2022년 맥나이트 장학생상

McKnight Endowment Fund for Neuroscience 이사회는 2022 McKnight Scholar Award를 수상할 6명의 신경과학자를 선정했다고 발표하게 된 것을 기쁘게 생각합니다.

McKnight Scholar Awards는 독립적인 실험실과 연구 경력을 구축하는 초기 단계에 있고 신경과학에 대한 헌신을 보여준 젊은 과학자에게 수여됩니다. 듀크 대학교 의과대학의 신경생물학 교수이자 수상 위원회 의장인 Richard Mooney 박사는 “올해의 학자들은 오늘날 미국 전역의 저명한 젊은 신경과학자들의 창의성과 기술적 정교함의 본보기가 되었습니다.”라고 말했습니다.

"구조 생물학, 광학, 유전학, 생리학, 계산 및 행동의 접근 방식을 활용하여 학자들은 신경 신호의 생물 물리학에서 신경 회로의 대규모 구조에 이르는 주제에 대한 통찰력을 얻고 결정의 신경 기반을 설명하려고 합니다. 만들기, 감각 처리 및 비행"이라고 Mooney는 말했습니다. "위원회 전체를 대신하여 신경과학 연구의 최첨단에서 인상적인 노력을 기울인 모든 지원자에게 축하의 말씀을 드립니다."

이 상은 1977년에 도입된 이래로 250명 이상의 혁신적인 연구자에게 자금을 지원하고 수백 가지의 획기적인 발견에 박차를 가했습니다. 다음 McKnight Scholar Award 수상자는 각각 3년 동안 연간 $75,000를 받게 됩니다.

올해 McKnight Scholar Award에는 미국 최고의 젊은 신경과학 교수진을 대표하는 53명의 지원자가 있었습니다. 교수진은 풀타임 교수직을 맡은 첫 4년 동안에만 상을 받을 수 있습니다. Mooney 외에도 Scholar Awards 선정 위원회에는 Harvard University의 Gordon Fishell 박사; Mark Goldman, Ph.D., University of California, Davis; Kelsey Martin, MD, Ph.D., Simons Foundation; Jennifer Raymond, Ph.D., Stanford University; Vanessa Ruta, 록펠러 대학교 박사; 및 Michael Shadlen, MD, Ph.D., Columbia University.

내년 시상식 신청 일정은 9월 초에 나온다. McKnight의 신경과학 어워드 프로그램에 대한 자세한 내용은 다음을 방문하십시오. 인다우먼트 펀드 홈페이지.

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.

2022년 맥나이트 장학생상

크리스틴 콘스탄티노플 박사., 조교수, New York University Center for Neural Science, New York City, NY

추론의 신경 회로 메커니즘

동물의 뇌는 추론을 기반으로 결정을 내리는 데 놀랍도록 잘 적응되어 있습니다. 즉, 주어진 상황에서 주어진 조치를 취해야 하는지 여부를 안내하는 세계 작동 방식에 대한 이해입니다. 동물이 세계의 내부 "모델"을 가지고 있다면 그 모델을 기반으로 결정을 내릴 수 있습니다. 그러나 뉴런은 어떻게 세상의 사물을 나타내게 되었습니까? 어떤 실제 회로와 프로세스가 관련되어 있습니까? 그리고 불완전하거나 인식할 수 없는 정보로 선택을 해야 하는 역동적인 세계에서 동물은 최선의 행동에 "베팅"하는 방법을 어떻게 결정합니까?

그녀의 연구에서 콘스탄티노플 박사는 뇌의 어떤 부분이 세상을 추론하는 데 관여하는지, 불확실한 환경에서 인지적 결정을 내리는 것과 습관적인 행동으로 되돌아가는 것 사이의 신경학적 차이를 밝히기 위해 쥐 모델을 사용하고 있습니다. 실험에는 알려진 물 보상을 기다리거나 제공되는 다음 보상이 더 가치가 있기를 희망하는 "선택 해제"가 포함됩니다. 다양한 보상 금액이 있으며, 일부 보상이 작업 상태에 대해 모호하기 때문에 확신할 수는 없지만 예상되는 결과 범위에 대한 모델을 쥐가 만들 수 있는 패턴으로 표시됩니다.

콘스탄틴 박사는 예측 가능하고 예측할 수 없는 기간 동안 여러 영역과 특정 예측에서 뇌 활동을 모니터링하고 이들 사이의 전환을 모니터링하고 다양한 실험에서 특정 뇌 영역과 신경 경로를 비활성화함으로써 추론과 관련된 메커니즘을 식별할 것을 제안합니다. 그녀는 정신적 모델과 모델이 없는 결정에 기반한 행동을 선택할 때 다양한 프로세스가 관련되어 있다고 제안합니다. 다른 시상 핵은 보상과 쥐의 역사를 별도로 인코딩합니다. 그리고 안와전두피질(orbitofrontal cortex, OFC)은 이 두 가지 중첩되지만 별개의 입력을 통합하여 알려지지 않은 상태를 추론합니다. 이 연구는 정신 분열증이나 강박 장애와 같은 상태와 관련된 미래 연구에 도움이 될 수 있습니다.

브래들리 디커슨 박사, 조교수, Princeton Neuroscience Institute, Princeton University, Princeton, NJ

생물학적 '자이로스코프'의 비례 적분 피드백

신경계는 밀리초 내에 들어오는 정보를 수집하고 이에 따라 행동합니다. 때로는 고정된 반사 작용으로 때로는 의도적으로 작용합니다. 그러나 이러한 신호가 살아있는 동물의 움직임에 어떻게 영향을 미치는지 연구하는 것은 어려운 일입니다. 전신 운동의 규모뿐만 아니라 개별 뉴런의 수준에서 작업이 있었습니다. 디커슨 박사는 고삐로 알려진 파리 특유의 특수 기계 감각 기관을 연구하는 실험을 통해 이러한 다양한 비늘을 연결하고 초파리가 특정 날개 근육 어셈블리에 대해 갖는 통제 수준을 해결할 것을 제안합니다.

고삐는 파리에 영향을 미치는 회전력을 감지하고 일종의 자동 자이로스코프 역할을 하는 날개 근육에 직접 비자발적 지시를 제공하여 보상합니다. 그러나 초기 연구에서 디커슨 박사는 고삐가 회전이 없을 때 정확한 날개 조향 동작을 활성화하여 뇌의 능동적인 제어 명령에 응답할 수 있음을 보여주었습니다. 그의 새로운 연구에서 그는 파리가 감각 입력에 노출되었을 때 비행 기동의 제어 모티프를 탐구할 것입니다. 이 파리들은 경기장에 묶여 있고 고삐 근육에서 신경 활동을 감지할 수 있는 형광 현미경으로 모니터링됩니다. 별도의 실험에서 파리 위의 2광자 현미경은 뇌 활동을 모니터링하고 아래 카메라는 날개 움직임을 추적합니다. 시각적 자극이 비행 전에 나타나 조종 이벤트를 유발하고 Dickerson 박사가 움직임이 어떻게 발생하는지 여러 척도로 관찰할 수 있습니다.

디커슨 박사는 고삐가 섭동 중에 최대 비행 제어를 제공할 수 있는 별도의 제어 메커니즘을 가지고 있다고 제안합니다. 제어 공학 용어에서 그는 홀터가 비례(섭동의 크기) 및 적분(시간에 따라 섭동이 어떻게 변하는가) 피드백 모두에 반응할 수 있다고 믿습니다. 이 외에도 그는 이러한 모든 시스템이 함께 작동하는 방식을 문서화하고 어떤 뉴런이 어떤 근육에 어떤 신호를 보내고 이것이 어떻게 특정 동작으로 이어지는지를 학습하여 뇌, 뉴런 및 근육이 의사 소통하는 방식에 대한 모델을 만들어 우리의 이해를 향상시키기를 희망합니다. 움직임을 제어하는 방법.

Markita Landry, Ph.D., 캘리포니아 대학교 버클리, 화학 및 생체 분자 공학과 조교수, 캘리포니아 버클리

근적외선 형광 나노센서로 뇌의 옥시토신 신호 전달

뇌의 화학적 불균형은 인간의 광범위한 신경 장애와 관련이 있는 것으로 믿어지고 있지만 현재로서는 뇌에 어떤 화학물질이 존재하는지 세포 정밀도로 확인하는 것이 불가능합니다. 그녀의 연구에서 Landry 박사는 기분과 행동을 조절하는 역할을 하는 것으로 여겨지는 신경 펩티드 종류 중 하나인 옥시토신을 감지할 수 있는 나노 센서를 만들고 일상 생활에서 신경 펩티드의 역할을 확인하는 데 도움이 될 수 있는 연구를 가능하게 하려고 합니다. 정신 건강 질환으로 이어질 수 있는 신경 화학적 불균형을 보다 정확하게 진단합니다.

Landry 박사의 연구에는 옥시토신이 존재할 때 근적외선에서 형광을 발하는 표면에 결합된 펩티드가 있는 미세 탄소 나노튜브인 "광학 프로브"의 생성이 포함됩니다. 이 형광은 밀리초 단위로 매우 정밀하게 감지할 수 있어 연구자들이 뇌에 존재하는 위치와 시간을 정확히 볼 수 있으므로 어떤 조건에서 옥시토신 방출이 기분, 행동 및 사회적 측면에서 손상될 수 있는지(따라서 치료 가능) 식별할 수 있습니다. 장애. Landry 박사는 세로토닌과 도파민에 대한 유사한 프로브를 만들었지만 옥시토신에 대한 새로운 프로브를 만들면 뇌에 미치는 영향에 대한 연구뿐만 아니라 이와 유사한 모든 종류의 신경 펩티드에 대한 연구가 가능해집니다.

중요하게도, 이러한 나노튜브는 외부에서 뇌 조직으로 도입될 수 있습니다. 형광은 유전자 암호화의 결과가 아니므로 변형되지 않은 동물에 사용할 수 있습니다. 근적외선을 방출하기 때문에 두개골을 통해 빛을 감지할 수 있어 피사체의 방해를 최소화할 수 있습니다. Landry 박사의 실험에서 나노센서와 검출기의 개발은 뇌 조각을 사용한 시험관 내 테스트를 통해 검증되고 최종적으로 생체 내에서 적용되며 이 시점에서 두개골을 통한 이미징이 가능한지 여부가 결정됩니다. Landry 박사는 이러한 센서를 도구로 사용하여 신경 장애 진단을 개선하고 그러한 많은 상태의 치료를 개선하고 낙인을 찍을 수 있기를 희망합니다.

로렌 오피스 박사, 매사추세츠 종합병원 / Harvard Medical School, Boston, MA

자폐 스펙트럼 장애에서 체성 감각 및 내장 감각 시스템의 발달, 기능 및 기능 장애

자폐 스펙트럼 장애(ASD)는 매우 널리 퍼져 있지만 매우 복잡한 신경 장애로, 종종 사회적 행동의 변화와 연관됩니다. 많은 경우 ASD는 특정 유전적 변화와 관련이 있으며, 종종 특정 동반 질환이 동반되며, 그 중 일부는 접촉에 대한 과민증 및 다양한 위장 문제를 포함합니다.

ASD는 전통적으로 오로지 뇌의 이상으로 인해 발생하는 것으로 생각되어 왔지만, Orefice 박사는 그녀의 연구에서 말초 감각 뉴런의 변화가 피부 접촉에 대한 과민 반응 및 변형을 포함하여 마우스에서 ASD 증상의 발달에 기여한다는 것을 발견했습니다. 사회적 행동. 그녀의 현재 연구는 위장관에서 자극을 감지하는 DRG(배근신경절)의 말초 감각 뉴런이 ASD에 대한 마우스 모델에서도 비정상인지, 그리고 이것이 현저하게 흔한 위장 통증 증가와 같은 위장 문제에 기여하는지에 초점을 맞출 것입니다. ASD.

Orefice 박사의 연구는 발달 중 접촉 과민증이 성체 마우스의 사회적 행동의 변화로 이어진다는 것을 확인했습니다. 인간과 마찬가지로 쥐의 사회적 행동의 많은 측면은 촉각과 관련이 있습니다. 연구의 두 번째 부분에서 Orefice 박사는 말초 감각 뉴런 기능 장애로 인한 체성 감각 회로 발달의 변화가 사회적 행동을 조절하거나 수정하는 연결된 뇌 회로의 변화를 초래하는 방법을 이해하기를 희망합니다.

마지막으로 Orefice 박사는 전임상 마우스 연구에서 얻은 결과를 인간의 ASD 관련 감각 문제를 이해하는 데 집중할 것입니다. Orefice 박사는 먼저 말초 감각 뉴런의 흥분성을 감소시키는 접근법이 쥐의 촉각 과민 반응과 위장 문제를 개선할 수 있는지 여부를 테스트할 것입니다. 그녀는 ASD를 가진 사람들에게서 채취한 배양 세포 연구를 사용하여 인간 생리학을 더 잘 이해하기 위해 쥐에서 이러한 발견을 활용할 것입니다. Orefice 박사의 연구는 또한 감각 문제 및 관련 ASD 행동을 개선하기 위한 다루기 쉬운 접근법으로 말초 감각 뉴런을 표적으로 하는 화합물을 식별하기 위해 마우스 및 인간 유래 세포에 대한 연구를 사용하는 것을 목표로 합니다.

Kanaka Rajan, Ph.D., 뉴욕시 마운트 시나이 아이칸 의과대학 신경과학과 프리드먼 뇌연구소 조교수

뇌의 기능적 모티프를 추론하기 위한 다중 스케일 신경망 모델

인공 지능(AI)과 기계 학습의 부상으로 신경 과학자들은 이러한 도구를 활용하여 뇌가 작동하는 방식을 이해하는 데 도움이 될 수 있는 계산 모델을 구축하고 있습니다. 그러나 가장 큰 문제는 신경 시스템을 연구하기에 적절한 수준은 무엇입니까? 개별 뉴런, 뇌 회로, 층, 영역 또는 일부 조합의 수준에 있습니까?

Rajan 박사는 AI 기반 모델의 힘을 활용하고 이를 여러 종의 기록에서 얻은 데이터 세트와 결합하여 뇌를 더 잘 예측할 수 있도록 표현함으로써 이 문제를 해결하고 있습니다. RNN(Recurrent Neural Network Model)을 사용하여 Rajan 박사는 계산 모델에 더 많은 제약을 가하면 더 일관된 결과와 더 작고 더 강력한 솔루션 공간을 가져온다는 것을 발견했습니다. 이후 그녀는 제약 조건이 실제 실험의 신경, 행동 및 해부학 데이터이고 동시에 적용되는 다중 규모 RNN 개발로 눈을 돌렸습니다. 그녀의 다음 단계는 모델을 만들기 위해 신경과학에서 잘 연구된 여러 종(유충 제브라피쉬, 초파리, 생쥐)에서 기록된 데이터를 사용하여 다중 규모 RNN을 만드는 것입니다.

궁극적으로 다른 종의 데이터 세트를 사용하면 Dr. Rajan이 "기능적 모티프"를 식별하고 이를 사용하여 이러한 시스템 전반에서 예상치 못한 공통점과 차이점을 발견할 수 있습니다. 종에 관계없이 유사한 행동 및 상태에 연결된 활성 뉴런의 공통적이고 개별적인 앙상블은 선험적으로 특정 기능을 가진 뇌 영역과 같은 구조를 할당하거나 편견 없이 기본적인 수준에서 뇌가 작동하는 방식을 추론하는 데 도움이 될 것입니다. 사용 가능한 데이터를 통해 이러한 모델은 많은 시나리오를 실행하고 구조 또는 신경 활동의 어떤 변화가 다른 행동 결과를 초래하는지 식별할 수 있습니다. 이것은 광범위한 신경 정신 질환과 관련된 신경 기능 장애를 밝힐 가능성이 있습니다. 신경과학에서 훨씬 더 크고 세부적인 데이터 세트의 출현, 더 큰 컴퓨팅 성능의 접근성 증가, 수학과 알고리즘의 발전으로 Dr. Rajan은 우리가 계산 모델과 이론이 우리에게 가르쳐 줄 수 있는 혁명의 정점에 있다고 믿습니다. 뇌.

Weiwei Wang, Ph.D., 텍사스주 댈러스 텍사스대학교 사우스웨스턴 메디컬센터 조교수

Glycinergic Post-Synaptic Assembly의 구성과 기능 이해

뉴런이 서로 통신하는 방식은 매우 복잡합니다. 신경 전달 물질은 시냅스를 통해 한 뉴런에서 다음 뉴런으로 전달되고, 수신 뉴런의 시냅스 수용체에 신호를 보내 이온이 통과할 수 있는 채널을 열고 형성하여 전기 신호를 전송합니다. 그러나 시냅스가 작동하지 않거나 형성되지 않으면 이러한 신호의 손상이 신경 장애에 기여할 수 있습니다. Wang 박사는 글리신 작용을 자세히 연구하여 이러한 시냅스, 형성 방식, 작동 방식, 특히 시냅스 수용체를 클러스터로 구성하는 방법, 수용체가 고농도로 모이는 것이 중요한 이유에 대한 이해를 넓히고자 합니다. 시냅스.

상당히 잘 문서화되어 있음에도 불구하고 글리신성 시냅스에 대해 많은 질문이 남아 있습니다. 클러스터를 형성하기 위해 스캐폴딩 단백질에 반응하는 메커니즘과 마찬가지로 구조가 불분명한 역할과 분포가 서로 다른 여러 하위 유형(그 중 하나는 뇌 발달 초기에만 존재)이 있습니다. 클러스터에서 형성하는 역할은 그 자체로 미스터리입니다. 올바르게 작동하기 위해 특정 밀도로 함께 모여야 하는지, 그렇다면 왜 그런지는 분명하지 않습니다. 이러한 미지의 각각은 일부 기능장애가 신경마비(“놀람 증후군”이라고 함) 및 염증성 통증과 같은 신경 장애를 유발할 수 있는 또 다른 지점을 나타냅니다.

Wang 박사는 아직 해결되지 않은 각 하위 유형의 분자 구조를 정확하게 식별하고 각 기능을 식별하기 위해 저온 전자 현미경을 사용하여 이러한 각각의 신비에 대해 더 많이 배우는 것을 체계적으로 목표로 할 것입니다. 글리신 수용체가 클러스터링하는 스캐폴딩이 단백질 게피린, 뉴로리진-2 및 콜리비스틴으로부터 어떻게 형성되는지 테스트; 그리고 마지막으로 인공 막에서 정제된 수용체를 테스트합니다. 먼저 분리된 다음, 스캐폴드에 결합된 다음, 클러스터의 스캐폴드에 결합되어 기능이 어떻게 변화하는지 확인합니다. 고독한 이온 채널이 어떻게 작동하는지에 대한 연구가 수행되었지만, 클러스터링의 효과에 대한 이 연구는 이해의 새로운 길을 열 수 있습니다. 시냅스 수용체가 살아있는 뉴런에 가장 자주 클러스터링되기 때문입니다.