Vincitori

Annegret Falkner, Ph.D., Professore assistente, Princeton Neuroscience Institute, Princeton University, Princeton, NJ

Neuroendocrinologia computazionale: collegamento della trascrizione mediata dagli ormoni al comportamento complesso attraverso la dinamica neurale

Gli ormoni gonadici – estrogeni e testosterone sono tra i più conosciuti – sono importanti per i mammiferi in molti modi. Modulano gli stati interni, il comportamento e la fisiologia. Ma mentre molto è stato studiato su come questi ormoni influenzano il corpo, meno ben compreso è il modo in cui modificano le dinamiche neurali.

Nella sua ricerca, la dottoressa Annegret Falkner e il suo laboratorio studieranno il modo in cui gli ormoni modificano le reti neurali e quindi influenzano il comportamento in periodi di tempo brevi e lunghi. Utilizzando nuovi metodi per la quantificazione comportamentale, osserverà e registrerà comportamenti di tutti i tipi negli animali che si comportano liberamente durante un cambiamento dello stato ormonale; mappare le dinamiche neurali delle reti sensibili agli ormoni attraverso un cambiamento dello stato ormonale; e utilizzare l’imaging ottico degli ormoni sito-specifico per osservare dove e quando avviene la trascrizione mediata dai recettori degli estrogeni all’interno di questa rete – una finestra su come gli ormoni sono in grado di aggiornare la comunicazione di rete e che aiuterà i ricercatori a comprendere i modi profondi in cui gli ormoni influenzano il cervello e comportamento.

Andrea Gomez, Ph.D., Professore assistente, Neurobiologia, Università della California, Berkeley, CA

Le basi molecolari della plasticità indotta dagli psichedelici

Il cervello possiede la capacità di cambiare se stesso, una caratteristica descritta come “plasticità”. Il dottor Andrea Gomez mira a saperne di più sulla plasticità cerebrale utilizzando le sostanze psichedeliche come strumento, riaprendo le finestre di plasticità nel cervello adulto utilizzando la psilocibina psichedelica in un modello murino. Questo non solo potrebbe aiutarci a saperne di più su come funziona il cervello, ma potrebbe anche aiutare nello sviluppo di terapie di prossima generazione.

Le sostanze psichedeliche hanno effetti strutturali di lunga durata sui neuroni, come una maggiore crescita dei processi neuronali e la formazione di sinapsi. Una singola dose può avere effetti che durano mesi. Nella sua ricerca, la dottoressa Gomez e il suo team utilizzeranno le sostanze psichedeliche per identificare le classi di RNA che promuovono la plasticità neurale nella corteccia prefrontale. Il laboratorio di Gomez valuterà come le sostanze psichedeliche cambiano il modo in cui l'RNA viene unito, stabilirà il collegamento tra i cambiamenti dell'RNA indotti dalla psilocibina e la plasticità nei topi misurati dall'attività sinaptica e osserverà l'effetto della plasticità indotta dalle sostanze psichedeliche sull'interazione sociale.

Sinisa Hrvatin, Ph.D., Professore assistente di biologia, Whitehead Institute for Biomedical Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA

Anatomia molecolare dei circuiti di ibernazione

La maggior parte delle persone comprende il concetto di ibernazione, ma relativamente pochi pensano a quanto sia straordinario. I mammiferi che si sono evoluti specificatamente per mantenere una temperatura corporea costante “spengono” bruscamente quella funzione, cambiano il loro metabolismo e cambiano il loro comportamento per mesi alla volta. Mentre i fatti dell'ibernazione sono ben compresi, non è ben compreso il modo in cui gli animali avviano e mantengono quello stato, così come non è ben compreso come sia nata questa capacità.

La dottoressa Sinisa Hrvatin propone di approfondire le popolazioni e i circuiti neuronali coinvolti nell'ibernazione utilizzando un modello meno comune, il criceto siriano. I criceti siriani possono essere indotti all'ibernazione ambientale, il che li rende ideali per un esperimento di laboratorio, ma non sono disponibili linee transgeniche (come nei topi), il che lo ha portato ad applicare nuovi strumenti virali basati sul rilevamento dell'RNA per colpire popolazioni cellulari specifiche correlate a ibernazione. Documenterà i neuroni attivi durante l'ibernazione per identificare i circuiti rilevanti ed esaminare se circuiti simili sono conservati in altri modelli ibernati e non ibernati.

Xin Jin, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze, The Scripps Research Institution, La Jolla, CA

Neurogenomica in vivo su larga scala

Quando studiano la funzione genetica nei neuroni, i ricercatori spesso devono scegliere tra scala e risoluzione. Ma per il dottor Xin Jin, il potere del genoma si realizza pienamente quando gli strumenti consentono ai ricercatori di studiare un gran numero di geni nel cervello e vedere dove sono presenti e dove si intersecano in specifiche regioni del cervello.

Il laboratorio del dottor Jin ha sviluppato nuovi metodi massicciamente paralleli in vivo approcci di sequenziamento per ampliare l’indagine su un gran numero di varianti genetiche e mappare la loro presenza in cervelli interi e intatti. La capacità di profilare oltre 30.000 cellule contemporaneamente consente al team di studiare centinaia di geni in centinaia di tipi di cellule e di ottenere una lettura nel giro di due giorni anziché settimane. Condurranno indagini sull'intero organo, dimostrando la capacità non solo di identificare quali cellule includono varianti specifiche, ma anche di identificare il loro contesto all'interno del cervello: dove si trovano e come sono collegate.

Ann Kennedy, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze, Northwestern University, Chicago, IL

Dinamiche della popolazione neurale che mediano l'equilibrio delle esigenze di sopravvivenza concorrenti

Per sopravvivere, gli animali hanno sviluppato un’ampia gamma di comportamenti innati come l’alimentazione, l’accoppiamento, l’aggressività e le risposte alla paura. I ricercatori sono stati in grado di registrare l’attività neurale nei modelli murini mentre erano impegnati in questo tipo di comportamenti. Ma nel mondo reale, gli animali spesso devono valutare e decidere tra molteplici linee d’azione urgenti.

La dottoressa Ann Kennedy è impegnata nello sviluppo di modelli computazionali teorici che aiuteranno a migliorare la nostra comprensione di come vengono prese decisioni importanti come queste. Osservando l'attività neurale nell'ipotalamo dei topi impegnati in comportamenti di tipo aggressivo, la Dott.ssa Kennedy e il suo team svilupperanno modelli di reti neurali che catturano la scalabilità e la persistenza di

stati motivazionali aggressivi, fornendo allo stesso tempo un meccanismo per il bilanciamento tra più stati motivazionali concorrenti nel comportamento dell'animale. Da questo lavoro, il laboratorio del dottor Kennedy migliorerà la nostra comprensione di come la struttura incorporata nel cervello aiuta gli animali a sopravvivere.

Sung Soo Kim, Ph.D., Professore assistente di Biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo, Università della California-Santa Barbara, Santa Barbara, CA

Rappresentazione neurale del mondo durante la navigazione

Chiunque abbia mai dovuto navigare in una stanza conosciuta ma buia capisce quanto sia prezioso che il nostro cervello possa navigare nell’ambiente circostante utilizzando una varietà di informazioni, dentro e fuori, inclusi colori, forme e senso di movimento. Lavorando con un modello di moscerino della frutta e un nuovo e innovativo apparato sperimentale, il dottor Sung Soo Kim e il suo team indagheranno cosa accade nel cervello durante la navigazione.

La Dott.ssa Kim studierà come molteplici input sensoriali vengono trasformati in un senso di direzione e come i contesti comportamentali influenzano l'elaborazione della direzione. Una chiave di questa ricerca è una nuova arena di realtà virtuale che il team del dottor Kim sta costruendo con un microscopio molto grande sopra la testa che consente di riprendere l'intero cervello della mosca anche mentre gira. Attivando e silenziando alcune popolazioni neuronali, il dottor Kim sarà in grado di condurre una ricerca che esamina il ruolo combinato di percezione, cognizione e controllo motorio.

Bianca Jones Marlin, Ph.D., Professore assistente di Psicologia e Neuroscienze, Columbia University e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, New York, NY

Meccanismi molecolari della memoria intergenerazionale

Il ricordo di un’esperienza stressante può essere ereditato dalla generazione successiva? Ricerche recenti sembrano suggerire che sia possibile, e la dottoressa Bianca Jones Marlin e il suo team sono pronti a studiare come le esperienze che inducono paura o stress in un modello murino possano causare cambiamenti agli stessi neuroni presenti nel suo cervello, e come tali cambiamenti possano essere ereditato geneticamente dai figli dell'animale che ha subito lo stress.

La ricerca del dottor Marlin si basa sulla scoperta che i cambiamenti nell'ambiente portano alla plasticità dipendente dall'esperienza nel cervello. Utilizzando il condizionamento della paura olfattiva, il team ha scoperto che i topi producono più neuroni olfattivi in sintonia con l'odore utilizzato. Quel rapporto più elevato persiste, è codificato nello sperma e viene trasmesso alla generazione successiva (ma non alle generazioni successive). Il laboratorio della Dott.ssa Marlin effettuerà ricerche sul processo a livello molecolare che spera non solo aiuti i ricercatori, ma aumenti anche la consapevolezza gli effetti del trauma.

Nancy Padilla-Coreano, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze, College of Medicine dell'Università della Florida, Gainesville, FL

Meccanismi neurali di spostamento tra competizione sociale e cooperazione

Gli animali sociali hanno interazioni molto complesse, spesso passano dalla cooperazione alla competizione in un arco di tempo molto breve. La Dott.ssa Nancy Padilla-Coreano mira a comprendere le reti neurali coinvolte utilizzando test comportamentali, elettrofisiologia multisito e analisi di apprendimento automatico. I risultati possono aiutare i ricercatori a comprendere meglio ciò che è alla base della competenza sociale, che è ostacolata in una serie di disturbi neuropsichiatrici.

Il team della Dott.ssa Padilla-Coreano sta facendo uso di tecnologie innovative, come l'assistenza dell'intelligenza artificiale nell'identificazione e monitoraggio del comportamento degli animali, e metodologie di ricerca per identificare i circuiti attivi durante la cooperazione e la competizione. Ipotizzando che si tratti di circuiti sovrapposti, il team manipolerà ciascun circuito negli stessi animali e osserverà come cambia il comportamento quando vengono introdotti in determinate situazioni. Un secondo obiettivo sarà quello di indagare cosa c'è a monte di tali circuiti; e un terzo studierà il ruolo della dopamina nel processo. Nel complesso, la ricerca aiuterà a rivelare come il cervello aiuta gli animali sociali a ottimizzare e cambiare.

Mubarak Hussain Syed, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Biologia, Università del New Mexico, Albuquerque, NM

Meccanismi molecolari che regolano la diversità neurale: dalle cellule staminali ai circuiti

Il dottor Mubarak Hussain Syed indagherà cosa determina il modo in cui i diversi tipi di neuroni nascono dalle cellule staminali neurali (NSC) e come i fattori dello sviluppo specificano i comportamenti degli adulti. Il suo laboratorio si concentrerà sul modo in cui le NSC di tipo II producono tipi di neuroni del complesso centrale. Precedenti ricerche hanno dimostrato che il momento della nascita di una cellula che discende da una NSC di tipo II è correlato al suo eventuale tipo cellulare. Si ritiene che proteine specifiche espresse temporalmente in quei momenti regolino il destino dei tipi di neuroni.

Attraverso esperimenti di perdita di funzione e guadagno di funzione mirati a tali proteine e percorsi, il team del dottor Syed apprenderà il meccanismo attraverso il quale cambiano il destino dei neuroni e quale effetto ha sui comportamenti. Ulteriori esperimenti esamineranno come si formano i circuiti delle regioni cerebrali di ordine superiore. Il dottor Syed lavorerà attraverso il suo programma chiamato Pueblo Brain Science per formare e guidare la prossima generazione di diversi neuroscienziati mentre conduce la sua ricerca.

Longzhi Tan, Ph.D., Professore assistente di Neurobiologia, Università di Stanford, Stanford, CA

In che modo l'architettura del genoma 3D modella lo sviluppo e l'invecchiamento del cervello?

Il dottor Longzhi Tan e il suo team stanno utilizzando un rivoluzionario “microscopio biochimico” in grado di mostrare la forma 3D delle molecole di DNA all’interno di una cellula con una risoluzione ineguagliata dai telescopi ottici, e nel processo stanno scoprendo che la piegatura unica può dire ai ricercatori un grande trattare di una cella.

Il microscopio biochimico al centro della ricerca utilizza la legatura di prossimità invece dell’ottica. Parte del progetto riguarderà la costruzione della prossima generazione di questo strumento in modo che il team del dottor Tan possa localizzare in 3D ogni molecola di RNA in una cellula cerebrale e dove si trova in relazione al DNA ripiegato. Ciò contribuirà a un regolamento sul ripiegamento del DNA. Poiché anche il ripiegamento si degrada con l’età, comprendere come ciò influenzi l’invecchiamento potrebbe fornire spunti su come invertire o rallentare alcuni impatti dell’invecchiamento. Un obiettivo finale esaminerà il modo in cui le mutazioni e le differenze di ripiegamento influenzano le differenze tra gli individui.

Ishmail Abdus-Saboor, Ph.D., Professore assistente, Scienze biologiche e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, New York, NY

Asse pelle-cervello per premiare i comportamenti tattili

Il contatto sociale è uno stimolo chiave fondamentale per le esperienze umane che vanno dal prendersi cura degli altri e costruire legami sociali alla ricettività sessuale. Lavorando con un modello murino e optogenetica, la ricerca precedente di Abdus-Saboor ha dimostrato che esistono connessioni dirette tra le cellule neurali della pelle e il cervello e che le cellule dedicate sono specificatamente sintonizzate su determinati segnali tattili. Queste cellule sono necessarie e sufficienti per suscitare risposte fisiche specifiche.

Nella sua nuova ricerca, Abdus-Saboor e il suo team mirano a definire come i neuroni della pelle innescano segnali positivi unici nel cervello e come il cervello riceve ed elabora tali segnali come gratificanti, oltre a identificare i neuroni tattili necessari in diverse situazioni. scenari tattili (allevare i cuccioli vs. governare o giocare). Un terzo obiettivo cercherà di identificare quale sensore su queste cellule identifica il tatto. La ricerca rivelerà di più sulla connessione pelle-cervello, con potenziali applicazioni per i ricercatori che studiano i disturbi sociali.

Yasmine El-Shamayleh, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, New York City, NY

Circuiti corticali per percepire la forma visiva

Nei primati, circa 30% della corteccia cerebrale sono dedicati all'elaborazione delle informazioni visive. Utilizzando nuove tecniche, il dottor El-Shamayleh sta lavorando per sviluppare una comprensione meccanicistica dettagliata di come il cervello rileva e riconosce gli oggetti che vediamo. Concentrandosi sull'area corticale V4, la ricerca di El-Shamayleh sta rivelando come vari tipi di neuroni in questa regione del cervello supportino la nostra capacità di percepire la forma degli oggetti visivi.

L'area corticale V4 è altamente in sintonia con la forma degli oggetti nel mondo. Basandosi su queste intuizioni chiave e utilizzando nuove applicazioni di optogenetica basata su vettori virali, El-Shamayleh sta registrando e manipolando l’attività di gruppi specifici di neuroni V4 con una precisione senza precedenti. Questa ricerca sta identificando come i vari tipi di neuroni nell'area corticale V4 interagiscono per elaborare la forma di un oggetto e svelerà dettagli su come il cervello dei primati elabora le informazioni visive. Le innovazioni tecniche stabilite in questa ricerca faciliteranno anche futuri studi meccanicistici sulla funzione e sui comportamenti del cervello dei primati.

Vikram Gadagkar, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, New York City, NY

Meccanismi neurali del corteggiamento e della monogamia

Sebbene siano state condotte ricerche significative su come gli animali apprendono ed eseguono comportamenti, è stata prestata meno attenzione a come un animale valuta le prestazioni di un altro durante le interazioni sociali. Negli uccelli canori, la maggior parte delle ricerche ha esaminato ciò che accade nel cervello dei maschi che eseguono una canzone per attirare una compagna, ma non ciò che accade nel cervello della femmina mentre ascolta il canto maschile.

Il lavoro del dottor Gadagkar esaminerà una parte del cervello chiamata HVC, un nucleo sensomotorio noto per essere attivo nei maschi per tenere il tempo mentre imparano ed eseguono la loro canzone. Per la prima volta, lui e il suo laboratorio stanno registrando ciò che accade nella HVC femminile mentre ascolta e valuta la canzone maschile. In secondo luogo, il dottor Gadagkar esaminerà come le donne effettuano la loro valutazione e cosa fanno i neuroni quando vengono rilevati errori. Infine, la ricerca esaminerà il sistema della dopamina per vedere come il cervello mostra una preferenza per la prestazione più attraente.

Hidehiko Inagaki, Ph.D., Istituto Max Planck Florida per le Neuroscienze, Jupiter, Florida

Meccanismi sinaptici e dinamiche di rete alla base dell'apprendimento motorio

L’apprendimento di una nuova abilità richiede che il cervello apporti modifiche ai suoi circuiti, un processo noto come plasticità. Sebbene siano state condotte ricerche significative per identificare il modo in cui le reti cerebrali eseguono l’abilità, si comprende meno sui meccanismi di apprendimento di nuove abilità. Il dottor Inagaki e il suo team stanno lavorando per concentrarsi sulle cellule e sui processi coinvolti durante il processo di apprendimento.

Utilizzando l'imaging a 2 fotoni in vivo e l'elettrofisiologia su larga scala in un modello murino, il dottor Inagaki e il suo team possono ora osservare a livello cellulare quali cambiamenti stanno avvenendo man mano che viene appresa una nuova abilità - in questo caso, apprendere una nuova tempistica per l'azione. Usando la manipolazione genetica per consentire ai ricercatori di attivare o inibire le proteine associate alla plasticità, mirano a scoprire non solo quali cambiamenti avvengono nel cervello, ma come tali cambiamenti vengono avviati e consolidati. Comprendere di più su come funziona l’apprendimento potrebbe avere implicazioni per la ricerca sui disturbi dell’apprendimento.

Peri Kurshan, Ph.D., Professore assistente, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, NY

Svelare i meccanismi dello sviluppo delle sinapsi, dalle molecole al comportamento

Le sinapsi, i luoghi in cui i segnali vengono inviati e ricevuti tra i neuroni, sono la chiave del funzionamento dei circuiti neurali che sono alla base del comportamento. Comprendere come si sviluppano le sinapsi a livello molecolare e come lo sviluppo sinaptico influenza il comportamento è lo scopo della ricerca del Dr. Kurshan. Il modello dominante sostiene che una classe di proteine chiamate molecole di adesione cellulare sinaptica (sCAM) avvia il processo, con una famiglia di sCAM chiamate neurexine particolarmente indicata. Ma la ricerca in vivo mostra che l’eliminazione delle neurexine non elimina le sinapsi.

Il lavoro del dottor Kurshan indica che le proteine dell'impalcatura citosolica presinaptica possono auto-associarsi con la membrana cellulare e quindi successivamente reclutare neurexine per stabilizzare le sinapsi. Nella sua nuova ricerca, utilizzando imaging, proteomica, modellazione computazionale e manipolazione transgenica, lei e il suo laboratorio mirano a identificare quali proteine e componenti della membrana cellulare sono coinvolti e come interagiscono. La ricerca ha implicazioni per una serie di disturbi neurologici legati a difetti sinaptici.

Scott Linderman, Ph.D., Professore assistente, Statistica e Wu Tsai Neurosciences Institute, Stanford University, Stanford, CA

Metodi di apprendimento automatico per scoprire la struttura nei dati neurali e comportamentali

Il contributo del Dr. Linderman alle neuroscienze risiede nello sviluppo di metodi di apprendimento automatico in grado di gestire ed estrarre informazioni dalle quantità sconcertanti di dati che questo tipo di ricerca produce, come registrazioni ad alta risoluzione di un gran numero di neuroni nel cervello e l'osservazione simultanea di comportamenti di individui liberamente comportare gli animali per lunghi periodi di tempo. Linderman e il suo team collaborano con laboratori di ricerca per sviluppare metodi probabilistici di apprendimento automatico per trovare modelli in tutti quei dati.

Il laboratorio di Linderman si concentra specificamente sulla neuroetologia computazionale e sulla modellazione probabilistica – essenzialmente, cercando di capire come costruire e adattare modelli statistici al tipo di dati che i ricercatori producono oggi. I suoi progetti in corso e futuri dimostrano l’ampiezza dei modi in cui l’apprendimento automatico può essere applicato alla ricerca neurale. Linderman si avvicina al lavoro come partner integrato con collaboratori sperimentali e, sviluppando metodi per risolvere i problemi della neurobiologia, sta anche contribuendo a far avanzare i campi della statistica e dell'apprendimento automatico.

Swetha Murthy, Ph.D., Professore assistente, Vollum Institute, Oregon Health and Science University, Portland, OR

Meccanosensazione per guidare la morfologia cellulare

La meccanosensazione – o la rilevazione della forza fisica da parte di una cellula o di un neurone – è una funzione sorprendentemente sottile e multiuso mediata da alcuni canali ionici (tra le altre proteine) sulla membrana cellulare. Un esempio ovvio è il senso del tatto. Il laboratorio del dottor Murthy sta scavando in un caso di meccanosensazione su scala molto più piccola con profonde implicazioni per la salute neurale: il processo di mielinizzazione, in cui cellule specializzate chiamate oligodendrociti (OL) formano una guaina attorno a un nervo per migliorare la conduzione.

Si ipotizza che segnali meccanici (tra gli altri fattori) possano governare la morfologia e la mielinizzazione del OL, ma i meccanismi sottostanti sono rimasti sconosciuti. Il laboratorio di Murthy sta studiando il canale ionico meccano-attivato TMEM63A, che è espresso in OL, per rivelare come questi canali potrebbero mediare la mielinizzazione e, a loro volta, far luce su come i segnali meccanici guidano il processo. Capire come può funzionare la mielinizzazione – e come può fallire – sarà utile ai ricercatori che studiano una serie di condizioni legate alla mielinizzazione.

Karthik Shekhar, Ph.D., Ingegneria chimica e biomolecolare/ Helen Wills Neuroscience Institute, Università della California, Berkeley, Berkeley, CA

Evoluzione della diversità neurale e dei modelli nel sistema visivo

Il laboratorio del dottor Shekhar cerca di capire come i diversi tipi neurali e la loro organizzazione si siano evoluti per soddisfare i bisogni di diversi animali. La sua ricerca si concentra sul sistema visivo del cervello, in particolare sulla retina e sulla corteccia visiva primaria, che sono straordinariamente ben conservate in specie separate da centinaia di milioni di anni di evoluzione.

La ricerca di Shekhar esaminerà la conservazione evolutiva e la divergenza dei tipi neuronali nella retina di diverse specie di vertebrati, dai pesci agli uccelli ai mammiferi, e utilizzerà approcci computazionali per ricostruire l'evoluzione della diversità neurale, incluso se l'evoluzione ha portato alla nascita di nuovi tipi o modifica delle tipologie esistenti. Uno sforzo simultaneo indagherà la corteccia visiva e traccerà le origini delle prime epoche dello sviluppo conosciute come “periodi critici”, in cui le reti neurali nel cervello mostrano una squisita plasticità all’esperienza sensoriale. Un principio guida alla base dell'approccio di Shekhar è che le collaborazioni interdisciplinari possono portare nuovi approcci per affrontare le grandi questioni delle neuroscienze.

Tanya Sippy, Ph.D., Professore assistente, Grossman School of Medicine della New York University, New York City, NY

Modulazione delle cellule striatali e delle sinapsi mediante segnali di movimento della dopamina

La dopamina è forse il neuromodulatore più conosciuto, in gran parte per il ruolo che svolge nella segnalazione della ricompensa. Tuttavia, anche la dopamina svolge un ruolo chiave nel movimento, come dimostra chiaramente l'incapacità dei pazienti affetti dal morbo di Parkinson, un disturbo della dopamina, di iniziare i movimenti. Il Dr. Sippy mira a contribuire a saperne di più su come la dopamina è coinvolta nel movimento, attraverso misurazioni in vivo molto precise delle fluttuazioni della dopamina contemporaneamente al potenziale di membrana nei neuroni bersaglio.

Le registrazioni del potenziale di membrana consentono ai membri del laboratorio del Dr. Sippy di misurare due proprietà dei neuroni che sono noti per essere influenzati dalla neuromodulazione: 1) la forza degli input sinaptici e 2) l'eccitabilità dei neuroni che determina il modo in cui rispondono a questi input. Ma misurare sia le fluttuazioni della dopamina che il potenziale di membrana in una cellula è molto difficile. Il lavoro di Sippy si basa sulla scoperta che l'attività della dopamina si riflette nei due emisferi del cervello, e quindi la misurazione di essa e del potenziale di membrana può essere effettuata su lati opposti e avere comunque risultati fortemente correlati. Con queste registrazioni effettuate, Sippy manipolerà optogeneticamente il sistema della dopamina e vedrà come l'attivazione o la soppressione della dopamina influisce sulle proprietà dei neuroni bersaglio e come ciò influisce sulle azioni dell'animale.

Moriel Zelikowsky, Ph.D., Professore assistente, Università dello Utah, Salt Lake City, UT

Controllo corticale neuropeptidergico dell'isolamento sociale

L’isolamento sociale prolungato può avere un impatto negativo sulla vita dei mammiferi, compreso un forte aumento dell’aggressività. Mentre molti studi hanno esaminato il controllo sottocorticale delle forme naturali di aggressione, pochi hanno esaminato le forme patologiche di aggressione o il loro controllo dall’alto verso il basso. Il dottor Zelikowsky mira a comprendere meglio il meccanismo e i circuiti corticali coinvolti nell'aumento dell'aggressività come risultato dell'isolamento sociale cronico.

La ricerca iniziale utilizzando un modello murino ha identificato un ruolo per il neuropeptide Tachichinina 2 (Tac2) come neuromodulatore sottocorticale della paura e dell'aggressività indotte dall'isolamento. Fondamentalmente, è stato scoperto che Tac2 è sovraregolato nella corteccia prefrontale mediale (mPFC) dopo l’isolamento sociale. La ricerca di Zelikowsky utilizza perturbazioni specifiche del tipo cellulare nei topi che hanno sperimentato l'isolamento sociale. L’apprendimento automatico viene utilizzato per identificare gruppi di comportamenti, che vengono mappati sull’attività cerebrale immaginata. Comprendendo come l’isolamento può cambiare il cervello dei mammiferi, i futuri ricercatori potrebbero essere in grado di comprendere meglio gli effetti della deprivazione sociale estesa negli esseri umani.

Cristina Costantinopoli, Ph.D., Professore assistente, Centro di scienze neurali della New York University, New York City, NY

Meccanismi di inferenza dei circuiti neurali

Il dottor Constantinople sta lavorando con un modello di ratto per scoprire quali parti del cervello sono coinvolte nell'inferire cose sul mondo e come i neuroni arrivano a rappresentare le cose nel mondo, e le differenze neurologiche tra prendere una decisione cognitiva in un ambiente incerto o cadere tornare all'azione abituale. L’esperimento prevede l’attesa di una ricompensa nota in acqua, o la “rinuncia” nella speranza che la ricompensa successiva offerta sia più utile.

Monitorando l'attività cerebrale in più regioni e in proiezioni specifiche durante periodi sia prevedibili che imprevedibili e le transizioni tra di essi, e inattivando specifiche regioni cerebrali e percorsi neurali in diversi studi, il dottor Constantine propone di identificare i meccanismi coinvolti nell'inferenza. Propone che siano coinvolti processi diversi quando si sceglie un'azione basata su un modello mentale rispetto a decisioni prive di modello; che diversi nuclei talamici codificano separatamente le ricompense e la storia del ratto; e che la corteccia orbitofrontale (OFC) integra questi due input sovrapposti ma distinti per dedurre stati sconosciuti.

Bradley Dickerson, Ph.D., Professore assistente, Princeton Neuroscience Institute, Princeton University, Princeton, NJ

Feedback proporzionale-integrale in un "giroscopio" biologico

Il sistema nervoso raccoglie e agisce sulle informazioni in arrivo in pochi millisecondi, a volte con riflessi innati, a volte con intenzione. Il dottor Dickerson propone di risolvere il livello di controllo che i moscerini della frutta hanno su alcuni gruppi muscolari delle ali attraverso un esperimento che studia gli organi meccanosensoriali specializzati unici delle mosche noti come halteres, che agiscono come una sorta di giroscopio automatico.

Il dottor Dickerson propone che la cavezza abbia meccanismi di controllo separati che possono essere reclutati durante le perturbazioni per offrire alla mosca il massimo controllo. Nel gergo dell'ingegneria dei controlli, ritiene che l'haltere possa reagire al feedback sia proporzionale (la dimensione di una perturbazione) che integrale (come la perturbazione cambia nel tempo): una sofisticazione maggiore di quanto si credesse in precedenza. Usando un microscopio epifluorescente, un microscopio a due fotoni sopra la mosca per monitorare l'attività cerebrale e una telecamera sotto che traccia il movimento delle ali, seguirà ciò che accade nei neuroni e nei muscoli quando alla mosca vengono presentati stimoli visivi. Spera di creare un modello di come comunicano cervello, neuroni e muscoli che possa far progredire la nostra comprensione di come viene controllato il movimento.

Markita Landry, Ph.D., Professore assistente, Università della California – Berkeley, Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare, Berkely, CA

Segnalazione illuminante dell'ossitocina nel cervello con nanosensori fluorescenti nel vicino infrarosso

Il lavoro del dottor Landry prevede la creazione di “sonde ottiche” – minuscoli nanotubi di carbonio con un peptide legato alla superficie che emetterà fluorescenza nella luce del vicino infrarosso quando è in presenza di ossitocina nel cervello. Questa fluorescenza può essere rilevata con alta precisione su una scala temporale di millisecondi, consentendo ai ricercatori di vedere esattamente dove e quando è presente nel cervello, e quindi identificare in quali condizioni il rilascio di ossitocina potrebbe essere compromesso (e quindi curabile) nell'umore, nel comportamento e nelle condizioni sociali. disturbi.

È importante sottolineare che questi nanotubi possono essere introdotti nel tessuto cerebrale esternamente; la fluorescenza non è il risultato di una codifica genetica, quindi può essere utilizzata su animali che non sono stati modificati. Poiché emettono luce nel vicino infrarosso, è possibile che la luce possa essere rilevata attraverso il cranio, il che consentirebbe un disturbo minimo ai soggetti. Utilizzando questi sensori come strumento, il dottor Landry spera di contribuire a migliorare la diagnosi dei disturbi neurologici e quindi destigmatizzare e migliorare il trattamento di molte di queste condizioni.

Lauren Orefice, Ph.D., Massachusetts General Hospital/Harvard Medical School, Boston, MA

Sviluppo, funzione e disfunzione dei sistemi somatosensoriali e viscerosensoriali nel disturbo dello spettro autistico

Tradizionalmente si pensava che il disturbo dello spettro autistico (ASD) fosse causato esclusivamente da anomalie nel cervello, ma nella sua ricerca, la Dott.ssa Orefice ha scoperto che le alterazioni nei neuroni sensoriali periferici contribuiscono allo sviluppo dei sintomi dell'ASD nei topi, inclusa l'ipersensibilità al tatto. della pelle e comportamenti sociali alterati. La sua attuale ricerca si concentrerà sulla questione se i neuroni sensoriali periferici dei gangli della radice dorsale (DRG) che rilevano gli stimoli nel tratto gastrointestinale siano anomali anche nei modelli murini per ASD, e sulla comprensione di come le alterazioni nello sviluppo del circuito somatosensoriale dovute alla disfunzione dei neuroni sensoriali periferici si traducono in cambiamenti nei circuiti cerebrali collegati che regolano o modificano i comportamenti sociali.

Infine, la Dott.ssa Orefice si concentrerà sulla traduzione delle sue scoperte dagli studi preclinici sui topi alla comprensione dei problemi sensoriali associati all’ASD negli esseri umani. Il dottor Orefice testerà innanzitutto se gli approcci che riducono l'eccitabilità dei neuroni sensoriali periferici possono migliorare l'iperreattività tattile e i problemi gastrointestinali nei topi. Sfrutterà questi risultati nei topi per comprendere meglio la fisiologia umana utilizzando studi su cellule in coltura prelevate da persone con ASD.

Kanaka Rajan, Ph.D., Professore associato, Dipartimento di Neurobiologia, Istituto Blavatnik, Harvard Medical School; Facoltà, Kempner Institute per lo studio dell'intelligenza naturale e artificiale, Università di Harvard

Modelli di rete neurale multiscala per dedurre motivi funzionali nel cervello

Il dottor Rajan sta sfruttando la potenza dei modelli basati sull’intelligenza artificiale per creare rappresentazioni del cervello migliori e più predittive. Utilizzando modelli di reti neurali ricorrenti (RNN), il dottor Rajan ha scoperto che l'immissione di maggiori vincoli sui modelli computazionali ha portato a risultati più coerenti e spazi di soluzione più piccoli e più robusti. Da allora si è dedicata allo sviluppo di RNN multiscala in cui i vincoli sono dati neurali, comportamentali e anatomici provenienti da esperimenti reali e vengono applicati simultaneamente. Il suo prossimo passo sarà quello di creare RNN multiscala utilizzando tali dati registrati da più specie ben studiate nelle neuroscienze – pesci zebra larvali, moscerini della frutta e topi – per creare modelli.

In definitiva, l’utilizzo di set di dati di specie diverse consentirà al dottor Rajan di identificare “motivi funzionali” e di utilizzarli per scoprire punti in comune e divergenze inaspettate tra questi sistemi. Questi insiemi comuni e discreti di neuroni attivi collegati a comportamenti e stati simili, indipendentemente dalla specie, ci aiuteranno a dedurre come funziona il cervello a un livello fondamentale. Con i dati disponibili, questi modelli possono eseguire molti scenari e identificare quali cambiamenti nella struttura o nell’attività neurale determinano risultati comportamentali diversi.

Weiwei Wang, Ph.D., Professore assistente, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, TX

Comprensione della costruzione e della funzione degli assemblaggi post-sinaptici glicinergici

Il modo in cui i neuroni comunicano tra loro è notevolmente intricato: i neurotrasmettitori vengono passati da un neurone all'altro attraverso le sinapsi, segnalando ai recettori sinaptici sul neurone ricevente di aprirsi e formare canali che consentono il passaggio degli ioni, trasmettendo così un segnale elettrico. Tuttavia, se le sinapsi non funzionano o non si formano, la compromissione di questi segnali può contribuire a disturbi neurologici. Il dottor Wang cerca di ampliare la nostra comprensione di queste sinapsi, di come si formano e di come funzionano – in particolare, come organizzano i recettori sinaptici in gruppi e perché è importante che i recettori si assemblano in alte concentrazioni – studiando in dettaglio il sistema glicinergico. sinapsi.

Il dottor Wang utilizzerà la microscopia crioelettronica per identificare con precisione la struttura molecolare di ciascun sottotipo di sinapsi glicinergica che non è stata ancora risolta e quindi identificare come funziona ciascuno; testare come si forma l'impalcatura su cui si raggruppano i recettori della glicina dalle proteine gefirina, neuroligina-2 e collybistina; e infine testare i recettori purificati su una membrana artificiale, prima in isolamento, poi legati allo scaffold e poi legati allo scaffold in un cluster per vedere come cambia la funzione.

Lucas Cheadle, PhD, Professore assistente, Laboratorio di Cold Spring Harbor, Cold Spring Harbor, New York 

Scoprire la base molecolare della funzione microgliale nel cervello stimolato

Nella sua ricerca, il dottor Cheadle sta studiando lo sviluppo delle connessioni neurali visive utilizzando un modello murino in cui alcuni topi vengono allevati in un ambiente privo di luce durante una fase cruciale dello sviluppo. La sua ricerca precedente mostra che le microglia essenzialmente “scolpiscono” il sistema visivo, selezionando le connessioni sinaptiche meno utili. Di conseguenza, l’ordinamento fisico di quella parte del sistema neurale è diverso nei topi allevati al buio rispetto a quelli allevati alla luce. Nel suo lavoro in corso, il dottor Cheadle cercherà di identificare a livello molecolare come le microglia vengono stimolate da fattori esterni (come la luce) e i meccanismi attraverso i quali poi scolpiscono le sinapsi.

La ricerca offre diversi approcci innovativi, compreso l’uso della tecnologia di editing genetico per eliminare specifici geni della microglia per definire il loro ruolo nello sviluppo del circuito visivo, oltre alla creazione di una linea transgenica di topi che tagga le cellule microgliali funzionalmente attive nel cervello, entrambe le tattiche più usate spesso applicato ai neuroni che il dottor Cheadle sta adattando per studiare la microglia per la prima volta.

Josie Clowney, dottore di ricerca, Professore assistente, Università del Michigan, Dipartimento di Biologia Molecolare, Cellulare e dello Sviluppo, Ann Arbor, MI

Una definizione femminista dell'infruttuosità: la mascolinità come soppressione dei programmi neurali femminili

Molte ricerche sulle differenze tra il cervello maschile e quello femminile hanno riguardato i comportamenti, ad esempio l’esecuzione dei rituali di accoppiamento, ma si sa meno su come i geni che guidano tali rituali sono sintonizzati nel cervello. Il dottor Clowney ipotizza che il processo sia di sottrazione. I suoi studi fino ad oggi utilizzando un modello di moscerino della frutta suggeriscono che il cervello maschile potrebbe derivare dalla rimozione di programmi neurali da un “modello base” che è molto più vicino al cervello femminile, piuttosto che dalla creazione di nuovi programmi.

La chiave del processo è un fattore di trascrizione del moscerino della frutta chiamato “Fruitless”, una proteina creata solo nel cervello del moscerino della frutta maschio. Nella sua ricerca, la dottoressa Clowney condurrà esperimenti utilizzando una varietà di tecniche per osservare il guadagno o la perdita di circuiti e comportamenti associati al sesso negli animali con o senza Fruitless.

Shaul Druckmann, dottore di ricerca, Professore assistente di Neurobiologia e di Psichiatria e Scienze comportamentali, Stanford University, Stanford, CA

Come calcola il cervello utilizzando l'attività distribuita tra popolazioni e aree cerebrali?

Dopo decenni di ricerca, abbiamo ancora una comprensione limitata di come il cervello esegue i calcoli tra le regioni. Questa domanda fondamentale è al centro del lavoro del Dr. Druckmann, che sfrutta la portata e il dettaglio crescenti della registrazione dell'attività cerebrale per esplorare cosa accade nel cervello tra stimolo e risposta, in particolare quando la risposta è ritardata e la memoria a breve termine è impegnata.

I dati preliminari mostrano che l'attività è presente e cambia attraverso le regioni e nelle diverse popolazioni neuronali in queste situazioni, e Druckmann mira a dimostrare che questa attività collettiva interagisce attraverso le aree del cervello e i modi in cui le interazioni possono "fissare" i ricordi necessari e l'intenzione di movimento, anche quando l'attività di una singola regione o popolazione potrebbe essere errata. Un ulteriore obiettivo del progetto è ampliare il modo in cui lavorano i ricercatori; il suo progetto prevede un'intensa collaborazione con molti altri ricercatori e spera di essere in grado di esplorare sia la scienza di base che di perseguire applicazioni cliniche per le sue scoperte.

Laura Lewis, dottore di ricerca, Professore assistente, Università di Boston, Dipartimento di Ingegneria Biomedica, Boston, MA

Imaging della dinamica neurale e dei fluidi nel cervello addormentato

Sia l'attività neurale che la fluidodinamica del liquido cerebrospinale (CSF) cambiano durante il sonno, con varie conseguenze: i sistemi sensoriali si spostano dalla consapevolezza degli stimoli esterni verso la riattivazione della memoria, e il CSF fluisce nel cervello ed elimina le proteine tossiche che si accumulano durante il sonno. ore di veglia. Curiosamente, i due processi sono strettamente correlati. Nella sua ricerca, la Dott.ssa Lewis indagherà la connessione tra la dinamica neurale e quella dei fluidi durante il sonno e la connessione di ciascuna con la salute del cervello.

Per fare ciò, il Dr. Lewis sta utilizzando metodi innovativi per osservare l’attività neurale e il flusso del liquido cerebrospinale sincronizzati e precisi. La sua ricerca esplorerà innanzitutto come queste onde lente vengono attivate nel cervello e quali reti neurali sono coinvolte, utilizzando stimoli uditivi che possono potenziare le onde lente. In secondo luogo, esaminerà il legame tra queste onde lente e il flusso del liquido cerebrospinale.

Ashok Litwin-Kumar, Ph.D, Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze e Zuckerman Institute, Columbia University, New York, NY

Modelli di comportamento adattivo vincolati al connettoma

Nella sua ricerca, il dottor Litwin-Kumar mira a sviluppare una metodologia per riunire i mondi del connettoma (diagrammi elettrici dei sistemi nervosi) e modelli funzionali di comportamento sviluppando modi per identificare strutture rilevanti all'interno di un connettoma che possono vincolare i modelli comportamentali – ad esempio, limitando i modelli in modo che utilizzino solo le connessioni sinaptiche che esistono fisicamente nel connettoma, invece di compiere salti fisicamente impossibili tra i neuroni.

Per testare e perfezionare questo approccio, la dottoressa Litwin-Kumar si sta concentrando innanzitutto sul connettoma di una parte del cervello del moscerino della frutta. In questa parte del cervello, gli input sensoriali vengono proiettati sui neuroni di output, che innescano comportamenti come reazioni di avvicinamento o evitamento. Il team cercherà di identificare in modo efficiente la struttura all'interno del connettoma che riflette il modo in cui le informazioni vengono trasmesse. Quindi testeranno i modelli di deep learning vincolati da tali connessioni per vedere con quanta efficacia prevedono le risposte agli stimoli, rispetto ai modelli non vincolati.

David Schneider, Ph.D, Professore assistente, Università di New York, Centro di Scienze Neurali, New York, NY

Trasformazioni di coordinate nella corteccia del mouse

Il lavoro del dottor Schneider si concentra su come il controllo motorio e le regioni sensoriali del cervello lavorano insieme in questo modo e lavorerà per scoprire come il cervello apprende e forma ricordi che costituiscono la base di ciò che ci si aspetta. Nei suoi esperimenti, il dottor Schneider si concentra su un condotto che collega una regione di controllo motorio a una regione sensoriale uditiva. Ogni volta che viene eseguito un movimento, le due regioni comunicano in modo tale da indicare al sistema uditivo di ignorare il suono creato da quel movimento.

Questi esperimenti aiuteranno a identificare il ruolo di neuroni specifici nell’anticipare le risposte sensoriali, come interagiscono il controllo motorio e i centri sensoriali del cervello e come cambiano i percorsi tra le regioni motorie e sensoriali quando un nuovo suono diventa “atteso”. Ulteriori ricerche bloccheranno alcuni percorsi nel cervello per determinare il loro ruolo nel fare previsioni e vedere anche come il cervello utilizza l’input visivo per aiutare ad anticipare i suoni autogenerati.

Swathi Yadlapalli, Ph.D, Professore assistente, Facoltà di medicina dell'Università del Michigan, Dipartimento di biologia cellulare e dello sviluppo, Ann Arbor, MI

Meccanismi cellulari che controllano i ritmi circadiani

Gli orologi circadiani guidano molti dei ritmi del nostro sistema biologico, come quando dormiamo, ci svegliamo, come metabolizziamo e molto altro ancora. Ma cosa accade esattamente all’interno di una determinata cellula per creare quel ritmo è poco conosciuto. Precedenti ricerche biochimiche e genetiche avevano identificato proteine cruciali che sono fattori di trascrizione, positivi o inibitori, con un ruolo nei ritmi circadiani. Il dottor Yadlapalli ha sviluppato per la prima volta metodi innovativi per eseguire la visualizzazione unicellulare ad alta risoluzione di queste proteine e del modo in cui interagiscono nell'arco di 24 ore nelle cellule viventi dei moscerini della frutta. Questi metodi hanno scoperto il ruolo di uno dei principali fattori inibitori della trascrizione, chiamato PER, che si riunisce per formare focolai distribuiti uniformemente attorno all'involucro del nucleo cellulare e svolge un ruolo nell'alterare la posizione nucleare dei geni dell'orologio durante il ciclo.

In una serie di esperimenti, il dottor Yadlapalli determinerà i meccanismi coinvolti in questo processo: come si formano e dove si localizzano i focolai e come promuovono la repressione dei geni regolati dall'orologio. Comprendere di più sul funzionamento di questi processi cellulari fondamentali e potenti fornirà un punto di partenza per la ricerca su molti disturbi del sonno e metabolici e malattie neurologiche.

Steven Flavell, Ph.D., Professore assistente, Picower Institute for Learning and Memory, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA

Chiarimento dei meccanismi fondamentali della segnalazione intestino-cervello in C. elegans

Si sa poco su come l’intestino e il cervello interagiscono meccanicamente. La ricerca del dottor Flavell si baserà sulle scoperte fatte dal suo laboratorio studiando il C. elegans verme, il cui sistema nervoso semplice e ben definito può generare comportamenti relativamente complessi che possono essere facilmente studiati in laboratorio. Il dottor Flavell e il suo team hanno identificato un tipo specifico di neurone enterico (neuroni che rivestono l'intestino) che è attivo solo mentre C. elegans si nutrono di batteri. I suoi esperimenti identificheranno i segnali batterici che attivano i neuroni, esamineranno i ruoli di altri neuroni nella segnalazione intestino-cervello ed esamineranno come il feedback del cervello influenza il rilevamento dei batteri intestinali. Questa ricerca potrebbe aprire nuove linee di indagine sul microbioma umano e su come esso influenza la salute e le malattie umane, compresi i disturbi neurologici e psichiatrici.

Nuo Li, Dottorato di ricerca, Professore assistente di Neuroscienze, Baylor College of Medicine, Houston, TX

Calcoli cerebellari durante la pianificazione motoria

Il laboratorio del dottor Li ha rivelato che la corteccia motoria laterale anteriore (ALM, una parte specifica della corteccia frontale del topo) e il cervelletto sono bloccati in un circuito mentre il topo pianifica un'azione. Non si sa ancora esattamente quali informazioni vengano trasmesse avanti e indietro, ma sono distinte dal segnale che effettivamente guida i muscoli. Se la connessione viene interrotta anche solo per un istante durante la pianificazione, lo spostamento verrà effettuato in modo errato.

Gli esperimenti del dottor Li scopriranno il ruolo del cervelletto nella pianificazione motoria e definiranno le strutture anatomiche che lo collegano all'ALM. Egli mapperà la corteccia cerebellare e scoprirà quali popolazioni di un tipo speciale di cellule utilizzate nel calcolo cerebellare, chiamate cellule di Purkinje, vengono attivate dall'ALM nella pianificazione motoria e quali segnali inviano avanti e indietro durante la pianificazione. Un secondo obiettivo esplorerà il tipo di calcoli in cui è impegnato il cervelletto. Attraverso questo lavoro, il dottor Li imparerà di più su questi processi cerebrali sofisticati e fondamentali.

Lauren O'Connell, Dottorato di ricerca, Professore assistente di Biologia, Università di Stanford, Stanford, CA

Basi neuronali degli engrammi genitoriali nel cervello infantile

Il lavoro del dottor O'Connell aiuterà a identificare come si formano i ricordi nell'infanzia come parte del processo di legame, traccerà quelle impronte di memoria per identificare come influenzano il futuro processo decisionale ed esplorerà l'impatto neurologico del legame interrotto. Nelle rane che O'Connell sta studiando, ricevere cibo e cure porta il girino a imprimere sul genitore, il che a sua volta influenza la futura scelta del compagno del girino: preferirà compagni che assomigliano al caregiver.

O'Connell ha identificato marcatori neuronali che si arricchiscono nei girini che chiedono cibo e che sono analoghi a quelli implicati in una serie di problemi neurologici legati all'apprendimento e al comportamento sociale negli esseri umani. La sua ricerca esplorerà l'architettura neuronale coinvolta nel riconoscimento infantile e nel legame con gli operatori sanitari, nonché l'attività cerebrale quando si prendono decisioni sul compagno più avanti nella vita, per vedere come è correlata l'attività neuronale in ciascun processo.

Zhaozhou Qiu, Dottorato di ricerca, Professore assistente di Fisiologia e Neuroscienze, Università Johns Hopkins, Baltimora, MD

Scoperta dell'identità molecolare e della funzione di nuovi canali del cloruro nel sistema nervoso

Gran parte della ricerca fino ad oggi si è concentrata sui canali ionici che conducono ioni caricati positivamente, come sodio, potassio e calcio. Tuttavia, la funzione dei canali ionici che consentono il passaggio del cloruro, lo ione carico negativamente più abbondante, rimane poco conosciuta. Eseguendo screening genomici ad alto rendimento, il dottor Qiu e il suo gruppo di ricerca hanno identificato due nuove famiglie di canali del cloro, attivati rispettivamente dall'aumento del volume cellulare e dal pH acido. La sua ricerca mira a studiare la funzione neurologica di questi nuovi canali ionici con particolare attenzione alle interazioni neurone-glia, alla plasticità sinaptica, all'apprendimento e alla memoria. Il dottor Qiu estenderà questo approccio ad altri misteriosi canali del cloruro nel cervello. La sua ricerca fornirà informazioni chiave su come il cloruro viene regolato nel sistema nervoso.

Maria Antonietta Tosches, Dottorato di ricerca, Professore assistente, Columbia University, New York, NY

L'evoluzione dei moduli genici e dei motivi circuitali per l'inibizione corticale

I cervelli moderni sono stati modellati da una lunga storia evolutiva. Il dottor Tosches sta conducendo ricerche per comprendere questi processi e capire quali sistemi neurali fondamentali sono stati conservati negli animali vertebrati separati da centinaia di milioni di anni di evoluzione.

Il dottor Tosches sta esplorando la storia evolutiva dei neuroni GABAergici. I suoi precedenti esperimenti hanno scoperto che i neuroni GABAergici dei rettili e dei mammiferi sono geneticamente simili, indicando che questi tipi di neuroni esistevano già negli antenati dei vertebrati; condividono anche moduli genetici associati a specifiche funzioni neuronali in entrambi i tipi di cervello. Nella nuova ricerca di Tosches, determinerà se questi stessi tipi di neuroni si trovano nel cervello semplice delle salamandre. Questo lavoro introdurrà un modello animale completamente nuovo nelle neuroscienze dei circuiti, contribuendo alla nostra comprensione di come funziona il cervello a un livello fondamentale.

Daniele Wacker, Dottorato di ricerca, Professore assistente, Icahn School of Medicine al Mount Sinai, New York, NY

Accelerazione della scoperta di farmaci per i disturbi cognitivi attraverso studi strutturali di un recettore della serotonina

Il dottor Wacker propone un nuovo approccio alla scoperta di farmaci che si concentra su uno specifico recettore della serotonina noto come 5-HT₇R (che non comporta gli stessi rischi dell'attivazione del sistema della dopamina come fanno molti farmaci), mappando attentamente la struttura di quel recettore su scala molecolare e cercando composti che si legheranno a quel recettore in un modo specifico. Il Dr. Wacker propone di condurre uno studio strutturale del recettore utilizzando la cristallografia a raggi X su campioni purificati del recettore. Il team di Wacker condurrà quindi una ricerca computerizzata su centinaia di milioni di composti, confrontando la loro struttura 3D con il modello 3D del recettore per quelli che hanno maggiori probabilità di "adattarsi". Questo processo computerizzato offre l’opportunità di effettuare un pre-screening dei farmaci in base alla loro struttura e di accelerarne lo sviluppo.

Jayeeta Basu, Ph.D., Professore assistente, Neuroscience Institute, New York University School of Medicine, New York, NY

Modulazione sensoriale corticale dell'attività dell'ippocampo e rappresentazione spaziale

Il dottor Basu mira a mappare i circuiti coinvolti tra la LEC e specifici neuroni dell'ippocampo. Il suo laboratorio registrerà direttamente i segnali ricevuti dai sottili dendriti dei neuroni quando i segnali LEC vengono inviati con o senza segnali MEC e con diverse intensità di segnale. Una seconda serie di esperimenti con i topi metterà alla prova l’ipotesi che questi input LEC supportino la creazione di ricordi del luogo durante l’apprendimento: i segnali olfattivi attiveranno il comportamento per cercare ricompense in luoghi distinti. I ricercatori vedranno come l'attivazione o la disattivazione dei segnali LEC durante l'apprendimento o durante il richiamo influenza l'attivazione delle cellule posizionali nel cervello e il comportamento di apprendimento stesso. Questa ricerca potrebbe essere rilevante negli studi futuri sulla malattia di Alzheimer, sul disturbo da stress post-traumatico e su altre condizioni in cui vengono attivati la memoria e i “trigger” contestuali.

Juan Du, Ph.D., Professore assistente, Programma di biologia strutturale, Centro per il cancro e la biologia cellulare, Van Andel Research Institute, Grand Rapids, MI

Meccanismo di regolazione dei recettori termosensibili nel sistema nervoso

Il Dr. Du condurrà un progetto in tre parti per svelare i segreti di come le informazioni sulla temperatura vengono ricevute ed elaborate dal sistema neurale. Sta esaminando tre recettori particolari, uno che rileva le temperature fresche e fredde esternamente, uno che rileva il calore esterno estremo e uno che rileva le temperature calde nel cervello (per regolare la temperatura corporea). Identificherà innanzitutto le condizioni di purificazione per questi recettori in modo possono essere estratti e utilizzati in esperimenti di laboratorio e continuano a funzionare allo stesso modo dei recettori nel corpo.

Un secondo obiettivo è vedere quali strutture sui recettori vengono attivate dalla temperatura e capire come funzionano. Ciò includerà anche lo sviluppo di nuove terapie in grado di legarsi a queste strutture e regolarle. In terzo luogo, una volta comprese le strutture, verranno condotti esperimenti di validazione in cui i recettori verranno mutati per modificare o rimuovere la sensibilità alla temperatura, prima sulle cellule e poi nei topi, per vedere come le alterazioni dei recettori sensibili alla temperatura influiscono sul comportamento.

Mark Harnett, Ph.D., Professore assistente, Cervello e scienze cognitive, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA

Perturbare la compartimentalizzazione dendritica per valutare i calcoli corticali del singolo neurone

Il dottor Harnett sta esaminando i dendriti nel sistema visivo con strumenti elettrici e ottici precisi, per misurare come i segnali viaggiano lungo i rami dei dendriti e misurare come l'alterazione dei dendriti cambia il funzionamento del neurone. Queste perturbazioni permetteranno al dottor Harnett di testare se l'inibizione dei segnali su un ramo specifico di un dendrite cambia il modo in cui la rete neurale risponde a determinati stimoli visivi. Imparare che un singolo neurone è essenzialmente costituito da una propria rete di processori di segnale più piccoli cambierebbe la nostra comprensione di come il cervello elabora. Ciò potrebbe influenzare, tra l’altro, il modo in cui l’intelligenza artificiale, modellata sulle reti neurali, si evolverà negli anni a venire.

Weizhe Hong, Ph.D., Professore assistente, Dipartimenti di Chimica Biologica e Neurobiologia, Università della California, Los Angeles, CA

Meccanismi del circuito neurale del comportamento materno

Un focus particolare del lavoro del dottor Hong sarà lo studio del ruolo di una regione del cervello evolutivamente conservata chiamata amigdala nel controllo del comportamento genitoriale. Mentre i topi femmine di solito si impegnano in comportamenti estesi di allevamento dei cuccioli, i topi maschi generalmente non mostrano comportamenti genitoriali fino alla nascita della loro prole.

La ricerca identificherà popolazioni neuronali specifiche e molecolarmente definite che mediano il comportamento genitoriale. La ricerca confronterà anche i circuiti neurali nei maschi e nelle femmine per capire come l'attività neurale in questi neuroni regola il comportamento genitoriale. Questa ricerca fornirà informazioni chiave sulle basi neurali di un comportamento sociale essenziale e sui principi di base che governano i comportamenti sessualmente dimorfici.

Rachel Roberts-Galbraith, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Biologia Cellulare, Università della Georgia, Atene, GA

Rigenerazione del sistema nervoso centrale nelle planarie

Studiando la rigenerazione neurale di successo nel mondo naturale, il dottor Roberts-Galbraith spera di apprendere dettagli sul meccanismo della rigenerazione neurale e sul ruolo delle diverse cellule. Uno degli obiettivi è indagare se i neuroni siano in grado di rilevare lesioni e avviare autonomamente le riparazioni inviando segnali che innescano e dirigono la ricrescita. Il dottor Roberts-Galbraith ipotizza che i neuroni influenzino le cellule staminali planarie, che vengono reclutate per far ricrescere parti del sistema nervoso centrale (e altre parti del corpo). Il controllo accurato delle cellule staminali è fondamentale per la rigenerazione, poiché le planarie sostituiscono fedelmente i tessuti mancanti e non sviluppano mai tumori.

Un altro obiettivo è quello di esaminare il ruolo delle cellule gliali, che tradizionalmente sono state viste come il collante del sistema nervoso ma che possiedono chiaramente ruoli più significativi di quanto precedentemente riconosciuto. Le cellule gliali costituiscono gran parte del sistema nervoso degli animali e devono essere rigenerate insieme ai neuroni; è probabile che modulino anche la rigenerazione neuronale. La speranza è che questa ricerca possa fornire una maggiore comprensione di come la rigenerazione può avvenire nei casi di maggior successo e forse informare nuovi modi di pensare alla rigenerazione neurale negli esseri umani.

Shigeki Watanabe, Ph.D., Professore assistente di Biologia cellulare e Neuroscienze, Johns Hopkins University, Baltimora, MD

Approfondimenti meccanicistici sul rimodellamento della membrana nelle sinapsi

Il dottor Watanabe utilizzerà una tecnica chiamata microscopia elettronica flash-and-freeze per ricercare questo processo. I neuroni verranno stimolati con la luce – il flash – poi il processo verrà fermato appunto con il congelamento ad alta pressione a precisi intervalli di tempo microsecondi dopo la stimolazione. Le sinapsi congelate possono quindi essere visualizzate con un microscopio elettronico. Prendendo una serie di immagini congelate a diversi intervalli di tempo dopo la stimolazione, il dottor Watanabe creerà una visualizzazione passo passo del processo e identificherà le proteine coinvolte e cosa fanno. Ciò non solo consentirà una migliore comprensione di come funzionano i neuroni, ma avrà anche implicazioni per le malattie legate a una trasmissione neurale difettosa, come il morbo di Alzheimer.

Eiman Azim, Ph.D., Professore assistente, Laboratorio di Neurobiologia Molecolare,

Salk Institute for Biological Studies, La Jolla, CA

Circuiti spinali che controllano il movimento abile degli arti anteriori

I movimenti abili delle nostre braccia, mani e dita sono fondamentali per le nostre interazioni quotidiane con il mondo, ma la scienza sta appena iniziando a scalfire la superficie della comprensione di come specifici circuiti neurali controllano la precisione, la velocità e la fedeltà di questi impressionanti comportamenti motori. Il laboratorio del dottor Azim presso il Salk Institute è all'avanguardia in questo campo, adottando un approccio multidisciplinare volto a sezionare la diversità molecolare, anatomica e funzionale dei percorsi motori un elemento alla volta. Sfruttando i recenti progressi nell'apprendimento automatico, nella tecnologia della visione artificiale e negli strumenti di genetica molecolare, l'Azim Lab mira a sviluppare approcci più standardizzati, imparziali e ad alto rendimento per mettere insieme le basi neurali del movimento, in particolare movimenti abili come il raggiungimento diretto di un obiettivo. e afferrare. Le sue scoperte potrebbero aiutare a chiarire in che modo malattie o lesioni interrompono la normale esecuzione del movimento, aprendo la strada a diagnosi e trattamenti migliori.

Rudy Behnia, Ph.D., Professore assistente di Neuroscienze, Columbia University-Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, New York, NY

Neuromodulazione dipendente dallo stato di un circuito per la visione del movimento

Il dottor Behnia studia i processi dinamici dedicati alla visione, esplorando come il sistema visivo del cervello guida i comportamenti e aiuta gli animali e gli esseri umani a sopravvivere e prosperare in ambienti complessi brulicanti di stimoli sensoriali. Utilizzando il sistema modello del moscerino della frutta, il laboratorio di Behnia studia il modo in cui gli animali percepiscono e adattano il loro comportamento ai cambiamenti ambientali attraverso una varietà di tecniche complementari, tra cui in vivo registrazioni di patch-clamp di singole cellule, imaging dell'attività di due fotoni, paradigmi optogenetici e comportamentali. Un focus particolare del lavoro del Dr. Behnia finanziato da McKnight sarà esplorare come gli stati interni come l'attenzione alterano la sensibilità del cervello a determinati stimoli, una ricerca che potrebbe gettare nuova luce sul ruolo svolto dai neuromodulatori nel cambiare la funzione dei circuiti neurali. Questa ricerca potrebbe anche rivelare nuovi bersagli per strategie terapeutiche per disturbi come la depressione e l’ADHD.

Felice Dunn, Ph.D., Professore assistente di Oftalmologia, Università della California, San Francisco

L'istituzione e la regolamentazione della visione a bastoncino e cono

La ricerca del dottor Dunn è focalizzata sulla scoperta di come le informazioni visive vengono analizzate ed elaborate nel circuito retinico, una conoscenza che potrebbe aprire nuove strade per ripristinare la vista perduta. Mentre molte malattie della retina che portano alla perdita della vista o alla cecità iniziano con la degenerazione dei fotorecettori, il modo in cui la malattia progredisce fino a colpire i neuroni postsinaptici è ancora in gran parte sconosciuto. Nel suo laboratorio, Dunn utilizza l'ablazione transgenica controllata temporalmente dei fotorecettori, registrazioni funzionali e imaging di singole cellule e metodi di modifica genetica per studiare le cellule e le sinapsi rimanenti della retina. Il suo lavoro aiuterà a scoprire come il circuito rimanente cambia la sua struttura e funzione in una retina degenerata e potrebbe aiutare a rivelare potenziali terapie per arrestare o prevenire la perdita della vista.

John Tuthill, Ph.D., Professore assistente, Fisiologia e Biofisica, Università di Washington, Seattle

Controllo del feedback propriocettivo della locomozione in Drosophila

La propriocezione – il senso di auto-movimento e posizione del corpo – è fondamentale per il controllo efficace del movimento, ma si sa poco su come i circuiti motori del cervello integrano questo feedback per guidare i movimenti futuri. Il laboratorio del dottor Tuthill sta lavorando per svelare l'essenza dell'apprendimento motorio nel cervello studiando come i moscerini della frutta che camminano imparano a evitare ostacoli e a navigare in ambienti imprevedibili, valutando il ruolo del feedback sensoriale nel controllo motorio manipolando optogeneticamente l'attività dei propriocettori. Una comprensione più profonda del controllo del feedback propriocettivo ha il potenziale di trasformare il modo in cui comprendiamo e trattiamo i disturbi del movimento.

Mingshan Xue, Ph.D., Professore assistente, Baylor College of Medicine, Houston, TX

Funzione e meccanismo della plasticità sinaptica omeostatica specifica dell'input in vivo

Muovendosi in ambienti complessi e cambiando stati interni, il cervello sano mantiene un equilibrio costante tra eccitazione e inibizione (spesso caratterizzato come rapporto E/I) che è notevolmente stabile. Come fa il cervello a mantenere questo equilibrio? Il laboratorio del dottor Xue esplorerà questa questione, combinando approcci molecolari, genetici, elettrofisiologici, optogenetici, di imaging e anatomici per determinare se la plasticità omeostatica regola le sinapsi in modo input-specifico in vivo, mantenendo così i livelli di attività neuronale e le proprietà di risposta funzionale. Acquisire una comprensione più profonda di come il cervello normale affronta le perturbazioni può aprire la strada a interventi per trattare le malattie neurologiche che interrompono l’equilibrio naturale del cervello.

Martha Bagnall, Ph.D., Professore assistente di Neuroscienze, Washington University nella Scuola di Medicina di St. Louis

Calcoli sensoriali e motori alla base del controllo posturale 

La postura è fondamentale per il normale funzionamento, ma si sa poco su come il cervello instrada con successo i segnali sensoriali relativi all’orientamento, al movimento e alla gravità attraverso il midollo spinale per mantenere il corpo “con il lato giusto rivolto verso l’alto”. Il laboratorio del dottor Bagnall studia il modo in cui gli animali mantengono la postura concentrandosi sul sistema vestibolare del pesce zebra, un organismo modello con un midollo spinale notevolmente simile ai mammiferi. Nelle prime fasi dello sviluppo, il midollo spinale delle larve del pesce zebra è trasparente, offrendo ai ricercatori uno sguardo prezioso sulle diverse popolazioni di neuroni attivati durante i diversi tipi di movimenti. Imparando di più su come questi distinti percorsi premotori vengono reclutati durante i comportamenti posturali, consentendo agli animali di adattarsi ai cambiamenti di rollio e beccheggio, la ricerca di Bagnall potrebbe rivelare nuove scoperte sulle complesse connessioni neurali che governano il comportamento equivalente negli esseri umani. Il suo lavoro potrebbe anche contribuire allo sviluppo di dispositivi che possano aiutare le persone a ritrovare l’equilibrio e la postura e migliorare la vita delle persone il cui equilibrio è stato compromesso da lesioni o malattie.

Stephen Brohawn, Ph.D., Professore assistente di Neurobiologia, Helen Wills Neuroscience Institute, Università della California, Berkeley

Meccanismi di sensazione di forza biologica

Il Dr. Brohawn studia il sistema elettrico della vita da una prospettiva molecolare e biofisica, concentrandosi sulla ricerca della risposta alla domanda “Come ci sentiamo?"  La capacità del sistema nervoso di percepire la forza meccanica è uno dei fondamenti dell'udito e dell'equilibrio, ma la scienza non ha ancora rivelato il meccanismo proteico che converte le forze meccaniche in segnali elettrici. Utilizzando una serie di approcci, dalla cristallografia a raggi X alla microscopia crioelettronica, il laboratorio di Brohawn adotta un approccio “dal basso verso l'alto” alla questione, catturando istantanee con risoluzione atomica delle proteine di membrana quando sono a riposo e sotto forza. Comprendere come funzionano l'udito e l'equilibrio a livello molecolare dettagliato potrebbe un giorno costituire la base per nuove terapie volte a migliorare la vita delle persone che hanno subito una perdita della funzione uditiva o vestibolare.

Mehrdad Jazayeri, Ph.D., Professore assistente, Massachusetts Institute of Technology/McGovern Institute of Brain Research

Meccanismi talamocorticali di temporizzazione motoria flessibile

Matthew Pecot, Ph.D., Professore assistente, Harvard Medical School

Definizione della logica trascrizionale alla base dell'assemblaggio della rete neurale nel sistema visivo della Drosophila 

La precisione con cui i neuroni formano le connessioni sinaptiche è fondamentale per il comportamento animale, ma non è chiaro come i neuroni identifichino i partner sinaptici corretti nella sconcertante complessità cellulare del sistema nervoso. Per identificare i principi molecolari alla base della specificità sinaptica, il laboratorio Pecot studia la connettività neurale nel sistema visivo della mosca, che comprende tipi di neuroni geneticamente accessibili ben definiti con modelli noti di connettività sinaptica. Sulla base della loro ricerca, propongono che i partner sinaptici corretti esprimano una proteina principale regolatrice comune che controlla l'espressione delle molecole che istruiscono la loro connettività sinaptica. Garantire che i neuroni destinati a formare connessioni esprimano lo stesso regolatore principale può fornire una strategia semplice per stabilire connessioni neurali precise. Con un crescente numero di prove che identificano i difetti nella connettività neurale come driver delle malattie neurologiche, la ricerca del dottor Pecot potrebbe ispirare strategie terapeutiche incentrate sul ricablaggio dei circuiti neurali danneggiati negli individui affetti.

Mark Andermann, Ph.D., Professore assistente di Medicina, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School

Un percorso per la modulazione della fame delle risposte agli stimoli alimentari appresi nella corteccia insulare

La ricerca del Dr. Andermann affronta il modo in cui il cervello nota e agisce in base alle immagini relative al cibo, soprattutto quando un individuo ha fame. Il suo lavoro è guidato dall’urgente necessità sociale di sviluppare terapie complete per l’obesità. Gli esseri umani prestano attenzione alle cose di cui i loro corpi dicono di aver bisogno. Un’attenzione eccessiva ai segnali alimentari, che si traduce nella ricerca di più cibo del necessario, può persistere negli individui che soffrono di obesità o disturbi alimentari, anche quando sono sazi. Il laboratorio di Andermann ha sviluppato un metodo che prevede l'imaging del calcio a due fotoni attraverso un periscopio per studiare centinaia di neuroni nel cervello di un topo e ha scoperto che la risposta del cervello alle immagini associate al cibo differiva a seconda che il topo fosse affamato o sazio. Il laboratorio Andermann sta collaborando con il laboratorio del Dr. Brad Lowell, esperto nei circuiti cerebrali che controllano la fame, per studiare la corteccia insulare alla ricerca di modi per prevenire il desiderio di cibi sbagliati nei soggetti obesi.

John Cunningham, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Statistica, Columbia University

La struttura computazionale delle popolazioni di neuroni nella corteccia motoria

La principale missione di ricerca del Dott. Cunningham è quella di far avanzare la comprensione scientifica delle basi neurali dei comportamenti complessi. Ad esempio, una migliore comprensione del ruolo del cervello nella generazione di movimenti volontari può potenzialmente aiutare milioni di persone con disabilità motorie dovute a malattie e infortuni. Cunningham fa parte di un piccolo ma crescente gruppo di statistici che applicano tecniche statistiche e di apprendimento automatico alla ricerca sulle neuroscienze. Combina aspetti di matematica, statistica e informatica per estrarre informazioni significative da enormi set di dati generati negli esperimenti. Il suo obiettivo è colmare il divario tra la registrazione dei dati e il profitto scientifico, cercando di creare strumenti analitici che lui e altri ricercatori possano sfruttare. I metodi di analisi in grado di gestire gli enormi set di dati generati sono essenziali per questo settore, soprattutto perché i ricercatori registrano sempre più dati di crescente complessità.

Roozbeh Kiani, MD, Ph.D., Professore assistente, Università di New York, Centro di scienze neurali

Processi decisionali gerarchici che operano su scale temporali distinte sono alla base delle scelte e dei cambiamenti nella strategia

La Dott.ssa Kiani sta studiando come si verifica il comportamento adattivo nel processo decisionale. Le decisioni sono guidate dalle informazioni disponibili e dalle strategie che collegano le informazioni all’azione. A seguito di un risultato negativo, è necessario distinguere due potenziali fonti di errore – strategia imperfetta e scarsa informazione – per migliorare le prestazioni future. Questo processo dipende dall'interazione di diverse aree corticali e sottocorticali che collettivamente rappresentano le informazioni sensoriali, recuperano ricordi rilevanti e pianificano ed eseguono le azioni desiderate. La ricerca del Dr. Kiani si concentra sui meccanismi neuronali che implementano questi processi, in particolare su come le fonti di informazione vengono integrate, su come le informazioni rilevanti vengono selezionate e instradate in modo flessibile da un'area del cervello a un'altra e su come il processo decisionale dà origine a credenze soggettive riguardo risultati attesi. La sua ricerca potrebbe avere implicazioni a lungo termine per lo studio dei disturbi neurologici che interrompono i processi decisionali come la schizofrenia, il disturbo ossessivo-compulsivo e l'Alzheimer.

Abigail Persona, Ph.D., Professore assistente di Fisiologia e Biofisica, Università del Colorado Denver

Meccanismi circuitali di correzione motoria cerebellare

Il movimento è fondamentale per tutti i comportamenti, ma i centri di controllo motorio del cervello sono appena compresi. Il lavoro del Dr. Person esplora il modo in cui il cervello rende precisi i movimenti. Il laboratorio di Person è particolarmente interessato a un'antica parte del cervello chiamata cervelletto e si chiede come i suoi segnali correggano i comandi motori in corso. Il cervelletto è stato particolarmente interessante per l'analisi dei circuiti perché i suoi strati e i tipi di cellule sono molto ben definiti. Tuttavia, le sue strutture in uscita, chiamate nuclei cerebellari, violano questa regola e sono molto più eterogenee e, quindi, molto più confuse. Utilizzando una varietà di tecniche fisiologiche, optogenetiche, anatomiche e comportamentali, la sua ricerca mira a districare il mix di segnali nei nuclei per interpretare il modo in cui contribuisce al controllo motorio. Person prevede che la sua ricerca potrebbe offrire ai medici informazioni sulle strategie terapeutiche per le persone con malattie cerebellari e potrebbe potenzialmente contribuire alla classe di tecnologie che utilizzano segnali neurali per controllare le protesi degli arti.

Susanna Ahmari, Università di Pittsburgh 
Identificazione dei cambiamenti del circuito neurale alla base dei comportamenti correlati al disturbo ossessivo compulsivo

Marlene Cohen, Università di Pittsburgh
Test causali e correlativi dell'ipotesi che i meccanismi neuronali alla base dell'attenzione coinvolgano interazioni tra aree corticali 

Daniele Dombeck, Università nordoccidentale
Dinamica funzionale, organizzazione e plasticità delle spine dendritiche delle cellule posizionate 

Gaby Maimon, Università Rockefeller
Base neuronale per l'inizio interno dell'azione

Jessica Cardin, Università di Yale
Meccanismi di regolazione corticale dipendente dallo stato

Robert Frömke, Scuola di Medicina della New York University
Circuiti neurali e plasticità per il controllo del comportamento sociale dei mammiferi

Ryan Hibbs, Centro medico sudoccidentale dell'UT
Struttura e meccanismo dei recettori neuronali dell'acetilcolina

Takaki Komiyama, UC San Diego 
Plasticità della corteccia motoria nell'apprendimento motorio

Hillel Adesnik, Università della California-Berkeley
Sondare otticamente le basi neurali della percezione

Marco Churchland, Università della Columbia
Il substrato neurale dell'inizio del movimento volontario

Elissa Hallem, Università della California – Los Angeles
Organizzazione funzionale dei circuiti sensoriali in C.Elegans

Dayu Lin – Centro medico Langone della New York University
Il meccanismo circuitale della modulazione dell'aggressività mediata dal setto laterale

Anna Churchland, Laboratorio di Cold Spring Harbor
Circuiti neurali per il processo decisionale multisensoriale

Patrick Drew, Università statale della Pennsylvania
Imaging dell'accoppiamento neurovascolare nell'animale che si comporta

David Freedmann, Università di Chicago
Meccanismi neuronali di categorizzazione visiva e processo decisionale

Jonathan Cuscino, Università del Texas ad Austin
Decifrare le rappresentazioni corticali a livello di picchi, correnti e conduttanze

Adam Carter, Ph.D., Università di New York
Specificità delle sinapsi nei circuiti striatali

Sandeep Robert Datta, MD, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard
Meccanismi neurali alla base dei comportamenti guidati dai sensi

Qing Fan, Ph.D., Università della Columbia
Meccanismo molecolare della funzione del recettore GABA metabotropico

Winrich Freiwald, Ph.D., Università Rockefeller
Dal riconoscimento facciale alla cognizione sociale

Anatol C. Kreitzer, Ph.D., Istituti J. David Gladstone
Funzione e disfunzione dei circuiti dei gangli basali in vivo

Seok-Yong Lee, Ph.D., Centro medico della Duke University
Struttura e farmacologia dei sensori di tensione del canale del sodio

Stavros Lomvardas, Ph.D., Università della California
Meccanismi molecolari di scelta dei recettori olfattivi

Andreas S. Tolias, Ph.D., Collegio di Medicina del Baylor
L'organizzazione funzionale della microcolonna corticale 

Diana Bautista, Ph.D., Università della California Berkeley
Meccanismi molecolari e cellulari del tatto e del dolore dei mammiferi

James Bisley, Ph.D., Università della California a Los Angeles
Il ruolo della corteccia parietale posteriore nel guidare l'attenzione e i movimenti oculari

Nathaniel Daw, Ph.D., Università di New York
Processo decisionale in compiti strutturati e sequenziali: combinazione di approcci computazionali, comportamentali e neuroscientifici

Tatyana Sharpee, Ph.D., Salk Istituto per gli studi biologici
Rappresentazione discreta delle forme visive nel cervello

Jeremy Dasen, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di New York
Meccanismi di specificità sinaptica nel midollo spinale dei vertebrati

Wesley Grueber, Ph.D., Centro medico della Columbia University
Modellazione del campo dendritico mediante segnali attraenti e repulsivi

Greg Horwitz, Ph.D., Università di Washington
Contributi magnocellulari all'elaborazione del colore

Bence Olveczky, Ph.D., Università di Harvard
Organizzazione funzionale dei circuiti neurali alla base dell'apprendimento sensomotorio

Bijan Pesaran, Ph.D., Università di New York
Decidere dove guardare e dove arrivare 

Stephen A. Baccus, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
Circuiti funzionali della codifica neurale nella retina

Karl A. Deisseroth, MD, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
Interrogazione ottica rapida multicanale di circuiti neurali viventi

Gilbert Di Paolo, Ph.D., Centro medico della Columbia University
Un nuovo approccio per la modulazione rapida indotta chimicamente del metabolismo PIP2 alla sinapsi

Maurice A. Smith, MD, Ph.D., Università di Harvard
Un modello computazionale dei processi adattivi interagenti per spiegare le proprietà dell'apprendimento motorio a breve e lungo termine

Rachel Wilson, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard
Le basi biofisiche e molecolari della trasmissione sinaptica centrale nella Drosophila 

Thomas Clandinin, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
Come vengono catturati i segnali visivi salienti dai cambiamenti nell'attività neuronale?

James DiCarlo, MD, Ph.D., Istituto di Tecnologia del Massachussetts
Meccanismi neuronali alla base del riconoscimento degli oggetti durante la visione naturale

Florian Engert, Ph.D., Università di Harvard
La base neuronale del comportamento indotto visivamente nel pesce zebra larvale

Tirin Moore, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
Meccanismi dell'attenzione visuospaziale e della memoria di lavoro

Elke Stein, Ph.D., Università di Yale
Conversione dell'attrazione mediata dalla netrina-1 in repulsione attraverso la diafonia intracellulare 

Athanossios Siapas, Ph.D., Istituto di tecnologia della California
Interazioni cortico-ippocampali e formazione della memoria

Nirao Shah, MD, Ph.D., Università della California, San Francisco
Rappresentazione di comportamenti sessualmente dimorfici nel cervello

Aravinthan Samuel, Ph.D., Università di Harvard
Un approccio biofisico alla neuroscienza comportamentale dei vermi

Miriam Goodman, Ph.D., Università di Stanford
Comprensione del meccanismo di rilevamento della forza dei neuroni recettori del tocco

Ricardo Dolmetsch, Ph.D., Università di Stanford
Analisi funzionale del proteoma del canale del calcio

Loren Frank, Ph.D., Università della California, San Francisco
I correlati neurali dell'apprendimento nel circuito ippocampo-corticale

Rachelle Gaudet, Ph.D., Università di Harvard
Studi strutturali dei canali ionici TRP sensibili alla temperatura

Kang Shen, MD, Ph.D., Università di Stanford
Comprensione del codice molecolare per la specificità del bersaglio nella formazione delle sinapsi

Michael Brainard, Ph.D. Università della California, San Francisco
Meccanismi comportamentali e neurali della plasticità nel canto degli uccelli adulti

Joshua Gold, Ph.D. Scuola di Medicina dell'Università della Pennsylvania
La base neurale delle decisioni che collegano in modo flessibile sensazione e azione

Jacqueline Gottlieb, Ph.D. Università della Columbia
Substrati neurali della visione e dell'attenzione nella corteccia parietale posteriore delle scimmie

Kristin Scott, Ph.D. Università della California, Berkeley
Rappresentazioni del gusto nel cervello della Drosophila 

Aaron DiAntonio, MD, Ph.D., Università di Washington
Analisi genetica della crescita sinaptica

Marla Feller, Ph.D., Università della California, San Diego
Regolazione omeostatica dell'attività spontanea nella retina dei mammiferi in via di sviluppo

Bharathi Jagadeesh, Ph.D., Università di Washington
Plasticità dei neuroni selettivi di oggetto e scena nella corteccia inferotemporale dei primati

Philip Sabes, Ph.D., Università della California, San Francisco
I meccanismi neurali e i principi computazionali dell'adattamento visuomotorio nel raggiungere

Daniel Feldman, Ph.D., Università della California, San Diego
Base sinaptica per la plasticità della mappa dei baffi nella corteccia del barile di ratto

Kelsey Martin, MD, Ph.D., Università della California, Los Angeles
Comunicazione tra la sinapsi e il nucleo durante la plasticità sinaptica di lunga durata

Daniel Minor, Jr., Ph.D., Università della California, San Francisco
Studi ad alta risoluzione sulla regolazione dei canali ionici

Leslie Vosshall, Ph.D., L'Università Rockefeller
La biologia molecolare del riconoscimento degli odori nella Drosophila

John Assad, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard
Effetti della memoria a lungo e breve termine sulla codifica del movimento visivo nella corteccia parietale

Eduardo Chichilnisky, Ph.D., Il Salk Institute per gli studi biologici
Percezione del colore e del movimento: segnalazione dell'insieme mediante tipi di cellule identificati nella retina dei primati

Frank Gertler, Ph.D., Istituto di Tecnologia del Massachussetts
Ruolo delle proteine regolatrici del citoscheletro nella crescita e nella guida degli assoni

Richard Krauzlis, Ph.D., Il Salk Institute per gli studi biologici
Coordinazione dei movimenti oculari volontari da parte del collicolo superiore

Jian Yang, Ph.D., Università della Columbia
Permeazione e gating del canale del potassio studiati con nuove mutazioni della spina dorsale 

Michael Ehlers, MD, Ph.D., Centro medico della Duke University
Regolazione molecolare dei recettori NMDA

Jennifer Raymond, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
Analisi fisiologica in vivo delle mutazioni che influenzano l'apprendimento dipendente dal cervelletto

Fred Rieke, Ph.D., Università di Washington
Ottieni il controllo e la selettività delle caratteristiche delle cellule gangliari della retina

Alexander Schier, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di New York
Meccanismi di modellamento del prosencefalo

Michael Weliky, Ph.D., Università di Rochester
Il ruolo dell'attività neuronale correlata nello sviluppo corticale visivo

Paul Garrity, Ph.D., Istituto di Tecnologia del Massachussetts
Targeting degli assoni nel sistema visivo della Drosophila

Jennifer Groh, Ph.D., Dartmouth College
Trasformazioni delle coordinate neurali

Phyllis Hanson, MD, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Washington
Il ruolo degli accompagnatori molecolari nella funzione presinaptica

Wendy Suzuki, Ph.D., Università di New York
Funzioni spaziali della corteccia paraippocampale del macaco

Ulrike I. Gallia, Ph.D., L'Università Rockefeller
Aspetti cellulari e molecolari della guida degli assoni in un semplice sistema in vivo

Liqun Luo, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
Meccanismi molecolari dello sviluppo dei dendriti: studi sulle GTPasi Rac e Cdc42

Mark Mayford, Ph.D., Università della California, San Diego
Controllo genetico regolato della plasticità sinaptica, dell'apprendimento e della memoria

Samuel L. Pfaff, Ph.D., Il Salk Institute per gli studi biologici
Controllo molecolare del targeting degli assoni dei motoneuroni vertebrati

Paul W. Glimcher, Ph.D., Università di New York
Basi neurobiologiche dell'attenzione selettiva

Ali Hemmati-Brivanlou, Ph.D., L'Università Rockefeller
Aspetti molecolari della neurogenesi dei vertebrati

Donald C. Lo, Ph.D., Centro medico della Duke University
Regolazione delle neurotrofine della plasticità sinaptica

Tito A. Serafini, Ph.D., Università della California, Berkeley
Isolamento e caratterizzazione di molecole mirate al cono di crescita

Toshinori Hoshi, Ph.D., Università dell'Iowa
Meccanismi di gate dei canali del potassio dipendenti dalla tensione

Alex L. Kolodkin, Ph.D., Scuola di Medicina della Johns Hopkins University
Meccanismi molecolari della guida del cono di crescita: funzione della semaforina durante lo sviluppo neurologico

Michael L. Nonet, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Washington
Analisi genetica dello sviluppo della giunzione neuromuscolare

Michael N. Shadlen, MD, Ph.D., Università di Washington
Integrazione sensoriale e memoria di lavoro

Rita J. Balice-Gordon, Ph.D., Università della Pennsylvania
Meccanismi dipendenti e indipendenti dall'attività alla base della formazione e del mantenimento delle sinapsi

Mark K. Bennett, Ph.D., Università della California, Berkeley
Regolazione dell'aggancio delle vescicole sinaptiche e dei macchinari di fusione mediante fosforilazione proteica

David S. Bredt, MD, Ph.D., Università della California, San Francisco
Funzioni fisiologiche dell'ossido nitrico nello sviluppo e nella rigenerazione dei neuroni

Richard D. Mooney, Ph.D., Centro medico della Duke University
Meccanismi cellulari dell'apprendimento vocale e della memoria degli uccelli

Ben Barres, MD, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
Sviluppo e funzione della glia

Allison J. Doupe, MD, Ph.D., Università della California, San Francisco
Un circuito neurale specializzato per l'apprendimento vocale negli uccelli canori

Ehud Y. Isacoff, Ph.D., Università della California, Berkeley
Studi molecolari sulla fosforilazione del canale K+ nei neuroni centrali dei vertebrati

John J. Ngai, Ph.D., Università della California, Berkeley
Analisi della topografia di specifici neuroni olfattivi e codifica delle informazioni olfattive

Ethan Bier, Ph.D., Università della California, San Diego
Genetica molecolare della neurogenesi

Linda D. Buck, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard
Identità neuronale e codifica delle informazioni nel sistema olfattivo dei mammiferi

Gian Garriga, Ph.D., Università della California, Berkeley
Interazioni cellulari nella crescita degli assoni HSN di C.elegans

Nipam H. Patel, Ph.D., Carnegie Institution di Washington
Il ruolo dell'uva spina durante la neurogenesi della Drosophila

Daniel Y. Ts'o, Ph.D., L'Università Rockefeller
Imaging ottico dei meccanismi neuronali del comportamento visivo

Hollis T. Cline, Ph.D., Facoltà di Medicina dell'Università dell'Iowa
Regolazione della crescita neuronale da parte di neurotrasmettitori e proteine chinasi

Gilles J. Laurent, Ph.D., Istituto di tecnologia della California
Compartimentalizzazione dei neuroni locali nelle reti sensomotorie degli insetti

Ernest G. Peralta, Ph.D., Università di Harvard
Vie di segnalazione del recettore muscarinico dell'acetilcolina nelle cellule neuronali

Thomas L. Schwarz, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
La genetica di VAMP e p65: una dissezione del rilascio del trasmettitore in Drosophila

John R. Carlson, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Yale
Organizzazione molecolare del sistema olfattivo della Drosophila

Michael E. Greenberg, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard
Stimolazione elettrica dell'espressione genica nei neuroni

David J. Julius, Ph.D., Università della California, San Francisco
Genetica molecolare della funzione del recettore della serotonina

John D. Sweatt, Ph.D., Collegio di Medicina del Baylor
Meccanismi molecolari per LTP nella regione CA1 dell'ippocampo di ratto

Utpal Banerjee, Ph.D., Università della California, Los Angeles
Neurogenetica dello sviluppo delle cellule R7 nella Drosophila

Paul Forscher, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Yale
Trasduzione del segnale all'interfaccia membrana neuronale-citoscheletro

Michael D. Mauk, Ph.D., Scuola di medicina dell'Università del Texas
Il ruolo delle proteine chinasi nella trasmissione sinaptica e nella plasticità

Barbara E. Ranscht, Ph.D., Fondazione per la ricerca sul cancro di La Jolla
Analisi molecolare delle glicoproteine della superficie delle cellule di pollo e il loro ruolo nella crescita delle fibre nervose

Michael Bastiani, Ph.D., Università dell'Utah
WConi di crescita attrattivi Fai delle scelte di fronte alle avversità

Craig E. Jahr, Ph.D., Università della salute e della scienza dell'Oregon
Meccanismi molecolari della trasmissione sinaptica eccitatoria

Christopher R. Kintner, Ph.D., Il Salk Institute per gli studi biologici
Basi molecolari dell'induzione neurale negli embrioni di anfibi

Lorna W. Ruolo, Ph.D., Collegio di medici e chirurghi della Columbia University
Modulazione dei recettori neuronali dell'acetilcolina

Aaron P. Fox, Ph.D., Università di Chicago
Canali del calcio ippocampale: proprietà biofisiche, farmacologiche e funzionali

F. Rob Jackson, Ph.D., Fondazione Worcester per la biologia sperimentale
Basi molecolari dei meccanismi di temporizzazione endogeni

Dennis DM O'Leary, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Washington
Studi sullo sviluppo neocorticale focalizzati sulla differenziazione areale

Patricia A. Walicke, MD, Ph.D., Università della California, San Diego
Neuroni dell'ippocampo e fattore di crescita dei fibroblasti

Christine E. Holt, Ph.D., Università della California, San Diego
Pathfinding assonale nell'embrione dei vertebrati

Stephen J. Peroutka, MD, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
Nuove interazioni ansiolitiche con sottotipi di recettori centrali della serotonina

Randall N. Pittman, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università della Pennsylvania
Analisi biochimica, immunologica e video della crescita dei neuriti

Sarah W. Bottjer, Ph.D., Università della California del Sud
Meccanismi neuronali dello sviluppo vocale

S. Marc Breedlove, Ph.D., Università della California, Berkeley
Influenze andogene sulla specificità delle connessioni neurali

Jane Dodd, Ph.D., Collegio di medici e chirurghi della Columbia University
Meccanismi cellulari di trasduzione sensoriale nei neuroni afferenti cutanei

Paul E. Sawchenko, Ph.D., Il Salk Institute per gli studi biologici
Plasticità steroide-dipendente nell'espressione dei neuropeptidi

Ronald L. Davis, Ph.D., Collegio di Medicina del Baylor
Geni e memoria del sistema AMP ciclico in Drosophila

Scott E. Fraser, Ph.D., Università della California, Irvine
Studi teorici e sperimentali sulla modellazione nervosa e sulla competizione sinaptica

Michael R. Lerner, MD, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Yale
Memoria e olfatto

Jonathan D. Victor, MD, Ph.D., Collegio medico della Cornell University
Un'analisi della risposta evocata dell'elaborazione visiva centrale in salute e malattia

Richard A. Andersen, Ph.D., Il Salk Institute per gli studi biologici
Proprietà visuo-spaziali dei neuroni fotosensibili della corteccia parietale posteriore nelle scimmie

Clifford B. Saper, MD, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Washington
Organizzazione dei sistemi di eccitazione corticale

Richard H. Scheller, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford
Indagini sulla funzione, organizzazione ed espressione regolata dei geni dei neuropeptidi nell'Aplysia

George R. Uhl, MD, Ph.D., Ospedale generale del Massachusetts
Sistemi di neurotrasmettitori legati alla memoria: correlazione clinicopatologica e regolazione dell'espressione genica specifica

Bradley E. Alger, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università del Maryland
La depressione dell'inibizione può contribuire al potenziamento negli studi sulla fetta di ippocampo di ratto

Ralph J. Greenspan, Ph.D., Università di Princeton
Studi genetici e immunologici sulle molecole della superficie cellulare e il loro ruolo nello sviluppo neuronale nel topo

Thomas M. Jessell, Ph.D., Collegio di medici e chirurghi della Columbia University
Il ruolo dei neuropeptidi nella trasmissione sensoriale e nella nocicezione

Peter J. Whitehouse, MD, Ph.D., Scuola di Medicina della Johns Hopkins University
Le basi anatomo-patologiche dei deficit di memoria nella demenza

David G. Amaral, Ph.D., Il Salk Institute per gli studi biologici
Studi sullo sviluppo e sulla connettività dell'ippocampo

Robert J. Bloch, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università del Maryland
Macromolecole coinvolte nella formazione delle sinapsi

Stanley M. Goldin, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard
Ricostituzione, purificazione e localizzazione immunocitochimica delle proteine di trasporto degli ioni neuronali del cervello dei mammiferi

Lee L. Rubin, Ph.D., L'Università Rockefeller
Meccanismi di regolazione nella formazione delle sinapsi nervo-muscolo

Theodore W. Berger, Ph.D., Università di Pittsburgh
Strutture cerebrali coinvolte nell'amnesia umana: studio del sistema corticale ippocampo-subicolare-cingolato

Thomas H. Brown, Ph.D., Istituto di ricerca della Città della Speranza
Analisi quantistica del potenziamento sinaptico nei neuroni dell'ippocampo

Steven J. Burden, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard
La lamina basale sinaptica nello sviluppo e nella rigenerazione delle sinapsi neuromuscolari

William A. Harris, Ph.D., Università della California, San Diego
Guida assonale e attività impulsiva nello sviluppo

Robert P. Elde, Ph.D., Facoltà di Medicina dell'Università del Minnesota
Studi immunoistochimici sulle vie peptidergiche limbiche, prosencefaliche e ipotalmiche

Yuh-Nung Jan, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard
Studi sul potenziale lento utilizzando i gangli autonomi come sistemi modello

Eve Marder, Ph.D., Università Brandeis
Meccanismi neurotrasmettitori di cellule accoppiate elettricamente in un sistema semplice

Louis F. Reichardt, Ph.D., Università della California, San Francisco
Indagini genetiche sulla funzione nervosa nella cultura

Linda M. Hall, Ph.D., Istituto di Tecnologia del Massachussetts
Ruolo delle sinapsi colinergiche nell'apprendimento e nella memoria

Charles A. Marotta, MD, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard
Controllo della sintesi della tubulina cerebrale durante lo sviluppo

Urs S. Rutishauser, Ph.D., L'Università Rockefeller
Il ruolo dell'adesione cellula-cellula nello sviluppo dei tessuti neurali