16 luglio 2018
La Fondazione McKnight ha annunciato i tre destinatari del finanziamento di $600.000 attraverso i McKnight Technological Innovation in Neuroscience Awards 2018, riconoscendo questi progetti per il loro potenziale di espandere le tecnologie disponibili nel campo delle neuroscienze. Ciascuno dei progetti riconosciuti riceverà un totale di $200.000 nei prossimi due anni, promuovendo lo sviluppo di tecnologie innovative utilizzate per mappare, monitorare e modellare la funzione cerebrale. I premiati del 2018 sono:
- Michale S. Fee, Ph.D., del Massachusetts Institute of Technology, per il lavoro su un microscopio appositamente miniaturizzato per osservare l'attività neurale negli uccelli canori, oltre a una nuova tecnologia di elaborazione dati a supporto, offrendo visioni senza precedenti di un cervello mentre apprende.
- Marco Gallio, Ph.D., della Northwestern University, il cui progetto prevede la creazione di nuovi metodi per ricablare le connessioni sinaptiche nel cervello vivente dei moscerini della frutta e la loro convalida esplorando i collegamenti tra il comportamento appreso e quello innato.
- Sam Sober, Ph.D., della Emory University, e Muhannad Bakir, Ph.D., del Georgia Institute of Technology, stanno sviluppando una nuova classe di array di elettrodi flessibili con elaborazione dati integrata in grado di registrare un gran numero di picchi nelle fibre muscolari di uccelli e mammiferi che si comportano liberamente, per ottenere nuove informazioni su come i segnali cerebrali controllano il comportamento.
(Scopri di più su ciascuno di questi progetti di ricerca di seguito.)
Informazioni sui McKnight Technology Awards
Dalla fondazione del Technology Award nel 1999, il McKnight Endowment Fund for Neuroscience ha contribuito con oltre $13 milioni a tecnologie innovative per le neuroscienze. Il Fondo di dotazione è particolarmente interessato al lavoro che adotta approcci nuovi e innovativi per migliorare la capacità di manipolare e analizzare le funzioni cerebrali. Le tecnologie sviluppate con il supporto di McKnight dovranno infine essere messe a disposizione di altri scienziati.
"Ancora una volta, è stata un'emozione vedere l'ingegnosità all'opera nello sviluppo di nuove neurotecnologie", ha affermato Markus Meister, Ph.D., presidente del comitato dei premi e Anne P. e Benjamin F. Biaggini Professori di Scienze Biologiche al Caltech . “I premi di quest'anno sponsorizzano una serie di progetti stimolanti: dai microscopi portatili miniaturizzati agli elettrodi flessibili in grado di tracciare i segnali muscolari in un animale in movimento, a una cassetta degli attrezzi molecolare che consentirà letteralmente un ricablaggio del cervello. L’innovazione nella scienza del cervello è viva e vegeta”.
Il comitato di selezione di quest'anno comprendeva anche Adrienne Fairhall, Timothy Holy, Loren Looger, Liqun Luo, Mala Murthy e Alice Ting, che hanno scelto i McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards 2018 da un pool altamente competitivo di 97 candidati.
Le lettere di intenti per il premio Innovazioni tecnologiche in neuroscienze 2019 dovranno essere consegnate lunedì 3 dicembre 2018. Per ulteriori informazioni sui premi, visitare www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience/technology-awards
LE INNOVAZIONI TECNOLOGICHE DI MCKNIGHT 2018 NEI NEUROSCIENCE AWARDS
Michale S. Fee, Ph.D., Glen V. e Phyllis F. Dorflinger Professori di Neuroscienze computazionali e di sistema, Dipartimento di Scienze cerebrali e cognitive, Massachusetts Institute of Technology; e ricercatore presso il McGovern Institute for Brain Research
“Nuove tecnologie per l’imaging e l’analisi delle traiettorie dello spazio-stato neurale in piccoli animali che si comportano liberamente”
Lo studio dell’attività neurale nel cervello degli animali è una sfida di lunga data per i ricercatori. Gli approcci attuali sono imperfetti: le dimensioni attuali dei microscopi richiedono che gli animali siano limitati nella loro attività e questi microscopi offrono un campo visivo limitato dei neuroni. Facendo passi avanti nella miniaturizzazione del microscopio, il dottor Fee e il suo laboratorio stanno sviluppando gli strumenti necessari per vedere cosa succede nel cervello di un animale mentre l'animale è libero di eseguire comportamenti naturali.
Il microscopio montato sulla testa consente al dottor Fee di osservare i cambiamenti nel cervello dei giovani uccelli mentre imparano a cantare le loro canzoni. Mentre ascoltano, ripetono e imparano, il dottor Fee documenta i circuiti neurali che si sviluppano come parte di questo complesso processo di apprendimento. Questi circuiti sono legati ai circuiti umani che si formano durante l'apprendimento complesso di sequenze motorie, come imparare ad andare in bicicletta, e vengono interrotti in determinate condizioni, inclusa la malattia di Parkinson. Dato il suo obiettivo di documentare un processo di apprendimento naturale, è di vitale importanza poter registrare l'attività neurale durante i comportamenti naturali.
Oltre alla miniaturizzazione, il nuovo microscopio avrà la capacità di registrare un ordine di grandezza in più di neuroni rispetto ad altre tecniche utilizzate su animali che si comportano liberamente e sarà abbinato a una nuova analisi dei dati che consentirà ai ricercatori di effettuare osservazioni in tempo reale e adattare le loro osservazioni. esperimenti, accelerando il processo di ricerca. Avrà applicazioni immediate e ampie per i ricercatori che esplorano tutti i tipi di comportamenti cerebrali nei piccoli animali.
Marco Gallio, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neurobiologia, Northwestern University
“Riricablare le connessioni nel cervello vivente”
Questa ricerca mira ad espandere la nostra comprensione di come funziona il cervello consentendo agli scienziati di eliminare selettivamente le connessioni sinaptiche e di incoraggiare nuove connessioni tra i neuroni. Questo ricablaggio del cervello consentirà ai ricercatori di comprendere più precisamente quali connessioni svolgono un ruolo in specifici sottoinsiemi di effetti neurologici.
Ogni neurone all'interno di un circuito cerebrale si connette a più bersagli. Ciascun target può avere una funzione unica e quindi elaborare le stesse informazioni in arrivo in modo completamente diverso. Ad esempio, alcuni neuroni specifici nel cervello del moscerino della frutta trasportano informazioni sull'ambiente esterno che vengono utilizzate per allontanarsi rapidamente da minacce imminenti (un comportamento innato), ma anche per produrre associazioni durature attraverso l'apprendimento.
La tecnologia proposta consentirà ai ricercatori di individuare le connessioni critiche per ciascun processo rimuovendo selettivamente le sinapsi ai centri di apprendimento lasciando intatte tutte le altre connessioni. Il progetto mira a utilizzare l'ingegneria genetica per produrre proteine progettate che mediano la repulsione o l'attrazione/adesione tra partner sinaptici geneticamente definiti nel cervello intatto degli animali viventi. Oltre a dimostrare che questo tipo di ricablaggio del cervello è possibile, la ricerca porterà alla creazione di nuovi ceppi di moscerini della frutta con una genetica unica che potrà essere immediatamente condivisa con altri ricercatori. In base alla progettazione, questi strumenti possono essere facilmente modificati per l’uso in qualsiasi modello animale o applicati a diverse parti del cervello, consentendo una classe completamente nuova di studi neurologici con profonde implicazioni per la nostra comprensione di come funziona il cervello umano.
Sam Sober, Ph.D., Professore Associato, Dipartimento di Biologia, Emory University; e Muhannad Bakir, Ph.D., professore, Scuola di ingegneria elettrica e informatica e direttore associato, Interconnect and Packaging Center, Georgia Institute of Technology
"Serie di elettrodi flessibili per registrazioni su larga scala di picchi di fibre muscolari in topi e uccelli canori che si comportano liberamente"
La nostra comprensione di come il cervello coordina l’attività muscolare durante un comportamento specializzato è stata limitata dalla tecnologia utilizzata per registrare tale attività – in genere, fili inseriti nei muscoli che possono solo rilevare l’attività sommata di molti segnali individuali che il sistema nervoso utilizza per controllare i muscoli. Dott. Sober e Bakir stanno sviluppando quello che è in sostanza un array di sensori “ad alta definizione” (una raccolta di molti piccoli sensori) che risolve molti di questi problemi consentendo ai ricercatori di rilevare e registrare segnali elettrici molto precisi provenienti dalle singole fibre muscolari.
Il sensore proposto dispone di numerosi rilevatori che registrano da un muscolo senza danneggiarlo. (Gli approcci precedenti si basavano su fili che potevano danneggiare i muscoli quando inseriti, in particolare i piccoli muscoli utilizzati nelle capacità motorie fini.) Le matrici sono fabbricate con materiali flessibili che si adattano alla forma di un muscolo e cambiano forma mentre l'animale si muove. Inoltre, poiché gli array raccolgono una quantità esponenzialmente maggiore di dati rispetto ai dispositivi precedenti, dispongono di circuiti integrati per raccogliere e impacchettare i dati prima di trasmettere i segnali al computer del ricercatore.
Una versione prototipo dell'array ha già rivelato nuove intuizioni: in precedenza si credeva che il sistema nervoso controllasse l'attività muscolare regolando solo il numero totale di picchi elettrici inviati a un muscolo. Ma un rilevamento preciso ha rivelato che le variazioni a livello di millisecondo nei modelli temporali multi-spike cambiano il modo in cui i muscoli controllano il comportamento. I nuovi array saranno progettati per l’uso nei topi e negli uccelli canori e ci aiuteranno a comprendere il controllo neurale di molti diversi comportamenti qualificati e potenzialmente forniranno nuove informazioni sui disturbi neurologici che influenzano il controllo motorio.
