16. Juli 2018
Die McKnight Foundation gab die drei Empfänger von 600.000 USD an Zuschüssen im Rahmen des McKnight Technological Innovation in Neuroscience Awards 2018 bekannt und würdigte diese Projekte für ihr Potenzial, die verfügbaren Technologien auf dem Gebiet der Neurowissenschaften zu erweitern. Jedes der anerkannten Projekte wird in den nächsten zwei Jahren mit insgesamt 200.000 US-Dollar dotiert sein, um die Entwicklung bahnbrechender Technologien zur Abbildung, Überwachung und Modellierung von Gehirnfunktionen voranzutreiben. Die Preisträger 2018 sind:
- Michale S. Fee, Ph.D., vom Massachusetts Institute of Technology, für die Arbeit an einem speziell miniaturisierten Mikroskop zur Beobachtung neuronaler Aktivitäten in Singvögeln sowie für die Unterstützung neuer Datenverarbeitungstechnologien, die beispiellose Einblicke in das Gehirn beim Lernen ermöglichen.
- Dr. Marco Gallio von der Northwestern University, In diesem Projekt werden neue Methoden entwickelt, um synaptische Verbindungen im lebenden Gehirn von Fruchtfliegen neu zu verkabeln und sie zu validieren, indem Verbindungen zwischen erlerntem und angeborenem Verhalten untersucht werden.
- Sam Sober von der Emory University und Muhannad Bakir vom Georgia Institute of Technology, entwickeln eine neue Klasse flexibler Elektrodenarrays mit integrierter Datenverarbeitung, die eine große Anzahl von Stacheln in den Muskelfasern frei lebender Vögel und Säugetiere aufzeichnen können, um neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Gehirnsignale das Verhalten steuern.
(Erfahren Sie unten mehr über jedes dieser Forschungsprojekte.)
Über die McKnight Technology Awards
Seit der Gründung des Technology Award im Jahr 1999 hat der McKnight Endowment Fund for Neuroscience mehr als 13 Millionen US-Dollar für innovative Technologien für die Neurowissenschaften bereitgestellt. Der Stiftungsfonds ist insbesondere an Arbeiten interessiert, die neue und neuartige Ansätze zur Verbesserung der Manipulations- und Analysefähigkeit des Gehirns verfolgen. Technologien, die mit Unterstützung von McKnight entwickelt wurden, müssen letztendlich anderen Wissenschaftlern zur Verfügung gestellt werden.
"Es war wieder einmal ein Nervenkitzel, den Erfindergeist bei der Entwicklung neuer Neurotechnologien zu beobachten", sagte Markus Meister, Ph.D., Vorsitzender des Preiskomitees, und Anne P. und Benjamin F. Biaggini, Professor für Biologische Wissenschaften an der Caltech . „Die diesjährigen Auszeichnungen fördern eine inspirierende Reihe von Projekten: von miniaturisierten tragbaren Mikroskopen über flexible Elektroden, mit denen Muskelsignale bei sich bewegenden Tieren verfolgt werden können, bis hin zu einem molekularen Werkzeugkasten, mit dem sich das Gehirn buchstäblich neu verdrahten lässt. Innovationen in der Gehirnforschung sind lebendig und gut. “
Das diesjährige Auswahlkomitee setzte sich auch aus Adrienne Fairhall, Timothy Holy, Loren Looger, Liqun Luo, Mala Murthy und Alice Ting zusammen, die aus einem hart umkämpften Pool von 97 Bewerbern die McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards 2018 auswählten.
Die Absichtserklärung für den Preis für technologische Innovationen in den Neurowissenschaften für 2019 ist am Montag, den 3. Dezember 2018, fällig. Weitere Informationen zu den Preisen finden Sie unter www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience/technology-awards
2018 MCKNIGHT TECHNOLOGICAL INNOVATIONS IN NEUROSCIENCE AWARDS
Michale S. Fee, Ph.D., Glen V. und Phyllis F. Dorflinger, Professor für Computer- und Systemneurowissenschaften, Abteilung für Gehirn- und Kognitionswissenschaften, Massachusetts Institute of Technology; und Investigator, McGovern Institute for Brain Research
„Neue Technologien zur Abbildung und Analyse neuronaler Zustandsraumtrajektorien bei frei lebenden Kleintieren“
Das Studium der neuronalen Aktivität im Gehirn von Tieren ist seit langem eine Herausforderung für die Forscher. Gegenwärtige Ansätze sind unvollkommen: Die gegenwärtige Größe von Mikroskopen erfordert, dass Tiere in ihrer Aktivität eingeschränkt werden, und diese Mikroskope bieten ein begrenztes Sichtfeld für Neuronen. Dr. Fee und sein Labor haben Durchbrüche in der Miniaturisierung von Mikroskopen erzielt und entwickeln nun die Tools, die erforderlich sind, um zu sehen, was im Gehirn eines Tieres vor sich geht, während das Tier die Freiheit hat, natürliche Verhaltensweisen auszuführen.
Mit dem Kopfmikroskop kann Dr. Fee Veränderungen im Gehirn von Jungvögeln beobachten, wenn sie lernen, ihre Lieder zu singen. Während sie zuhören, wiederholen und lernen, dokumentiert Dr. Fee die neuronalen Schaltkreise, die sich als Teil dieses komplexen Lernprozesses entwickeln. Diese Schaltkreise beziehen sich auf menschliche Schaltkreise, die sich während des komplexen Lernens motorischer Abläufe bilden, z. B. beim Fahrradfahren, und sind unter bestimmten Bedingungen, einschließlich der Parkinson-Krankheit, gestört. Angesichts seines Ziels, einen natürlichen Lernprozess zu dokumentieren, ist es von entscheidender Bedeutung, in der Lage zu sein, neuronale Aktivitäten während natürlicher Verhaltensweisen aufzuzeichnen.
Zusätzlich zur Miniaturisierung kann das neue Mikroskop eine Größenordnung mehr Neuronen aufnehmen als andere Techniken, die für sich frei verhaltende Tiere verwendet werden. Außerdem wird es mit neuen Datenanalysen kombiniert, mit denen Forscher in Echtzeit Beobachtungen durchführen und ihre Werte anpassen können Experimente, die den Forschungsprozess beschleunigen. Es wird sofortige und umfassende Anwendungen für Forscher haben, die alle Arten von Gehirnverhalten bei kleinen Tieren untersuchen.
Marco Gallio, Ph.D., Assistenzprofessor, Abteilung für Neurobiologie, Northwestern University
„Verbindungen im lebenden Gehirn neu verkabeln“
Diese Forschung zielt darauf ab, unser Verständnis der Funktionsweise des Gehirns zu erweitern, indem es Wissenschaftlern ermöglicht, synaptische Verbindungen selektiv zu beschneiden und neue Verbindungen zwischen Neuronen zu fördern. Durch diese Umverdrahtung des Gehirns können die Forscher genauer verstehen, welche Zusammenhänge in bestimmten Untergruppen neurologischer Effekte eine Rolle spielen.
Jedes Neuron innerhalb eines Gehirnkreislaufs ist mit mehreren Zielen verbunden. Jedes Ziel kann eine eindeutige Funktion haben und daher die gleichen eingehenden Informationen auf eine völlig andere Weise verarbeiten. Beispielsweise enthalten einige bestimmte Neuronen im Gehirn der Fruchtfliege Informationen über die äußere Umgebung, die verwendet werden, um sich schnell von drohenden Bedrohungen zu lösen (ein angeborenes Verhalten), aber auch, um durch Lernen dauerhafte Assoziationen hervorzurufen.
Die vorgeschlagene Technologie ermöglicht es Forschern, die für jeden Prozess wichtigen Verbindungen zu lokalisieren, indem Synapsen zu den Lernzentren selektiv entfernt werden, während alle anderen Verbindungen intakt bleiben. Das Projekt zielt darauf ab, gentechnisch veränderte Designerproteine herzustellen, die entweder Abstoßung oder Anziehung / Adhäsion zwischen genetisch definierten synaptischen Partnern im intakten Gehirn lebender Tiere vermitteln. Die Forschung wird nicht nur nachweisen, dass eine solche Neuverdrahtung des Gehirns möglich ist, sondern auch neue Fruchtfliegenstämme mit einer einzigartigen Genetik hervorbringen, die sofort mit anderen Forschern geteilt werden können. Aufgrund ihres Designs können diese Tools leicht für die Verwendung in jedem Tiermodell modifiziert oder auf verschiedene Teile des Gehirns angewendet werden. Dies ermöglicht eine völlig neue Klasse neurologischer Studien mit tiefgreifenden Auswirkungen auf unser Verständnis der Funktionsweise des menschlichen Gehirns.
Sam Sober, Ph.D., außerordentlicher Professor, Department of Biology, Emory University; und Muhannad Bakir, Ph.D., Professor, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik und stellvertretender Direktor, Interconnect and Packaging Center, Georgia Institute of Technology
„Flexible Elektrodenarrays zur großflächigen Aufzeichnung von Spikes aus Muskelfasern in frei lebenden Mäusen und Singvögeln“
Unser Verständnis, wie das Gehirn die Muskelaktivität während des Verhaltens von Fachleuten koordiniert, wurde durch die zur Aufzeichnung dieser Aktivität verwendete Technologie eingeschränkt - normalerweise Drähte, die in Muskeln eingeführt werden und die nur die summierte Aktivität vieler einzelner Signale erfassen können, die das Nervensystem zur Steuerung der Muskeln verwendet. Drs. Sober und Bakir entwickeln ein sogenanntes "High Definition" -Sensorarray (eine Sammlung von vielen kleinen Sensoren), das viele dieser Probleme löst, indem es Forschern ermöglicht, sehr genaue elektrische Signale von einzelnen Muskelfasern zu erfassen und aufzuzeichnen.
Der vorgeschlagene Sensor hat viele Detektoren, die von einem Muskel aufzeichnen, ohne ihn zu beschädigen. (Frühere Ansätze beruhten auf Drähten, die beim Einführen die Muskeln beschädigen könnten, insbesondere auf kleinen Muskeln, die für die Feinmotorik verwendet wurden.) Die Arrays sind aus flexiblen Materialien gefertigt, die der Form eines Muskels entsprechen und sich bei Bewegungen des Tieres ändern. Da die Arrays exponentiell mehr Daten sammeln als frühere Geräte, verfügen sie außerdem über integrierte Schaltkreise zum Sammeln und Packen von Daten, bevor die Signale an den Computer des Forschers übertragen werden.
Eine Prototypversion des Arrays enthüllte bereits neue Erkenntnisse: Früher glaubte man, dass das Nervensystem die Muskelaktivität steuert, indem es nur die Gesamtzahl der elektrischen Spitzen reguliert, die an einen Muskel gesendet werden. Die genaue Erkennung ergab jedoch, dass Schwankungen im Millisekundenbereich der Multi-Spike-Timing-Muster das Verhalten der Muskeln beeinflussen. Die neuen Arrays sind für die Verwendung in Mäusen und Singvögeln konzipiert und helfen uns, die neuronale Steuerung vieler verschiedener qualifizierter Verhaltensweisen zu verstehen und möglicherweise neue Einblicke in neurologische Störungen zu erhalten, die sich auf die Motorik auswirken.
