ijeoma Nwabudike,现MD-Ph.D。耶鲁大学的学生。

放缓的品味

Flavell显示在细胞2013年秀丽隐杆线虫使用5 -羟色胺慢下来当它到达一片食物和追踪其来源神经元称为销售经理。在新的研究中,研究小组利用麻省理工学院的许多新功能发达之后全面检查血清素的影响。

首先,他们专注于识别功能角色蛔虫的6 5 -羟色胺受体。为此他们创造了64个不同的突变株的不同组合敲出不同的受体。例如,一株只有一个受体淘汰而另一个应变会所有,但一个失踪,另一个是失踪的三人。在这些蠕虫团队从销售经理神经元刺激血清素释放迅速放缓的行为。

所有结果数据的分析显示,至少两个主要结论:一是三个受体主要是开车减速行为。第二个是其他三个受体相互作用的受体驱动减速和调制函数。这些复杂的交互5 -羟色胺受体之间的直接控制的行为可能与精神药物目标这些受体,Flavell说。

研究人员还获得了其他重要的见解5 -羟色胺的行为。一是不同的受体对不同模式的血清素释放在活的动物。例如,SER-4受体只回应突然增加销售经理神经元5 -羟色胺的释放。但是,鱼雷受体对连续主音的变化由销售经理5 -羟色胺的释放。这表明,在不同的时间不同的5 -羟色胺受体参与的活的动物。

Brain-wide映射

有嘲笑的角色的5 -羟色胺受体在秀丽隐杆线虫的控制行为,该研究小组使用成像技术观察5 -羟色胺的影响在一个电路的水平。例如,他们荧光标记每个受体基因在每个神经元在大脑,这样他们可以看到所有的特定的细胞表达每个受体提供brain-wide地图的5 -羟色胺受体位于秀丽隐杆线虫。大约一半的蠕虫的神经元5 -羟色胺受体表达与一些神经元表达多达五种不同的类型。

最后,团队使用他们的能力来追踪所有神经元活动(基于钙波动)和所有行为观察血清素激活的神经元经理影响其他细胞的活动作为蠕虫自由地探索周围的环境。大约一半的神经元在蛔虫大脑血清素被释放时改变活动。因为他们知道它确切的神经元记录,5 -羟色胺受体的研究小组问是否知道每个细胞表达可以预测他们如何回应5 -羟色胺。事实上,知道哪些受体表达在每个神经元及其输入神经元给强大的预测能力的每个神经元5 -羟色胺的影响。

“我们执行brain-wide了解细胞的钙成像在自由移动的动物身份在血清素释放,提供,第一次,一个视图的血清素释放酶活性变化与细胞类型定义的一个动物的大脑,”研究人员总结道。

所有这些研究结果阐明药物开发者面临的复杂性和机会,Flavell指出。研究结果显示瞄准一个5 -羟色胺受体的影响取决于其他受体或表达它们的细胞功能。特别是,研究突显出5 -羟色胺受体一致的行动来改变活动的神经回路。

这个故事是由麻省理工学院新闻(再版web.mit.edu/newsoffice/),一个受欢迎的网站,包括麻省理工学院新闻研究、创新和教学。