2021 McKnight Scholar Awards

신경 과학을위한 McKnight 기부 기금의 이사회는 2021 McKnight Scholar Award를 수상 할 7 명의 신경 과학자를 선정했다고 발표하게되어 기쁘게 생각합니다.

McKnight Scholar Awards는 독립적 인 실험실 및 연구 경력을 구축하는 초기 단계에 있으며 신경 과학에 대한 헌신을 입증 한 젊은 과학자에게 수여됩니다. UCLA의 데이비드 게펜 의과 대학 학장이자 수상위원회 위원장 인 Kelsey C. Martin MD, PhD는“올해의 학급은 전국에서 온 젊고 훌륭하고 혁신적인 신경 과학자들의 다양성을 보여줍니다. 이 상이 1977 년에 소개 된 이래,이 권위있는 조기 경력상은 250 명 이상의 혁신적인 조사자에게 자금을 지원했으며 수백 건의 획기적인 발견에 박차를가했습니다.

"함께 McKnight Scholars는 오늘날 신경 과학에서 가장 흥미로운 몇 가지 질문을 다루고 있습니다."라고 Martin은 말합니다. “다양한 실험적 및 계산적 접근 방식을 사용하여, 그들은 발달 중에 감각 경험이 어떻게 뇌를 형성하는지, 뇌 회로가 성 특정 행동을 일으키는 방법, 행동 중에 소리가 인식되고 처리되는 방법, 수면이인지 및 뇌 건강에 미치는 영향, 세포 생물학적 메커니즘이 일주기 리듬을 제어하는 방법과 신경 회로가 정보를 처리하고 학습하는 방법. 위원회 전체를 대신하여 올해 McKnight Scholar Awards에 참여한 모든 지원자들의 공헌과 창의성에 감사드립니다.”

다음 7 명의 McKnight Scholar Award 수상자는 3 년 동안 매년 $75,000을 받게됩니다. 그들은:

올해 McKnight Scholar Awards에는 미국 최고의 젊은 신경 과학 교수진을 대표하는 70 명의 지원자가있었습니다. 교수진은 정규 교수직에서 처음 4 년 동안 만 상을받을 수 있습니다. Martin 외에도 Scholar Awards 선정위원회에는 Harvard University의 Gordon Fishell 박사; Loren Frank, PhD, University of California, San Francisco; Mark Goldman, PhD, University of California, Davis; Richard Mooney, PhD, Duke University 의과 대학; Jennifer Raymond, PhD, Stanford University; Vanessa Ruta, PhD, Rockefeller University; 컬럼비아 대학교의 마이클 섀들 런 (Michael Shadlen) 박사.

내년 상 신청은 8 월에 가능하며 2022 년 1 월 10 일에 마감됩니다. McKnight의 신경 과학 상 프로그램에 대한 자세한 내용은 Endowment Fund의 웹 사이트를 방문하십시오. https://www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience

신경 과학을위한 McKnight 기금 기금 소개

신경 과학을위한 McKnight 기부 기금은 미네소타 주 미니애폴리스의 McKnight 재단이 단독으로 자금을 조달하고 전국의 저명한 신경 과학자들이 이끄는 독립적 인 조직입니다. McKnight Foundation은 1977 년부터 신경 과학 연구를 지원해 왔습니다.이 재단은 1986 년 설립자 William L. McKnight (1887-1979)의 의도 중 하나를 수행하기 위해 기금 기금을 설립했습니다. 3M Company의 초기 리더 중 한 명인 그는 기억력과 뇌 질환에 개인적으로 관심이 있었고 치료법을 찾는 데 사용되는 유산의 일부를 원했습니다. 기부 기금은 매년 3 가지 유형의 상을 수여합니다. McKnight Scholar Award 이외에도, 그들은 Neuroscience Awards의 McKnight 기술 혁신으로 뇌 연구를 향상시키기위한 기술 발명품 개발을위한 시드 돈을 제공합니다. 번역 및 임상 연구를 통해 얻은 지식을 인간의 뇌 장애에 적용하기 위해 노력하는 과학자들을위한 McKnight 뇌 장애 신경 상.

2021 McKnight Scholar Awards

루카스 치들, PhD 조교수, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY

자극 된 뇌에서 Microglial 기능의 분자 적 기초를 밝히다

발달 신경 과학의 대부분은 역사적으로 신경 발달의 고정 된 측면에 초점을 맞춰 왔습니다. 세포가 특정 방식을 개발하거나 특정 기능을 제공하도록 유 전적으로 "프로그래밍"되는 방법입니다. 그리고 최근까지 연구는 뉴런 자체를보다 면밀히 조사했으며, 일반적으로 사용되는 많은 도구와 기술은 뉴런 고유의 메커니즘을 연구하는 데 최적화되었습니다. 그의 연구에서 Cheadle 박사는 덜 연구 된 신경학 영역, 즉 외부 환경 요인의 영향을받는 신경 발달의 후기 단계와이 과정에서 미세 아교 세포라고하는 뇌 면역 세포의 역할에 주목하고 있습니다.

그의 연구에서 Cheadle 박사는 개발의 중요한 단계에서 일부 마우스가 빛이없는 환경에서 사육되는 마우스 모델을 사용하여 시각적 신경 연결의 개발을 특별히 연구하고 있습니다. 그의 이전 연구에 따르면 미세 아교 세포는 본질적으로 시각 시스템을 "조각"하여 덜 유익한 시냅스 연결을 제거합니다. 결과적으로 신경계의 해당 부분의 물리적 순서는 어둠 속에서 자란 쥐와 빛 속에서 자란 쥐에서 다릅니다. 그의 진행중인 연구에서 Cheadle 박사는 미세 아교 세포가 외부 요인 (예 : 빛)에 의해 자극되는 방식과 시냅스를 조각하는 메커니즘을 분자 수준에서 확인하려고합니다.

이 연구는 유전자 편집 기술을 사용하여 특정 미세 아교 유전자를 녹아웃하여 시각 회로 개발에서 그 역할을 정의하고 뇌에서 기능적으로 활성 인 미세 아교 세포에 태그를 지정하는 형질 전환 마우스 라인을 만드는 등 여러 가지 새로운 접근 방식을 제공합니다. Cheadle 박사가 처음으로 미세 아교 세포를 연구하기 위해 적응하는 뉴런에 자주 적용됩니다. 치들 박사는 자신의 연구가 뇌에서 비 신경 세포의 역할에 대한 새로운 통찰력을 발견하는 데 도움이 될 수 있기를 희망하며, 이는 특히 상대적으로 늦게 발생하는 자폐증 및 정신 분열증과 같은 신경 질환의 기원과 치료에 대한 미래의 획기적인 발전으로 이어질 수 있습니다. 발달하고 면역 성분의 징후가 있습니다.

조시 클로 니, PhD, University of Michigan, 분자, 세포 및 발달 생물학, 앤아버, MI

결실없는 페미니스트 프레임 : 여성 신경 프로그램의 억제로서의 남성 성

남성과 여성의 뇌의 차이는 미묘하게 보일 수 있으며 뇌의 2-5%에만 영향을 미칠 수 있습니다. 결국, 남녀의 생물체의 대부분의 기능은 식사, 수면, 학습 및 이동의 필요성을 포함하여 동일합니다. 차이점은 종의 생존에 중요합니다. 짝짓기 의식의 수행과 같은 행동에 관한 많은 연구가 있었지만 그러한 의식을 주도하는 유전자가 뇌에서 어떻게 조정되는지에 대해서는 잘 알려져 있지 않습니다.

Clowney 박사는이 과정이 뺄셈의 하나라고 가정합니다. 남녀의 뇌에 대한 코드가 거의 동일하게 시작하면 특정 유전자가 각 성별의 특정 패턴에서 꺼져 남성과 여성의 뇌가된다는 것입니다. 더욱이, 초파리 모델을 사용한 지금까지 그녀의 연구는 남성의 뇌가 새로운 프로그램을 만드는 것이 아니라 여성의 뇌에 훨씬 더 가까운 "기본 모델"에서 신경 프로그램을 제거함으로써 발생할 수 있음을 시사합니다. 이 과정의 핵심은 "Fruitless"라고 불리는 초파리 전사 인자입니다.이 단백질은 수컷 초파리 뇌에서만 생성되어 뇌의 성 특이 유전자가 켜지거나 꺼지는 지 여부를 조절하고성에 기반한 본능을 유도하는 역할을합니다. 성인에서도.

그녀의 연구에서 Clowney 박사는 발달 및 성인 뇌에서 Fruitless의 유전 적 표적을 확인하려고합니다. 억제 신경 회로가 남성이 다른 남성과 짝짓기 의식을 수행하는 것을 방지함으로써 남성 구애를 조절하는 방법; 수컷이 알을 낳기위한 신경 회로를 잃는 방법. 관련된 실험은 다양한 기술을 사용하여 무과실이 있거나없는 동물의 성 관련 회로 및 행동의 이득 또는 손실을 관찰합니다. 이를 통해 그녀는 뇌 발달 과정에 대해 밝힐 수 있으며, 이는 우리의 뇌가 수행해야 할 타고난 행동과 수행하지 말아야 할 행동을 어떻게 아는지에 대한 새로운 통찰로 이어질 수 있으며, 신경 및 정신 장애 연구자들에게 도움이 될 수 있습니다. 더 흔한 것은 남녀 간입니다.

Shaul Druckmann, PhD, 신경 생물학 및 정신과 및 행동 과학 조교수, Stanford University, Stanford, CA

뇌는 인구와 뇌 영역에 분산 된 활동을 사용하여 어떻게 계산합니까?

수십 년간의 연구 끝에 우리는 뇌가 여러 지역에서 어떻게 계산을 수행하는지에 대한 이해가 제한적입니다. 이 매우 근본적인 질문은 Druckmann 박사의 연구의 핵심이며, 뇌 활동 기록의 증가하는 범위와 세부 사항을 활용하여 특히 반응이 지연되고 단기 기억이있을 때, 자극과 반응 사이에서 뇌에서 일어나는 일을 탐구합니다. 약혼.

한 세트의 실험에서 마우스는 자극이 제시된 후 제거 된 후 얼마 동안 두 방향 중 하나로 핥도록 훈련됩니다. 자극이 더 이상 존재하지 않기 때문에 뇌는 그 자극에 대한 기억을 저장하고, 움직임을 계획하고, 특정 시간 동안 행동을 보류 한 다음 행동해야합니다. 이 시간 동안 뇌 활동은 여러 뇌 영역에서 동시에 기록됩니다. 예비 데이터는 활동이 여러 영역과 다른 뉴런 집단에서 존재하고 변화하고 있음을 보여줍니다. Druckmann은 이러한 집단적 활동이 뇌 영역에서 상호 작용하고 있으며 상호 작용이 필요한 기억과 운동 의도를 "고정"할 수있는 방법을 보여줍니다. 단일 지역 또는 인구의 활동이 잘못되었을 수 있습니다. 인간을 이용한 두 번째 연구는 어떻게 계산이 뇌 전반에 걸쳐 이루어지는 지에 대한 동일한 질문을받는 실험에서 말을하는 동안 지역 간 뇌 활동 (매우 복잡한 활동)을 추적합니다.

Druckmann은 이러한 실험을 뇌가 전체적으로 어떻게 작동하는지에 대한 모델을 만들기위한 첫 번째 단계로 봅니다. 동시에 그는 연구원들이 일하는 방식을 확장하기를 희망합니다. 그의 프로젝트에는 여러 다른 연구자들과의 긴밀한 협력이 포함되어 있으며, 그는 특히 신경 인터페이스에서 작업하는 공동 임상 실험 프로젝트에 참여함으로써 기초 과학을 탐구하고 임상 응용을 추구 할 수 있기를 희망합니다. 뇌 활동이 음성과 같은 복잡한 활동으로 변환되는 방식을 해독하는 능력은 ALS와 같은 퇴행성 질환 환자의 일부 기능을 복원 할 수있는 기술로 이어질 수 있습니다.

Laura Lewis, PhD, 보스턴 대학교, 생명 공학과 조교수, Boston, MA

수면 뇌의 신경 및 유체 역학 영상

수면은 단기 및 장기적으로 뇌 건강에 매우 중요합니다. 신경 활동과 뇌척수액 (CSF)의 유체 역학은 모두 수면 중에 변화하며 다양한 결과를 초래합니다. 감각 시스템은 외부 자극에 대한 인식에서 기억 재 활성화로 이동하고 CSF는 뇌로 흘러 들어가서 축적되는 독성 단백질을 제거합니다. 깨어있는 시간. 흥미롭게도 두 프로세스는 밀접하게 연관되어 있습니다. 그녀의 연구에서 루이스 박사는 수면 중 신경과 유체 역학 사이의 관계와 각각의 뇌 건강과의 관계를 조사 할 것입니다.

Lewis 박사 연구의 핵심은 비 급속 안구 운동 (NREM) 수면 중에 환자를 연구하고 짧은 시간 내에 뇌 활동과 유체 역학을 모두 관찰 할 수있는 능력입니다. 이를 위해 Lewis 박사는 EEG와 고속 기능 자기 공명 영상 (fMRI)의 혁신적인 조합을 사용하고 있으며, 소음을 제거하기 위해 개발 한 알고리즘을 사용하여 개선되어 동기화되고 정확한 신경 활동과 CSF 흐름을 관찰 할 수 있습니다. 그녀의 연구는 느린 파동을 향상시킬 수있는 청각 자극을 사용하여 이러한 느린 파동이 뇌에서 어떻게 활성화되고 어떤 신경망이 관여하는지 먼저 탐구 할 것입니다. 둘째, 그녀는 이러한 느린 파도와 CSF 흐름 사이의 연관성을 조사 할 것입니다. 가설은 느린 신경 활동이 혈액 수요를 감소시켜 본질적으로 혈액이 빠져 나 가면서 뇌로 CSF를 끌어 들인다는 것입니다. 결합 된 영상 기술을 사용하여 루이스 박사는 뇌 전체에 걸쳐 3D로 순간적으로 결합 된 혈류와 CSF 흐름을 관찰 할 수 있습니다.

이 상호 작용에 대한 의미는 심오합니다. 이러한 느린 파동 동안 뇌의 신경망은 기억 재 활성화 및 단기 뇌 건강에 중요한 방식으로 재구성됩니다. 느린 파도와 관련된 CSF 흐름은 장기적인 뇌 건강에 중요합니다. 이러한 시스템의 작동 방식을 이해하면 미래의 수면 연구자들이 무언가 잘못되었을 때, 특히 느린 파 수면 장애와 관련이있을 수있는 알츠하이머 병을 포함한 신경 및 정신 질환 연구에 관심이 있음을 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

Ashok Litwin-Kumar, PhD, 뉴욕 주 컬럼비아 대학교 신경 과학과 주커 맨 연구소 조교수

Connectome-Constrained Models of Adaptive Behavior

점점 더 복잡한 신경계에 대한 새로운 전자 현미경 (EM) 배선 다이어그램을 통해 연구자들은 이러한 시스템이 어떻게 행동으로 이어지는 지에 대한 더 깊은 이해를 도출하기 직전입니다. 과제 : 초파리의 경우 수만 개의 뉴런과 수천만 개의 시냅스가 포함 된 커 넥톰이라고하는 이러한 방대한 데이터 세트를 사용하는 방법입니다. 기계 학습에서 영감을받은 기술을 포함하여 행동 모델링에 대한 많은 성공적인 접근 방식이 뇌와 신경계가 연결되는 방식의 현실을 반영하지 않는 모델을 사용하기 때문에이 작업을 완료하는 것은 어렵습니다.

그의 연구에서 Litwin-Kumar 박사는 행동 모델을 제한 할 수있는 커 넥톰 내 관련 구조를 식별하는 방법을 개발함으로써 커 넥톰의 세계와 행동의 기능적 모델을 통합하는 방법론을 개발하는 것을 목표로합니다. 그래서 그들은 뉴런들 사이에 물리적으로 불가능한 도약을하기보다는 커 넥톰에 물리적으로 존재하는 시냅스 연결만을 사용합니다.

이 접근 방식을 테스트하고 개선하기 위해 Litwin-Kumar 박사는 먼저 연관 학습의 중심 인 잘 매핑 된 영역 인 버섯 몸체라고하는 초파리 뇌 부분의 연결 체에 초점을 맞추고 있습니다. Kenyon 세포에 의해 수신 된 감각 입력은 접근 또는 회피 반응과 같은 행동을 촉발하는 출력 뉴런에 투영됩니다. 고급 모델링을 사용하여 팀은 정보가 버섯 몸체에 전달되는 방식을 반영하는 커 넥톰 내의 구조를 효율적으로 식별하려고합니다. 그런 다음 이러한 연결에 의해 제한되는 딥 러닝 모델을 테스트하여 제한되지 않은 모델에 비해 자극에 대한 반응을 얼마나 효과적으로 예측하는지 확인합니다. 추가 테스트는 더 복잡한 학습에서 도파민 뉴런의 역할을 탐구합니다. 종합적으로,이 연구는 실제 유기체의 행동을보다 정확하게 반영하기 위해 학습 모델과 함께 증가하는 복잡성의 커 넥톰을 사용하기위한 토대를 마련 할 것입니다.

David Schneider, PhD, 뉴욕 대학교 신경 과학 센터 조교수

마우스 피질의 좌표 변환

고급 유기체의 두뇌에서 발견되는 많은 놀라운 능력 중 하나는 오랜 시간 척도뿐만 아니라 순간적으로 미래를 예측하고 감각 입력 데이터를 지속적으로 집계하고 기록하고 과거 경험을 기반으로 예측 모델을 만드는 능력입니다. 이러한 예측 모델은 우리가 세계를보다 효과적으로 탐색하고 상호 작용하는 데 도움이되며, 마찬가지로 중요하게도 위험 또는 기회의 징후 일 수있는 예상 편차를 식별합니다. 슈나이더 박사의 연구는 운동 제어와 뇌의 감각 영역이 이러한 방식으로 함께 작동하는 방식에 초점을 맞추고, 뇌가 예상되는 것의 기초를 형성하는 기억을 학습하고 형성하는 방법을 알아 내도록 노력할 것입니다.

그의 실험에서 Schneider 박사는 마우스 뇌 (및 인간의 뇌)에서 발견되는 겉보기에 반 직관적 인 경로, 즉 운동 제어 영역을 청각 감각 영역에 연결하는 도관에 중점을 둡니다. 움직임이있을 때마다 두 영역은 청각 시스템이 그 움직임에 의해 생성 된 소리를 무시하도록 지시하는 방식으로 의사 소통합니다. 마치 소리를 취소하는 사진 네거티브처럼. 그의 실험에서 마우스는 레버를 눌렀을 때 특정 소리를 기대하도록 조절됩니다. 신경 활동 및 행동 반응은 예상되는 소리가 들릴 때 기록되고 소리가 미묘하게 변경 될 때 다시 기록됩니다.

이러한 실험은 감각 반응을 예측하는 데 특정 뉴런의 역할, 뇌의 운동 제어와 감각 센터가 상호 작용하는 방식, 새로운 소리가 "예상"될 때 운동과 감각 영역 사이의 경로가 어떻게 변하는 지 확인하는 데 도움이됩니다. 추가 연구는 뇌의 특정 경로를 차단하여 예측을 수행하는 역할을 결정하고 뇌가 시각적 입력을 사용하여 자체 생성 된 소리를 예측하는 방법을 확인합니다. 이러한 예측 및 학습 시스템이 작동하는 방식을 이해하면 다양한 신경 장애에 대한 향후 연구를 안내하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Swathi Yadlapalli, PhD, 미시간 대학교 의과 대학 조교수, 미시간 주 앤아버 세포 및 발달 생물학과

일주기 리듬을 제어하는 세포 메커니즘

우리가 잠을 자고, 깨어날 때, 우리가 신진 대사를하는 방법 등과 같은 생물학적 시스템의 많은 리듬을 움직이는 24 시간 내부 시계 인 일주기 시계는 우리 몸의 거의 모든 세포에서 발견됩니다. 그러나 그 리듬을 만들기 위해 주어진 세포 내에서 정확히 무슨 일이 일어나고 있는지는 잘 이해되지 않습니다. 이전의 생화학 및 유전 연구에서는 일주기 리듬에서 역할을하는 양성 또는 억제 성 전사 인자 인 중요한 단백질을 확인했지만, 세포 하 수준에서 살아있는 세포에서 기능하는 방식을 정확히 다루지 않았습니다. 부품 목록이 있지만 어떻게 서로 맞는지 이해하지 못합니다.

Yadlapalli 박사는 이러한 단백질의 단일 세포, 고해상도 시각화를 수행하는 혁신적인 방법을 개발했으며, 초파리의 살아있는 세포에서 24 시간 동안 상호 작용하는 방법을 처음으로 개발했으며, 예비 연구 결과 이미 예상치 못한 결과가 밝혀졌습니다. 통찰력. 특히 PER이라고하는 주요 억제 전사 인자 중 하나가 모여 세포핵의 외피 주위에 고르게 분포 된 초점을 형성하고주기 동안 시계 유전자의 핵 위치를 변경하는 역할을합니다. 이전에는 이러한 단백질이 자유롭게 떠 다니거나 무작위로 분포되어 있다고 가정했습니다. 이 연구는 일주기 시계 시스템의 중요한 새로운 규제 계층을 강조합니다.

일련의 실험에서 Yadlapalli 박사는 초점이 어떻게 형성되고 어디에 위치하며 시계 조절 유전자의 억제를 촉진하는지 등이 과정에 관련된 메커니즘을 결정할 것입니다. 전체 유기체의 행동과 건강에 영향을 미치는 이러한 근본적이고 강력한 세포 과정의 작용에 대해 더 많이 이해하면 많은 수면 및 대사 장애와 신경 질환에 대한 연구의 출발점이 될 것입니다.