22 de julio de 2019
El McKnight Endowment Fund for Neuroscience (MEFN) anunció los tres beneficiarios de $ 600,000 en subvenciones a través de los Premios de Tecnología MEFN 2019, reconociendo a estos proyectos por su capacidad para 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 en los próximos dos años, lo que promoverá el desarrollo de estas tecnologías innovadoras que se utilizan 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 que ocurren naturalmente en un gran número 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 de Marquette, cuyo proyecto implica una forma de visualizar la actividad cerebral en tres dimensiones con una resolución mucho más alta y mucho más rápida que antes, permitiendo una imagen más completa de lo que está sucediendo en 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 de un 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.)
Acerca de los Premios de Tecnología
Desde que se estableció el premio de Tecnología en 1999, 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 mejorar la capacidad de manipular y analizar la función cerebral. Las tecnologías desarrolladas con el soporte de McKnight deben finalmente estar disponibles para otros científicos.
"Nuevamente, ha sido emocionante ver el ingenio en el trabajo para desarrollar 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 complació 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 este año McKnight Innovaciones Tecnológicas en los Premios de Neurociencia de un grupo altamente competitivo de 90 aspirantes.
Las cartas de intenciones para el premio Innovaciones tecnológicas de 2020 deben presentarse el lunes 2 de diciembre de 2019. En septiembre se publicará un anuncio sobre el proceso de 2020. Para 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 Humana y Genómica, Depts. de Pediatría y Neurociencia y Fisiología, Langone Health de la Universidad de Nueva York
"TAPISTERÍA: una tecnología multiótica de una célula para el trazado de linajes de alta resolución del cerebro humano"
Es de conocimiento general que cada ser humano comienza como una sola célula con un único conjunto de "instrucciones" de ADN, pero los detalles de cómo esa célula se convierte en billones, incluyendo las decenas de miles de millones de células en el cerebro, aún son en gran parte desconocidos. La investigación del Dr. Evrony tiene como objetivo desarrollar una tecnología llamada TAPESTRY, que puede iluminar este proceso al construir un "árbol genealógico" de células cerebrales, que muestra qué células progenitoras dan origen 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 mediante el rastreo de linajes (introducir marcadores en células de animales inmaduros y luego estudiar cómo se transmiten esos marcadores a su progenie) es imposible en los seres humanos porque es invasivo. El trabajo anterior del Dr. Evrony junto con sus colegas ha demostrado que las mutaciones que ocurren naturalmente pueden usarse para rastrear linajes en el cerebro humano. TAPESTRY pretende avanzar y escalar este enfoque resolviendo varias limitaciones de los métodos actuales. Primero, el trazado del linaje requiere un aislamiento y una amplificación más confiables de las pequeñas cantidades de ADN de 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 están relacionadas las células, sino también qué tipo de células son. TAPESTRY busca resolver estos retos.
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 una línea de base para ver cómo difiere el desarrollo cerebral 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 de Marquette
“Imágenes panópticas rápidas de volúmenes cerebrales mediante estereoscopia cuadrangular con marca de tiempo”
Las técnicas modernas de imágenes cerebrales ópticas permiten la observación de una capa delgada del cerebro, pero la imagen de mucha actividad cerebral en el espacio tridimensional, como un volumen de cerebro, ha demostrado ser desalentadora. El Dr. Savtchouk ha desarrollado un enfoque que permite a los investigadores ver lo que está sucediendo no solo en la superficie de un cerebro, sino en lo profundo y en una resolución espacio-temporal mucho más alta que nunca.
El proceso central, la microscopía de dos fotones, capta la actividad cerebral al buscar la fluorescencia en las células cerebrales modificadas genéticamente de los animales de laboratorio. Con un solo láser, la información de profundidad se registra muy lentamente. Con dos rayos láser, los investigadores obtienen esencialmente una 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, que proporcionan una visión cuádruple y reducen 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, fundamental para construir un modelo tridimensional preciso en el tiempo.
El proyecto del Dr. Savtchouk primero consiste en diseñar el sistema en simulaciones por computadora y luego probar su aplicación con modelos de mouse. Su objetivo es desarrollar formas de actualizar los microscopios de dos fotones existentes mediante la adición de rayos láser y las actualizaciones de hardware y software, lo que permite a los laboratorios beneficiarse de la tecnología sin tener que pagar por un sistema completamente nuevo.
Nanthia Suthana, Ph.D., profesora asociada, Departamento de Psiquiatría y Ciencias del comportamiento biológico, Universidad de California, Los Ángeles
“Grabación inalámbrica y programable y estimulación de la actividad cerebral profunda en humanos que se mueven libremente inmersos en realidad virtual (o aumentada)”
El estudio de 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 use realidad virtual y aumentada para crear escenarios de prueba realistas para sus sujetos. Ella usa datos registrados por dispositivos cerebrales implantables utilizados en el tratamiento de la epilepsia.
Cientos de miles de personas han implantado 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 este último: estos dispositivos registran todo tipo de actividad cerebral profunda, y puede acceder a los datos registrados mientras los sujetos interactúan en experimentos basados en VR 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 hacer que el sistema funcione; El equipo incluye ingenieros eléctricos, físicos y científicos de la computación. Es necesario establecer datos básicos como la latencia de la señal para que los datos se puedan sincronizar y medir con precisión. En última instancia, ella cree que los humanos que se comportan libremente interactuando 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 la actividad cerebral y las respuestas físicas que acompañan a las acciones o reacciones específicas a los estímulos, el sistema se muestra prometedor para la investigación del trastorno de estrés postraumático y otras condiciones en las que se pueden simular los desencadenantes ambientales en un entorno virtual controlado.
