3. Dezember 2019
Der McKnight Endowment Fund for Neuroscience hat vier Projekte ausgewählt, die mit dem 2020 Memory and Cognitive Disorders Award ausgezeichnet wurden. Die Preise belaufen sich über einen Zeitraum von drei Jahren auf insgesamt 21,2 Mio. EUR für die Erforschung der Biologie von Gehirnerkrankungen, wobei jedes Projekt zwischen 2020 und 2023 2300.000 EUR erhält.
Die MCD Awards (Memory and Cognitive Disorders) unterstützen innovative Forschungsarbeiten von US-amerikanischen Wissenschaftlern, die sich mit neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen befassen, insbesondere im Zusammenhang mit Gedächtnis und Kognition. Die Auszeichnungen fördern die Zusammenarbeit zwischen Grundlagenforschung und klinischer Neurowissenschaft, um Laborentdeckungen über das Gehirn und das Nervensystem in Diagnosen und Therapien zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit umzusetzen.
"Wir freuen uns sehr, einige der besten Wissenschaftler und ihre Arbeit in diesem Jahr im Land auswählen zu können", sagte Dr. Ming Guo, Vorsitzender des Preiskomitees und Professor für Neurologie und Pharmakologie an der David Geffen School of Medicine der UCLA . „Diese Wissenschaftler beschäftigen sich mit Fragen, wie sich Vollnarkose und Schlaf auf das Gedächtnis auswirken und wie das Gedächtnis auf der Basisebene funktioniert. Gemeinsam wollen wir die zugrunde liegende Neurobiologie von Gedächtnis- und Hirnstörungen verstehen, die eines Tages zur Heilung einiger der verheerendsten Hirnstörungen führen wird, von denen Millionen Menschen auf der Welt betroffen sind. “
Die Preise sind inspiriert von den Interessen von William L. McKnight, der 1953 die McKnight Foundation gründete und die Erforschung von Krankheiten unterstützen wollte, die das Gedächtnis beeinflussen. Seine Tochter Virginia McKnight Binger und der Vorstand der McKnight Foundation gründeten 1977 zu seinen Ehren das McKnight-Neurowissenschaftsprogramm.
Pro Jahr werden bis zu vier Auszeichnungen vergeben. Die diesjährigen Preisträger sind:
Ehud Isacoff, Ph.D., Evan Rauch, Lehrstuhl für Neurowissenschaften, University of California, Berkeley; und Dirk Trauner, Ph.D. Janice Cutler Lehrstuhl für Chemie und außerordentliche Professorin für Neurowissenschaften und Physiologie, New York University & #8211; Photoaktivierung von Dopaminrezeptoren in Modellen der Parkinson-Krankheit: Dr. Isacoff und Dr. Trauner untersuchen, ob spezialisierte photoempfindliche Moleküle in das Gehirn von Mäusen eingeführt werden können (deren Dopaminempfang ähnlich wie beim Morbus Parkinson gestört wurde) und ihre kognitive Funktion durch Lichtaktivierung wiederhergestellt werden kann .
Mazen Kheirbek, Ph.D., Assistenzprofessor für Psychiatrie, Zentrum für integrative Neurowissenschaften, Universität von Kalifornien, San Francisco; und Jonah Chan, Ph.D., Professor für Neurologie, Weill Institute for Neurosciences, Universität von Kalifornien, San Francisco & #8211; Neue Myelinbildung bei der Systemkonsolidierung und beim Abrufen entfernter Speicher: Die Forschungen von Dr. Kheirbek und Dr. Chan untersuchen, warum manche Erinnerungen leichter zu merken sind als andere. Der Fokus liegt auf der unterschiedlichen Entwicklung von Myelinscheiden um die Axone einiger Neuronen während der kontextuellen Konditionierung.
Thanos Siapas, Ph.D., Professor für Computation und Neuronale Systeme, Abteilung für Biologie und Biotechnik, California Institute of Technology & #8211; Schaltungsdynamik und kognitive Konsequenzen der Vollnarkose: Dr. Siapas möchte ein tieferes Verständnis dafür erlangen, wie die Vollnarkose funktioniert und wie sie das Gehirn beeinflusst. Für das Projekt plant er, die Gehirnaktivität an narkotisierten Mäusen aufzuzeichnen und mithilfe von maschinellem Lernen Muster aufzudecken sowie die langfristigen Auswirkungen der Anästhesie zu untersuchen.
Carmen Westerberg, Ph.D., Associate Professor, Abteilung für Psychologie, Texas State University; und Ken Paller, Ph.D. Professor für Psychologie und James Padilla-Lehrstuhl für Künste und Wissenschaften, Abteilung für Psychologie, Northwestern University & #8211; Trägt die überlegene Schlafphysiologie zur überlegenen Gedächtnisfunktion bei? Implikationen für die Bekämpfung des Vergessens: Dr. Westerberg und Dr. Paller untersuchen die Rolle des Schlafes bei der Gedächtniskonsolidierung, indem sie Personen mit einem überlegenen autobiografischen Gedächtnis untersuchen. Die Analyse, inwiefern sich ihr Schlaf von der Gesamtbevölkerung unterscheidet, kann künftige Forschungsarbeiten ermöglichen, die denjenigen zugute kommen, die unter Gedächtnisverlust leiden.
Mit 100 Absichtserklärungen in diesem Jahr sind die Auszeichnungen sehr wettbewerbsfähig. Ein Ausschuss angesehener Wissenschaftler prüft die Briefe und fordert einige ausgewählte Forscher auf, vollständige Vorschläge einzureichen. Neben Dr. Guo gehören dem Komitee Sue Ackerman, Ph.D., Universität von Kalifornien, San Diego, an; Susanne Ahmari, Ph.D., Medizinische Fakultät der Universität Pittsburgh; Robert Edwards, MD, Universität von Kalifornien, San Francisco; Harry Orr, Ph.D., Universität von Minnesota; Steven E. Petersen, Ph.D., Washington Universität in St. Louis; und Matthew Shapiro, Ph.D., Albany Medical Center.
Absichtserklärungen für die 2021 Awards sind bis zum 2. März 2020 fällig.
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 (1887–1978), eines der ersten Führungskräfte der 3M Company, umzusetzen.
Der Stiftungsfonds vergibt jedes Jahr drei Arten von Auszeichnungen. Zusätzlich zu den Auszeichnungen für Gedächtnis und kognitive Störungen sind dies die McKnight-Preise für technologische Innovationen in den Neurowissenschaften, mit denen Startkapital für die Entwicklung technischer Erfindungen zur Förderung der Gehirnforschung bereitgestellt wird. und die McKnight Scholar Awards, die Neurowissenschaftler in der Frühphase ihrer Forschungskarriere unterstützen.
2020 McKnight Memory and Cognitive Disorders Awards
Ehud Isacoff, Ph.D., Evan Rauch-Lehrstuhl, Abteilung für Neurowissenschaften, Universität von Kalifornien, Berkeley; und Dirk Trauner, Ph.D. Janice Cutler Lehrstuhl für Chemie und außerordentliche Professorin für Neurowissenschaften und Physiologie, New York University
“Photoaktivierung von Dopaminrezeptoren in Modellen der Parkinson-Krankheit"
Dopamin ist allgemein bekannt für seine Assoziation mit der Schaffung positiver Empfindungen oder für seine Rolle bei der Sucht. Tatsächlich spielt Dopamin jedoch eine Vielzahl von Rollen, und es gibt fünf verschiedene Arten von Dopaminrezeptoren in Gehirnzellen, von denen jede viele komplizierte Downstream-Effekte in Bezug auf Bewegung, Lernen, Schlaf und mehr hat. Die Parkinson-Krankheit ist nicht nur eine Bewegungsstörung, sondern auch eine kognitive Störung, die durch einen Verlust des Dopamin-Inputs hervorgerufen wird.
Drs. Isacoff und Trauner erforschen neue Wege, um die Aktivierung von Dopaminrezeptoren in Gehirnen, die den bei Parkinson-Patienten festgestellten Rezeptionsverlust imitieren, genau zu steuern. Der Ansatz des Labors basiert auf einem synthetischen photoschaltbaren gebundenen Liganden (PTL) - im Wesentlichen einem Dopamin-Mimetikum, das über eine Leine an einen Anker gebunden ist und sich wiederum nur an bestimmte Dopaminrezeptoren in bestimmten Zellen bindet. Die PTLs werden in das Gehirn eingeführt, und optische Drähte liefern Lichtimpulse direkt an die Bereiche, in denen sich die PTLs befinden, ähnlich dem Aufbau, der zur Abgabe elektrischer Impulse bei der Tiefenhirnstimulation verwendet wird. In den Experimenten wird beobachtet, ob Tiere, bei denen die Dopaminsignalisierung ausgeschaltet war, die Bewegungskontrolle mithilfe gezielter PTLs und einer sofortigen und präzisen Reaktivierungsfunktion mit einem Schalter wiedererlangen können, ohne die unbeabsichtigten Nebenwirkungen pharmakologischer Fixierungen.
Die von Drs. Isacoff und Trauner werden den Prozess der Entwicklung und Bereitstellung dieser PTLs perfektionieren und möglicherweise deren Wirksamkeit demonstrieren. Dies könnte zu einer neuen Klasse von Behandlungen führen, nicht nur für Parkinson, sondern möglicherweise auch für andere Erkrankungen des Gehirns.
Mazen Kheirbek, Ph.D., Assistenzprofessor für Psychiatrie, Zentrum für Integrative Neurowissenschaften, Universität von Kalifornien, San Francisco; und Jonah Chan, Ph.D., Professor für Neurologie, Weill Institute for Neurosciences, Universität von Kalifornien, San Francisco
“Neue Myelinbildung bei der Systemkonsolidierung und beim Abrufen von Remotespeichern"
Das Gehirn ändert sich physisch, während es Daten aufnimmt und speichert - als ob Sie nach dem Speichern von Daten einen Computer öffnen und feststellen würden, dass ein Draht dicker geworden ist oder sich auch zu einem nahe gelegenen Stromkreis erstreckt. Dieser Prozess tritt insbesondere bei der Bildung von Myelinhüllen um Axone (ein Teil der Neuronen) auf, von denen gezeigt wurde, dass sie eine Rolle bei der Steigerung der Effizienz der Kommunikation innerhalb und zwischen neuronalen Schaltkreisen spielen, was das Abrufen einiger Erinnerungen erleichtern kann.
Was nicht verstanden wird, ist, ob sich diese Ummantelungen um Axone bilden, die mit einigen Erinnerungen mehr zu tun haben als mit anderen. Mit einem Mausmodell untersuchen Dr. Kheirbek und Dr. Chan diesen Prozess und versuchen zu verstehen, ob die Axone neuronaler Ensembles, die durch ängstliche Erlebnisse aktiviert werden, bevorzugt myelinisiert sind - im Wesentlichen, um traumatische Erinnerungen leichter in Erinnerung zu rufen - und wie dieser Prozess funktioniert und kann manipuliert werden. Erste Untersuchungen ergaben, dass die Angstkonditionierung zu einem Anstieg der Zellen führte, die Vorläufer für die Myelinbildung sind, und dass dieser Prozess an der langfristigen Konsolidierung von Angstgedächtnissen beteiligt war.
Ein Experiment markiert, welche Zellen während der kontextuellen Angstkonditionierung aktiviert werden, und beobachtet die Myelinisierung in diesen Zellen. Anschließend manipulieren die Forscher die elektrische Aktivität verschiedener Schaltkreise, um festzustellen, was die zusätzliche Myelinisierung verursacht. Zusätzliche Experimente werden beobachten, ob Mäuse, bei denen die Myelinneubildung unterdrückt wurde, die gleichen Angstreaktionen zeigen wie Mäuse mit normaler Myelinbildung. Ein drittes Experiment wird den gesamten Prozess mit hochauflösender Live-Bildgebung über einen langen Zeitraum beobachten. Die Forschung könnte Auswirkungen auf Zustände wie die Posttraumatische Belastungsstörung haben, bei denen traumatische Erinnerungen und Angstreaktionen aktiviert werden, oder auf Gedächtnisstörungen, bei denen der Rückruf gestört ist.
Thanos Siapas, Ph.D., Professor für Computation und Neuronale Systeme, Abteilung für Biologie und Biotechnik, California Institute of Technology
“Schaltungsdynamik und kognitive Konsequenzen der Vollnarkose"
Während die Vollnarkose (GA) ein Segen für die Medizin war, da sie Operationen ermöglichte, die bei wachen Patienten unmöglich wären, sind die genauen Auswirkungen der Vollnarkose auf das Gehirn und ihre Langzeitwirkungen kaum bekannt. Dr. Siapas und sein Team sind bestrebt, in einer Reihe von Experimenten unser grundlegendes Wissen über die Auswirkungen von GA auf das Gehirn zu erweitern, um die Funktion und Anwendung von GA zu erforschen, die eines Tages zu einer verbesserten Anwendung beim Menschen führen könnten.
Dr. Siapas zielt darauf ab, mithilfe von Multielektroden-Aufzeichnungen die Gehirnaktivität während der Anästhesie zu überwachen und maschinelle Lernansätze zur Erkennung und Charakterisierung von Mustern in den neuronalen Daten einzusetzen. Das Team zeichnet die Aktivität während der Induktion und des Austritts aus der GA sowie während des Steady State auf, um genau zu bestimmen, welche Zustände das Gehirn durchläuft. Diese Forschung kann besonders nützlich sein, um das interoperative Bewusstsein zu verstehen und zu verhindern, eine Situation, in der Patienten manchmal bewusst werden, was passiert, aber nicht in der Lage sind, sich zu bewegen, was zu einem schweren Trauma führen kann.
Ein abschließendes Experiment wird die langfristigen kognitiven Auswirkungen von GA untersuchen. Bei vielen Menschen treten nach der Anästhesie kurzfristige kognitive Beeinträchtigungen auf, ein kleiner Prozentsatz leidet jedoch an einer langfristigen oder dauerhaften kognitiven Beeinträchtigung. Das Team manipuliert die GA-Verabreichung (erneut bei Mäusen), prüft dann auf Lern- oder Erkennungsdefizite und zeichnet die mit diesen Defiziten verbundene Gehirnaktivität auf.
Carmen Westerberg, Associate Professor, Abteilung für Psychologie, Texas State University; und Ken Paller, Ph.D., Professor für Psychologie und James Padilla-Lehrstuhl für Künste und Wissenschaften, Abteilung für Psychologie, Northwestern University
& #8220; Trägt die überlegene Schlafphysiologie zu einer überlegenen Gedächtnisfunktion bei? Implikationen für die Bekämpfung des Vergessens & #8221;
Drs. Westerberg und Paller und ihr Team erhoffen sich Einblicke in den Prozess des Vergessens, indem sie die Schlafphysiologie von Menschen studieren, die fast nie vergessen. Diese Personen, die unter einer Krankheit leiden, die als „höchst überlegenes autobiografisches Gedächtnis“ oder HSAM bezeichnet wird, können sich mühelos mit der gleichen Klarheit an die winzigen Details jedes Tages ihres Lebens erinnern, sei es vor einer Woche oder vor 20 Jahren. Zum Vergleich: Die meisten Menschen können sich einige Wochen lang an die gleichen Details erinnern wie die mit HSAM, erinnern sich aber darüber hinaus nur an sehr wichtige Momente im Detail.
Die Schlafphysiologie wird als ein möglicher Unterschied zwischen jenen mit und jenen ohne HSAM vorgeschlagen. Es ist bekannt, dass der Schlaf eine wichtige Rolle bei der Gedächtniskonsolidierung spielt. Bei einer detaillierten Untersuchung der Gehirnaktivität von HSAM- und Kontrollpersonen im Schlaf werden die Muster langsamer Schwingungen (in Verbindung mit Gedächtniskonsolidierung) und Schlafspindeln (auch) aufgezeichnet, verglichen und analysiert im Zusammenhang mit der Konsolidierung stehen und bei HSAM-Personen auf hohem Niveau erfasst werden) und die Art und Weise, in der sie zusammen auftreten.
Eine zweite Studie enthält ein benutzerfreundliches Kopfband, mit dem die Probanden über einen Zeitraum von einem Monat zu Hause sowohl Schlaf- als auch Gedächtnisdaten messen können, um zu bestimmen, ob eine verbesserte Schlafphysiologie über mehrere Nächte hinweg zu einem besseren Gedächtnis für Ereignisse beiträgt, die sich in einem Monat ereignet haben vor. Darüber hinaus soll anhand der Reaktivierung von nicht autobiografischen Erinnerungen anhand der im Schlaf präsentierten akustischen Signale aufgezeigt werden, ob eine verbesserte Schlafphysiologie bei HSAM-Patienten das Gedächtnis auch für nicht autobiografische Erinnerungen verbessern kann. Drs. Westerberg und Paller hoffen, dass wir, wenn wir herausfinden, wie überlegen das Gedächtnis funktioniert, Muster bei Patienten mit suboptimaler Gedächtnisfunktion aufdecken können, z. B. bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit, und vielleicht neue Wege finden, um die Zustände zu verstehen und zu behandeln.
