Een revolutionair kijkje in het noradrenalinesysteem

samenvatting: Onderzoekers hebben zich verdiept in het noradrenalinesysteem van de hersenen en inzichten blootgelegd die kunnen helpen bij het begrijpen van stoornissen zoals ADHD, angst en depressie.

Het onderzoek valt op door zijn innovatieve methodologie: het in realtime registreren van chemische activiteit met behulp van routinematige klinische elektroden voor epilepsie. Deze aanpak, het resultaat van elf jaar verfijning, stelt wetenschappers nu in staat hersenactiviteit te monitoren die voorheen aan het zicht onttrokken was.

Dit onderzoek betekent een grote stap voorwaarts in het begrijpen van de werking van het NA-systeem en de bredere dynamiek van de hersenchemie.

Belangrijkste feiten:

1. Het team heeft een baanbrekende methode ontwikkeld om real-time chemische activiteit van standaard klinische elektroden te registreren, een grote doorbraak na meer dan 11 jaar ontwikkeling.
2. Met behulp van deze techniek hebben onderzoekers nieuwe inzichten verworven in het noradrenalinesysteem, vooral de associatie ervan met emotionele intensiteit en het belang ervan bij aandoeningen zoals ADHD.
3. Deze methodologie kan nu worden toegepast zonder de noodzaak van exclusieve elektroden, maar kan in plaats daarvan vertrouwen op de elektroden die al in klinisch gebruik worden gebruikt.

bron: Virginia Tech Universiteit

Een internationaal team van onderzoekers heeft waardevolle inzichten opgeleverd in het noradrenaline (NA) systeem in de hersenen, dat al lange tijd een doelwit is van medicijnen voor de behandeling van aandachtstekort-/hyperactiviteitsstoornis, depressie en angst.

Even belangrijk achter de bevindingen is de baanbrekende methodologie die door de onderzoekers is ontwikkeld om real-time chemische activiteit te registreren van standaard klinische elektroden die routinematig worden geïmplanteerd om epilepsie te monitoren.

Online gepubliceerd in het tijdschrift Huidige biologie Het onderzoek, dat maandag (23 oktober) verschijnt, biedt niet alleen nieuwe inzichten in de hersenchemie, wat gevolgen zou kunnen hebben voor een breed scala aan medische aandoeningen, maar benadrukt ook een opmerkelijk nieuw vermogen om gegevens uit het levende menselijke brein te verkrijgen.

“Onze groep beschrijft de eerste ‘snelle’ neurochemie vastgelegd door voltammetrie van bewuste mensen”, zegt Reed Montagu, co-auteur en hoofdauteur van de studie, de VTC Vernon Mountcastle Research Professor aan Virginia Tech, en directeur van het Center for the Humanities. . Neurowetenschappelijk onderzoek en menselijk neuroimaginglaboratorium van het Fralin Biomedical Research Institute bij VTC.

“Dit is een enorme stap voorwaarts en de systematische aanpak is volledig toegepast op mensen – na ruim elf jaar intensieve ontwikkeling.”

Over de methode

Potentiometertechnieken om real-time elektrochemische uitlezingen te verkrijgen bij knaagdieren en andere laboratoriummodellen hebben al bijna 30 jaar diepgaande inzichten opgeleverd in de hersenfunctie, maar er is geen duidelijk pad om deze technieken bij mensen te gebruiken, omdat hiervoor elektroden in de hersenen moeten worden ingebracht. .

“In plaats daarvan concentreerden we ons op wat al wordt gebruikt bij patiënten in medische procedures”, zegt Montagu, die ook professor is aan de afdeling natuurkunde van het Virginia Tech’s College of Science en aan de afdeling psychiatrie en gedragsgeneeskunde aan Virginia Tech. Carillion School of Medicine. “Wanneer plaatsen chirurgen daadwerkelijk een draad in iemands hersenen? En kunnen we een manier ontwerpen om daarvan te profiteren?”

De eerste methoden van het team vereisten het inbrengen van exclusieve koolstofvezelelektroden, ontworpen door het Fralin Biomedical Research Institute, in wakkere patiënten die een diepe hersenstimulatieoperatie ondergingen om de ziekte van Parkinson of andere aandoeningen te behandelen.

Het onderzoeksteam heeft nu aangetoond dat elektrochemie kan worden uitgevoerd met behulp van elektroden die al bestaan ​​en standaard klinisch worden gebruikt, waardoor een venster wordt geopend op hersenactiviteit dat nog nooit eerder is gezien.

Over het noradrenalinesysteem

De elektroden bevonden zich in de amygdala, een deel van de hersenen dat diep verweven is met emotionele verwerking en sterk wordt beïnvloed door NA-signalen.

Het NA-systeem vindt zijn oorsprong in een kleine kern in de middenhersenen, bekend als de locus coeruleus (LC), en is lange tijd een centraal punt geweest voor de ontwikkeling van medicijnen gericht op de behandeling van aandoeningen zoals ADHD, depressie en angst.

“Er wordt gedacht dat het LC-NA-systeem opwinding en aandacht reguleert, en een medicijndoelwit is in meerdere klinische aandoeningen, maar ons begrip van de rol ervan in gezondheid en ziekte wordt belemmerd door een gebrek aan directe registraties bij mensen.” Hoofdauteur Dan Pang, universitair hoofddocent klinische geneeskunde en Lundbeck Foundation Fellow aan de Universiteit van Aarhus, Denemarken, en adjunct universitair hoofddocent aan het Fralin Institute for Biomedical Research. “We hebben dit probleem aangepakt.”

In het onderzoek bekeken drie patiënten neutrale schaakbordbeelden gemengd met emotioneel geladen beelden uit de International Emotional Imagery Database, wat licht werpt op hoe het NA-systeem reageert op verschillende emotionele toestanden.

Zoals verwacht waren NA-niveaus geassocieerd met emotionele intensiteit, vooral tijdens ontmoetingen met onverwachte beelden, wat het belang van het NA-systeem onderstreept bij aandoeningen zoals ADHD.

“Dit is baanbrekend werk dat een grote technische vooruitgang vertegenwoordigt in ons vermogen om de menselijke hersenactiviteit te begrijpen”, zegt Wael Asaad, directeur functionele neurochirurgie en epilepsie aan het Rhode Island Hospital en vice-voorzitter van onderzoek aan de afdeling Neurochirurgie aan de Brown University. Hij heeft niet deelgenomen aan het onderzoek.

“Hoewel het al vele jaren mogelijk is om elektrische hersenactiviteit bij mensen in verschillende omgevingen vast te leggen, geeft dit ons slechts de helft van het beeld”, zegt Asaad. “Hoe deze neuronen in realtime en op korte tijdschalen communiceren met neurotransmitters.” Asaad zei: “Het was over het algemeen moeilijker om te studeren.”

“Naast de wetenschappelijke waarde van dit onderzoek zullen de technieken die het demonstreert van enorme waarde zijn voor een breed scala aan onderzoeken. Het vertegenwoordigt een belangrijke mijlpaal in onze inspanningen om de functies van menselijke hersencircuits te begrijpen.”

Over het team

In eerdere onderzoeken was de groep de eerste die in een baanbrekend onderzoek uit 2011 verschillen in hersenchemicaliën bij wakkere mensen observeerde.

Wetenschappers onderzochten later hoe dopamine en serotonine samen de menselijke besluitvorming en sensorische verwerking ondersteunen in een reeks publicaties in 2016, 2018 en 2020 met behulp van speciaal ontworpen elektroden die werden ingebracht tijdens diepe hersenstimulatiechirurgie.

Over neurowetenschappelijk onderzoeksnieuws

auteur: Johannes Pasteur
bron: Virginia Tech Universiteit
communicatie: John Pastor – Virginia Tech
afbeelding: Afbeelding toegeschreven aan Neuroscience News

Originele zoekopdracht: Vrije toegang.
“Noradrenaline volgt emotionele modulatie van aandacht in de menselijke amygdala“Door Reed Montague et al. Huidige biologie

een samenvatting

Noradrenaline volgt emotionele modulatie van aandacht in de menselijke amygdala

Hoogtepunten

• De neuromodulatiedynamiek van een seconde kan worden gemeten met behulp van klinische diepte-elektroden
• De noradrenalinedynamiek in de menselijke amygdala weerspiegelt aandacht en opwinding
• De koppeling tussen noradrenaline en pupilverwijding hangt af van de cognitieve toestand

samenvatting

Het noradrenaline (NA) systeem is een van de belangrijkste zenuwstelsels in de hersenen; Het vindt zijn oorsprong in een kleine kern in de middenhersenen, de locus coeruleus (LC), en is wijd verspreid door de hersenen.

Er wordt aangenomen dat het LC-NA-systeem opwinding en aandacht reguleert en in meerdere klinische situaties een medicijndoelwit is. Ons begrip van de rol ervan in gezondheid en ziekte wordt echter belemmerd door een gebrek aan directe registraties bij mensen.

Hier behandelen we dit probleem door aan te tonen dat elektrochemische schattingen van subseconde NA-dynamiek kunnen worden verkregen met behulp van klinische diepte-elektroden die zijn geïmplanteerd voor monitoring van epilepsie.

We hebben deze opnames gemaakt in de amygdala, een ontwikkelingsoude structuur die emotionele verwerking ondersteunt en dichte LC-NA-projecties ontvangt, terwijl patiënten (n = 3) een emotionele visuele vreemde taak uitvoerden.

De taak was bedoeld om verschillende cognitieve toestanden teweeg te brengen, waarbij de vreemde stimuli bestonden uit emotioneel opwindende beelden, die varieerden in termen van opwinding (laag versus hoog) en valentie (negatief versus positief). In overeenstemming met de theorie volgden NA-schattingen de affectieve modulatie van de aandacht, waarbij een sterkere excentrieke reactie plaatsvond in de toestand van hoge opwinding.

Parallelle schattingen van pupilverwijding, een veelgebruikte gedragsmatige proxy voor LC-NA-activiteit, ondersteunden de hypothese dat de koppeling van leerling-NA verandert met de cognitieve toestand, waarbij schattingen van pupillen en NA positief gerelateerd zijn aan vreemde stimuli in een hoge maar niet lage opwindingstoestand. – Staat van opwinding.

Onze studie levert het bewijs dat neuromodulatormonitoring nu mogelijk is met behulp van diepte-elektroden bij standaard klinisch gebruik.