新型掃描儀實(shí)現(xiàn)對清醒動物的行為學(xué)研究
日期：2011-03-15 11:20:37
“正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)(PET）是一種研究大腦中分子進(jìn)程的有力工具，常被用于揭示例如毒品成癮等疾病的分子機(jī)制，”美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室PET物理學(xué)負(fù)責(zé)人Paul Vaska說。
“然而用PET研究動物要求必須先對動物進(jìn)行全身麻醉或用其他的方法固定動物。麻醉和固定使得科學(xué)家們無法同時研究神經(jīng)化學(xué)和動物的行為，”項目的另一位負(fù)責(zé)人、美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室David Schlyer說：“新型的PET掃描儀不再要求固定動物，它可隨動物一同移動，從而為同時獲得成像數(shù)據(jù)與行為數(shù)據(jù)，并研究它們的直接相關(guān)性提供了可能。”
通過幾年的研發(fā)努力，科學(xué)家們設(shè)計出了一種小型便攜式環(huán)形PET掃描儀。這種掃描儀可以像環(huán)圈一樣戴在大鼠的頭部實(shí)現(xiàn)同步觀測大腦功能和大鼠行為。研究人員將這個僅重250克的設(shè)備命名為“RatCAP”， RatCAP通過彈簧系統(tǒng)和移動穩(wěn)定器的作用允許動物完全處于自由移動狀態(tài)。研究人員對大鼠進(jìn)行檢測結(jié)果表明RatCAP僅會引起大鼠體內(nèi)應(yīng)激激素輕微且短暫的升高。
“攜帶這一設(shè)備的大鼠看起來適應(yīng)良好，并能在它們所處的環(huán)境中自由移動，”Woody說。
為了驗(yàn)證這個便攜式掃描在同步研究大腦功能和行為方面的功能，科學(xué)家們利用一種PET常用放射性示蹤劑11C-雷氯必利(Raclopride)對大鼠進(jìn)行了檢測。11C-雷氯必利是一種對中樞神經(jīng)系統(tǒng)D2受體具有高度選擇性親和力的化合物，利用11C-雷氯必利可將放射性正電子發(fā)射同位素?fù)饺氲侥X細(xì)胞中。正常情況下正電子間相互干擾，會使得彼此發(fā)生消減，從而發(fā)射出連續(xù)的γ射線。研究人員通過環(huán)狀PET掃描儀中的檢測器獲取這些連續(xù)的γ射線信號，鑒別了大鼠內(nèi)體示蹤劑的定位和濃度。他們驚異地發(fā)現(xiàn)大鼠的活動與大腦中的多巴胺水平呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，即大鼠的活動越強(qiáng)，大腦中的多巴胺水平越低。
“過去的觀念認(rèn)為行為活化與多巴胺的釋放有關(guān)，我們卻得到了與此相反的結(jié)果，”美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室行為神經(jīng)科學(xué)家、論文的第一作者Daniela Schulz說：“利用我們的方法獲得了挑戰(zhàn)傳統(tǒng)概念的數(shù)據(jù)，這或?qū)椭覀兏玫亓私舛喟桶废到y(tǒng)。”
“此外，我們的研究數(shù)據(jù)明確地表明RatCAP能夠通過一種有效的方式將大腦功能檢測與行為檢測聯(lián)系起來。”Schulz說：“我們可利用RatCAP獲得的結(jié)果與其他技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的對比分析，并利用檢測數(shù)據(jù)幫助我們進(jìn)一步地改善這一技術(shù)。“
研究人員計劃在接下來的研究中利用RatCAP進(jìn)一步探討不同的行為與同步獲得的PET數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。
