Nositelný skener otevírá nové hranice v neurovědách

Malý nositelný skener byl poprvé použit ke sledování chemické aktivity v mozcích nespoutaných zvířat. Vědci říkají, že odhalením neurologických obvodů, když subjekty vykonávají normální úkoly, by tato technologie mohla výrazně rozšířit chápání učení, závislosti, deprese a dalších stavů.

Nositelné PET: Do kruhového otvoru tohoto zařízení, který je obklopen miniaturizovanými detektory a elektronikou, se vejde krysí hlava.

Zařízení bylo navrženo pro použití s ​​krysami - hlavním zvířecím modelem používaným behaviorálními neurovědci. Ale výzkumníci, kteří toto zařízení vyvinuli v Brookhaven National Laboratory, tvrdí, že by bylo jednoduché zkonstruovat podobné zařízení pro lidi.

Pozitronová emisní tomografie neboli PET je již široce používána v neurovědním výzkumu a v klinické léčbě. Umožňuje výzkumníkům sledovat umístění radioaktivně značených neurotransmiterů (chemikálie, které přenášejí signály mezi neurony) nebo léků v mozku. Obrazy toho, jak se neurotransmitery a drogy pohybují mozkem, mohou odhalit procesy, které jsou základem normálního chování, jako je učení, stejně jako patologie včetně závislosti. PET se používá k mapování míst navazujících drogy v mozcích závislých a zdravých lidí a ke studiu toho, jak se tato místa mění v průběhu času a terapie.

Konvenční PET skener je tak velký, že tyto studie musí být prováděny se subjektem ležícím uvnitř velké trubice. Velké trubice fotonásobiče zesilují signály z gama paprsků emitovaných značenými chemikáliemi v mozku. Signály pak procházejí stojanem s elektronikou velikosti stolu, který je zpracovává a mapuje do určité oblasti mozku. Pro získání dobrých výsledků během studií na zvířatech jsou subjekty obvykle anestetizovány nebo omezeny. To, co se měří, není normální chování při bdění.

Máme velmi omezené údaje o tom, co mozky dělají v reálném světě, říká Paul Glimcher , profesor neurověd, ekonomie a psychologie na New York University. Glimcher nebyl zapojen do práce.

Nový přenosný skener je navržen tak, aby poskytoval stejné informace o chemii mozku, zatímco se zvíře chová přirozeně. Je dostatečně malá a lehká, aby ji krysa mohla nosit na hlavě. [Potkana] se může volně pohybovat, komunikovat s jinými zvířaty a zároveň můžeme vytvořit 3D mapu například dopaminových receptorů v celém mozku, říká David Schlyer , starší vědec v Brookhavenu, který vedl práci.

Schlyerova skupina léta pracovala na konstrukci miniaturního PET skeneru, který by mohl nosit pohybující se objekt. Zařízení se skládá z kovového kroužku visícího na nosné konstrukci, který pomáhá nést jeho váhu a umožňuje potkanovi pohybovat se. Krysí hlava jde do prstence, který obsahuje jak detektory, tak elektroniku.

Klíčem k miniaturizaci zařízení, říká Schlyer, byla integrace veškeré elektroniky pro každý detektor v kruhu na jeden specializovaný čip. Lavinová fotodioda také nahrazuje velké fotonásobiče konvenčního PET a zesiluje signály emitované značenými chemikáliemi v mozku. Krysám trvá asi hodinu, než se aklimatizují, a pak se začnou chovat normálně, říká Schlyer. Zařízení Brookhaven je popsáno tento týden v časopise Přírodní metody .

Skupina z Brookhavenu poprvé použila skener k mapování dopaminových receptorů v celém mozku pohybujících se krys. Jiné skupiny, včetně Glimcherových, již dříve používaly invazivní sondy ke studiu hladin dopaminu v částech mozku o velikosti krychlového milimetru u neomezených zvířat, ale nebyly schopny se podívat na celý mozek.

Glimcher popisuje jeden z několika experimentů, které lze s přenosným zařízením provést. Vědci vědí, že závislým, kteří úspěšně dokončili rehabilitaci, hrozí velké riziko recidivy, pokud navštíví místa, která si s drogou spojují, pravděpodobně proto, že jejich mozek byl chemicky přebudován, aby na tyto asociace reagoval. Glimcher si představuje studie na krysách, které mapují chemii mozku, kdy se zvířata mohou rozhodnout, zda si vzít drogu nebo ne, a když se zatoulají na místo, které se naučili spojovat s drogou.

Opravdu dobře nerozumíme tomu, jak obvody v [různých částech mozku] interagují při závislosti, říká Glimcher. Abychom se vůbec dostali na místo, kde bych vám mohl poskytnout klinickou hypotézu, musíme získat více základních informací. Toto je průlom, který by to mohl umožnit.

PET není tak široce používán ve studiích zahrnujících lidi jako jiné neurozobrazovací metody kvůli malé, ale významné expozici záření, která je nezbytná. Přesto výzkumníci z Brookhavenu tvrdí, že by bylo možné vyrobit nositelný PET skener, který by se vešel dovnitř něčeho, co připomíná fotbalovou helmu. Joseph Huston, předseda Centra pro behaviorální neurovědy na univerzitě v Düsseldorfu, říká, že skupina z Brookhavenu udělala neuvěřitelnou službu neurovědecké komunitě při vývoji zařízení. Krysa je nejdůležitější model pro mozek – vše základní [co víme] o učení, krmení, strachu, sexu, je založeno na práci potkana.

Schlyer říká, že jeho skupina mluvila s několika společnostmi o licencování komerční verze zařízení. Zatím ale plánují hlavně další behaviorální studie ve své laboratoři. Mapování dopaminu u probouzejících se zvířat by mohlo poskytnout pohled na širokou škálu normálních a patologických stavů, jako jsou pohybové problémy spojené s Parkinsonovou chorobou. Ale dopamin je jen jednou z mnoha mozkových chemických látek, které může skupina zmapovat. Schlyer říká, že budou také studovat sexuální chování krys.

Skupina také pracuje na dalším přístroji, který kombinuje PET s magnetickou rezonancí, aby poskytl bohatší informace o struktuře a funkci tkáně. Příští měsíc zahájí klinické testování tohoto zařízení u pacientek s rakovinou prsu.

skrýt