22 juillet 2019
Le Fonds de dotation en neurosciences McKnight a annoncé les trois récipiendaires d'une subvention de 600 000 dollars dans le cadre des Prix de la technologie 2019 du MEFN, reconnaissant ainsi la capacité de ces projets de changer radicalement la manière dont la recherche en neurosciences est menée. Chacun des projets recevra un total de 200 000 dollars au cours des deux prochaines années, ce qui fera progresser le développement de ces technologies novatrices utilisées pour cartographier, surveiller et modéliser les fonctions cérébrales. Les lauréats 2019 sont:
- Gilad Evrony, MD, Ph.D. Langone Health de l’Université de New York, qui développe de nouvelles technologies fondamentales unicellulaires fondamentales pour cartographier les mutations génétiques naturelles sur un grand nombre de cellules cérébrales humaines individuelles afin de tracer leurs lignées et de créer une sorte d '«arbre généalogique» des différents types de cellules du cerveau.
- Iaroslav 'Alex' Savtchouk, Ph.D., de l'Université Marquette, dont le projet consiste à visualiser l’activité cérébrale en trois dimensions avec une résolution beaucoup plus élevée et beaucoup plus rapide qu’avant, ce qui permet d’obtenir une image plus complète de ce qui se passe dans les cerveaux vivants qui répondent aux stimuli.
- Nanthia Suthana, Ph.D., de l'Université de Californie à Los Angeles, dont l'équipe développe un protocole pour communiquer avec certains dispositifs implantés dans le cerveau humain dans le cadre d'un traitement médical et pour capturer des données d'activité cérébrale profonde d'humains immergés dans des environnements de réalité virtuelle et augmentée.
(En savoir plus sur chacun de ces projets de recherche ci-dessous.)
À propos des Technology Awards
Depuis la création du prix de la technologie en 1999, le MEFN a consacré plus de 13,5 millions de dollars à des technologies innovantes pour les neurosciences par le biais de ce mécanisme. Le MEFN s'intéresse particulièrement aux travaux qui adoptent de nouvelles approches novatrices pour améliorer la capacité de manipulation et d'analyse du fonctionnement du cerveau. Les technologies développées avec le soutien de McKnight doivent être finalement mises à la disposition d'autres scientifiques.
"Encore une fois, j'ai été ravi de voir l'ingéniosité à l'œuvre dans le développement de nouvelles neurotechnologies", a déclaré Markus Meister, Ph.D., président du comité des prix, et le professeur de sciences biologiques Anne P. et Benjamin F. Biaggini à Caltech. . "Cette année, nous avons été particulièrement heureux de parrainer plusieurs développements concernant le cerveau humain, d'une méthode permettant de retracer la lignée de cellules nerveuses individuelles à un dispositif permettant de lire et d'écrire des signaux neuronaux chez des patients marchant librement."
Le comité de sélection de cette année comprenait également Adrienne Fairhall, Timothy Holy, Loren Looger, Mala Murthy, Alice Ting et Hongkui Zeng, qui ont choisi les prix des innovations technologiques en neuroscience McKnight parmi un groupe très compétitif de 90 candidats.
Les lettres d'intention pour le prix Innovations technologiques 2020 doivent être envoyées le lundi 2 décembre 2019. Une annonce concernant le processus 2020 sera publiée en septembre. Pour plus d'informations sur les prix, veuillez visiter www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience/technology-awards
Prix McKnight des innovations technologiques en neurosciences 2019
Gilad Evrony, MD, Ph.D., professeur adjoint, Centre de génétique humaine et génomique, Depts. de pédiatrie, neurosciences et physiologie, Langone Health de l'Université de New York
"TAPISSERIE: une technologie multi-omique unicellulaire pour le traçage haute résolution par lignage du cerveau humain"
Il est de notoriété publique que chaque être humain commence par former une seule cellule avec un seul ensemble d '«instructions» ADN, mais les détails de la transformation de cette cellule en milliards, y compris les dizaines de milliards de cellules du cerveau, sont encore largement inconnus. Les recherches du Dr Evrony visent à développer une technologie appelée TAPESTRY, qui pourrait éclairer ce processus en créant un "arbre généalogique" des cellules cérébrales, montrant quelles cellules progénitrices sont à l'origine des centaines de types de cellules matures dans le cerveau humain.
La technologie pourrait résoudre certains des problèmes clés auxquels sont confrontés les chercheurs qui étudient le développement du cerveau humain. La méthode clé pour étudier le développement en traçant des lignées (introduire des marqueurs dans des cellules d’animaux immatures, puis étudier la manière dont ces marqueurs sont transmis à leur descendance) est impossible chez l’homme car elle est envahissante. Les travaux antérieurs du Dr Evrony avec ses collègues ont montré que des mutations naturelles peuvent être utilisées pour tracer des lignées dans le cerveau humain. TAPESTRY vise à faire progresser et à adapter cette approche en résolvant plusieurs limitations des méthodes actuelles. Premièrement, le traçage de la lignée nécessite une isolation et une amplification plus fiables des quantités infimes d’ADN de cellules individuelles. Deuxièmement, une compréhension détaillée du développement du cerveau humain doit être rentable pour permettre de profiler des milliers ou des dizaines de milliers de cellules individuelles. Enfin, il faut également cartographier les phénotypes de cellules - non seulement pour voir à quel point les cellules sont liées, mais aussi quel type de cellules elles sont. TAPESTRY cherche à résoudre ces problèmes.
L'approche du Dr Evrony s'applique à toutes les cellules humaines, mais présente un intérêt particulier pour les troubles cérébraux. Une fois que les lignages cérébraux sains sont cartographiés, ils peuvent servir de base pour voir en quoi le développement cérébral diffère chez les personnes souffrant de divers troubles susceptibles de survenir au cours du développement, tels que l'autisme et la schizophrénie.
Iaroslav 'Alex' Savtchouk, Ph.D., Professeur adjoint, Département des sciences biomédicales, Université Marquette
«Imagerie panoptique rapide des volumes du cerveau par stéréoscopie quadrangulaire à horodatage»
Les techniques modernes d'imagerie optique du cerveau permettent l'observation d'une fine couche du cerveau, mais l'imagerie de nombreuses activités cérébrales dans un espace tridimensionnel - tel qu'un volume de cerveau - s'est avérée décourageante. Le Dr Savtchouk a développé une approche qui permet aux chercheurs de voir ce qui se passe non seulement à la surface du cerveau, mais aussi à une résolution spatio-temporelle bien plus élevée que jamais.
Le processus central - la microscopie à deux photons - détecte l'activité cérébrale en recherchant la fluorescence dans les cellules cérébrales génétiquement modifiées d'animaux de laboratoire. Avec un seul laser, les informations de profondeur sont enregistrées très lentement. Avec deux faisceaux laser, les chercheurs ont essentiellement une vision binoculaire - ils peuvent voir ce qui est proche et plus éloigné, mais il existe toujours des "ombres" visuelles où rien ne peut être vu (par exemple, quand une personne regarde un bord d’échiquier, certaines pièces peut être bloqué par des pièces plus proches.) Le Dr Savtchouk résout ce problème en ajoutant deux faisceaux laser supplémentaires, ce qui donne une vision quadruplée et réduit considérablement les angles morts. Il est également en train de séquencer la synchronisation des lasers - qui impulsent rapidement - afin que les chercheurs sachent quel laser a vu quelle activité, essentielle à la création d'un modèle tridimensionnel précis.
Le projet de M. Savtchouk consiste tout d'abord à concevoir le système à l'aide de simulations sur ordinateur, puis à en démontrer l'application avec des modèles de souris. Son objectif est de développer des moyens de mettre à jour les microscopes à deux photons existants en ajoutant des faisceaux laser et en mettant à niveau le matériel et les logiciels, permettant ainsi aux laboratoires de bénéficier de la technologie sans avoir à payer pour un nouveau système.
Nanthia Suthana, Ph.D., professeure agrégée, département de psychiatrie et de sciences du comportement biologique, Université de Californie à Los Angeles
«Enregistrement et stimulation sans fil et programmables de l'activité cérébrale profonde chez des humains en mouvement, immergés dans la réalité virtuelle (ou augmentée)»
L'étude des phénomènes neurologiques humains présente de nombreux défis: les cerveaux humains ne peuvent pas être étudiés directement comme les cerveaux d'animaux, et il est difficile de recréer (et d'enregistrer les résultats) les phénomènes en laboratoire. Le Dr. Suthana propose de développer un système utilisant la réalité virtuelle et augmentée pour créer des scénarios de test réalistes pour ses sujets. Elle utilise des données enregistrées par des dispositifs cérébraux implantables utilisés dans le traitement de l'épilepsie.
Des centaines de milliers de personnes ont implanté ces dispositifs, et beaucoup d'entre eux permettent la programmation sans fil et la récupération de données. L’approche de la Dre Suthana tire parti de cette dernière solution - ces appareils enregistrent toutes sortes d’activités cérébrales profondes et elle peut puiser dans les données enregistrées pendant que les sujets interagissent dans des expériences basées sur la réalité virtuelle ou sur la réactivité aléatoire. Il est important de noter que les sujets peuvent se déplacer librement, car ils transportent le moniteur d'activité cérébrale et l'appareil d'enregistrement. La capture de mouvement et les mesures biométriques peuvent être effectuées simultanément, créant ainsi une image complète des réponses.
Le Dr Suthana travaille avec une équipe multidisciplinaire pour faire fonctionner le système. l'équipe comprend des ingénieurs électriciens, des physiciens et des informaticiens. Des faits de base tels que la latence du signal doivent être établis pour que les données puissent être synchronisées et mesurées avec précision. En fin de compte, elle pense que les humains à comportement libre qui interagissent avec les simulations les plus réalistes permettront aux chercheurs de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau. Outre des questions neurologiques de base, telles que l'activité cérébrale et les réactions physiques qui accompagnent des actions spécifiques ou des réactions aux stimuli, le système semble prometteur pour la recherche sur le trouble de stress post-traumatique et d'autres conditions dans lesquelles des déclencheurs environnementaux peuvent être simulés dans un environnement virtuel contrôlé.
