Premios académicos McKnight 2024

La Junta Directiva del McKnight Endowment Fund for Neuroscience se complace en anunciar que ha seleccionado a diez neurocientíficos para recibir el Premio McKnight Scholar Award 2024.

Los premios McKnight Scholar 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. Desde que se introdujo el premio en 1977, este prestigioso premio al inicio de su carrera ha financiado a 281 investigadores innovadores y ha estimulado cientos de descubrimientos revolucionarios.

"El MEFN se complace en anunciar a los nuevos académicos de este año, que están abordando cuestiones de vanguardia en neurociencia, que van desde las huellas moleculares que el envejecimiento deja en el cerebro hasta las bases biológicas de las memorias intergeneracionales y los principios que permiten que las neuronas se desarrollen en todo el cerebro. redes para permitir la navegación, la supervivencia, la hibernación y la socialidad”, dijo Richard Mooney, PhD, presidente del comité de premios y profesor George Barth Geller de Neurobiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke. "El profundo compromiso de la Fundación McKnight con la investigación en neurociencia fundamental ha permitido al comité de selección reconocer a un mayor número de investigadores estelares en sus inicios de carrera en una gama más amplia de instituciones que nunca antes".

Cada uno de los siguientes ganadores del Premio McKnight Scholar recibirá $75,000 por año durante tres años. Ellos son:

Hubo 53 solicitantes para los premios McKnight Scholar Awards de este año, lo que representa a los mejores profesores jóvenes de neurociencia del país. Los profesores son elegibles para el premio durante sus primeros cuatro años en un puesto docente de tiempo completo. Además de Mooney, el comité de selección de los premios Scholar Awards incluyó a Gordon Fishell, Ph.D., Universidad de Harvard; Mark Goldman, Ph.D., Universidad de California, Davis; Yishi Jin, Ph.D., Universidad de California en San Diego; Jennifer Raymond, Ph.D., Universidad de Stanford; Vanessa Ruta, Ph.D., Universidad Rockefeller; y Marlene Cohen, Ph.D., Universidad de Chicago.

Las solicitudes para los premios 2025 se aceptarán a partir del 12 de agosto de 2024. Para obtener más información sobre los programas de premios de neurociencia de McKnight, visite sitio web del Fondo de Dotación.

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 está dirigida por una junta de destacados neurocientíficos de todo el país. La Fundación McKnight ha apoyado la investigación en neurociencia desde 1977. La Fundación creó 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 3M Company, tenía un interés personal en la memoria y las enfermedades cerebrales y quería que parte de su legado se utilizara para ayudar a encontrar curas. Además de los premios académicos, el Fondo de Dotación otorga subvenciones a científicos que trabajan para aplicar el conocimiento logrado a través de la investigación clínica y traslacional a los trastornos del cerebro humano a través de los premios McKnight de neurobiología de los trastornos cerebrales.

Premios académicos McKnight 2024

Annegret Falkner, Ph.D.., Profesor asistente, Instituto de Neurociencia de Princeton, Universidad de Princeton, Princeton, Nueva Jersey

Neuroendocrinología computacional: vinculación de la transcripción mediada por hormonas con el comportamiento complejo a través de la dinámica neuronal

Las hormonas gonadales (el estrógeno y la testosterona se encuentran entre las más conocidas) son importantes para los mamíferos en muchos sentidos. Modulan los estados internos, el comportamiento y la fisiología. Los seres humanos pueden ajustar su perfil hormonal por diversas razones, desde el tratamiento de enfermedades hasta el desarrollo muscular, pasando por la atención de afirmación de género y el control de la natalidad. Pero si bien se ha estudiado mucho sobre cómo estas hormonas afectan el cuerpo, no se comprende tan bien cómo cambian la dinámica neuronal.

En su investigación, la Dra. Annegret Falkner y su laboratorio investigarán cómo las hormonas cambian las redes neuronales y, por lo tanto, afectan el comportamiento en períodos de tiempo cortos y largos. Utilizando un modelo de ratón, el laboratorio del Dr. Falkner explorará los efectos de las hormonas en múltiples niveles. Utilizando nuevos métodos para la cuantificación del comportamiento, observará y registrará comportamientos de todo tipo en animales que se comportan libremente durante un cambio de estado hormonal. Esta evaluación imparcial revelará principios generalizados de cómo las hormonas controlan el comportamiento. En una segunda serie de experimentos, el equipo mapeará la dinámica neuronal de las redes sensibles a las hormonas a través de un cambio de estado hormonal utilizando imágenes de calcio en todo el cerebro en un animal que interactúa socialmente libremente, viendo cómo los cambios en la forma en que estas redes responden y se comunican predicen cambios en comportamiento. Finalmente, el laboratorio del Dr. Falkner utilizará imágenes ópticas de hormonas específicas del sitio para observar dónde y cuándo ocurre la transcripción mediada por receptores de estrógeno dentro de esta red, una ventana a cómo las hormonas pueden actualizar la comunicación en red y que ayudará a los investigadores a comprender la formas profundas en que las hormonas afectan el cerebro y el comportamiento.

Andrea Gómez, Ph.D., Profesor asistente, Neurobiología, Universidad de California, Berkeley, CA

La base molecular de la plasticidad inducida por psicodélicos

El cerebro posee la capacidad de cambiarse a sí mismo, una característica descrita como "plasticidad". Los cerebros humanos, por ejemplo, exhiben plasticidad de diferentes maneras en diferentes momentos de sus vidas; por el contrario, algunos trastornos neurológicos están relacionados con la incapacidad de cambiar, lo que limita la capacidad de moverse, aprender, recordar o recuperarse de un trauma. La Dra. Andrea Gómez tiene como objetivo aprender más sobre la plasticidad cerebral utilizando psicodélicos como herramienta, reabriendo ventanas de plasticidad en el cerebro adulto utilizando la psilocibina psicodélica en un modelo de ratón. Esto no sólo podría ayudarnos a aprender más sobre cómo funciona el cerebro, sino que también podría ayudar en el desarrollo de terapias de próxima generación.

Los psicodélicos tienen efectos estructurales duraderos en las neuronas, como un mayor crecimiento de procesos neuronales y formación de sinapsis. Una sola dosis puede tener efectos que duren meses. En su investigación, la Dra. Gómez y su equipo utilizarán psicodélicos para identificar clases de ARN que promueven la plasticidad neuronal en la corteza prefrontal, una región del cerebro involucrada en la percepción y la cognición social. El laboratorio de Gómez evaluará cómo los psicodélicos cambian la forma en que se empalma el ARN, establecerá el vínculo entre los cambios de ARN inducidos por la psilocibina y la plasticidad en ratones medida por la actividad sináptica, y observará el efecto de la plasticidad inducida por los psicodélicos en la interacción social. El Dr. Gómez espera que esta investigación pueda proporcionar información biológica sobre la plasticidad de la percepción y abrir nuevas vías de investigación sobre cómo estos poderosos compuestos pueden ayudar a las personas.

Sinisa Hrvatin, Ph.D.., Profesor asistente de biología, Instituto Whitehead de Investigación Biomédica, Instituto de Tecnología de Massachusetts, Cambridge, MA

Anatomía molecular de los circuitos de hibernación

La mayoría de la gente comprende el concepto de hibernación, pero relativamente pocos piensan en lo extraordinario que es. Los mamíferos que evolucionaron específicamente para mantener una temperatura corporal constante “apagan” abruptamente esa característica, cambian su metabolismo y cambian su comportamiento durante meses seguidos. Si bien los hechos de la hibernación se comprenden bien, no se comprende bien cómo los animales inician y mantienen ese estado, ni cómo surgió esta capacidad. ¿Evolucionó simultáneamente en múltiples animales distintos que se enfrentaron a entornos hostiles? ¿O el circuito para hibernar se conserva ampliamente en los mamíferos, pero solo se activa en algunos?

La doctora Sinisa Hrvatin propone profundizar en las poblaciones y circuitos neuronales implicados en la hibernación. El trabajo anterior de su laboratorio pudo identificar neuronas que regulan el letargo (un estado superficial que comparte puntos en común con la hibernación) en ratones de laboratorio. Utilizando un modelo menos común, el hámster sirio, el Dr. Hrvatin obtendrá nuevos conocimientos sobre los circuitos neuronales de hibernación. Se puede inducir a los hámsteres sirios a hibernar ambientalmente, lo que los hace ideales para un experimento de laboratorio, pero no hay líneas transgénicas disponibles (como en ratones), lo que lo llevó a aplicar nuevas herramientas virales basadas en sensores de ARN para atacar poblaciones celulares específicas relacionadas con hibernación. Documentará las neuronas activas durante la hibernación para identificar circuitos relevantes y examinar si se conservan circuitos similares en otros modelos de hibernación y no hibernación.

Xin Jin, Ph.D.., Profesor asistente, Departamento de Neurociencia, The Scripps Research Institution, La Jolla, CA

Neurogenómica in vivo a escala

Al estudiar la función genética en las neuronas, los investigadores a menudo tienen que elegir entre escala y resolución. Una evaluación de todo el genoma puede mostrar qué genes están presentes en conjunto, o la secuenciación transcriptómica puede permitir a los investigadores estudiar algunas funciones genéticas específicas en células específicas. Pero para el Dr. Xin Jin, el poder del genoma se hace realidad cuando las herramientas permiten a los investigadores estudiar una gran cantidad de genes en todo el cerebro y ver dónde están presentes y dónde se cruzan en regiones cerebrales específicas.

El laboratorio del Dr. Jin ha desarrollado nuevos métodos paralelos de forma masiva. en vivo enfoques de secuenciación para ampliar la investigación de un gran número de variantes genéticas y mapear su presencia en cerebros completos e intactos. La capacidad de perfilar más de 30.000 células a la vez permite al equipo estudiar cientos de genes en cientos de tipos de células y obtener una lectura en cuestión de dos días en lugar de semanas. Realizarán estudios de órganos completos, demostrando la capacidad no sólo de identificar qué células incluyen variantes específicas, sino también de identificar su contexto dentro del cerebro: dónde están ubicadas y cómo están conectadas. También aplicarán este enfoque para estudiar genes de riesgo de enfermedades y ver cómo se distribuyen en el cerebro, lo que debería proporcionar información sobre cómo ocurre la patología. Si bien el estudio se centra en el cerebro, el enfoque debería ser aplicable al estudio de otras afecciones relacionadas con una gran cantidad de genes de riesgo.

Ann Kennedy, Ph.D., Profesor asistente, Departamento de Neurociencia, Universidad Northwestern, Chicago, IL

Dinámica de poblaciones neuronales que median el equilibrio de las necesidades de supervivencia en competencia

Para sobrevivir, los animales han desarrollado una amplia gama de comportamientos innatos, como la alimentación, el apareamiento, la agresión y las respuestas de miedo, cada uno compuesto por una colección de otros comportamientos específicos. En los últimos años, los investigadores han podido registrar la actividad neuronal en modelos de ratones mientras realizan este tipo de comportamientos. Pero en el mundo real, los animales a menudo tienen que sopesar y decidir entre múltiples cursos de acción urgentes. Si un animal está herido y tiene hambre, ¿qué respuesta prevalece? ¿Y cómo llega el cerebro a tomar una decisión?

La Dra. Ann Kennedy se dedica a desarrollar modelos computacionales teóricos que ayudarán a mejorar nuestra comprensión de cómo se toman decisiones importantes como estas. Al observar la actividad neuronal en el hipotálamo de ratones involucrados en comportamientos de tipo agresivo, la Dra. Kennedy y su equipo desarrollarán modelos de redes neuronales que capturen la escalabilidad y persistencia de

estados motivacionales agresivos, al mismo tiempo que proporciona un mecanismo para el intercambio entre múltiples estados motivacionales competitivos en el comportamiento del animal. El equipo utilizará sus modelos para preguntar cómo el cerebro implementa esa compensación, por ejemplo cambiando la percepción sensorial o suprimiendo la producción motora. A partir de este trabajo, el laboratorio del Dr. Kennedy avanzará en nuestra comprensión de las formas en que funciona nuestro cerebro y cómo la estructura integrada en el cerebro ayuda a los animales a sobrevivir en entornos complejos.

Sung Soo Kim, Ph.D.., Profesor asistente de biología molecular, celular y del desarrollo, Universidad de California-Santa Bárbara, Santa Bárbara, CA

Representación neuronal del mundo durante la navegación

Cualquiera que haya tenido que navegar por una habitación conocida pero oscura comprende lo valioso que es que nuestro cerebro pueda navegar por el entorno que nos rodea utilizando una variedad de información, interna y externa, incluidos colores, formas y una sensación de automovimiento. Trabajando con un modelo de mosca de la fruta y un aparato experimental nuevo e innovador, el Dr. Sung Soo Kim y su equipo investigarán qué sucede en el cerebro cuando un animal navega: qué entradas se recopilan, cómo se procesan y cómo se traduce eso. al movimiento.

El Dr. Kim trabaja con la mosca de la fruta porque todo el conjunto de neuronas que calcula el sentido de dirección se puede observar y perturbar. Su investigación investigará cómo múltiples entradas sensoriales se transforman en un sentido de dirección y cómo los contextos de comportamiento (desde estados internos como la excitación hasta el propio movimiento de la mosca) afectan el procesamiento de dirección. Una clave para esta investigación es un novedoso campo de realidad virtual que el equipo del Dr. Kim está construyendo: la mosca está sobre un soporte giratorio, lo que significa que puede girar a voluntad; las paredes son pantallas de alta resolución que dan señales visuales; pequeños tubos de flujo de aire simulan el movimiento y el viento; y un microscopio muy grande en lo alto permite obtener imágenes de todo el cerebro de la mosca incluso mientras gira. Al activar y silenciar ciertas poblaciones neuronales, el Dr. Kim podrá realizar investigaciones que analicen el papel combinado de la percepción, la cognición y el control motor, tres subcampos de la neurociencia de sistemas que rara vez están conectados en un solo programa de investigación.

Bianca Jones Marlin, Ph.D.., Profesor asistente de Psicología y Neurociencia, Universidad de Columbia y Zuckerman Mind Brain Behaviour Institute, Nueva York, NY

Mecanismos moleculares de la memoria intergeneracional

¿Puede la próxima generación heredar el recuerdo de una experiencia estresante? Investigaciones recientes parecen sugerir que sí, y la Dra. Bianca Jones Marlin y su equipo están preparados para investigar cómo este proceso puede funcionar a nivel molecular: cómo las experiencias que inducen miedo o estrés en un modelo de ratón pueden causar cambios en las mismas neuronas. presentes en su cerebro, y cómo esos cambios pueden ser heredados genéticamente por los hijos del animal que experimentó el estrés, incluso si el niño nunca ha tenido la misma experiencia.

La investigación del Dr. Marlin se basa en el descubrimiento de que los cambios en el entorno conducen a una plasticidad cerebral dependiente de la experiencia. Utilizando el condicionamiento del miedo olfativo (un olor combinado con un leve golpe en el pie), el equipo descubrió que los ratones producirán más neuronas olfativas que están en sintonía con el olor utilizado. (Dado que las neuronas olfativas maduras expresan solo 1 de 1000 posibles receptores olfativos, los investigadores pueden identificar cuántas neuronas tienen receptores para el olor elegido). Esa proporción más alta persiste y se codifica en el espermatozoide y se transmite a la siguiente generación (pero no las generaciones posteriores). Para comprender cómo funciona esto, el laboratorio del Dr. Marlin investigará si las moléculas de olor en sí mismas o simplemente la activación de receptores relacionados desencadenan el proceso; cómo llega la señal de las células maduras a las células madre inmaduras que se convertirán en neuronas olfativas; y qué papel tienen las vesículas extracelulares en esa transferencia de información. Aprender sobre los cerebros expuestos a cambios traumáticos y cómo eso afecta a las generaciones futuras no solo puede ayudar a los investigadores, sino también, con suerte, crear conciencia sobre los efectos profundos y duraderos del trauma en los mamíferos, incluidos los humanos.

Nancy Padilla-Coreano, Ph.D.., Profesor asistente, Departamento de Neurociencia, Facultad de Medicina de la Universidad de Florida, Gainesville, FL

Mecanismos neuronales de cambios entre competencia social y cooperación

Los animales sociales tienen interacciones muy complejas, y a menudo pasan de la cooperación a la competencia en un lapso de tiempo muy corto. ¿Cómo ayuda el cerebro al animal a navegar esas situaciones y qué sucede a nivel neurológico para permitir ese cambio entre estados? La Dra. Nancy Padilla-Coreano tiene como objetivo comprender las redes neuronales involucradas mediante ensayos de comportamiento, electrofisiología multisitio y análisis de aprendizaje automático para identificar la dinámica del circuito neuronal detrás de la competencia social en modelos de ratón. Los hallazgos pueden ayudar a los investigadores a comprender mejor qué subyace a la competencia social, que se ve obstaculizada en una serie de trastornos neuropsiquiátricos.

El equipo del Dr. Padilla-Coreano está utilizando tecnologías innovadoras, como la asistencia de IA para identificar y rastrear el comportamiento de los animales, y metodologías de investigación para identificar los circuitos activos durante la cooperación y la competencia. Con la hipótesis de que son circuitos superpuestos, el equipo manipulará cada circuito en los mismos animales y observará cómo cambia el comportamiento cuando se les presente determinadas situaciones. Un segundo objetivo será investigar qué hay aguas arriba de esos circuitos; y un tercero investigará el papel de la dopamina en el proceso. En conjunto, la investigación ayudará a revelar cómo el cerebro ayuda a los animales sociales a optimizar y cambiar, ajustando el comportamiento social en función del contexto.

Mubarak Hussain Syed, Ph.D.., Profesor asistente, Departamento de Biología, Universidad de Nuevo México, Albuquerque, NM

Mecanismos moleculares que regulan la diversidad neuronal: de las células madre a los circuitos

El Dr. Mubarak Hussain Syed investigará qué determina cómo surgen neuronas de diferentes tipos a partir de células madre neurales (NSC) y cómo los factores de desarrollo especifican los comportamientos de los adultos. Trabajando con un modelo de mosca de la fruta, el laboratorio del Dr. Syed se centrará en cómo las NSC de tipo II producen tipos de neuronas del complejo central. Investigaciones anteriores han demostrado que el momento del nacimiento de una célula que desciende de un NSC de tipo II se correlaciona con su tipo de célula final: algunos descendientes de las primeras generaciones se convierten en neuronas de navegación olfativas, mientras que las generaciones posteriores se convierten en células que regulan el sueño. Se cree que moléculas específicas, incluidas las proteínas de unión al ARN y las proteínas inducidas por hormonas esteroides, expresadas temporalmente en esos momentos, regulan el destino de los tipos de neuronas.

A través de experimentos de pérdida y ganancia de función dirigidos a esas proteínas y vías, el equipo del Dr. Syed aprenderá el mecanismo a través del cual cambian el destino de las neuronas y qué efecto tiene eso en los comportamientos. Otros experimentos analizarán cómo se forman los circuitos de las regiones cerebrales de orden superior, planteando la hipótesis de que otros tipos de células en el circuito surgen de diferentes NSC en momentos similares. Además, como defensor de la promoción de la educación científica entre los jóvenes de grupos subrepresentados en el campo, el Dr. Syed trabajará a través de su programa llamado Pueblo Brain Science para capacitar y orientar a la próxima generación de neurocientíficos diversos mientras realiza su investigación.

Longzhi Tan, Ph.D.., Profesor asistente de Neurobiología, Universidad de Stanford, Stanford, CA

¿Cómo influye la arquitectura del genoma 3D en el desarrollo y el envejecimiento del cerebro?

Colocar los 6 mil millones de pares de bases del ADN en un núcleo celular diminuto es más que un trabajo de empaquetado impresionante: es la clave de cómo funciona el ADN. El Dr. Longzhi Tan y su equipo están utilizando un revolucionario “microscopio bioquímico” que puede mostrar la forma tridimensional de las moléculas de ADN dentro de una célula con una resolución incomparable con los telescopios ópticos, y en el proceso están descubriendo que el plegado único puede ofrecer a los investigadores una gran información. trato sobre una celda. De hecho, independientemente de cualquier otra cosa, el Dr. Tan puede decir de qué tipo de célula proviene un fragmento de ADN y la edad relativa del animal del que proviene la célula, simplemente observando la forma del ADN.

El microscopio bioquímico en el que se basa la investigación utiliza ligadura de proximidad en lugar de óptica. Determina qué pares de bases están más cerca uno del otro, uno tras otro, y puede crear de forma rápida y económica una imagen de la estructura tridimensional del ADN utilizando solo esa información. Parte del proyecto implicará la construcción de la próxima generación de esta herramienta para que el equipo del Dr. Tan pueda localizar en 3D cada molécula de ARN en una célula cerebral y dónde está en relación con el ADN plegado para comprender más sobre cómo interactúan. Esto contribuirá a elaborar un libro de reglas sobre el plegamiento del ADN que puede ayudar a los investigadores a encontrar formas de manipular el ADN y comprender cómo el ADN mal plegado afecta el desarrollo. Dado que el plegado también se degrada con la edad, comprender cómo esto influye en el envejecimiento podría proporcionar información sobre formas de revertir o frenar algunos de sus impactos. Un objetivo final analizará cómo las mutaciones y las diferencias de plegamiento influyen en las diferencias entre individuos.