Ein revolutionärer Einblick in das Noradrenalinsystem

Zusammenfassung: Forscher haben sich mit dem Noradrenalinsystem des Gehirns befasst und Erkenntnisse gewonnen, die zum Verständnis von Störungen wie ADHS, Angstzuständen und Depressionen beitragen könnten.

Die Studie zeichnet sich durch ihre innovative Methodik aus: Aufzeichnung der chemischen Aktivität in Echtzeit mithilfe routinemäßiger klinischer Elektroden für Epilepsie. Dieser Ansatz, das Ergebnis elfjähriger Verfeinerung, ermöglicht es Wissenschaftlern nun, Gehirnaktivitäten zu überwachen, die zuvor verborgen blieben.

Diese Forschung stellt einen großen Fortschritt beim Verständnis der Funktionsweise des NA-Systems und der breiteren Dynamik der Gehirnchemie dar.

Wichtige Fakten:

1. Das Team hat eine bahnbrechende Methode zur Aufzeichnung chemischer Aktivitäten in Echtzeit über klinische Standardelektroden entwickelt, ein großer Durchbruch nach mehr als 11 Jahren Entwicklungszeit.
2. Mit dieser Technik haben Forscher neue Erkenntnisse über das Noradrenalinsystem gewonnen, insbesondere über seinen Zusammenhang mit emotionaler Intensität und seine Bedeutung bei Erkrankungen wie ADHS.
3. Diese Methodik kann nun angewendet werden, ohne dass spezielle Elektroden erforderlich sind, sondern kann auf bereits klinisch genutzte Elektroden zurückgegriffen werden.

Quelle: Virginia Tech University

Ein internationales Forscherteam hat wertvolle Einblicke in das Noradrenalinsystem (NA) des Gehirns geliefert, das seit langem ein Ziel von Medikamenten zur Behandlung von Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörungen, Depressionen und Angstzuständen ist.

Ebenso wichtig hinter den Ergebnissen ist die von den Forschern entwickelte bahnbrechende Methode zur Aufzeichnung der chemischen Aktivität in Echtzeit von klinischen Standardelektroden, die routinemäßig zur Überwachung von Epilepsie implantiert werden.

Online im Magazin veröffentlicht Aktuelle Biologie Die am Montag (23. Oktober) veröffentlichte Studie liefert nicht nur neue Einblicke in die Gehirnchemie, die Auswirkungen auf eine Vielzahl von Erkrankungen haben könnten, sondern unterstreicht auch eine bemerkenswerte neue Fähigkeit, Daten aus dem lebenden menschlichen Gehirn zu erhalten.

„Unsere Gruppe beschreibt die erste ‚schnelle‘ Neurochemie, die durch Voltammetrie bei wachen Menschen aufgezeichnet wurde“, sagte Reed Montagu, Co-Autor und Hauptautor der Studie, VTC Vernon Mountcastle Research Professor an der Virginia Tech und Direktor des Center for the Humanities . Labor für neurowissenschaftliche Forschung und menschliche Neurobildgebung des Fralin Biomedical Research Institute am VTC.

„Das ist ein großer Fortschritt und der systematische Ansatz wurde vollständig auf den Menschen übertragen – nach mehr als 11 Jahren intensiver Entwicklung.“

Über die Methode

Potentiometer-Techniken zur Erlangung elektrochemischer Echtzeit-Messwerte bei Nagetieren und anderen Labormodellen haben seit fast 30 Jahren tiefgreifende Einblicke in die Gehirnfunktion geliefert, aber es gibt keinen klaren Weg, diese Techniken beim Menschen anzuwenden, da sie das Einführen von Elektroden in das Gehirn erfordern. .

„Stattdessen haben wir uns auf das konzentriert, was bei medizinischen Eingriffen bereits bei Patienten eingesetzt wird“, sagte Montagu, der auch Professor an der Fakultät für Physik am College of Science der Virginia Tech und an der Abteilung für Psychiatrie und Verhaltensmedizin der Virginia Tech ist. Carillion School of Medicine. „Wann führen Chirurgen tatsächlich einen Draht in das Gehirn eines Menschen ein? Und können wir einen Weg finden, dies auszunutzen?“

Die ersten Methoden des Teams erforderten das Einführen exklusiver Kohlefaserelektroden, die am Fralin Biomedical Research Institute entwickelt wurden, bei wachen Patienten, die sich einer tiefen Hirnstimulation zur Behandlung der Parkinson-Krankheit oder anderer Erkrankungen unterzogen.

Das Forschungsteam hat nun gezeigt, dass Elektrochemie mit bereits vorhandenen und im klinischen Standardgebrauch befindlichen Elektroden durchgeführt werden kann, was ein noch nie dagewesenes Fenster zur Gehirnaktivität öffnet.

Über das Noradrenalin-System

Die Elektroden befanden sich in der Amygdala, einem Bereich des Gehirns, der tief mit der emotionalen Verarbeitung verbunden ist und stark von NA-Signalen beeinflusst wird.

Das NA-System hat seinen Ursprung in einem kleinen Kern im Mittelhirn, dem Locus coeruleus (LC), und ist seit langem ein Schwerpunkt für die Entwicklung von Arzneimitteln zur Behandlung von Erkrankungen wie ADHS, Depressionen und Angstzuständen.

„Es wird angenommen, dass das LC-NA-System Erregung und Aufmerksamkeit reguliert und bei zahlreichen klinischen Erkrankungen ein Angriffspunkt für Medikamente ist. Unser Verständnis seiner Rolle für Gesundheit und Krankheit wurde jedoch durch den Mangel an direkten Aufzeichnungen beim Menschen beeinträchtigt.“ Hauptautor Dan Pang, außerordentlicher Professor für klinische Medizin und Fellow der Lundbeck Foundation an der Universität Aarhus, Dänemark, und außerordentlicher außerordentlicher Professor am Fralin Institute for Biomedical Research. „Wir haben dieses Problem angegangen.“

In der Studie betrachteten drei Patienten neutrale Schachbrettbilder, gemischt mit emotional aufgeladenen Bildern aus der International Emotional Imagery Database, was Aufschluss darüber gab, wie das NA-System auf verschiedene emotionale Zustände reagiert.

Wie erwartet waren die NA-Werte mit emotionaler Intensität verbunden, insbesondere bei Begegnungen mit unerwarteten Bildern, was die Bedeutung des NA-Systems bei Erkrankungen wie ADHS unterstreicht.

„Dies ist eine Pionierarbeit, die einen großen technischen Fortschritt in unserer Fähigkeit darstellt, die Aktivität des menschlichen Gehirns zu verstehen“, sagte Wael Asaad, Direktor für funktionelle Neurochirurgie und Epilepsie am Rhode Island Hospital und stellvertretender Forschungsleiter in der Abteilung für Neurochirurgie der Brown University. Er beteiligte sich nicht an der Untersuchung.

„Obwohl es seit vielen Jahren möglich ist, die elektrische Gehirnaktivität von Menschen in verschiedenen Umgebungen aufzuzeichnen, liefert uns dies nur die Hälfte des Bildes“, sagte Asaad. „Wie diese Neuronen in Echtzeit und über kurze Zeiträume mit Neurotransmittern kommunizieren.“ Asaad sagte: „Es war im Allgemeinen schwieriger zu lernen.“

„Zusätzlich zum wissenschaftlichen Wert dieser Studie werden die Techniken, die sie demonstriert, für eine Vielzahl von Studien von enormem Wert sein. Sie stellt einen wichtigen Meilenstein in unseren Bemühungen dar, die Funktionen menschlicher Gehirnschaltkreise zu verstehen.“

Über das Team

In früheren Studien war die Gruppe die erste, die in einer bahnbrechenden Studie aus dem Jahr 2011 Unterschiede in den Gehirnchemikalien bei wachen Menschen im Sekundenbereich beobachtete.

Später untersuchten Wissenschaftler in einer Reihe von Veröffentlichungen in den Jahren 2016, 2018 und 2020, wie Dopamin und Serotonin zusammen die menschliche Entscheidungsfindung und sensorische Verarbeitung unterstützen, indem sie speziell entwickelte Elektroden verwendeten, die während einer Operation zur Tiefenhirnstimulation eingeführt wurden.

Über Neuigkeiten aus der neurowissenschaftlichen Forschung

Autor: John Pasteur
Quelle: Virginia Tech University
Kommunikation: John Pastor – Virginia Tech
Bild: Bildquelle: Neuroscience News

Ursprüngliche Suche: Offener Zugang.
„Noradrenalin verfolgt die emotionale Modulation der Aufmerksamkeit in der menschlichen Amygdala„Von Reed Montague et al. Aktuelle Biologie

eine Zusammenfassung

Noradrenalin verfolgt die emotionale Modulation der Aufmerksamkeit in der menschlichen Amygdala

Höhepunkte

• Neuromodulationsdynamiken im Subsekundenbereich können mit klinischen Tiefenelektroden gemessen werden
• Die Noradrenalindynamik in der menschlichen Amygdala spiegelt Aufmerksamkeit und Erregung wider
• Die Kopplung zwischen Noradrenalin und Pupillenerweiterung hängt vom kognitiven Zustand ab

Zusammenfassung

Das Noradrenalin (NA)-System ist eines der wichtigsten Nervensysteme im Gehirn; Es entsteht in einem kleinen Kern im Mittelhirn, dem Locus coeruleus (LC), und ist im gesamten Gehirn weit verbreitet.

Es wird angenommen, dass das LC-NA-System Erregung und Aufmerksamkeit reguliert und in zahlreichen klinischen Situationen ein Angriffspunkt für Medikamente ist. Unser Verständnis seiner Rolle für Gesundheit und Krankheit wird jedoch durch den Mangel an direkten Aufzeichnungen beim Menschen beeinträchtigt.

Hier gehen wir dieses Problem an, indem wir zeigen, dass elektrochemische Schätzungen der NA-Dynamik im Subsekundenbereich mithilfe von klinischen Tiefenelektroden erhalten werden können, die zur Epilepsieüberwachung implantiert werden.

Wir haben diese Aufnahmen in der Amygdala gemacht, einer entwicklungsgeschichtlich alten Struktur, die die emotionale Verarbeitung unterstützt und dichte LC-NA-Projektionen empfängt, während Patienten (n = 3) eine emotionale visuelle Sonderaufgabe durchführten.

Die Aufgabe war darauf ausgelegt, unterschiedliche kognitive Zustände hervorzurufen, wobei die seltsamen Reize emotional erregende Bilder umfassten, die hinsichtlich Erregung (niedrig vs. hoch) und Wertigkeit (negativ vs. positiv) variierten. In Übereinstimmung mit der Theorie verfolgten die NA-Schätzungen die affektive Modulation der Aufmerksamkeit, wobei im Zustand hoher Erregung eine stärkere seltsame Reaktion auftrat.

Parallele Schätzungen der Pupillenerweiterung, ein häufiger Verhaltensindikator für die LC-NA-Aktivität, stützten die Hypothese, dass sich die Pupillen-NA-Kopplung mit dem kognitiven Zustand ändert, wobei Pupillen- und NA-Schätzungen positiv mit seltsamen Reizen in einem hohen, aber nicht in einem niedrigen Erregungszustand zusammenhängen. -Zustand der Aufregung.

Unsere Studie liefert den konzeptionellen Beweis dafür, dass die Überwachung von Neuromodulatoren jetzt mithilfe von Tiefenelektroden im klinischen Standardeinsatz möglich ist.