電気化学的および電気生理学的研究

神経伝達および神経生理学の機能不全は、うつ病、不安神経症、慢性疼痛、中毒障害、注意力の問題 (注意欠陥障害) および覚醒 (ナルコレプシー) など、さまざまな精神医学的状態を引き起こす可能性があります。 これらの神経調節システムの重要性は明らかですが、これらのシステムが人間の脳内でリアルタイム (1 秒未満のタイムスケール) でどのように機能するかについては、実際には何もわかっていません。 この時間分解能は、げっ歯類モデル生物の基礎研究で重要であることが証明されており、神経伝達物質の細胞外濃度と神経電気生理学が、関連する刺激と相互作用してから数百ミリ秒以内に変化することが示されています。環境。 この種の精度での測定は、これらの各信号の急速な変化が人間の脳機能、認知、学習、気分、および行動をどのように調節するかを調査できるようにするために必要です。

認知処理は、複数の脳領域に分散できる機能的に組織化されたネットワーク上で非常に急速に発生します。 したがって、このような複雑な機能を理解するには、高い空間分解能と時間分解能でニューロン活動をマッピングする能力が必要です。 残念ながら、ニューロン活動を記録するための非侵襲的方法論のほとんどは、高い空間分解能または時間分解能のいずれかを備えていますが、両方ではありません。 ただし、皮質電図 (ECoG) は、高い空間分解能 (単一細胞活動) と高い時間分解能 (サブミリ秒の時間スケール) の両方でニューロン活動を記録する独自の機能を提供します。

さらに、複雑な運動制御、実行機能、言語処理、音声生成など、特定の行動は人間特有のものです。 これらの行動とその神経基盤の多くは、他の種で研究することは不可能です。 人間の神経学的および精神医学的状態の治療法を改善する場合、それらを人間で直接研究することが重要です. 機能的脳マッピング (フェーズ II てんかんモニタリング) のために神経外科手術を既に受けている患者は、直接的な神経生理学的記録を介して、これらのユニークな人間の行動の神経基盤をテストするまれな機会を提供します。 さらに、ECoG および MER は、複数の皮質および皮質下領域から刺激および記録する機能を提供します。 マイクロスティミュレーションは、分離された脳領域間の機能的接続と、認知と行動におけるこれらの領域の因果的役割の両方のより完全な評価を可能にします。

ここで、研究者は、FDA 承認のマイクロ センサー アセンブリと組み合わせて新しい記録プロトコルを展開することを提案します。これにより、人間の脳で 1 秒未満の時間分解能でドーパミン、セロトニン、およびノルエピネフリンの微小変動を同時に測定できるようになります。 成功すれば、提案された研究は、人間の脳の機能と行動に関する神経科学研究に重要な技術的進歩をもたらし、脳神経外科、神経学、精神医学などの分野で翻訳に影響を与える可能性があります。

神経伝達物質のドーパミン、セロトニン、およびノルエピネフリンの作用を調査することの臨床的重要性は、うつ病、不安障害、慢性疼痛、注意欠陥障害、およびニコチン中毒などの主要な精神医学的状態の治療に使用される医薬品によっておそらく最もよく強調されます. 選択的セロトニン再取り込み阻害薬 (SSRI) は、うつ病や不安神経症の治療に使用されます。ノルエピネフリンおよびセロトニン再取り込み阻害薬 (NSRI) は、うつ病や慢性疼痛の治療に使用されます。ノルエピネフリンおよびドーパミン再取り込み阻害剤は、うつ病、注意欠陥障害の治療に使用され、禁煙の補助として使用されてきました。およびノルエピネフリン再取り込み阻害薬 (NRI) は、うつ病、ナルコレプシー、注意欠陥多動性障害、減量の補助として、および低覚醒を特徴とする不安障害の治療に使用されています。 さらに、乱用された物質 (コカイン、ニコチン、アルコール、アヘン剤など) は、モデル生物における神経伝達物質の放出と再取り込みの間の微妙なバランスを変化させることが知られています。

研究者らは、基礎科学の観点から、ドーパミンは報酬処理と動機付け行動に重要であり、セロトニンは嫌悪刺激と気分調節の処理に重要であり、ノルエピネフリンは覚醒と注意の状態の調節に重要であると考えています。 これらの神経伝達物質は、脳幹 (セロトニンとノルエピネフリン) と中脳 (ドーパミン) に位置するニューロンから放出され、その軸索終末は、皮質 (ドーパミン、セロトニン、ノルエピネフリン)、大脳基底核 (ドーパミン) 全体の標的を含む脳全体にこれらの信号を分配およびブロードキャストします。およびセロトニン)、海馬 (ドーパミンおよびセロトニン)、および扁桃体 (ドーパミン、セロトニン、およびノルエピネフリン)。 これらのシステムが重要であることは明らかですが、知られていることのほとんどは、タイムスケールが遅すぎて、これらのシグナルの急速でリアルタイムの変動が人間の健全な認知、意思決定、および行動にどのように寄与するかを理解するには、モデル生物の研究から得られたものです。

また、ドーパミン、セロトニン、およびノルエピネフリンのシステムがどのように相互作用するかについての理解は非常に限られています. 任意の脳領域では、これらの神経伝達物質システムの 1 つ、2 つ、または 3 つすべてが局所的な神経情報処理に寄与していると予想されます。 人間の脳 (および人間以外の霊長類の脳) では、放出部位の密度または放出のダイナミクスが、精神医学的状態またはそれらを治療するために使用される薬物によってどのように変化するかについて、ほとんどわかっていません。 この知識の欠如は、神経科学、神経学、精神医学、または神経外科分野への関心の欠如に起因するものではありません。むしろ、必要な技術と研究パラダイムが利用できませんでした。 この提案は、開発の第一歩を踏み出すことを目指しています。