5-羟色胺是一种神经递质，部分负责人类的幸福感和情绪调节。这使其成为抗抑郁药的共同目标，抗抑郁药会阻止5-羟色胺在发出信号后被神经元重新吸收，因此更多的分子会漂浮在大脑周围。

现在，麻省理工学院的研究人员已经开发出一种成像技术，该技术首次使5-羟色胺在被重吸收进入神经元后，可以跨活脑多个区域进行三维映射。研究人员说，该技术为5-羟色胺动力学提供了前所未有的视角，并且可能是抗抑郁药研究和开发的有力工具。

“直到现在，还无法研究神经递质如何通过大脑的大区域转移到细胞中，”生物工程学系的博士后，也是描述神经元技术的论文的第一作者Aviad Hai说。“这是您首次看到5-羟色胺再摄取抑制剂(例如抗抑郁药)在大脑的不同部位起作用，并且您可以使用此信息来分析各种抗抑郁药，发现新的抗抑郁药，以及了解这些药物如何影响脑血管紧张素大脑中的血清素系统。”

该论文的其他作者是生物工程学教授Alan Jasanoff。Jasanoff实验室的其他三名研究人员：Lili X. Cai，Taekwan Lee和Victor S. Lelyveld。

测量再摄取

许多针对5-羟色胺的抗抑郁药通过阻断5-羟色胺转运蛋白(将神经递质重新吸收到神经元中)而起作用，因此在发送化学信号后可以重复使用。这些药物被称为“选择性5-羟色胺再摄取抑制剂”(SSRIs)，可增加大脑中5-羟色胺的水平，缓解神经递质水平低下引起的焦虑和抑郁感。

研究人员最常使用称为微透析的技术来研究抗抑郁药的作用，该技术是将探针插入大脑以从组织中提取微小的化学样品。但是这种方法既耗时又受范围限制，因为它一次只能让他们研究一个位置。

对于这种新的成像技术，研究人员设计了一种蛋白质来充当一种传感器，该传感器在再摄取时会锁存在5-羟色胺上并脱落。该传感器与5-羟色胺一起被注射，并发出可以通过功能磁共振成像(fMRI)读取的信号。诀窍在于，当与5-羟色胺结合时，传感器保持关闭状态(发出低信号)，而当去除5-羟色胺时，开关保持打开状态(产生更明亮的信号)。

在新系统中，数学模型使用fMRI信号数据来构建3-D图，该图由1,000多个体素(三维像素)组成，每个体素代表5-羟色胺再摄取的单点测量。基于每个点的信号强度，该模型计算在存在和不存在SSRI的情况下吸收的血清素的量。

“基本上，我们在这项工作中看到的是一种方法，用于测量[吸收]多少神经递质，以及不同药物如何影响该量或速率……以高度平行的方式跨许多药物大脑，” Jasanoff说。他说，这些信息对于测试药物功效可能非常有价值。

绘制抗抑郁药动力学图

为了验证该传感器，研究人员成功地测量了SSRI氟西汀(通常称为百忧解)对大脑区域六个区域(称为基底神经节)中5-羟色胺转运蛋白的预期作用。这些次区域被认为在动机，奖励，认知，学习，情感以及其他功能和行为中发挥作用。

在这样做的同时，研究人员同时记录了三个分区中对百忧解对5-羟色胺再摄取的强烈降低，同时注意到另一个分区的应答非常弱。Jasanoff说，这些结果是可以预期的。他说：“但是现在我们能够在大脑各个区域的三个维度上绘制这种效果。”这可能会导致研究药物对大脑特定部位的影响而取得进展。

但是研究人员确实发现了一个令人惊讶的发现。在绘制仅针对多巴胺的多巴胺转运再摄取抑制剂的作用图时，他们发现该药物在三个子区域中降低了血清素再摄取的程度，达到了与SSRI相当的水平，其中一个以多巴胺转运蛋白的高表达而闻名。贾桑诺夫说，先前的研究表明，多巴胺转运蛋白可以帮助降低5-羟色胺的再摄取水平，但新发现表明该效应在活脑中广泛存在。