Naš mozak je napravljen od desetina milijardi nervnih ćelija zvanih neuroni. Ove ćelije komuniciraju jedna sa drugom preko biomolekula zvanih neurotransmiteri. Serotonin, vrstu neurotransmitera, proizvode serotoninski neuroni u našem mozgu i utiče na mnoge naše bihejvioralne i kognitivne funkcije kao što su pamćenje, san i raspoloženje.
Koristeći miševe, naučnici sa Okinavskog instituta za nauku i tehnologiju (OIST) i njihovi saradnici sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Keio proučavali su glavni izvor serotonina u mozgu – dorzalno jezgro raphe (DRN). Proučavajući kako aktiviranje ‘serotoninskog centra’ u mozgu po prvi put utiče na budne životinje, otkrili su da serotonin iz DRN-a aktivira područja mozga koja utiču na ponašanje i motivaciju.
„Učenje o sistemu serotonina u mozgu može nam pomoći da razumemo kako prilagođavamo svoje ponašanje i kako deluju lekovi za terapiju raspoloženja. Ali bilo je teško proučiti kako serotonin iz DRN utiče na ceo mozak. Prvo, jer električna stimulacija DRN takođe može da aktivira neurone koji ne koriste serotonin da komuniciraju jedni sa drugima, i drugo, upotreba lekova može uticati na drugi serotonin u mozgu“, objasnio je dr Hiroaki Hamada, bivši dr. student OIST-ove Neural Computation Unit.
Dr Hamada je vodeći autor rada o ovoj studiji objavljenog u časopisu Nature Communications.
Prethodne studije istraživača na Neural Computation Unit-u pokazale su da neuroni serotonina u DRN-u promovišu adaptivno ponašanje kod miševa povezano sa budućim nagradama. Dr Hamada i njegovi saradnici želeli su da razumeju mehanizme u mozgu koji izazivaju ova adaptivna ponašanja.
„Znali smo da aktivacija DRN serotonina ima jake efekte na ponašanje, ali nismo znali kako ova aktivacija serotonina utiče na različite delove mozga“, izjavio je prof.
Istraživači su koristili novu tehniku nazvanu opto-funkcionalni MRI da bi odgovorili na ovo pitanje. Koristili su metod pod nazivom optogenetika da selektivno aktiviraju serotoninske neurone u DRN-u svetlošću i posmatrali ceo odgovor mozga koristeći funkcionalnu magnetnu rezonancu (magnetna rezonanca).
Oni su koristili najnoviji MRI skener sa jakim magnetnim poljem da bi postigli visoku rezoluciju koja je potrebna za proučavanje malih mozgova miševa. Miševi su stavljeni u MRI skener i serotoninski neuroni su stimulisani u redovnim intervalima da bi se videlo kako to utiče na ceo mozak.
Otkrili su da stimulacija DRN serotonina izaziva aktivaciju moždane kore i bazalnih ganglija, područja mozga uključenih u mnoge kognitivne funkcije. Ovaj rezultat se veoma razlikovao od prethodne studije sprovedene pod anestezijom. Pored toga, odgovor mozga na stimulaciju serotonina je snažno povezan sa distribucijom serotoninskih receptora (proteina aktiviranih serotoninom) i obrascima povezivanja neurona DRN serotonina.
„Jasno vidimo iz MRI slika visokog polja koje oblasti u mozgu se aktiviraju i deaktiviraju tokom budnog stanja i pod anestezijom kada aktiviramo serotoninske neurone u DRN-u“, rekao je dr Hamada. „Prethodna studija je pokazala da su cerebralni korteks i bazalni gangliji uglavnom deaktivirani pod anestezijom, što smo i mi primetili. Međutim, u budnim stanjima ove oblasti su značajno aktivirane.“
Moždani korteks i bazalni gangliji su delovi mozga kritični za mnoge kognitivne procese, uključujući motoričku aktivnost i ponašanja za dobijanje nagrada poput hrane i vode. Aktivacija neurona DNR serotonina stoga može dovesti do promena u motivaciji i ponašanju.
Kombinovanje nove tehnike MRI visokog polja i optogenetike predstavljalo je mnoge prepreke koje je dr Hamada morao da savlada. „Uveli smo i prilagodili metodu koju su ranije koristili naši saradnici i uspostavili mnoge nove procedure u OIST-u. Za mene je glavni izazov u to vreme bio korišćenje nove MRI aparata, tako da je trebalo da imam strpljenja i stimulišem sopstveni serotonin. Počeo sam nakon toga mnogo vežbao“, rekao je on.
Videti aktivacije u DRN-u po prvi put bio je izuzetan trenutak za dr Hamadu. U početku je koristio isti intenzitet svetlosti koji su koristili njegovi saradnici, ali je to bilo preslabo da bi se video odgovori mozga na MRI. Zatim je koristio veća optička vlakna i povećao intenzitet da bi stimulisao DRN-ove.
Profesor Doja je primetio da je sledeća važna prekretnica da se postigne razumevanje kako tačno dolazi do ove aktivacije serotonina u celom mozgu. „Važno je saznati koji je stvarni molekularni mehanizam koji omogućava ovu aktivaciju u našem mozgu. Ljudima koji bi želeli da budu bolji u prilagođavanju svog ponašanja i razmišljanja u različitim situacijama takođe bi moglo da bude od pomoći da saznaju više o tome kako serotonin pomaže u kontroli našeg raspoloženja.“
