快速扫描循环伏安法可用于在药物、疾病及其他实验干预条件下监测体内多巴胺神经传递。本研究介绍了QNsim1.0软件的使用方法，该软件基于定量神经生物学模型，用于模拟电刺激诱导的多巴胺反应，以量化估算多巴胺的释放与再摄取动力学参数。
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本文内容
摘要
摘要
中枢多巴胺能（DA能）通路在多种功能中发挥重要作用，例如注意力、动机和运动。多巴胺（DA）与多种疾病和障碍相关，包括注意缺陷多动障碍、帕金森病和创伤性脑损伤。因此，多巴胺神经传递及其研究方法备受科学界关注。体内快速扫描循环伏安法（FSCV）是一种能够以高时间与空间分辨率选择性监测多巴胺浓度变化的技术。该技术通常与上行性多巴胺能通路的电刺激相结合，以控制多巴胺神经传递的冲动传导。尽管刺激诱导的多巴胺神经传递范式可产生具有明确形态的强健多巴胺反应，便于进行动力学分析，但关于如何将这些反应分解为多巴胺释放与清除成分，目前仍存在广泛争议。为解决这一问题，近期已开发出一种刺激性多巴胺神经传递的定量神经生物学（QN）框架，用于真实模拟多巴胺释放与再摄取在刺激诱导多巴胺反应全过程中的动态变化。该模型的基础来自刺激性多巴胺神经传递的实验数据，并整合了来自多个研究领域的神经传递原理。QN模型包含12个与刺激诱导的多巴胺释放和再摄取动力学相关的参数，用于模拟多巴胺反应。本文介绍了如何使用QNsim1.0模拟多巴胺反应，并详细阐述了用于系统识别刺激性多巴胺释放与再摄取动力学改变的基本原理。
引言
多巴胺（DA）神经传递在多种认知和行为功能中发挥着关键作用，其功能障碍与多种常见疾病和障碍相关。因此，开发准确的定量研究DA神经传递的方法至关重要 体内 以评估在疾病模型和药物药理学背景下多巴胺（DA）神经传递的改变情况。快速扫描循环伏安法（FSCV）可用于监测 体内 以高时空分辨率监测多巴胺（DA）神经传递。虽然可以在清醒、自由活动的动物中监测生理状态下的DA神经传递，但在麻醉动物中通过电刺激上行多巴胺能通路可产生强烈的DA反应，有利于对DA神经传递进行更精确的动力学分析。
电刺激诱导的多巴胺（DA）反应反映了多巴胺释放与再摄取之间的动态相互作用，对这些反应的解释主要采用了一种称为米氏方程（Michaelis-Menten，M-M）模型的简化模型来描述刺激诱导的多巴胺神经传递过程12。M-M模型包含3个变量，用于描述多巴胺反应，即恒定的多巴胺释放速率和恒定的再摄取效率（即多巴胺再摄取速率与细胞外多巴胺浓度之间的关系），如公式1所示：
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方案
1. QNsim1.0 的安装、数据准备与启动
- 下载“QNsim1.0.zip”（作为补充材料提供），并将其解压至目标目录。
- 通过整理一个电子表格来准备用于软件建模的刺激后多巴胺（DA）响应数据，其中每一列包含随时间变化的DA响应，并已转换为µM浓度单位的DA数据。将该(.xlsx)文件保存至与程序文件相同的目录中。
注意：该电子表格可包含单个实验中的多个响应，或多个研究（每个研究包含固定数量的响应）（示例见“Sample.xlsx”）。 - 打开编程环境软件，在“当前文件夹”窗口中导航至“QNSim1.0”目录，打开名为“Initialization.m”的文件。点击“运行”以启动初始化界面（图1）。
图1：初始化界面。 ....
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结果
软件程序中包含从大鼠背侧纹状体（研究1）和伏隔核（研究2）获得的多巴胺（DA）神经传递示例数据，这些数据已汇编至“Sample.xlsx”文件中。该电子表格包含基线条件下对60 Hz、10 s和5 s刺激的DA浓度数据，以及在给予多巴胺转运体抑制剂哌甲酯（MPH）（10 mg/kg，腹腔注射）35分钟后，对60 Hz、5 s刺激的反应数据。刺激引发的DA反应数据按列组织，如图3所示，可作为使用该软件程序建模时的数据整理模板。
图 3： 将数据整理为适合建模的可读格式。来自 Sa.......
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讨论
使用FSCV研究 体内 刺激多巴胺神经传递起源于20世纪80年代30 并且仍然是一个丰富的来源 体内 具有无与伦比的空间和时间分辨率的神经传递数据。刺激诱导的多巴胺（DA）反应反映了DA释放与再摄取之间复杂的平衡，这种平衡本身受到电刺激的调节。QN模型结合了当代神经传递研究的原理，用于建模 体内 基于动态释放与再摄取假设的刺激性多巴胺神经传递数据2此外，QN框架将FSCV的分析范围扩展至那些不产生“凸形”响应的脑区，例如背侧纹状体。这些进展使得能够对体内多巴胺能药物动力学进行区域特异性表征。6 以及中枢神经系统疾病模型中多巴胺能系统的改变。对多巴胺神经传递进行区域特征分析尤为重要，因为背侧和腹侧纹状体具有不同的功能意义，接受来自不同神经元群体的多巴胺能支配，并在帕金森病等疾病状态下表现出不同的易损性。31,32.
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
我们感谢UPMC康复研究所对本工作的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| MATLAB R2016a for Mac | Mathworks | ||
| QNsim1.0 | 内部软件包 | 使用 QN 框架对 FSCV 数据进行建模的软件 |
参考文献
- Taylor, I. M., et al. Kinetic diversity of dopamine transmission in the dorsal striatum. J Neurochem. 133 (4), 522-531 (2015).
- Harun, R., Grassi, C. M., Munoz, M. J., Torres, G. E., Wagner, A. K. Neurobiological model of stimulated dopami....
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