La Junta Directiva del McKnight Endowment Fund for Neuroscience se complace en anunciar que ha seleccionado a siete neurocientíficos para recibir el Premio McKnight Scholar Award 2021.
Los premios McKnight Scholar Awards se otorgan a científicos jóvenes que se encuentran en las primeras etapas de establecimiento de sus propios laboratorios independientes y carreras de investigación y que han demostrado un compromiso con la neurociencia. "La generación de académicos de este año muestra la diversidad de neurocientíficos jóvenes, brillantes e innovadores de todo el país", dice Kelsey C. Martin MD, PhD, presidenta del comité de premios y decana de la Facultad de Medicina David Geffen de UCLA. Desde que se introdujo el premio en 1977, este prestigioso premio al inicio de su carrera ha financiado a más de 250 investigadores innovadores y ha estimulado cientos de descubrimientos revolucionarios.
"Juntos, los McKnight Scholars están abordando algunas de las preguntas más interesantes de la neurociencia actual", dice Martin. “Utilizando una variedad de enfoques experimentales y computacionales, están dilucidando cómo la experiencia sensorial da forma al cerebro durante el desarrollo, cómo los circuitos cerebrales dan lugar a comportamientos específicos de cada sexo, cómo se percibe y procesa el sonido durante el comportamiento, cómo el sueño influye en la cognición y la salud del cerebro. cómo los mecanismos biológicos celulares controlan los ritmos circadianos y cómo los circuitos neuronales procesan información y aprenden. En nombre de todo el comité, me gustaría agradecer a todos los solicitantes de los premios McKnight Scholar Awards de este año por sus contribuciones y creatividad”.
Cada uno de los siguientes siete ganadores del premio McKnight Scholar Award recibirá $75,000 por año durante tres años. Ellos son:
| Lucas Cheadle, doctorado Laboratorio de Cold Spring Harbor Cold Spring Harbor, Nueva York |
Descubriendo la base molecular de la función microglial en el cerebro estimulado – Investigar cómo la microglía da forma a la función sináptica en respuesta a estímulos visuales. |
| Josie Clowney, PhD Universidad de Michigan Ann Arbor, MI |
Un encuadre feminista de lo infructuoso: la masculinidad como supresión de los programas neuronales femeninos – Examinar cómo el cerebro de los machos de la mosca de la fruta desarrolla circuitos específicos de cada sexo y si se forman suprimiendo partes de una “base” femenina. |
| Dr. Shaul Druckmann Universidad Stanford Stanford, California, EE.UU. |
¿Cómo calcula el cerebro utilizando la actividad distribuida entre poblaciones y áreas del cerebro? – Explorar cómo los cálculos sensoriales y motores ocurren simultáneamente en las regiones del cerebro y cómo nuevas metodologías podrían ayudar a investigar este y otros fenómenos en todo el cerebro. |
| Laura Lewis, PhD, Universidad de Boston Boston, MA |
Imágenes de la dinámica neuronal y de fluidos en el cerebro dormido – Un estudio de los efectos del sueño en la fisiología y la computación neuronal, con énfasis en el papel del líquido cefalorraquídeo y cómo se sincroniza con las ondas lentas neuronales. |
| Ashok Litwin-Kumar, PhD Universidad de Colombia Nueva York, NY |
Modelos de comportamiento adaptativo restringidos por conectomas – Identificar motivos de conectividad en diagramas de cableado neuronal y utilizarlos para explorar cómo los datos sensoriales llegan a las neuronas que guían el comportamiento. |
| David Schneider, doctorado Universidad de Nueva York Nueva York, NY |
Transformaciones de coordenadas en la corteza del ratón – Investigar cómo el cerebro aprende a anticipar el sonido de los movimientos y los efectos de esa anticipación en el comportamiento. |
| Swathi Yadlapalli, PhD Universidad de Michigan Ann Arbor, MI |
Mecanismos celulares que controlan los ritmos circadianos – Un estudio in vivo para descubrir cómo se regulan nuestros relojes circadianos a nivel subcelular. |
Hubo 70 solicitantes para los premios McKnight Scholar Awards de este año, lo que representa a los mejores profesores jóvenes de neurociencia del país. Los profesores solo son elegibles para el premio durante sus primeros cuatro años en un puesto docente de tiempo completo. Además de Martin, el comité de selección de los premios Scholar Awards incluyó a Gordon Fishell, PhD, Universidad de Harvard; Loren Frank, PhD, Universidad de California, San Francisco; Mark Goldman, PhD, Universidad de California, Davis; Richard Mooney, PhD, Facultad de Medicina de la Universidad de Duke; Jennifer Raymond, PhD, Universidad de Stanford; Vanessa Ruta, PhD, Universidad Rockefeller; y Michael Shadlen, MD, PhD, Universidad de Columbia.
Las solicitudes para los premios del próximo año estarán disponibles en agosto y vencen el 10 de enero de 2022. Para obtener más información sobre los programas de premios de neurociencia de McKnight, visite el sitio web del Endowment Fund en https://www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience
Acerca de The McKnight Endowment Fund for Neuroscience
El McKnight Endowment Fund for Neuroscience es una organización independiente financiada únicamente por la Fundación McKnight de Minneapolis, Minnesota, y dirigida por una junta de destacados neurocientíficos de todo el país. La Fundación McKnight ha apoyado la investigación en neurociencia desde 1977. La Fundación estableció el Fondo de Dotación en 1986 para llevar a cabo una de las intenciones del fundador William L. McKnight (1887-1979). Uno de los primeros líderes de la Compañía 3M, tenía un interés personal en la memoria y las enfermedades cerebrales y quería que parte de su legado se usara para ayudar a encontrar curas. The Endowment Fund hace tres tipos de premios cada año. Además de los McKnight Scholar Awards, son los McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards, que proporcionan capital inicial para desarrollar inventos técnicos para mejorar la investigación del cerebro; y los Premios McKnight de Neurobiología de los Trastornos Cerebrales, para los científicos que trabajan para aplicar el conocimiento logrado a través de la investigación traslacional y clínica a los trastornos cerebrales humanos.
Premios académicos McKnight 2021
Lucas Cheadle, Profesor asistente de doctorado, Laboratorio Cold Spring Harbor, Cold Spring Harbor, Nueva York
Descubriendo la base molecular de la función microglial en el cerebro estimulado
Gran parte de la neurociencia del desarrollo se ha centrado históricamente en los aspectos inherentes del desarrollo neuronal: cómo las células están genéticamente "programadas" para desarrollarse de una determinada manera o proporcionar una función particular. Y hasta hace poco, la investigación ha examinado más de cerca las propias neuronas, y muchas de las herramientas y técnicas comúnmente utilizadas se han optimizado para estudiar mecanismos intrínsecos a las neuronas. En su investigación, el Dr. Cheadle está centrando su atención en áreas de la neurología menos estudiadas: una etapa tardía del desarrollo neuronal que está influenciada por factores ambientales externos y el papel que desempeñan las células inmunitarias del cerebro llamadas microglía en este proceso.
En su investigación, el Dr. Cheadle estudia específicamente el desarrollo de conexiones neuronales visuales utilizando un modelo de ratón en el que algunos ratones se crían en un entorno sin luz durante una etapa crucial de desarrollo. Su investigación anterior muestra que la microglia esencialmente "esculpe" el sistema visual, eliminando las conexiones sinápticas que son menos beneficiosas. Como resultado, el orden físico de esa parte del sistema neuronal es diferente en ratones criados en la oscuridad que en aquellos criados en la luz. En su trabajo en curso, el Dr. Cheadle buscará identificar a nivel molecular cómo la microglía es estimulada por factores externos (como la luz) y los mecanismos mediante los cuales esculpen las sinapsis.
La investigación ofrece varios enfoques novedosos, incluido el uso de tecnología de edición de genes para eliminar genes microgliales específicos para definir sus funciones en el desarrollo del circuito visual, así como la creación de una línea transgénica de ratones que marca células microgliales funcionalmente activas en el cerebro, ambas tácticas más utilizadas. A menudo se aplica a neuronas que el Dr. Cheadle está adaptando para estudiar la microglía por primera vez. El Dr. Cheadle espera que su investigación pueda ayudar a descubrir nuevos conocimientos sobre las funciones de las células no neuronales en el cerebro, lo que puede conducir a avances futuros en los orígenes y el tratamiento de los trastornos neuronales, especialmente aquellos como el autismo y la esquizofrenia, que surgen relativamente tarde en la edad adulta. desarrollo y tienen algún indicio de un componente inmunológico.
josie payaso, PhD, Profesor Asistente, Universidad de Michigan, Departamento de Biología Molecular, Celular y del Desarrollo, Ann Arbor, MI
Un encuadre feminista de lo infructuoso: la masculinidad como supresión de los programas neuronales femeninos
Las diferencias entre los cerebros masculinos y femeninos pueden parecer sutiles y afectar sólo a 2-5% del cerebro; después de todo, la mayoría de las funciones de los seres vivos de ambos sexos son las mismas, incluida la necesidad de comer, dormir, aprender y moverse, pero esas diferencias Las diferencias son cruciales para la supervivencia de una especie. Gran parte de la investigación se ha centrado en el comportamiento, como la realización de rituales de apareamiento, pero se sabe menos sobre cómo se sintonizan en el cerebro los genes que impulsan esos rituales.
El Dr. Clowney plantea la hipótesis de que el proceso es de sustracción: que el código para los cerebros de ambos sexos comienza en gran medida igual, y luego ciertos genes se desactivan en ciertos patrones para cada sexo, lo que da como resultado cerebros masculinos y femeninos. Además, sus estudios hasta la fecha utilizando un modelo de mosca de la fruta sugieren que el cerebro masculino puede ser el resultado de la eliminación de programas neuronales de un "modelo base" que está mucho más cerca del cerebro femenino, en lugar de la creación de nuevos programas. La clave del proceso es un factor de transcripción de la mosca de la fruta llamado "Fruitless", una proteína creada sólo en el cerebro de los machos de la mosca de la fruta que regula si los genes específicos del sexo en el cerebro se activan o desactivan, y que tienen un papel en impulsar los instintos basados en el sexo. incluso en adultos.
En su investigación, la Dra. Clowney buscará identificar los objetivos genéticos de Fruitless en cerebros adultos y en desarrollo; cómo los circuitos neuronales inhibidores regulan el cortejo masculino al impedir que los machos realicen rituales de apareamiento con otros machos; y cómo los machos pierden los circuitos neuronales necesarios para poner huevos. Los experimentos involucrados utilizan una variedad de técnicas para observar la ganancia o pérdida de circuitos y comportamientos asociados al sexo en animales con o sin infructuosos. A través de esto, puede arrojar luz sobre el proceso de desarrollo del cerebro, lo que puede conducir a nuevos conocimientos sobre cómo nuestro cerebro sabe qué comportamientos innatos realizar y cuáles no, y posiblemente ayudar a los investigadores de trastornos neurológicos y psiquiátricos, muchos de los cuales son más común es un sexo u otro.
Shaul Druckman, PhD, Profesor Asistente de Neurobiología y Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento, Universidad de Stanford, Stanford, CA
¿Cómo calcula el cerebro utilizando la actividad distribuida entre poblaciones y áreas del cerebro?
Después de décadas de investigación, todavía tenemos una comprensión limitada de cómo el cerebro realiza cálculos en todas las regiones. Esta pregunta tan fundamental está en el centro del trabajo del Dr. Druckmann, que aprovecha el creciente alcance y detalle del registro de la actividad cerebral para explorar lo que sucede en el cerebro entre el estímulo y la respuesta, específicamente cuando la respuesta es retrasada y la memoria a corto plazo. esta comprometido.
En una serie de experimentos, se entrena a ratones para que lamen en una de dos direcciones algún tiempo después de que se presenta un estímulo y luego se elimina. Dado que el estímulo ya no está presente, el cerebro necesita almacenar su memoria, planificar el movimiento, retener la acción durante un tiempo determinado y luego actuar. Durante esos segundos, la actividad cerebral se registra en múltiples regiones del cerebro simultáneamente. Los datos preliminares muestran que la actividad está presente y cambia en todas las regiones y en diferentes poblaciones neuronales, y Druckmann pretende mostrar que esta actividad colectiva interactúa en áreas del cerebro y las formas en que las interacciones pueden "fijar" los recuerdos necesarios y la intención de movimiento, incluso cuando un la actividad de una sola región o población podría ser errónea. Una segunda línea de investigación que utiliza seres humanos rastrea la actividad cerebral interregional durante el habla (una actividad extraordinariamente compleja) en experimentos que abordan la misma cuestión de cómo se realizan los cálculos en todo el cerebro.
El Dr. Druckmann considera estos experimentos como los primeros pasos para tener un modelo de cómo funciona el cerebro en su conjunto. Al mismo tiempo, también espera ampliar la forma de trabajar de los investigadores; su proyecto implica una intensa colaboración con varios otros investigadores, y espera poder explorar tanto la ciencia básica como también buscar aplicaciones clínicas para sus hallazgos, específicamente a través de su participación en un proyecto de ensayo clínico colaborativo que trabaja en interfaces neuronales. La capacidad de decodificar cómo la actividad cerebral se traduce en una actividad compleja como el habla podría conducir a una tecnología que pueda restaurar algunas funciones en personas con enfermedades degenerativas como la ELA.
Laura Lewis, doctora, Profesor asistente, Universidad de Boston, Departamento de Ingeniería Biomédica, Boston, MA
Imágenes de la dinámica neuronal y de fluidos en el cerebro dormido
El sueño es de vital importancia para la salud del cerebro tanto a corto como a largo plazo. Tanto la actividad neuronal como la dinámica de los fluidos del líquido cefalorraquídeo (LCR) cambian durante el sueño, con diversas consecuencias: los sistemas sensoriales se alejan de la conciencia de los estímulos externos y se acercan a la reactivación de la memoria, y el LCR fluye hacia el cerebro y elimina las proteínas tóxicas que se acumulan durante el sueño. horas para caminar. Curiosamente, los dos procesos están estrechamente correlacionados. En su investigación, la Dra. Lewis investigará la conexión entre la dinámica neuronal y de fluidos durante el sueño y la conexión de cada una con la salud del cerebro.
La clave de la investigación del Dr. Lewis es la capacidad de estudiar a los pacientes durante el sueño con movimientos oculares no rápidos (NREM) y observar tanto la actividad cerebral como la dinámica de fluidos en escalas de tiempo cortas. Para hacerlo, la Dra. Lewis está utilizando una combinación innovadora de EEG con imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) rápidas, mejoradas mediante un algoritmo que ella desarrolló para eliminar el ruido, lo que le permite observar la actividad neuronal y el flujo del LCR sincronizados y precisos. Su investigación explorará primero cómo se activan estas ondas lentas en el cerebro y qué redes neuronales están involucradas, utilizando estímulos auditivos que pueden potenciar las ondas lentas. En segundo lugar, examinará el vínculo entre estas ondas lentas y el flujo de LCR; una hipótesis es que la actividad neuronal ralentizada disminuye la demanda de sangre, esencialmente llevando LCR al cerebro a medida que la sangre retrocede. Utilizando la técnica de imágenes combinada, el Dr. Lewis podrá observar el flujo sanguíneo acoplado y el flujo de LCR momento a momento en 3D en todo el cerebro.
Las implicaciones de esta interacción son profundas. Durante estas ondas lentas, la red neuronal del cerebro se reorganiza de una manera que es fundamental para la reactivación de la memoria y la salud cerebral a corto plazo; El flujo de LCR vinculado a las ondas lentas es importante para la salud cerebral a largo plazo. Comprender cómo funcionan estos sistemas ayudará a los futuros investigadores del sueño a comprender cuándo algo sale mal, lo que es de particular interés en los estudios de trastornos neurológicos y psiquiátricos, incluido el Alzheimer, que pueden estar relacionados con la interrupción del sueño de ondas lentas.
Ashok Litwin-Kumar, PhD, Profesor asistente, Departamento de Neurociencia e Instituto Zuckerman, Universidad de Columbia, Nueva York, NY
Modelos de comportamiento adaptativo restringidos por conectomas
Con nuevos diagramas de cableado de microscopía electrónica (EM) de sistemas nerviosos cada vez más complejos, los investigadores están a punto de lograr una comprensión más profunda de cómo estos sistemas conducen al comportamiento. El desafío: cómo hacer uso de estos vastos conjuntos de datos, conocidos como conectomas, que en el caso de la mosca de la fruta incluyen decenas de miles de neuronas y decenas de millones de sinapsis. Lograr esta tarea es difícil ya que muchos enfoques exitosos para modelar el comportamiento, incluidas técnicas inspiradas en el aprendizaje automático, utilizan modelos que no reflejan la realidad de cómo están conectados el cerebro y el sistema nervioso.
En su investigación, el Dr. Litwin-Kumar tiene como objetivo desarrollar una metodología para unir los mundos del conectoma y los modelos funcionales de comportamiento mediante el desarrollo de formas de identificar estructuras relevantes dentro de un conectoma que puedan restringir los modelos de comportamiento, por ejemplo, limitando la modelos para que solo utilicen conexiones sinápticas que existen físicamente en el conectoma, en lugar de hacer saltos físicamente imposibles entre neuronas.
Para probar y perfeccionar este enfoque, el Dr. Litwin-Kumar se centra primero en el conectoma de una parte del cerebro de la mosca de la fruta llamada cuerpo del hongo, una región bien cartografiada que es un centro para el aprendizaje asociativo. Las entradas sensoriales recibidas por las células de Kenyon se proyectan a las neuronas de salida, que desencadenan comportamientos como reacciones de aproximación o evitación. Utilizando modelos avanzados, el equipo buscará identificar de manera eficiente la estructura dentro del conectoma que refleja cómo se transmite la información al cuerpo del hongo. Luego probarán modelos de aprendizaje profundo restringidos por esas conexiones para ver con qué eficacia predicen las respuestas a los estímulos, en comparación con los modelos sin restricciones. Otras pruebas explorarán el papel de las neuronas dopaminérgicas en un aprendizaje más complejo. En conjunto, esta investigación sentará las bases para el uso de conectomas de complejidad creciente junto con modelos de aprendizaje para reflejar con mayor precisión el comportamiento de organismos reales.
David Schneider, PhD, Profesor asistente, Universidad de Nueva York, Centro de Ciencias Neurales, Nueva York, NY
Transformaciones de coordenadas en la corteza del ratón
Una de las muchas capacidades notables que se encuentran en los cerebros de organismos avanzados es la capacidad de predecir el futuro, no sólo en escalas de tiempo largas, sino momento a momento, contando y registrando constantemente datos de entradas sensoriales y creando modelos predictivos basados en experiencias pasadas. Estos modelos predictivos nos ayudan a navegar e interactuar con el mundo de manera más efectiva y, lo que es igualmente importante, a identificar aberraciones de lo esperado que podrían ser una señal de peligro u oportunidad. El trabajo del Dr. Schneider se centra en cómo el control motor y las regiones sensoriales del cerebro trabajan juntos de esta manera y trabajará para descubrir cómo el cerebro aprende y forma recuerdos que forman la base de lo que se espera.
En sus experimentos, el Dr. Schneider se centra en una vía aparentemente contradictoria que se encuentra en los cerebros de ratones (y en los cerebros humanos): un conducto que conecta una región de control motor con una región sensorial auditiva. Cada vez que se realiza un movimiento, las dos regiones se comunican de una manera que le indica al sistema auditivo que ignore el sonido creado por ese movimiento, casi como un negativo fotográfico que cancela el sonido. En sus experimentos, se condicionará a los ratones a esperar un determinado sonido cuando empujan una palanca. La actividad neuronal y las respuestas de comportamiento se registrarán cuando se experimente el sonido esperado y luego nuevamente cuando el sonido cambie sutilmente.
Estos experimentos ayudarán a identificar el papel de neuronas específicas en la anticipación de respuestas sensoriales, cómo interactúan el control motor y los centros sensoriales del cerebro, y cómo cambian las vías entre las regiones motoras y sensoriales cuando se “espera” un nuevo sonido. Investigaciones futuras bloquearán ciertas vías en el cerebro para determinar su papel en la realización de predicciones y también verán cómo el cerebro utiliza la información visual para ayudar a anticipar los sonidos autogenerados. Comprender cómo funcionan estos sistemas de predicción y aprendizaje puede ayudar a guiar investigaciones futuras sobre una variedad de trastornos neurológicos.
Swathi Yadlapalli, PhD, Profesor asistente, Facultad de Medicina de la Universidad de Michigan, Departamento de Biología Celular y del Desarrollo, Ann Arbor, MI
Mecanismos celulares que controlan los ritmos circadianos
Los relojes circadianos (los relojes internos de 24 horas que impulsan muchos de los ritmos de nuestro sistema biológico, como cuándo dormimos, nos despertamos, cómo metabolizamos y mucho más) se encuentran en casi todas las células de nuestro cuerpo. Pero no se comprende exactamente qué sucede dentro de una célula determinada para crear ese ritmo. Investigaciones bioquímicas y genéticas anteriores habían identificado proteínas cruciales que son factores de transcripción, ya sean positivos o inhibidores, con un papel en los ritmos circadianos, pero no abordaron exactamente cómo funcionan en una célula viva a nivel subcelular, el equivalente biológico de tener una lista de piezas pero sin entender cómo encajan.
El Dr. Yadlapalli ha desarrollado por primera vez métodos innovadores para realizar una visualización unicelular de alta resolución de estas proteínas y cómo interactúan durante un período de 24 horas en las células vivas de la mosca de la fruta, y los hallazgos preliminares ya han revelado resultados inesperados. perspectivas. Específicamente, uno de los factores de transcripción inhibidores clave, llamado PER, se reúne para formar focos distribuidos uniformemente alrededor de la envoltura del núcleo celular y desempeña un papel en la alteración de la ubicación nuclear de los genes del reloj durante el ciclo. Anteriormente se suponía que estas proteínas flotaban libremente o estaban distribuidas aleatoriamente. Estos estudios destacan una nueva e importante capa de regulación en el sistema del reloj circadiano.
En una serie de experimentos, el Dr. Yadlapalli determinará los mecanismos implicados en este proceso: cómo se forman los focos y dónde se localizan, y cómo promueven la represión de los genes regulados por el reloj. Comprender más sobre el funcionamiento de estos poderosos y fundamentales procesos celulares, que tienen efectos hasta en el comportamiento y la salud de todo el organismo, proporcionará un punto de partida para la investigación de muchos trastornos metabólicos y del sueño y enfermedades neurológicas.
