研究人员发现帕金森病模型中的通路强度发生了变化

一个跨学科的科学家团队发现，当一个人患有帕金森病时，大脑中与奖赏处理和运动协调相关的区域中神经通路的强度会发生变化。

卡内基梅隆大学和匹兹堡大学的研究人员发现，帕金森病期间的多巴胺耗竭会破坏基底神经节中运动通路的正常平衡。

卡内基梅隆大学生物科学系(opens in new window)和神经科学研究所(opens in new window)的教授艾琳·吉蒂斯（Aryn Gittis）及其实验室研究了神经回路是如何组织和运作以塑造健康和疾病状态下的运动，特别是在帕金森病中，帕金森病是一种以震颤和运动缓慢为特征的神经退行性疾病。她的实验室的前博士后研究员阿西尔·阿里斯蒂塔（Asier Aristieta）领导了这项研究，并作为第一作者撰写了《多巴胺耗竭削弱SNr神经元直接通路的调制》(opens in new window)一文，该文已发表在《疾病神经生物学》上。

黑质网状部（SNr）是控制运动的基底神经节的一部分。在帕金森病期间，SNr活动增加，导致患者出现运动障碍。

基底神经节中的两个神经回路控制SNr的活动： 一个来自纹状体的D1神经元，它与增加运动以及运动和奖赏系统有关；另一个来自外部苍白球（GPe），它与减少运动有关。

“SNr处有两条不同的运动通路汇聚在一起，我们研究了这两个输入通道中任何一个如何影响SNr的输出，”吉蒂斯说。“我们发现，在帕金森病中，这两条运动通路的相对强度发生了切换。这可能是患者在帕金森病中变得更加不灵活的一种机制。”

研究人员发现，D1通路因多巴胺的丧失而减弱。这使得帕金森病患者更难启动运动。

“长期以来，人们一直认为帕金森病与大脑的变化，特别是神经递质多巴胺的丧失有关，这些变化会导致基底神经节输入结构活动的变化，”匹兹堡大学数学教授乔纳森·鲁宾（Jonathan Rubin）说。“但影响大脑其余部分的是基底神经节的输出结构。我们发现并量化了上游信号对基底神经节输出神经元的影响方式的变化，这可能导致运动或行为的变化。”

吉蒂斯和鲁宾是长期合作者，自吉蒂斯来到卡内基梅隆大学以来就一直在进行研究。对于这个项目，吉蒂斯使用健康小鼠和帕金森病小鼠模型来测量通路的反应，而鲁宾则使用数学模型来分析结果。

“这是一次真正的合作，”吉蒂斯说。“它帮助我们更加跳出传统思维模式，并让我们能够查看数据的全部内容。”

对于未来的研究方向，吉蒂斯和鲁宾计划专注于这些通路，以了解它们在自然行为中的反应。他们获得了美国国家科学基金会和国家卫生研究院（NIH）的计算神经科学合作研究资助，以进一步推进他们的工作和合作。

“在未来的工作中，我们希望在数学模型的环境中利用这些结果，以找出描述的变化发生的原因，”鲁宾说。“另一个方向——由吉蒂斯实验室开创的——将继续努力寻找并理解在这些通路中进行有针对性的短暂干预可以导致长期活动变化的方式，这对于医疗治疗可能非常有用。”