Molecular imaging of dopaminergic signaling in rodent brain

啮齿动物大脑中多巴胺能信号的分子成像

基本信息

  • 批准号:
    9120356
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-08-15 至 2020-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): An improved understanding of dopamine signaling patterns in the brain's reward processing systems will lead to mechanistic descriptions of reward-related behavior, and also to the discovery of new biomarkers and therapeutic intervention points for treatment of addiction. Here we propose to use a unique new molecular-level functional brain imaging technique to characterize dopamine signaling evoked by some of the most widely studied and broadly significant stimuli in addiction research. The technique uses magnetic resonance imaging (MRI) in conjunction with contrast agents that bind and report dopamine concentrations, reversibly, as a function of time. In Specific Aim 1, we will use this "molecular fMRI" technique to map the structure and dynamics of dopamine release patterns in the striatum, a key target of dopamine signaling related to reward and addiction. We will measure dopamine release in response to an important addictive drug, amphetamine, as well as to reward-related brain stimulation. We will also push the spatial coverage and resolution of the imaging itself in order to characterize details of the dopamine response, such as specificity to anatomically and neurochemically defined striatal subregions, and we will for the first time conduct dopamine MRI studies in awake animals. Data will be obtained at a spatial resolution of 100-200 µm and over temporal scales ranging from seconds to minutes, sufficient for resolving both phasic and longer-lasting dopamine changes. In Specific Aim 2, we will establish a quantitative, spatially-resolved correspondence between molecular fMRI readings and conventional hemodynamic fMRI signals, which broadly reflect neuronal population activi- ty. These experiments will provide an empirical description of the relationship between BOLD signal and dopamine release, and also facilitate circuit level description of dopaminergic function at a neural population level across the striatum and beyond. In Specific Aim 3, we propose to develop an alternative MRI sensor that will detect dopamine concentrations of 0.1-1 µM, 10-100 times better than our current sensors, and in the range of levels evoked by naturalistic rewarding stimuli. The improved sensors will be formed from na- noscale arrays of magnetic particles that change configuration in the presence of target ligands, bringing about MRI contrast changes. In additional to enabling sensitive dopamine detection, the new design will in the future be generalizable to other neural targets. These Aims will have broad impact on the study of do- paminergic neural systems important in addiction, and will also address goals of the federal BRAIN Initiative.
 描述(由申请人提供):对大脑奖励处理系统中多巴胺信号传导模式的更好理解将导致对奖励相关行为的机械描述,并发现新的生物标志物和治疗成瘾的治疗干预点。提议使用一种独特的新型分子水平功能性脑成像技术来表征成瘾研究中一些研究最广泛且具有广泛意义的刺激所引发的多巴胺信号传导,该技术使用磁共振成像(MRI)与结合和结合的造影剂。报告多巴胺浓度可逆地随时间变化,在特定目标 1 中,我们将使用这种“分子功能磁共振成像”技术来绘制纹状体中多巴胺释放模式的结构和动态,纹状体是与奖励和成瘾相关的多巴胺信号传导的关键目标。我们将测量对一种重要的成瘾药物安非他明以及与奖励相关的大脑刺激的多巴胺释放,我们还将提高成像本身的空间覆盖范围和分辨率,以便表征细节。多巴胺反应,例如对解剖学和神经化学定义的纹状体亚区域的特异性,我们将首次在清醒的动物中进行多巴胺 MRI 研究,数据将以 100-200 µm 的空间分辨率和几秒的时间尺度获得。到几分钟,足以解决阶段性和持久的多巴胺变化在特定目标 2 中,我们将在分子 fMRI 读数之间建立定量的、空间分辨的对应关系。和传统的血流动力学功能磁共振成像信号,广泛反映神经群体活动,这些实验将提供 BOLD 信号与多巴胺释放之间关系的经验描述,并有助于对纹状体及其他神经群体水平的多巴胺能功能进行回路水平描述。在具体目标 3 中,我们建议开发一种替代 MRI 传感器,该传感器将检测 0.1-1 µM 的多巴胺浓度,比我们当前的传感器好 10-100 倍,并且在自然奖励刺激引起的水平范围内,改进的传感器将由纳米级磁性粒子阵列组成,在目标配体存在的情况下改变构型,除了能够实现灵敏的多巴胺检测之外,还可以产生 MRI 对比度变化。新的设计将来将推广到其他神经目标,这些目标将对成瘾中重要的多巴胺能神经系统的研究产生广泛的影响,并且还将实现联邦大脑计划的目标。

项目成果

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