Prix des boursiers McKnight 2023

Le conseil d'administration du McKnight Endowment Fund for Neuroscience est heureux d'annoncer qu'il a sélectionné dix neuroscientifiques pour recevoir le McKnight Scholar Award 2023. C'est la première année que McKnight décerne ces prix dans le cadre des nouvelles lignes directrices du programme, qui mettent davantage l'accent sur l'augmentation de la diversité, de l'équité et de l'inclusion afin d'améliorer l'excellence et l'impact de notre travail.

Les McKnight Scholar Awards sont décernés à de jeunes scientifiques qui en sont aux premiers stades de la création de leurs propres laboratoires indépendants et de leur carrière de recherche et qui ont démontré leur engagement envers les neurosciences. Depuis que le prix a été créé en 1977, ce prestigieux prix de début de carrière a financé plus de 260 chercheurs innovants et stimulé des centaines de découvertes révolutionnaires.

« Le comité est ravi de féliciter un éventail de nouveaux chercheurs splendides », a déclaré Richard Mooney, PhD, président du comité des prix et professeur George Barth Geller de neurobiologie à la Duke University School of Medicine. "Chacun s'engage à résoudre les problèmes les plus fondamentaux des neurosciences, depuis l'identification des molécules qui construisent un système nerveux jusqu'au décryptage des calculs neuronaux qui nous permettent de voir, d'acquérir de nouvelles compétences et même de former des liens sociaux."

Chacun des récipiendaires suivants du McKnight Scholar Award recevra $75,000 par an pendant trois ans.

Il y avait 56 candidats pour les McKnight Scholar Awards de cette année, représentant la meilleure jeune faculté de neurosciences du pays. Les professeurs sont éligibles au prix au cours de leurs quatre premières années dans un poste de professeur à temps plein. Outre Mooney, le comité de sélection des Scholar Awards comprenait Gordon Fishell, Ph.D., Université Harvard ; Mark Goldman, Ph.D., Université de Californie, Davis ; Kelsey Martin, MD, Ph.D., Fondation Simons ; Jennifer Raymond, Ph.D., Université de Stanford ; Vanessa Ruta, Ph.D., Université Rockefeller ; et Michael Shadlen, MD, Ph.D., Université de Columbia.

Le calendrier des candidatures pour les prix de l'année prochaine sera disponible en août. Pour plus d'informations sur les programmes de récompenses en neurosciences de McKnight, veuillez visiter le Site Internet du Fonds de dotation.

À propos du Fonds de dotation McKnight pour les neurosciences

Le McKnight Endowment Fund for Neuroscience est une organisation indépendante financée uniquement par la Fondation McKnight de Minneapolis, Minnesota, et dirigée par un conseil d'administration d'éminents neuroscientifiques de tout le pays. La Fondation McKnight soutient la recherche en neurosciences depuis 1977. La Fondation a créé le Fonds de dotation en 1986 pour réaliser l'une des intentions de son fondateur William L. McKnight (1887-1979). L'un des premiers dirigeants de la société 3M, il s'intéressait personnellement aux maladies de la mémoire et du cerveau et souhaitait qu'une partie de son héritage soit utilisée pour aider à trouver des remèdes. En plus des Scholar Awards, le Fonds de dotation accorde des subventions aux scientifiques travaillant à appliquer les connaissances acquises grâce à la recherche translationnelle et clinique aux troubles du cerveau humain par le biais des McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards.

Prix des boursiers McKnight 2023

Ishmail Abdus-Saboor, Ph.D., Professeur adjoint, Sciences biologiques et Zuckerman Mind Brain Behaviour Institute, Columbia University, New York, NY

Axe peau-cerveau pour récompenser les comportements tactiles

Le contact social est un stimulus clé qui est fondamental pour les expériences humaines, allant de l'éducation des autres à la création de liens sociaux en passant par la réceptivité sexuelle. En travaillant avec un modèle murin et l'optogénétique, les recherches antérieures d'Abdus-Saboor ont montré qu'il existe des connexions directes entre les cellules neurales de la peau et le cerveau, et que les cellules dédiées sont spécifiquement adaptées à certains signaux tactiles. Ces cellules sont nécessaires et suffisantes pour susciter des réponses physiques spécifiques : l’activation des cellules a amené les souris à réagir comme si elles recevaient un contact lié à l’accouplement, même en l’absence d’autres souris présentes ; et leur désactivation entraînait une diminution de la réponse, même lorsqu’elle était associée à une interaction sociale.

Dans sa nouvelle recherche, Abdus-Saboor et son équipe visent à définir comment les neurones de la peau déclenchent des signaux positifs uniques dans le cerveau, et comment le cerveau reçoit et traite ces signaux comme gratifiants, ainsi qu'à identifier les neurones tactiles nécessaires dans différents scénarios tactiles (nourrir les chiots ou les toiletter ou jouer). Un troisième objectif cherchera à identifier quel capteur de ces cellules identifie le toucher. La recherche en révélera davantage sur la connexion peau-cerveau, avec des applications potentielles pour les chercheurs étudiant les troubles sociaux.

Yasmine El-Shamayleh, Ph.D.., Professeur adjoint, Département de neurosciences et Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, New York City, NY

Circuits corticaux pour percevoir la forme visuelle

Chez les primates, environ 30% du cortex cérébral est dédié au traitement des informations visuelles. À l’aide de nouvelles techniques, le Dr El-Shamayleh travaille à développer une compréhension mécaniste détaillée de la façon dont le cerveau détecte et reconnaît les objets que nous voyons. En se concentrant sur la zone corticale V4, les recherches d'El-Shamayleh révèlent comment divers types de neurones dans cette région du cerveau soutiennent notre capacité à percevoir la forme des objets visuels.

L'aire corticale V4 est très adaptée à la forme des objets dans le monde. Les neurones individuels de cette zone sont spécialisés pour détecter divers segments courbes le long du contour d'un objet : saillies convexes ou indentations concaves. Différents ensembles de ces neurones préférant les convexes et les concaves peuvent détecter différents objets en fonction de la combinaison de contours convexes et concaves qu'ils contiennent. Par exemple, un ensemble de neurones pourrait détecter une banane tandis qu’un autre pourrait détecter un ananas. S’appuyant sur ces informations clés et utilisant de nouvelles applications de l’optogénétique basée sur des vecteurs viraux dans un modèle de primate, El-Shamayleh enregistre et manipule l’activité de groupes spécifiques de neurones V4 avec une précision sans précédent. Cette recherche identifie comment différents types de neurones dans la zone corticale V4 interagissent pour traiter la forme d'un objet, et comment l'activité neuronale dans cette zone est liée à notre perception des parties convexes et concaves des objets. Comprendre ces processus permettra de mieux comprendre la façon dont le cerveau des primates traite les informations visuelles. De plus, les innovations techniques établies dans cette recherche faciliteront également les futures études mécanistes sur la fonction cérébrale des primates et leurs comportements spécifiques.

Vikram Gadagkar, Ph.D., Professeur adjoint, Département de neurosciences et Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, New York City, NY

Mécanismes neuronaux de la cour et de la monogamie

Bien que d’importantes recherches aient été menées sur la manière dont les animaux apprennent et adoptent leurs comportements, moins d’attention a été accordée à la manière dont un animal évalue les performances d’un autre lors des interactions sociales. Chez les oiseaux chanteurs, la plupart des recherches ont porté sur ce qui se passe dans le cerveau des mâles exécutant un chant pour attirer un partenaire, mais pas sur ce qui se passe dans le cerveau de la femelle lorsqu'elle écoute le chant du mâle. Les nouvelles recherches du Dr Gadagkar visent à combler cette lacune et à créer une image plus complète de ces interactions complexes en matière de parade nuptiale, ainsi qu'à contribuer à élargir la recherche neuronale pour inclure les cerveaux féminins souvent négligés.

Les travaux du Dr Gadagkar porteront sur une partie du cerveau appelée HVC, un noyau sensorimoteur connu pour être actif chez les hommes pour garder le temps pendant qu'ils apprennent et interprètent leur chanson. Pour la première fois, lui et son laboratoire enregistrent ce qui se passe chez une femme HVC lorsqu'elle écoute et évalue le chant masculin, afin de tester si ces neurones codent une représentation du chant masculin dans son cerveau. Deuxièmement, la Dre Gadagkar examinera comment les femmes effectuent leur évaluation, si elle compare leurs performances actuelles aux performances précédentes et ce que font les neurones lorsque des erreurs sont détectées. Enfin, la recherche examinera le système dopaminergique pour voir comment le cerveau montre une préférence pour les performances les plus attractives. Cela fournira également un aperçu des mécanismes cérébraux de la monogamie, puisque ces oiseaux chanteurs s'accouplent pour la vie et utilisent le chant pour former et entretenir leurs liens.

Hidehiko Inagaki, Ph.D., Institut Max Planck de Floride pour les neurosciences, Jupiter, Floride

Mécanismes synaptiques et dynamiques de réseau sous-jacents à l'apprentissage moteur

L’apprentissage d’une nouvelle compétence nécessite que le cerveau modifie ses circuits, un processus connu sous le nom de plasticité. Bien que d’importantes recherches aient été menées pour identifier la manière dont les réseaux cérébraux exécutent les compétences, on en sait moins sur les mécanismes d’apprentissage de nouvelles compétences. Le Dr Inagaki et son équipe travaillent à se concentrer sur les cellules et les processus impliqués au cours du processus d'apprentissage. La recherche a montré que les mouvements planifiés sont contrôlés dans toutes les zones du cerveau et que les animaux experts ont des connexions différentes de celles des animaux novices. Mais comment ces liens sont-ils arrivés là ?

Grâce à l'imagerie in vivo à 2 photons et à l'électrophysiologie à grande échelle sur un modèle de souris, le Dr Inagaki et son équipe peuvent désormais observer au niveau cellulaire les changements qui se produisent à mesure qu'une nouvelle compétence est acquise – dans ce cas, l'apprentissage d'un nouveau timing pour l'action. Ils ont observé des changements dans l'activité cérébrale à mesure que les animaux apprennent à se déplacer à des moments différents après un signal, et voir comment ces changements se produisent en révélera beaucoup sur les mécanismes du processus d'apprentissage. En utilisant la manipulation génétique pour permettre aux chercheurs d’activer ou d’inhiber des protéines associées à la plasticité, ils visent à découvrir non seulement quels changements surviennent dans le cerveau, mais aussi comment ces changements sont initiés et consolidés. L'observation des changements de comportement chez les animaux permettra à l'équipe de relier ce qui se passe au niveau cellulaire à notre incroyable capacité à apprendre et à maintenir des compétences. Mieux comprendre le fonctionnement de l’apprentissage pourrait avoir des implications pour la recherche sur les troubles d’apprentissage.

Peri Kurshan, Ph.D., Professeur adjoint, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, NY

Démêler les mécanismes de développement des synapses, des molécules au comportement

Les synapses, les endroits où les signaux sont envoyés et reçus entre les neurones, sont la clé du fonctionnement des circuits neuronaux qui sont à la base du comportement. Comprendre comment les synapses se développent au niveau moléculaire et comment le développement synaptique influence le comportement est l'objectif des recherches du Dr Kurshan. Le modèle dominant soutient qu'une classe de protéines appelées molécules d'adhésion cellulaire synaptique (sCAM) initie le processus, avec une famille de sCAM appelées neurexines, qui sont fortement associées aux troubles du développement neurologique tels que l'autisme, particulièrement indiquées. Mais des recherches in vivo montrent que l’élimination des neurexines n’élimine pas les synapses. Alors, comment fonctionne le processus ?

Le Dr Kurshan utilise le ver rond C. elegans comme système modèle pour comprendre cela. Ses travaux indiquent que les protéines d'échafaudage cytosoliques présynaptiques peuvent s'auto-associer à la membrane cellulaire, puis recruter des neurexines pour stabiliser les synapses. Dans ses nouvelles recherches, utilisant l’imagerie, la protéomique, la modélisation informatique et la manipulation transgénique, elle et son laboratoire visent à identifier les protéines et les composants de la membrane cellulaire impliqués et comment ils interagissent. Un autre objectif consiste à examiner différentes variantes de neurexine (courtes et longues) pour voir quels sont leurs rôles et comment leur perte entraîne des défauts de circuit et de comportement. La recherche a des implications sur une gamme de troubles neurologiques liés à des anomalies synaptiques.

Scott Linderman, Ph.D., Professeur adjoint, Institut de statistiques et de neurosciences Wu Tsai, Université de Stanford, Stanford, Californie

Méthodes d'apprentissage automatique pour découvrir la structure des données neuronales et comportementales

Les contributions du Dr Linderman aux neurosciences ne résident pas dans des expériences en laboratoire ou dans la réalisation d'enregistrements neuronaux, mais dans le développement de méthodes d'apprentissage automatique capables de gérer et d'extraire des informations à partir des quantités impressionnantes de données produites par ce type de recherche. Grâce à la technologie moderne, les chercheurs capturent des enregistrements haute résolution d’un grand nombre de neurones dans le cerveau et observent simultanément les comportements d’animaux au comportement libre sur de longues périodes. Linderman et son équipe s'associent à des laboratoires de recherche pour développer des méthodes probabilistes d'apprentissage automatique afin de trouver des modèles dans toutes ces données.

Le laboratoire de Linderman se concentre spécifiquement sur la neuroéthologie computationnelle et la modélisation probabiliste – essentiellement sur la façon de construire et d'adapter des modèles statistiques au type de données que les chercheurs produisent aujourd'hui. Ses projets en cours et futurs démontrent l'étendue des façons dont l'apprentissage automatique peut être appliqué à la recherche neuronale : un projet examine l'impact de la libération de dopamine sur le comportement, un autre sur la comparaison des effets neuronaux et comportementaux de la sérotonine, un neuromodulateur, et un troisième sur l'étude tout au long de la vie. des enregistrements vidéo de killifish turquoise africains se comportant librement – le type de données que, en raison de leur volume et de leur complexité, les chercheurs ne peuvent pas analyser efficacement en utilisant les méthodes traditionnelles. Linderman aborde le travail en tant que partenaire intégré avec des collaborateurs expérimentaux et, en développant des méthodes pour résoudre les problèmes de neurobiologie, il contribue également à faire progresser les domaines des statistiques et de l'apprentissage automatique.

Swetha Murthy, Ph.D., Professeur adjoint, Vollum Institute, Oregon Health and Science University, Portland, OR

Mécanosensation pour guider la morphologie cellulaire

La mécanosensation – ou la détection d'une force physique par une cellule ou un neurone – est une fonction étonnamment subtile et polyvalente médiée par certains canaux ioniques (entre autres protéines) sur la membrane cellulaire. Un exemple évident est le sens du toucher : les neurones peuvent détecter la pression, l’étirement, etc. Le laboratoire du Dr Murthy étudie un cas de mécanosensation à bien plus petite échelle ayant de profondes implications pour la santé neuronale : le processus de myélinisation, dans lequel des cellules spécialisées appelées oligodendrocytes (OL) forment une gaine autour d'un nerf pour améliorer la conduction.

On suppose que des signaux mécaniques (entre autres facteurs) peuvent gouverner la morphologie et la myélinisation des OL, mais les mécanismes sous-jacents restent inconnus. Le laboratoire de Murthy étudie le canal ionique mécano-activé TMEM63A, qui est exprimé en OL, pour révéler comment ces canaux pourraient médier la myélinisation et, à leur tour, faire la lumière sur la manière dont les signaux mécaniques guident le processus. À l'aide de techniques de patch-clamp in vitro et de manipulations génétiques, Murthy confirmera la mécanosensibilité de l'OL et si elle est médiée par TMEM63A, puis évaluera la dépendance de la myélinisation à TMEM63A en comparant les cerveaux de souris à différents stades de leur développement qui possèdent ou non les gènes TMEM63A. silencieux. Enfin, des expériences in vivo utilisant du poisson zèbre observeront et documenteront la myélinisation en temps réel et détermineront la dépendance de ce processus vis-à-vis de TMEM63A. Comprendre comment la myélinisation peut fonctionner – et comment elle peut échouer – sera utile aux chercheurs qui étudient une gamme de conditions liées à la myélinisation, comme les leucodystrophies hypomeylinisantes, ainsi qu'à l'élargissement de la compréhension de la mécanosensation.

Karthik Shekhar, Ph.D., Génie chimique et biomoléculaire/ Helen Wills Neuroscience Institute, Université de Californie, Berkeley, Berkeley, Californie

Evolution de la diversité neuronale et des structurations dans le système visuel

Le laboratoire du Dr Shekhar cherche à comprendre comment divers types neuronaux et leur organisation ont évolué pour répondre aux besoins de différents animaux. Ses recherches portent sur le système visuel du cerveau, en particulier la rétine et le cortex visuel primaire, qui sont remarquablement bien conservés entre espèces séparées par des centaines de millions d'années d'évolution. En comprenant la composition neuronale des rétines de différentes espèces et la manière dont ces neurones sont organisés, il espère découvrir comment l’évolution a agi pour répondre à des exigences visuelles distinctes – et en outre, découvrir les fondements génétiques du réseau neuronal et de l’évolution du cerveau.

Les recherches de Shekhar examineront la conservation évolutive et la divergence des types neuronaux dans la rétine de plusieurs espèces de vertébrés, des poissons aux oiseaux en passant par les mammifères, et utiliseront des approches informatiques pour reconstruire l'évolution de la diversité neuronale. Il examinera si l'évolution a conduit à l'apparition de nouveaux types ou à la modification de types existants, y compris des changements dans la morphologie, la fonction ou la connectivité. Un effort simultané étudiera le cortex visuel, une structure commune à tous les mammifères, et se concentrera sur la recherche des origines des premières époques de développement connues sous le nom de « périodes critiques », où les réseaux neuronaux du cerveau montrent une plasticité exquise à l'expérience sensorielle. La recherche aidera à montrer comment les adaptations évolutives se sont produites dans le système visuel, ce qui ouvrira également la voie à des recherches plus approfondies sur la façon dont d'autres parties du cerveau ont évolué. L'un des principes directeurs qui sous-tendent l'approche de Shekhar est que les collaborations interdisciplinaires – avec des ingénieurs, des neuroscientifiques, des cliniciens et des informaticiens – peuvent apporter de nouvelles approches pour aborder certaines des grandes questions des neurosciences.

Tanya Sippy, Ph.D., Professeur adjoint, Grossman School of Medicine de l'Université de New York, New York City, NY

Modulation des cellules striatales et des synapses par les signaux de mouvement de la dopamine

La dopamine est peut-être le neuromodulateur le plus connu, en grande partie en raison du rôle qu'elle joue dans la signalisation de la récompense. Cependant, la dopamine joue également un rôle clé dans le mouvement, ce qui est clairement démontré par l'incapacité des patients atteints de la maladie de Parkinson, un trouble de la dopamine, à initier des mouvements. Le Dr Sippy vise à en apprendre davantage sur la façon dont la dopamine est impliquée dans le mouvement, grâce à des mesures in vivo très précises des fluctuations de la dopamine simultanément avec le potentiel membranaire des neurones cibles.

Les enregistrements du potentiel membranaire permettent aux membres du laboratoire du Dr Sippy de mesurer deux propriétés des neurones connues pour être affectées par la neuromodulation : 1) la force des entrées synaptiques et 2) l'excitabilité des neurones qui détermine la façon dont ils répondent à ces entrées. Mais mesurer à la fois les fluctuations de la dopamine et le potentiel membranaire d’une cellule est très difficile. Les travaux de Sippy reposent sur la découverte que l'activité de la dopamine se reflète dans les deux hémisphères du cerveau. Ainsi, la mesure de celle-ci et du potentiel membranaire peuvent être effectuées sur des côtés opposés tout en ayant des résultats fortement corrélés. Une fois ces enregistrements réalisés, Sippy manipulera optogénétiquement le système dopaminergique et verra comment l'activation ou la suppression de la dopamine affecte les propriétés des neurones cibles, et comment cela affecte les actions de l'animal.

Moriel Zelikowsky, Ph.D., Professeur adjoint, Université de l'Utah, Salt Lake City, UT

Contrôle cortical neuropeptidergique de l'isolement social

L’isolement social prolongé peut avoir un impact négatif sur la vie des mammifères, entraînant un déclin cognitif, des maladies cardiaques et des changements de comportement, notamment une forte augmentation de l’agressivité. Alors que de nombreuses études se sont penchées sur le contrôle sous-cortical des formes naturelles d'agression, telles que celles qui caractérisent la défense territoriale ou la protection de la progéniture, rares sont celles qui se sont intéressées aux formes pathologiques d'agression ou à leur contrôle descendant. Le Dr Zelikowsky vise à mieux comprendre le mécanisme et les circuits corticaux impliqués dans la montée de l'agressivité résultant de l'isolement social chronique.

Les premières recherches utilisant un modèle murin ont identifié le rôle du neuropeptide Tachykinin 2 (Tac2) en tant que neuromodulateur sous-cortical de la peur et de l'agressivité induites par l'isolement : lorsque la signalisation Tac2 était réduite au silence, l'agressivité était réduite chez les souris isolées ; lorsqu'elle est activée, l'agressivité augmente même chez les souris non isolées. Il a également été constaté que Tac2 était également régulé positivement dans le cortex préfrontal médial (mPFC) après l'isolement social. Cependant, sa fonction dans le cortex reste inconnue. Des recherches plus approfondies examineront maintenant exactement comment les interneurones Tac2 du mPFC médient l'agression chez les animaux socialement isolés. La recherche utilise des perturbations spécifiques à un type de cellule chez des souris qui ont connu un isolement social et sont exposées à des rencontres avec des souris « intrus » du même sexe dans leur espace. L’apprentissage automatique est utilisé pour identifier des groupes de comportements, qui sont mappés à l’activité cérébrale imagée. En comprenant comment l’isolement peut modifier le cerveau des mammifères, les futurs chercheurs pourront peut-être mieux comprendre les effets d’une privation sociale prolongée chez les humains – et comment y remédier.