22 يوليو 2019
أعلن صندوق McKnight Endowment للعلوم العصبية (MEFN) عن حصول المستفيدين الثلاثة على 600،000 دولار في شكل منحة من خلال جوائز تكنولوجيا MEFN لعام 2019 ، معترفًا بهذه المشاريع لقدرتهم على تغيير طريقة إجراء أبحاث علم الأعصاب بشكل جذري. سيتلقى كل مشروع ما مجموعه 200000 دولار على مدى العامين المقبلين ، مما دفع عجلة تطوير هذه التقنيات الرائدة المستخدمة لرسم خريطة ومراقبة ونمذجة وظائف المخ. الحاصلون على جوائز 2019 هم:
- جلعاد إيفريني ، دكتوراه ، دكتوراه جامعة لانجون للصحة في نيويورك ، الذي يقوم بتطوير تكنولوجيات أساسية أحادية الخلية جديدة لرسم خريطة للطفرات الوراثية التي تحدث بشكل طبيعي عبر أعداد كبيرة من خلايا الدماغ البشرية الفردية من أجل تتبع سلالاتها وإنشاء نوع من "شجرة العائلة" من أنواع خلايا الدماغ المختلفة.
- ياروسلاف أليكس سافتشوك ، دكتوراه ، من جامعة ماركيت ، يتضمن مشروعه طريقة لتصور نشاط الدماغ في ثلاثة أبعاد بدقة أعلى بكثير وأسرع بكثير مما كان ممكنًا من قبل ، مما يتيح صورة أكثر اكتمالًا لما يحدث في أدمغة حية تستجيب للمنبهات.
- نانثيا سوثانا ، دكتوراه ، جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس ، يقوم فريقه بتطوير بروتوكول للتواصل مع بعض الأجهزة المزروعة في أدمغة الإنسان كجزء من العلاج الطبي وللتقاط بيانات نشاط الدماغ العميق من البشر منغمسين في الواقع الافتراضي وبيئات الواقع المعزز.
(تعرف على المزيد حول كل مشروع من هذه المشاريع البحثية أدناه.)
حول جوائز التكنولوجيا
منذ تأسيس جائزة التكنولوجيا في عام 1999 ، ساهمت MEFN بأكثر من 13.5 مليون دولار في التقنيات المبتكرة لعلم الأعصاب من خلال آلية الجائزة هذه. تهتم MEFN بشكل خاص بالعمل الذي يتخذ أساليب جديدة ومبتكرة لتعزيز القدرة على معالجة وتحليل وظائف المخ. يجب في نهاية المطاف إتاحة التقنيات المطورة بدعم McKnight للعلماء الآخرين.
قال ماركوس مايستر ، رئيس لجنة الجوائز وأستاذ آن بي وبنجامين بياجيني للعلوم البيولوجية في جامعة كاليفورنيا للتكنولوجيا: "مرة أخرى ، لقد كان من الممتع رؤية الإبداع في العمل في تطوير تكنولوجيات عصبية جديدة". . "لقد سررنا هذا العام بشكل خاص لرعاية العديد من التطورات التي تستهدف الدماغ البشري ، من طريقة تتبع نسب الخلايا العصبية الفردية إلى جهاز لقراءة الإشارات العصبية وكتابتها في المرضى الذين يمشون بحرية".
تضمنت لجنة الاختيار لهذا العام أيضًا أدريان فيرهال وتيموثي هولي ولورين لوغر ومالا مورثي وأليس تينغ وهونغكي تسنغ ، الذين اختاروا جوائز الابتكار التكنولوجي في مجال العلوم العصبية هذا العام من بين مجموعة من المتقدمين البالغ عددهم 90 متقدمًا.
خطابات النوايا لجائزة الابتكارات التكنولوجية لعام 2020 ستصدر يوم الإثنين ، 2 ديسمبر 2019. سيصدر إعلان عن عملية 2020 في سبتمبر. لمزيد من المعلومات حول الجوائز ، يرجى زيارة www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience/technology-awards
2019 McKnight الابتكارات التكنولوجية في جوائز العلوم العصبية
جلعاد إيفريني ، دكتوراه في الطب ، دكتوراه ، أستاذ مساعد ، مركز الوراثة البشرية والجينوم البشري ، قسم طب الأطفال وعلم الأعصاب وعلم وظائف الأعضاء ، جامعة نيويورك Langone Health
"TAPESTRY: تقنية متعددة الأوميغا أحادية الخلية لتعقب نسب عالية الدقة للمخ البشري"
من المعروف أن كل إنسان يبدأ كخلية واحدة مع مجموعة واحدة من "تعليمات" الحمض النووي ، لكن تفاصيل كيف تصبح الخلية الواحدة تريليونات - بما في ذلك عشرات المليارات من الخلايا في الدماغ - لا تزال غير معروفة إلى حد كبير. تهدف أبحاث الدكتور إيفريوني إلى تطوير تقنية تسمى TAPESTRY ، والتي قد تضيء هذه العملية من خلال بناء "شجرة عائلة" من خلايا الدماغ ، والتي تبين الخلايا السليفة التي تولد مئات أنواع الخلايا الناضجة في الدماغ البشري.
قد تحل التكنولوجيا بعض القضايا الرئيسية التي تواجه الباحثين الذين يدرسون تطور العقل البشري. الطريقة الأساسية لدراسة التطور عن طريق تتبع الأنساب (إدخال علامات في خلايا الحيوانات غير الناضجة ومن ثم دراسة كيفية انتقال هذه العلامات إلى ذريتها) أمر مستحيل عند البشر لأنه غزائي. أظهر العمل السابق للدكتور إفروني مع زملائه أنه يمكن استخدام الطفرات التي تحدث بشكل طبيعي لتتبع الأنساب في الدماغ البشري. يهدف TAPESTRY إلى تطوير وتوسيع نطاق هذا النهج من خلال حل العديد من قيود الطرق الحالية. أولاً ، يتطلب تتبع النسب عزلًا وتضخيمًا أكثر موثوقية لكميات ضئيلة من الحمض النووي للخلايا المفردة. ثانياً ، يجب أن يكون الفهم التفصيلي لنمو الدماغ البشري فعالاً من حيث التكلفة للسماح بتوصيف آلاف أو عشرات الآلاف من الخلايا الفردية. أخيرًا ، يجب أيضًا تعيين أنماط ظاهرية للخلايا - ليس فقط رؤية مدى ارتباط الخلايا ، ولكن أيضًا أنواع الخلايا التي ترتبط بها. يسعى TAPESTRY لحل هذه التحديات.
نهج الدكتور إيفريوني ينطبق على جميع الخلايا البشرية ، لكنه ذو أهمية خاصة في اضطرابات الدماغ. بمجرد تعيين سلالات المخ السليمة ، يمكن استخدامها كخط أساسي لمعرفة كيف يختلف نمو المخ لدى الأفراد الذين يعانون من اضطرابات مختلفة من المحتمل أن تنشأ في النمو ، مثل التوحد وانفصام الشخصية.
ياروسلاف 'أليكس' سافتشوك ، دكتوراه ، أستاذ مساعد ، قسم العلوم الطبية الحيوية ، جامعة ماركيت
"التصوير Panoptical السريع لأحجام الدماغ عن طريق مجسمة رباعي الزمان"
تسمح تقنيات التصوير البصري للدماغ الحديثة بمراقبة طبقة رقيقة من الدماغ ، لكن تصوير الكثير من نشاط الدماغ في الفضاء ثلاثي الأبعاد - مثل حجم المخ - أثبت أنه أمر مروع. لقد طور الدكتور سافتشوك منهجًا يتيح للباحثين رؤية ما يحدث ليس فقط على سطح الدماغ ، ولكن في عمق وبدقة أعلى من ذلك بكثير من أي وقت مضى.
العملية الأساسية - المجهري ثنائي الفوتون - تلتقط نشاط المخ من خلال البحث عن مضان في خلايا المخ المعدلة وراثيا لحيوانات المختبر. باستخدام ليزر واحد ، يتم تسجيل معلومات العمق ببطء شديد. مع وجود حزمين ليزر ، يحصل الباحثون بشكل أساسي على رؤية مجهرية - يمكنهم رؤية ما هو أقرب وأبعد ، ولكن لا تزال هناك "ظلال" مرئية حيث لا يمكن رؤية أي شيء (على سبيل المثال ، عندما ينظر الشخص إلى حافة لوحة الشطرنج ، بعض القطع قد يحظره القطع الأقرب.) يعمل الدكتور سافتشوك على حل هذه المشكلة من خلال إضافة حزمتين ليزريتين إضافيتين ، مما يعطي رؤية رباعية ويقلل بشكل كبير البقع العمياء. كما أنه يقوم بترتيب توقيت الليزر - الذي ينبض بسرعة - حتى يعرف الباحثون أي من الليزر رأى أي نشاط ، مهم لبناء نموذج ثلاثي الأبعاد دقيق للوقت.
يتضمن مشروع الدكتور سافتشوك أولاً تصميم النظام في محاكاة الكمبيوتر ، ثم إثبات تطبيقه باستخدام نماذج الماوس. هدفه هو تطوير طرق لتحديث المجاهر ثنائية الفوتونات الحالية من خلال إضافة أشعة الليزر ومن خلال ترقيات الأجهزة والبرامج ، مما يتيح للمختبرات الاستفادة من التكنولوجيا دون دفع ثمن نظام جديد بالكامل.
نانثيا سوثانا ، دكتوراه ، أستاذ مشارك ، قسم الطب النفسي وعلوم السلوك الحيوي ، جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس
"تسجيل وتحفيز نشاط لاسلكي وعملي قابل للبرمجة في تحريك البشر بحرية منغمسين في الواقع الافتراضي (أو المعزز)"
تمثل دراسة الظواهر العصبية البشرية العديد من التحديات - لا يمكن دراسة العقول البشرية مباشرة مثل أدمغة الحيوانات ، ومن الصعب إعادة (وتسجيل نتائج) الظواهر في بيئة معملية. تقترح الدكتورة سوثانا تطوير نظام يستخدم الواقع الافتراضي والمعزز لإنشاء سيناريوهات اختبار واقعية لمواضيعها. إنها تستخدم البيانات المسجلة بواسطة أجهزة الدماغ القابلة للزرع المستخدمة في علاج الصرع.
مئات الآلاف من الناس لديهم هذه الأجهزة المزروعة ، والعديد من الأجهزة المزروعة تسمح للبرمجة اللاسلكية واستعادة البيانات. يستفيد منه نهج الدكتورة سوثانا من هذا الأخير - فهذه الأجهزة تسجل جميع أنواع نشاط الدماغ العميق ، ويمكنها الاستفادة من البيانات المسجلة أثناء تفاعل الموضوعات في تجارب معتمدة على الواقع الافتراضي أو AR. الأهم من ذلك ، يمكن للأشخاص الانتقال بحرية لأنهم يحملون جهاز مراقبة نشاط الدماغ وتسجيل معهم. يمكن إجراء التقاط الحركة والقياسات الحيوية في وقت واحد ، وتجميع صورة كاملة من الردود.
يعمل الدكتور سوثانا مع فريق متعدد التخصصات لجعل النظام يعمل ؛ ويضم الفريق مهندسي الكهرباء والفيزيائيين وعلماء الكمبيوتر. يجب إثبات الحقائق الأساسية مثل زمن انتقال الإشارة حتى يمكن مزامنة البيانات وقياسها بدقة. في نهاية المطاف ، تعتقد أن سلوك البشر المتفاعل بحرية مع أكثر المحاكاة واقعية ممكنة سيتيح للباحثين فهم كيفية عمل الدماغ بشكل أكثر دقة. بالإضافة إلى الأسئلة العصبية الأساسية - مثل نشاط الدماغ والاستجابات الجسدية المصاحبة لإجراءات أو ردود فعل محددة للمحفزات - يُظهر النظام وعدًا بالبحث في اضطراب ما بعد الصدمة والحالات الأخرى التي يمكن فيها محاكاة العوامل البيئية في بيئة افتراضية محكومة.
