《Current Opinion in Behavioral Sciences》:Act natural: a review of new methods for assessing dopamine’s role in natural behavior
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帕金森。≒D)患者基底神經節中多巴胺(DA)缺失會引發運動障礙,但 DA 釋放與運動模式的關系機制尚不明確。本文聚焦相關技術進展,探討其如何幫助理解 DA 在自然行為中的作用,為研究 PD 運動癥狀提供新思路。
引言
帕金森。≒D)的一個關鍵特征是多巴胺(DA)進行性缺失,這會導致患者運動功能受損、動作減弱。盡管臨床中早已認識到基底神經節 DA 缺失與 PD 患者運動相關癥狀存在關聯,但在實驗動物研究中,運動學與 DA 釋放之間的機制關系仍未明確。早期對自由活動嚙齒動物的研究,主要關注大規模 DA 耗竭對諸如運動、旋轉、進食等粗略行為的影響。一直以來,研究領域缺乏易用工具,難以在高分辨率捕捉小型實驗動物流暢、自然的全部動作時,精確解析關鍵腦區 DA 濃度的實時變化。
技術突破:精準觀測 DA 釋放
2019 年,DA 成像取得重大突破,使人們有能力在單細胞層面觀測 DA 釋放;蚓幋a熒光生物傳感器(GEFBs)用于 DA 檢測,像 dLight 和 GRAB-DA,它們由 DA 受體與綠色熒光蛋白融合構建而成,當 DA 結合時會出現熒光增強現象。編碼這些生物傳感器的基因能輕松包裝進腺相關病毒(AAVs)并傳遞到靶細胞,因此迅速在研究領域得到廣泛應用。
多技術探究 DA 在運動中的作用
眾多技術被開發用于研究清醒、行為狀態下嚙齒動物中 DA 在運動里的作用。這些方法首先可依據動物是否頭部固定來分類,頭部固定與否決定了能測量的行為和運動學變量(比如特定身體部位的速度)。雖然頭部固定限制了對動物行為的測量范圍,但它允許使用幾乎任何實驗設備來記錄或干擾神經活動,并且也能對運動進行相關研究。
新發現:DA 或直接引發運動
近期對背外側紋狀體(DLS)以及在一定程度上對背內側紋狀體(DMS)的研究發現,二者主要位于來自黑質致密部(SNc)的中腦 DA 軸突下游。研究促使人們提出假設:內源性 DA 釋放足以直接引發運動。這在一定程度上解釋了 DLS 中 DA 亞秒級波動的功能意義 ——DA 動態變化能實時調節動物運動,同時也為理解相關生理機制提供了重要線索。
未解之謎:DA 與運動的關系
盡管研究人員對此投入大量精力,但 DA 與運動之間的聯系仍未完全明確。一方面,DA 釋放引發神經活動變化,進而影響運動和 / 或獎勵的能力,很大程度上取決于 DA 受體的實時占據情況。在經典的基底神經節功能拮抗模型中,直接通路促進運動,間接通路抑制運動。直接通路中型多棘神經元(dSPNs)表達 D1 受體,DA 通過該受體使神經元去極化,但具體的調控細節和完整機制仍有待進一步研究。