2023년 맥나이트 학자상

The McKnight Endowment Fund for Neuroscience 이사회는 2023년 McKnight Scholar Award를 수상할 10명의 신경과학자를 선정했음을 발표하게 된 것을 기쁘게 생각합니다. 올해는 McKnight가 프로그램의 새로운 지침에 따라 이러한 상을 수여하는 첫 해입니다. 이 지침은 우리 작업의 우수성과 영향력을 향상시키기 위해 다양성, 형평성 및 포용성을 높이는 데 더욱 중점을 두고 있습니다.

McKnight Scholar Awards는 독립적인 실험실과 연구 경력을 확립하는 초기 단계에 있고 신경과학에 대한 헌신을 보여준 젊은 과학자에게 수여됩니다. 1977년 이 상이 도입된 이래로 이 권위 있는 초기 경력 상은 260명 이상의 혁신적인 연구자에게 자금을 지원하고 수백 건의 획기적인 발견을 촉진했습니다.

듀크대학교 의과대학 신경생물학 교수이자 수상 위원회 위원장인 Richard Mooney 박사는 “위원회는 일련의 훌륭하고 새로운 학자들을 축하하게 되어 기쁘게 생각합니다.”라고 말했습니다. “각각은 신경계를 구축하는 분자를 식별하는 것부터 우리가 보고, 새로운 기술을 배우고, 심지어 사회적 유대를 형성할 수 있게 해주는 신경 계산을 해독하는 것까지 신경과학의 가장 근본적인 문제를 해결하는 데 전념하고 있습니다.”

다음 McKnight Scholar Award 수상자 각각은 3년 동안 연간 $75,000를 받게 됩니다.

올해 McKnight Scholar Awards에는 미국 최고의 젊은 신경과학 교수진을 대표하는 56명의 지원자가 있었습니다. 교수진은 정규 교수직에 재직한 첫 4년 동안 이 상을 받을 수 있습니다. Mooney 외에도 Scholar Awards 선정 위원회에는 Harvard University의 Gordon Fishell 박사; 마크 골드만(Mark Goldman) 박사, 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스; Kelsey Martin, MD, Ph.D., Simons 재단; 제니퍼 레이먼드(Jennifer Raymond), 스탠포드 대학교 박사; 바네사 루타(Vanessa Ruta) 박사, 록펠러 대학교; 및 컬럼비아 대학교의 Michael Shadlen 박사.

내년도 수상 신청 일정은 8월에 공개됩니다. McKnight의 신경과학 상 프로그램에 대한 자세한 내용을 보려면 다음을 방문하세요. 인다우먼트 펀드 홈페이지.

신경 과학을위한 McKnight 기금 기금 소개

신경과학을 위한 McKnight 기부 기금은 미네소타주 미니애폴리스의 McKnight 재단이 단독으로 자금을 지원하는 독립 조직이며, 전국의 저명한 신경과학자들로 구성된 이사회가 이끌고 있습니다. McKnight 재단은 1977년부터 신경과학 연구를 지원해 왔습니다. 재단은 설립자 William L. McKnight(1887-1979)의 의도 중 하나를 수행하기 위해 1986년 기부 기금을 설립했습니다. 3M 회사의 초기 리더 중 한 명인 그는 기억력과 뇌 질환에 개인적인 관심을 갖고 있었고 자신의 유산 중 일부를 치료법 찾는 데 사용하기를 원했습니다. 학자상 외에도 기부 기금은 McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards를 통해 중개 및 임상 연구를 통해 얻은 지식을 인간의 뇌 장애에 적용하기 위해 노력하는 과학자에게 보조금을 지급합니다.

2023년 맥나이트 학자상

이스마일 압두스-사부르(Ishmail Abdus-Saboor) 박사 뉴욕주 뉴욕 컬럼비아대학교 생물학과 및 Zuckerman Mind Brain Behavior Institute 조교수

터치 행동에 대한 보상을 위한 피부-뇌 축

사회적 접촉은 타인을 보살피고 사회적 유대감을 형성하는 것에서부터 성적 수용성에 이르기까지 인간 경험의 기초가 되는 핵심 자극입니다. Abdus-Saboor의 이전 연구에서는 마우스 모델과 광유전학을 사용하여 피부 신경 세포와 뇌 사이에 직접적인 연결이 있으며 전용 세포가 특정 터치 신호에 특별히 맞춰져 있음을 보여주었습니다. 이 세포는 특정한 물리적 반응을 이끌어내는 데 필요하고 충분합니다. 세포를 활성화하면 쥐가 다른 쥐가 없어도 짝짓기와 관련된 접촉을 받은 것처럼 반응하게 됩니다. 이를 비활성화하면 사회적 상호 작용과 결합된 경우에도 반응이 감소했습니다.

그의 새로운 연구에서 Abdus-Saboor와 그의 팀은 피부의 뉴런이 뇌에서 고유한 긍정적인 신호를 유발하는 방법과 뇌가 이러한 신호를 보상으로 수신하고 처리하는 방법을 정의하고 다양한 상황에서 필요한 터치 뉴런을 식별하는 것을 목표로 합니다. 터치 시나리오(새끼 키우기 vs 손질 또는 놀이). 세 번째 목표는 이러한 세포의 어떤 센서가 접촉을 식별하는지 식별하는 것입니다. 이 연구는 사회 장애를 연구하는 연구자들을 위한 잠재적인 적용과 함께 피부-뇌 연결에 대해 더 많은 것을 밝혀줄 것입니다.

야스민 엘-샤마일레 박사., 뉴욕주 뉴욕 컬럼비아 대학교 신경과학부 및 Zuckerman 정신 뇌 행동 연구소 조교수

시각적 형태를 인지하는 피질 회로

영장류에서는 대뇌 피질의 대략 30%가 시각 정보 처리에 전념합니다. 새로운 기술을 사용하여 El-Shamayleh 박사는 우리가 보는 물체를 뇌가 어떻게 감지하고 인식하는지에 대한 상세한 기계론적 이해를 개발하기 위해 노력하고 있습니다. V4 피질 영역에 초점을 맞춘 El-Shamayleh의 연구는 이 뇌 영역의 다양한 유형의 뉴런이 시각적 물체의 모양을 인식하는 능력을 어떻게 지원하는지를 보여줍니다.

피질 영역 V4는 세상의 물체의 모양에 고도로 적응합니다. 이 영역의 개별 뉴런은 물체의 윤곽을 따라 볼록한 돌출부 또는 오목한 홈과 같은 다양한 곡선 세그먼트를 감지하는 데 특화되어 있습니다. 이러한 볼록 및 오목 선호 뉴런의 다양한 앙상블은 포함된 볼록 및 오목 윤곽의 조합에 따라 다양한 물체를 감지할 수 있습니다. 예를 들어, 한 뉴런 앙상블은 바나나를 감지할 수 있고 다른 뉴런 앙상블은 파인애플을 감지할 수 있습니다. 이러한 주요 통찰력을 바탕으로 영장류 모델에서 바이러스 벡터 기반 광유전학의 새로운 응용을 사용하여 El-Shamayleh는 V4 뉴런의 특정 그룹의 활동을 전례 없는 정밀도로 기록하고 조작하고 있습니다. 본 연구에서는 V4 피질 영역의 다양한 유형의 뉴런이 어떻게 상호 작용하여 물체의 모양을 처리하는지, 이 영역의 신경 활동이 물체의 볼록한 부분과 오목한 부분에 대한 인식과 어떻게 연결되는지 확인하고 있습니다. 이러한 과정을 이해하면 영장류의 뇌가 시각적 정보를 처리하는 방법에 대한 세부 정보를 얻을 수 있습니다. 더욱이, 이 연구에서 확립된 기술 혁신은 영장류의 뇌 기능과 영장류 특유의 행동에 대한 미래의 기계적 연구를 촉진할 것입니다.

비크람 가다그카르 박사, 뉴욕주 뉴욕 컬럼비아 대학교 신경과학부 및 Zuckerman 정신 뇌 행동 연구소 조교수

구애와 일부일처제의 신경 메커니즘

동물이 어떻게 행동을 배우고 수행하는지에 대한 상당한 연구가 있었지만, 사회적 상호작용 중에 한 동물이 다른 동물의 수행을 평가하는 방법에 대해서는 관심이 덜 쏠렸습니다. 명금류에 대한 대부분의 연구에서는 짝을 유인하기 위해 노래를 부르는 수컷의 뇌에서 어떤 일이 일어나는지 조사했지만, 수컷의 노래를 들을 때 암컷 새의 뇌에서는 어떤 일이 일어나는지 조사하지 않았습니다. Gadagkar 박사의 새로운 연구는 이러한 격차를 메우고 이러한 복잡한 구애 상호 작용에 대한 보다 완전한 그림을 만드는 것뿐만 아니라 종종 무시되는 여성 두뇌를 포함하도록 신경 연구를 확장하는 데 도움을 주는 것을 목표로 합니다.

Gadagkar 박사의 연구에서는 남성이 노래를 배우고 연주할 때 시간을 유지하기 위해 활동하는 것으로 알려진 감각운동 핵인 HVC라는 뇌의 일부를 살펴볼 것입니다. 그와 그의 연구실에서는 처음으로 여성 HVC에서 여성이 남성 노래를 듣고 평가할 때 어떤 일이 일어나는지 기록하여 이 뉴런이 여성의 뇌에서 남성 노래의 표현을 인코딩하는지 테스트했습니다. 둘째, Gadagkar 박사는 여성이 평가하는 방법, 현재 성능을 이전 성능과 비교하는지, 오류가 감지되면 뉴런이 수행하는 작업을 조사합니다. 마지막으로, 연구에서는 뇌가 가장 매력적인 성과에 대한 선호를 어떻게 나타내는지 알아보기 위해 도파민 시스템을 조사할 것입니다. 이는 또한 이 명금류가 평생 동안 짝짓기를 하고 노래를 사용하여 유대 관계를 형성하고 유지하기 때문에 일부일처제의 뇌 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 것입니다.

이나가키 히데히코 박사, 막스 플랑크 플로리다 신경과학 연구소, 플로리다주 주피터

운동 학습의 기초가 되는 시냅스 메커니즘과 네트워크 역학

새로운 기술을 배우려면 뇌가 회로를 변경해야 하는데, 이 과정을 가소성이라고 합니다. 뇌 네트워크가 어떻게 기술을 실행하는지 확인하기 위해 상당한 연구가 수행되었지만, 새로운 기술을 학습하는 메커니즘에 대해서는 알려진 바가 적습니다. Inagaki 박사와 그의 팀은 학습 과정에 관련된 세포와 프로세스에 집중하기 위해 노력하고 있습니다. 연구에 따르면 계획된 동작은 뇌 영역 전반에 걸쳐 제어되며 숙련된 동물은 초보 동물과 다른 연결을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 그런데 그 연결은 어떻게 거기까지 도달했는가?

생체 내 2광자 이미징과 마우스 모델의 대규모 전기생리학을 사용하여 Inagaki 박사와 그의 팀은 이제 새로운 기술이 학습됨에 따라 어떤 변화가 일어나고 있는지 세포 수준에서 관찰할 수 있습니다. 행동. 그들은 동물들이 신호를 받은 후 서로 다른 타이밍에 움직이는 법을 배울 때 뇌의 활동이 변화하는 것을 관찰했으며 이러한 변화가 어떻게 일어나는지 보면 학습 과정의 메커니즘에 대해 많은 것을 알 수 있습니다. 연구진은 유전자 조작을 사용하여 가소성과 관련된 단백질을 활성화하거나 억제할 수 있게 되었으며, 뇌의 변화뿐만 아니라 이러한 변화가 어떻게 시작되고 통합되는지 밝히는 것을 목표로 합니다. 동물의 행동 변화를 관찰함으로써 팀은 세포 수준에서 일어나는 일과 기술을 학습하고 유지하는 놀라운 능력을 연결할 수 있습니다. 학습이 어떻게 작동하는지에 대해 더 많이 이해하면 학습 장애에 대한 연구에 영향을 미칠 수 있습니다.

페리 쿠르샨(Peri Kurshan) 박사 조교수, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, NY

분자에서 행동까지 시냅스 발달의 메커니즘을 밝히다

뉴런 사이에서 신호를 주고받는 장소인 시냅스는 행동의 기초가 되는 신경 회로 기능의 핵심입니다. 분자 수준에서 시냅스가 어떻게 발달하는지, 그리고 시냅스 발달이 행동에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것이 Kurshan 박사의 연구 목표입니다. 지배적인 모델은 시냅스 세포 접착 분자(sCAM)라고 불리는 단백질 종류가 뉴렉신(neurexin)이라고 불리는 sCAM 계열과 함께 과정을 시작한다고 주장하는데, 이는 특히 자폐증과 같은 신경 발달 장애와 관련이 높습니다. 그러나 생체 내 연구에 따르면 뉴렉신을 제거해도 시냅스가 제거되지는 않습니다. 그렇다면 프로세스는 어떻게 진행되나요?

Kurshan 박사는 회충을 사용합니다. C. 엘레 간스 이를 파악하기 위한 모델 시스템입니다. 그녀의 연구는 시냅스전 세포질 지지체 단백질이 세포막과 자가 결합한 다음 이어서 뉴렉신을 모집하여 시냅스를 안정화할 수 있음을 나타냅니다. 이미징, 단백질체학, 컴퓨터 모델링, 형질전환 조작을 사용하는 그녀의 새로운 연구에서 그녀와 그녀의 연구실은 어떤 단백질과 세포막 구성 요소가 관련되어 있고 어떻게 상호 작용하는지 확인하는 것을 목표로 하고 있습니다. 추가 목표는 뉴렉신의 다양한 변종(짧은 것과 긴 것)을 조사하여 그들의 역할이 무엇인지, 그리고 뉴렉신의 손실이 어떻게 회로 및 행동 결함으로 이어지는지 확인하는 것입니다. 이 연구는 시냅스 결함과 관련된 다양한 신경 장애에 대한 의미를 가지고 있습니다.

스콧 린더만(Scott Linderman) 박사, 캘리포니아주 스탠포드 대학교, 통계 및 Wu Tsai 신경과학 연구소 조교수

신경 및 행동 데이터의 구조를 발견하기 위한 기계 학습 방법

신경 과학에 대한 Linderman 박사의 공헌은 실험실 실험이나 신경 기록 작성이 아니라 이러한 종류의 연구에서 생성되는 엄청난 양의 데이터에서 통찰력을 관리하고 추출할 수 있는 기계 학습 방법을 개발하는 데 있습니다. 현대 기술을 사용하여 연구자들은 뇌 전체의 수많은 뉴런에 대한 고해상도 기록을 캡처하는 동시에 장기간에 걸쳐 자유롭게 행동하는 동물의 행동을 관찰하고 있습니다. Linderman과 그의 팀은 연구실과 협력하여 모든 데이터에서 패턴을 찾기 위한 확률적 기계 학습 방법을 개발합니다.

Linderman의 연구실은 특히 전산 신경행동학과 확률적 모델링에 중점을 두고 있습니다. 즉, 본질적으로 오늘날 연구자들이 생성하는 데이터 종류에 통계 모델을 구성하고 맞추는 방법을 알아내는 것입니다. 그의 현재 진행 중인 프로젝트와 향후 프로젝트는 기계 학습이 신경 연구에 적용될 수 있는 광범위한 방법을 보여줍니다. 한 프로젝트에서는 도파민 방출이 행동에 미치는 영향을 살펴보고, 다른 프로젝트에서는 신경 조절제 세로토닌의 신경 및 행동 효과를 비교하고, 세 번째 프로젝트에서는 평생 연구에 대해 다룹니다. 자유롭게 행동하는 아프리카 청록색 송사리의 비디오 녹화 – 엄청난 양과 복잡성으로 인해 연구자들이 전통적인 방법으로는 효과적으로 분석할 수 없는 종류의 데이터입니다. Linderman은 실험 협력자들과 통합된 파트너로서 작업에 접근하고, 신경생물학 문제를 해결하는 방법을 개발함으로써 통계 및 기계 학습 분야의 발전에도 도움을 주고 있습니다.

스웨타 머시(Swetha Murthy) 박사 오레곤 주 포틀랜드에 위치한 오레곤 보건 과학 대학교 Vollum Institute 조교수

세포 형태를 안내하기 위한 기계적 감각

기계적 감각(세포나 뉴런에 의한 물리적 힘의 감지)은 세포막의 특정 이온 채널(다른 단백질 중)에 의해 매개되는 놀랍도록 미묘하고 다목적 기능입니다. 분명한 예는 촉각입니다. 뉴런은 압력, 스트레칭 등을 감지할 수 있습니다. Murthy 박사의 연구실에서는 신경 건강에 심오한 영향을 미치는 훨씬 작은 규모의 기계적 감각 사례, 즉 희돌기교세포(OL)라고 불리는 특수 세포가 신경 주위에 덮개를 형성하여 전도를 개선하는 수초화 과정을 조사하고 있습니다.

기계적 신호(다른 요인 중에서)가 OL 형태와 수초화를 제어할 수 있다고 가정하지만 기본 메커니즘은 아직 알려지지 않았습니다. Murthy의 연구실에서는 OL로 표현되는 기계 활성화 이온 채널 TMEM63A를 연구하여 이러한 채널이 어떻게 수초화를 중재하고 기계적 단서가 과정을 안내하는지 밝혀냅니다. Murthy는 시험관 내 패치-클램프 기술과 유전자 조작을 사용하여 OL 기계 민감성과 이것이 TMEM63A에 의해 매개되는지 여부를 확인한 다음 TMEM63A 유전자가 있거나 없는 발달의 여러 지점에서 마우스 뇌를 비교하여 TMEM63A에 대한 수초화의 의존성을 평가합니다. 침묵했다. 마지막으로, 제브라 피쉬를 사용한 생체 내 실험은 수초화를 실시간으로 관찰하고 문서화하며 이 과정이 TMEM63A에 미치는 의존성을 결정합니다. 수초화가 어떻게 작동하고 어떻게 실패할 수 있는지 이해하는 것은 저수초성 백질이영양증과 같은 수초화와 관련된 다양한 조건을 연구하고 기계감각에 대한 이해를 넓히는 연구자에게 도움이 될 것입니다.

Karthik Shekhar 박사, 화학 및 생체분자 공학/ Helen Wills 신경과학 연구소, University of California, Berkeley, Berkeley, CA

신경 다양성의 진화와 시각 시스템의 패턴화

Shekhar 박사의 연구실에서는 다양한 동물의 요구 사항을 충족하기 위해 어떻게 다양한 신경 유형과 그 조직이 진화했는지 이해하려고 합니다. 그의 연구는 뇌의 시각 시스템, 특히 망막과 일차 시각 피질에 초점을 맞추고 있습니다. 망막과 일차 시각 피질은 수억 년의 진화를 통해 분리된 종 전체에 걸쳐 놀랍도록 잘 보존되어 있습니다. 그는 다양한 종의 망막에 있는 신경 구성과 이러한 신경 세포가 어떻게 구성되어 있는지를 이해함으로써 진화가 어떻게 독특한 시각적 요구 사항을 수용했는지 밝히고 더 나아가 신경망과 뇌 진화의 유전적 토대를 밝혀내고자 합니다.

Shekhar의 연구에서는 어류, 조류, 포유류에 이르기까지 여러 척추동물의 망막에 있는 신경 유형의 진화적 보존과 발산을 조사하고 컴퓨터 접근 방식을 사용하여 신경 다양성의 진화를 재구성할 예정입니다. 그는 진화가 새로운 유형의 출현으로 이어졌는지, 아니면 형태, 기능 또는 연결성의 변화를 포함하여 기존 유형의 수정으로 이어졌는지 조사할 것입니다. 동시 연구에서는 모든 포유류에 공통적인 구조인 시각 피질을 조사하고 뇌의 신경망이 감각 경험에 대한 절묘한 가소성을 보여주는 "중요 시기"로 알려진 초기 발달 시대의 기원을 추적하는 데 중점을 둘 것입니다. 이 연구는 시각 시스템에서 진화적 적응이 어떻게 발생했는지 보여주는 데 도움이 될 것이며, 이는 또한 뇌의 다른 부분이 어떻게 진화했는지에 대한 추가 연구의 길을 제시할 것입니다. Shekhar의 접근 방식의 기본 원칙은 엔지니어, 신경과학자, 임상의, 전산 과학자와의 학제간 협력이 신경과학의 몇 가지 중요한 문제를 해결하기 위한 새로운 접근 방식을 가져올 수 있다는 것입니다.

타냐 시피(Tanya Sippy) 박사, 뉴욕대학교 그로스먼 의과대학 조교수, 뉴욕주 뉴욕

도파민 운동 신호에 의한 선조체 세포 및 시냅스의 조절

도파민은 보상 신호 전달에서 수행하는 역할로 인해 아마도 가장 널리 알려진 신경 조절제일 것입니다. 그러나 도파민은 또한 운동에서 중요한 역할을 하는데, 이는 도파민 장애인 파킨슨병 환자가 운동을 시작할 수 없다는 사실에서 명확하게 입증됩니다. Sippy 박사는 표적 뉴런의 막 전위와 동시에 도파민 변동에 대한 매우 정밀한 생체 내 측정을 통해 도파민이 운동에 어떻게 관여하는지 더 자세히 알 수 있도록 돕는 것을 목표로 합니다.

막 전위 기록을 통해 Sippy 박사의 연구실 구성원은 신경 조절의 영향을 받는 것으로 알려진 뉴런의 두 가지 특성, 즉 1) 시냅스 입력의 강도와 2) 이러한 입력에 반응하는 방식을 결정하는 뉴런의 흥분성을 측정할 수 있습니다. 그러나 한 세포에서 도파민 변동과 막 전위를 모두 측정하는 것은 매우 어렵습니다. Sippy의 연구는 도파민 활동이 뇌의 두 반구에 반영되어 도파민 활동과 막 전위의 측정이 반대편에서 이루어질 수 있으며 여전히 강한 상관 관계가 있다는 발견에 달려 있습니다. 이러한 기록을 통해 Sippy는 도파민 시스템을 광유전학적으로 조작하고 도파민 활성화 또는 억제가 표적 뉴런의 특성에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 이것이 동물의 행동에 어떤 영향을 미치는지 확인합니다.

Moriel Zelikowsky 박사, 유타주 솔트레이크시티 유타대학교 조교수

사회적 고립의 신경펩티드 피질 조절

장기간의 사회적 고립은 포유류의 삶에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 즉, 인지 저하, 심장병, 급격한 공격성 증가를 포함한 행동 변화를 초래할 수 있습니다. 많은 연구에서 영토 방어 또는 자손 보호를 특징으로 하는 공격의 자연적 형태에 대한 피질하 제어를 살펴본 반면, 공격성의 병리학적 형태나 하향식 제어를 살펴본 연구는 거의 없습니다. Zelikowsky 박사는 만성적인 사회적 고립의 결과로 공격성이 증가하는 것과 관련된 메커니즘과 피질 회로를 더 잘 이해하는 것을 목표로 합니다.

마우스 모델을 사용한 초기 연구에서는 신경펩타이드 Tachykinin 2(Tac2)가 격리로 인해 유발된 공포와 공격성의 피질하 신경 조절제로서 역할을 확인했습니다. Tac2 신호 전달이 중단되면 격리된 마우스에서 공격성이 감소했습니다. 활성화되면 격리되지 않은 쥐에서도 공격성이 증가했습니다. 비판적으로, Tac2는 사회적 고립 이후 내측 전전두엽 피질(mPFC)에서도 상향 조절되는 것으로 밝혀졌지만 피질에서의 기능은 아직 알려지지 않았습니다. 이제 추가 연구에서는 mPFC의 Tac2 개재뉴런이 사회적으로 고립된 동물의 공격성을 어떻게 중재하는지 정확하게 조사하게 될 것입니다. 이 연구는 사회적 고립을 경험하고 자신의 공간에서 동성 "침입자" 쥐를 만나는 것에 노출된 쥐의 세포 유형별 섭동을 사용합니다. 기계 학습은 이미지화된 뇌 활동에 매핑되는 행동 클러스터를 식별하는 데 사용됩니다. 고립이 포유류의 뇌를 어떻게 변화시킬 수 있는지 이해함으로써 미래의 연구자들은 인간의 사회적 박탈이 확대되는 영향과 이를 해결하는 방법을 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.