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Como a dopamina impulsiona a atividade cerebral

Um sensor de ressonância magnética especializado revela a influência do neurotransmissor na atividade neural em todo o cérebro.

Usando um sensor especializado de ressonância magnética (MRI), os neurocientistas do MIT descobriram como a dopamina liberada nas profundezas do cérebro influencia as regiões cerebrais próximas e distantes.

A dopamina desempenha muitos papéis no cérebro, principalmente relacionados ao movimento, motivação e reforço do comportamento. No entanto, até agora era difícil estudar precisamente como uma inundação de dopamina afeta a atividade neural em todo o cérebro. Usando sua nova técnica, a equipe do MIT descobriu que a dopamina parece exercer efeitos significativos em duas regiões do córtex cerebral, incluindo o córtex motor.

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'Tem havido muito trabalho sobre as consequências celulares imediatas da liberação de dopamina, mas aqui o que estamos vendo são as consequências do que a dopamina está fazendo em um nível mais amplo do cérebro', diz Alan Jasanoff, professor de engenharia biológica, cérebro e ciências cognitivas e ciência e engenharia nuclear. Jasanoff também é membro associado do Instituto McGovern de Pesquisa do Cérebro do MIT e autor sênior do estudo.

A equipe do MIT descobriu que, além do córtex motor, a área remota do cérebro mais afetada pela dopamina é o córtex insular. Esta região é crítica para muitas funções cognitivas relacionadas à percepção dos estados internos do corpo, incluindo estados físicos e emocionais.

Nan Li, pós-doc do MIT, é a autora principal do estudo, que aparece hoje em Natureza .

Rastreando dopamina

Como outros neurotransmissores, a dopamina ajuda os neurônios a se comunicarem entre si em curtas distâncias. A dopamina tem um interesse particular para os neurocientistas por causa de seu papel na motivação, vício e vários distúrbios neurodegenerativos, incluindo a doença de Parkinson. A maior parte da dopamina do cérebro é produzida no mesencéfalo por neurônios que se conectam ao corpo estriado, onde a dopamina é liberada.

Por muitos anos, o laboratório de Jasanoff tem desenvolvido ferramentas para estudar como fenômenos moleculares, como a liberação de neurotransmissores, afetam as funções cerebrais. Na escala molecular, as técnicas existentes podem revelar como a dopamina afeta células individuais e, na escala de todo o cérebro, a ressonância magnética funcional (fMRI) pode revelar o quão ativa é uma determinada região do cérebro. No entanto, tem sido difícil para os neurocientistas determinar como a atividade de uma única célula e a função de todo o cérebro estão ligadas.

'Houve muito poucos estudos cerebrais da função dopaminérgica ou realmente qualquer função neuroquímica, em grande parte porque as ferramentas não estão lá', diz Jasanoff. 'Estamos tentando preencher as lacunas.'

Cerca de 10 anos atrás, seu laboratório desenvolveu sensores de ressonância magnética que consistem em proteínas magnéticas que podem se ligar à dopamina. Quando essa ligação ocorre, as interações magnéticas dos sensores com o tecido circundante enfraquecem, diminuindo o sinal de ressonância magnética do tecido. Isso permite que os pesquisadores monitorem continuamente os níveis de dopamina em uma parte específica do cérebro.

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Em seu novo estudo, Li e Jasanoff decidiram analisar como a dopamina liberada no corpo estriado de ratos influencia a função neural localmente e em outras regiões do cérebro. Primeiro, eles injetaram seus sensores de dopamina no corpo estriado, que está localizado nas profundezas do cérebro e desempenha um papel importante no controle do movimento. Em seguida, eles estimularam eletricamente uma parte do cérebro chamada hipotálamo lateral, que é uma técnica experimental comum para recompensar o comportamento e induzir o cérebro a produzir dopamina.

Em seguida, os pesquisadores usaram seu sensor de dopamina para medir os níveis de dopamina em todo o corpo estriado. Eles também realizaram fMRI tradicional para medir a atividade neural em cada parte do corpo estriado. Para sua surpresa, eles descobriram que altas concentrações de dopamina não tornavam os neurônios mais ativos. No entanto, os níveis mais elevados de dopamina fizeram com que os neurônios permanecessem ativos por um longo período de tempo.

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“Quando a dopamina foi liberada, havia uma duração mais longa da atividade, sugerindo uma resposta mais longa à recompensa”, diz Jasanoff. 'Isso pode ter algo a ver com a forma como a dopamina promove o aprendizado, que é uma de suas funções principais.'

Efeitos de longo alcance

Depois de analisar a liberação de dopamina no corpo estriado, os pesquisadores decidiram determinar que essa dopamina pode afetar locais mais distantes no cérebro. Para fazer isso, eles realizaram imagens de fMRI tradicionais no cérebro enquanto também mapeavam a liberação de dopamina no corpo estriado. “Ao combinar essas técnicas, poderíamos sondar esses fenômenos de uma forma que nunca foi feita antes”, diz Jasanoff.

As regiões que mostraram os maiores picos de atividade em resposta à dopamina foram o córtex motor e o córtex insular. Se confirmada em estudos adicionais, as descobertas podem ajudar os pesquisadores a entender os efeitos da dopamina no cérebro humano, incluindo seus papéis na dependência e no aprendizado.

'Nossos resultados podem levar a biomarcadores que podem ser vistos em dados de fMRI, e esses correlatos da função dopaminérgica podem ser úteis para analisar fMRI animal e humano', diz Jasanoff.

A pesquisa foi financiada pelo National Institutes of Health e pela Stanley Fahn Research Fellowship da Parkinson's Disease Foundation. Reproduzido com permissão de MIT News . Leia o artigo original .