पुरस्कार

आंद्रे बर्नडटा, पीएचडी, सहायक प्रोफेसर, बायोइंजीनियरिंग विभाग, वाशिंगटन विश्वविद्यालय

न्यूरोनल सिग्नलिंग के लिए ऑप्टोजेनेटिक बायोसेंसर के बड़े पैमाने पर समानांतर, उच्च थ्रूपुट इंजीनियरिंग

फ्लोरोसेंट, आनुवंशिक रूप से एन्कोडेड प्रोटीन ने मस्तिष्क कोशिकाओं और तंत्रिका सर्किट के अध्ययन में क्रांति ला दी है। विशिष्ट तंत्रिका गतिविधि की उपस्थिति में शाब्दिक रूप से प्रकाश करके, जिसे तब सूक्ष्मदर्शी और जीवित मस्तिष्क में प्रकाश तंतुओं द्वारा रिकॉर्ड किया जा सकता है, इस उपकरण ने कई रहस्यों को खोल दिया है और शोधकर्ताओं को मस्तिष्क गतिविधि और तंत्रिका मार्गों की कल्पना करने की अनुमति दी है। लेकिन एक अड़चन रही है: प्रत्येक प्रयोग के लिए सर्वश्रेष्ठ सेंसर का विकास और पहचान करना। इन एन्कोडेड प्रोटीनों को केवल विशिष्ट उत्तेजनाओं की उपस्थिति में प्रतिक्रिया करने की आवश्यकता होती है, कुछ मामलों में अत्यधिक संवेदनशील होने की आवश्यकता हो सकती है, अन्य मामलों में लंबी अवधि के लिए प्रतिदीप्त करने की आवश्यकता हो सकती है, या एक प्रयोग को यह देखने के लिए दो सेंसर की आवश्यकता हो सकती है कि कितने न्यूरोट्रांसमीटर हैं इंटरैक्ट करना।

अतीत में, प्रत्येक सेंसर को आनुवंशिक रूप से संशोधित, उत्पादित और व्यक्तिगत रूप से परीक्षण किया जाना था। शायद केवल कुछ दर्जन या सौ की तुलना की जा सकती है, और शोधकर्ताओं ने एक छोटे नमूने से सबसे अच्छा विकल्प चुना - यह नहीं जानते कि क्या कोई बेहतर, अधिक सटीक विकल्प उपलब्ध था। डॉ. बर्नड्ट ने एक साथ बड़ी संख्या में ऑप्टोजेनेटिक बायोसेंसरों के विकास और परीक्षण के लिए एक प्रक्रिया विकसित की है, जिसका लक्ष्य प्रति दिन 10,000 से अधिक स्क्रीनिंग करना और बायोसेंसरों की एक विशाल पुस्तकालय का निर्माण करना है जो शोधकर्ताओं को सटीक रूप से इंजीनियर प्रोटीन तक पहुंच प्रदान कर सकता है जिसका उपयोग वे हमेशा चलाने के लिए कर सकते हैं- अधिक विशिष्ट प्रयोग।

प्रौद्योगिकी बायोसेंसर के बड़ी संख्या में प्रकार बनाने के लिए तेजी से आनुवंशिक इंजीनियरिंग का उपयोग करती है, फिर अलग-अलग रूपों को एक माइक्रोवेल सरणी में रखती है। सेंसर न्यूरोपैप्टाइड्स के संपर्क में हैं - वर्तमान में, डॉ बर्नड्ट लिगैंड-विशिष्ट ओपिओइड सेंसर पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं - और ऑप्टिकल सेंसर फिर माइक्रोएरे को पढ़ते हैं, प्रत्येक संस्करण की चमक और अन्य चर का पता लगाते हैं, और आगे के परीक्षण के लिए सर्वोत्तम विकल्पों का चयन करते हैं। 2 वर्षों के दौरान, लगभग 750, 000 बायोसेंसर का परीक्षण किया जाएगा और उनकी स्क्रीनिंग की प्रक्रिया को परिष्कृत किया जाएगा, मस्तिष्क में ओपिओइड क्रियाओं में अनुसंधान को आगे बढ़ाया जाएगा और एक बहुमुखी दृष्टिकोण प्रदान किया जाएगा जो अन्य शोधकर्ता अपने प्रयोगों के लिए उपयोग कर सकते हैं।

रुइक्सुआन गाओ, पीएच.डी., सहायक प्रोफेसर, रसायन विज्ञान विभाग और जैविक विज्ञान विभाग, इलिनोइस विश्वविद्यालय शिकागो

टेट्राहेड्रोन-जैसे मोनोमर्स से निर्मित अत्यधिक समरूप हाइड्रोजेल का उपयोग करके उच्च-आइसोट्रॉपी विस्तार माइक्रोस्कोपी के साथ सिनैप्टिक प्रोटीन और आरएनए टेप की उप -10 एनएम स्थानिक रूपरेखा

बहुत छोटी चीजों की जांच करने के लिए - जैसे न्यूरॉन्स और मस्तिष्क में उनके सिनेप्स - शोधकर्ता शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करते हैं। लेकिन एक और दृष्टिकोण है जो प्रभावशाली परिणाम प्राप्त कर सकता है: विस्तार माइक्रोस्कोपी नामक प्रक्रिया के माध्यम से एक विशेष सूजन योग्य हाइड्रोजेल के उपयोग से ऊतक के नमूने और उसके भीतर की कोशिकाओं का शाब्दिक रूप से विस्तार करना। हाइड्रोजेल कोशिकाओं के विभिन्न आणविक घटकों को बांधता है और फैलता है, आदर्श रूप से सभी घटक भागों को एक दूसरे के समान सापेक्ष स्थिति में रखता है, अध्ययन के लिए एक बड़ा और अधिक सुलभ नमूना बनाता है - सिद्धांत रूप में, एक गुब्बारे पर लिखने के समान, फिर इसे फुलाकर .

हालांकि, इस प्रक्रिया के लिए उपयोग किए जाने वाले वर्तमान हाइड्रोजेल में कुछ कमियां हैं जब मस्तिष्क में सूक्ष्म संरचनाओं का अध्ययन करने की बात आती है। अणुओं की सापेक्ष स्थिति को धारण करने में त्रुटि की सीमा उतनी सटीक नहीं है जितनी वांछित है। नया जेल जो संभावित रूप से इस मुद्दे पर काबू पाता है, ऊतक के नमूनों को विकृत करने और उनका इलाज करने में उपयोग की जाने वाली गर्मी के प्रति खराब प्रतिक्रिया करता है। और यह फ्लोरोसेंट बायोमार्कर के उपयोग को सीमित कर सकता है। डॉ गाओ का लक्ष्य एक नए प्रकार के "टेट्रा-जेल" को विकसित करके प्रौद्योगिकी में सुधार करना है, जिसे रासायनिक रूप से एक टेट्राहेड्रोन के आकार का मोनोमर बनाने के लिए इंजीनियर किया गया है जो कि अत्यंत समान है क्योंकि यह फैलता है, गर्मी का प्रतिरोध करता है और बायोल्यूमिनसेंट मार्करों के उपयोग की अनुमति देता है। वह रासायनिक लिंकर्स, विशेष अणु भी विकसित करेगा जो नमूने के विभिन्न आणविक घटकों को जेल से बांध देगा। लक्ष्य एक विस्तारित नमूना है जो मूल की निष्ठा से 10 नैनोमीटर के भीतर मेल खाता है, शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के संकल्प से मेल खाता है।

डॉ गाओ के शोध ने पहले से ही आशाजनक यौगिकों की पहचान की है जिनके साथ इस टेट्रा-जेल को विकसित किया जा सकता है। जैसे-जैसे उनकी प्रयोगशाला इसे विकसित और परिष्कृत करती है, वह अपनी क्षमताओं को अध्ययन के लिए लागू करेगा, उदाहरण के लिए, प्रारंभिक शुरुआत पार्किंसंस रोग प्रभावित दिमाग। इन दिमागों की सटीक संरचना का अध्ययन पारंपरिक तरीकों से चुनौतीपूर्ण रहा है, और लक्ष्य सिनैप्टिक प्रोटीन और संबंधित जीन टेप को सटीक रूप से मैप करना है, जिससे यह पता चलता है कि पीडी मस्तिष्क की प्रारंभिक शुरुआत कैसे आणविक रूप से संरचित है।

मिर्ना मिहोविलोविक स्कानाटा, पीएच.डी., सहायक प्रोफेसर, भौतिकी विभाग, सिरैक्यूज़ विश्वविद्यालय

स्वतंत्र रूप से चलने वाले जानवरों में तंत्रिका पैटर्न को पढ़ने और हेरफेर करने के लिए दो-फोटॉन ट्रैकिंग तकनीक

न्यूरोसाइंटिस्टों के लिए सोने का मानक एक बड़े क्षेत्र में उच्च स्तर की सटीकता पर मस्तिष्क में जो हो रहा है उसे रिकॉर्ड और हेरफेर करने में सक्षम होना है, जबकि एक जीवित जानवर स्वतंत्र और स्वाभाविक रूप से व्यवहार कर रहा है। वर्षों से, प्रौद्योगिकी ने शोधकर्ताओं को इस आदर्श की ओर बढ़ने की अनुमति दी है, लेकिन हमेशा कुछ समझौते के साथ। अक्सर, जानवरों को सिर-फिक्स करने की आवश्यकता होती है, और/या उनके दिमाग में घुसपैठ करने वाले सेंसर या ऑप्टिक्स लगाए जाते हैं, और अक्सर उच्च-निष्ठा रिकॉर्डिंग या हेरफेर मस्तिष्क के अपेक्षाकृत छोटे क्षेत्र तक ही सीमित था, जबकि व्यापक-आधारित रिकॉर्डिंग और हेरफेर था कम सटीक।

प्रमुख चुनौतियों में से एक स्वतंत्र रूप से चलने वाले जानवर में मस्तिष्क और न्यूरॉन्स की गति और विकृति है। लेकिन डॉ. स्कानाटा एक नई दो-फोटॉन ट्रैकिंग तकनीक विकसित कर रही है जो उसे बिना किसी आक्रामक प्रत्यारोपण के एक गतिशील जानवर में कई अलग-अलग न्यूरॉन्स को ट्रैक करने और उन न्यूरॉन्स को वैकल्पिक रूप से सक्रिय या हेरफेर करने की अनुमति देती है। उपयोग किया गया मॉडल फ्रूट फ्लाई लार्वा है, जो स्वाभाविक रूप से पारदर्शी है, और सिस्टम डॉ। स्कानाटा विकसित करना जारी रखेगा दो-फोटॉन माइक्रोस्कोप (जो बहुत सटीक लक्ष्यीकरण की अनुमति देता है) का उपयोग एक सरल एल्गोरिदम के साथ करता है जो व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की गति का तेजी से पता लगा सकता है और माइक्रोस्कोप के नीचे केंद्रित रखने के लिए एक चलती अवस्था पर विषय की स्थिति को समायोजित करें। सिस्टम कई न्यूरॉन्स की सापेक्ष स्थिति की गणना करता है, आंदोलन के दौरान मस्तिष्क की गति और विकृति के लिए समायोजित करता है, और एक बड़े क्षेत्र में तंत्रिका गतिविधि को ट्रैक करता है।

संशोधित किए गए जानवर को ट्रैक करते समय ताकि ऑप्टिकल प्रकाश के संपर्क में आने पर न्यूरॉन्स सक्रिय हो सकें, सिस्टम प्राकृतिक गतिविधि के दौरान शोधकर्ताओं को उच्च परिशुद्धता के साथ न्यूरॉन्स पर स्विच करने देता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि डॉ. स्कानाटा जो प्रणाली विकसित कर रहा है, उसमें दो लेजर बीमों को स्वतंत्र रूप से नियंत्रित करने की क्षमता है, इसलिए यह एक साथ कई क्षेत्रों को ट्रैक कर सकता है, और यहां तक कि व्यक्तियों के बीच गतिविधि को ट्रैक करने की अनुमति देगा, जिससे समूह मुठभेड़ों के दौरान तंत्रिका गतिविधि में अंतर्दृष्टि की अनुमति मिलती है।

टिमोथी डन, पीएच.डी., सहायक प्रोफेसर, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग विभाग, ड्यूक विश्वविद्यालय

व्यक्तियों और सामाजिक समूहों में बहु-स्तरीय त्रि-आयामी व्यवहारिक मात्रा का ठहराव

स्वतंत्र रूप से व्यवहार करने वाले जानवरों के आंदोलन को मापने के वर्तमान तरीकों की सीमाएं हैं: किसी जानवर के छोटे आंदोलनों के अत्यधिक विस्तृत अवलोकन (उदाहरण के लिए एक अंक) में गति की प्रतिबंधित श्रेणियों की आवश्यकता होती है। 3डी अंतरिक्ष में स्वतंत्र रूप से चलने वाले व्यवहार का अध्ययन करने का अर्थ अक्सर संकल्प को सीमित करना होता है, शायद केवल समग्र स्थिति पर नज़र रखना, या पर्यवेक्षक के विवरण पर निर्भर होना। जानवरों में स्वचालित वीडियो ट्रैकिंग के लिए आमतौर पर एक अप्राकृतिक, सरल वातावरण की आवश्यकता होती है, और शरीर के अंग जो कैमरों को दिखाई नहीं देते हैं, उन्हें सटीक रूप से ट्रैक नहीं किया जाता है। वॉल्यूमेट्रिक स्थानिक प्रतिनिधित्व का उपयोग करते हुए बड़े त्रि-आयामी रिक्त स्थान पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (एआई) की भविष्यवाणी, इन मुद्दों को दूर करने के लिए हाल ही में विकसित एक तकनीक के लिए बड़े पैमाने पर कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकता होती है। सामाजिक अवलोकन के लिए कई जानवरों को जोड़ना अतिरिक्त मुद्दों का परिचय देता है।

नतीजतन, सबसे वांछित डेटा की खराब उपलब्धता है: उच्च-रिज़ॉल्यूशन, 3 डी अंतरिक्ष में जानवरों की स्वचालित ट्रैकिंग, अकेले या समूहों में प्राकृतिक व्यवहार करते हुए, और एक मानकीकृत प्रारूप में उस गति की मात्रा का ठहराव। डॉ. डन एक नए दृष्टिकोण पर काम कर रहे हैं जिसका उद्देश्य उस आदर्श को करीब लाना है। एक 3D ज्यामितीय मशीन-लर्निंग एल्गोरिथम से सीखने के आधार पर, उनकी टीम ने भविष्यवाणियों की सटीकता में बहुत सुधार किया, डॉ। डन और उनकी टीम अब अनुकूली आवर्तक छवि नमूनाकरण (ARIS) पर काम कर रही है जो एक मॉडल बनाने के लिए कई कैमरों से छवियों को जोड़ती है। कई पैमानों पर शरीर की स्थिति को माप और भविष्यवाणी कर सकता है, तब भी जब कोई हिस्सा (जैसे हाथ या पैर) सीधे दिखाई न दे।

एआरआईएस चुनिंदा रूप से ठीक-ठाक शरीर की विशेषताओं के संकल्प में सुधार करता है, और अपने विषय के बारे में जो कुछ भी जानता है उसके आधार पर भविष्य कहनेवाला मॉडलिंग का उपयोग करता है (अंगों की व्यवस्था और लंबाई, वे कैसे जुड़ते हैं, वे कैसे चलते हैं, आदि) - भारी मात्रा में पार्स करके पहले सीखा स्वतंत्र रूप से व्यवहार करने वाले चूहों से प्रशिक्षण डेटा और फिर अन्य प्रजातियों में प्रशिक्षण डेटा का उपयोग करके ठीक-ठीक - अंतरिक्ष के उस हिस्से पर ध्यान केंद्रित करने के लिए जहां शरीर का हिस्सा होने की संभावना है। यह पिछले 3D वॉल्यूमेट्रिक टूल की तुलना में बहुत कम कम्प्यूटेशनल पावर का उपयोग करता है। अपने शोध में, डॉ डन एआरआईएस को लागू करेंगे और हाथों, पैरों और चेहरे की बारीक विशेषताओं के आंदोलन के लिए समग्र स्थिति और मुद्रा से लेकर कई पैमानों पर डेटा रिकॉर्ड करेंगे। आगे के शोध कई जानवरों के साथ बातचीत के साथ इसकी प्रभावशीलता का पता लगाएंगे। व्यवहार को एक नए, अधिक सटीक तरीके से मापने की क्षमता का तंत्रिका संबंधी विकारों के अध्ययन के लिए व्यापक प्रभाव पड़ता है जो आंदोलन को प्रभावित करते हैं, मस्तिष्क की गतिविधि को व्यवहार से जोड़ते हैं, और सामाजिक अंतःक्रियाओं का अध्ययन करते हैं।

जेफरी कीफ्ट, पीएच.डी., प्रोफेसर, जैव रसायन और आणविक आनुवंशिकी विभाग, यूनिवर्सिटी ऑफ कोलोराडो स्कूल ऑफ मेडिसिन

प्रतिलेख को नियंत्रित करने के लिए एक नई तकनीक

मैसेंजर आरएनए, या एमआरएनए, कोशिकाओं के जीवन और स्वास्थ्य में एक महत्वपूर्ण खिलाड़ी के रूप में पहचाना जाता है। ये आरएनए अणु प्रोटीन बनाने के लिए टेम्पलेट हैं, और प्रोटीन बनाने वाली मशीनरी को निर्देश देने के लिए कोशिकाओं के भीतर बनाए जाते हैं, फिर एंजाइमों द्वारा नष्ट कर दिए जाते हैं। किसी जीव द्वारा व्यक्त mRNA की समग्रता को उसका "प्रतिलेखन" कहा जाता है।

एमआरएनए और गैर-कोडिंग आरएनए (एनसीआरएनए) में कमी कुछ न्यूरोडीजेनेरेटिव और न्यूरोडेवलपमेंटल विकारों से जुड़ी हुई है। यदि प्रतिलेख में एक विशिष्ट mRNA या ncRNA बहुत कम है, तो कुछ कोशिकीय कार्य अवक्रमित या अक्षम हो सकते हैं। डॉ. कीफ्ट mRNA और ncRNA के क्षय को धीमा करके प्रतिलेख को प्रबंधित करने का एक नया तरीका तलाश रहे हैं। यह जानते हुए कि आरएनए को नष्ट करने वाले कुछ एंजाइम अनिवार्य रूप से इसे एक छोर से दूसरे छोर तक "चबाते" हैं, डॉ कीफ्ट ने अपनी समझ का उपयोग किया कि कैसे आरएनए अणुओं को संरचित किया जाता है और एक्सोरिबोन्यूक्लिअस-प्रतिरोधी आरएनए (xrRNA) का एक इंजीनियर टुकड़ा बनाने के लिए खुद को फोल्ड किया जाता है। , जब संगत एमआरएनए या एनसीआरएनए के साथ पेश किया जाता है, तो एक "अवरुद्ध" संरचना बनाने के लिए जोड़ता है और फोल्ड करता है, सचमुच आरएनए के आकार को एक फलाव डालने से बदलता है जो एंजाइमों को उनके ट्रैक में रोकता है।

लक्ष्य एमआरएनए और एनसीआरएनए के क्षय को धीमा करके, डॉ किफ्ट ट्रांसक्रिप्टोम के भीतर अपनी बहुतायत को प्रबंधित करने का अवसर देखता है। इंजीनियर xrRNAs केवल विशिष्ट लक्ष्यों को पहचान सकते हैं, उनके साथ जुड़ सकते हैं, और सुरक्षा बना सकते हैं, इसलिए शोधकर्ता लक्ष्य के अनुपात को बिना यह बदले बढ़ा सकते हैं कि कितना बनाया गया है। अप्राकृतिक रूप से एमआरएनए को बढ़ावा देने की तुलना में इस दृष्टिकोण में मेजबान सेल के लिए कम विघटनकारी होने का लाभ है, और जिस सटीकता के साथ एक्सआरआरएनए को इंजीनियर किया जा सकता है, वह एक साथ कई आरएनए को लक्षित करने की क्षमता प्रदान करता है, और संभवतः दर को ठीक से प्रबंधित करके ठीक-ट्यूनिंग की अनुमति भी देता है। क्षय। डॉ. कीफ्ट आरएनए का अध्ययन करने वाले बुनियादी विज्ञान से पैदा हुए इस एप्लिकेशन को न्यूरोसाइंटिस्टों के लिए एक संभावित शक्तिशाली शोध उपकरण के रूप में देखते हैं, और शायद अधिक दूर के भविष्य में उपचारों की नींव भी।

सुहासा कोदंडारमैया, पीएच.डी., बेंजामिन मेहुग सहायक प्रोफेसर, मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग, यूनिवर्सिटी ऑफ मिनेसोटा ट्विन सिटीज

मुक्त व्यवहार करने वाले चूहों में रोबोट असिस्टेड ब्रेन-वाइड रिकॉर्डिंग

व्यवहार के दौरान मस्तिष्क की गतिविधि का अध्ययन करने वाले न्यूरोसाइंटिस्ट को आमतौर पर एक ट्रेड-ऑफ करना पड़ता है: वे छोटे-छोटे सिर पर लगे तंत्रिका सेंसर का उपयोग करते हैं जो एक विषय जानवर को स्वतंत्र रूप से व्यवहार करने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त हल्के होते हैं, लेकिन कम रिज़ॉल्यूशन वाले होते हैं या पूरे मस्तिष्क की निगरानी नहीं कर सकते हैं। या वे अधिक शक्तिशाली उपकरणों का उपयोग करते हैं, जो विषय जानवरों के लिए बहुत भारी होते हैं और अन्य समाधानों की आवश्यकता होती है, जैसे जानवरों को ट्रेडमिल पर चलने के दौरान स्थिरीकरण, या यहां तक कि आभासी वास्तविकता अनुभवों का उपयोग करना जो फिर भी किसी विषय के व्यवहार को सीमित करते हैं।

डॉ. कोडंदरमैया एक रोबोटिक क्रेनियल एक्सोस्केलेटन के साथ चुनौती का सामना कर रहे हैं जो तंत्रिका रिकॉर्डिंग और निगरानी हार्डवेयर का भार वहन करता है, जबकि अभी भी विषय (इस मामले में एक माउस) को अपने सिर को तीनों डिग्री में घुमाने की अनुमति देता है: एक पूर्ण 360 डिग्री मोड़ यॉ (क्षैतिज रोटेशन) अक्ष, और पिच और रोल कुल्हाड़ियों में लगभग 50 डिग्री गति, एक क्षेत्र में घूमते हुए। रोबोट में त्रिकोणीय विन्यास में व्यवस्थित तीन संयुक्त हथियार होते हैं, जो विषय पर निलंबित होते हैं और सिर पर बढ़ते बिंदु पर मिलते हैं। माउंट में सेंसर यह पता लगाएंगे कि माउस किस गति का निर्माण कर रहा है और रोबोट को यथासंभव कम प्रतिरोधक बल के साथ गति को सक्षम करने के लिए निर्देशित करता है, जिससे माउस को एक ऐसे क्षेत्र में घुमाने और स्थानांतरित करने की इजाजत मिलती है जो आम तौर पर सभी आवश्यक संवेदी उपकरणों के साथ तंत्रिका विज्ञान प्रयोगों के लिए उपयोग की जाती है और रोबोट द्वारा समर्थित प्रत्यारोपण से तार।

लघुकरण की आवश्यकता को दूर करने से शोधकर्ताओं को जो भी अत्याधुनिक हार्डवेयर उपलब्ध है, उसका उपयोग करने की अनुमति मिलती है, जिसका अर्थ है कि एक रोबोट को सैद्धांतिक रूप से नवीनतम तकनीक का उपयोग करने के लिए इसके परिचय के तुरंत बाद उन्नत किया जा सकता है। उस मुकाम तक पहुंचने के लिए, डॉ. कोडंदरमैया की टीम कई चरणों से गुजरेगी - एक्सोस्केलेटन की इंजीनियरिंग; आंखों, मूंछों और अन्य के बाहरी अवलोकन के लिए अपने आवश्यक सेंसर और उच्च घनत्व वाले इलेक्ट्रोड और कैमरों के साथ हेड-स्टेज इंजीनियरिंग; बेंचटॉप परीक्षण करना; रोबोट को उस इनपुट के अनुरूप बनाना जो माउस डिलीवर कर सकता है; जांच कैसे शुरू करें यह निर्धारित करना; और अंत में लाइव रिकॉर्डिंग करना। इस यांत्रिक आधार के साथ, डॉ. कोडंदरमैया शोधकर्ताओं को उस राज्य के करीब पहुंचने में मदद करने की उम्मीद करते हैं जहां वे लंबे समय तक स्वतंत्र रूप से व्यवहार करने वाले विषयों की विस्तृत मस्तिष्क-व्यापी तंत्रिका रिकॉर्डिंग कर सकते हैं।

ईवा डायर, पीएच.डी., सहायक प्रोफेसर, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग, जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी एंड एमोरी यूनिवर्सिटी के वालेस एच। कूल्टर विभाग

"बड़े पैमाने पर तंत्रिका डेटासेट्स की तुलना में समय, स्थान और व्यवहार "

मस्तिष्क के बड़े हिस्सों पर तंत्रिका डेटा को देखने और रिकॉर्ड करने की क्षमता में भारी मात्रा में डेटा हुआ है, जिससे डेटा में पैटर्न ढूंढना संभव हो गया है जो यह बता सकता है कि दुनिया के बारे में जानकारी को एन्कोड करने के लिए कितने न्यूरॉन एक साथ काम करते हैं। यहां तक कि डेटासेट्स में कम-आयामी पैटर्न खोजने में नई प्रगति के साथ, कई बड़े पैमाने पर रिकॉर्डिंग की तुलना करना अभी भी चुनौतीपूर्ण है, चाहे वह लंबे समय से अधिक हो, या एक ही या समान कार्यों को सुलझाने वाले अलग-अलग व्यक्तियों में, या रोग राज्यों में। मस्तिष्क की गतिविधि को डिकोड करने के लिए मशीन लर्निंग (एमएल) का उपयोग करने वाले डॉ। डायर के अनुभव ने उन्हें कई बड़े तंत्रिका डेटासेट में पैटर्न की पहचान करने के लिए एक उपन्यास समाधान का नेतृत्व किया है।

डॉ। डायर के काम में तंत्रिका डेटासेट से सार्थक जानकारी निकालने के लिए मशीन लर्निंग एल्गोरिदम बनाना शामिल है, जो यह पहचानने के लिए लेबल किया जाता है कि क्या जानवर सो रहा था, जाग रहा था, फोर्जिंग कर रहा था या विभिन्न गतियों या व्यवहारों में उलझा हुआ था। नए क्रिप्टोग्राफी-प्रेरित गणितीय नियम अलग-अलग डेटा सेटों में समान पैटर्न की पहचान करने के लिए एल्गोरिदम का मार्गदर्शन करते हैं, विशेष रूप से डेटा को संरेखण में लाने के लिए एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में विभिन्न मस्तिष्क राज्यों द्वारा उत्पन्न तंत्रिका गतिविधि से मेल खाते हैं। तंत्रिका गतिविधि को संरेखित करना दिखा सकता है कि तंत्रिका पैटर्न किस तरह व्यवहार और विषय की स्थिति से संबंधित हैं और साथ ही शोर से भ्रष्टाचार को रोकते हैं, और अधिक शक्तिशाली विश्लेषण तकनीकों के लिए एक महत्वपूर्ण कदम-पत्थर प्रदान करते हैं।

डॉ। डायर का दूसरा उद्देश्य एकल न्यूरॉन्स पर शोध करने वालों को समझने में मदद करेगा कि वे तंत्रिका गतिविधि में समग्र परिवर्तन में कैसे योगदान करते हैं, और क्या उनका उपयोग मस्तिष्क की विशिष्ट अवस्थाओं की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है। अनुसंधान आगे यह पता लगाएगा कि व्यवहार में अंतर को विशिष्ट सेल प्रकारों पर वापस पाया जा सकता है, और डेटासेट्स में देखे गए अंतर का उपयोग व्यक्तिगत जानवरों में भिन्नता को चिह्नित करने के लिए कैसे किया जा सकता है। बड़े न्यूरल डेटासेट को डिकोड और तुलना करने की क्षमता न्यूरोलॉजिकल रिसर्च में अमूल्य साबित होगी जो यह बताती है कि न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारी मस्तिष्क की सूचना के प्रसंस्करण को कैसे प्रभावित करती है।

रिक्की मुलर, पीएच.डी.इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के सहायक प्रोफेसर - बर्कले

"न्यूरॉन्स के हजारों के Optogenetic नियंत्रण के लिए एक उच्च गति होलोग्राफिक डिवाइस "

ऑप्टोजेनेटिक्स - आनुवंशिक रूप से न्यूरॉन्स को प्रकाश के प्रति संवेदनशील होने के लिए संशोधित करना ताकि शोधकर्ता उन्हें सक्रिय कर सकें या चुप करा सकें - नेक्रोसिस रिसर्च में क्रांति ला दी है। 3 डी होलोग्राम में प्रकाश को आकार देने वाले स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक के साथ जोड़ा, शोधकर्ताओं ने व्यक्तिगत रूप से एक मस्तिष्क के तीन आयामी क्षेत्र में वितरित कई न्यूरॉन्स को नियंत्रित कर सकते हैं विवो में। लेकिन अब तक, मस्तिष्क में स्वाभाविक रूप से पाई जाने वाली गति पर न्यूरॉन्स को नियंत्रित करने में सक्षम होलोग्राफिक प्रोजेक्टर नहीं रहा है।

डॉ। मुलर इस मुद्दे को हल करने के लिए एक होलोग्राफिक प्रोजेक्टर डिजाइन और निर्माण कर रहे हैं। उसका उपकरण 10,000 फ्रेम प्रति सेकंड (Hz) की दर से होलोग्राफिक लाइट इमेज को स्ट्रीम करेगा। कई वर्तमान पीढ़ी के टीवी तुलना के लिए प्रति सेकंड 60 फ़्रेमों को ताज़ा करते हैं, और सबसे तेज़ व्यावसायिक रूप से उपलब्ध होलोग्राफिक उपकरण 500 हर्ट्ज पर बाहर होते हैं। यह उच्च ताज़ा दर प्राकृतिक तंत्रिका सिग्नलिंग को दोहराने के लिए आवश्यक है, जिसमें एक सेकंड के लगभग 1 / 1,000 वें समय की कार्रवाई संभावित समय शामिल है (ताज़ा दरों पर विचार करते समय 1,000 हर्ट्ज के बराबर।) इसके अलावा, मुलर का लक्ष्य है कि वे हज़ारों न्यूरॉन्स को पिनपॉइंट सटीकता के साथ लक्षित करें। और जैसे ही टीवी में उच्च दर तेज छवियों के परिणामस्वरूप होती है, एक 10,000 हर्ट्ज होलोग्राम अधिक सटीकता प्रदान करेगा।

डॉ। मुलर, एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर, जो न्यूरोटेक्नोलोजी पर ध्यान केंद्रित करता है, नियमित रूप से न्यूरोसाइंटिस्ट के साथ परामर्श करता है क्योंकि वह डिजाइन, परीक्षण करता है और यह सुनिश्चित करने के लिए डिवाइस बनाता है कि यह उनकी आवश्यकताओं को पूरा करता है। डिवाइस एक माइक्रोमीटर एरे का उपयोग करेगा, जो मिनी-मिरर दर्पणों के विद्युत सक्रियण के माध्यम से प्रकाश के 3 डी पैटर्न को विशिष्ट स्थानों और गहराई तक ले जाएगा; प्रकाश को फिर लेंस की एक श्रृंखला के माध्यम से रिले किया जाता है। परियोजना पहले दो सरणियों को डिजाइन और निर्मित करेगी - परीक्षण और अवधारणा के प्रमाण के लिए एक छोटा सा सरणी, और संबंधित ड्राइवरों और नियंत्रणों के साथ एक बड़ा प्रारूप सरणी, जिसका उपयोग माप और अंशांकन के लिए किया जाएगा। अंत में, डॉ। मुलर की टीम एक पूर्ण-चित्रित स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक का उत्पादन करेगी। आशा है कि यह उपकरण शोधकर्ताओं को तंत्रिका कनेक्टिविटी को नियंत्रित करने और परीक्षण करने की अभूतपूर्व क्षमता प्रदान करेगा।

गिल्ड एवरोनी, एमडी, पीएचडी, असिस्टेंट प्रोफेसर, सेंटर फॉर ह्यूमन जेनेटिक्स एंड जीनोमिक्स, डिपेट्स। बाल रोग और तंत्रिका विज्ञान और शरीर विज्ञान, न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय Langone स्वास्थ्य

"टेप: मानव मस्तिष्क के उच्च-रिज़ॉल्यूशन वंश अनुरेखण के लिए एक एकल-कोशिका मल्टी-ओमिक्स टेक्नोलॉजी"

यह सामान्य ज्ञान है कि प्रत्येक मनुष्य dna "निर्देशों" के एकल सेट के साथ एकल कोशिका के रूप में शुरू होता है, लेकिन इस बात का विवरण कि एक कोशिका खरब कैसे बनती है - मस्तिष्क में दसियों अरबों कोशिकाएं शामिल हैं - अभी भी काफी हद तक अज्ञात हैं। डॉ। एवरोनी के शोध का उद्देश्य TAPESTRY नामक एक तकनीक विकसित करना है, जो मस्तिष्क की कोशिकाओं का एक "पारिवारिक पेड़" बनाकर इस प्रक्रिया को रोशन कर सकती है, जिससे पता चलता है कि पूर्वज कोशिकाएं मानव मस्तिष्क में सैकड़ों प्रकार की परिपक्व कोशिकाओं को जन्म देती हैं।

प्रौद्योगिकी मानव मस्तिष्क के विकास का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं के सामने कुछ प्रमुख मुद्दों को हल कर सकती है। वंशावली का पता लगाकर विकास का अध्ययन करने की प्रमुख विधि (अपरिपक्व जानवरों की कोशिकाओं में मार्करों को प्रस्तुत करना और फिर यह अध्ययन करना कि उन मार्करों को उनके पूर्वजों में कैसे स्थानांतरित किया जाता है) मनुष्यों में असंभव है क्योंकि यह आक्रामक है। डॉ। एवरोनी के सहकर्मियों के साथ-साथ पूर्व के कार्यों से पता चला है कि प्राकृतिक रूप से उत्पन्न होने वाले उत्परिवर्तन का उपयोग मानव मस्तिष्क में वंश का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। TAPESTRY का उद्देश्य वर्तमान तरीकों की कई सीमाओं को हल करके इस दृष्टिकोण को आगे बढ़ाना और स्केल करना है। सबसे पहले, वंश अनुरेखण के लिए अधिक विश्वसनीय अलगाव और एकल कोशिकाओं के डीएनए की छोटी मात्रा के प्रवर्धन की आवश्यकता होती है। दूसरा, मानव मस्तिष्क के विकास की एक विस्तृत समझ के लिए हजारों या दसियों हज़ारों व्यक्तिगत कोशिकाओं के प्रोफाइलिंग की अनुमति देने के लिए लागत प्रभावी होना आवश्यक है। अंत में, यह कोशिकाओं के फेनोटाइप को भी मैप करने की आवश्यकता है - न केवल यह देखने के लिए कि कोशिकाएं कितनी बारीकी से संबंधित हैं, बल्कि यह भी है कि वे किस प्रकार की कोशिकाएं हैं। TAPESTRY इन चुनौतियों को हल करना चाहता है।

डॉ। एवरोनी का दृष्टिकोण सभी मानव कोशिकाओं पर लागू होता है, लेकिन मस्तिष्क विकारों में विशेष रुचि रखता है। एक बार स्वस्थ मस्तिष्क की रेखाओं को मैप करने के बाद, उन्हें यह देखने के लिए आधार रेखा के रूप में उपयोग किया जा सकता है कि मस्तिष्क के विकास में विभिन्न विकारों वाले व्यक्तियों में भिन्नता कैसे होती है, जो संभावित रूप से विकास में उत्पन्न होती हैं, जैसे कि आत्मकेंद्रित और सिज़ोफ्रेनिया।

Iaroslav 'एलेक्स' Savtchouk, पीएच.डी., सहायक प्रोफेसर, बायोमेडिकल साइंसेज विभाग, मार्क्वेट विश्वविद्यालय

"समय-टैग किए गए चतुष्कोणीय स्टीरियोस्कोपी के माध्यम से मस्तिष्क की मात्राओं के तेजी से दत्तक ग्रहण"

आधुनिक ऑप्टिकल मस्तिष्क इमेजिंग तकनीकें मस्तिष्क की एक पतली परत के अवलोकन की अनुमति देती हैं, लेकिन मस्तिष्क की बहुत सी गतिविधि को 3-आयामी अंतरिक्ष में इमेजिंग - जैसे मस्तिष्क की मात्रा - ने चुनौतीपूर्ण साबित कर दिया है। डॉ। सवत्चौक ने एक दृष्टिकोण विकसित किया है जो शोधकर्ताओं को यह देखने की अनुमति देता है कि मस्तिष्क की सतह पर न केवल क्या हो रहा है, बल्कि पहले से कहीं अधिक और बहुत अधिक अनुपात-लौकिक रिज़ॉल्यूशन में गहरा है।

मुख्य प्रक्रिया - दो-फोटोन माइक्रोस्कोपी - प्रयोगशाला जानवरों के आनुवंशिक रूप से संशोधित मस्तिष्क कोशिकाओं में प्रतिदीप्ति की तलाश करके मस्तिष्क की गतिविधि को उठाती है। एक एकल लेजर के साथ, गहराई से जानकारी बहुत धीरे-धीरे दर्ज की जाती है। दो लेजर बीम के साथ, शोधकर्ताओं को अनिवार्य रूप से दूरबीन दृष्टि मिलती है - वे देख सकते हैं कि क्या करीब और आगे दूर है, लेकिन अभी भी दृश्य "छाया" हैं जहां कुछ भी नहीं देखा जा सकता है (उदाहरण के लिए, जब कोई व्यक्ति शतरंज बोर्ड के किनारे को देखता है, तो कुछ टुकड़े निकटवर्ती टुकड़ों द्वारा अवरुद्ध किया जा सकता है।) डॉ। सवत्चौक इस मुद्दे को दो अतिरिक्त लेजर बीम के अतिरिक्त के साथ हल कर रहा है, जो क्वाड-दृष्टि देता है और नेत्रहीन स्पॉट को बहुत कम करता है। वह लेज़रों के समय को भी सीक्वेंस कर रहा है - जो तेजी से पल्स करता है - इसलिए शोधकर्ताओं को पता है कि किस लेजर ने कौन सी गतिविधि देखी, जो समय-सटीक तीन-आयामी मॉडल के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है।

डॉ। सवित्चोक की परियोजना में पहले कंप्यूटर सिमुलेशन में सिस्टम को डिजाइन करना शामिल है, फिर माउस मॉडल के साथ अपने आवेदन को साबित करना। उसका लक्ष्य लेजर बीम के अलावा और हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के उन्नयन के माध्यम से मौजूदा दो-फोटोन माइक्रोस्कोप को अपडेट करने के तरीके विकसित करना है, जिससे प्रयोगशालाओं को पूरी नई प्रणाली के लिए भुगतान किए बिना प्रौद्योगिकी से लाभ मिल सके।

मिशल एस। शुल्क, पीएच.डी.., Glen V. और Phyllis F. Dorflinger के कम्प्यूटेशनल और सिस्टम न्यूरोसाइंस के प्रोफेसर, मस्तिष्क और संज्ञानात्मक विज्ञान विभाग, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी; और अन्वेषक, मैकगवर्न इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन रिसर्च

"स्वतंत्र रूप से व्यवहार करने वाले छोटे जानवरों में तंत्रिका राज्य-स्थान प्रक्षेपवक्रों की इमेजिंग और विश्लेषण के लिए नई तकनीकें"

जानवरों के दिमाग में तंत्रिका गतिविधि का अध्ययन करना शोधकर्ताओं के लिए लंबे समय से चुनौती है। वर्तमान दृष्टिकोण अपूर्ण हैं: सूक्ष्मदर्शी के वर्तमान आकार के लिए जानवरों को अपनी गतिविधि में प्रतिबंधित करने की आवश्यकता होती है, और ये सूक्ष्मदर्शी सीमित रूप से न्यूरॉन्स के दृष्टिकोण को प्रस्तुत करते हैं। माइक्रोस्कोप लघुकरण में सफलता बनाकर, डॉ। फी और उनकी प्रयोगशाला यह देखने के लिए आवश्यक उपकरण विकसित कर रही है कि जानवर के मस्तिष्क में क्या चल रहा है, जबकि जानवर प्राकृतिक व्यवहार करने के लिए स्वतंत्र है।

हेड-माउंटेड माइक्रोस्कोप डॉ। फी को किशोर पक्षियों के दिमाग में बदलाव का निरीक्षण करने की अनुमति देता है क्योंकि वे अपने गाने गाना सीखते हैं। जैसा कि वे सुनते हैं, दोहराते हैं, और सीखते हैं, डॉ। फी ने तंत्रिका सर्किटों का दस्तावेजीकरण किया है जो इस जटिल सीखने की प्रक्रिया के हिस्से के रूप में विकसित होते हैं। ये सर्किट मानव सर्किट से संबंधित होते हैं जो मोटर अनुक्रमों के जटिल सीखने के दौरान बनते हैं, जैसे कि बाइक चलाना सीखना, और पार्किंसंस रोग सहित कुछ स्थितियों में बाधित होते हैं। एक प्राकृतिक सीखने की प्रक्रिया का दस्तावेजीकरण करने के उनके उद्देश्य को देखते हुए, यह महत्वपूर्ण है कि प्राकृतिक व्यवहार के दौरान तंत्रिका गतिविधि को रिकॉर्ड करने में सक्षम होना चाहिए।

लघुकरण के अलावा, नए माइक्रोस्कोप में स्वतंत्र रूप से व्यवहार करने वाले जानवरों पर इस्तेमाल की जाने वाली अन्य तकनीकों की तुलना में अधिक न्यूरॉन्स के एक क्रम को रिकॉर्ड करने की क्षमता होगी और इसे नए डेटा विश्लेषण के साथ जोड़ा जाएगा जो शोधकर्ताओं को वास्तविक समय में टिप्पणियों को बनाने और उनके समायोजन करने की अनुमति देगा। प्रयोग, अनुसंधान प्रक्रिया को गति देना। इसमें छोटे जानवरों में सभी प्रकार के मस्तिष्क व्यवहारों की खोज करने वाले शोधकर्ताओं के लिए तत्काल और व्यापक अनुप्रयोग होंगे।

मार्को गैलियो, पीएच.डी., सहायक प्रोफेसर, न्यूरोबायोलॉजी विभाग, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी

"जीवित मस्तिष्क में फिर से तारों का कनेक्शन"

इस शोध का उद्देश्य हमारी समझ का विस्तार करना है कि दिमाग वैज्ञानिकों को चुनिंदा रूप से सिनैप्टिक कनेक्शन की अनुमति देकर कैसे काम करता है और न्यूरॉन्स के बीच नए कनेक्शन को प्रोत्साहित करता है। मस्तिष्क की यह पुन: वायरिंग शोधकर्ताओं को अधिक सटीक रूप से समझने की अनुमति देगा कि कौन से कनेक्शन न्यूरोलॉजिकल प्रभावों के विशिष्ट सबसेट में भूमिका निभाते हैं।

एक मस्तिष्क सर्किट के भीतर प्रत्येक न्यूरॉन कई लक्ष्यों को जोड़ता है। प्रत्येक लक्ष्य में एक अद्वितीय कार्य हो सकता है, और इसलिए आने वाली सूचनाओं को पूरी तरह से अलग तरीके से संसाधित करता है। उदाहरण के लिए, फ्रूट फ्लाई ब्रेन में कुछ विशिष्ट न्यूरॉन्स बाहरी वातावरण के बारे में जानकारी लेते हैं, जिसका उपयोग आसन्न खतरों (एक सहज व्यवहार) से जल्दी से दूर करने के लिए किया जाता है, लेकिन सीखने के माध्यम से लंबे समय तक चलने वाले संघों का निर्माण करने के लिए भी।

प्रस्तावित तकनीक शोधकर्ताओं को उन कनेक्शनों को इंगित करने की अनुमति देगा जो प्रत्येक प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण हैं कि वे अन्य सभी कनेक्शनों को बरकरार रखते हुए शिक्षण केंद्रों के लिए synapses को हटा दें। परियोजना का उद्देश्य जेनेटिक इंजीनियरिंग का उपयोग डिजाइनर प्रोटीन का उत्पादन करना है जो जीवित जानवरों के बरकरार मस्तिष्क में आनुवंशिक रूप से परिभाषित synaptic भागीदारों के बीच प्रतिकर्षण या आकर्षण / आसंजन की मध्यस्थता करेगा। यह साबित करने के अलावा कि इस तरह के दिमागों की पुनरावृत्ति संभव है, अनुसंधान के परिणामस्वरूप अद्वितीय आनुवंशिकी वाले नए फल मक्खी के उपभेद होंगे जो तुरंत अन्य शोधकर्ताओं के साथ साझा किए जा सकते हैं। डिजाइन के द्वारा, इन उपकरणों को किसी भी पशु मॉडल में उपयोग करने के लिए आसानी से संशोधित किया जा सकता है या मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों पर लागू किया जा सकता है, मानव मस्तिष्क कैसे काम करता है, इस बारे में हमारी गहन समझ के साथ न्यूरोलॉजिकल अध्ययनों की एक पूरी नई कक्षा को सक्षम करता है।

जोस एम। कार्मेना, पीएच.डी., प्रोफेसर, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान विभाग, और हेलेन विल्स न्यूरोसाइंस संस्थान, कैलिफोर्निया बर्कले विश्वविद्यालय

मिशेल एम। महरिब, पीएचडी, प्रोफेसर, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान विभाग, कैलिफोर्निया बर्कले विश्वविद्यालय

न्यूरल डस्ट: मस्तिष्क में पूरी तरह से वायरलेस और अनथर्ड न्यूरल रिकॉर्डिंग के लिए एक अल्ट्रासोनिक, कम शक्ति, चरम लघु तकनीक

डीआरएस। कार्मेना और महरिब तथाकथित "न्यूरल डस्ट" का उपयोग करते हुए ब्रेन-मशीन इंटरफेस (बीएमआई) की अगली पीढ़ी बनाने में सहयोग कर रहे हैं — जो कि खोपड़ी के माध्यम से जाने वाले तारों की आवश्यकता को समाप्त कर सकते हैं, जो कि मूस के आकार के, अल्ट्रासोनिक सेंसर हैं, और अनुमति देते हैं अनैतिक, वास्तविक समय वायरलेस कॉर्टिकल रिकॉर्डिंग के लिए। जबकि कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के बर्कले के इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान विभाग और हेलेन विल्स न्यूरोसाइंस संस्थान में उनके प्रयोगशालाओं के साथ-साथ अन्य सहयोगियों ने शोधकर्ताओं को मांसपेशियों और परिधीय तंत्रिका तंत्र पर लागू होने वाली तंत्रिका धूल प्रौद्योगिकी की क्षमता का अध्ययन कर रहे हैं, मैककेनाइट से धन प्राप्त किया है। शोधकर्ताओं को केंद्रीय तंत्रिका तंत्र की अवधारणा को लागू करने की अनुमति देगा, एक विधि जो वे मानते हैं कि न्यूरोलॉजी में क्रांति ला सकता है उसी तरह पेसमेकर ने कार्डियोलॉजी में क्रांति ला दी। तंत्रिका धूल प्रौद्योगिकी के बंद लूप ऑपरेशन के माध्यम से, कार्मेना और महरिब एक ऐसे भविष्य की कल्पना करते हैं जिसमें मस्तिष्क को चोट या न्यूरोसाइकोलॉजिकल बीमारी की शुरुआत के बाद सामान्य कार्यक्षमता को बहाल करने के लिए प्रशिक्षित या इलाज किया जा सकता है।

अली घोलिपोर, पीएच.डी., रेडियोलॉजी में सहायक प्रोफेसर, हार्वर्ड मेडिकल स्कूल; बोस्टन चिल्ड्रन अस्पताल में रेडियोलॉजी ट्रांसलेशनल रिसर्च के निदेशक और कम्प्यूटेशनल रेडियोलॉजी प्रयोगशाला में स्टाफ वैज्ञानिक

प्रारंभिक मस्तिष्क विकास के मात्रात्मक विश्लेषण के लिए मोशन-मजबूत इमेजिंग तकनीक 

भ्रूण, नवजात शिशुओं और बच्चों की गति, मस्तिष्क के प्रारंभिक विकास का विश्लेषण करने और संभावित व्यवधानों की पहचान करने के लिए उन्नत इमेजिंग पर केंद्रित शोधकर्ताओं के लिए एक विशेष चुनौती बनती है। बोस्टन चिल्ड्रन्स हॉस्पिटल में कम्प्यूटेशनल रेडियोलॉजी लेबोरेटरी में डॉ। घोलिपोर का शोध समूह नई, गति-मजबूत चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) प्रौद्योगिकी और सॉफ्टवेयर को विकसित करने, मूल्यांकन और प्रसार करने के लिए काम कर रहा है, जो शोधकर्ताओं को अध्ययन और गर्भाशय की विशेषता के लिए अनुमति देगा, पेरिनाटल , और प्रारंभिक बचपन के मस्तिष्क समारोह और संरचना। नए इमेजिंग और छवि विश्लेषण उपकरण तंत्रिका मस्तिष्क समुदाय की प्रारंभिक मस्तिष्क के विकास की समझ में सुधार करने और जीवन के शुरुआती चरणों से उत्पन्न विकारों के लिए एक स्पष्ट लिंक स्थापित करने के लिए बड़े डेटा का विश्लेषण करने की क्षमता में नाटकीय सुधार ला सकते हैं।

नारायणन (बॉबी) कस्तूरी, पीएचडी, एमडी, शिकागो और आर्गन नेशनल लैब्स विश्वविद्यालय

ब्रेन-एक्स: सिंक्रोट्रॉन-आधारित उच्च-ऊर्जा एक्स-रे का उपयोग करके पूरे दिमाग के नैनोस्केल नक्शे

डॉ। कस्तूरी की प्रयोगशाला मस्तिष्क के पूर्ण और व्यापक मानचित्र बनाने के लिए उच्च ऊर्जा एक्स-रे का उपयोग कर रही है। उत्पन्न छवियों के ढेर डेटा की चौंका देने वाली मात्रा में परिणाम है कि हर न्यूरॉन, रक्त वाहिका, और मस्तिष्क के घटक के स्थान की पहचान करने के लिए खंडित किया जा सकता है। स्वस्थ चूहों और मानव दिमागों के नक्शे तैयार करके, वैज्ञानिक अन्य बीमारियों के अलावा, आत्मकेंद्रित, मधुमेह और स्ट्रोक से प्रभावित रोगग्रस्त मस्तिष्क में सेलुलर और अंततः अन्तर्ग्रथनी अंतर को समझने के लिए पैथोलॉजिकल नमूनों से तुलना कर सकते हैं।

स्टीफन मिलर, पीएच.डी., मैसाचुसेट्स मेडिकल स्कूल के विश्वविद्यालय

मस्तिष्क में इमेजिंग के लिए बाधाओं पर काबू पाने

मस्तिष्क में इमेजिंग मुश्किल है, क्योंकि कई आणविक जांच रक्त-मस्तिष्क बाधा (बीबीबी) को पार करने में असमर्थ हैं। डॉ। मिलर और उनकी लैब ने जुगनू के बायोलुमिनसेंट गुणों का दोहन करके मस्तिष्क के गहरे ऊतकों में इमेजिंग में सुधार करने के तरीके खोजे हैं। मिलर की टीम ने जीवित जानवरों के दिमाग तक पहुंचने की क्षमता बढ़ाने के लिए प्राकृतिक जुगनू ल्यूसिफरिन सब्सट्रेट को संशोधित किया है। मस्तिष्क की चमक का उपयोग जीन अभिव्यक्ति, एंजाइम गतिविधि, बीमारी की प्रगति की निगरानी, या नई दवाओं की प्रभावशीलता का पता लगाने के लिए किया जा सकता है।

लोंग कै, पीएच.डी., कैलिफोर्निया इंस्टीटयूट ऑफ टेक्नोलॉजी

मछली अनुक्रमण द्वारा मस्तिष्क में कोशिका पहचान के आणविक आधार का निर्णय

काई की प्रयोगशाला ने "स्वस्थानी संकरण में एकल अणु प्रतिदीप्ति" या smFISH पर आधारित एक उच्च-शक्ति इमेजिंग पद्धति विकसित की है, जो कोशिकाओं के भीतर आनुवंशिक जानकारी (जैसे आरएनए) को देखना संभव बनाता है। वह अब अनुक्रमिक फिश (seqFISH) का उपयोग करके एक ही उच्च रिज़ॉल्यूशन के दिमाग में सीधे जीन एक्सप्रेशन के लिए इस पद्धति को अनुकूलित करना चाहता है।

सिंथिया चेस्टेक, पीएच.डी., मिशिगन यूनिवर्सिटी

उच्च घनत्व 90μमीटरपरत 5 में हर न्यूरॉन को रिकॉर्ड करने के लिए पिच कार्बन माइक्रोथ्रेड सरणी

चेस्टेक प्रयोगशाला पहले से कहीं अधिक घनत्व पर समय के साथ स्वस्थ, परस्पर, सक्रिय न्यूरॉन्स को रिकॉर्ड करने और कल्पना करने का एक तरीका विकसित कर रही है। माइनसक्यूल कार्बन थ्रेड इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हुए, वह चैनलों की एक सरणी से चूहे के मस्तिष्क में न्यूरॉन्स रिकॉर्ड करने और फिर पूरे सर्किट की कल्पना करने के लिए मस्तिष्क को टुकड़ा करने की योजना बना रहा है। लक्ष्य 64-चैनल एरे को प्राप्त करना है जिसे पारंपरिक न्यूरोसाइंस कनेक्टर का उपयोग करके उच्च घनत्व पर देखा जा सकता है।

स्पेंसर स्मिथ, पीएच.डी.चैपल हिल में उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय

बड़े मस्तिष्क संस्करणों के लिए मल्टीफ़ोटोन इमेजिंग

एकल न्यूरॉन्स विचारों और व्यवहारों को आकार देने के लिए जटिल तरीकों से एक साथ कार्य करते हैं। मल्टीपोटन इमेजिंग, जो अलग-अलग न्यूरॉन्स को मिलीमीटर से दूर कर सकती है, इस प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए एक अभिनव तरीका पेश करती है। दो-फोटोन माइक्रोस्कोपी के साथ पिछले शोध पर आकर्षित, स्पेंसर की प्रयोगशाला में व्यक्तिगत रूप से न्यूरॉन्स का निरीक्षण करने की क्षमता को बनाए रखते हुए 1 मिलियन न्यूरॉन्स तक पहुंच प्राप्त करने के लिए एक कस्टम ऑप्टिकल सिस्टम बनाने की मांग है।

जुआन कार्लोस इज़िपिसुआ बेलमोन्टे, पीएच.डी., सल्क इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल स्टडीज

व्युत्पत्ति, लक्षण वर्णन और एक सामान्य स्थिति के तहत आम मार्मोसिट प्रिमोरियल जर्म सेल लाइनों के जीन संशोधन

इज़िपिसुआ बेलमोन्ट लैब गैर-मानव प्राइमेट पशु मॉडल-विशेष रूप से, मार्मेट्स को विकसित करने के लिए आवश्यक समय को कम करने के लिए काम कर रही है। बेलमोन्ट ने प्राइमर्डियल जर्म सेल (पीजीसी) का उपयोग करके ट्रांसजेनिक मार्मोसैट मॉडल की पीढ़ी की सुविधा के लिए एक रणनीति विकसित की है। अनुसंधान में एक डिश में प्राइमेट जर्म सेल विकास का अध्ययन करने के लिए असीमित सेल संसाधनों की पेशकश करने की क्षमता है, और जीनोम एडिटिंग टूल्स के साथ मिलकर, दृष्टिकोण मानव रोगों के लिए उपन्यास पशु मॉडल बनाने में मदद कर सकता है।

सोतीरिस मसमानीडिस, पीएच.डी., कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स

मेसोस्केल मस्तिष्क की गतिशीलता की निगरानी के लिए सिलिकॉन माइक्रोप्रोब

मासमैनिडिस लैब माइक्रोइंचेड सिलिकॉन आधारित उपकरणों, या माइक्रोप्रोसेस को विकसित कर रहा है, जिसे व्यापक रूप से बड़े पैमाने पर उत्पादन के माध्यम से उपलब्ध कराया जा सकता है और मिलिसेकंड रिज़ॉल्यूशन पर एक समय में कई न्यूरॉन्स रिकॉर्ड कर सकते हैं। माइक्रोप्रोसेस मस्मनैडिस को यह अध्ययन करने में सक्षम करेगा कि व्यवहार और सीखने के दौरान मस्तिष्क की कितनी कोशिकाएँ परस्पर क्रिया करती हैं। इसके अलावा, उनकी प्रयोगशाला मस्तिष्क की गतिविधि की सटीकता में सुधार करते हुए रिकॉर्डिंग स्थानों को ठीक से लेबल करने के लिए तकनीकों को अग्रणी करेगी।

केट ओ'कॉनर-गिल्स, पीएच.डी., विस्कॉन्सिन विश्वविद्यालय, मैडिसन

व्यापक तंत्रिका सर्किट विश्लेषण के लिए एक CRISPR / Cas9 टूलकिट

ओ'कॉनर-जाइल्स न्यूक्लियर सबटाइप्स के आनुवांशिक नियंत्रण को आणविक रूप से पहचानने और प्राप्त करने के लिए मॉड्यूलर टूलकिट विकसित करना चाहता है। ये टूलकिट जीन को कार्यात्मक पहचान और व्यवहार के लिए न्यूरोनल उपप्रकार में जीन के कार्यात्मक योगदान को चिह्नित करने के लिए महत्वपूर्ण संसाधन प्रदान करेंगे। ओ'कॉनर-जाइल्स लैब इन समान तकनीकों को समझने में मदद करेगी कि विकास के दौरान न्यूरॉन्स एक साथ कैसे तार करते हैं। यह काम फल की मक्खियों में CRISPR / Cas9 जीनोम इंजीनियरिंग तकनीक को अपनाने वाली लैब की हालिया सफलता पर आधारित है।

थॉमस आर। क्लैंडिनिन, पीएच.डी., स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय

विद्युत श्लेष द्वारा परिभाषित न्यूरोनल नेटवर्क की मैपिंग के लिए एक आनुवंशिक विधि

ब्रेन सर्किटरी पर किए गए अधिकांश शोधों में रासायनिक सिनैप्स पर ध्यान केंद्रित किया गया है, जो कि विद्युत सिनाप्स की तुलना में अध्ययन करना आसान है। लेकिन ब्रेन वायरिंग की यह अधूरी तस्वीर मस्तिष्क की गतिविधि में बदलाव को समझने के प्रयासों में बाधा डालती है। क्लैंडिनिन एक सामान्य, आनुवंशिक विधि विकसित करने का प्रस्ताव करता है जो यह निर्धारित करने के लिए कि न्यूरॉन्स दूसरों से विद्युत रूप से जुड़ते हैं। दो साल के अनुदान की अवधि के अंत तक, वह टूल पाप फल मक्खियों के साथ-साथ मक्खी के मस्तिष्क में विशिष्ट विद्युत कनेक्शन और माउस में परीक्षण के लिए तैयार अनुरूप उपकरणों के सर्वेक्षण का काम करने की उम्मीद करता है।

मैथ्यू जे। कैनेडी, पीएच.डी., तथा चंद्र एल। टकर, पीएच.डी., कोलोराडो विश्वविद्यालय - डेनवर

Synapses और सर्किट में हेरफेर करने के लिए ऑप्टिकल उपकरण

ऑप्टोजेनेटिक्स एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र है जिसमें प्रकाश के साथ न्यूरोनल फ़ंक्शन को नियंत्रित करना शामिल है। कैनेडी और टकर इंजीनियरिंग नए उपकरणों द्वारा क्षेत्र को व्यापक बनाने की उम्मीद करते हैं जो उपयोगकर्ताओं को डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए प्रकाश का उपयोग करने की अनुमति देगा न्यूरोनल फायरिंग से, सिग्नैप्स गठन, उन्मूलन और प्लास्टिसिटी के लिए महत्वपूर्ण सिग्नलिंग अणुओं पर ध्यान केंद्रित करने के साथ। वे ऐसे उपकरण भी विकसित करने की योजना बनाते हैं जो उपयोगकर्ताओं को मस्तिष्क में सीखने और स्मृति के लिए जिम्मेदार मौलिक आणविक सिग्नलिंग मार्गों में हेरफेर करने की अनुमति देते हैं।

ज़ाचरी ए। नाइट, पीएचडी, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय - सैन फ्रांसिस्को

इंजीनियर राइबोसोम के साथ न्यूरोमॉड्यूलेशन को सीक्वेंस करना

स्तनधारी मस्तिष्क में सैकड़ों तंत्रिका कोशिका प्रकार होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में जीन अभिव्यक्ति के विभिन्न पैटर्न होते हैं। नाइट की लैब कोशिकाओं के इस आणविक विविधता पर माउस मस्तिष्क में जैव रासायनिक घटनाओं के मानचित्रण के लिए उपकरण बना रही है। वह आरएनए कैप्चर के लिए तरीके विकसित करेगा जो अंतर्निहित कोशिकाओं की आणविक पहचान को निर्धारित करने में मदद कर सकता है। ये उपकरण न्यूरोसाइंटिस्टों को व्यवहार, शरीर विज्ञान या बीमारी में परिवर्तन के दौरान संशोधित होने वाले विशिष्ट न्यूरॉन्स की पहचान करने की अनुमति देंगे। इन पहचानी गई कोशिकाओं को उनके कार्य को समझने के लिए आनुवंशिक रूप से हेरफेर किया जा सकता है।

डॉन बी अर्नोल्ड, पीएच.डी., दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के आणविक और कम्प्यूटेशनल जीवविज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर

एबेटेटिंग इंट्राबॉडीज - एंडोजेनस प्रोटीन के प्रत्यक्ष पृथक्करण के लिए उपकरण

प्रोटीन लगातार बनाये जाते हैं और मस्तिष्क में कम होते जाते हैं। डॉ। अर्नोल्ड बायोमेडिकल रिसर्च के लिए वैज्ञानिकों को प्रोटीन गिरावट की प्रक्रिया में हेरफेर करने में सक्षम बनाने के लिए उपकरणों पर काम कर रहा है। इन उपकरणों को एब्लेटिंग इंटर्बॉडी के रूप में जाना जाता है, जो प्रोटीन के तेज, कुशल और विशिष्ट गिरावट का मध्यस्थता कर सकते हैं। एक प्रोटीन को सामान्य कोशिकाओं में इसके कार्य का परीक्षण करने के लिए अपमानित किया जा सकता है या उदाहरण के लिए, न्यूरोडीजेनेरेटिव रोग में एक विशेष रोग संबंधी प्रोटीन के हानिकारक प्रभावों की जांच करना। वर्तमान में, वैज्ञानिक केवल प्रोटीन को अप्रत्यक्ष रूप से पैदा कर सकते हैं, या तो जीन को नष्ट कर सकते हैं, या आरएनए, जो प्रोटीन को कूटबद्ध करता है। अभिन्न इंट्राबॉडी लक्ष्य प्रोटीन के प्रत्यक्ष क्षरण का कारण बनते हैं और इस तरह बहुत अधिक तेज़ी से काम करते हैं। वे विशेष रूप से अनुरूपताओं में प्रोटीन को लक्षित कर सकते हैं या विशिष्ट पश्च-अनुवाद संशोधनों के साथ। डॉ। अर्नोल्ड मस्तिष्क के भीतर सिनैप्टिक फ़ंक्शन, होमोस्टैसिस और प्लास्टिसिटी का अध्ययन करने के लिए पोस्टसिनेप्टिक साइटों की प्रोटीन सामग्री में हेरफेर करके इंट्राबॉडी के उपयोग का परीक्षण करेंगे। यदि यह शोध सफल होता है, तो बायोमेडिकल विज्ञान में व्यापक अनुप्रयोग हो सकता है।

जेम्स एबरविन, पीएच.डी., फार्माकोलॉजी के प्रोफेसर, और इवान जे। डमोचोव्स्कीएसोसिएट प्रोफेसर ऑफ केमिस्ट्री, पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय

TIVA- टैग ट्रू न्यूरल सिस्टम्स जीनोमिक्स को सक्षम बनाता है

हालांकि यह कई वर्षों से प्रयोगशाला संस्कृतियों में व्यक्तिगत कोशिकाओं में जीन अभिव्यक्ति का अध्ययन करने के लिए संभव हो गया है, न्यूरोबायोलॉजी में निरंतर प्रगति से बरकरार ऊतकों या रहने वाले जीवों में आनुवंशिक स्तर और सिस्टम स्तर पर विनियमन की जांच करने की क्षमता की आवश्यकता होती है। डीआरएस। Eberwine और Dmochowski, RIV को TIVA- टैग (ट्रांसक्रिपटोम इन विवो एनालिसिस) कहा जाता है, के माध्यम से जीवित कोशिकाओं से अलग करने के लिए एक विधि पर काम कर रहे हैं। अनुदान की अवधि के दौरान, वे TIVA टैग यौगिकों के रसायन विज्ञान को अधिक से अधिक विशिष्टता, दक्षता और पहले की तुलना में कम ऊतक क्षति के साथ कोशिकाओं से आरएनए इकट्ठा करने की योजना बनाते हैं। अनुदान की अवधि के अंत तक वे सिस्टम-स्तरीय आनुवंशिकी के लिए व्यवहार्य पद्धति के रूप में TIVA- टैग दृष्टिकोण की स्थापना करना चाहते हैं।

डोरिस सोआओ, पीएचडी, बायोलॉजी, कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के सहायक प्रोफेसर और विलियम जे। टायलर, पीएच.डी., वर्जीनिया टेक कारिलियन रिसर्च इंस्टीट्यूट, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग और विज्ञान के स्कूल में सहायक प्रोफेसर

स्पंदित अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके इंटिमेट प्राइमेट ब्रेन सर्किट के कार्यात्मक मॉड्यूलेशन

तंत्रिका विज्ञान मानव मस्तिष्क में कहीं भी विशिष्ट 3 डी लोकी को गैर-मुख्य रूप से उत्तेजित करने के लिए एक उपकरण को याद कर रहा है। डॉ। टायलर के पिछले काम से पता चला कि अल्ट्रासोनिक न्यूरोमॉड्यूलेशन जीवित रूप से माउस मस्तिष्क में न्यूरॉन्स को उत्तेजित कर सकता है। अगला कदम यह वर्णन करना है कि अल्ट्रासाउंड एक गैर-मानव प्राइमेट को कैसे प्रभावित करता है, मैकाक, जिसका मस्तिष्क माउस की तुलना में बड़ा और अधिक जटिल है। शोधकर्ताओं ने ध्यान केंद्रित अल्ट्रासोनिक न्यूरोमॉड्यूलेशन के दौरान न्यूरोनल प्रतिक्रियाओं, मस्तिष्क रक्त प्रवाह और पशु व्यवहार का निरीक्षण करने की योजना बनाई है। अंत में, डॉ। त्साओ और टायलर का उद्देश्य मानव मस्तिष्क के विशिष्ट क्षेत्रों को प्रोत्साहित करने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग करने का एक तरीका है, जो मनुष्यों में मस्तिष्क सर्किटरी को समझने के लिए एक शक्तिशाली नया उपकरण प्रदान करेगा, और व्यापक तंत्रिका संबंधी और मानसिक रोगों के इलाज के लिए उपन्यास रणनीति प्रदान करेगा।

सैमुअल एस.एच. वांग, पीएच.डी., आण्विक जीवविज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर, प्रिंसटन विश्वविद्यालय

आनुवंशिक रूप से एन्कोडेबल कैल्शियम संकेतक की गतिशील सीमाओं को पार करना

फ्लोरोसेंट प्रोटीन जो मस्तिष्क कोशिकाओं के सक्रिय होने पर उनकी चमक को बदलते हैं, तंत्रिका गतिविधि अंतर्निहित धारणा, स्मृति और अन्य संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं को देखने में उपयोगी होते हैं। इन प्रोटीनों के वर्तमान संस्करण केवल सुस्त रूप से प्रतिक्रिया करते हैं, समय के पैमाने पर एक दूसरे या लंबे समय तक। डॉ। वांग की लैब इन प्रोटीनों को अधिक तेज़ी से और गतिविधि की व्यापक श्रेणी के लिए प्रतिक्रिया करने के लिए फिर से डिज़ाइन कर रही है। उन्नत ऑप्टिकल तरीकों के साथ संयुक्त, इस तरह के अग्रिमों से मस्तिष्क के ऊतकों के छोटे हिस्सों को इस तरह से ट्रैक किया जा सकेगा कि fMRI इमेजिंग पूरे मस्तिष्क को ट्रैक करता है - इस लाभ के साथ कि नई विधि शोधकर्ताओं को एकल कोशिकाओं और मिलीसेकंड पर होने वाले परिवर्तनों को देखने में सक्षम करेगी। यह शोध न्यूरोसाइंटिस्टों द्वारा मस्तिष्क नेटवर्क का अध्ययन करने के लिए प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए एक बड़े प्रयास का हिस्सा है, जबकि एक जानवर सीखता है, या यह देखने के लिए कि न्यूरोलॉजिकल दोष वाले जानवरों में क्या गलत है।

सैंड्रा बजाजलीह, पीएचडी, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के फार्माकोलॉजी के प्रो

सिग्नलिंग लिपिड के लिए बायोसेंसर्स का विकास करना

झिल्लीदार लिपिड में परिवर्तन न्यूरोनल सिग्नलिंग में भूमिका निभाते हैं, लेकिन शोधकर्ता अभी तक लिपिड उत्पादन को विश्वसनीय रूप से ट्रैक नहीं कर सकते हैं। बजाजलीह ने वास्तविक समय में कोशिकाओं में सिग्नलिंग लिपिड की पीढ़ी को ट्रैक करने के लिए सेंसर बनाने की योजना बनाई है। वह इंजीनियर प्रोटीन होगा जो अन्य संकेतों की अनुपस्थिति में दो सिग्नलिंग लिपिड को बांधता है और इन लिपिड के स्थान को ट्रैक करने के लिए फ्लोरोसेंट जांच विकसित करने के लिए उनका उपयोग करता है। यह जानकारी अन्य लिपिड के लिए दृष्टिकोण का विस्तार करना संभव बनाएगी।

गुओपिंग फेंग, पीएच.डी., मस्तिष्क और संज्ञानात्मक विज्ञान, मैक्गवर्न इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन रिसर्च, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर

गतिविधि और संयोग के संयोग का पता लगाने के प्रयोग से व्यवहारिक रूप से परिभाषित न्यूरोलॉजिकल माइक्रोकिरिच के आनुवंशिक हेरफेर के लिए विवो टूल में एक आणविक विकसित करना

मस्तिष्क कैसे जानकारी की प्रक्रिया को और अधिक बारीकी से अध्ययन करने के लिए, प्रकाश के दालों द्वारा परिभाषित संक्षिप्त अवधि के भीतर पशु व्यवहार द्वारा सक्रिय विशिष्ट न्यूरोनल आबादी को पकड़ने के लिए एक उपकरण विकसित कर रहा है, और उस गतिविधि के आधार पर आनुवंशिक परिवर्तन के लिए मस्तिष्क की कोशिकाओं का चयन करें। इन कोशिकाओं को तब व्यवहार में उनकी भागीदारी का आकलन करने के लिए परीक्षण किया जा सकता है। यदि सफल होता है, तो उपकरण न्यूरोसाइंटिस्ट्स को एक विशिष्ट परिभाषित अवधि में विशिष्ट व्यवहार द्वारा सक्रिय रूप से न्यूरॉन्स के किसी भी समूह को संशोधित करने में सक्षम करेगा।

फेंग झांग, पीएच.डी., अन्वेषक, मैकगवर्न इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन रिसर्च; कोर सदस्य, एमआईटी और हार्वर्ड के ब्रॉड संस्थान; मस्तिष्क और संज्ञानात्मक विज्ञान, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के सहायक प्रोफेसर

सटीक जीनोम इंजीनियरिंग डिज़ाइनर TAL एफिशिएंसी रिकॉम्बिनैस का उपयोग करना

आनुवंशिक अभिव्यक्ति आमतौर पर एक न्यूरॉन के प्रकार की पहचान करने के लिए उपयोग की जाती है, लेकिन पारंपरिक आनुवंशिक हेरफेर अक्षम है और बड़े पैमाने पर माउस तक सीमित है। झांग रिपोर्टर जीन का उपयोग करके न्यूरॉन्स के जीनोम को संशोधित करने के तरीके पर काम कर रहा है जिसे विशिष्ट कोशिकाओं और मस्तिष्क सर्किट में पेश किया जा सकता है। यह तकनीक मानव उत्परिवर्तन को पशु मॉडल में पेश करने की अनुमति देती है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि आनुवांशिक उत्परिवर्तन एक बीमारी का कारण है। तकनीक एक पशु मॉडल उत्पन्न करने में लगने वाले समय को भी कम कर देगी।

माइकल बेरी द्वितीय, पीएच.डी., आण्विक जीवविज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर, प्रिंसटन विश्वविद्यालय

माइक्रोफैब्रिकेटेड पैच क्लैंप माइक्रोप्रिपेट

बेरी की लैब एक माइक्रोफैब्रिकेटेड पैच माइक्रोप्रिपेट विकसित करेगी जो पारंपरिक ग्लास पैच माइक्रोप्रिपेट के साथ उपन्यास प्रयोगों को संभव नहीं करेगी, जैसे कि तेजी से डायलिसिस द्वारा न्यूरॉन्स के रासायनिक वातावरण को आसानी से नियंत्रित करने की क्षमता। मौजूदा समय और प्रयास को बचाने के लिए डिवाइस मौजूदा माइक्रोप्रिपेट की तुलना में अधिक विश्वसनीय और सरल होगा।

रॉबर्ट कैनेडी, पीएच.डी., होबार्ट एच। विलार्ड रसायन विज्ञान के प्रोफेसर और फार्माकोलॉजी के प्रोफेसर, मिशिगन विश्वविद्यालय

उच्च स्थानिक और लौकिक संकल्प पर न्यूरोट्रांसमीटर की विवो निगरानी में

उच्च स्थानिक और लौकिक रिज़ॉल्यूशन में विवो में न्यूरोट्रांसमीटर को मापने के लिए, कैनेडी की लैब एक छोटा सा जांच विकसित कर रही है जो लगातार अंतराल पर विश्लेषण के लिए छोटे नमूने उत्पन्न करने के लिए माउस के किसी भी मस्तिष्क क्षेत्र में पहुंच सकती है। यह तकनीक तंत्रिका विज्ञान के लिए एक संभावित सफलता प्रदान करती है, क्योंकि इतने आनुवंशिक कार्य और कई रोग मॉडल माउस पर आधारित हैं।

टिमोथी रयान, पीएच.डी., बायोकैमिस्ट्री, वेइल कॉर्नेल मेडिकल कॉलेज के प्रो

एक अन्तर्ग्रथनी एटीपी रिपोर्टर का विकास

रेयान की प्रयोगशाला विशिष्ट न्यूरोनल डिब्बों में एटीपी की एकाग्रता को मापने और चल रहे सिनैप्टिक संचार के दौरान एटीपी स्तरों की निगरानी के लिए गतिशील जानकारी प्राप्त करने के लिए एक अधिक सटीक तरीका विकसित कर रही है। यह निर्धारित करने में मदद करनी चाहिए कि मौलिक ऊर्जा असंतुलन विभिन्न रोगों में प्रकट होता है और एटीपी आपूर्ति को आमतौर पर सिनेप्स में कैसे विनियमित किया जाता है।

डब्ल्यू। डैनियल ट्रेसी, पीएच.डी., डस्ट यूनिवर्सिटी मेडिकल सेंटर के एनेस्थिसियोलॉजी, सेल बायोलॉजी एंड न्यूरोबायोलॉजी के प्रो

आनुवांशिक रूप से एन्कोडिंग rhabdoviruses न्यूरोनल कोन के कामकाज मानचित्रण के लिएnectivity

ट्रेसी की लैब फल मक्खी में तंत्रिका सर्किट का पता लगाने के लिए एक वायरल जीन अभिव्यक्ति प्रणाली विकसित कर रही है। लक्ष्य इसका उपयोग आनुवंशिक रूप से तंत्रिका कोशिकाओं में हेरफेर करना, उनके कनेक्शन का पता लगाना और परस्पर न्यूरॉन्स की गतिविधि में हेरफेर करना है। यदि यह फल मक्खियों के साथ सफल होता है, तो ट्रेसी को उम्मीद है कि वही तकनीक स्तनधारी दिमाग के अध्ययन के लिए उपयोगी होगी।

जोसेफ Fetcho, पीएच.डी., कॉर्नेल विश्वविद्यालय के न्यूरोबायोलॉजी और व्यवहार के प्रोफेसर

विवो में सिनैप्टिक कनेक्शन के मैपिंग पैटर्न

उन सभी तंत्रिका कोशिकाओं को प्रकट करने का कोई आसान तरीका नहीं है जो किसी अन्य कोशिका से जुड़ते हैं जबकि वे कोशिकाएं जीवित हैं। ज़ेब्राफिश के साथ काम करते हुए, फेचो ऑप्टिकल तरीकों का उपयोग करने का प्रस्ताव रखता है, जिससे एक विशेष तंत्रिका कोशिका से जुड़े सभी न्यूरॉन्स रंग बदल जाएंगे, बरकरार रहने वाले तंत्रिका तंत्र में तारों के पैटर्न का नक्शा तैयार करेंगे। अंत में, इस तरह के दृष्टिकोण से तारों के पैटर्न को प्रकट करने में मदद मिल सकती है जो आंदोलन और अन्य व्यवहार को रेखांकित करते हैं।

पावेल ओस्टेन, एमडी, पीएचडी, न्यूरोसाइंस के एसोसिएट प्रोफेसर, कोल्ड स्प्रिंग हार्बर प्रयोगशाला

फ्लोरोसेंट माउस मस्तिष्क के लिए स्वचालित उच्च-थ्रूपुट शरीर रचना

ऑस्टेन की परियोजना आणविक और सेलुलर मस्तिष्क कार्यों के अध्ययन और पूरे मस्तिष्क के अध्ययन के बीच की खाई को पाटने में मदद करना चाहती है। एक उपन्यास इमेजिंग तकनीक का उपयोग करते हुए, वह ऑटिज्म और सिज़ोफ्रेनिया से जुड़े आनुवांशिक उत्परिवर्तन को ले जाने वाले चूहों में तंत्रिका सर्किट में बदलाव की मैपिंग पर ध्यान केंद्रित कर रहा है। उन्हें उम्मीद है कि प्रौद्योगिकी कई आनुवंशिक माउस मॉडल का अध्ययन करने के लिए एक तेज़, सटीक तरीका प्रदान करेगी ताकि मानव मनोरोग रोगों की एक श्रृंखला को बेहतर ढंग से समझा जा सके।

थॉमस ओटिस, पीएचडी, न्यूरोबायोलॉजी, गेफेन स्कूल ऑफ मेडिसिन, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स के प्रोफेसर

न्यूरानैटोमिकली परिभाषित न्यूरॉन्स के समूहों में वोल्टेज की निगरानी के लिए ऑप्टिकल तरीकों का विकास

ओटिस और उनके सहयोगियों, सह-प्रमुख अन्वेषक जूलियो वर्गारा सहित, एक सेंसर तकनीक विकसित की है जो उपन्यास के ऑप्टिकल तरीकों का उपयोग करके उच्च आवेग के साथ तंत्रिका आवेगों को मापने की अनुमति देता है। अनुदान का उद्देश्य उनकी ऑप्टिकल विधि को सही करना है ताकि यह एक साथ कई न्यूरॉन्स में तंत्रिका गतिविधि को ट्रैक कर सके।

लैरी जे। यंग, पीएच.डी., विलियम पी। टिममी साइकियाट्रिक एंड बिहेवियरल साइंस के प्रोफेसर और डिवीजन चीफ, सेंटर फॉर बिहेवियरल न्यूरोसाइंस, यार्क्स नेशनल प्राइमेट रिसर्च सेंटर

सामाजिक बंधन के आनुवंशिकी और तंत्रिका सर्किट्री विदारक के लिए प्रैरी वोल्ट्स में ट्रांसजेनिक प्रौद्योगिकियों का विकास

जटिल सामाजिक व्यवहारों का अध्ययन, जैसे कि मातृ पोषण और सामाजिक बंधन, जीन अभिव्यक्ति में हेरफेर की कठिनाई से सीमित है यह जानने के लिए कि विशिष्ट जीन सामाजिक व्यवहार को कैसे नियंत्रित करते हैं। यंग का लक्ष्य ट्रांसजेनिक प्रैरी वोल्ट्स उत्पन्न करना है, जो अत्यधिक सामाजिक हैं, और सामाजिक व्यवहार में व्यक्तिगत बदलावों के लिए जिम्मेदार जीन की पहचान करते हैं। शोध में ऑटिज्म और सिज़ोफ्रेनिया जैसे विकारों की विशेष प्रासंगिकता होगी।

हेनरी लेस्टआर, पीएच.डी., कैलिफोर्निया इंस्टीटयूट ऑफ टेक्नोलॉजी

न्यूरल इंजीनियरिंग के लिए आयन चैनल

लेस्टर आयन चैनल और रिसेप्टर्स का उपयोग करेगा ताकि यह पता लगाया जा सके कि सर्किट के भीतर न्यूरॉन्स कैसे जुड़े हैं और इस तरह के सर्किट व्यवहार को कैसे नियंत्रित करते हैं। वह नए रिसेप्टर चैनलों को इंजीनियर करेगा जो केवल एक दवा, इवरमेक्टिन का जवाब देता है, जिसे एक जानवर के आहार में दिया जा सकता है। एक बार जब इन रिसेप्टर्स को विकसित किया जाता है, तो यह अध्ययन करना संभव होगा कि चयनित न्यूरॉन्स को सक्रिय या बाधित कैसे व्यवहार को प्रभावित करता है।

चार्ल्स एम। लिबर, पीएच.डी., हार्वर्ड विश्वविद्यालय

तंत्रिका नेटवर्क के इलेक्ट्रिकल और रासायनिक मानचित्रण के लिए नैनोइलेक्ट्रोनिक डिवाइस एरे

लिबर की योजना है कि नए नैनोटेक्नोलॉजी-सक्षम इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी उपकरणों का विकास और प्रदर्शन किया जाए, जो कि प्राकृतिक सिनैप्स के पैमाने पर इलेक्ट्रिकल और बायोकेमिकल सिग्नलिंग को मापते हैं, सुसंस्कृत तंत्रिका नेटवर्क से लेकर मस्तिष्क के ऊतकों तक के नमूनों का उपयोग करते हैं। दीर्घावधि में, इन उपकरणों का उपयोग मस्तिष्क और तंत्रिका प्रोस्थेटिक उपकरणों के बीच बायोमेडिकल रिसर्च और अंततः, उपचार के बीच शक्तिशाली नए इंटरफेस के रूप में किया जा सकता है।

फर्नांडो नोटेबोहम पीएच.डी., रॉकफेलर विश्वविद्यालय

ट्रांसजेनिक सॉन्गबर्ड बनाने के लिए एक तकनीक का विकास

सोंगबर्ड्स में मुखर शिक्षण का अध्ययन यह पता लगाने का एक शानदार तरीका प्रदान करता है कि कैसे यादों को एक जटिल मस्तिष्क में संग्रहीत किया जाता है और केंद्रीय तंत्रिका तंत्र को कैसे नुकसान पहुंचाया जाता है, यह न्यूरोनल रिप्लेसमेंट द्वारा ठीक किया जा सकता है। Nottebohm ट्रांसजेनिक songbirds के कुशल उत्पादन के लिए एक प्रोटोकॉल विकसित करने का प्रयास करता है ताकि व्यक्तिगत जीन सीखने और मस्तिष्क की मरम्मत में शामिल हो सके।

Dalibor Sames, Ph.D., तथा डेविड सुल्जर, पीएचडी, कोलम्बिया विश्वविद्यालय

फ्लोरोसेंट गलत न्यूरोट्रांसमीटर का विकास: व्यक्तिगत प्रीसानेप्टिक टर्मिनलों से न्यूरोट्रांसमीटर रिलीज के प्रत्यक्ष दृश्य के लिए उपन्यास जांच

Sames and Sulzer ने Fluorescent False Neurotransmitters (FFN) को विकसित किया है जो डोपामाइन के ऑप्टिकल ट्रैसर के रूप में कार्य करता है और व्यक्तिगत रूप से synapses में वैकल्पिक रूप से छवि न्यूरोट्रांसमिशन के लिए पहला साधन सक्षम करता है। FFNs को लागू करने से, Sames और Sulzer पार्किंसंस रोग और सिज़ोफ्रेनिया जैसे न्यूरोलॉजिकल और मनोरोग विकारों के लिए प्रासंगिक रोग प्रक्रियाओं के साथ-साथ सीखने से जुड़े synaptic परिवर्तनों की जांच करने के लिए नए ऑप्टिकल तरीके विकसित करेंगे।

पॉल ब्रायम, पीएचडी, ओरेगन स्वास्थ्य और विज्ञान विश्वविद्यालय

इचिनोडर्म्स का एक उपन्यास ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन न्यूरोनल नेटवर्क गतिविधि का दीर्घकालिक रिकॉर्ड प्रदान करता है

Brehm स्वस्थ और रोगग्रस्त ऊतक में सेलुलर गतिविधि की छवि के लिए एक नया तरीका तलाश रहा है। उन्होंने जेलिफ़िश ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन के लिए एक विकल्प प्रस्तावित किया है - बायोल्यूमिनेसेंट ब्रिटलेस्टर ओफ़िओप्सीला, जिनके तंत्रिका कोशिकाओं में लंबे समय तक रहने वाले प्रतिदीप्ति उनकी सेलुलर गतिविधि का दीर्घकालिक इतिहास प्रदान कर सकते हैं।

टिमोथी होली, पीएच.डी., वाशिंगटन यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन

बरकरार ऊतक में तंत्रिका गतिविधि की उच्च गति तीन आयामी ऑप्टिकल इमेजिंग

पवित्र प्रकाश की पतली चादरों का उपयोग करके न्यूरॉन्स की बहुत बड़ी आबादी से एक साथ रिकॉर्डिंग के लिए ऑप्टिकल तरीकों को विकसित कर रहा है जो तीन आयामों में मस्तिष्क के ऊतकों को जल्दी से स्कैन करता है। सफल होने पर अध्ययन वैज्ञानिकों को सेलुलर स्तर पर पैटर्न की पहचान और सीखने में मदद कर सकता है।

कृष्णा शेनॉय, पीएचडी, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय

हर्मीस: स्वतंत्र रूप से प्राइमेट के व्यवहार के लिए एक सतत तंत्रिका रिकॉर्डिंग प्रणाली

शेनॉय की प्रयोगशाला इस बात के बारे में अधिक जानने की कोशिश कर रही है कि कैसे बंदर अपनी रोजमर्रा की गतिविधियों के बारे में जाने वाले बंदरों पर उपयोग के लिए लघु, सिर पर चढ़कर, उच्च गुणवत्ता वाली रिकॉर्डिंग प्रणाली विकसित करके काम करते हैं। सफल होने पर, यह काम एक रिकॉर्डिंग डिवाइस बनाएगा जो दिनों और हफ्तों के लिए बंदरों के व्यवहार में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स को ट्रैक कर सकता है।

जीना ट्रिगियानो, पीएच.डी., ब्रैंडिस यूनिवर्सिटी

सुपर-रिज़ॉल्यूशन प्रतिदीप्ति क्रायो-माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके सिनेप्टिक प्रोटीन की स्थिति का मानचित्रण

तूरीगियानो और उनके सहयोगी, डेविड डेओसियर, पीएचडी, उपकरणों को विकसित करने के लिए जिस तरह से सिनैप्टिक प्रोटीन को आणविक मशीनों में व्यवस्थित किया जाता है जो यादों और संज्ञानात्मक कार्यों को उत्पन्न कर सकता है। यदि यह सफल साबित होता है, तो वे अंततः यह निर्धारित करने में सक्षम होंगे कि रोग राज्यों में synapses कैसे अव्यवस्थित हो जाते हैं।

पामेला एम। इंग्लैंड, पीएच.डी.,सैन फ्रांसिस्को में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय

वास्तविक समय में AMPA रिसेप्टर तस्करी की निगरानी करना

इंग्लैंड की प्रयोगशाला में फिलॉन्थोटॉक्सिन के सिंथेटिक डेरिवेटिव के आधार पर आणविक उपकरणों का एक उपन्यास सेट विकसित किया जाएगा, जिसका उपयोग ग्लूटामेट रिसेप्टर के एएमपीए उपप्रकार के सेल सतह तस्करी का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है। लक्ष्य विष डेरिवेटिव का एक सेट का उत्पादन करना है जो विशिष्ट सबयूनिट रचनाओं के साथ एएमपीए रिसेप्टर्स को निष्क्रिय करेगा, इस प्रकार जीवित न्यूरॉन्स में एएमपीए रिसेप्टर्स के इन विभिन्न वर्गों की भूमिका की औषधीय जांच को सक्षम बनाता है।

एलन जैसनॉफ, पीएच.डी., मेसाचुसेट्स प्रौद्योगिक संस्थान

कैल्शियम इमेजिंग एजेंटों के साथ सेलुलर-स्तरीय कार्यात्मक एमआरआई

जैसनॉफ अपनी प्रयोगशाला में विकसित किए गए कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) की एक नई विधि का पता लगाएंगे, जो कि लोहे के ऑक्साइड नैनोकणों पर आधारित है, जो समुच्चय के दौरान छवि विपरीत उत्पन्न करते हैं। सफल होने पर, नई विधि तंत्रिका गतिविधि का एक अधिक प्रत्यक्ष उपाय होगी, जिसमें एफएमआरआई में स्थानिक और लौकिक संकल्प में सुधार की संभावना होगी।

रिचर्ड जे। क्रुज़लिस, पीएच.डी., तथा एडवर्ड एम। कॉलवे, पीएच.डी., साल्क इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल स्टडीज

गैर-मानव प्राइमेट के व्यवहार में संवेदी-मोटर सर्किट के लिए वायरल वैक्टर का उपयोग करना

क्रुज़्लिस और कैलावे बंदर सेरेब्रल कॉर्टेक्स के स्थानीय क्षेत्रों में न्यूरॉन्स के विशिष्ट उप-जनसंख्या को निष्क्रिय करने के लिए एक विधि विकसित करेंगे। यदि सफल होता है, तो उनकी विधि यह आकलन करने के लिए एक साधन प्रदान करेगी कि विभिन्न मस्तिष्क क्षेत्रों में न्यूरॉन्स के विशिष्ट उप-योग कैसे उच्च मस्तिष्क कार्यों को सक्षम करने के लिए सर्किट में कार्य करते हैं, जैसे कि धारणा, स्मृति और संवेदी-मोटर नियंत्रण।

मार्कस मिस्टर, पीएच.डी., कैल टेक

स्वतंत्र रूप से चलने वाले जानवरों में मल्टी-न्यूरोनल स्पाइक ट्रेनों की वायरलेस रिकॉर्डिंग

मिस्टर और उनके सहयोगी, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के एलन लिटके, सांता क्रूज़, और कैलटेक के अथानासियोस सियापस, एक वायरलेस माइक्रोइलेक्ट्रोड सिस्टम को इंजीनियर करेंगे जो बिना जुड़े हुए स्वतंत्र रूप से चलने वाले जानवरों से तंत्रिका विद्युत संकेतों की रिकॉर्डिंग की अनुमति देगा। लघुकरण और हल्की सामग्री के लिए प्रौद्योगिकियों का संयोजन, इस प्रणाली को वास्तव में प्राकृतिक व्यवहारों, जैसे कि burrowing, चढ़ाई या उड़ान के दौरान तंत्रिका गतिशीलता की माप की सुविधा प्रदान करनी चाहिए।

कार्ल डिसेसरोथ, एमडी, पीएचडी, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय

नॉनवेसिव, न्यूरोनल गतिविधि का हाई टेम्पोरल रिजॉल्यूशन कंट्रोल, अल्गा सी। रेइनहार्डेटी से लाइट-सेंसिटिव आयन चैनल का उपयोग करना।

पोस्टडॉक्टोरल साथी सहयोगी एडवर्ड बॉयडेन सहित डिसेसरोथ की लैब, एक नया उपकरण विकसित करेगी, जो शैवाल से आनुवंशिक रूप से एन्कोडेड लाइट सेंसिटिव आयन चैनल के आधार पर, प्रकाश के साथ न्यूरॉन्स के विशिष्ट सेटों में विद्युत गतिविधि को प्रोत्साहित करने के लिए होगा। उनका लक्ष्य मिलीसेकंड समय परिशुद्धता के साथ व्यक्तिगत कार्रवाई क्षमता को प्रोत्साहित करना है और चैनल प्रोटीन अभिव्यक्ति को लक्षित करने के लिए आनुवंशिक तरीकों का उपयोग करके न्यूरॉन्स को उत्तेजित करने के लिए नियंत्रित करना है।

सामी आर। जाफरी, एमडी, पीएचडी, वेल मेडिकल कॉलेज, कॉर्नेल विश्वविद्यालय

लिविंग न्यूरॉन्स में आरएनए का वास्तविक समय इमेजिंग सशर्त रूप से फ्लोरोसेंट छोटे अणु का उपयोग करना

जाफरी की प्रयोगशाला आगे जीवित कोशिका प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके आरएनए के दृश्य को सक्षम करने के लिए एक प्रणाली विकसित करेगी। उनकी तकनीक लघु आरएनए अनुक्रमों के निर्माण पर आधारित है जो एक फ्लोरोफोर से बंधते हैं और इसके प्रकाश उत्सर्जन को बढ़ाते हैं। फ़्लोरोफ़ोर ग्रीन फ़्लोरेसेंट प्रोटीन (GFP) में प्रयुक्त होने वाले व्युत्पन्न से लिया गया है। लक्ष्य आरएनए के अध्ययन में उसी तरह से क्रांति करना है जैसे जीएफपी तकनीक ने प्रोटीन दृश्य में क्रांति ला दी है।

जेफ़ डब्ल्यू। लीचमैन, एमडी, पीएचडी, हार्वर्ड विश्वविद्यालय केनेथ हायवर्थ, हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट के जेनेलिया फार्म रिसर्च कैंपस

बड़े पैमाने पर मस्तिष्क के पुनर्निर्माण के लिए एक स्वचालित टेप-एकत्रित खराद-अल्ट्रामाइक्रोम का विकास

हायवर्थ और लिक्टमैन स्लाइस करने के लिए एक उपकरण विकसित कर रहे हैं और स्वचालित रूप से ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) के माध्यम से इमेजिंग के लिए हजारों ऊतक वर्गों को इकट्ठा करते हैं। TEM सीरियल सेक्शन का पुनर्निर्माण एकमात्र ऐसी तकनीक है जो संकल्प के बेहतरीन स्तर पर, मस्तिष्क के ऊतकों की मात्रा के भीतर सभी न्यूरॉन्स की सटीक सिनैप्टिक कनेक्टिविटी को मैप करने में सक्षम है। लेकिन आवेदन सीमित है क्योंकि अल्ट्राथिन वर्गों को मैन्युअल रूप से एकत्र किया जाना है। यह उपकरण प्रक्रिया को स्वचालित करेगा, धारावाहिक सेक्शनिंग कई प्रयोगशालाओं के लिए सुलभ और बड़े ऊतक संस्करणों पर उपयोगी होगा।

एलिस वाई टिंग, पीएच.डी., मेसाचुसेट्स प्रौद्योगिक संस्थान

Biotin Ligase Labeling का उपयोग करके ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी द्वारा न्यूरोनल प्रोटीन ट्रैफ़िकिंग का इमेजिंग

टिंग मेम्ब्रेन प्रोटीन ट्रैफिकिंग की कल्पना और मात्रा बढ़ाने के लिए एक बेहतर तकनीक का प्रस्ताव करता है। उसने एक उच्च चयनात्मक एंजाइम-आधारित लेबलिंग तकनीक विकसित की है, जिससे उत्तेजना के बाद आने वाले लोगों से उत्तेजना से पहले न्यूरॉन सतहों पर मौजूद अणुओं को अलग किया जा सकता है। लेबल अणुओं के स्थानिक वितरण को तब ऑप्टिकल इमेजिंग के साथ देखा जा सकता है और कुछ संशोधनों के साथ, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के साथ उच्च रिज़ॉल्यूशन में भी देखा जा सकता है।

ईजे चिचिलनिस्की, पीएच.डी., साल्क संस्थान
एएम लिटके, पीएच.डी., पार्टिकल फिजिक्स के लिए सांता क्रूज़ इंस्टीट्यूट

रेटिना को दबाना

चिचिल्निस्की, एक न्यूरोबायोलॉजिस्ट, और लिटके, एक प्रायोगिक भौतिक विज्ञानी, एक ठीक स्थानिक और लौकिक पैमाने पर एक समय में सैकड़ों न्यूरॉन्स में विद्युत गतिविधि को रिकॉर्ड करने और उत्तेजित करने के लिए प्रौद्योगिकी पर सहयोग कर रहे हैं। यह उन्हें अध्ययन करने में सक्षम करेगा कि न्यूरॉन्स की बड़ी आबादी कैसे प्रक्रिया करती है और धारणा और व्यवहार को नियंत्रित करने के लिए जानकारी को एनकोड करती है। वे पहले रेटिना का अध्ययन करने की योजना बनाते हैं, और, बदले में, अन्य तंत्रिका तंत्र।

डैनियल टी। चिउ, पीएच.डी., वाशिंगटन विश्वविद्यालय

स्थानिक और अस्थायी रूप से एकल न्यूरोनल कोशिकाओं को स्टिमुली का वितरण

नैनोकैप्सल्स असाधारण रूप से छोटे "गोले" होते हैं जो एक अणु के रूप में मिनट के रूप में कुछ कर सकते हैं और इसे एक चयनित लक्ष्य तक पहुंचा सकते हैं। चीयू नए प्रकार के नैनोकैप्सल्स को विकसित और परिपूर्ण कर रहा है और मौजूदा लोगों को यह अध्ययन करने के लिए परिष्कृत कर रहा है कि एक एकल न्यूरोनल सेल अपनी झिल्ली की सतह पर एक संकेत के आगमन की प्रक्रिया कैसे करता है। नैनोकैप्सूल कोशिका की सतह के प्रोटीन को मैप करने और यह जांचने में उपयोगी होगा कि रिसेप्टर्स सिग्नल कैसे भेजते हैं और synaptic ट्रांसमिशन को ट्रिगर करते हैं।

सुसान एल। लिंडक्विस्ट, पीएच.डी., व्हाइटहेड इंस्टीट्यूट फॉर बायोमेडिकल रिसर्च

न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारियों और उच्च थ्रूपुट स्क्रीनिंग के लिए खमीर मॉडल सिस्टम का विकास और उपयोग

लिंडक्विस्ट ने बेकर के खमीर में जीन का अध्ययन करके न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों की जांच करने का प्रस्ताव किया है। पार्किंसंस रोग का अध्ययन करने के लिए उसकी प्रयोगशाला को एक मॉडल प्रणाली के रूप में खमीर का उपयोग करने में बड़ी सफलता के कारण, वह मॉडल को रोग के दो और वर्गों-टूओपैथिस (अल्जाइमर सहित) और स्पिनोसेबेलर गतिभंग -3 का विस्तार करने की योजना बना रही है।

डैनियल एल। माइनर, जूनियर, पीएच.डी., कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन फ्रांसिस्को

प्राकृतिक और डिज़ाइन किए गए पुस्तकालयों से आयन चैनल मॉड्यूलेटर का निर्देशित विकास

माइन उन अणुओं की पहचान करने के लिए एक नए दृष्टिकोण पर काम कर रहा है जो आयन चैनलों को अवरुद्ध या खोलते हैं, प्रोटीन जो मस्तिष्क में विद्युत संकेतन की कुंजी हैं। वह जहरीले जीवों से प्राकृतिक पेप्टाइड्स का अध्ययन करेगा और परीक्षण के लिए विष जैसे अणुओं को बनाएगा। ऐसे अणुओं का निर्माण जो प्रकृति में उन लोगों की नकल करते हैं और उन्हें व्यापक रूप से उपलब्ध कराते हैं, उन दवाओं की खोज को तेज करेंगे जो विशिष्ट आयन चैनलों पर कार्य कर सकते हैं।

स्टीफन जे। स्मिथ, पीएचडी, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन

सीरियल-सेक्शन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी द्वारा मस्तिष्क सर्किटरी के विलंब की विधियां

स्मिथ ने 21 वीं सदी के माइक्रोस्कोप को अपने सहयोगी, विनफ्रीड डेन्क, पीएचडी, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट के एक बायोफिजिसिस्ट द्वारा आविष्कार किए गए लाभ से लाभ के लिए तंत्रिका विज्ञान को सक्षम करने के लिए उपकरण डिजाइन कर रहे हैं। वे स्वचालित सीरियल-सेक्शन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (S3EM) विधियों को विकसित कर रहे हैं, जो पहली बार मिनट विस्तार में पूर्ण मस्तिष्क सर्किट का विश्लेषण करने की क्षमता प्रदान करेंगे। स्मिथ इस माइक्रोस्कोप के साथ विश्लेषण के लिए मस्तिष्क के ऊतकों को दागने के तरीके विकसित कर रहा है, और कम्प्यूटेशनल उपकरण नई तकनीकों की जानकारी देगा।

स्टुअर्ट फ़ेरस्टीन, पीएच.डी., कोलम्बिया विश्वविद्यालय

मेम्ब्रेन वोल्टेज का एक आनुवंशिक रूप से एन्कोडेड ऑप्टिकल सेंसर

फ़ेरस्टीन और उनके सहयोगी, जोसेफ़ लज़ार, पीएचडी, एक नए प्रकार के वोल्टेज-सेंसिंग प्रोटीन का परीक्षण करने का प्रस्ताव करते हैं, जो बहुत छोटी विद्युत घटनाओं का पता लगाने और एक साथ बड़ी संख्या में कोशिकाओं में वोल्टेज परिवर्तनों की कल्पना करने में सक्षम हो सकता है। यह मस्तिष्क में सूचना प्रसंस्करण में जांच के स्तर को बढ़ावा देगा जो वर्तमान में पहुंच से परे है।

डेविड हेगर, पीएचडी, न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय

उच्च-रिज़ॉल्यूशन fMRI

हेगर और उनके सहयोगी, सौहिल इनाती, पीएचडी, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों के साथ जॉन पाउल और डेविड रेस, कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई) के स्थानिक संकल्प में सुधार के लिए एक नया दृष्टिकोण लेने की योजना बना रहे हैं ताकि यह भी नियमित रूप से fMRI डेटा प्राप्त कर सके। अत्यंत उच्च संकल्प पर। टीम का उद्देश्य पारंपरिक एमआरआई के साथ कुछ मूलभूत समस्याओं को हल करने में मदद करना है।

पॉल सिल्सिंगर, पीएच.डी., माउंट सिनाई / इकान स्कूल ऑफ मेडिसिन

न्यूरॉन्स में निगरानी सिग्नल पारगमन के लिए जी प्रोटीन रिसेप्टर एनर्जी ट्रांसफर (जीआरईटी) प्रणाली

तंत्रिका कोशिका संचार का मॉड्यूलेशन तब होता है जब रासायनिक न्यूरोट्रांसमीटर विशिष्ट प्रकार के G प्रोटीन-युग्मित न्यूरोट्रांसमीटर रिसेप्टर्स (GPCR) से बंधते हैं, जो बदले में, G प्रोटीन को सक्रिय करते हैं। तंत्रिका कोशिका संचार के दौरान जी प्रोटीन गतिविधि में गतिशील परिवर्तनों का अध्ययन करने के लिए, सेलसिंगर जी प्रोटीन के लिए एक प्रोटीन-आधारित, फ्लोरोसेंट डिटेक्टर विकसित करने का प्रस्ताव करता है जो प्रतिदीप्ति अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण (FRET) की संपत्ति पर आधारित है।

बर्नार्डो सबातिनी, एमडी, पीएचडी, हार्वर्ड मेडिकल स्कूल

एक्सट्रासोमेटिक न्यूरॉनल डिब्बों में प्रोटीन अनुवाद के विश्लेषण के लिए ऑप्टिकल उपकरण

यह पता लगाने के लिए कि न्यूरॉन्स संचार चैनल कैसे स्थापित करते हैं और मस्तिष्क कैसे स्टोर करता है और जानकारी को याद करता है, सबाटिनी उन अणुओं को विकसित कर रहा है जो न्यूरॉन्स को प्रोटीन बनाते हैं, और जीवित मस्तिष्क के भीतर गहरी प्रक्रिया को देखने के लिए एक माइक्रोस्कोप।

कारेल स्वोबोडा, पीएच.डी., कोल्ड स्प्रिंग हार्बर प्रयोगशाला

उच्च स्थानिक और अस्थायी विशिष्टता के साथ विवो में सिनाप्टिक ट्रांसमिशन का विनियमन

Svoboda आणविक उपकरण विकसित कर रहा है ताकि ब्रेन सर्किटरी को व्यवस्थित करने के लिए समझने के लिए आणविक उपकरण तैयार किए जा सकें।

लिकुं लुओ, पीएचडी, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय

चूहे में एकल न्यूरॉन लेबलिंग और जेनेटिक हेरफेर

लुओ एक आनुवंशिक विधि पर काम कर रहा है ताकि चूहों में एकल न्यूरॉन्स को हेरफेर और ट्रेस किया जा सके ताकि यह पता लगाया जा सके कि तंत्रिका नेटवर्क को विकास के दौरान कैसे इकट्ठा किया जाता है और बाद में अनुभव द्वारा संशोधित किया जाता है।

ए। डेविड रेडिश, पीएचडी ।; बाबक ज़िया, पीएच.डी.; तथा आर्थर जी। एर्डमैन, पीएच.डी.मिनेसोटा विश्वविद्यालय

जाग में तंत्रिका एनसेंबल की वायरलेस रिकॉर्डिंग, चूहों को व्यवहार करना

सहयोगी-एक न्यूरोसाइंटिस्ट, एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर और एक मैकेनिकल इंजीनियर- जागने से न्यूरोनल स्पाइक ट्रेनों को रिकॉर्ड करने, सीखने और व्यवहार की समझ बढ़ाने के लिए चूहों का व्यवहार करने की एक वायरलेस विधि विकसित कर रहे हैं।

हेलेन एम। ब्लाउ, पीएचडी, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी

मिनिमली इनवेसिव, सेंट्रल नर्वस सिस्टम को विनियमित जीन डिलीवरी

ब्लाउ की लैब केंद्रीय तंत्रिका तंत्र को चिकित्सीय जीन प्रदान करने के एक उपन्यास के माध्यम से जांच कर रही है, जो अस्थि मज्जा कोशिकाओं का उपयोग कर रोग को लक्षित करने में सक्षम जीन के साथ इंजीनियर है।

ग्राहम सीआर एलिस-डेविस, पीएचडी, MCP हैनिमैन यूनिवर्सिटी

न्यूरोट्रांसमीटर के दो-फोटॉन अनसोल्डिंग द्वारा ब्रेन स्लाइस में न्यूरोरेसेप्टर्स के कार्यात्मक इमेजिंग

एलिस-डेविस मस्तिष्क समारोह के पहलुओं की छवियों को बनाने के लिए अभिनव तरीके विकसित कर रहा है जो पहले नहीं देखे गए हैं, न्यूरोट्रांसमीटर के एक रूप को तैयार करते हैं जो कि केंद्रित प्रकाश के तीव्र फ्लैश द्वारा सक्रिय रूप से जैविक रूप से निष्क्रिय रहते हैं।

ड्वेन गॉडविन, पीएचडी, वेक फॉरेस्ट यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन

वायरल डीएनए के साथ कार्यात्मक कनेक्टिविटी के अनावरण चेन

वायरल डीएनए के साथ कोशिकाओं को इंजेक्ट करके, वायरस को रासायनिक रूप से चिह्नित किया जाता है, और इसके प्रसार से जुड़े कोशिकाओं तक पहुंच जाता है, गॉडविन मस्तिष्क में तंत्रिका कोशिकाओं को कैसे संदेश भेजता है और कैसे प्राप्त करता है, यह प्रकट करने के लिए नए तरीके तलाश रहा है।

सियोंग-जीई किम, पीएचडी, मिनेसोटा मेडिकल स्कूल के विश्वविद्यालय

इन विवो परफ़्यूज़न-आधारित स्तंभ-रिज़ॉल्यूशन fMRI का विकास

किम मस्तिष्क की गतिविधि का अधिक विस्तार से अध्ययन करने के लिए कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग की शक्ति बढ़ाने के लिए काम कर रहा है।

स्टीफन लिपपर्ड, पीएचडी, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी

सिंथेटिक रसायन विज्ञान जिंक सेंसर का विकास करने के लिए जांच करने के लिए न्यूरोकेमिकल सिग्नलिंग

Lippard उपन्यास फ्लोरोसेंट सेंसर का संश्लेषण कर रहा है जो जीवित कोशिकाओं में जस्ता आयनों और नाइट्रिक ऑक्साइड का पता लगाएगा और उनके स्थानिक पैटर्न को प्रकट करेगा।

पार्थ मित्रा, पीएचडी, और रिचर्ड एंडरसन, पीएचडी, कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी

परिकल रीच रीजन से रियल टाइम में रिकॉर्ड्स और रीड-आउट पॉपुलेशन कोड को विकसित करना

मित्रा और एंडरसन न्यूरॉन्स के ensembles की गतिविधि का विश्लेषण करने के लिए गणितीय तकनीकों का उपयोग करते हैं, अंततः तंत्रिका गतिविधि और व्यवहार के बीच संबंध को डिकोड करने की उम्मीद करते हैं।

विलियम न्यूजोम, पीएचडी, और मार्क श्नाइजर, पीएचडी, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन

फाइबर ऑप्टिक्स और ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी के साथ विवो ब्रेन डायनेमिक्स में अध्ययन किया गया

Schnitzer और Newsome (जिन्होंने एक विशेष, $ 50,000 का पुरस्कार प्राप्त किया) रिकॉर्डिंग साइटों को स्थानीयकृत करके, आणविक मार्करों के वितरण की मैपिंग और प्रकाश के सटीक उपयोग द्वारा मस्तिष्क गतिविधि की निगरानी पैटर्न द्वारा मस्तिष्क की गतिशीलता का अध्ययन कर रहे हैं।

टिमोथी रयान, पीएचडी, वेनल मेडिकल कॉलेज ऑफ कॉर्नेल यूनिवर्सिटी, और जीरो मिसेनबॉक, पीएचडी, मेमोरियल स्लोन केटरिंग कैंसर सेंटर

Synaptic गतिविधि के पीएच-आधारित ऑप्टिकल सेंसिंग का डिज़ाइन और अनुप्रयोग

वैज्ञानिक अम्लता में परिवर्तन के प्रति संवेदनशीलता के आधार पर सिनैप्टिक गतिविधि के उपन्यास फ्लोरोसेंट संकेतक विकसित कर रहे हैं।

डैनियल टर्नबुल, पीएचडी, न्यूयॉर्क यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन

विवो VMR में माउस ब्रेन में न्यूरल माइग्रेशन की इमेजिंग

टर्नबुल विकासशील माउस ब्रेन में न्यूरॉन्स के प्रवास की कल्पना करने के लिए एक नई इमेजिंग पद्धति पर काम कर रहा है, नए न्यूरॉन्स को लेबल कर रहा है और चुंबकीय अनुनाद माइक्रॉमिंग के साथ कई दिनों से बरकरार जानवरों में उनका पालन कर रहा है।

माइकल ई। ग्रीनबर्ग, पीएचडी, और रिकार्डो ई। डोलमेट्सच, पीएचडी, बोस्टन चिल्ड्रन्स हॉस्पिटल

अक्षत न्यूरॉन्स में प्रतिलेखन और अनुवाद के टेम्पोरल और स्थानिक नियंत्रण का अध्ययन करने के लिए नई प्रौद्योगिकियां

वैज्ञानिक आणविक एम्पलीफायरों और प्रतिदीप्ति पहचान का उपयोग करते हुए, जीवित तंत्रिका कोशिकाओं में जीन गतिविधि की कल्पना करने के लिए एक विधि विकसित कर रहे हैं, यह देखने के लिए कि जीन एक दूसरे को कैसे प्रभावित करते हैं।

पॉल डब्ल्यू ग्लिमचर, पीएचडी, न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय

प्रायोगिक तंत्रिका विज्ञान

ग्लिमैचर के शोध ने जाग्रत, सक्रिय आधुनिक सहयोगियों के दिमाग में रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड के सटीक स्थान को संभव बनाने के लिए नैदानिक अल्ट्रासाउंड की खोज की।

लेस्ली सी। ग्रिफ़िथ, एमडी, पीएचडी, और जेफरी सी। हॉल, पीएचडी, ब्रैंडिस यूनिवर्सिटी

वास्तविक समय सिग्नल पारगमन सेंसर

ग्रिफ़िथ और हॉल आनुवांशिक सेंसर विकसित कर रहे हैं जिन्हें जीवित फलों की मक्खियों की व्यक्तिगत तंत्रिका कोशिकाओं में पेश किया जा सकता है, यह निर्धारित करने के प्रयास में कि एक कोशिका को अपनी व्यवहारिक भूमिका निभाने के लिए भर्ती किया जाता है।

वारेन एस वॉरेन, पीएचडी, प्रिंसटन यूनिवर्सिटी

शून्य क्वांटम कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग

वॉरेन की साहसिक पहल ने एफएमआरआई को अधिक शक्तिशाली बनाने का प्रयास किया है, इसके संकल्प को 100 से अधिक बार बढ़ाया है, जिससे यह मस्तिष्क के सक्रिय क्षेत्रों को अधिक से अधिक विस्तार से और बेहतर विपरीत के साथ प्रकट करने की अनुमति देता है।