كيف يحرك الدوبامين نشاط الدماغ

اكتشف علماء الأعصاب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا باستخدام مستشعر التصوير بالرنين المغناطيسي المتخصص (MRI)، كيف يؤثر الدوبامين الذي يتم إطلاقه عميقًا داخل الدماغ على مناطق الدماغ القريبة والبعيدة.

يلعب الدوبامين العديد من الأدوار في الدماغ، ومن أبرز هذه الأدوار تتعلق بالحركة والتحفيز وتعزيز السلوك، ومع ذلك، فإنه حتى الآن كان من الصعب دراسة تأثير تدفق الدوبامين على النشاط العصبي في جميع أنحاء الدماغ بدقة.

دراسات وأبحاث بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

استخدم فريق MIT تقنية جديدة واكتشف أن الدوبامين يبدو أنه يمارس تأثيرات كبيرة في منطقتين من قشرة الدماغ، وهما القشرة الحركية.

أفاد ألان جاسانوف، الأستاذ في علم الأحياء بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وعضو مشارك في معهد ماكغفرن لأبحاث الدماغ بنفس المعهد، والمؤلف الرئيسي للدراسة، بأن هناك الكثير من الأبحاث التي تركز على الآثار الخلوية الفورية لإطلاق الدوبامين، ولكننا ننظر إلى آثار ما يفعله الدوبامين على مستوى أوسع في الدماغ، مثل الهندسة والعلوم المعرفية والعلوم والهندسة النووية.

اكتشف فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن منطقة الدماغ النائية الأكثر تأثيرًا بالدوبامين، بالإضافة إلى القشرة الحركية، هي القشرة المعزولة. وهذه المنطقة حاسمة لعدد من الوظائف المعرفية المتعلقة بإدراك الحالات الداخلية للجسم، بما في ذلك الحالات الجسدية والعاطفية.

تتبع الدوبامين

مثل النواقل العصبية الأخرى، يساعد الدوبامين الخلايا العصبية على التواصل مع بعضها البعض عبر مسافات قصيرة. يولي الدوبامين اهتماما خاصا لدى علماء الأعصاب، نظرا لدوره في التحفيز والإدمان والعديد من الاضطرابات العصبية التنكسية، بما في ذلك مرض باركنسون. يتم إنتاج معظم الدوبامين في الدماغ وفي المخ الأوسط عن طريق الخلايا العصبية التي ترتبط بالجسم، حيث يتم إفراز الدوبامين.

سد الثغرات من خلال الدراسات حول الدوبامين

على مدى سنوات عديدة، عمل مختبر جاسانوف على تطوير أدوات لدراسة تأثير الظواهر الجزيئية مثل إطلاق الناقل العصبي على وظائف الدماغ، وعلى المستوى الجزيئي. يمكن للتقنيات المتاحة أن تكشف كيف يؤثر الدوبامين على الخلايا الفردية وعلى نطاق الدماغ بأكمله. يمكن أن يظهر التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) مدى نشاط منطقة معينة في الدماغ.

على الرغم من ذلك، كان من الصعب على علماء الأعصاب تحديد كيفية ارتباط نشاط الخلية الفردية بوظيفة المخ على المستوى الشامل.

يقول جاسانوف: هناك قليل جدا من الدراسات على مستوى الدماغ حول وظيفة الدوبامين أو أي وظيفة كيميائية عصبية نظرا لعدم توفر الأدوات المناسبة، ونحن نحاول ملء هذه الفجوات.

قام مختبره بتطوير أجهزة استشعار التصوير بالرنين المغناطيسي قبل حوالي عشر سنوات، وتتألف هذه الأجهزة من بروتينات مغناطيسية يمكنها الارتباط بالدوبامين، وعندما يحدث هذا الارتباط، تضعف التفاعلات المغناطيسية لأجهزة الاستشعار مع الأنسجة المحيطة، وبالتالي يتم تعتيم إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي للأنسجة، مما يسمح للباحثين بمراقبة مستويات الدوبامين باستمرار في جزء معين من الدم.

الدراسات الحديثة حول تأثير الدوبامين على نشاط الدماغ

في دراستهم الجديدة، قام لي وجاسانوف بتحليل تأثير الدوبامين على وظيفة الجهاز العصبي في جسم الفئران محليًا وفي مناطق أخرى من الدماغ. بدأوا بحقن أجهزة استشعار الدوبامين في المخطط، الذي يقع عميقًا داخل الدماغ ويؤثر بشكل كبير على التحكم في الحركة.

قام الباحثون بتحفيز جزء من الدماغ يسمى `منطقة ما تحت المهاد` كهربائيًا، وهي تقنية تجريبية شائعة لتعزيز السلوك المرغوب، وتحفيز الدماغ لإنتاج الدوبامين، ثم استخدم الباحثون أداة استشعار لقياس مستويات الدوبامين في جميع أنحاء المخطط.

كما أجروا التصوير بالرنين المغناطيسي التقليدي ، لقياس النشاط العصبي في كل جزء من المخطط ، واندهشوا عندما وجدوا أن تركيزات الدوبامين العالية ، لم تجعل الخلايا العصبية أكثر نشاطًا ، ومع ذلك  فإن ارتفاع مستويات الدوبامين ، جعلت الخلايا العصبية تبقى نشطة لفترة أطول من الزمن.

وهنا صرح جاسانوف وقال : عند إطلاق الدوبامين، كانت هناك مدة أطول للنشاط، مما يشير إلى استجابة أطول للمكافأة، وقد يكون لذلك علاقة بكيفية ترويج الدوبامين للتعلم، وهي إحدى وظائفه الرئيسية.

تأثيرات بعيدة المدى

بعد تحليل إطلاق الدوبامين في المخطّط، بدأ الباحثون في تحديد كيف يؤثّر هذا الدوبامين على أماكن أبعد في الدماغ، ولفعل ذلك، قاموا بإجراء التصوير بالرّنين المغناطيسي الوظيفي على الدماغ، أثناء رسم خرائط إطلاق الدوبامين في المخطّط.

ويقول جاسانوف : من خلال دمج هذه التقنيات، يمكننا استكشاف هذه الظواهر بطريقة لم تكن متاحة من قبل.

أظهرت الدراسات أن المناطق التي أظهرت أكبر زيادة في النشاط استجابة للدوبامين هي القشرة الحركية والقشرة الجزرية. إذا تم تأكيد هذه النتائج في دراسات إضافية، فقد يساعد ذلك الباحثين على فهم أثر الدوبامين في الدماغ البشري، بما في ذلك دوره في الإدمان والتعلم.

يقول جاسانوف : يمكن أن تؤدي نتائجنا إلى مؤشرات حيوية، ويمكن رؤيتها في بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي، ويمكن أن تكون هذه الروابط مفيدة لفهم وظائف الدوبامين، ولتحليل التصوير الوظيفي بالرنين المغناطيسي للحيوانات والبشر.

وظائف الدوبامين

يعد الدوبامين، الذي يفرزه الدماغ، من بين الناقلات العصبية التي لها دور مهم في الإنسان والحيوانات الأخرى، ومن بين وظائفه البارزة:
الحركة ، ذاكرة ، مكافأة ممتعة ، السلوك والإدراك ، انتباه ، تثبيط إنتاج البرولاكتين ، ينام ، مزاج ، تعلم ، وزيادة ونقص هذه المادة الكيميائية الحيوية ، هو سبب للعديد من حالات المرض ، كما يعد مرض باركنسون ، وإدمان المخدرات ، بعض الأمثلة على المشكلات المرتبطة بمستويات الدوبامين غير الطبيعية.

إنتاج الدوبامين

يتم إنتاج الدوبامين في الخلايا العصبية الدوبامينية في منطقة القطنية البطنية (VTA) في الدماغ، وفي المادة السوداء للجزر النواة والنواة المقوسة في منطقة تحت المهاد.

الدوبامين والإدمان

الكوكايين والأمفيتامينات يمنعان إعادة امتصاص الدوبامين، حيث يعمل الكوكايين كمانع لنقل الدوبامين، مما يمنع امتصاصه تنافسيا ويزيد من تراكمه.

يزيد الأمفيتامين من تركيز الدوبامين في الفجوة المشبكية، ولكن بآلية مختلفة. تشترك الأمفيتامينات في البنية الكيميائية مع الدوبامين، مما يسمح لها بدخول العصبون قبل المشبكي عبر ناقلات الدوبامين. وفي الداخل، تجبر الأمفيتامينات جزيئات الدوبامين على الخروج من حويصلات التخزين، وذلك بزيادة وجود الدوبامين في الفجوة المشبكية، مما يؤدي إلى زيادة المشاعر والتحفيز.

الدوبامين والذاكرة

تساعد مستويات الدوبامين في الدماغ، وخاصة في قشرة الفص الجبهي، على تحسين الذاكرة العاملة، ومع ذلك فإن هذا يتطلب توازنًا دقيقًا وعند زيادة أو انخفاض هذه المستويات إلى مستويات غير طبيعية، تعاني الذاكرة.

الدوبامين والانتباه

يساعد الدوبامين على التركيز والانتباه، ويستجيب الدوبامين في الدماغ لتحفيز الرؤية، وهذا يساعد في توجيه الانتباه والتركيز، ويمكن أن يكون الدوبامين مسؤولا عن تحديد ما يتم الاحتفاظ به في الذاكرة القصيرة الأجل، وذلك بناء على استجابة متخيلة لمعلومات محددة، ويعتقد أن تركيزات الدوبامين المنخفضة في قشرة الفص الجبهي تساهم في حدوث اضطراب نقص الانتباه.

الدوبامين والإدراك

“يتحكم الدوبامين في الفصوص الأمامية للدماغ في تدفق المعلومات من مناطق أخرى من الدماغ، وتؤدي اضطرابات الدوبامين في هذه المنطقة إلى انخفاض الوظائف العصبية المعرفية، خاصةً في الذاكرة والانتباه وحل المشكلات.

تؤثر مستقبلات D1 ومستقبلات D4 على الإدراك الدوباميني، وتعمل بعض الأدوية المضادة للذهان المستخدمة في حالات مثل الفصام كمضادات للدوبامين، وتعمل مضادات الذهان القديمة المعروفة باسم مضادات الذهان النموذجية في الغالب على مستقبلات D2، بينما تعمل الأدوية غير النمطية أيضا على مستقبلات D1 و D3 و D4