新型扫描仪实现对清醒动物行为学研究

来自美国能源部布鲁克海文国家实验室、纽约州立大学石溪分校的科学家们在大鼠身上检测了他们研制的一种新型便携式正电子断层扫描仪（PET scanner）的效率。这一新型设备为神经科学家们研究处于清醒和活动状态下动物的大脑功能和行为提供了新工具。相关研究论文即将发表在四月的《自然—方法学》（Nature methods）杂志上。 “正电子发射断层扫描术(PET）是一种研究大脑中分子进程的有力工具，常被用于揭示例如毒品成瘾等疾病的分子机制，”美国能源部布鲁克海文国家实验室PET物理学负责人Paul Vaska说。 “然而用PET研究动物要求必须先对动物进行全身麻醉或用其他的方法固定动物。麻醉和固定使得科学家们无法同时研究神经化学和动物的行为，”项目的另一位负责人、美国能源部布鲁克海文国家实验室David Schlyer说：“新型的PET扫描仪不再要求固定动物，它可随动物一同移动，从而为同时获得成像数据与行为数据，并研究它们的直接相关性提供了可能。” 通过几年的研发努力，科学家们设计出了一种小型便携式环形PET扫描仪。这种扫描仪可以像环圈一样戴在大鼠的头部实现同步观测大脑功能和大鼠行为。研究人员将这个仅重250克的设备命名为“RatCAP”， RatCAP通过弹簧系统和移动稳定器的作用允许动物完全处于自由移动状态。研究人员对大鼠进行检测结果表明RatCAP仅会引起大鼠体内应激激素轻微且短暂的升高。 “携带这一设备的大鼠看起来适应良好，并能在它们所处的环境中自由移动，”Woody说。为了验证这个便携式扫描在同步研究大脑功能和行为方面的功能，科学家们利用一种PET常用放射性示踪剂11C-雷氯必利(Raclopride)对大鼠进行了检测。11C-雷氯必利是一种对中枢神经系统D2受体具有高度选择性亲和力的化合物，利用11C-雷氯必利可将放射性正电子发射同位素掺入到脑细胞中。正常情况下正电子间相互干扰，会使得彼此发生消减，从而发射出连续的γ射线。研究人员通过环状PET扫描仪中的检测器获取这些连续的γ射线信号，鉴别了大鼠体内示踪剂的定位和浓度。他们惊异地发现大鼠的活动与大脑中的多巴胺水平呈现负相关性，即大鼠的活动越强，大脑中的多巴胺水平越低。 “过去的观念认为行为活化与多巴胺的释放有关，我们却得到了与此相反的结果，”美国能源部布鲁克海文国家实验室行为神经科学家、论文的第一作者Daniela Schulz说：“利用我们的方法获得了挑战传统概念的数据，这或将帮助我们更好地了解多巴胺系统。” “此外，我们的研究数据明确地表明RatCAP能够通过一种有效的方式将大脑功能检测与行为检测联系起来。”Schulz说：“我们可利用RatCAP获得的结果与其他技术进行进一步的对比分析，并利用检测数据帮助我们进一步地改善这一技术。” 研究人员计划在接下来的研究中利用RatCAP进一步探讨不同的行为与同步获得的PET数据之间的相关性。（来源：生物通何嫱）