پژوهشگرانی از ایالات متحده برای اولین بار از ام‌آرآی برای بررسی تحرک انتقال‌دهنده‌های عصبی با دقت مولکولی استفاده کردند. آن‌ها این روش را برای دوپامین اثبات کردند. دوپامین انتقال‌دهنده‌ای عصبی است که فرایندهای پاداش‌دهی و انگیزش در مغز را نشان می‌دهد.

چشم ام‌آرآی کارکردی: تحرکات انتقال‌دهنده‌های عصبی

انتقال‌دهنده‌های عصبی موادی شیمیایی هستند که در انتهای رشته‌های عصب آزاد می‌شوند تا علامت‌هایی را به سایر رشته‌های عصبی مجاور خود برسانند. برای داشتن درکی عمومی‌تر نسبت به کارکرد مغز، که مطالعه آن دشوار است، درک کارکرد این انتقال‌دهنده‌های عصبی حائز اهمیت است. در گذشته، دانشمندان از PET استفاده می‌کردند، که روشی تصویربرداری متکی بر ردیاب‌های رادیواکتیو است، که به بدن تزریق شده و در نتیجه مسیر حرکت آنان از طریق اشعه‌های گامای ساطع‌شده قابل دیده‌بانی است. اما PET تنها تصاویری می‌تواند تولید کند که به لحاظ فضایی تا حد چند میلی‌متر دقت داشته باشند و به لحاظ زمانی نیز دارای دقت چند دقیقه باشند.

مواد حاجب (عوامل متمایزکننده)

"ام آرآی کارکردی" می‌تواند دقیق‌تر باشد. همانند ام‌آرآی استاندارد، ام آرآی کارکردی نیز از میدان مغناطیسی ثابت برای هم‌تراز کردن اسپین‌های فوتون‌های درون مولکول‌های آب داخل بافت استفاده می‌کند. هنگامی که امواج رادیویی این اسپین‌ها را منحرف کردند، زمان واهلش آنان به حالت تراز توسط کویل دریافت‌کننده رادیویی اندازه‌گیری می‌شود، و این زمان ترکیب بافت را مشخص می‌کند. تفاوت ام‌آرآی کارکردی با حالت معمول آن در این است که مولکول‌های پارامغناطیس که با نام «مواد حاجب» شناخته می‌شوند، با برخی از مولکول‌های آب برهم‌کنش انجام می‌دهند و به این شکل روشنایی آن‌ها در اسکن تغییر می‌کند. هموگلوبین خون مثالی طبیعی از آن است: این ماده به خودی خود، به عنوان ماده حاجب رفتار می‌کند، اما هنگامی که در قید اکسیژن قرار گیرد، اثر آن از بین می‌رود. دانشمندان به این طریق می‌توانند از ام‌آرآی کارکردی برای مطالعه چرخش خون دارای اکسیژن و فاقد اکسیژن شده استفاده کنند.

هم‌اکنون‏‏، Alan Jasanoff کارشناس مهندسی پزشکی و هم‌کارانش در موسسه صنعتی ماساچوست (MIT) ایالات متحده‏ در حال آزمایش‌ روی ماده حاجب دیگری (هم‌پروتئین BM3h پارامغناطیس) هستند. BM3h به جای آن‌که وقتی با اکسیژن پیوند تشکیل می‌دهد، از بین رود‏، در هنگام برقراری پیوند با دوپامین از بین رفته و از این رو می‌تواند در ام‌آرآی کارکردی برای مشخص کردن پیش‌روی انتقال‌دهنده‌های عصبی میان رشته‌های عصبی استفاده شود. اعضای این تیم ادعا می‌کنند دقت این روش تصویربرداری ده برابر بیشتر از PET است. Jasanoff می‌گوید: «پژوهش ما اولین کاری است که در آن از ام‌آرآی برای مطالعه تحرک آزادسازی انتقال‌دهنده‌های عصبی و علامت‌دهی آنان استفاده شده است».

گروه MIT این روش را روی موش‌های زنده با تزریق BM3h به داخل ناحیه‌ای از مغز آن‌ها که استریاتوم قدامی نام دارد‏، آزموده اند. این ناحیه از مغز دوپامین نشر کرده و بخش مغز پیشین (بخشی از سیستم پاداش) را به صورت الکتریکی تحریک می‌کند. هر تحریک دوپامین 16 ثانیه طول می‌کشد. این زمانی است که سلول‌ها انتقال‌دهنده‌های عصبی آزاد شده و سپس از بین می‌رود. پژوهش‌گران هر 8 ثانیه یک تصویر ام‌آرای می‌گیرند تا تغییر سطوح دوپامین را بتوانند بررسی کنند

تحرکات دوپامین

Jasanoff می گوید: «انتقال‌دهنده‌های عصبی نقش‌های کارکردی مجزایی بازی می‌کنند‏، که می‌توانیم تحرکات آن‌ها را با تصویربرداری مطالعه کنیم». «برای مثال، دوپامین برای نمایش داخلی پاداش‌دهی و انگیزش حائز اهمیت است و اگر بخواهیم نحوه کارکرد دوپامین را برای رسیدن به این منظور دریابیم، باید بدانیم کجا و چه زمانی غلظت‌های دوپامین در مغز تغییر می‌کند».

پژوهش‌گران دریافتند منطقه‌ای که هسته اکومبنس اصلی (NAcC) نامیده می‌شود، که به دریافت دوپامین از ناحیه‌ای در مغز شناخته شده است، طبق اسکن ام‌آرآی کارکردی بیشترین میزان آزادسازی دوپامین را نشان داده است. آن‌ها هم‌چنین دریافتند که دوپامین در همسایگی مناطقی نظیر پالیدوم قدامی که انگیزش و احساسات را تنظیم می‌کند‏، و بخش‌هایی از تالاموس که علائم حسی و حرکتی را در مغز ارسال می‌کند‏، نیز آزاد شده است.

Jasanoff و هم کاران همچنین معتقدند که این روش می‌تواند به مطالعه بیماری پارکینسون‏ که در نتیجه مرگ سلول‌های دوپامین‌زا ایجاد می‌شود‏ کمک کند. اما Jasanoff تصمیم ندارد کار خود را در تصویربرداری از دوپامین به وسیله ام‌آرآی کارکردی متوقف کند. او چنین بیان می‌دارد «ما در حال ساخت و استفاده از حسگرهای مولکولی برای تصویربرداری‌های ام‌آرآی-محور برای بسیاری از جنبه‌های دیگر فعالیت‌های عصبی نیز هستیم».