Studi e Ricerche
Fisiologia della dopamina nel cervello svelata attraverso l'ingegneria cerebrale all'avanguardia
Il professor Lee Kwang del DGIST (Presidente Lee Kunwoo) e il suo team hanno scoperto una nuova correlazione tra il segnale neurale nel cervello e il segnale di dopamina nello striato. Il cervello umano richiede un'elaborazione rapida dei segnali neurali in meno di un secondo.
Fisiologia della dopamina nel cervello svelata attraverso l'ingegneria cerebrale all'avanguardia
È noto che la dopamina ha l'effetto più forte sui segnali neurali del cervello, ma la nuova tecnologia di monitoraggio dei segnali cerebrali sviluppata dal team, basata su un "chip neurale ottico", mostra che i cambiamenti nei segnali di dopamina all'interno di un intervallo fisiologico non influenzano l'elaborazione dei segnali neurali nel cervello.
La dopamina è un neuromodulatore chimico che gioca un ruolo essenziale nell'apprendimento, nel movimento, nella motivazione e nella presa di decisione. È stata collegata a diverse malattie, tra cui il morbo di Parkinson, la dipendenza e la depressione. Per analizzare la rilevanza del segnale di dopamina nell'elaborazione dei segnali neurali e nelle malattie correlate, il professor Lee Kwang e il suo team hanno sviluppato questa tecnologia in collaborazione con il team del professor Masmanidis dell'UCLA. Questa tecnologia consente di registrare simultaneamente segnali neurali elettrici e chimici, confermando che il segnale di dopamina nello striato manipolato artificialmente induce cambiamenti nel potenziale d'azione nei neuroni. I risultati sono stati convalidati attraverso l'apprendimento automatico.
Il team ha utilizzato l'optogenetica per osservare simultaneamente la dopamina e l'attività neurale nello "striato ventrale", controllando l'attività dei neuroni dopaminergici. Inizialmente, quando la dopamina non veniva rilasciata durante l'elaborazione del segnale neurale nel cervello, non si riscontravano anomalie nell'attività dei neuroni. Quando la dopamina veniva rilasciata entro l'intervallo fisiologico normale (ad esempio, durante l'assunzione di cibo), si osservavano solo piccoli o incoerenti cambiamenti nell'attività dei neuroni. Tuttavia, quando la dopamina veniva rilasciata artificialmente a livelli superiori di cinque volte l'intervallo fisiologico normale, si osservava un effetto significativo sull'elaborazione del segnale neurale nel cervello. Ciò suggerisce che altri fattori potrebbero essere più importanti della segnalazione della dopamina per determinati processi di segnalazione neurale, contrariamente alle teorie attuali.
"Questo studio dimostra per la prima volta che i segnali di dopamina provenienti dai premi alimentari giocano un ruolo secondario nel plasmare rapidamente l'attività neurale nello striato. Questo suggerisce che su una scala temporale inferiore a un secondo, l'attività neurale nello striato potrebbe essere influenzata da altri input neurali esterni piuttosto che dalla dopamina," ha dichiarato il professor Lee Kwang del DGIST. "Condurremo studi di follow-up per illuminare la sofisticata fisiologia della dopamina in relazione al tempo, inclusa la sua contribuzione a lungo termine."
I risultati sono stati pubblicati online su Nature Neuroscience a luglio.
