Awardees

Ehud Isacoff, Ph.D., Evan Rauch Presidente, Departamento de Neurociencia, Universidad de California, Berkeley

Dirk Trauner, Doctor. Janice Cutler, Cátedra de Química y profesora adjunta de Neurociencia y Fisiología, Universidad de Nueva York

Fotoactivación de receptores de dopamina en modelos de enfermedad de Parkinson y #8217;

La dopamina es generalmente conocida por su asociación con la creación de sensaciones positivas o por su papel en la adicción. Pero, de hecho, la dopamina desempeña una amplia gama de funciones, y hay cinco tipos diferentes de receptores de dopamina encontrados en las células cerebrales, cada uno de los cuales tiene muchos efectos secundarios complicados relacionados con el movimiento, el aprendizaje, el sueño y más. Además de ser un trastorno del movimiento, la enfermedad de Parkinson también es un trastorno cognitivo y se produce por una pérdida de la entrada de dopamina.

Los Dres. Isacoff y Trauner están explorando nuevas formas de controlar con precisión la activación del receptor de dopamina en los cerebros que imitan la pérdida de recepción que se encuentra en los pacientes con Parkinson. El enfoque del laboratorio utiliza un ligando atado fotoconmutable sintético (PTL), esencialmente, un imitador de dopamina unido por una correa a un ancla, que a su vez se unirá solo a receptores de dopamina específicos en células específicas. Los PTL se introducen en el cerebro y los cables ópticos envían pulsos de luz directamente a las áreas donde están los PTL, de forma similar a la configuración utilizada para administrar impulsos eléctricos en la estimulación cerebral profunda. Los experimentos observarán si los animales a los que se les ha eliminado la señalización de dopamina pueden recuperar el control del movimiento utilizando PTL y luz específicos, al instante, reactivando con precisión la función con solo presionar un interruptor, sin los efectos secundarios no intencionados de las soluciones farmacológicas.

La investigación realizada por los Dres. Isacoff y Trauner perfeccionarán el proceso de desarrollo y entrega de estos PTL y potencialmente demostrarán su efectividad. Esto podría resultar en una nueva clase de tratamientos no solo para el Parkinson, sino también potencialmente para otros trastornos cerebrales.

Mazen Kheirbek, Ph.D., Profesor Asistente de Psiquiatría, Centro de Neurociencia Integrativa, Universidad de California, San Francisco

Jonás Chan, Ph.D., Profesor de Neurología, Instituto Weill de Neurociencias, Universidad de California, San Francisco.

Nueva formación de mielina en la consolidación de sistemas y recuperación de memorias remotas

El cerebro cambia físicamente a medida que absorbe y almacena datos, como si abriera una computadora después de guardar datos y descubriera que un cable se había vuelto más grueso o se había extendido también a un circuito cercano. Este proceso ocurre notablemente en la formación de vainas de mielina alrededor de los axones (una parte de las neuronas) que se ha demostrado que juegan un papel en el aumento de la eficiencia de la comunicación dentro y entre los circuitos neuronales, lo que puede facilitar el recuerdo de algunos recuerdos.

Lo que no se entiende es si estas vainas se forman alrededor de axones relacionados con algunos recuerdos más que con otros. Utilizando un modelo de ratón, el Dr. Kheirbek y el Dr. Chan están explorando este proceso, tratando de comprender si los axones de los conjuntos neuronales activados por experiencias temerosas están preferentemente mielinizados, esencialmente, haciendo que los recuerdos traumáticos sean más fáciles de recordar, y cómo este proceso funciona y puede ser manipulado La investigación preliminar encontró que el acondicionamiento del miedo resultó en un aumento en las células que son precursoras de la formación de mielina, y que este proceso estuvo involucrado en la consolidación a largo plazo de los recuerdos del miedo.

Un experimento marcará qué células se activan durante el condicionamiento contextual del miedo y observará la mielinización en esas células; luego, los investigadores manipularán la actividad eléctrica de distintos circuitos para determinar qué causa la mielinización adicional. Experimentos adicionales observarán si los ratones que han tenido una nueva formación de mielina suprimida exhiben las mismas respuestas de miedo que los ratones con formación normal de mielina. Un tercer experimento observará todo el proceso con imágenes en vivo de alta resolución durante un largo período. La investigación podría tener implicaciones para afecciones como el trastorno de estrés postraumático, donde se activan los recuerdos traumáticos y la respuesta al miedo, o los trastornos de la memoria donde se altera el recuerdo.

Thanos Siapas, Ph.D., Profesor de Computación y Sistemas Neurales, División de Biología e Ingeniería Biológica, Instituto de Tecnología de California

Dinámica de circuito y consecuencias cognitivas de la anestesia general

Si bien la anestesia general (GA) ha sido una bendición para la medicina al permitir cirugías que serían imposibles en pacientes despiertos, las formas exactas en que GA afecta el cerebro y sus efectos a largo plazo son poco conocidas. El Dr. Siapas y su equipo están buscando expandir nuestro conocimiento fundamental de los efectos de GA en el cerebro en una serie de experimentos, abriendo la puerta a una investigación adicional sobre la función y aplicación de GA que algún día podría conducir a un uso mejorado en humanos.

El Dr. Siapas tiene como objetivo utilizar grabaciones de múltiples electrodos para monitorear la actividad cerebral durante la anestesia, y emplear enfoques de aprendizaje automático para detectar y caracterizar patrones en los datos neuronales. El equipo registrará la actividad durante la inducción y la emergencia de GA, así como durante el estado estacionario, para determinar exactamente por qué estados pasa el cerebro. Esta investigación puede ser especialmente útil para comprender y ayudar a prevenir la conciencia interoperativa, una situación en la que los pacientes a veces se dan cuenta de lo que está sucediendo pero no pueden moverse, lo que puede provocar un trauma severo.

Un experimento final analizará el impacto cognitivo a largo plazo de la AG. Muchas personas experimentan impactos cognitivos a corto plazo después de la anestesia, pero un pequeño porcentaje sufre un deterioro cognitivo a largo plazo o permanente. El equipo manipulará la administración de GA (nuevamente en ratones), luego probará los déficits en el aprendizaje o la cognición, y registrará la actividad cerebral asociada con estos déficits.

Carmen Westerberg, Ph.D., Profesor Asociado, Departamento de Psicología, Texas State University

Ken Paller, Ph.D., Profesor de Psicología y Cátedra James Padilla en Artes y Ciencias, Departamento de Psicología, Universidad Northwestern

¿La fisiología superior del sueño contribuye a una función de memoria superior? Implicaciones para contrarrestar el olvido

Los Dres. Westerberg y Paller y su equipo esperan obtener una idea del proceso de olvido al estudiar la fisiología del sueño de las personas que casi nunca olvidan. Estas personas, que se dice que tienen una condición llamada "memoria autobiográfica muy superior", o HSAM, pueden recordar sin esfuerzo los detalles minuciosos de cada día de sus vidas con igual claridad, ya sea que sucedió la semana pasada hace 20 años. En comparación, la mayoría de los humanos pueden recordar la misma cantidad de detalles que aquellos con HSAM durante algunas semanas, pero más allá de eso solo recuerdan momentos especialmente significativos en detalle.

La fisiología del sueño se propone como una posible diferencia entre los que tienen HSAM y los que no. Se sabe que el sueño desempeña un papel importante en la consolidación de la memoria, y un estudio humano detallado de la actividad cerebral durante el sueño de HSAM y los individuos de control registrarán, compararán y analizarán los patrones de oscilaciones lentas (relacionadas con la consolidación de la memoria), los husos del sueño (también conectado a la consolidación, y registrado a altos niveles en individuos HSAM) y las formas en que ocurren conjuntamente.

Un segundo estudio presenta una banda para la cabeza fácil de usar que permitirá a los sujetos medir los datos de sueño y memoria en el hogar durante un período de un mes, para determinar si la fisiología del sueño mejorada durante varias noches contribuye a una memoria superior para los eventos que ocurrieron un mes anterior. Además, al guiar la reactivación de recuerdos que no son de naturaleza autobiográfica con señales sonoras presentadas durante el sueño, este estudio ayudará a revelar si la fisiología del sueño mejorada en individuos HSAM también puede mejorar la memoria para recuerdos no autobiográficos. Los Dres. Westerberg y Paller esperan que al descubrir cómo funciona la memoria altamente superior, podamos descubrir patrones en aquellos que padecen una función de memoria subóptima, como los que padecen la enfermedad de Alzheimer, y quizás encontrar nuevas formas de comprender y tratar las afecciones.

Denise Cai, Ph.D., Profesor Asistente, Departamento de Neurociencias, Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai

Mecanismos de circuito de enlace de memoria

El Dr. Cai estudia las formas en que los recuerdos y el aprendizaje se registran en el cerebro, con un enfoque particular en cómo las dinámicas temporales afectan estos procesos. Su investigación explora cómo la secuencia y el tiempo de las experiencias afectan la forma en que se almacenan, se vinculan y se recuerdan los recuerdos.

Su investigación tiene implicaciones importantes para el trastorno por estrés postraumático (TEPT), una condición devastadora que afecta a hasta 13 millones de estadounidenses, con una alta prevalencia de enfermedades entre los veteranos, casi el 20 por ciento. Las personas que sufren de trastorno de estrés postraumático experimentan de nuevo recuerdos traumáticos, que afectan dramáticamente su comportamiento y calidad de vida. Basándose en su investigación, el Dr. Cai ha planteado la hipótesis de que las experiencias negativas o traumáticas pueden ampliar la ventana de tiempo en la que se pueden vincular los recuerdos. En el cerebro de alguien que experimenta un trauma, ese miedo puede ser transferido a recuerdos no relacionados que pasaron horas, o incluso días, antes del evento traumático.

Para probar esta teoría, la Dra. Cai y sus colaboradores han desarrollado un Miniscope inalámbrico único para visualizar la actividad neuronal en ratones. El miniscopio está conectado a la cabeza de los ratones que vagan libremente en sus jaulas, mientras que la actividad neuronal se registra en tiempo real. El Dr. Cai puede observar y registrar qué neuronas se activan cuando se recuerdan las memorias y probar si la desactivación de neuronas específicas afecta el enlace de las memorias. La tecnología Miniscope le permite al Dr. Cai capturar y analizar la actividad cerebral en muchas experiencias a lo largo del tiempo, lo que es fundamental para comprender la vinculación de la memoria normal y disfuncional. La Dra. Cai espera que su investigación mejore nuestra comprensión de trastornos como el PTSD y conduzca al desarrollo de nuevos tratamientos para el trastorno.

Xin Jin, Ph.D., Profesor Asociado, Laboratorio de Neurobiología Molecular, Instituto Salk de Estudios Biológicos

Disección de parches estriados y compartimientos de matriz para el aprendizaje activo

El aprendizaje de acciones complejas y en secuencia es fundamental para la mayoría de las actividades humanas, desde montar una bicicleta hasta ingresar una contraseña de correo electrónico. El Dr. Jin y su equipo en Salk están explorando cómo el cerebro aprende, almacena y recuerda estas "memorias motoras". Además, el equipo estudiará cómo el conocimiento obtenido de las "memorias motoras" se traduce en actividad física, por ejemplo, obtener músculos para realizar automáticamente una secuencia completa de acciones precisas (levantar el brazo / contraer los dedos / extender el codo / doblar la muñeca) cuando el cerebro solo está dando una dirección consciente para una acción amplia (disparar a la pelota de baloncesto).

La investigación del Dr. Jin se centra en los ganglios basales, una parte del cerebro relacionada con el aprendizaje, la motivación y la toma de decisiones. Específicamente, el Dr. Jin busca comprender el papel y la actividad del parche estriatal y los compartimentos de la matriz de los ganglios basales y las vías a través de las cuales se produce la actividad neuronal durante el aprendizaje y la ejecución de comportamientos complejos.

Para realizar esta investigación, el Dr. Jin está trabajando con ratones que aprenderán una secuencia simple de empujes de palanca para ganar una recompensa de comida. El diseño de la secuencia le da al Dr. Jin una idea de cómo se inicia una secuencia de acción y cómo el cerebro dirige un cambio en la acción y luego detiene la secuencia. Se utilizarán técnicas ópticas avanzadas para observar y manipular la actividad neuronal en los compartimentos de parches y matrices para determinar cómo estos diferentes compartimentos y vías afectan el aprendizaje y la ejecución de comportamientos secuenciales. El proyecto del Dr. Jin y su equipo podría potencialmente conducir a curas o tratamientos para trastornos neurológicos, como la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Huntington y el trastorno obsesivo-compulsivo.

Ilya Monosov, Ph.D., Profesor Asistente de Neurociencias, Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis

Los mecanismos neuronales de la información que buscan bajo incertidumbre

Los humanos y otros animales a menudo están fuertemente motivados para saber qué les deparará su futuro. Sin embargo, aunque se sabe mucho acerca de cómo las recompensas motivan el comportamiento, se sabe muy poco acerca de los mecanismos neuronales de búsqueda de información: cómo se controla nuestra motivación para reducir nuestra incertidumbre sobre el futuro, qué procesos cerebrales están involucrados y cómo eso afecta el comportamiento.

Eliminar o reducir la incertidumbre sobre el futuro es una parte importante de la toma de decisiones. Al recopilar y evaluar datos, las personas y los animales pueden tomar decisiones que resultarán en resultados más positivos o en una reducción de las consecuencias negativas. Como resultado, la información que ayuda a reducir la incertidumbre tiene valor en sí misma.

El laboratorio de Monosov explorará los mecanismos neuronales de la toma de decisiones ante la incertidumbre y, en particular, cómo el cerebro anticipa obtener información y controla nuestro impulso para reducir la incertidumbre al asignar valor a la información. El proyecto también está diseñado para arrojar luz sobre qué factores (como la naturaleza del resultado o el grado de incertidumbre) influyen en el valor asignado a la información sobre el futuro y los procesos neuronales que intervienen en la adopción de medidas para obtener este conocimiento. Este trabajo puede resultar útil para tratar una variedad de afecciones asociadas con la toma de decisiones no adaptativa, como la adicción al juego (donde los sujetos asumen riesgos excesivos ante la evidencia) o ansiedad excesiva (donde los sujetos no asumen los riesgos más mínimos) ).

Elizabeth Buffalo, Ph.D., Profesor, Departamento de Fisiología y Biofísica, Facultad de Medicina de la Universidad de Washington; y Jefe de la División de Neurociencias del Centro Nacional de Investigación de Primates de Washington

Dinámica neural de la memoria y la cognición en la formación del primate hipocampo

La Dra. Buffalo y su equipo investigan los mecanismos que impulsan la memoria y la cognición mediante el estudio de cómo los cambios en la actividad neuronal de los primates no humanos se correlacionan con su capacidad para aprender y recordar. En este proyecto, los investigadores del Laboratorio Buffalo han entrenado monos macacos para usar palancas de mando mientras navegan a través de un entorno de juego virtual inmersivo, mientras se registra y analiza la actividad cerebral en el lóbulo temporal medio. El objetivo es obtener una mayor comprensión de cómo los conjuntos de neuronas en la formación del hipocampo de los primates apoyan la formación de la memoria, y si las teorías de organización de redes promovidas en roedores son aplicables a los primates. Sus hallazgos podrían arrojar una nueva luz sobre por qué el daño a estas estructuras puede comprometer la capacidad del cerebro para almacenar y recuperar información, abriendo el camino hacia nuevas terapias para personas con problemas de epilepsia, depresión, esquizofrenia y enfermedad de Alzheimer en el lóbulo temporal.

Mauricio R. Delgado, Ph.D., Profesor asociado, Departamento de Psicología, Universidad de Rutgers

La regulación de los recuerdos autobiográficos negativos a través de estrategias centradas en las emociones positivas

El laboratorio Delgado para neurociencia social y afectiva explora la interacción de la emoción y la cognición en el cerebro humano durante los procesos de aprendizaje y toma de decisiones. Aprovechando la investigación anterior del Dr. Delgado que revela que el recuerdo de recuerdos positivos puede reclutar sistemas de recompensa neuronal y amortiguar la respuesta del cortisol, él y su equipo investigarán si el enfoque en un aspecto positivo de un recuerdo negativo puede alterar la forma en que se recuerda ese recuerdo, e incluso cambia la sensación que induce la próxima vez que se recupere la memoria. Para hacerlo, los investigadores pedirán a los participantes del estudio que recuerden una memoria negativa a lo largo del tiempo, utilizando el análisis de comportamiento y fMRI para caracterizar los mecanismos neuronales involucrados en la regulación de las memorias autobiográficas negativas. Dichos hallazgos podrían conducir a nuevas herramientas y estrategias terapéuticas para mejorar la calidad de vida de las personas con trastornos mentales y de salud mental.

Bruce E. Herring, Ph.D., Profesor Asistente, Sección de Neurobiología, Departamento de Ciencias Biológicas, Facultad de Letras, Artes y Ciencias Dornsife, Universidad del Sur de California

Comprender la disfunción sináptica en el trastorno del espectro autista

El Dr. Herring y su equipo recientemente se centraron en un posible "punto caliente" para el desarrollo de trastornos del espectro autista, descubriendo ocho mutaciones diferentes relacionadas con el autismo agrupadas en el gen TRIO responsable de una proteína que impulsa la fuerza o la debilidad de las conexiones entre el cerebro Células. Ahora, los investigadores del Laboratorio de Herring desplegarán ratones diseñados como modelo animal para determinar si la interrupción de la función TRIO durante un período temprano crítico en el desarrollo cerebral impide la conexión entre las células cerebrales que contribuyen al desarrollo de ASD. Al aprender más sobre este prometedor punto de convergencia para los genes con riesgo de TEA, la investigación del Dr. Herring puede ayudar al desarrollo de nuevas teorías con respecto a los mecanismos moleculares que subyacen al autismo, arrojando nueva luz sobre cómo la disfunción sináptica contribuye a la enfermedad cognitiva.

Donna J. Calu, Ph.D., Profesor asistente en el Departamento de Anatomía y Neurobiología, Universidad de Maryland, Escuela de Medicina

Diferencias individuales en la señalización de atención en los circuitos de amígdala

La investigación de la Dra. Calu está motivada por su deseo de comprender la vulnerabilidad individual a la adicción, que se manifiesta en la compulsión de los adictos a buscar y consumir drogas incluso frente a las consecuencias negativas conocidas del abuso de drogas. En general, los humanos modifican su comportamiento cuando los valores de los resultados mejoran o empeoran repentinamente de lo esperado, pero la capacidad de modificar el comportamiento cuando las situaciones empeoran se ve comprometida en individuos adictos. Para comprender mejor el fenotipo vulnerable a la adicción, es fundamental comprender cómo difieren las personas antes de exponerse a las drogas de abuso. El laboratorio del Dr. Calu utiliza modelos animales para estudiar los mecanismos cerebrales que subyacen en el seguimiento de signos y el seguimiento de objetivos de las diferencias individuales en ratas. Los rastreadores de signos muestran un impulso motivador mayor desencadenado por señales asociadas con los alimentos y las drogas, mientras que los rastreadores de objetivos utilizan señales para orientar la respuesta flexible según el valor actual del resultado. El Dr. Calu está registrando la actividad en tiempo real de las neuronas individuales de la amígdala para examinar cómo se activan cuando los rastreadores de signos y objetivos realizan tareas que violan sus expectativas de recompensa. Ella también está inhibiendo selectivamente las neuronas para examinar el papel de las vías de la amígdala para dirigir la atención hacia las señales frente a las consecuencias negativas. La Dra. Calu considerará los hallazgos de su equipo en relación con la comprensión de la vulnerabilidad individual y la prevención de la adicción.

Fred H. Gage, Ph.D., Profesor, el Instituto Salk de Estudios Biológicos, y Matthew Shtrahman, MD, Ph.D., Profesor Asistente, Universidad de California, San Diego

Uso de imágenes de Ca2 + de dos fotones de Deep In Vivo para estudiar la separación de patrones temporales

Los Dres. Gage y Shtrahman están explorando cómo el hipocampo distingue experiencias similares para formar recuerdos discretos, un proceso denominado separación de patrones. Específicamente, están investigando cómo el hipocampo procesa información sensorial dinámica que varía con el tiempo durante la formación de la memoria. Enfocarán sus estudios en el giro dentado, una región dentro del hipocampo que se cree que es crítica para la separación de patrones y una de solo dos regiones dentro del cerebro de los mamíferos que genera nuevas neuronas a lo largo de la vida. Gage y Shtrahman usarán imágenes de calcio de dos fotones para probar la actividad de las neuronas recién nacidas en esta región cerebral profunda para comprender mejor esta importante función cerebral. La comprensión de estos mecanismos proporcionará información crucial sobre por qué nuestra capacidad para aprender y recordar disminuye con la edad y cómo la enfermedad del hipocampo conduce a un deterioro significativo de la memoria en trastornos como la enfermedad de Alzheimer y la esquizofrenia.

Gabriel Kreiman, Ph.D. Profesor asociado de oftalmología y neurología, Children's Hospital Boston, Harvard Medical School

Mecanismos conductuales, fisiológicos y computacionales que subyacen a la formación de la memoria episódica en el cerebro humano

Al mostrar clips de películas a individuos y determinar lo que son capaces de recordar de la visualización, el Dr. Kreiman y su equipo se esfuerzan por comprender cómo se crean los recuerdos episódicos. Los recuerdos episódicos "constituyen el tejido esencial de nuestras vidas", dice, abarcando todo lo que le sucede a un individuo y, en última instancia, forman la base de lo que somos. Dado que la formación de la memoria episódica es demasiado compleja para ser rastreada en la vida real, Kreiman utiliza las películas como proxy, ya que las personas desarrollan asociaciones emocionales con los personajes como lo hacen en el mundo real. Kreiman y su equipo están estudiando cuantitativamente los mecanismos de filtrado de comportamiento que llevan a recordar y olvidar y construyen un modelo computacional que predice qué contenido de la película será o no memorable para los sujetos. Kreiman está colaborando con el Dr. Itzhak Fried en UCLA, cuyo trabajo con pacientes con epilepsia brinda la oportunidad de estudiar la actividad de clavos neuronales en el hipocampo durante la formación de la memoria episódica. Su trabajo es significativo dado que los trastornos cognitivos que afectan la formación de la memoria tienen consecuencias devastadoras que hasta la fecha no se pueden tratar con medicamentos, terapias conductuales u otros enfoques.

Boris Zemelman, Ph.D., Profesor Asistente de Neurociencia, y Daniel Johnston, Ph.D., Profesor de neurociencia y director del Centro para el aprendizaje y la memoria, Universidad de Texas en Austin

Disfunción prefrontal en el síndrome de X frágil

Los investigadores del Centro de Aprendizaje y Memoria de Austin, Daniel Johnston y Boris Zemelman, se han unido para estudiar el papel de la corteza prefrontal (PFC) en el Síndrome de X Frágil (FXS). FXS resulta de una mutación en un gen llamado fmr1 y una pérdida de una proteína llamada FMRP, que altera la función neuronal. FXS es la forma hereditaria más común de discapacidad intelectual y la causa monogénica más común del autismo. Utilizando un modelo de ratón en el que el fmr1 se ha eliminado el gen, el laboratorio de Johnston ha estado estudiando un comportamiento similar a la memoria de trabajo simple llamado condicionamiento del parpadeo del ojo, en el cual el emparejamiento de una señal visual con un soplo de aire no contiguo conduce al cierre anticipado del párpado. Curiosamente, los ratones que carecen de la fmr1 El gen y la proteína FMRP no pueden aprender esta tarea. En este proyecto, los investigadores usarán los virus diseñados por Zemelman para eliminar o reemplazar el FMRP en neuronas específicas del PFC, y luego examinar el comportamiento animal, el complemento de proteínas neuronales y los patrones de disparo de las células PFC seleccionadas. A largo plazo, su investigación es prometedora para los enfoques clínicos de FXS y autismo al determinar los objetivos celulares óptimos para las intervenciones terapéuticas.

David J. Foster, Ph.D., Profesor asociado de neurociencia, Facultad de medicina de la Universidad Johns Hopkins

El doble papel de las secuencias de células de lugar del hipocampo en el aprendizaje y la memoria.

David Foster y su equipo están explorando preguntas fundamentales sobre la memoria y cómo funciona el hipocampo a medida que planificamos acciones futuras que dependen de lo que hicimos en el pasado. Si bien se sabe que las mismas neuronas en el hipocampo se activan cuando nos encontramos con un lugar físico en el que hemos estado antes, esto todavía no explica qué tienen que ver las células del hipocampo con la memoria. El equipo de Foster está interesado en la secuencia de patrones de disparo emitidos cuando ratas y ratones anticipan moverse a través de un espacio físico, en efecto, mapeando el viaje en el tiempo mental o la memoria episódica del hipocampo. Foster y su equipo determinarán lo que sucederá cuando interrumpan las secuencias cerebrales e intenten alterar el comportamiento esperado. La disfunción del hipocampo y el deterioro de la memoria son una característica central en muchas enfermedades cerebrales e incluso en el envejecimiento normal, lo que subraya la necesidad de ampliar nuestra comprensión de las bases neuronales de la memoria episódica.

Ueli Rutishauser, Ph.D. Profesor Asistente de Neurocirugía, Centro Médico Cedars-Sinai; Asociado visitante (cita conjunta), Instituto de Tecnología de California
Adam Mamelak, MD, Profesor de neurocirugía, Cedars-Sinai Medical Center

Hippocampal theta coordinación mediada por el ritmo de la actividad neuronal en la memoria humana

Los Dres. El equipo interdisciplinario de médicos e investigadores de Rutishauser y Mamelak decodifica lo que hacen las células del cerebro humano al crear nuevos recuerdos y recordarlos. Trabajan con pacientes a los que se les han implantado electrodos en el cerebro como parte de los procedimientos neuroquirúrgicos. Mientras los pacientes se someten a tratamiento, el equipo de investigación administra las pruebas de memoria y registra la actividad de neuronas individuales en el hipocampo, una estructura cerebral necesaria para formar nuevos recuerdos. Usando esta técnica, el equipo está investigando cómo la actividad neuronal está coordinada por los ritmos cerebrales y cómo dicha coordinación permite la formación de nuevos recuerdos. Se cree que la deficiente coordinación neuronal es una causa clave de los trastornos de la memoria. Por lo tanto, estudiar cómo los cerebros humanos forman nuevos recuerdos y analizar específicamente cómo las oscilaciones theta coordinan la actividad entre diferentes tipos funcionales de neuronas podría conducir a una mejor comprensión de cómo la terapia de estimulación y la medicina pueden ayudar a restaurar la función de la memoria.

Daphna Shohamy, Ph.D., Profesor Asociado de Psicología y Zuckerman Mind, Brain, Behavior Institute, Columbia University

Cómo la memoria episódica guía las decisiones: mecanismos neuronales e implicaciones para la pérdida de memoria

El Dr. Shohamy está investigando cómo se usan los recuerdos cuando tomamos decisiones. Incluso las decisiones más simples, como qué pedir para el almuerzo, dependen de la memoria de experiencias pasadas. Para comprender los procesos cerebrales mediante los cuales se utiliza la memoria para guiar las decisiones, el equipo del Dr. Shohamy combinará dos enfoques diferentes. Utilizarán fMRI para analizar la actividad cerebral mientras que las personas sanas toman una serie de decisiones simples y analizarán la contribución de las regiones de la memoria en el cerebro al proceso de toma de decisiones. También compararán la toma de decisiones entre personas sanas con pacientes con pérdida severa de memoria. El Dr. Shohamy está colaborando con el neurobiólogo, el Dr. Michael Shadlen, quien estudia cómo las neuronas acumulan evidencia para tomar decisiones perceptivas simples. Su investigación reúne dos cuerpos diferentes de investigación: cómo el cerebro recuerda los recuerdos y cómo acumula evidencia para tomar decisiones. El objetivo a largo plazo de la investigación es mejorar la calidad de vida de los pacientes con pérdida de memoria mediante la comprensión de cómo la pérdida de memoria afecta las decisiones diarias y la creación de intervenciones que solucionen este problema.

Kimberley Tolias, Ph.D., Profesor asociado, Baylor College of Medicine
Andreas Tolias, Ph.D., Profesor asociado, Baylor College of Medicine

Estudio de trazas de memoria global en resolución de sinapsis única

Las neuronas en nuestros cerebros se comunican entre sí a través de conexiones sinápticas, que se vuelven más fuertes o más débiles durante el aprendizaje. Sin embargo, solo una pequeña fracción de los billones de sinapsis en el cerebro participa en la formación de una sola memoria. La Dra. Kimberley Tolias y su esposo, el Dr. Andreas Tolias, están reuniendo su experiencia respectiva en neurociencia molecular y de sistemas para desarrollar una forma de etiquetar las sinapsis específicas asociadas con las memorias individuales. Llaman a esta herramienta Multi-color Neuronal Inducible Memory Engram Stamping, o MNIMES ("memorias" en griego). Este enfoque les ayudará a comprender mejor cómo se forman los recuerdos en cerebros sanos, y también cómo se altera este proceso en enfermedades neuropsiquiátricas como el autismo o el Alzheimer. Su investigación podría potencialmente conducir a nuevos tratamientos genéticos o farmacéuticos para restablecer la función sináptica normal y la plasticidad en estas enfermedades. Los miembros clave de los laboratorios Tolias que impulsan este proyecto son los Dres. Joseph Duman y Jacob Reimer.

Jacqueline Gottlieb, Ph.D. Profesor Asociado de Neurociencia, Universidad de Columbia

Dinámica poblacional que codifica incertidumbre y recompensa en la corteza frontal y parietal.

Gottlieb está investigando la naturaleza de la atención y postula que dos factores principales, la recompensa y la incertidumbre, atraen la atención y están implicados en muchas enfermedades psiquiátricas, como las adicciones, el TDAH, la ansiedad y la depresión. Utilizando los sistemas visuales de los monos y observando grandes poblaciones de neuronas registradas juntas, su laboratorio investigará cómo la incertidumbre y la recompensa están implicadas en la atención y el control del movimiento ocular.

Michael Greicius, MD, MPH, Profesor asociado de neurología, Universidad de Stanford

Elucidar la interacción entre el sexo y APOE en el riesgo de enfermedad de Alzheimer

Más de la mitad de los pacientes de Alzheimer tienen una variante genética llamada APOE4, que representa un mayor riesgo para las mujeres que para los hombres. Greicius planea investigar APOE4 en humanos, buscando variantes en otros genes que interactúan con APOE4 de manera diferente por género, y preguntando si la disminución del estrógeno en la menopausia podría aumentar el riesgo en las mujeres. El objetivo es obtener nuevos conocimientos sobre cómo APOE4 aumenta el riesgo de enfermedad de Alzheimer, ayudar potencialmente a identificar nuevos tratamientos y quizás conducir a recomendaciones para el reemplazo hormonal según el estado de APOE4.

Stephen Maren, Ph.D., Profesor de Psicología e Instituto de Neurociencias, Universidad de Texas A&M

Interacción prefrontal-hipocampal en la recuperación de la memoria contextual

Maren busca comprender los sistemas y circuitos cerebrales que ubican los recuerdos en contexto, un proceso que define qué, cuándo y dónde han ocurrido los eventos en nuestras vidas. Muchos trastornos de la memoria, incluida la enfermedad de Alzheimer, se asocian con la incapacidad de recordar los ricos detalles contextuales de una experiencia. Maren utilizará métodos farmacogenéticos de vanguardia en ratas para manipular las neuronas en el tálamo que interconectan la corteza prefrontal y el hipocampo para caracterizar cómo estas conexiones contribuyen a la memoria.

Philip Wong, Ph.D., Profesor de Patología y Neurociencia, y Liam Chen, MD, Ph.D., Profesor Asistente de Patología, Johns Hopkins University

Caracterización y validación de una nueva diana terapéutica en modelos animales TDP-43 de demencia frontotemporal

La demencia frontotemporal (FTD), un grupo de trastornos complejos que resultan de la neurodegeneración de los lóbulos frontal y temporal, es una forma importante de demencia que afecta a personas menores de 65 años. Wong y Chen esperan llenar un vacío en la capacidad para tratar estas enfermedades. Ellos plantean la hipótesis de que la pérdida de la función de una proteína en particular, TDP-43, está involucrada. El TDP-43 podría potencialmente regular una amplia variedad de objetivos moleculares que son relevantes en la pérdida de memoria y el deterioro cognitivo en la FTD. Su laboratorio realizará pruebas de detección de drogas en moscas de la fruta para descubrir posibles objetivos potenciales para el desarrollo de fármacos.

Nicole Calakos, MD, Ph.D., Profesor Asociado de Neurología y Neurobiología, y Henry Yin, Ph.D., Profesor asistente de psicología y neurociencia, Universidad de Duke

Del buen hábito al mal: examinar la relación entre el aprendizaje del hábito y la compulsividad

Calakos y Yin están explorando cómo el patrón de actividad de disparo entre distintos tipos de células en los ganglios basales cambia con el aprendizaje. Aunque se sabe mucho sobre lo que sucede en las conexiones sinápticas en el cerebro durante el proceso de aprendizaje, se sabe mucho menos sobre cómo se integran estos cambios para influir en el disparo neuronal entre poblaciones de neuronas en un circuito determinado. Los investigadores han desarrollado un enfoque para examinar el aprendizaje a este nivel y lo aplicarán para examinar cómo la actividad neuronal cambia en el cuerpo estriado a medida que se aprenden los hábitos y si una aberración del proceso de aprendizaje del hábito normal conduce a conductas compulsivas. Este trabajo tiene potencial para mejorar nuestra comprensión de cómo el aprendizaje del hábito se codifica en el estriado y cómo el proceso se puede interrumpir en el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) y los trastornos relacionados.

Edward Chang, MD, Profesor Asociado de Cirugía Neurológica y Fisiología, Universidad de California, San Francisco

Cómo aprendemos las palabras: la neurofisiología de la memoria verbal.

En la infancia y la edad adulta, construimos y mantenemos vocabularios masivos, pero no sabemos exactamente cómo. Debido a que el lenguaje es exclusivo de los humanos, Chang planea estudiar los mecanismos de aprendizaje de palabras en las personas, específicamente, los pacientes que se someten a procedimientos neuroquirúrgicos y se les han implantado electrodos en el cerebro para indicaciones clínicas, como la localización de la epilepsia. Espera obtener nuevos conocimientos importantes sobre cómo se coordinan las redes cerebrales para aprender palabras. Debido a que las dificultades para encontrar palabras son un síntoma común relacionado con el envejecimiento y muchas afecciones neurológicas, como la enfermedad de Alzheimer, el accidente cerebrovascular y la afasia, los nuevos tratamientos que pueden preservar o mejorar la función cerebral en estas afecciones dependerán de la comprensión de cómo se aprenden las palabras.

Adam Kepecs, Ph.D., Profesor Asociado, Laboratorio Cold Spring Harbor

Señales de transmisión cognitiva específicas de tipo celular desde el núcleo basal

El laboratorio de Kepecs está estudiando el núcleo basal (NB), un sistema neuromodulador de vital importancia pero poco conocido, cuya degeneración es paralela a la disminución de las funciones cognitivas en pacientes con enfermedad de Alzheimer, demencia de Parkinson y deterioro cognitivo normal relacionado con la edad. Hay evidencia de que NB tiene roles en el aprendizaje y la atención, pero no se sabe qué señales envía este sistema a la corteza. Para obtener un conocimiento fundamental al respecto, Kepecs registrará neuronas colinérgicas NB identificadas en ratones que se comportan. La investigación, que combina electrofisiología del comportamiento, psicofísica cuantitativa y técnicas optogenéticas, determinará qué señales específicas de las neuronas y cuándo, y si tienen las señales adecuadas para apoyar el aprendizaje y la atención. El conocimiento de los patrones de disparo en estas neuronas proporcionará información crítica para el desarrollo de tratamientos terapéuticos para enfermedades cognitivas.

John Wixted, Ph.D., Distinguido profesor de psicología, y Larry Squire, Ph.D., Profesor de psiquiatría, neurociencias y psicología, Universidad de California, San Diego

La representación de la memoria episódica y semántica en neuronas individuales del hipocampo humano.

Los investigadores están explorando si las neuronas individuales en diferentes subregiones del hipocampo humano codifican los recuerdos. La cuestión de cómo el cerebro almacena los recuerdos se ha examinado utilizando otras metodologías, pero todas han tenido limitaciones. Para esta investigación, Wixted y Squire están colaborando con el Dr. Peter Steinmetz en el Instituto Neurológico Barrow para pedir a los pacientes que memoricen una serie de imágenes y / o palabras. Los científicos medirán la actividad de las neuronas individuales en diferentes áreas del hipocampo a medida que los pacientes recuerden esos elementos. El objetivo a largo plazo es crear una base para el desarrollo de intervenciones clínicas diseñadas para disminuir el deterioro de la memoria asociado con el envejecimiento y para retardar la progresión de las enfermedades neurodegenerativas en el hipocampo que afectan profundamente la capacidad de recordar.

Alison Barth, Ph.D., Universidad de Carnegie mellon

Captura específica de células de la plasticidad dependiente de la experiencia en el neocórtex.

Utilizando un modelo de ratón que permite grabaciones electrofisiológicas dirigidas de circuitos neocorticales, Barth trabajará para identificar neuronas específicas modificadas por la experiencia y para observar las entradas sinápticas de estas células, y también para tratar de impulsar cambios en un cierto subconjunto de células in vivo. La pregunta central es cómo experimenta la transformación de las células y las conexiones entre las células, y qué hay de este proceso que es tan crítico para el aprendizaje y la memoria.

Charles Gray, Ph.D., Universidad Estatal de Montana

Procesamiento distribuido de la cognición subyacente.

El laboratorio de Gray acaba de desarrollar un instrumento que puede medir la actividad neuronal en monos rhesus con una resolución temporal y espacial muy alta desde muchas ubicaciones. Durante el período de concesión, Gray planea medir la actividad neuronal de grandes áreas del cerebro para obtener una perspectiva amplia sobre cómo y dónde se codifica la información cuando el cerebro guarda algo en la memoria a corto plazo.

Geoffrey Kerchner, MD, Ph.D., y Anthony Wagner, Ph.D., Universidad Stanford

Estructura y función del hipocampo en el deterioro cognitivo.

Kerchner planea usar dos tecnologías de resonancia magnética (IRM) de alta resolución para estudiar las subregiones interconectadas del hipocampo para ver cómo se ven afectadas en la enfermedad de Alzheimer. Estudiará la estructura física del hipocampo con una tecnología y, en colaboración con Wagner, utilizará la otra tecnología para estudiar cómo los grupos de células nerviosas del hipocampo se activan durante los ejercicios de memoria.

Attila Losonczy, MD, Ph.D., Universidad de Colombia

Disección de las disfunciones del microcircuito del hipocampo que subyacen a los déficits de la memoria cognitiva en la esquizofrenia

El objetivo de Losonczy es avanzar en la comprensión de los procesos de memoria en cerebros sanos y enfermos para identificar objetivos clave para prevenir y tratar estos déficits de memoria. Usando modelos de ratón, planea usar imágenes funcionales in vivo de vanguardia para observar y manipular circuitos neurales en el hipocampo de roedores durante conductas de memoria, rastreando cómo funcionan estas neuronas en el aprendizaje normal y cómo se alteran en la esquizofrenia.

Ben Barres, MD, Ph.D., Profesor de neurobiología, Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford

¿Los astrocitos controlan la rotación sináptica? Un nuevo modelo para determinar qué causa la enfermedad de Alzheimer y cómo prevenirla

A medida que nuestros cuerpos envejecen, es probable que se necesite algún mecanismo para eliminar las sinapsis del envejecimiento en el cerebro para que puedan ser reemplazadas por otras nuevas. Barres está investigando si los astrocitos desempeñan este papel y, de ser así, qué sucede si su trabajo se ve afectado. El trabajo tiene potencial para mejorar la comprensión y el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer.

Wen-Biao Gan, Ph.D. Profesor asociado de fisiología y neurociencia, Facultad de medicina de la Universidad de Nueva York

Función microglial en el aprendizaje y trastornos de la memoria

Gan está investigando si la microglia juega un papel importante en el aprendizaje y la formación de la memoria. Usando una nueva línea de ratones transgénicos que desarrolló, él examinará cómo eliminar la microglía o hacerlos disfuncionales afecta los circuitos neuronales. Los estudios proporcionarán información para la comprensión y el tratamiento de trastornos cerebrales como el autismo, el retraso mental y la enfermedad de Alzheimer.

Elizabeth Kensinger, Ph.D., Profesor Asociado de Psicología, Boston College

Cambios en la dinámica temporal y la conectividad de las redes de memoria emocional a lo largo de la vida adulta

Kensinger está estudiando el impacto de las emociones en la memoria. Su investigación toma una perspectiva de vida, evaluando la memoria y la actividad neuronal de adultos de 18 a 80 años. Examinará cómo se recupera la información emocional, incluidas las dimensiones espaciales y temporales de la recuperación de la memoria. La investigación tiene potencial para avanzar en la comprensión de los cambios de memoria asociados con la edad, así como trastornos como la depresión y el síndrome de estrés postraumático.

Brian Wiltgen, Ph.D., Profesor Asistente de Psicología, Universidad de Virginia

Reactivación de redes de memoria neocortical durante la consolidación.

Los nuevos recuerdos están codificados por el hipocampo y, con el tiempo, se almacenan permanentemente en regiones del neocórtex. Wiltgen está explorando los mecanismos biológicos que subyacen a este proceso de almacenamiento, utilizando nuevas técnicas para controlar la actividad de los circuitos de memoria en el hipocampo y el neocórtex. El trabajo tiene implicaciones para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades que afectan la memoria.

Cristina Alberini, Ph.D., Profesor de Neurociencia, Escuela de Medicina Mount Sinai

El papel de los astrocitos en la memoria y los trastornos cognitivos

Alberini se centra en la interacción entre neuronas y astrocitos en la formación de la memoria. Explorará la hipótesis de que los defectos en esta interacción pueden causar alteraciones cognitivas y buscarán nuevos tratamientos potenciales para la descomposición cognitiva relacionada con el envejecimiento y la neurodegeneración.

Anis Contratista, Ph.D., Profesor Asistente de Fisiología, Northwestern University School of Medicine

Activación de mGluRs del Grupo I para reprimir la memoria del miedo

Los ratones que carecen de los receptores de glutamato llamados mGluR5 no pueden extinguir los recuerdos temerosos. El contratista planea estudiar el papel de estos receptores, mapeando los circuitos cerebrales involucrados en aprender a temer las situaciones apropiadas y suprimir el miedo inapropiado. También verá si las nuevas drogas pueden acelerar el proceso de aprender a no tener miedo excesivo. Medicamentos similares pueden ser útiles en el tratamiento de trastornos de ansiedad humanos.

Loren Frank, Ph.D., Profesor Asistente de Fisiología, y Mary Dallman, Ph.D., Profesor Emerita de Fisiología, Universidad de California, San Francisco

Un enfoque a nivel de circuito para comprender y tratar los trastornos de la memoria relacionados con el estrés

Frank y Dallman están examinando si pequeñas alteraciones en la actividad cerebral podrían ayudar a minimizar los efectos a largo plazo del estrés en el aprendizaje y la memoria. Si su hipótesis de que el estrés amplifica la reproducción de los recuerdos resulta ser el caso, las terapias podrían diseñarse para reducir el efecto duradero de los eventos estresantes. La investigación tiene implicaciones particulares para el trastorno de estrés postraumático.

Michael Mauk, Ph.D., Profesor, y Daniel Johnston, Ph.D., Profesor y director, Centro para el aprendizaje y la memoria, Universidad de Texas en Austin

Mecanismos de actividad persistente cortical de la memoria de trabajo

Mauk y Johnston utilizarán enfoques tanto de sistemas como celulares para estudiar la memoria de trabajo tanto en animales vivos como en experimentos de corte de cerebro utilizando métodos de registro de neuronas potentes. Debido a que la memoria de trabajo contribuye a tantos procesos cognitivos, comprender sus mecanismos podría mejorar el diagnóstico y el tratamiento de muchos trastornos, como la enfermedad de Alzheimer y el TDAH.