Vincitori

André Berndt, PhD, Professore assistente, Dipartimento di Bioingegneria, Università di Washington

Ingegneria massivamente parallela e ad alto rendimento di biosensori optogenetici per la segnalazione neuronale

Le proteine fluorescenti e geneticamente codificate hanno rivoluzionato lo studio delle cellule cerebrali e dei circuiti neurali. Illuminandosi letteralmente in presenza di attività neurale specifica, che può poi essere registrata da microscopi e fibre luminose nei cervelli viventi, questo strumento ha svelato molti misteri e ha permesso ai ricercatori di visualizzare l'attività cerebrale e i percorsi neurali. Ma c’è stato un collo di bottiglia: sviluppare e identificare il miglior sensore per ogni esperimento. Queste proteine codificate devono reagire in presenza solo di stimoli specifici, in alcuni casi potrebbe essere necessario essere altamente sensibili, in altri casi potrebbe essere necessario emettere fluorescenza per un periodo di tempo più lungo, oppure un esperimento potrebbe richiedere due sensori per vedere come più neurotrasmettitori interagire.

In passato, ogni sensore doveva essere geneticamente modificato, prodotto e testato individualmente. Forse è stato possibile confrontarne solo poche dozzine o centinaia e i ricercatori hanno scelto l’opzione migliore da un piccolo campione, senza sapere se fosse disponibile un’opzione migliore e più precisa. Il Dr. Berndt ha sviluppato un processo per sviluppare e testare simultaneamente un gran numero di biosensori optogenetici, con l'obiettivo di selezionarne più di 10.000 al giorno e costruire un'enorme libreria di biosensori che possa fornire ai ricercatori l'accesso a proteine ingegnerizzate con precisione che possono utilizzare per eseguire analisi sempre più accurate. esperimenti più specifici.

La tecnologia utilizza l'ingegneria genetica rapida per creare un gran numero di varianti di un biosensore, quindi inserisce le singole varianti in una matrice di micropozzetti. I sensori vengono esposti a neuropeptidi – attualmente il dottor Berndt si sta concentrando su sensori oppioidi specifici per i ligandi – e i sensori ottici leggono quindi il microarray, rilevando la luminosità e altre variabili di ciascuna variante e selezionando le migliori opzioni per ulteriori test. Nel corso di due anni, verranno testati circa 750.000 biosensori e il processo per il loro screening sarà perfezionato, facendo avanzare la ricerca sulle azioni degli oppioidi nel cervello e fornendo un approccio versatile che altri ricercatori potranno utilizzare per i loro esperimenti.

Ruixuan Gao, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Chimica e Dipartimento di Scienze Biologiche, Università dell'Illinois Chicago

Profilazione spaziale inferiore a 10 nm di proteine sinaptiche e trascritti di RNA con microscopia ad espansione ad alta isotropia utilizzando un idrogel altamente omogeneo costruito con monomeri simili a tetraedri

Per esaminare cose molto piccole – come i neuroni e le loro sinapsi nel cervello – i ricercatori utilizzano potenti microscopi. Ma esiste un altro approccio che può produrre risultati impressionanti: espandere letteralmente un campione di tessuto e le cellule al suo interno mediante l’uso di uno speciale idrogel rigonfiabile attraverso un processo chiamato microscopia ad espansione. L'idrogel si lega ai diversi componenti molecolari delle cellule e si espande, mantenendo idealmente tutte le parti componenti nella stessa posizione relativa l'una rispetto all'altra, creando un campione più grande e più accessibile da studiare - in linea di principio, simile a scrivere su un palloncino, quindi gonfiarlo .

Tuttavia, gli attuali idrogel utilizzati per questo processo presentano alcuni inconvenienti quando si tratta di studiare strutture minuscole nel cervello. Il margine di errore nel mantenere la posizione relativa delle molecole non è preciso come desiderato. Un nuovo gel che potenzialmente risolve questo problema reagisce male al calore utilizzato nella denaturazione e nel trattamento dei campioni di tessuto. E può limitare l’uso di biomarcatori fluorescenti. Il dottor Gao mira a migliorare la tecnologia sviluppando un nuovo tipo di “tetra-gel”, che è progettato chimicamente per avere un monomero a forma di tetraedro che è estremamente uniforme mentre si espande, resiste al calore e consente l’uso di marcatori bioluminescenti. Svilupperà anche linker chimici, molecole specializzate che legheranno diversi componenti molecolari del campione al gel. L'obiettivo è quello di avere un campione espanso che corrisponda alla fedeltà dell'originale entro 10 nanometri, corrispondente alla risoluzione di potenti microscopi.

La ricerca del dottor Gao ha già identificato composti promettenti con cui sviluppare questo tetra-gel. Man mano che il suo laboratorio lo svilupperà e lo perfezionerà, ne applicherà le capacità allo studio, ad esempio, del cervello affetto da malattia di Parkinson a esordio precoce. Studiare l’esatta struttura di questi cervelli è stato impegnativo con i metodi tradizionali, e l’obiettivo è quello di mappare con precisione le proteine sinaptiche e le trascrizioni genetiche associate, aiutando a scoprire come è strutturato a livello molecolare il cervello con malattia di Parkinson a esordio precoce.

Mirna Mihovilovic Skanata, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Fisica, Syracuse University

Tecnologia di tracciamento a due fotoni per leggere e manipolare modelli neurali in animali che si muovono liberamente

Il gold standard per i neuroscienziati è essere in grado di registrare e manipolare ciò che accade nel cervello con un alto livello di precisione, su una vasta area, mentre un animale vivente si comporta liberamente e naturalmente. Nel corso degli anni la tecnologia ha permesso ai ricercatori di avvicinarsi a questo ideale, ma sempre con alcuni compromessi. Spesso, gli animali avevano bisogno di essere fissati sulla testa e/o avevano sensori o ottici intrusivi impiantati nel cervello, e spesso la registrazione o la manipolazione ad alta fedeltà era limitata a un'area relativamente piccola del cervello, mentre le registrazioni e la manipolazione su vasta scala erano limitate a un'area relativamente piccola del cervello. meno preciso.

Una delle sfide principali è semplicemente il movimento e la distorsione del cervello e dei neuroni in un animale che si muove liberamente. Ma la dottoressa Skanata sta sviluppando una nuova tecnologia di tracciamento a due fotoni che le consente di tracciare più singoli neuroni in un animale in movimento senza alcun impianto invasivo e di attivare o manipolare otticamente tali neuroni. Il modello utilizzato sono le larve del moscerino della frutta, che sono naturalmente trasparenti, e il sistema che il Dr. Skanata continuerà a sviluppare utilizza microscopi a due fotoni (che consentono un targeting molto preciso) accoppiati con un ingegnoso algoritmo in grado di rilevare rapidamente il movimento dei singoli neuroni e regolare la posizione del soggetto su un tavolino in movimento per mantenerlo centrato sotto il microscopio. Il sistema calcola le posizioni relative di più neuroni, si adatta al movimento e alla deformazione del cervello durante il movimento e monitora l'attività neurale su una vasta area.

Quando si traccia un animale che è stato modificato in modo che i neuroni possano attivarsi quando esposto alla luce ottica, il sistema consente ai ricercatori di accendere i neuroni con alta precisione durante l'attività naturale. È importante sottolineare che il sistema che il Dr. Skanata sta sviluppando ha la capacità di controllare in modo indipendente due raggi laser, in modo da poter tracciare più aree contemporaneamente e consentirà persino di monitorare l'attività tra individui, consentendo di comprendere l'attività neurale durante gli incontri di gruppo.

Timothy Dunn, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Ingegneria Biomedica, Duke University

Quantificazione comportamentale tridimensionale multiscala negli individui e nei gruppi sociali

Gli attuali metodi di misurazione del movimento degli animali che si comportano liberamente presentano dei limiti: osservazioni altamente dettagliate di piccoli movimenti di un animale (una singola cifra, ad esempio) richiedono intervalli di movimento ristretti. Studiare il comportamento in movimento libero nello spazio 3D spesso significa limitare la risoluzione, forse solo monitorare la posizione complessiva o fare affidamento sulla descrizione di un osservatore. Il tracciamento video automatico negli animali richiede in genere un ambiente innaturale e semplice e le parti del corpo non visibili alle telecamere non vengono tracciate in modo accurato. Le previsioni dell’intelligenza artificiale (AI) ad alta risoluzione su grandi spazi tridimensionali utilizzando la rappresentazione spaziale volumetrica, una tecnica recentemente sviluppata per superare questi problemi, richiedono un’enorme potenza di calcolo. L'aggiunta di più animali per le osservazioni sociali introduce ulteriori problemi.

Di conseguenza, vi è scarsa disponibilità dei dati più desiderati: tracciamento automatico ad alta risoluzione di animali nello spazio 3D che eseguono comportamenti naturali, da soli o in gruppi, e quantificazione di tale movimento in un formato standardizzato. Il dottor Dunn sta lavorando a un nuovo approccio che mira ad avvicinare quell'ideale. Basandosi su quanto appreso da un algoritmo di apprendimento automatico geometrico 3D utilizzato dal suo team per migliorare notevolmente l'accuratezza delle previsioni, il dottor Dunn e il suo team stanno ora lavorando sul campionamento adattivo ricorrente di immagini (ARIS) che combina immagini provenienti da più fotocamere per costruire un modello che può misurare e prevedere la posizione del corpo su molte scale, anche quando una parte (come un braccio o un piede) non è direttamente visibile.

ARIS migliora selettivamente la risoluzione delle caratteristiche corporee su scala ridotta e utilizza la modellazione predittiva basata su ciò che sa del soggetto (disposizione e lunghezza degli arti, come sono collegati, come si muovono, ecc.) – appreso prima analizzando enormi quantità dei dati di addestramento di ratti che si comportano liberamente e poi perfezionati utilizzando i dati di addestramento di altre specie, per concentrarsi sulla porzione di spazio in cui è probabile che si trovi la parte del corpo. Ciò utilizza una potenza di calcolo molto inferiore rispetto ai precedenti strumenti volumetrici 3D. Nella sua ricerca, il dottor Dunn implementerà ARIS e registrerà i dati su più scale, dalla posizione generale e postura fino al movimento delle caratteristiche fini delle mani, dei piedi e del viso. Ulteriori ricerche esploreranno la sua efficacia con più animali che interagiscono. Questa capacità di misurare il comportamento in un modo nuovo e più preciso ha ampie implicazioni per lo studio dei disturbi neurologici che influenzano il movimento, collegando l’attività cerebrale al comportamento e studiando le interazioni sociali.

Jeffrey Kieft, Ph.D., Professore, Dipartimento di Biochimica e Genetica Molecolare, Scuola di Medicina dell'Università del Colorado

Una nuova tecnologia per controllare il trascrittoma

L’RNA messaggero, o mRNA, è riconosciuto come un attore vitale nella vita e nella salute delle cellule. Queste molecole di RNA sono i modelli per produrre proteine e vengono create all'interno delle cellule per trasportare istruzioni al meccanismo di produzione delle proteine, quindi vengono distrutte dagli enzimi. La totalità dell’mRNA espresso da un organismo è chiamata “trascrittoma”.

Le carenze di mRNA e RNA non codificante (ncRNA) sono collegate ad alcuni disturbi neurodegenerativi e dello sviluppo neurologico. Se nel trascrittoma è presente una quantità insufficiente di mRNA o ncRNA specifico, alcune funzioni cellulari possono essere degradate o disabilitate. Il dottor Kieft sta esplorando un nuovo modo per gestire il trascrittoma rallentando il decadimento dell'mRNA e dell'ncRNA. Sapendo che alcuni enzimi che distruggono l'RNA essenzialmente lo "masticano" da un'estremità all'altra, il Dr. Kieft ha utilizzato la sua comprensione di come le molecole di RNA sono strutturate e si ripiegano su se stesse per creare un pezzo ingegnerizzato di RNA resistente all'esoribonucleasi (xrRNA) che , quando introdotto nell'mRNA o nell'ncRNA compatibile, si combina e si piega per formare una struttura "bloccante", cambiando letteralmente la forma dell'RNA inserendo una sporgenza che ferma gli enzimi nel loro percorso.

Rallentando il decadimento dell'mRNA e dell'ncRNA bersaglio, il Dr. Kieft vede l'opportunità di gestirne l'abbondanza all'interno del trascrittoma. Gli xrRNA ingegnerizzati potrebbero riconoscere solo obiettivi specifici, collegarsi ad essi e creare la protezione, in modo che i ricercatori possano aumentare la proporzione del bersaglio senza modificare la quantità creata. L'approccio ha il vantaggio di essere meno distruttivo per la cellula ospite rispetto al potenziamento innaturale dell'mRNA, e la precisione con cui l'xrRNA può essere ingegnerizzato offre il potenziale per colpire più RNA contemporaneamente e forse anche consentire la messa a punto gestendo con precisione la velocità di decadimento. Il dottor Kieft vede questa applicazione, nata dalla scienza di base che studia l’RNA, come uno strumento di ricerca potenzialmente potente per i neuroscienziati e forse anche la base per terapie in un futuro più lontano.

Suhasa Kodandaramaiah, Ph.D., Benjamin Mayhugh Professore assistente, Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Università del Minnesota Twin Cities

Registrazioni a livello cerebrale assistite da robot in topi che si comportano liberamente

I neuroscienziati che studiano l'attività cerebrale durante i comportamenti di solito devono fare un compromesso: usano sensori neurali miniaturizzati montati sulla testa che sono abbastanza leggeri da consentire all'animale soggetto di comportarsi liberamente, ma hanno una risoluzione inferiore o non possono monitorare l'intero cervello. Oppure utilizzano strumenti più potenti, che sono decisamente troppo pesanti per gli animali soggetti e richiedono altre soluzioni, come l'immobilizzazione lasciando che gli animali si muovano su un tapis roulant, o anche l'utilizzo di esperienze di realtà virtuale che tuttavia limitano il comportamento di un soggetto.

Il Dr. Kodandaramaiah sta affrontando la sfida con un esoscheletro cranico robotico che trasporta il peso dell'hardware di registrazione e monitoraggio neurale pur consentendo al soggetto (in questo caso un topo) di ruotare la testa in tutti e tre i gradi: una rotazione completa di 360 gradi nel asse di imbardata (rotazione orizzontale) e circa 50 gradi di movimento negli assi di beccheggio e rollio, mentre ci si sposta in un'arena. Il robot è dotato di tre bracci snodabili disposti in configurazione triangolare, sospesi sul soggetto e che si incontrano nel punto di montaggio sulla testa. I sensori nel supporto rileveranno il movimento che sta facendo il mouse e dirigeranno il robot per consentire il movimento con la minor forza resistiva possibile, consentendo al mouse di girarsi e muoversi all'interno di un'arena tipicamente utilizzata per esperimenti di neuroscienza con tutta l'attrezzatura sensoriale necessaria e fili provenienti dagli impianti supportati dal robot.

L’eliminazione della necessità di miniaturizzazione consente ai ricercatori di utilizzare qualsiasi hardware all’avanguardia disponibile, il che significa che un robot può teoricamente essere aggiornato per utilizzare la tecnologia più recente subito dopo la sua introduzione. Per arrivare a quel punto, il team del dottor Kodandaramaiah dovrà affrontare diversi passaggi: progettare l'esoscheletro; progettare il palco della testa con i sensori necessari oltre ad elettrodi ad alta densità e telecamere per l'osservazione esterna di occhi, baffi e altro; esecuzione di test da banco; sintonizzare il robot sugli input che un mouse può fornire; determinare come introdurre le sonde; e infine effettuare la registrazione dal vivo. Con questo supporto meccanico, il dottor Kodandaramaiah spera di aiutare i ricercatori ad avvicinarsi allo stato in cui possono effettuare registrazioni neurali dettagliate a livello cerebrale di soggetti che si comportano liberamente su lunghi periodi di tempo.

Eva Dyer, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di ingegneria biomedica di Wallace H. Coulter, Georgia Institute of Technology e Emory University

“Confronto di set di dati neurali su larga scala nel tempo, nello spazio e nel comportamento”

La capacità di osservare e registrare dati neurali su ampie parti del cervello ha prodotto enormi quantità di dati, rendendo possibile trovare modelli nei dati che possono spiegare quanti neuroni lavorano insieme per codificare informazioni sul mondo. Anche con i nuovi progressi nella ricerca di modelli a bassa dimensionalità nei set di dati, è ancora difficile confrontare più registrazioni su larga scala, sia su lunghi periodi di tempo, sia tra individui diversi che risolvono compiti uguali o simili, o tra stati patologici. L'esperienza della Dott.ssa Dyer nell'utilizzo dell'apprendimento automatico (ML) per decodificare l'attività cerebrale l'ha portata a una nuova soluzione per identificare modelli in più set di dati neurali di grandi dimensioni.

Il lavoro del dottor Dyer prevede la creazione di algoritmi di apprendimento automatico per estrarre informazioni significative da set di dati neurali, che sono etichettati per identificare se l'animale era addormentato, sveglio, in cerca di cibo o impegnato in vari movimenti o comportamenti. Nuove regole matematiche ispirate alla crittografia guidano gli algoritmi a identificare modelli simili in set di dati separati, cercando specificamente di abbinare l’attività neurale generata da diversi stati cerebrali come punto di partenza per allineare i dati. L'allineamento dell'attività neurale può mostrare come i modelli neurali sono correlati al comportamento e allo stato del soggetto, nonché prevenire la corruzione dovuta al rumore e fornisce un trampolino di lancio fondamentale per tecniche di analisi più potenti.

Il secondo obiettivo del dottor Dyer aiuterà i ricercatori a concentrarsi nuovamente sui singoli neuroni per capire come contribuiscono ai cambiamenti complessivi nell'attività neurale e se possono essere utilizzati per prevedere stati cerebrali specifici. La ricerca esplorerà ulteriormente se le differenze nei comportamenti possono essere ricondotte a specifici tipi di cellule e come le differenze osservate tra i set di dati possono essere utilizzate per caratterizzare la variazione tra i singoli animali. La capacità di decodificare e confrontare grandi set di dati neurali si rivelerà preziosa nella ricerca neurologica, indicando come la malattia neurodegenerativa influenza l'elaborazione delle informazioni da parte del cervello.

Rikky Muller, Ph.D., Professore assistente di ingegneria elettrica e informatica, Università della California – Berkeley

“Un dispositivo olografico ad alta velocità per il controllo optogenetico di migliaia di neuroni”

L’optogenetica – la modifica genetica dei neuroni affinché siano sensibili alla luce in modo che i ricercatori possano attivarli o silenziarli a piacimento – ha rivoluzionato la ricerca neuroscientifica. Abbinato a modulatori spaziali della luce che modellano la luce in ologrammi 3D, i ricercatori possono controllare individualmente molti neuroni distribuiti in una regione tridimensionale del cervello in vivo. Ma fino ad ora non esisteva un proiettore olografico in grado di controllare i neuroni alla velocità che si trova naturalmente nel cervello.

Il dottor Muller sta progettando e costruendo un proiettore olografico per risolvere questo problema. Il suo dispositivo trasmetterà immagini di luce olografica a una velocità di 10.000 fotogrammi al secondo (Hz). Molti televisori della generazione attuale aggiornano 60 fotogrammi al secondo, per fare un confronto, e gli strumenti olografici più veloci disponibili in commercio raggiungono il massimo a 500 Hz. Questa elevata frequenza di aggiornamento è necessaria per replicare la segnalazione neurale naturale, che implica tempi potenziali di azione di circa 1/1.000 di secondo (equivalenti a 1.000 Hz se si considerano le frequenze di aggiornamento). Inoltre, Muller mira a colpire migliaia di neuroni con precisione millimetrica, e proprio come velocità più elevate nei televisori si traducono in immagini più nitide, un ologramma da 10.000 Hz offrirà una maggiore precisione.

La dottoressa Muller, un ingegnere elettrico che si concentra sulla neurotecnologia, consulta regolarmente i neuroscienziati mentre progetta, testa e costruisce il dispositivo per garantire che soddisfi le loro esigenze. Il dispositivo utilizzerà una serie di microspecchi, che scolpirà modelli 3D di luce in posizioni e profondità specifiche attraverso l'attuazione elettrica di specchi in miniatura; la luce viene quindi trasmessa attraverso una serie di lenti. Il progetto progetterà e realizzerà innanzitutto due array: un array più piccolo per test e prove di concetto e un array di formato più grande, insieme ai driver e ai controlli associati che verranno utilizzati per la misurazione e la calibrazione. Infine, il team del dottor Muller produrrà un modulatore di luce spaziale completo di tutte le funzionalità. Si spera che questo strumento offra ai ricercatori una capacità senza precedenti di controllare e testare la connettività neurale.

Gilad Evrony, MD, Ph.D., Professore assistente, Centro di Genetica Umana e Genomica, Dip. di Pediatria e Neuroscienze e Fisiologia, Langone Health della New York University

"TAPESTRY: una tecnologia multi-omica a cellula singola per il tracciamento del lignaggio ad alta risoluzione del cervello umano"

È risaputo che ogni essere umano inizia come una singola cellula con un unico insieme di “istruzioni” del DNA, ma i dettagli di come quella cellula diventa trilioni – comprese le decine di miliardi di cellule nel cervello – sono ancora in gran parte sconosciuti. La ricerca del dottor Evrony è finalizzata allo sviluppo di una tecnologia chiamata TAPESTRY, che potrebbe illuminare questo processo costruendo un “albero genealogico” di cellule cerebrali, mostrando quali cellule progenitrici danno origine alle centinaia di tipi di cellule mature nel cervello umano.

La tecnologia potrebbe risolvere alcuni dei problemi chiave che devono affrontare i ricercatori che studiano lo sviluppo del cervello umano. Il metodo chiave per studiare lo sviluppo tracciando le linee genetiche (introducendo marcatori nelle cellule di animali immaturi e poi studiando come tali marcatori vengono trasmessi alla loro progenie) è impossibile negli esseri umani perché è invasivo. Il lavoro precedente del dottor Evrony insieme ai colleghi ha dimostrato che le mutazioni presenti in natura possono essere utilizzate per tracciare le linee genetiche nel cervello umano. TAPESTRY mira a far avanzare e ampliare questo approccio risolvendo diverse limitazioni dei metodi attuali. Innanzitutto, il tracciamento del lignaggio richiede un isolamento e un’amplificazione più affidabili delle piccole quantità di DNA delle singole cellule. In secondo luogo, una comprensione dettagliata dello sviluppo del cervello umano deve essere economicamente vantaggiosa per consentire la profilazione di migliaia o decine di migliaia di singole cellule. Infine, è necessario mappare anche i fenotipi delle cellule, non solo osservando quanto strettamente sono correlate tra loro, ma anche quali tipi di cellule sono. TAPESTRY cerca di risolvere queste sfide.

L'approccio del dottor Evrony è applicabile a tutte le cellule umane, ma è di particolare interesse per i disturbi cerebrali. Una volta mappati i lignaggi cerebrali sani, questi possono essere utilizzati come base per vedere come lo sviluppo del cervello differisce negli individui con vari disturbi che probabilmente insorgono durante lo sviluppo, come l’autismo e la schizofrenia.

Iaroslav 'Alex' Savtchouk, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Scienze Biomediche, Università Marquette

"Imaging panottico veloce dei volumi cerebrali tramite stereoscopia quadrangolare con tag temporale"

Le moderne tecniche di imaging ottico del cervello consentono l’osservazione di uno strato sottile del cervello, ma l’imaging di grandi quantità di attività cerebrale nello spazio tridimensionale – come un volume di cervello – si è rivelato scoraggiante. Il dottor Savtchouk ha sviluppato un approccio che consente ai ricercatori di vedere cosa sta accadendo non solo sulla superficie di un cervello, ma nel profondo e con una risoluzione spazio-temporale molto più elevata che mai.

Il processo principale – la microscopia a due fotoni – rileva l’attività cerebrale cercando la fluorescenza nelle cellule cerebrali geneticamente modificate di animali da laboratorio. Con un singolo laser, le informazioni sulla profondità vengono registrate molto lentamente. Con due raggi laser, i ricercatori ottengono essenzialmente una visione binoculare: possono vedere ciò che è più vicino e ciò che è più lontano, ma ci sono ancora “ombre” visive dove non si può vedere nulla (ad esempio, quando una persona guarda il bordo di una scacchiera, alcuni pezzi potrebbe essere bloccato da pezzi più vicini.) Il Dr. Savtchouk sta risolvendo questo problema con l'aggiunta di due raggi laser aggiuntivi, che forniscono una visione quadrupla e riducono notevolmente i punti ciechi. Sta anche sequenziando i tempi dei laser – che pulsano rapidamente – in modo che i ricercatori sappiano quale laser ha visto quale attività, fondamentale per costruire un modello tridimensionale accurato nel tempo.

Il progetto del dottor Savtchouk prevede innanzitutto la progettazione del sistema mediante simulazioni al computer, quindi la dimostrazione della sua applicazione con modelli murini. Il suo obiettivo è sviluppare modi per aggiornare i microscopi a due fotoni esistenti sia attraverso l'aggiunta di raggi laser che attraverso aggiornamenti all'hardware e al software, consentendo ai laboratori di beneficiare della tecnologia senza pagare per un sistema completamente nuovo.

Michael S. Fee, Ph.D., Glen V. e Phyllis F. Dorflinger Professori di Neuroscienze computazionali e di sistema, Dipartimento di Scienze del cervello e cognitive, Massachusetts Institute of Technology; e ricercatore presso il McGovern Institute for Brain Research

“Nuove tecnologie per l’imaging e l’analisi delle traiettorie dello spazio-stato neurale in piccoli animali che si comportano liberamente”

Lo studio dell’attività neurale nel cervello degli animali è una sfida di lunga data per i ricercatori. Gli approcci attuali sono imperfetti: le dimensioni attuali dei microscopi richiedono che gli animali siano limitati nella loro attività e questi microscopi offrono un campo visivo limitato dei neuroni. Facendo passi avanti nella miniaturizzazione del microscopio, il dottor Fee e il suo laboratorio stanno sviluppando gli strumenti necessari per vedere cosa succede nel cervello di un animale mentre l'animale è libero di eseguire comportamenti naturali.

Il microscopio montato sulla testa consente al dottor Fee di osservare i cambiamenti nel cervello dei giovani uccelli mentre imparano a cantare le loro canzoni. Mentre ascoltano, ripetono e imparano, il dottor Fee documenta i circuiti neurali che si sviluppano come parte di questo complesso processo di apprendimento. Questi circuiti sono legati ai circuiti umani che si formano durante l'apprendimento complesso di sequenze motorie, come imparare ad andare in bicicletta, e vengono interrotti in determinate condizioni, inclusa la malattia di Parkinson. Dato il suo obiettivo di documentare un processo di apprendimento naturale, è di vitale importanza poter registrare l'attività neurale durante i comportamenti naturali.

Oltre alla miniaturizzazione, il nuovo microscopio avrà la capacità di registrare un ordine di grandezza in più di neuroni rispetto ad altre tecniche utilizzate su animali che si comportano liberamente e sarà abbinato a una nuova analisi dei dati che consentirà ai ricercatori di effettuare osservazioni in tempo reale e adattare le loro osservazioni. esperimenti, accelerando il processo di ricerca. Avrà applicazioni immediate e ampie per i ricercatori che esplorano tutti i tipi di comportamenti cerebrali nei piccoli animali.

Marco Gallio, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neurobiologia, Northwestern University

“Riricablare le connessioni nel cervello vivente”

Questa ricerca mira ad espandere la nostra comprensione di come funziona il cervello consentendo agli scienziati di eliminare selettivamente le connessioni sinaptiche e di incoraggiare nuove connessioni tra i neuroni. Questo ricablaggio del cervello consentirà ai ricercatori di comprendere più precisamente quali connessioni svolgono un ruolo in specifici sottoinsiemi di effetti neurologici.

Ogni neurone all'interno di un circuito cerebrale si connette a più bersagli. Ciascun target può avere una funzione unica e quindi elaborare le stesse informazioni in arrivo in modo completamente diverso. Ad esempio, alcuni neuroni specifici nel cervello del moscerino della frutta trasportano informazioni sull'ambiente esterno che vengono utilizzate per allontanarsi rapidamente da minacce imminenti (un comportamento innato), ma anche per produrre associazioni durature attraverso l'apprendimento.

La tecnologia proposta consentirà ai ricercatori di individuare le connessioni critiche per ciascun processo rimuovendo selettivamente le sinapsi ai centri di apprendimento lasciando intatte tutte le altre connessioni. Il progetto mira a utilizzare l'ingegneria genetica per produrre proteine progettate che mediano la repulsione o l'attrazione/adesione tra partner sinaptici geneticamente definiti nel cervello intatto degli animali viventi. Oltre a dimostrare che questo tipo di ricablaggio del cervello è possibile, la ricerca porterà alla creazione di nuovi ceppi di moscerini della frutta con una genetica unica che potrà essere immediatamente condivisa con altri ricercatori. In base alla progettazione, questi strumenti possono essere facilmente modificati per l’uso in qualsiasi modello animale o applicati a diverse parti del cervello, consentendo una classe completamente nuova di studi neurologici con profonde implicazioni per la nostra comprensione di come funziona il cervello umano.

Jose M. Carmena, Ph.D., Professore, Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica e Helen Wills Neuroscience Institute, Università della California Berkeley

Michel M. Maharbiz, Ph.D., Professore, Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica, Università della California Berkeley

Neural Dust: una tecnologia ultrasonica, a bassa potenza, estremamente miniaturizzata per registrazioni neurali completamente wireless e senza vincoli nel cervello

Dott. Carmena e Maharbiz stanno collaborando per creare la prossima generazione di interfaccia cervello-macchina (BMI) utilizzando la cosiddetta “polvere neurale”, sensori a ultrasuoni impiantabili, delle dimensioni di un granello, che potrebbero eliminare la necessità di fili che passano attraverso il cranio e consentire per la registrazione corticale wireless in tempo reale e senza vincoli. Mentre ricercatori nei loro laboratori, insieme ad altri colleghi del Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica dell'Università della California Berkeley e dell'Helen Wills Neuroscience Institute, stanno studiando il potenziale della tecnologia della polvere neurale applicata ai muscoli e al sistema nervoso periferico, il finanziamento di McKnight consentirà ai ricercatori di applicare il concetto al sistema nervoso centrale, un metodo che secondo loro potrebbe rivoluzionare la neurologia nello stesso modo in cui il pacemaker ha rivoluzionato la cardiologia. Attraverso il funzionamento a circuito chiuso della tecnologia della polvere neurale, Carmena e Maharbiz immaginano un futuro in cui il cervello potrebbe essere addestrato o trattato per ripristinare la normale funzionalità in seguito a lesioni o all’insorgenza di malattie neuropsicologiche.

Ali Gholipour, Ph.D., Professore assistente in Radiologia, Harvard Medical School; Direttore della ricerca traslazionale in radiologia e scienziato del laboratorio di radiologia computazionale presso il Boston Children's Hospital

Tecnologia di imaging resistente al movimento per l'analisi quantitativa dello sviluppo precoce del cervello 

Il movimento di feti, neonati e bambini piccoli rappresenta una sfida speciale per i ricercatori focalizzati sull’imaging avanzato per analizzare lo sviluppo precoce del cervello e identificare possibili interruzioni. Il gruppo di ricerca del Dr. Gholipour nel Laboratorio di Radiologia Computazionale del Boston Children's Hospital sta lavorando per sviluppare, valutare e diffondere nuove tecnologie e software per la risonanza magnetica (MRI) robusti al movimento che consentiranno ai ricercatori di studiare e caratterizzare i processi in-utero, perinatali. e la funzione e la struttura del cervello della prima infanzia. Nuovi strumenti di imaging e analisi delle immagini possono portare a notevoli miglioramenti nella capacità della comunità delle neuroscienze di raccogliere e analizzare grandi dati per migliorare la comprensione dello sviluppo precoce del cervello e stabilire un collegamento più chiaro con i disturbi che possono avere origine nelle prime fasi della vita.

Narayanan (Bobby) Kasthuri, Ph.D., MD, Università di Chicago e Argonne National Labs

Brain-X: mappe su scala nanometrica di interi cervelli che utilizzano raggi X ad alta energia basati sul sincrotrone

Il laboratorio del dottor Kasthuri utilizza raggi X ad alta energia per creare mappe complete ed esaurienti del cervello. Le pile di immagini generate producono quantità sbalorditive di dati che possono essere segmentati per identificare la posizione di ogni neurone, vaso sanguigno e componente del cervello. Generando mappe di topi sani e cervelli umani, gli scienziati possono confrontarli con campioni patologici per comprendere meglio le differenze cellulari e, in definitiva, sinaptiche nei cervelli malati affetti da autismo, diabete e ictus, tra le altre malattie.

Stephen Miller, Ph.D., Scuola di medicina dell'Università del Massachusetts

Superare le barriere all’imaging nel cervello

L'imaging nel cervello è difficile, poiché molte sonde molecolari non sono in grado di attraversare la barriera emato-encefalica (BBB). Il dottor Miller e il suo laboratorio hanno trovato modi per migliorare l'imaging nei tessuti profondi del cervello sfruttando le proprietà bioluminescenti della lucciola. Il team di Miller ha modificato il substrato naturale della luciferina della lucciola per aumentare la sua capacità di accedere al cervello degli animali vivi. La luminosità del cervello può essere utilizzata per rilevare l’espressione genetica, l’attività enzimatica, monitorare la progressione della malattia o valutare l’efficacia di nuovi farmaci.

Lungo Cai, Ph.D., Istituto di tecnologia della California

Decifrare le basi molecolari dell'identità cellulare nel cervello mediante sequenziamento FISH

Il laboratorio di Cai ha sviluppato un metodo di imaging ad alta potenza basato sulla “ibridazione in situ fluorescente di una singola molecola” o smFISH, che rende possibile osservare le informazioni genetiche (ad esempio l'RNA) all'interno delle cellule. Ora cerca di adattare questo metodo per profilare l'espressione genica direttamente nel cervello alla stessa alta risoluzione utilizzando FISH sequenziale (seqFISH).

Cynthia Chestek, Ph.D., Università del Michigan

Alta densità 90μMarray di microfili di carbonio per registrare ogni neurone nello strato 5

Il laboratorio di Chestek sta sviluppando un modo per registrare e visualizzare neuroni sani, interconnessi e attivi in un arco di tempo con una densità mai vista prima. Utilizzando minuscoli elettrodi a filo di carbonio, prevede di registrare i neuroni nel cervello di un ratto da una serie di canali e quindi di tagliare il cervello per visualizzare l'intero circuito. L'obiettivo è ottenere un array di 64 canali che possa essere osservato ad alta densità utilizzando un connettore neuroscientifico convenzionale.

Spencer Smith, Ph.D., Università della Carolina del Nord a Chapel Hill

Imaging multifotone per grandi volumi cerebrali

I singoli neuroni agiscono insieme in modi complessi per modellare pensieri e comportamenti. L’imaging multifotone, in grado di risolvere singoli neuroni a pochi millimetri di distanza, sembra offrire un modo innovativo per studiare questo processo. Basandosi su ricerche precedenti con la microscopia a due fotoni, il laboratorio di Spencer sta cercando di costruire un sistema ottico personalizzato per ottenere l'accesso a 1 milione di neuroni pur mantenendo la capacità di osservare i neuroni individualmente.

Juan Carlos Izpisua Belmonte, Ph.D., Il Salk Institute per gli studi biologici

Derivazione, caratterizzazione e modificazione genetica delle linee cellulari germinali primordiali dell'uistitì comune in una nuova condizione

Il laboratorio Izpisua Belmonte sta lavorando per ridurre il tempo necessario per sviluppare modelli animali di primati non umani, in particolare uistitì. Belmonte ha sviluppato una strategia per facilitare la generazione di modelli di uistitì transgenici utilizzando cellule germinali primordiali (PGC). La ricerca ha il potenziale per offrire risorse cellulari illimitate per studiare lo sviluppo delle cellule germinali dei primati in una piastra e, combinato con strumenti di modifica del genoma, l’approccio può aiutare a creare nuovi modelli animali per le malattie umane.

Sotiris Masmanidis, Ph.D., Università della California, Los Angeles

Microsonde al silicio per il monitoraggio delle dinamiche cerebrali su mesoscala

Il laboratorio Masmanidis sta sviluppando dispositivi a base di silicio microlavorati, o microsonde, che possono essere resi ampiamente disponibili attraverso la produzione di massa e possono registrare molti neuroni contemporaneamente con una risoluzione di millisecondi. Le microsonde consentiranno a Masmanidis di studiare come più cellule cerebrali interagiscono durante il comportamento e l'apprendimento. Inoltre, il suo laboratorio sarà pioniere nelle tecniche per etichettare con precisione le posizioni delle registrazioni, migliorando la precisione della mappatura dell’attività cerebrale.

Kate O'Connor-Giles, Ph.D., Università del Wisconsin, Madison

Un toolkit CRISPR/Cas9 per l'analisi completa dei circuiti neurali

O'Connor-Giles cerca di sviluppare kit di strumenti modulari per identificare a livello molecolare e ottenere il controllo genetico dei sottotipi neuronali. Questi kit di strumenti forniranno risorse fondamentali per caratterizzare i contributi funzionali dei geni all'identità neuronale e i sottotipi neuronali al comportamento. Il laboratorio O'Connor-Giles utilizzerà queste stesse tecnologie per capire come i neuroni si collegano insieme durante lo sviluppo. Il lavoro si basa sul recente successo del laboratorio nell’adattare la tecnologia di ingegneria genomica CRISPR/Cas9 nei moscerini della frutta.

Thomas R. Clandinin, Ph.D., Università di Stanford

Un metodo genetico per mappare le reti neuronali definite dalle sinapsi elettriche

La maggior parte della ricerca sui circuiti cerebrali si è concentrata sulle sinapsi chimiche, che sono più facili da studiare rispetto alle sinapsi elettriche. Ma questo quadro incompleto del cablaggio cerebrale ostacola gli sforzi volti a comprendere i cambiamenti nell’attività cerebrale. Clandinin propone di sviluppare un metodo genetico generalizzabile per determinare quali neuroni si connettono elettricamente agli altri. Entro la fine del periodo di sovvenzione di due anni, si aspetta di avere una serie di strumenti funzionanti per i moscerini della frutta, nonché un'indagine sulle connessioni elettriche specifiche nel cervello della mosca e strumenti analoghi pronti per i test sui topi.

Matthew J. Kennedy, Ph.D., E Chandra L. Tucker, Ph.D., Università del Colorado – Denver

Strumenti ottici per manipolare sinapsi e circuiti

L'optogenetica è un campo relativamente nuovo che prevede il controllo della funzione neuronale con la luce. Kennedy e Tucker sperano di ampliare il campo progettando nuovi strumenti che consentiranno agli utenti di utilizzare la luce per controllare i processi a valle dall'attivazione neuronale, con particolare attenzione alla segnalazione di molecole importanti per la formazione, l'eliminazione e la plasticità delle sinapsi. Hanno inoltre in programma di sviluppare strumenti che consentano agli utenti di manipolare le fondamentali vie di segnalazione molecolare responsabili dell'apprendimento e della memoria nel cervello.

Zachary A. Knight, Ph.D., Università della California – San Francisco

Sequenziamento della neuromodulazione con ribosomi ingegnerizzati

Il cervello dei mammiferi contiene centinaia di tipi di cellule neurali, ciascuno con modelli distinti di espressione genetica. Il laboratorio di Knight sta costruendo strumenti per mappare gli eventi biochimici nel cervello dei topi su questa diversità molecolare di cellule. Svilupperà metodi per la cattura dell'RNA che possono aiutare a determinare l'identità molecolare delle cellule sottostanti. Questi strumenti consentiranno ai neuroscienziati di identificare i neuroni specifici che vengono modulati durante i cambiamenti nel comportamento, nella fisiologia o nella malattia. Queste cellule identificate possono quindi essere manipolate geneticamente per comprenderne la funzione.

Don B. Arnold, Ph.D., Professore associato di biologia molecolare e computazionale, University of Southern California

Ablazione degli intracorpi: strumenti per l'ablazione diretta delle proteine endogene

Le proteine vengono continuamente prodotte e degradate nel cervello. Il dottor Arnold sta lavorando su strumenti che consentano agli scienziati di manipolare il processo di degradazione delle proteine per la ricerca biomedica. Questi strumenti, noti come intracorpi ablativi, possono mediare la degradazione rapida, efficiente e specifica delle proteine. Una proteina potrebbe essere degradata per testare la sua funzione nelle cellule normali o per studiare gli effetti dannosi di una particolare proteina patologica, ad esempio in una malattia neurodegenerativa. Attualmente, gli scienziati possono causare l’ablazione proteica solo indirettamente, eliminando il gene o l’RNA che codifica la proteina. L'ablazione degli intracorpi provoca la degradazione diretta delle proteine bersaglio e quindi funziona molto più rapidamente. Possono anche prendere di mira proteine con conformazioni particolari o con specifiche modifiche post-traduzionali. Il dottor Arnold testerà l'uso dell'ablazione degli intracorpi manipolando il contenuto proteico dei siti postsinaptici per studiare la funzione sinaptica, l'omeostasi e la plasticità all'interno del cervello. La ricerca, se avrà successo, potrebbe avere ampia applicazione nelle scienze biomediche.

James Eberwine, dottorato di ricerca, Professore di Farmacologia, ed Ivan J. Dmochowski, Professore Associato di Chimica, Università della Pennsylvania

Il tag TIVA consente la vera genomica dei sistemi neuronali

Sebbene da diversi anni sia possibile studiare l’espressione genica nelle singole cellule in colture di laboratorio, i continui progressi in neurobiologia richiedono la capacità di esaminare la funzione genetica e la regolazione a livello di sistema, nei tessuti intatti o negli organismi viventi. Dott. Eberwine e Dmochowski stanno lavorando a un metodo per isolare l'RNA dalle cellule vive attraverso un approccio di cui sono stati i pionieri, chiamato TIVA-tag (per Transcriptome In Vivo Analysis). Durante il periodo della sovvenzione, intendono personalizzare la chimica dei composti TIVA-tag per raccogliere l'RNA dalle cellule con maggiore specificità, efficienza e meno danni ai tessuti rispetto a quanto possibile in precedenza. Entro la fine del periodo di sovvenzione intendono stabilire l'approccio TIVA-tag come metodologia praticabile per la genomica a livello di sistema.

Doris Tsao, Ph.D., Professore assistente di biologia, California Institute of Technology, e William J. Tyler, Ph.D., Professore assistente presso il Virginia Tech Carilion Research Institute, Scuola di Ingegneria e Scienze Biomediche

Modulazione funzionale dei circuiti cerebrali intatti dei primati mediante ultrasuoni pulsati

Alla neuroscienza manca uno strumento per stimolare in modo non invasivo specifici loci 3D in qualsiasi parte del cervello umano. Il lavoro precedente del Dr. Tyler ha dimostrato che la neuromodulazione ultrasonica può stimolare in modo non invasivo i neuroni nel cervello del topo vivente. Il prossimo passo sarà caratterizzare il modo in cui gli ultrasuoni influenzano un primate non umano, il macaco, il cui cervello è più grande e più complesso di quello del topo. I ricercatori intendono osservare le risposte neuronali, il flusso sanguigno cerebrale e il comportamento degli animali durante la neuromodulazione ultrasonica focalizzata. In definitiva, i dott. Tsao e Tyler mirano a sviluppare un modo per utilizzare gli ultrasuoni per stimolare aree specifiche del cervello umano, che fornirà un nuovo potente strumento per comprendere i circuiti cerebrali negli esseri umani e fornirà nuove strategie per il trattamento di malattie neurologiche e psichiatriche pervasive.

Samuel S.-H. Wang, Ph.D., Professore Associato di Biologia Molecolare, Università di Princeton

Superare i limiti dinamici degli indicatori di calcio geneticamente codificabili

Le proteine fluorescenti che cambiano la loro luminosità quando le cellule cerebrali sono attive sono utili per osservare l’attività neurale alla base della percezione, della memoria e di altri processi cognitivi. Le versioni attuali di queste proteine rispondono solo lentamente, su scale temporali di un secondo o più. Il laboratorio del dottor Wang sta riprogettando queste proteine per rispondere più rapidamente e per una gamma più ampia di attività. Combinati con metodi ottici avanzati, tali progressi consentiranno di tracciare piccole parti del tessuto cerebrale nello stesso modo in cui l’imaging fMRI traccia l’intero cervello, con il vantaggio che il nuovo metodo consentirà ai ricercatori di vedere singole cellule e cambiamenti che si verificano nell’arco di millisecondi. Questa ricerca fa parte di un impegno più ampio da parte dei neuroscienziati per sviluppare tecnologie per studiare le reti cerebrali mentre un animale impara, o per vedere cosa va storto negli animali con difetti neurologici.

Sandra Bajjalieh, Ph.D., Professore di Farmacologia, Università di Washington

Sviluppo di biosensori per la segnalazione dei lipidi

I cambiamenti nei lipidi di membrana svolgono un ruolo nella segnalazione neuronale, ma i ricercatori non sono ancora in grado di monitorare in modo affidabile la produzione dei lipidi di segnalazione. Bajjalieh prevede di generare sensori per monitorare la generazione di lipidi di segnalazione nelle cellule in tempo reale. Costruirà proteine che si legano a due lipidi segnalatori in assenza di altri segnali e le utilizzerà per sviluppare sonde fluorescenti per tracciare la posizione di questi lipidi. Queste informazioni consentiranno di estendere l'approccio ad altri lipidi.

Guoping Feng, Ph.D., Professore di scienze del cervello e cognitive, McGovern Institute for Brain Research, Massachusetts Institute of Technology

Sviluppo di uno strumento molecolare in vivo per la manipolazione genetica di microcircuiti neuronali comportamentalmente definiti utilizzando il rilevamento coincidente di attività e luce

Per studiare più da vicino il modo in cui il cervello elabora le informazioni, Feng sta sviluppando uno strumento per catturare specifiche popolazioni neuronali attivate dai comportamenti animali entro un breve periodo definito da impulsi di luce e selezionare le cellule cerebrali per l’alterazione genetica in base a tale attività. Queste cellule possono quindi essere testate per valutare il loro coinvolgimento nel comportamento. In caso di successo, lo strumento consentirà ai neuroscienziati di modificare geneticamente qualsiasi gruppo di neuroni attivati da un comportamento specifico in un periodo precisamente definito.

Feng Zhang, Ph.D., Investigatore, McGovern Institute for Brain Research; Membro principale del Broad Institute del MIT e di Harvard; Professore assistente di Scienze del cervello e cognitive, Massachusetts Institute of Technology

Ingegneria genomica precisa utilizzando le ricombinasi degli effettori Designer TAL

L'espressione genetica è comunemente utilizzata per identificare il tipo di neurone, ma la manipolazione genetica convenzionale è inefficiente ed è limitata in gran parte al topo. Zhang sta lavorando su un modo per modificare il genoma dei neuroni utilizzando geni reporter che possono essere introdotti in cellule e circuiti cerebrali specifici. Questa tecnologia consentirebbe di introdurre mutazioni umane in modelli animali per determinare se le mutazioni genetiche causano una malattia. La tecnologia ridurrà anche il tempo necessario per generare un modello animale.

Michael Berry II, Ph.D., Professore Associato di Biologia Molecolare, Università di Princeton

Micropipetta patch clamp microfabbricata

Il laboratorio di Berry svilupperà una micropipetta con cerotto microfabbricato che consentirà nuovi esperimenti non possibili con le micropipette con cerotto in vetro convenzionali, come la capacità di controllare facilmente l'ambiente chimico dei neuroni mediante dialisi rapida. Il dispositivo sarà inoltre più affidabile e più semplice da utilizzare rispetto alle micropipette esistenti, con un notevole risparmio di tempo e fatica.

Robert Kennedy, Ph.D., Hobart H. Willard Professore di Chimica e Professore di Farmacologia, Università del Michigan

Monitoraggio in vivo dei neurotrasmettitori ad alta risoluzione spaziale e temporale

Per misurare i neurotrasmettitori in vivo ad alta risoluzione spaziale e temporale, il laboratorio di Kennedy sta sviluppando una sonda miniaturizzata che può raggiungere qualsiasi regione del cervello del topo per generare piccoli campioni da analizzare a intervalli frequenti. Questa tecnologia offre un potenziale passo avanti per le neuroscienze, perché gran parte del lavoro genetico e molti modelli di malattie si basano sul topo.

Timothy Ryan, Ph.D., Professore di Biochimica, Weill Cornell Medical College

Sviluppo di un reporter sinaptico di ATP

Il laboratorio di Ryan sta sviluppando un modo più accurato per misurare la concentrazione di ATP in specifici compartimenti neuronali e per ottenere informazioni dinamiche per monitorare i livelli di ATP durante la comunicazione sinaptica in corso. Ciò dovrebbe aiutare a determinare se gli squilibri energetici fondamentali si manifestano in varie malattie e come le forniture di ATP sono normalmente regolate a livello delle sinapsi.

W. Daniel Tracey, Ph.D., Professore di Anestesiologia, Biologia Cellulare e Neurobiologia, Duke University Medical Center

Rabdovirus geneticamente codificati per la mappatura funzionale delle connessioni neuronalinettività

Il laboratorio di Tracey sta sviluppando un sistema di espressione genetica virale per esplorare i circuiti neurali nel moscerino della frutta. L'obiettivo è usarlo per manipolare geneticamente le cellule nervose, tracciare le loro connessioni e manipolare l'attività dei neuroni interconnessi. Se questo avrà successo con i moscerini della frutta, Tracey spera che le stesse tecniche possano essere utili per gli studi sul cervello dei mammiferi.

Joseph Fetcho, Ph.D., Professore di Neurobiologia e Comportamento, Cornell University

Modelli di mappatura delle connessioni sinaptiche in vivo

Non esiste un modo semplice per rivelare tutte le cellule nervose che si collegano a un'altra cellula mentre quelle cellule sono vive. Lavorando con il pesce zebra, Fetcho propone di utilizzare metodi ottici, in base ai quali tutti i neuroni collegati a una particolare cellula nervosa cambierebbero colore, per mappare lo schema di cablaggio nel sistema nervoso vivente intatto. In definitiva, un simile approccio potrebbe aiutare a rivelare i modelli di cablaggio che sono alla base del movimento e di altri comportamenti.

Pavel Osten, MD, Ph.D., Professore associato di Neuroscienze, Laboratorio di Cold Spring Harbor

Anatomia automatizzata ad alto rendimento per il cervello di topo fluorescente

Il progetto di Osten cerca di contribuire a colmare il divario tra lo studio delle funzioni cerebrali molecolari e cellulari e lo studio dell'intero cervello. Utilizzando una nuova tecnologia di imaging, si sta concentrando sulla mappatura dei cambiamenti nei circuiti neurali nei topi portatori di mutazioni genetiche legate all'autismo e alla schizofrenia. Spera che la tecnologia fornisca un modo veloce e accurato per studiare molti modelli genetici di topi per comprendere meglio una serie di malattie psichiatriche umane.

Thomas Otis, Ph.D., Professore di Neurobiologia, Geffen School of Medicine, Università della California, Los Angeles

Sviluppo di metodi ottici per il monitoraggio della tensione in gruppi di neuroni neuroanatomici

Otis e i suoi colleghi, tra cui il ricercatore co-principale Julio Vergara, hanno sviluppato una tecnologia di sensori che consente di misurare gli impulsi nervosi con alta fedeltà utilizzando nuovi metodi ottici. Lo scopo della sovvenzione è perfezionare il loro metodo ottico in modo che possa monitorare l'attività neurale in molti neuroni contemporaneamente.

Larry J. Young, Ph.D., William P. Timmie Professore di scienze psichiatriche e comportamentali e capo divisione, Centro di neuroscienze comportamentali, Yerkes National Primate Research Center

Sviluppo di tecnologie transgeniche nelle arvicole delle praterie per analizzare la genetica e i circuiti neurali del legame sociale

Lo studio di comportamenti sociali complessi, come l’educazione materna e il legame sociale, è limitato dalla difficoltà di manipolare l’espressione genetica per apprendere come geni specifici regolano il comportamento sociale. Young mira a generare arvicole transgeniche della prateria, che sono altamente sociali, e a identificare i geni responsabili delle variazioni individuali nel comportamento sociale. La ricerca avrà particolare rilevanza per disturbi quali l'autismo e la schizofrenia.

Enrico Lester, dottorato di ricerca, Istituto di tecnologia della California

Canali ionici per l'ingegneria neuronale

Lester utilizzerà canali ionici e recettori per ottenere informazioni su come i neuroni sono collegati all'interno dei circuiti e su come tali circuiti controllano il comportamento. Progetterà nuovi canali recettoriali che rispondono solo a un farmaco, l'ivermectina, che può essere somministrato nella dieta di un animale. Una volta sviluppati questi recettori, sarà possibile studiare come l'attivazione o l'inibizione di neuroni selezionati influenzi il comportamento.

Charles M. Lieber, Ph.D., Università di Harvard

Array di dispositivi nanoelettronici per la mappatura elettrica e chimica delle reti neurali

Lieber prevede di sviluppare e dimostrare nuovi strumenti elettrofisiologici abilitati alle nanotecnologie per misurare la segnalazione elettrica e biochimica sulla scala delle sinapsi naturali, utilizzando campioni che vanno dalle reti neurali in coltura al tessuto cerebrale. A lungo termine, questi strumenti potrebbero essere utilizzati come nuove potenti interfacce tra il cervello e i dispositivi protesici neurali nella ricerca biomedica e, in ultima analisi, nel trattamento.

Fernando Nottebohm Ph.D., Università Rockefeller

Sviluppo di una tecnica per creare uccelli canori transgenici

Lo studio dell’apprendimento vocale negli uccelli canori fornisce un modo eccellente per esplorare come i ricordi vengono immagazzinati in un cervello complesso e come il danno al sistema nervoso centrale può essere riparato mediante sostituzione neuronale. Nottebohm cerca di sviluppare un protocollo per la produzione efficiente di uccelli canori transgenici al fine di testare il coinvolgimento che i singoli geni potrebbero avere nell'apprendimento e nella riparazione del cervello.

Dalibor Sames, Ph.D., E David Sulzer, Ph.D., Università della Columbia

Sviluppo di falsi neurotrasmettitori fluorescenti: nuove sonde per la visualizzazione diretta del rilascio di neurotrasmettitori da singoli terminali presinaptici

Sames e Sulzer hanno sviluppato falsi neurotrasmettitori fluorescenti (FFN) che agiscono come traccianti ottici della dopamina e consentono il primo mezzo per visualizzare otticamente la neurotrasmissione nelle singole sinapsi. Applicando gli FFN, Sames e Sulzer svilupperanno nuovi metodi ottici per esaminare i cambiamenti sinaptici associati all'apprendimento nonché i processi patologici rilevanti per i disturbi neurologici e psichiatrici come il morbo di Parkinson e la schizofrenia.

Paul Brehm, Ph.D., Università della salute e della scienza dell'Oregon

Una nuova proteina fluorescente verde degli echinodermi fornisce una registrazione a lungo termine dell’attività della rete neuronale

Brehm sta esplorando un nuovo modo di visualizzare l'attività cellulare nei tessuti sani e malati. Propone un'alternativa alla proteina fluorescente verde della medusa: la fragile stella bioluminescente Ophiopsila, la cui fluorescenza di lunga durata nelle cellule nervose può fornire una storia a lungo termine della loro attività cellulare.

Timothy Holy, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Washington

Imaging ottico tridimensionale ad alta velocità dell'attività neurale nel tessuto intatto

Holy sta sviluppando metodi ottici per la registrazione simultanea di popolazioni molto grandi di neuroni utilizzando sottili fogli di luce che scansionano rapidamente il tessuto cerebrale in tre dimensioni. In caso di successo, lo studio potrebbe aiutare gli scienziati a osservare il riconoscimento dei modelli e l’apprendimento a livello cellulare.

Krishna Shenoy, Ph.D., Università di Stanford

HermesC: un sistema di registrazione neurale continua per primati che si comportano liberamente

Il laboratorio di Shenoy sta cercando di saperne di più su come agiscono i neuroni sviluppando un sistema di registrazione in miniatura, montato sulla testa e di alta qualità, da utilizzare sulle scimmie durante le loro attività quotidiane. In caso di successo, questo lavoro creerà un dispositivo di registrazione in grado di monitorare i singoli neuroni nel comportamento delle scimmie per giorni e settimane.

Gina Turrigiano, Ph.D., Università Brandeis

Mappatura della posizione delle proteine sinaptiche mediante criomicroscopia a fluorescenza a super risoluzione

Turrigiano e il suo collaboratore, David DeRosier, Ph.D., svilupperanno strumenti per mappare il modo in cui le proteine sinaptiche sono organizzate in macchine molecolari in grado di generare ricordi e funzioni cognitive. Se ciò avrà successo, alla fine saranno in grado di determinare come le sinapsi diventano disorganizzate negli stati patologici.

Pamela M. Inghilterra, Ph.D.,Università della California a San Francisco

Monitoraggio del traffico dei recettori AMPA in tempo reale

Il laboratorio inglese svilupperà una nuova serie di strumenti molecolari, basati su derivati sintetici della filantotossina, che potrebbero essere utilizzati per studiare il traffico sulla superficie cellulare del sottotipo AMPA del recettore del glutammato. L'obiettivo è produrre una serie di derivati della tossina che inattiveranno i recettori AMPA con composizioni di subunità specifiche, consentendo così lo studio farmacologico del ruolo di queste diverse classi di recettori AMPA nei neuroni viventi.

Alan Jasanoff, Ph.D., Istituto di Tecnologia del Massachussetts

MRI funzionale a livello cellulare con agenti di imaging del calcio

Jasanoff esplorerà un nuovo metodo di risonanza magnetica funzionale (fMRI), sviluppato nel suo laboratorio, basato su nanoparticelle di ossido di ferro che producono contrasto dell'immagine quando si aggregano. In caso di successo, il nuovo metodo sarà una misura più diretta dell’attività neurale, con il potenziale per una migliore risoluzione spaziale e temporale nella fMRI.

Richard J. Krauzlis, Ph.D., E Edward M. Callaway, Ph.D., Il Salk Institute per gli studi biologici

Utilizzo di vettori virali per sondare i circuiti sensomotori nel comportamento dei primati non umani

Krauzlis e Callaway svilupperanno un metodo per inattivare specifiche sottopopolazioni di neuroni in regioni localizzate della corteccia cerebrale delle scimmie. In caso di successo, il loro metodo fornirà un mezzo per valutare come specifiche sottopopolazioni di neuroni in diverse regioni del cervello funzionano nei circuiti per abilitare funzioni cerebrali superiori, come la percezione, la memoria e il controllo sensomotorio.

Markus Meister, Ph.D., CalTech

Registrazione wireless di treni di impulsi multi-neuronali in animali che si muovono liberamente

Meister e i suoi collaboratori, Alan Litke dell'Università della California, Santa Cruz e Athanassios Siapas del Caltech, progetteranno un sistema di microelettrodi wireless che consentirà la registrazione di segnali elettrici neurali provenienti da animali che si muovono liberamente senza fili collegati. Combinando tecnologie per la miniaturizzazione e materiali leggeri, questo sistema dovrebbe facilitare la misurazione della dinamica neurale durante comportamenti veramente naturali, come scavare, arrampicarsi o volare.

Karl Deisseroth, MD, Ph.D., Università di Stanford

Controllo non invasivo e ad alta risoluzione temporale dell'attività neuronale utilizzando un canale ionico sensibile alla luce dell'alga C. Reinhardtii

Il laboratorio di Deisseroth, che include il collega collaboratore post-dottorato Edward Boyden, svilupperà un nuovo strumento, basato su un canale ionico sensibile alla luce geneticamente codificato dalle alghe, per stimolare l'attività elettrica in gruppi specifici di neuroni con la luce. Il loro obiettivo è stimolare i potenziali d'azione individuali con precisione temporale al millisecondo e controllare quali neuroni vengono stimolati utilizzando metodi genetici per colpire l'espressione delle proteine del canale.

Samie R. Jaffrey, MD, Ph.D., Weill Medical College, Cornell University

Imaging in tempo reale dell'RNA nei neuroni viventi utilizzando piccole molecole condizionatamente fluorescenti

Il laboratorio di Jaffrey svilupperà ulteriormente un sistema per consentire la visualizzazione dell'RNA utilizzando la microscopia a fluorescenza su cellule vive. La sua tecnica si basa sulla costruzione di brevi sequenze di RNA che si legano a un fluoroforo e ne aumentano notevolmente l'emissione di luce. Il fluoroforo deriva da quello utilizzato nella Green Fluorescent Protein (GFP). L’obiettivo è rivoluzionare lo studio dell’RNA nello stesso modo in cui la tecnologia GFP ha rivoluzionato la visualizzazione delle proteine.

Jeff W. Lichtman, MD, Ph.D., Università di Harvard Kenneth Hayworth, Campus di ricerca agricola Janelia Farm dell'Howard Hughes Medical Institute

Sviluppo di un tornio-ultramicrotomo automatico per la raccolta del nastro per la ricostruzione del cervello su larga scala

Hayworth e Lichtman stanno sviluppando uno strumento per tagliare e raccogliere automaticamente migliaia di sezioni di tessuto per l'imaging tramite microscopia elettronica a trasmissione (TEM). La ricostruzione di sezioni seriali TEM è l'unica tecnologia in grado di mappare, al massimo livello di risoluzione, l'esatta connettività sinaptica di tutti i neuroni all'interno di un volume di tessuto cerebrale. Ma l’applicazione è limitata perché le sezioni ultrasottili devono essere raccolte manualmente. Questo strumento automatizzerebbe il processo, rendendo il sezionamento seriale accessibile a molti laboratori e utile su volumi di tessuto più grandi.

Alice Y. Ting, Ph.D., Istituto di Tecnologia del Massachussetts

Imaging del traffico di proteine neuronali mediante microscopia ottica ed elettronica utilizzando l'etichettatura della biotina ligasi

Ting propone una tecnologia migliorata per visualizzare e quantificare il traffico di proteine di membrana. Ha sviluppato una tecnica di etichettatura altamente selettiva basata su enzimi mediante la quale distinguere le molecole esistenti sulle superfici dei neuroni prima di uno stimolo da quelle che compaiono dopo lo stimolo. La distribuzione spaziale delle molecole marcate può quindi essere osservata con l'imaging ottico e, con alcune modifiche, può anche essere vista con una risoluzione più elevata con la microscopia elettronica.

EJ Chichilnisky, Ph.D., L'Istituto Salk
AM Litke, Ph.D., Istituto Santa Cruz per la fisica delle particelle

Sondare la retina

Chichilnisky, un neurobiologo, e Litke, un fisico sperimentale, stanno collaborando alla tecnologia per registrare e stimolare l'attività elettrica in centinaia di neuroni alla volta su una scala spaziale e temporale precisa. Ciò consentirà loro di studiare come grandi popolazioni di neuroni elaborano e codificano le informazioni per controllare la percezione e il comportamento. In primo luogo intendono studiare la retina e, a sua volta, altri sistemi neurali.

Daniel T. Chiu, Ph.D., Università di Washington

Consegna risolta spazialmente e temporalmente di stimoli a singole cellule neuronali

Le nanocapsule sono “gusci” straordinariamente piccoli che possono contenere qualcosa di così minuto come una molecola e consegnarla a un bersaglio selezionato. Chiu sta sviluppando e perfezionando nuovi tipi di nanocapsule e perfezionando quelle esistenti per studiare come una singola cellula neuronale elabora l'arrivo di un segnale sulla superficie della sua membrana. Le nanocapsule saranno utili per mappare le proteine della superficie cellulare e sondare il modo in cui i recettori inviano segnali e attivano la trasmissione sinaptica.

Susan L. Lindquist, Ph.D., Istituto Whitehead per la ricerca biomedica

Sviluppo e utilizzo di sistemi modello di lievito per malattie neurodegenerative e screening ad alto rendimento

Lindquist propone di esaminare le malattie neurodegenerative studiando i geni del lievito di birra. A causa del grande successo che il suo laboratorio ha avuto utilizzando il lievito come sistema modello per studiare la malattia di Parkinson, ha intenzione di estendere il modello ad altre due classi di malattie: le tauopatie (incluso l'Alzheimer) e l'atassia spinocerebellare-3.

Daniel L. Minor, Jr., Ph.D., Università della California, San Francisco

Evoluzione diretta dei modulatori dei canali ionici da librerie naturali e progettate

Minor sta lavorando a un nuovo approccio per identificare le molecole che bloccano o aprono i canali ionici, le proteine che sono la chiave della segnalazione elettrica nel cervello. Studierà i peptidi naturali delle creature velenose e creerà molecole simili al veleno da testare. Creare molecole che imitino quelle presenti in natura e renderle ampiamente disponibili accelererà la ricerca di farmaci che possano agire su specifici canali ionici.

Stephen J. Smith, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford

Metodi per la delineazione dei circuiti cerebrali mediante microscopia elettronica a scansione a sezione seriale

Smith sta progettando strumenti per consentire alle neuroscienze di trarre vantaggio da quello che chiama il microscopio del 21° secolo, inventato dal suo collaboratore, Winfried Denk, Ph.D., un biofisico del Max Planck Institute. Stanno sviluppando metodi automatizzati di microscopia elettronica a scansione con sezione seriale (S3EM) che, per la prima volta, forniranno la capacità di analizzare circuiti cerebrali completi nei minimi dettagli. Smith sta sviluppando metodi per colorare i tessuti cerebrali per l'analisi con questo microscopio e strumenti computazionali per analizzare l'immenso volume di informazioni che le nuove tecniche produrranno.

Stuart Firestein, Ph.D., Università della Columbia

Un sensore ottico geneticamente codificato della tensione di membrana

Firestein e il suo collaboratore, Josef Lazar, Ph.D., propongono di testare un nuovo tipo di proteina sensibile al voltaggio che potrebbe essere in grado di rilevare eventi elettrici molto piccoli e di visualizzare simultaneamente i cambiamenti di voltaggio in un gran numero di cellule. Ciò promuoverebbe un livello di indagine sull’elaborazione delle informazioni nel cervello che è attualmente fuori portata.

David Heeger, Ph.D., Università di New York

fMRI ad alta risoluzione

Heeger e il suo collaboratore, Souheil Inati, Ph.D., insieme agli scienziati dell'Università di Stanford John Pauly e David Ress, pianificano di adottare un nuovo approccio per migliorare la risoluzione spaziale della risonanza magnetica funzionale (fMRI) per consentire anche l'acquisizione abituale di dati fMRI ad altissima risoluzione. Il team mira a contribuire a risolvere alcuni dei problemi fondamentali con la risonanza magnetica convenzionale.

Paul Slesinger, Ph.D., Scuola di Medicina del Monte Sinai/Icahn

Sistema GRET (G Protein Receptor Energy Transfer) per il monitoraggio della trasduzione del segnale nei neuroni

La modulazione della comunicazione delle cellule nervose si verifica quando i neurotrasmettitori chimici si legano a specifici tipi di recettori dei neurotrasmettitori accoppiati a proteine G (GPCR) che, a loro volta, attivano le proteine G. Per studiare i cambiamenti dinamici nell'attività delle proteine G durante la comunicazione tra le cellule nervose, Slesinger propone di sviluppare un rilevatore fluorescente a base di proteine per le proteine G che si basa sulla proprietà del trasferimento di energia per risonanza di fluorescenza (FRET).

Bernardo Sabatini, MD, Ph.D., Scuola di medicina di Harvard

Strumenti ottici per l'analisi della traduzione delle proteine nei compartimenti neuronali extrasomatici

Per esplorare come i neuroni stabiliscono canali di comunicazione e come il cervello immagazzina e ricorda le informazioni, Sabatini sta sviluppando molecole che emettono luce quando i neuroni producono proteine, e un microscopio per osservare il processo nelle profondità del cervello vivente.

Karel Svoboda, Ph.D., Laboratorio di Cold Spring Harbor

Regolazione della trasmissione sinaptica in vivo con elevata specificità spaziale e temporale

Svoboda sta sviluppando strumenti molecolari per approfondire la comprensione di come le sinapsi organizzano i circuiti cerebrali.

Liqun Luo, Ph.D., Università di Stanford

Etichettatura di un singolo neurone e manipolazione genetica nei topi

Luo sta lavorando a un metodo genetico per manipolare e tracciare singoli neuroni nei topi per scoprire come le reti neurali vengono assemblate durante lo sviluppo e successivamente modificate dall'esperienza.

A. David Redish, Ph.D.; Babak Ziaie, Ph.D.; E Arthur G. Erdman, Ph.D., Università del Minnesota

Registrazione wireless di complessi neurali in ratti svegli e comportamentali

I collaboratori, un neuroscienziato, un ingegnere elettrico e un ingegnere meccanico, stanno sviluppando un metodo wireless per registrare i treni di picchi neuronali di ratti svegli e comportamentali per migliorare la comprensione dell'apprendimento e del comportamento.

Helen M. Blau, Dottorato di ricerca, Università di Stanford

Consegna genica minimamente invasiva e regolamentata al sistema nervoso centrale

Il laboratorio di Blau sta studiando un nuovo mezzo per fornire geni terapeutici al sistema nervoso centrale, utilizzando cellule del midollo osseo ingegnerizzate con geni in grado di colpire le malattie.

Graham CR Ellis-Davies, Ph.D., Università MCP Hahnemann

Imaging funzionale dei neurorecettori in fettine di cervello vivente mediante l'uncaging a due fotoni dei neurotrasmettitori

Ellis-Davies sta sviluppando metodi innovativi per creare immagini di aspetti della funzione cerebrale mai visti prima, ideando una forma di neurotrasmettitori che rimangono biologicamente inerti finché non vengono attivati da un intenso lampo di luce focalizzata.

Dwayne Godwin, Ph.D., Scuola di Medicina della Wake Forest University

Svelare le catene di connettività funzionale con il DNA virale

Iniettando cellule con DNA virale, marcando chimicamente il virus e tracciando la sua diffusione alle cellule collegate, Godwin sta esplorando nuovi modi per rivelare come le cellule nervose nel cervello inviano e ricevono messaggi.

Seong-Gi Kim, Ph.D., Facoltà di Medicina dell'Università del Minnesota

Sviluppo di fMRI a risoluzione colonnare basata su perfusione in vivo

Kim sta lavorando per aumentare la potenza della risonanza magnetica funzionale per studiare l'attività cerebrale in modo più dettagliato.

Stefano Lippard, Ph.D., Massachusetts Institute of Technology

Chimica sintetica per sviluppare sensori di zinco per sondare la segnalazione neurochimica

Lippard sta sintetizzando nuovi sensori fluorescenti che rileveranno gli ioni zinco e l'ossido nitrico nelle cellule viventi e ne riveleranno il modello spaziale.

Partha Mitra, Ph.D., e Richard Andersen, Ph.D., California Institute of Technology

Sviluppo di tecniche per registrare e leggere i codici della popolazione in tempo reale dalla regione della portata parietale

Mitra e Andersen utilizzano tecniche matematiche per analizzare l'attività di insiemi di neuroni, sperando infine di decodificare la relazione tra attività neurale e comportamento.

William Newsome, Ph.D., e Mark Schnitzer, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di Stanford

Dinamica cerebrale in vivo studiata con fibre ottiche e tomografia a coerenza ottica

Schnitzer e Newsome (che hanno ricevuto un premio speciale $50.000) stanno studiando le dinamiche cerebrali localizzando i siti di registrazione, mappando la distribuzione dei marcatori molecolari e monitorando i modelli di attività cerebrale mediante l'uso preciso della luce.

Timothy Ryan, Ph.D., Weill Medical College della Cornell University, e Gero Miesenböck, Ph.D., Memorial Sloan Kettering Cancer Center

Progettazione e applicazione del rilevamento ottico dell'attività sinaptica basato sul pH

Gli scienziati stanno sviluppando nuovi indicatori fluorescenti dell'attività sinaptica basati sulla sensibilità ai cambiamenti di acidità.

Daniele Turnbull, Ph.D., Scuola di Medicina dell'Università di New York

Imaging µMR in vivo della migrazione neuronale nel cervello del topo

Turnbull sta lavorando a un nuovo metodo di imaging per visualizzare la migrazione dei neuroni nel cervello del topo in via di sviluppo, etichettando nuovi neuroni e seguendoli negli animali intatti per diversi giorni con microimaging a risonanza magnetica.

Michael E. Greenberg, Ph.D., e Ricardo E. Dolmetsch, Ph.D., Boston Children's Hospital

Nuove tecnologie per lo studio del controllo temporale e spaziale della trascrizione e della traduzione nei neuroni intatti

Gli scienziati stanno sviluppando un metodo per visualizzare l'attività genetica nelle cellule nervose viventi, utilizzando amplificatori molecolari e rilevamento della fluorescenza, per vedere come i geni si influenzano a vicenda.

Paul W. Glimcher, Dottorato di ricerca, Università di New York

Neurosonografia sperimentale

La ricerca di Glimcher esplora la diagnostica ecografica per rendere possibile il posizionamento preciso degli elettrodi di registrazione nel cervello di primati svegli e attivi.

Leslie C.Griffith, MD, Ph.D., e Jeffrey C. Hall, Ph.D., Brandeis University

Sensori di trasduzione del segnale in tempo reale

Griffith e Hall stanno sviluppando sensori genetici che possono essere introdotti nelle singole cellule nervose dei moscerini della frutta viventi, nel tentativo di determinare quando una cellula viene reclutata per svolgere il suo ruolo comportamentale.

Warren S. Warren, Ph.D., Università di Princeton

Imaging di risonanza magnetica funzionale quantistica zero

L'audace iniziativa di Warren mira a rendere la fMRI più potente, aumentandone la risoluzione più di 100 volte, consentendole di rivelare aree attive del cervello in modo molto più dettagliato e con un contrasto migliore.