Der Verwaltungsrat des McKnight Endowment Fund for Neuroscience freut sich bekannt zu geben, dass er sechs Neurowissenschaftler für den McKnight Scholar Award 2019 ausgewählt hat.
Die McKnight Scholar Awards werden an junge Wissenschaftler verliehen, die sich in einem frühen Stadium des Aufbaus eigener unabhängiger Labors und Forschungskarrieren befinden und sich der Neurowissenschaft verschrieben haben. „Die Forschung der diesjährigen McKnight Scholar-Preisträger veranschaulicht die spektakulären Fortschritte, die auf dem neuesten Stand der Neurowissenschaften erzielt werden“, sagt Dr. med. Kelsey C. Martin, Vorsitzender des Preiskomitees und Dekan der David Geffen School of Medicine an der UCLA. Seit Einführung des Preises im Jahr 1977 hat dieser prestigeträchtige Nachwuchspreis mehr als 235 innovative Ermittler finanziert und Hunderte bahnbrechender Entdeckungen ermöglicht.
„Die diesjährigen Wissenschaftler beschäftigen sich mit der Hirnbiologie auf verschiedenen Analyseebenen in verschiedenen Modellorganismen“, sagt Martin. „Durch Aufklärung der molekularen Struktur von Proteinen, Aufklärung der Zellbiologie von Gehirnzellen und Aufklärung der neuronalen Schaltkreise, die komplexen Verhaltensweisen zugrunde liegen, versprechen ihre Entdeckungen nicht nur Einblicke in die normale Gehirnfunktion, sondern auch in die Ursachen und möglichen Therapien von Gehirnstörungen . Im Namen des gesamten Ausschusses möchte ich allen Bewerbern für die diesjährigen McKnight Scholar Awards für ihr herausragendes Stipendium und ihr Engagement für die Neurowissenschaften danken. “
Jeder der folgenden sechs McKnight Scholar Award-Empfänger erhält drei Jahre lang 75.000 USD pro Jahr. Sie sind:
| Jayeeta Basu, Ph.D. New York University School of Medicine New York, NY |
Kortikale sensorische Modulation der Hippocampusaktivität und der räumlichen Repräsentation - Untersuchen Sie, wie unterschiedliche Eingaben aus verschiedenen Hirnregionen, die sich auf Raum und Sinne beziehen, zusammenwirken, um Erinnerungen an Erlebnisse zu bilden. |
| Juan Du, Ph.D. Van Andel Forschungsinstitut, Grand Rapids, MI |
Regulationsmechanismus von wärmeempfindlichen Rezeptoren im Nervensystem - Erforschung, wie verschiedene temperaturempfindliche Rezeptoren in Neuronen funktionieren und wie sie die Reaktionen auf äußere Hitze und Kälte sowie die innere Körpertemperatur beeinflussen. |
| Mark Harnett, Ph.D. Massachusetts Institute of Technology Cambridge, MA |
Beeinträchtigung der dendritischen Kompartimentierung zur Bewertung einzelner kortikaler Neuronenberechnungen - Untersuchung, wie Dendriten, die antennenartigen Eingangsstrukturen von Neuronen, zur Berechnung in neuronalen Netzen beitragen. |
| Weizhe Hong, Ph.D., Universität von California, Los Angeles Los Angeles, Kalifornien |
Neuronale Schaltungsmechanismen des mütterlichen Verhaltens - Erforschung der Rolle von Gehirnkreisläufen bei der Steuerung sozialer Verhaltensweisen, insbesondere der sexuell dimorphen Funktionen dieser Gehirnkreise und ihrer erfahrungsabhängigen Veränderungen. |
| Rachel Roberts-Galbraith, Ph.D. Universität von Georgia Athens, GA |
Regeneration des Zentralnervensystems bei Planaren - Eine Studie zur Regeneration des Zentralnervensystems bei einer bemerkenswerten Art von Plattwürmern, die nach fast jeder Verletzung ihr gesamtes Nervensystem perfekt nachwachsen lassen. |
| Shigeki Watanabe, Ph.D. Johns Hopkins Universität Baltimore, MD |
Mechanistische Einblicke in den Membranumbau an Synapsen - Untersuchen Sie die Art und Weise, wie Neuronen ihre Membranen innerhalb von Millisekunden für die synaptische Übertragung umbauen. Dies ist entscheidend für die Geschwindigkeit, mit der das Nervensystem arbeitet. |
Es gab 54 Bewerber für die diesjährigen McKnight Scholar Awards, die die beste junge neurowissenschaftliche Fakultät des Landes repräsentieren. Junge Fakultäten können nur während ihrer ersten vier Jahre in einer Vollzeit-Fakultätsposition ausgezeichnet werden. Neben Martin gehörten Dora Angelaki, Ph.D., New York University, zur Auswahlkommission der Scholar Awards; Gordon Fishell, Ph.D., Harvard University; Loren Frank, Ph.D., Universität von Kalifornien, San Francisco; Mark Goldman, Ph.D., Universität von Kalifornien, Davis; Richard Mooney, Ph.D., Medizinische Fakultät der Duke University; Amita Sehgal, Ph.D., Medizinische Fakultät der Universität von Pennsylvania; und Michael Shadlen, MD, Ph.D., Columbia University.
Bewerbungen für die Awards für das nächste Jahr werden im September vorliegen und sind Anfang Januar 2020 fällig. Weitere Informationen zu den Neuroscience Awards-Programmen von McKnight finden Sie auf der Website des Endowment Fund unter https://www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience
Über den McKnight-Stiftungsfonds für Neurowissenschaften
Der McKnight Endowment Fund for Neuroscience ist eine unabhängige Organisation, die ausschließlich von der McKnight Foundation in Minneapolis, Minnesota, finanziert wird und von einem Gremium prominenter Neurowissenschaftler aus dem ganzen Land geleitet wird. Die McKnight Foundation unterstützt die neurowissenschaftliche Forschung seit 1977. Die Stiftung gründete 1986 den Stiftungsfonds, um eine der Absichten des Gründers William L. McKnight (1887-1979) umzusetzen. Als einer der ersten Anführer der 3M Company hatte er ein persönliches Interesse an Gedächtnis- und Hirnkrankheiten und wollte, dass ein Teil seines Erbes dazu verwendet wird, Heilmittel zu finden. Der Stiftungsfonds vergibt jedes Jahr drei Arten von Auszeichnungen. Zusätzlich zu den McKnight Scholar Awards handelt es sich um die McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards, mit denen Startkapital für die Entwicklung technischer Erfindungen zur Verbesserung der Gehirnforschung bereitgestellt wird. und die McKnight Memory and Cognitive Disorders Awards für Wissenschaftler, die daran arbeiten, das Wissen aus der Grundlagenforschung auf Erkrankungen des menschlichen Gehirns anzuwenden, die sich auf das Gedächtnis oder die Kognition auswirken.
McKnight wissenschaftlicher Preis 2019
Jayeeta Basu, Ph.D., Assistenzprofessor am Institut für Neurowissenschaften,
New York Universität School of Medicine, New York, NY
Kortikale sensorische Modulation der Hippocampusaktivität und der räumlichen Repräsentation
Das Gehirn kann viele Informationen in einem Gedächtnis speichern, einschließlich des Ortes, an dem sie stattgefunden haben, und unter welchem sensorischen Kontext, wie z. B. Sehenswürdigkeiten, Geräusche, Gerüche, Belohnungen oder Bestrafungen. Wie genau diese verschiedenen Informationen zu episodischen Erinnerungen verknüpft sind und wie diese Erinnerungen in Zukunft sofort aus den Hinweisen abgerufen werden können, ist die Grundlage von Dr. Basus Forschungen. Dr. Basu und ihr Team werden insbesondere die Beziehung zwischen dem entorhinalen Kortex und dem Hippocampus untersuchen, um Erinnerungen an Orte zu bilden.
Zwei Teile der entorhinalen Kortikalis liefern unterschiedliche Inputs. Der mediale Entorhinalcortex (MEC) teilt räumliche Informationen wie Richtung, Entfernung und Orientierung, während der laterale Entorhinalcortex (LEC) kontextbezogene Informationen von den Sinnen liefert, einschließlich Geruch, Klang, Neuheit und Objekten. Eingaben von beiden werden an den Hippocampus geliefert und helfen dabei, wichtige Erinnerungen an Orte zu bilden, die in bestimmten Gruppen von „Ortszellen“ im Gehirn gespeichert sind, z. B. wo man Nahrung findet oder Bereiche, die man meiden muss, weil Raubtiere vorhanden sind. Entscheidend ist, dass diese Ortserinnerungen und die kognitive Weltraumkarte einerseits stabil gegenüber Umweltveränderungen wie Wetter oder Tageszeit und andererseits flexibel sind, da sich Nahrung oder Raubtiere bewegen können. Es ist wenig darüber bekannt, welche Informationen ausreichen und notwendig sind, um diese Erinnerungen zu erzeugen, zu bewahren und zu verändern, insbesondere wie diese durch sensorische Informationen aus dem LEC in Verbindung mit räumlichen Informationen aus dem MEC geformt werden.
Dr. Basu zielt darauf ab, die Schaltkreise zwischen dem LEC und bestimmten Hippocampus-Neuronen abzubilden. Ihr Labor wird direkt die Signale aufzeichnen, die von den dünnen Dendriten der Neuronen empfangen werden, wenn LEC-Signale mit oder ohne MEC-Signale und mit unterschiedlichen Signalstärken gesendet werden. Eine zweite Reihe von Experimenten mit Mäusen wird die Hypothese überprüfen, dass diese LEC-Eingaben die Schaffung von Ortserinnerungen unterstützen, während lernende Duftstimmungen das Verhalten auslösen, um Belohnungen an verschiedenen Orten zu suchen. Die Forscher werden sehen, wie das Ein- und Ausschalten von LEC-Signalen während des Lernens oder des Rückrufens die Aktivierung von Ortszellen im Gehirn und das Lernverhalten selbst beeinflusst. Diese Forschung könnte in zukünftigen Studien zur Alzheimer-Krankheit, PTBS und anderen Erkrankungen relevant sein, bei denen Gedächtnis und kontextuelle „Auslöser“ aktiviert werden.
Juan Du, Ph.D., Assistenzprofessor, Programm für Strukturbiologie, Zentrum für Krebs- und Zellbiologie, Van Andel Research Institute, Grand Rapids, MI
- https://dulab.vai.org/
Regulationsmechanismus von wärmeempfindlichen Rezeptoren im Nervensystem
Wenn es darum geht, Temperaturänderungen sowohl von außen als auch von innen zu erfassen und darauf zu reagieren, ist nur wenig über den genauen Mechanismus und den Prozess bekannt. Ionenkanalrezeptoren an Neuronen öffnen oder schließen sich, um den Durchgang von Signalen zu ermöglichen, und diese Kanäle können durch Chemikalien, mechanische Prozesse oder Temperatur aktiviert werden. Wie genau die Temperatur die temperaturaktivierten Kanäle aktiviert, ist jedoch unklar.
Dr. Du wird ein dreiteiliges Projekt durchführen, um die Geheimnisse zu entschlüsseln, wie Temperaturinformationen vom neuronalen System empfangen und verarbeitet werden. Sie betrachtet drei bestimmte Rezeptoren, einen, der von außen kühle und kalte Temperaturen erfasst, einen, der extreme äußere Hitze erfasst und einen, der warme Temperaturen im Gehirn erfasst (zur Regulierung der Körpertemperatur). Sie wird zunächst die Reinigungsbedingungen für diese Rezeptoren ermitteln Sie können extrahiert und in Laborexperimenten verwendet werden und funktionieren genauso wie Rezeptoren im Körper.
Ein zweites Ziel ist es zu sehen, welche Strukturen auf den Rezeptoren durch Temperatur aktiviert werden und wie sie funktionieren. Dazu gehört auch die Entwicklung neuer Therapeutika, die an diese Strukturen binden und diese regulieren können. Drittens werden, wenn die Strukturen verstanden sind, Validierungsexperimente durchgeführt, bei denen die Rezeptoren mutiert werden, um die Temperaturempfindlichkeit zu ändern oder zu entfernen, zunächst an Zellen und dann an Mäusen, um zu sehen, wie sich Änderungen an temperaturempfindlichen Rezeptoren auf das Verhalten auswirken. Wenn die Funktion und Regulation dieser Rezeptoren erst einmal verstanden ist, kann sie den Weg für die Behandlung bestimmter neurodegenerativer Erkrankungen, temperaturbedingter Erkrankungen und sogar der Schmerzbehandlung ebnen, da einige temperaturempfindliche Sensoren mit der Schmerzübertragung zusammenhängen.
Mark Harnett, Ph.D., Assistenzprofessorin für Gehirn- und Kognitionswissenschaften, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA
Beeinträchtigung der dendritischen Kompartimentierung zur Bewertung einzelner kortikaler Neuronenberechnungen
Das Gehirn kann auf Grund der Art und Weise, wie Neuronen miteinander vernetzt sind, eine erstaunliche Menge an Informationen verarbeiten und darauf reagieren. Es gibt jedoch noch mehr darüber zu lernen, wie Neuronen selbst funktionieren. Dr. Harnett untersucht die Rollendendriten - die baumartigen Strukturen, die von Neuronen ausgehen, wo Signale von anderen Neuronen empfangen werden -, um festzustellen, ob diese Substrukturen den einzelnen Neuronen die Möglichkeit geben, komplexere Berechnungen durchzuführen, als allgemein angenommen.
Konventionelle Weisheit ist, dass Neuronen Daten von anderen Neuronen aufnehmen, und wenn die Daten eine bestimmte Schwelle erreichen, feuert das Neuron und gibt die Informationen weiter. Dr. Harnett untersucht, wie die Dendriten selbst möglicherweise auch Signale filtern oder verstärken. Einige Zweige befinden sich näher am Soma (dem Ausgangsteil des Neurons) als andere, weshalb der Zweig, der ein Signal empfängt, die Wirkung des Signals beeinflussen kann. Außerdem scheinen einige Zweige von Dendriten verdrahtet zu sein, um nach bestimmten Signaltypen zu suchen und diese zu verstärken. Ein Zweig könnte sich beispielsweise darauf spezialisieren, Signale für sich schnell bewegende visuelle Stimuli mit hohem Kontrast weiterzuleiten, aber nicht für andere Stimuli.
Dr. Harnett untersucht Dendriten im visuellen System mit präzisen elektrischen und optischen Werkzeugen, um zu messen, wie sich Signale entlang der Dendritenäste ausbreiten, und um zu messen, wie die Veränderung der Dendriten die Funktionsweise des Neurons verändert. Diese Störungen ermöglichen es Dr. Harnett zu testen, ob die Hemmung von Signalen auf einem bestimmten Zweig eines Dendriten die Reaktion des neuronalen Netzwerks auf bestimmte visuelle Reize verändert. Zu lernen, dass ein einzelnes Neuron im Wesentlichen aus einem eigenen Netzwerk kleinerer Signalprozessoren besteht, würde unser Verständnis der Art und Weise, wie das Gehirn rechnet, verändern. Dies könnte sich unter anderem darauf auswirken, wie sich die künstliche Intelligenz, die sich an neuronalen Netzen orientiert, in den kommenden Jahren entwickelt.
Weizhe Hong, Ph.D., Assistenzprofessor, Abteilungen für Biologische Chemie und Neurobiologie, Universität von Kalifornien, Los Angeles, CA.
Neuronale Schaltungsmechanismen des mütterlichen Verhaltens
Viele soziale Verhaltensweisen weisen auffällige geschlechtsspezifische Unterschiede in ihren Ebenen und Formen auf und unterliegen erfahrungsabhängigen Veränderungen während des gesamten Lebens der Tiere. Ein prominentes Beispiel ist das Verhalten von Eltern, ein weit verbreitetes soziales Verhalten, das im gesamten Tierreich von wirbellosen Tieren bis hin zu Menschen verbreitet ist und für das Überleben der Nachkommen von entscheidender Bedeutung ist. Das Elternverhalten ist bei Männern und Frauen oft sehr unterschiedlich und kann sich drastisch ändern, wenn die Tiere reifen und gebären. Die dem Erziehungsverhalten zugrunde liegenden Hirnschaltungen und ihre Unterschiede zwischen Geschlecht und physiologischem Zustand sind jedoch nicht genau definiert.
Ein besonderer Schwerpunkt von Dr. Hongs Arbeit liegt auf der Untersuchung der Rolle einer evolutionär konservierten Gehirnregion, der Amygdala, bei der Kontrolle des Elternverhaltens. Während weibliche Mäuse in der Regel ein ausgeprägtes Verhalten bei der Welpenernährung zeigen, zeigen männliche Mäuse im Allgemeinen erst dann Elternverhalten, wenn ihre eigenen Nachkommen geboren werden. Die Geschlechtsunterschiede und der physiologische Wechsel im Verhalten der Mauseltern bieten eine hervorragende Gelegenheit, die neuronalen Mechanismen zu verstehen, die der geschlechtsdimorphen Darstellung des Elternverhaltens und seiner physiologisch zustandsabhängigen Übergänge zugrunde liegen.
Die Forschung wird spezifische molekular definierte neuronale Populationen identifizieren, die das Verhalten von Eltern vermitteln. Die Forschung wird auch die neuronalen Schaltkreise bei Männern und Frauen vergleichen, um zu verstehen, wie die neuronale Aktivität in diesen Neuronen das Elternverhalten reguliert. Diese Forschung liefert wichtige Einblicke in die neuronalen Grundlagen eines essentiellen Sozialverhaltens und in die Grundprinzipien sexuell dimorphen Verhaltens. Solche Erkenntnisse können auch unser Verständnis der Regulierung des elterlichen und sozialen Verhaltens von Menschen sowohl bei Gesundheit als auch bei Krankheit verbessern.
Rachel Roberts-Galbraith, Ph.D., Assistenzprofessor, Abteilung für Zellbiologie, Universität von Georgia, Athen, GA
Regeneration des Zentralnervensystems bei Planaren
Die Entwicklung eines zentralen Nervensystems bei einem Tier ist ein bemerkenswert komplexer Prozess. Die Regeneration eines beschädigten neuronalen Systems ist noch komplizierter, da dieselben Entwicklungsprozesse in einem Bereich, aber nicht in einem anderen, aktiviert werden müssen und die Neuronen neu verdrahtet werden müssen, damit sie wie zuvor funktionieren. Menschen haben eine sehr schlechte Regenerationsfähigkeit des Zentralnervensystems, so dass eine Schädigung des Gehirns oder des Rückenmarks häufig irreversibel ist. Dr. Roberts-Galbraith hofft, mehr darüber zu verstehen, wie neuronale Reparaturen durchgeführt werden können Erforschen Sie die Regeneration bei Planaren, einer bemerkenswerten Art von Plattwürmern, die auch nach dramatischen Verletzungen ihr gesamtes zentrales Nervensystem (und den Rest ihres Körpers) wieder aufbauen können.
Dr. Roberts-Galbraith hofft, durch die Untersuchung erfolgreicher neuronaler Regeneration in der Natur Details über den Mechanismus der neuronalen Regeneration und die Rolle verschiedener Zellen zu erfahren. Ein Ziel ist es zu untersuchen, ob Neuronen Verletzungen erkennen und Reparaturen selbst initiieren können, indem sie Signale senden, die das Nachwachsen auslösen und lenken. Dr. Roberts-Galbraith vermutet, dass Neuronen die planaren Stammzellen beeinflussen, die rekrutiert werden, um Teile des Zentralnervensystems (und andere Körperteile) nachwachsen zu lassen. Eine genaue Kontrolle der Stammzellen ist für die Regeneration von entscheidender Bedeutung, da Planarier das fehlende Gewebe treu ersetzen und niemals Tumore entwickeln.
Ein weiteres Ziel besteht darin, die Rolle von Gliazellen zu untersuchen, die traditionell als Leim des Nervensystems angesehen wurden, aber eindeutig eine wichtigere Rolle spielen als bisher angenommen. Gliazellen machen einen großen Teil des Nervensystems der Tiere aus und müssen zusammen mit Neuronen regeneriert werden. Sie modulieren wahrscheinlich auch die neuronale Regeneration. Die Hoffnung ist, dass diese Forschung ein besseres Verständnis dafür liefert, wie Regeneration in den erfolgreichsten Fällen stattfinden kann, und vielleicht neue Denkweisen über neuronale Regeneration beim Menschen aufzeigt.
Shigeki Watanabe, Ph.D., Assistenzprofessor für Zellbiologie und Neurowissenschaften, Johns Hopkins University, Baltimore, MD
Mechanistische Einblicke in den Membranumbau an Synapsen
Die blitzschnelle Geschwindigkeit neuronaler Netze ermöglicht es uns, die Welt um uns herum zu erfassen, zu bewerten und auf sie zu reagieren. Es hat auch Neuronen benötigt, um einige bemerkenswerte Eigenschaften zu entwickeln. In seiner Forschung wird Dr. Watanabe eine der bemerkenswertesten untersuchen - die Fähigkeit von Neuronen, ihre Membranen im Millisekunden-Zeitrahmen für die neuronale Kommunikation mithilfe von Prozessen umzugestalten, die nicht vollständig verstanden wurden.
Die Membran um ein Neuron muss sich anpassen, damit das Neuron wachsen, wandern und - was wichtig ist - andere Membranen während der neuronalen Kommunikation fusionieren und sich trennen können. In dem untersuchten Prozess verschmilzt eine "Blase" der Membran, die als synaptisches Vesikel bezeichnet wird, mit der neuronalen Membran, wonach sich ein neues Membranstück im Wesentlichen nach innen ausbaucht und abschnürt. Es wird angenommen, dass der verwendete Mechanismus, die Clathrin-vermittelte Endozytose, nicht schnell genug ist, um diese Vesikel in dem Zeitraum zu erzeugen und zu recyceln, in dem die synaptische Übertragung stattfindet. Dr. Watanabe entdeckte einen neuen Mechanismus, die ultraschnelle Endozytose, die den Prozess handhabt. Das Verständnis der Funktionsweise wurde jedoch durch die geringe Größe der Synapsen und die schnelle Geschwindigkeit dieses Prozesses erschwert.
Dr. Watanabe wird eine Technik namens Flash-and-Freeze-Elektronenmikroskopie verwenden, um diesen Prozess zu erforschen. Neuronen werden mit Licht - dem Blitz - stimuliert, dann wird der Prozess mit Hochdruckgefrieren in genauen Zeitintervallen von Mikrosekunden nach der Stimulation genau gestoppt. Die gefrorenen Synapsen können dann mit einem Elektronenmikroskop sichtbar gemacht werden. Dr. Watanabe nimmt eine Reihe von Bildern auf, die nach der Stimulation in verschiedenen Zeitintervallen eingefroren werden, und erstellt so eine schrittweise Visualisierung des Prozesses sowie eine Identifizierung der beteiligten Proteine und ihrer Wirkungsweise. Dies wird nicht nur zu einem besseren Verständnis der Funktionsweise von Neuronen führen, sondern auch Auswirkungen auf Krankheiten haben, die mit einer fehlerhaften neuralen Übertragung zusammenhängen, wie beispielsweise die Alzheimer-Krankheit.
