22 de julho de 2019
O McKnight Endowment Fund for Neuroscience (MEFN) anunciou os três beneficiários de $600.000 em subsídios por meio do MEFN Technology Awards 2019, reconhecendo esses projetos por sua capacidade de mudar fundamentalmente a forma como a pesquisa em neurociência é conduzida. Cada um dos projetos receberá um total de $200.000 nos próximos dois anos, avançando no desenvolvimento destas tecnologias inovadoras utilizadas para mapear, monitorizar e modelar a função cerebral. Os premiados de 2019 são:
- Gilad Evrony, MD, Ph.D. da Langone Health da Universidade de Nova York, que está a desenvolver novas tecnologias unicelulares fundamentais para mapear mutações genéticas que ocorrem naturalmente em um grande número de células cerebrais humanas individuais, a fim de traçar as suas linhagens e criar uma espécie de “árvore genealógica” dos diferentes tipos de células do cérebro.
- Iaroslav 'Alex' Savtchouk, Ph.D., da Universidade Marquette, cujo projeto envolve uma forma de visualizar a atividade cerebral em três dimensões com uma resolução muito maior e muito mais rápida do que era possível antes, permitindo uma imagem mais completa do que está acontecendo nos cérebros vivos respondendo a estímulos.
- Nanthia Suthana, Ph.D., da Universidade da Califórnia, Los Angeles, cuja equipe está desenvolvendo um protocolo para se comunicar com certos dispositivos implantados em cérebros humanos como parte do tratamento médico e para capturar dados profundos da atividade cerebral de humanos imersos em ambientes de realidade virtual e realidade aumentada.
(Saiba mais sobre cada um desses projetos de pesquisa abaixo.)
Sobre os Prêmios de Tecnologia
Desde que o prémio de Tecnologia foi criado em 1999, o MEFN contribuiu com mais de $13,5 milhões para tecnologias inovadoras para a neurociência através deste mecanismo de prémio. O MEFN está especialmente interessado em trabalhos que adotem abordagens novas e inovadoras para aprimorar a capacidade de manipular e analisar a função cerebral. As tecnologias desenvolvidas com o apoio de McKnight devem, em última análise, ser disponibilizadas a outros cientistas.
“Mais uma vez, foi emocionante ver a engenhosidade em ação no desenvolvimento de novas neurotecnologias”, disse Markus Meister, Ph.D., presidente do comitê de premiação e professor de ciências biológicas Anne P. e Benjamin F. Biaggini na Caltech. . “Este ano, tivemos o prazer especial de patrocinar vários desenvolvimentos destinados ao cérebro humano, desde um método que rastreia a linhagem de células nervosas individuais até um dispositivo para ler e escrever sinais neurais em pacientes que andam livremente.”
O comitê de seleção deste ano também incluiu Adrienne Fairhall, Timothy Holy, Loren Looger, Mala Murthy, Alice Ting e Hongkui Zeng, que escolheram o McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards deste ano entre um grupo altamente competitivo de 90 candidatos.
As cartas de intenções para o prêmio de Inovações Tecnológicas de 2020 serão entregues na segunda-feira, 2 de dezembro de 2019. Um anúncio sobre o processo de 2020 será divulgado em setembro. Para mais informações sobre os prêmios, acesse www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience/technology-awards
Prêmio McKnight de Inovações Tecnológicas em Neurociências 2019
Gilad Evrony, MD, Ph.D., Professor Assistente, Centro de Genética e Genômica Humana, Depts. de Pediatria e Neurociências e Fisiologia, New York University Langone Health
“TAPESTRY: Uma tecnologia multiômica de célula única para rastreamento de linhagem de alta resolução do cérebro humano”
É do conhecimento comum que cada ser humano começa como uma única célula com um único conjunto de “instruções” de ADN, mas os detalhes de como essa célula se torna triliões – incluindo as dezenas de milhares de milhões de células no cérebro – ainda são em grande parte desconhecidos. A pesquisa do Dr. Evrony visa desenvolver uma tecnologia chamada TAPESTRY, que pode iluminar este processo através da construção de uma “árvore genealógica” de células cerebrais, mostrando quais células progenitoras dão origem às centenas de tipos de células maduras no cérebro humano.
A tecnologia pode resolver alguns dos principais problemas enfrentados pelos pesquisadores que estudam o desenvolvimento do cérebro humano. O método chave para estudar o desenvolvimento através do rastreamento de linhagens (introduzindo marcadores em células de animais imaturos e depois estudando como esses marcadores são transmitidos à sua descendência) é impossível em humanos porque é invasivo. O trabalho anterior do Dr. Evrony junto com colegas mostrou que mutações que ocorrem naturalmente podem ser usadas para rastrear linhagens no cérebro humano. TAPESTRY visa avançar e dimensionar esta abordagem resolvendo diversas limitações dos métodos atuais. Primeiro, o rastreamento da linhagem requer isolamento e amplificação mais confiáveis das pequenas quantidades de DNA de células individuais. Em segundo lugar, uma compreensão detalhada do desenvolvimento do cérebro humano precisa ser rentável para permitir o perfil de milhares ou dezenas de milhares de células individuais. Finalmente, é necessário também mapear os fenótipos das células – não apenas ver até que ponto as células estão relacionadas, mas também que tipos de células elas são. A TAPESTRY procura resolver estes desafios.
A abordagem do Dr. Evrony é aplicável a todas as células humanas, mas é de especial interesse em distúrbios cerebrais. Uma vez mapeadas as linhagens cerebrais saudáveis, elas podem ser usadas como base para ver como o desenvolvimento do cérebro difere em indivíduos com vários distúrbios que provavelmente surgem no desenvolvimento, como autismo e esquizofrenia.
Iaroslav 'Alex' Savtchouk, Ph.D., Professor Assistente, Departamento de Ciências Biomédicas, Marquette University
“Imagem Panóptica Rápida de Volumes Cerebrais via Estereoscopia Quadrangular com Etiqueta de Tempo”
As modernas técnicas ópticas de imagem cerebral permitem a observação de uma fina camada do cérebro, mas a obtenção de imagens de muita atividade cerebral no espaço tridimensional – como um volume do cérebro – tem se mostrado assustadora. Dr. Savtchouk desenvolveu uma abordagem que permite aos pesquisadores ver o que está acontecendo não apenas na superfície de um cérebro, mas profundamente dentro e em uma resolução espaço-temporal muito maior do que nunca.
O processo central – microscopia de dois fótons – detecta a atividade cerebral procurando fluorescência nas células cerebrais geneticamente modificadas de animais de laboratório. Com um único laser, as informações de profundidade são registradas muito lentamente. Com dois feixes de laser, os pesquisadores obtêm essencialmente visão binocular – eles podem ver o que está mais próximo e mais distante, mas ainda existem “sombras” visuais onde nada pode ser visto (por exemplo, quando uma pessoa olha para a borda de um tabuleiro de xadrez, algumas peças pode ser bloqueado por peças mais próximas.) O Dr. Savtchouk está resolvendo esse problema com a adição de dois feixes de laser adicionais, o que proporciona visão quádrupla e reduz bastante os pontos cegos. Ele também está sequenciando o tempo dos lasers – que pulsam rapidamente – para que os pesquisadores saibam qual laser detectou qual atividade, o que é fundamental para a construção de um modelo tridimensional com precisão de tempo.
O projeto do Dr. Savtchouk envolve primeiro projetar o sistema em simulações de computador e depois provar sua aplicação com modelos de mouse. Seu objetivo é desenvolver maneiras de atualizar os microscópios de dois fótons existentes, tanto por meio da adição de feixes de laser quanto por meio de atualizações de hardware e software, permitindo que os laboratórios se beneficiem da tecnologia sem pagar por um sistema totalmente novo.
Nanthia Suthana, Ph.D., Professora Associada, Departamento de Psiquiatria e Ciências Biocomportamentais, Universidade da Califórnia, Los Angeles
“Gravação e estimulação programável e sem fio da atividade cerebral profunda em humanos em movimento livre, imersos em realidade virtual (ou aumentada)”
O estudo dos fenómenos neurológicos humanos apresenta muitos desafios – os cérebros humanos não podem ser estudados diretamente como os cérebros dos animais, e é difícil recriar (e registar os resultados) dos fenómenos num ambiente de laboratório. Dr. Suthana propõe desenvolver um sistema que utiliza realidade virtual e aumentada para criar cenários de teste realistas para seus sujeitos. Ela usa dados registrados por dispositivos cerebrais implantáveis usados no tratamento da epilepsia.
Centenas de milhares de pessoas implantaram esses dispositivos, e muitos dos dispositivos implantados permitem programação sem fio e recuperação de dados. A abordagem da Dra. Suthana aproveita o último – esses dispositivos registram todos os tipos de atividade cerebral profunda, e ela pode acessar dados registrados enquanto os sujeitos estão interagindo em experimentos baseados em VR ou AR. É importante ressaltar que os sujeitos podem se mover livremente, pois carregam consigo o monitor de atividade cerebral e o dispositivo de gravação. A captura de movimento e as medições biométricas podem ser feitas simultaneamente, montando um quadro completo de respostas.
Dr. Suthana está trabalhando com uma equipe multidisciplinar para fazer o sistema funcionar; a equipe inclui engenheiros elétricos, físicos e cientistas da computação. Fatos básicos como a latência do sinal precisam ser estabelecidos para que os dados possam ser sincronizados e medidos com precisão. Em última análise, ela acredita que humanos que se comportam livremente e interagem com as simulações mais realistas possíveis permitirão aos pesquisadores compreender com mais precisão como o cérebro funciona. Além de questões neurológicas básicas – como a atividade cerebral e as respostas físicas que acompanham ações ou reações específicas a estímulos – o sistema mostra-se promissor para a investigação do transtorno de stress pós-traumático e outras condições em que os gatilhos ambientais podem ser simulados num ambiente virtual controlado.
