22 de julio de 2019
El McKnight Endowment Fund for Neuroscience (MEFN) anunció a los tres beneficiarios de $ 600,000 en subvenciones a través de los Premios de Tecnología MEFN 2019, reconociendo a estos proyectos por su capacidad de cambiar fundamentalmente la forma en que se lleva a cabo la investigación en neurociencia. Cada uno de los proyectos recibirá un total de $ 200,000 durante los próximos dos años, avanzando el desarrollo de estas tecnologías innovadoras utilizadas para mapear, monitorear y modelar la función cerebral. Los ganadores de 2019 son:
- Gilad Evrony, MD, Ph.D. de la Universidad de Nueva York Langone Health, quien está desarrollando nuevas tecnologías fundamentales de una sola célula para mapear mutaciones genéticas naturales en grandes cantidades de células cerebrales humanas individuales para rastrear sus linajes y crear una especie de "árbol genealógico" de los diferentes tipos de células del cerebro.
- Iaroslav 'Alex' Savtchouk, Ph.D., de la Universidad Marquette, cuyo proyecto involucra una forma de obtener imágenes de la actividad cerebral en tres dimensiones en una resolución mucho más alta y mucho más rápida de lo que ha sido posible antes, permitiendo una imagen más completa de lo que está sucediendo en los cerebros vivos que responden a estímulos.
- Nanthia Suthana, Ph.D., de la Universidad de California, Los Ángeles, cuyo equipo está desarrollando un protocolo para comunicarse con ciertos dispositivos implantados en cerebros humanos como parte del tratamiento médico y para capturar datos de actividad cerebral profunda de humanos inmersos en entornos de realidad virtual y realidad aumentada.
(Obtenga más información sobre cada uno de estos proyectos de investigación a continuación.)
Sobre los premios de tecnología
Desde que se estableció el premio de Tecnología en 1999, el MEFN ha contribuido con más de $ 13.5 millones a tecnologías innovadoras para la neurociencia a través de este mecanismo de premio. El MEFN está especialmente interesado en el trabajo que adopta enfoques nuevos y novedosos para avanzar en la capacidad de manipular y analizar la función cerebral. Las tecnologías desarrolladas con el soporte de McKnight deben ponerse a disposición de otros científicos.
"Una vez más, ha sido emocionante ver el ingenio trabajando en el desarrollo de nuevas neurotecnologías", dijo Markus Meister, Ph.D., presidente del comité de premios y profesor de ciencias biológicas Anne P. y Benjamin F. Biaggini en Caltech . "Este año, nos complace particularmente patrocinar varios desarrollos dirigidos al cerebro humano, desde un método que rastrea el linaje de las células nerviosas individuales hasta un dispositivo para leer y escribir señales neuronales en pacientes que caminan libremente".
El comité de selección de este año también incluyó a Adrienne Fairhall, Timothy Holy, Loren Looger, Mala Murthy, Alice Ting y Hongkui Zeng, quienes eligieron los Premios McKnight Innovaciones Tecnológicas en Neurociencia de este año de un grupo altamente competitivo de 90 solicitantes.
Las cartas de intención para el premio a las Innovaciones Tecnológicas 2020 deben presentarse el lunes 2 de diciembre de 2019. En septiembre se publicará un anuncio sobre el proceso 2020. Para obtener más información sobre los premios, visite www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience/technology-awards
Premios McKnight Innovaciones Tecnológicas en Neurociencia 2019
Gilad Evrony, MD, Ph.D., Profesor Asistente, Centro de Genética y Genómica Humana, Depts. de Pediatría y Neurociencia y Fisiología, Universidad de Nueva York Langone Health
"TAPESTRY: una tecnología de múltiples células unicelulares para el rastreo de linaje de alta resolución del cerebro humano"
Es de conocimiento común que cada ser humano comienza como una sola célula con un solo conjunto de "instrucciones" de ADN, pero los detalles de cómo esa célula se convierte en billones, incluidas las decenas de miles de millones de células en el cerebro, aún se desconocen en gran medida. La investigación del Dr. Evrony tiene como objetivo desarrollar una tecnología llamada TAPESTRY, que puede iluminar este proceso mediante la construcción de un "árbol genealógico" de células cerebrales, que muestra qué células progenitoras dan lugar a los cientos de tipos de células maduras en el cerebro humano.
La tecnología puede resolver algunos de los problemas clave que enfrentan los investigadores que estudian el desarrollo del cerebro humano. El método clave para estudiar el desarrollo rastreando linajes (introduciendo marcadores en las células de animales inmaduros y luego estudiando cómo se transmiten esos marcadores a su progenie) es imposible en humanos porque es invasivo. El trabajo previo del Dr. Evrony junto con sus colegas ha demostrado que las mutaciones naturales se pueden usar para rastrear linajes en el cerebro humano. TAPESTRY tiene como objetivo avanzar y escalar este enfoque resolviendo varias limitaciones de los métodos actuales. Primero, el rastreo de linaje requiere un aislamiento y amplificación más confiables de las pequeñas cantidades de ADN de las células individuales. En segundo lugar, una comprensión detallada del desarrollo del cerebro humano debe ser rentable para permitir el perfil de miles o decenas de miles de células individuales. Finalmente, también necesita mapear los fenotipos de las células, no solo viendo cuán estrechamente relacionadas están las células, sino también qué tipos de células son. TAPESTRY busca resolver estos desafíos.
El enfoque del Dr. Evrony es aplicable a todas las células humanas, pero es de especial interés en los trastornos cerebrales. Una vez que se mapean los linajes cerebrales sanos, se pueden usar como línea de base para ver cómo el desarrollo cerebral difiere en individuos con diversos trastornos que probablemente surjan en el desarrollo, como el autismo y la esquizofrenia.
Iaroslav 'Alex' Savtchouk, Ph.D., Profesor Asistente, Departamento de Ciencias Biomédicas, Universidad Marquette
“Imágenes panópticas rápidas de volúmenes cerebrales a través de estereoscopía cuadrangular con etiqueta de tiempo”
Las modernas técnicas ópticas de imágenes cerebrales permiten la observación de una capa delgada del cerebro, pero obtener imágenes de mucha actividad cerebral en un espacio tridimensional, como un volumen de cerebro, ha demostrado ser desalentador. El Dr. Savtchouk ha desarrollado un enfoque que permite a los investigadores ver lo que está sucediendo no solo en la superficie del cerebro, sino en lo profundo y con una resolución espacio-temporal mucho más alta que nunca.
El proceso central, la microscopía de dos fotones, detecta la actividad cerebral al buscar fluorescencia en las células cerebrales genéticamente modificadas de animales de laboratorio. Con un solo láser, la información de profundidad se registra muy lentamente. Con dos rayos láser, los investigadores esencialmente obtienen visión binocular: pueden ver lo que está más cerca y más lejos, pero todavía hay "sombras" visuales donde no se puede ver nada (por ejemplo, cuando una persona mira el borde de un tablero de ajedrez, algunas piezas puede estar bloqueado por piezas más cercanas.) El Dr. Savtchouk está resolviendo este problema con la adición de dos rayos láser adicionales, lo que proporciona visión cuádruple y reduce en gran medida los puntos ciegos. También está secuenciando el tiempo de los láseres, que pulsan rápidamente, para que los investigadores sepan qué láser vio qué actividad, crítica para construir un modelo tridimensional con precisión de tiempo.
El proyecto del Dr. Savtchouk primero consiste en diseñar el sistema en simulaciones por computadora, luego probar su aplicación con modelos de mouse. Su objetivo es desarrollar formas de actualizar los microscopios de dos fotones existentes, tanto mediante la adición de rayos láser como mediante actualizaciones de hardware y software, lo que permite a los laboratorios beneficiarse de la tecnología sin pagar por un sistema completamente nuevo.
Nanthia Suthana, Ph.D., Profesora Asociada, Departamento de Psiquiatría y Ciencias de la Bioconducta, Universidad de California, Los Ángeles.
"Grabación y estimulación inalámbrica y programable de la actividad cerebral profunda en humanos que se mueven libremente inmersos en la realidad virtual (o aumentada)"
Estudiar los fenómenos neurológicos humanos presenta muchos desafíos: los cerebros humanos no pueden estudiarse directamente como los cerebros de los animales, y es difícil recrear (y registrar los resultados de) los fenómenos en un entorno de laboratorio. La Dra. Suthana propone desarrollar un sistema que utilice la realidad virtual y aumentada para crear escenarios de prueba realistas para sus sujetos. Ella utiliza datos registrados por dispositivos cerebrales implantables utilizados en el tratamiento de la epilepsia.
Cientos de miles de personas tienen implantados estos dispositivos, y muchos de los dispositivos implantados permiten la programación inalámbrica y la recuperación de datos. El enfoque de la Dra. Suthana se aprovecha de esto último: estos dispositivos registran todo tipo de actividad cerebral profunda, y ella puede aprovechar los datos grabados mientras los sujetos interactúan en experimentos basados en realidad virtual o AR. Es importante destacar que los sujetos pueden moverse libremente ya que llevan consigo el monitor de actividad cerebral y el dispositivo de grabación. La captura de movimiento y las mediciones biométricas se pueden realizar simultáneamente, reuniendo una imagen completa de las respuestas.
El Dr. Suthana está trabajando con un equipo multidisciplinario para que el sistema funcione; El equipo incluye ingenieros eléctricos, físicos e informáticos. Es necesario establecer hechos básicos como la latencia de la señal para que los datos se puedan sincronizar y medir con precisión. En última instancia, cree que los humanos de comportamiento libre que interactúan con las simulaciones más realistas posibles permitirán a los investigadores comprender con mayor precisión cómo funciona el cerebro. Además de las preguntas neurológicas básicas, como qué actividad cerebral y respuestas físicas acompañan a acciones o reacciones específicas a los estímulos, el sistema es prometedor para la investigación del trastorno de estrés postraumático y otras condiciones donde los desencadenantes ambientales pueden simularse en un entorno virtual controlado.
