Current Biology: изучена роль дофамина в движении

Новое исследование объясняет, как дофамин влияет на последовательность движений, что дает надежду на разработку методов лечения болезни Паркинсона (БП). Исследователи заметили, что дофамин не только мотивирует движение, но также контролирует продолжительность и латерализацию действий, при этом различные нейроны активируются для инициации движения и получения вознаграждения. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Current Biology.

Благодаря инновационным экспериментам с участием генетически модифицированных мышей команда ученых обнаружила, что влияние дофамина на движение зависит от стороны, усиливая действия на противоположной стороне тела, где активны нейроны.

Эти результаты подчеркивают сложную роль дофамина в движении и его потенциал для разработки таргетного лечения болезни Паркинсона с упором на восстановление определенных двигательных функций.

Представьте себе ходьбу. Это то, что большинство трудоспособных людей делают, не задумываясь. Однако на самом деле это сложный процесс, в котором участвуют различные нервные и физиологические системы. БП — это состояние, при котором мозг медленно теряет определенные клетки, называемые дофаминовыми нейронами, что приводит к снижению силы и скорости движений.

Однако есть еще один важный аспект, который затрагивается: продолжительность действий. Человек с БП не только двигается медленно, но и делает меньше шагов во время ходьбы или подхода, прежде чем остановиться.

Это исследование показывает, что сигналы дофамина напрямую влияют на длину последовательностей движений, что приближает нас к открытию новых терапевтических целей для улучшения двигательной функции при БП.

«Дофамин наиболее тесно связан с вознаграждением и удовольствием, и его часто называют нейромедиатором хорошего самочувствия», — отмечает Марсело Мендонса (Marcelo Mendonça), первый автор исследования. «Но для людей с дефицитом дофамина и болезнью Паркинсона именно двигательные нарушения больше всего влияют на качество их жизни. Одним из аспектов, который нас всегда интересовал, является концепция латерализации. При БП симптомы проявляются асимметрично, часто начинаются на одной стороне тела раньше, чем на другой. В этом исследовании мы хотели изучить теорию о том, что дофаминовые клетки не просто мотивируют нас двигаться, они усиливают движения на противоположной стороне нашего тела».

Проливая свет на мозг

С этой целью исследователи разработали новую поведенческую задачу, которая требовала от свободно передвигающихся мышей поочередно нажимать на рычаг одной лапой, чтобы получить награду (каплю сахарной воды). Чтобы понять, что происходит в головном мозге во время выполнения этой задачи, исследователи использовали однофотонную визуализацию, аналогично тому, как если бы мышам давали крошечный портативный микроскоп.

Этот микроскоп был нацелен на компактную часть черной субстанции (ЧС), богатую дофамином область глубоко внутри мозга, которая значительно поражается при БП, что позволило ученым видеть активность клеток мозга в режиме реального времени.

Ученые генетически сконструировали этих мышей так, чтобы их дофаминовые нейроны светились во время активности, используя специальный белок, светящийся под микроскопом. Это означало, что каждый раз, когда мышь собиралась пошевелить лапой или получала награду, ученые могли видеть, какие нейроны загорались и были в восторге от действия или награды.

«В одной и той же области мозга смешались два типа дофаминовых нейронов», — отмечает Мендонса. «Некоторые нейроны становились активными, когда мышь собиралась двигаться, а другие активировались, когда мышь получала вознаграждение. Но что действительно привлекло наше внимание, так это то, как эти нейроны реагировали в зависимости от того, какую лапу использовала мышь».

Чтобы изучить, как потеря дофамина влияет на движение, исследователи использовали нейротоксин для избирательного уменьшения количества клеток, производящих дофамин, на одной стороне мозга мыши. Этот метод имитирует такие состояния, как болезнь Паркинсона, при которой уровень дофамина падает и движение становится затрудненным. Сделав это, ученые смогли обнаружить, насколько меньше дофамина меняет то, как мыши нажимают на рычаг любой лапой.

Исследователи обнаружили, что снижение дофамина на одной стороне приводило к меньшему количеству нажатий на рычаг лапой на противоположной стороне, в то время как лапа на той же стороне оставалась неизменной. Это предоставило дополнительные доказательства побочного влияния дофамина на движение.

Будущие направления

Руи Коста (Rui Costa), старший автор исследования, комментирует: «Наши результаты показывают, что дофаминовые нейроны, связанные с движением, делают больше, чем просто обеспечивают общую мотивацию к движению – они могут, например, модулировать продолжительность последовательности движений в контралатеральной конечности. Напротив, активность дофаминовых нейронов, связанных с вознаграждением, более универсальна и не отдает предпочтение одной стороне перед другой. Это раскрывает более сложную роль дофаминовых нейронов в движении, чем считалось ранее».

«Различные симптомы, наблюдаемые у пациентов с БП, возможно, могут быть связаны с тем, какие дофаминовые нейроны потеряны — например, те, которые больше связаны с движением или вознаграждением. Это потенциально может улучшить стратегии лечения этого заболевания, которые будут более адаптированы к типу утраченных дофаминовых нейронов, особенно теперь, когда мы знаем, что в мозге существуют различные типы генетически определенных дофаминовых нейронов», — заключает автор исследования.

Авторы другого исследования утверждают, что хронические невзгоды сдерживают продукцию дофамина