El Consejo de Administración de The McKnight Endowment Fund for Neuroscience se complace en anunciar que ha seleccionado a seis neurocientíficos para recibir el Premio McKnight Scholar 2019.
Los McKnight Scholar Awards se otorgan a jóvenes científicos que se encuentran en las primeras etapas del establecimiento de sus propios laboratorios independientes y carreras de investigación y que han demostrado un compromiso con la neurociencia. "La investigación de los becarios McKnight Scholar de este año ejemplifica los avances espectaculares que se están realizando en la vanguardia de la neurociencia", dice Kelsey C. Martin MD, Ph.D, presidente del comité de premios y decano de la Escuela de Medicina David Geffen en la UCLA. Desde que se introdujo el premio en 1977, este prestigioso premio de carrera temprana ha financiado a más de 235 investigadores innovadores y ha estimulado cientos de descubrimientos innovadores.
"Los académicos de este año abordan la biología del cerebro en múltiples niveles de análisis en una variedad de organismos modelo", dice Martin. "Al resolver la estructura molecular de las proteínas, dilucidar la biología celular de las células cerebrales y diseccionar los circuitos neuronales que subyacen a los comportamientos complejos, sus descubrimientos prometen proporcionar información no solo sobre la función cerebral normal sino también sobre las posibles terapias de los trastornos cerebrales. . En nombre de todo el comité, me gustaría agradecer a todos los solicitantes de los McKnight Scholar Awards de este año por su destacada beca y dedicación a la neurociencia ".
Cada uno de los siguientes seis ganadores del Premio McKnight Scholar recibirá $ 75,000 por año durante tres años. Son:
| Jayeeta Basu, Ph.D. Escuela de Medicina de la Universidad de Nueva York Nueva York, NY |
Modulación cortical sensorial de la actividad del hipocampo y la representación espacial - Investigar cómo diferentes entradas de diferentes regiones del cerebro relacionadas con el espacio y los sentidos trabajan juntas para formar recuerdos de experiencias. |
| Juan Du, Ph.D. Instituto de Investigación Van Andel, Grand Rapids, MI |
Mecanismo de regulación de los receptores termosensibles en el sistema nervioso. Investigar cómo funcionan los diferentes receptores sensibles a la temperatura en las neuronas y cómo influyen en las reacciones al calor externo, al frío y a la temperatura interna del cuerpo. |
| Mark Harnett, Ph.D. Instituto de Tecnología de Massachusetts Cambridge, MA |
Perturbación de la compartimentación dendrítica para evaluar computaciones corticales de neurona única - Estudiando cómo las dendritas, las estructuras de entrada de neuronas, como una antena, contribuyen a la computación en redes neuronales. |
| Weizhe Hong, Ph.D., Universidad de California, Los Angeles Los Ángeles, California |
Mecanismos del circuito neuronal del comportamiento materno - La investigación sobre el papel de los circuitos cerebrales en el control de los comportamientos sociales, especialmente las funciones dimórficas sexuales de estos circuitos cerebrales y sus cambios dependientes de la experiencia. |
| Rachel Roberts-Galbraith, Ph.D. Universidad de georgia Athens, GA |
Regeneración del Sistema Nervioso Central en Planarianas. - Un estudio de la regeneración del sistema nervioso central en una notable especie de gusano plano, que puede volver a crecer perfectamente todo su sistema nervioso después de casi cualquier lesión. |
| Shigeki Watanabe, Ph.D. Universidad Johns Hopkins Baltimore, MD |
Perspectivas mecanicistas en remodelación de membrana en sinapsis - Investigar la forma en que las neuronas remodelan sus membranas en milisegundos para la transmisión sináptica, fundamental para la velocidad con la que funciona el sistema nervioso. |
Hubo 54 postulantes para los McKnight Scholar Awards de este año, que representan a la mejor facultad de neurociencia joven del país. Los profesores jóvenes solo son elegibles para el premio durante sus primeros cuatro años en un puesto de profesor de tiempo completo. Además de Martin, el comité de selección de Scholar Awards incluyó a Dora Angelaki, Ph.D., Universidad de Nueva York; Gordon Fishell, Ph.D., Universidad de Harvard; Loren Frank, Ph.D., Universidad de California, San Francisco; Mark Goldman, Ph.D., Universidad de California, Davis; Richard Mooney, Ph.D., Facultad de Medicina de la Universidad de Duke; Amita Sehgal, Ph.D., Facultad de Medicina de la Universidad de Pennsylvania; y Michael Shadlen, MD, Ph.D., de la Universidad de Columbia.
Las solicitudes para los premios del próximo año estarán disponibles en septiembre y se entregarán a principios de enero de 2020. Para obtener más información sobre los programas de premios de neurociencia de McKnight, visite el sitio web del Fondo de Dotación 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 exclusivamente por la Fundación McKnight de Minneapolis, Minnesota y dirigida por una junta de neurocientíficos destacados 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 utilizara para ayudar a encontrar curas. El Fondo de Dotación hace tres tipos de premios cada año. Además de los Premios McKnight Scholar, son los Premios de Innovaciones Tecnológicas McKnight en Neurociencias, que proporcionan dinero semilla para desarrollar invenciones técnicas para mejorar la investigación del cerebro; y los Premios McKnight de Memoria y Trastornos Cognitivos, para científicos que trabajan para aplicar el conocimiento alcanzado a través de la investigación básica de los trastornos del cerebro humano que afectan la memoria o la cognición.
Premios McKnight Scholar 2019
Jayeeta Basu, Ph.D., Profesor Asistente, Instituto de Neurociencias,
Escuela de Medicina de la Universidad de Nueva York, Nueva York, NY
Modulación cortical sensorial de la actividad del hipocampo y la representación espacial
El cerebro puede almacenar una gran cantidad de información en una memoria, incluso dónde ocurrió y en qué contexto sensorial, como imágenes, sonidos, olores, recompensas o castigos. La base de la investigación del Dr. Basu es exactamente cómo se vinculan esas diferentes piezas de información para formar memorias episódicas, y cómo estas memorias se pueden recordar instantáneamente de las señales en el futuro. En particular, la Dra. Basu y su equipo investigarán la relación entre la corteza entorrinal y el hipocampo para formar recuerdos de lugares.
Dos partes de la corteza entorrinal entregan diferentes entradas. La corteza entorrinal medial (MEC) comparte información espacial como la dirección, la distancia y la orientación, mientras que la corteza entorrinal lateral (LEC) proporciona información contextual de los sentidos, incluidos el olfato, el sonido, la novedad y los objetos. Los aportes de ambos se envían al hipocampo y ayudan a formar recuerdos cruciales de lugares almacenados en grupos específicos de "células colocadas" en el cerebro, como dónde encontrar comida o áreas que se deben evitar porque hay depredadores presentes. Críticamente, estos recuerdos del lugar y el mapa cognitivo del espacio deben ser, por un lado, estables frente a los cambios ambientales, como el clima o la hora del día, pero por otro lado deben ser flexibles, ya que los alimentos o los depredadores pueden moverse. Poco se entiende de qué información es suficiente y necesaria para crear, mantener y cambiar estas memorias, especialmente cómo están formadas por la información sensorial de la LEC en asociación con la información espacial de la MEC.
El Dr. Basu tiene como objetivo mapear los circuitos involucrados entre la LEC y las neuronas específicas del hipocampo. Su laboratorio registrará directamente las señales recibidas por las finas dendritas de las neuronas cuando las señales LEC se envíen con o sin señales MEC y con diferentes intensidades de señal. Una segunda serie de experimentos con ratones probará la hipótesis de que estas entradas LEC apoyan la creación de memorias de lugar mientras aprenden: las señales de aroma activarán el comportamiento para buscar recompensas en distintos lugares. Los investigadores verán cómo la activación o desactivación de las señales LEC durante el aprendizaje o durante el recuerdo afecta la activación de las células situadas en el cerebro y el comportamiento de aprendizaje en sí. Esta investigación puede ser relevante en estudios futuros sobre la enfermedad de Alzheimer, el TEPT y otras afecciones en las que se activan la memoria y los "desencadenantes" contextuales.
Juan Du, Ph.D., Profesor Asistente, Programa de Biología Estructural, Centro para el Cáncer y Biología Celular, Instituto de Investigación Van Andel, Grand Rapids, MI
- https://dulab.vai.org/
Mecanismo de regulación de los receptores termosensibles en el sistema nervioso.
Cuando se trata de detectar y reaccionar a los cambios de temperatura, tanto externos como internos, se sabe poco sobre el mecanismo y el proceso exactos. Los receptores de canales iónicos en las neuronas se abren o se cierran para permitir el paso de las señales, y estos canales pueden activarse por medio de químicos, procesos mecánicos o temperatura, pero no está claro qué es exactamente la temperatura que hace que se activen los canales activados por la temperatura.
El Dr. Du llevará a cabo un proyecto de tres partes para descubrir los secretos de cómo el sistema neural recibe y procesa la información sobre la temperatura. Ella está observando tres receptores particulares, uno que detecta las temperaturas frías y frías externamente, uno que detecta el calor externo extremo y otro que detecta las temperaturas cálidas en el cerebro (para regular la temperatura corporal). Primero identificará las condiciones de purificación de estos receptores. se pueden extraer y utilizar en experimentos de laboratorio y seguir funcionando igual que los receptores en el cuerpo.
Un segundo objetivo es ver qué estructuras de los receptores se activan con la temperatura y comprender cómo funcionan. Esto también incluirá el desarrollo de nuevas terapias que pueden unirse a estas estructuras y regularlas. Tercero, cuando se entiendan las estructuras, se realizarán experimentos de validación en los cuales los receptores se mutarán para cambiar o eliminar la sensibilidad a la temperatura, primero en las células y luego en ratones, para ver cómo las alteraciones en los receptores sensibles a la temperatura impactan el comportamiento. Una vez que se comprende la función y la regulación de estos receptores, puede abrir el camino a tratamientos para ciertas enfermedades neurodegenerativas, condiciones relacionadas con la temperatura e incluso el manejo del dolor, ya que algunos sensores sensibles a la temperatura están relacionados con la transmisión del dolor.
Mark Harnett, Ph.D., Profesor Asistente, Cerebro y Ciencias Cognitivas., Instituto de Tecnología de Massachusetts, Cambridge, MA
Perturbación de la compartimentación dendrítica para evaluar computaciones corticales de neurona única
El cerebro puede procesar y actuar sobre una cantidad asombrosa de información debido a la forma en que las neuronas están conectadas en red. Sin embargo, aún queda mucho por aprender acerca de cómo funcionan las neuronas. El Dr. Harnett está investigando el papel de las dendritas, las estructuras en forma de árbol que se extienden desde las neuronas donde se reciben las señales de otras neuronas, para determinar si estas propias subestructuras dan a las neuronas individuales el poder de realizar cálculos más complejos de lo que generalmente se cree.
La sabiduría convencional es que las neuronas toman datos de otras neuronas, y si los datos alcanzan un cierto umbral, la neurona se dispara, transmitiendo la información. El Dr. Harnett está investigando cómo las propias dendritas también podrían estar filtrando o aumentando las señales. Algunas ramas están más cerca del soma (la parte de salida de la neurona) que otras, por lo que la rama que recibe una señal puede impactar el efecto de la señal. Además, algunas ramas de dendritas parecen estar conectadas para buscar y amplificar tipos particulares de señales; por ejemplo, una rama podría especializarse en la transmisión de señales para estímulos visuales de alto contraste y movimiento rápido, pero no otros estímulos.
El Dr. Harnett está observando las dendritas en el sistema visual con herramientas eléctricas y ópticas precisas, para medir cómo las señales viajan por las ramas de la dendrita y para medir cómo la alteración de las dendritas cambia el funcionamiento de la neurona. Estas perturbaciones permitirán al Dr. Harnett probar si las señales de inhibición en una rama específica de una dendrita cambian la forma en que la red neuronal responde a ciertos estímulos visuales. Aprender que una sola neurona está compuesta esencialmente por su propia red de procesadores de señales más pequeños cambiaría nuestra comprensión de cómo se computa el cerebro. Entre otras cosas, esto podría afectar la forma en que la inteligencia artificial, que se modela en redes neuronales, evoluciona en los próximos años.
Weizhe Hong, Ph.D., Profesor Asistente, Departamentos de Química Biológica y Neurobiología, Universidad de California, Los Ángeles, CA
Mecanismos del circuito neuronal del comportamiento materno.
Muchos comportamientos sociales exhiben diferencias sexuales notables en sus niveles y formas y experimentan cambios dependientes de la experiencia a lo largo de la vida de los animales. Un ejemplo destacado es el comportamiento de los padres, que es un comportamiento social prevalente compartido en el reino animal desde los invertebrados hasta los humanos y es fundamental para la supervivencia de los hijos. El comportamiento de crianza a menudo difiere mucho entre machos y hembras y puede sufrir cambios drásticos a medida que los animales maduran y dan a luz. Sin embargo, los circuitos cerebrales subyacentes en el comportamiento parental y sus diferencias entre sexos y estados fisiológicos no están bien definidos.
Un enfoque particular del trabajo del Dr. Hong será investigar el papel de una región cerebral evolutivamente conservada llamada amígdala para controlar el comportamiento de los padres. Mientras que los ratones hembras usualmente se involucran en comportamientos extensivos de crianza de cachorros, los ratones machos generalmente no muestran un comportamiento de crianza hasta que nazcan sus propias crías. Las diferencias de sexo y el cambio fisiológico en el comportamiento de crianza del ratón brindan una excelente oportunidad para comprender los mecanismos neurales que subyacen en la presentación sexualmente dimórfica del comportamiento de crianza y sus transiciones dependientes del estado fisiológico.
La investigación identificará poblaciones neuronales específicas, definidas molecularmente, que median el comportamiento parental. La investigación también comparará los circuitos neuronales en hombres y mujeres para comprender cómo la actividad neuronal en estas neuronas regula el comportamiento parental. Esta investigación proporcionará información clave sobre las bases neuronales de un comportamiento social esencial y los principios básicos que rigen los comportamientos sexualmente dimórficos. Estas ideas también pueden mejorar nuestra comprensión de la regulación de los comportamientos paternos y sociales humanos tanto en la salud como en la enfermedad.
Rachel Roberts-Galbraith, Ph.D. Profesor Asistente, Departamento de Biología Celular, Universidad de Georgia, Athens, GA
Regeneración del Sistema Nervioso Central en Planarianas.
Desarrollar un sistema nervioso central en un animal es un proceso muy complejo. Regenerar un sistema neural dañado es aún más complicado, ya que requiere activar todos los mismos procesos de desarrollo en un área pero no en otra y volver a cablear las neuronas para que funcionen como lo hicieron antes. Los seres humanos tienen una capacidad de regeneración muy pobre del sistema nervioso central, por lo que el daño al cerebro o la médula espinal a menudo es irreversible. El Dr. Roberts-Galbraith espera entender más acerca de cómo la reparación neuronal puede Trabaje investigando la regeneración en los planarianos, un tipo notable de gusano plano que puede regenerar todo su sistema nervioso central (y el resto de su cuerpo) incluso después de lesiones dramáticas.
Al estudiar la exitosa regeneración neural en el mundo natural, el Dr. Roberts-Galbraith espera aprender detalles sobre el mecanismo de la regeneración neural y el papel de las diferentes células. Un objetivo es investigar si las neuronas pueden detectar lesiones y las autoiniciaciones se reparan mediante el envío de señales que desencadenan y rebrotan directamente. El Dr. Roberts-Galbraith plantea la hipótesis de que las neuronas influyen en las células madre planarias, que se reclutan para regenerar partes del sistema nervioso central (y otras partes del cuerpo). El control preciso de las células madre es crítico para la regeneración, ya que los planarios reemplazan fielmente los tejidos faltantes y nunca desarrollan tumores.
Otro objetivo es examinar el papel de las células gliales, que tradicionalmente se han considerado como el pegamento del sistema nervioso, pero que claramente tienen roles más significativos que los reconocidos previamente. Las células gliales constituyen una gran parte de los sistemas nerviosos de los animales y deben regenerarse junto con las neuronas; también es probable que modulen la regeneración neuronal. La esperanza es que esta investigación proporcionará una mayor comprensión de cómo puede ocurrir la regeneración en los casos más exitosos, y tal vez informar nuevas formas de pensar acerca de la regeneración neuronal en los seres humanos.
Shigeki Watanabe, Ph.D., Profesor asistente de biología celular y neurociencia, Johns Hopkins University, Baltimore, MD
Perspectivas mecanicistas en remodelación de membrana en sinapsis
La rápida velocidad de las redes neuronales nos permite detectar, evaluar y reaccionar ante el mundo que nos rodea. También ha requerido que las neuronas desarrollen algunas propiedades notables. En su investigación, el Dr. Watanabe investigará una de las más notables: la capacidad de las neuronas para remodelar sus membranas en una escala de tiempo de milisegundos para la comunicación neuronal utilizando procesos que no se comprenden completamente.
La membrana alrededor de una neurona debe adaptarse para permitir que la neurona crezca, migre y, lo que es más importante, permita que otras membranas se fusionen y se separen durante la comunicación neuronal. En el proceso que se está investigando, una "burbuja" de membrana llamada vesícula sináptica se fusiona con la membrana neuronal, después de lo cual una nueva pieza de membrana se abomba hacia adentro y se desprende. El mecanismo que se cree que se utiliza, la endocitosis mediada por clatrina, simplemente no es lo suficientemente rápido como para permitir que estas vesículas se creen y se reciclen en la escala de tiempo en que ocurre la transmisión sináptica. El Dr. Watanabe descubrió un nuevo mecanismo, la endocitosis ultrarrápida, que maneja el proceso, pero la comprensión de cómo funciona se ha visto obstaculizada por el pequeño tamaño de las sinapsis y la rápida velocidad de este proceso.
El Dr. Watanabe utilizará una técnica llamada microscopía electrónica de destello y congelación para investigar este proceso. Las neuronas se estimularán con la luz (el destello), luego el proceso se detendrá de manera precisa con la congelación a alta presión en intervalos de tiempo precisos de microsegundos después de la estimulación. Las sinapsis congeladas se pueden visualizar con un microscopio electrónico. Al tomar una serie de imágenes congeladas a diferentes intervalos de tiempo después de la estimulación, el Dr. Watanabe creará una visualización paso a paso del proceso e identificará las proteínas involucradas y lo que hacen. Esto no solo dará una mejor comprensión de cómo funcionan las neuronas, sino que también tiene implicaciones para las enfermedades relacionadas con la transmisión neuronal defectuosa, como la enfermedad de Alzheimer.
