Premiados

Ehud Isacoff, Ph.D., Evan Rauch Chair, Departamento de Neurociências, Universidade da Califórnia, Berkeley

Dirk Trauner, Ph.D. Janice Cutler Cátedra de Química e Professora Adjunta de Neurociências e Fisiologia, Universidade de Nova York

Fotoativação de receptores de dopamina em modelos de doença de Parkinson

A dopamina é geralmente conhecida por sua associação com a criação de sensações positivas ou por seu papel no vício. Mas, na verdade, a dopamina desempenha uma vasta gama de funções, e existem cinco tipos diferentes de receptores de dopamina encontrados nas células cerebrais, cada um dos quais tem muitos efeitos complicados relacionados com o movimento, a aprendizagem, o sono e muito mais. Além de ser um distúrbio do movimento, a doença de Parkinson também é um distúrbio cognitivo e é causada pela perda de entrada de dopamina.

Drs. Isacoff e Trauner estão explorando novas maneiras de controlar com precisão a ativação dos receptores de dopamina no cérebro, que imitam a perda de recepção encontrada em pacientes com Parkinson. A abordagem do laboratório usa um ligante fotossensível sintético (PTL) – essencialmente, um imitador de dopamina preso por uma trela a uma âncora, que por sua vez se ligará apenas a receptores de dopamina específicos em células específicas. Os PTLs são introduzidos no cérebro e os fios ópticos fornecem pulsos de luz diretamente às áreas onde os PTLs estão, semelhante à configuração usada para fornecer impulsos elétricos na estimulação cerebral profunda. Os experimentos observarão se os animais que tiveram a sinalização de dopamina interrompida podem recuperar o controle do movimento usando PTLs direcionados e luz – reativando instantaneamente e com precisão a função com o toque de um botão, sem os efeitos colaterais indesejados das soluções farmacológicas.

A pesquisa conduzida pelos Drs. Isacoff e Trauner aperfeiçoarão o processo de desenvolvimento e entrega desses PTLs e potencialmente demonstrarão sua eficácia. Isto poderia resultar em uma nova classe de tratamentos não apenas para o Parkinson, mas também potencialmente para outros distúrbios cerebrais.

Mazen Kheirbek, Ph.D., Professor Assistente de Psiquiatria, Centro de Neurociência Integrativa, Universidade da Califórnia, São Francisco

Jonas Chan, Ph.D., Professor de Neurologia, Instituto Weill de Neurociências, Universidade da Califórnia, São Francisco

Nova formação de mielina na consolidação de sistemas e recuperação de memórias remotas

O cérebro muda fisicamente à medida que recebe e armazena dados – como se você abrisse um computador depois de salvar dados e descobrisse que um fio ficou mais grosso ou se estendeu para um circuito próximo também. Este processo ocorre nomeadamente na formação de bainhas de mielina em torno dos axónios (uma parte dos neurónios), que demonstrou desempenhar um papel no aumento da eficiência da comunicação dentro e entre os circuitos neuronais, o que pode facilitar a recordação de algumas memórias.

O que não se sabe é se essas bainhas se formam em torno de axônios mais relacionados a algumas memórias do que a outras. Kheirbek e Chan estão explorando esse processo, buscando entender se os axônios dos conjuntos neuronais ativados por experiências de medo são preferencialmente mielinizados – essencialmente, tornando as memórias traumáticas mais fáceis de lembrar – e como esse processo funciona e pode ser manipulado. Uma pesquisa preliminar descobriu que o condicionamento do medo resultou num aumento de células que são precursoras da formação de mielina, e que este processo estava envolvido na consolidação a longo prazo das memórias de medo.

Um experimento irá marcar quais células são ativadas durante o condicionamento contextual do medo e observar a mielinização nessas células; então, os pesquisadores manipularão a atividade elétrica de circuitos distintos para determinar o que causa a ocorrência da mielinização adicional. Experimentos adicionais observarão se os camundongos que tiveram a formação de nova mielina suprimida exibem as mesmas respostas de medo que os camundongos com formação normal de mielina. Um terceiro experimento observará todo o processo com imagens ao vivo de alta resolução durante um longo período. A pesquisa pode ter implicações para condições como o Transtorno de Estresse Pós-Traumático, onde memórias traumáticas e respostas ao medo são ativadas, ou distúrbios de memória onde a recordação é perturbada.

Thanos Siapas, Ph.D., Professor de Computação e Sistemas Neurais, Divisão de Biologia e Engenharia Biológica, Instituto de Tecnologia da Califórnia

Dinâmica de circuitos e consequências cognitivas da anestesia geral

Embora a anestesia geral (AG) tenha sido uma bênção para a medicina ao permitir cirurgias que seriam impossíveis em pacientes acordados, as formas exatas como a GA afeta o cérebro e seus efeitos a longo prazo são pouco compreendidos. Siapas e sua equipe estão procurando expandir nosso conhecimento fundamental sobre os efeitos do GA no cérebro em uma série de experimentos, abrindo a porta para pesquisas adicionais sobre a função e aplicação do GA que poderão algum dia levar a seu melhor uso em humanos.

Siapas pretende usar gravações multieletrodos para monitorar a atividade cerebral durante a anestesia e empregar abordagens de aprendizado de máquina para detectar e caracterizar padrões nos dados neurais. A equipe registrará a atividade durante a indução e emergência do GA, bem como durante o estado estacionário, para determinar exatamente por quais estados o cérebro passa. Esta investigação pode ser especialmente útil para compreender e ajudar a prevenir a consciência interoperatória, uma situação em que os pacientes por vezes se tornam conscientes do que está a acontecer, mas não conseguem mover-se, o que pode levar a traumas graves.

Um experimento final examinará o impacto cognitivo de longo prazo do GA. Muitas pessoas experimentam impactos cognitivos de curto prazo após a anestesia, mas uma pequena porcentagem sofre comprometimento cognitivo permanente ou de longo prazo. A equipe manipulará a administração de GA (novamente em camundongos), depois testará os déficits de aprendizagem ou cognição e registrará a atividade cerebral associada a esses déficits.

Carmem Westerberg, Ph.D., Professor Associado, Departamento de Psicologia, Texas State University

Ken Paller, Ph.D., Professor de Psicologia e Cátedra James Padilla em Artes e Ciências, Departamento de Psicologia, Northwestern University

A Fisiologia Superior do Sono Contribui para a Função Superior da Memória? Implicações para combater o esquecimento

Drs. Westerberg e Paller e sua equipe esperam obter informações sobre o processo de esquecimento estudando a fisiologia do sono de pessoas que quase nunca esquecem. Estes indivíduos, que se diz terem uma condição chamada “memória autobiográfica altamente superior”, ou HSAM, conseguem lembrar-se sem esforço dos mínimos detalhes de cada dia das suas vidas com igual clareza, quer tenham acontecido na semana passada ou há 20 anos. Em comparação, a maioria dos humanos consegue lembrar-se da mesma quantidade de detalhes que aqueles com HSAM durante algumas semanas, mas, além disso, lembram-se apenas de momentos especialmente significativos em detalhes.

A fisiologia do sono é proposta como uma possível diferença entre aqueles com HSAM e aqueles sem. Sabe-se que o sono desempenha um papel importante na consolidação da memória, e um estudo humano detalhado da atividade cerebral durante o sono de indivíduos com HSAM e controle irá registrar, comparar e analisar os padrões de oscilações lentas (ligadas à consolidação da memória), fusos do sono (também ligados à consolidação e registrados em níveis elevados em indivíduos com HSAM) e as formas como eles co-ocorrem.

Um segundo estudo apresenta uma faixa de cabeça fácil de usar que permitirá aos participantes medir os dados do sono e da memória em casa durante um período de um mês, para determinar se a fisiologia do sono aprimorada durante várias noites contribui para uma memória superior para eventos que aconteceram em um mês. anterior. Além disso, ao orientar a reativação de memórias que não são de natureza autobiográfica com sinais sonoros apresentados durante o sono, este estudo ajudará a revelar se a fisiologia aprimorada do sono em indivíduos com HSAM também pode melhorar a memória para memórias não autobiográficas. Drs. Westerberg e Paller esperam que, ao descobrir como funciona a memória altamente superior, possamos descobrir padrões naqueles que sofrem de função de memória abaixo do ideal, como aqueles que sofrem da doença de Alzheimer, e talvez encontrar novas maneiras de compreender e tratar as condições.

Denise Cai, Ph.D., Professor Assistente, Departamento de Neurociências, Icahn School of Medicine no Mount Sinai

Mecanismos de circuito de ligação de memória

Dr. Cai estuda as maneiras pelas quais as memórias e o aprendizado são registrados no cérebro, com foco particular em como a dinâmica temporal afeta esses processos. Sua pesquisa explora como a sequência e o momento das experiências impactam a maneira como as memórias são armazenadas, vinculadas e lembradas.

A sua investigação tem implicações importantes para o Transtorno de Estresse Pós-Traumático (TEPT), uma condição devastadora que afecta cerca de 13 milhões de americanos, com uma elevada prevalência da doença entre os veteranos – quase 20 por cento. Pessoas que sofrem de TEPT revivem memórias traumáticas, o que afeta dramaticamente seu comportamento e qualidade de vida. Com base em sua pesquisa, a Dra. Cai levantou a hipótese de que experiências negativas ou traumáticas podem expandir a janela de tempo durante a qual as memórias podem estar ligadas. No cérebro de alguém que vivencia um trauma, esse medo pode ser transferido para memórias não relacionadas que aconteceram horas, ou mesmo dias, antes do evento traumático.

Para testar essa teoria, a Dra. Cai e seus colaboradores desenvolveram um miniscópio sem fio exclusivo para visualizar a atividade neural em ratos. O Miniscópio é acoplado à cabeça dos camundongos que vagam livremente em suas gaiolas enquanto a atividade neural é registrada em tempo real. Dr. Cai pode observar e registrar quais neurônios são ativados quando as memórias são recuperadas e testar se a desativação de neurônios específicos afeta a ligação das memórias. A tecnologia Miniscope permite ao Dr. Cai capturar e analisar a atividade cerebral ao longo de muitas experiências ao longo do tempo, o que é fundamental para a compreensão da ligação de memória normal e disfuncional. Dr. Cai espera que sua pesquisa melhore nossa compreensão de transtornos como o TEPT e leve ao desenvolvimento de novos tratamentos para o transtorno.

Xin Jin, Ph.D., Professor Associado, Laboratório de Neurobiologia Molecular, Instituto Salk de Estudos Biológicos

Dissecando o retalho do estriado e os compartimentos da matriz para aprendizagem em ação

A aprendizagem de ações complexas e sequenciadas é fundamental para a maioria das atividades humanas – desde andar de bicicleta até inserir uma senha de e-mail. Jin e sua equipe da Salk estão explorando como o cérebro aprende, armazena e recupera essas “memórias motoras”. Além disso, a equipe estudará como o conhecimento adquirido nas “memórias motoras” é traduzido em atividade física, por exemplo, fazendo com que os músculos executem automaticamente uma sequência completa de ações precisas (levantar o braço/contrair os dedos/estender o cotovelo/dobrar o pulso) quando o cérebro está apenas dando uma direção consciente para uma ação ampla (lançar a bola de basquete).

A pesquisa do Dr. Jin concentra-se nos gânglios da base, uma parte do cérebro relacionada ao aprendizado, motivação e tomada de decisões. Especificamente, o Dr. Jin busca compreender o papel e a atividade da placa estriatal e dos compartimentos da matriz dos gânglios da base e os caminhos pelos quais a atividade neural ocorre durante o aprendizado e a execução de comportamentos complexos.

Para conduzir esta pesquisa, o Dr. Jin está trabalhando com ratos que aprenderão uma sequência simples de acionamentos de alavanca para ganhar uma recompensa alimentar. O design da sequência dá ao Dr. Jin uma visão de como uma sequência de ação é iniciada e como o cérebro direciona uma mudança na ação e então interrompe a sequência. Técnicas ópticas avançadas serão usadas para observar e manipular a atividade neural nos compartimentos de patch e matriz para determinar como esses diferentes compartimentos e caminhos afetam o aprendizado e a execução de comportamentos sequenciais. O projeto do Dr. Jin e sua equipe poderia potencialmente levar a curas ou tratamentos para distúrbios neurológicos, incluindo a doença de Parkinson, a doença de Huntington e o Transtorno Obsessivo-Compulsivo.

Ilya Monosov, Ph.D., Professor Assistente de Neurociências, Escola de Medicina da Universidade de Washington em St.

Os mecanismos neuronais de busca de informações sob incerteza

Os humanos e outros animais estão frequentemente fortemente motivados para saber o que o seu futuro lhes reserva. No entanto, embora muito se saiba sobre como as recompensas motivam o comportamento, muito pouco se sabe sobre os mecanismos neuronais de procura de informação – como é controlada a nossa motivação para reduzir a nossa incerteza sobre o futuro, que processos cerebrais estão envolvidos e como isso afecta o comportamento.

Remover ou reduzir a incerteza sobre o futuro é uma parte importante da tomada de decisões. Ao recolher e avaliar dados, as pessoas e os animais podem fazer escolhas que resultarão em resultados mais positivos ou numa redução de consequências negativas. Como resultado, a informação que ajuda a reduzir a incerteza tem valor por si só.

O laboratório Monosov explorará os mecanismos neuronais de tomada de decisão quando confrontados com a incerteza e, em particular, como o cérebro antecipa a obtenção de informações e controla o nosso impulso para reduzir a incerteza, atribuindo valor à informação. O projeto também foi concebido para esclarecer quais fatores (como a natureza do resultado ou o grau de incerteza) influenciam o valor atribuído à informação sobre o futuro e os processos neurais envolvidos na tomada de medidas para obter esse conhecimento. Este trabalho pode ser útil no tratamento de uma série de condições associadas à tomada de decisões inadequadas, como o vício do jogo (onde os sujeitos assumem riscos excessivos diante das evidências) ou ansiedade excessiva (onde os sujeitos não assumem nem mesmo os riscos mais mínimos). ).

Elizabeth Búfalo, Ph.D., Professor, Departamento de Fisiologia e Biofísica, Faculdade de Medicina da Universidade de Washington; e Chefe da Divisão de Neurociências do Washington National Primate Research Center

Dinâmica Neural de Memória e Cognição na Formação do Hipocampo Primata

Dr. Buffalo e sua equipe investigam os mecanismos que impulsionam a memória e a cognição, estudando como as mudanças na atividade neuronal de primatas não humanos se correlacionam com sua capacidade de aprender e lembrar. Neste projeto, pesquisadores do Buffalo Lab treinaram macacos para usar joysticks enquanto navegam por um ambiente de jogo virtual imersivo, enquanto a atividade cerebral nas profundezas do lobo temporal medial é registrada e analisada. O objetivo é obter uma maior compreensão de como os conjuntos de neurônios na formação do hipocampo dos primatas apoiam a formação da memória e se as teorias de organização de redes promovidas em roedores são aplicáveis aos primatas. Suas descobertas podem lançar uma nova luz sobre por que os danos a essas estruturas podem comprometer a capacidade do cérebro de armazenar e recuperar informações, abrindo caminho para novas terapias para indivíduos com epilepsia do lobo temporal, depressão, esquizofrenia e doença de Alzheimer.

Maurício R. Delgado, Ph.D., Professor Associado, Departamento de Psicologia, Rutgers University

A regulação de memórias autobiográficas negativas por meio de estratégias focadas em emoções positivas

O Laboratório Delgado de Neurociência Social e Afetiva explora a interação da emoção e da cognição no cérebro humano durante os processos de aprendizagem e tomada de decisão. Aproveitando a pesquisa anterior do Dr. Delgado, que revelou que a recordação de memórias positivas pode recrutar sistemas neurais de recompensa e diminuir a resposta do cortisol, ele e sua equipe irão agora investigar se focar em um aspecto positivo de uma memória negativa pode alterar a forma como essa memória é lembrada, e até mesmo mudar a sensação que ela induz na próxima vez que a memória for recuperada. Para fazer isso, os pesquisadores pedirão aos participantes do estudo que recordem uma memória negativa ao longo do tempo, usando análise comportamental e fMRI para caracterizar os mecanismos neurais envolvidos na regulação de memórias autobiográficas negativas. Tais descobertas poderão levar a novas ferramentas e estratégias terapêuticas para melhorar a qualidade de vida de pessoas com transtornos de saúde mental e de humor.

Bruce E. Herring, Ph.D., Professor Assistente, Seção de Neurobiologia, Departamento de Ciências Biológicas, Dornsife College of Letters, Arts and Sciences, University of Southern California

Compreendendo a disfunção sináptica no transtorno do espectro do autismo

Herring e sua equipe recentemente se concentraram em um potencial “ponto quente” para o desenvolvimento de Transtornos do Espectro do Autismo, descobrindo oito diferentes mutações relacionadas ao autismo agrupadas no gene TRIO, responsável por uma proteína que impulsiona a força ou fraqueza das conexões entre o cérebro. células. Agora, os pesquisadores do Herring Lab irão implantar camundongos projetados como modelo animal para determinar se a interrupção da função do TRIO durante um período inicial crítico no desenvolvimento do cérebro prejudica a conexão entre as células cerebrais que contribuem para o desenvolvimento do TEA. Ao aprender mais sobre este promissor ponto de convergência para genes de risco de TEA, a pesquisa do Dr. Herring pode ajudar no desenvolvimento de novas teorias sobre os mecanismos moleculares subjacentes ao autismo, lançando uma nova luz sobre como a disfunção sináptica contribui para doenças cognitivas.

Donna J. Calu, Ph.D., Professor Assistente do Departamento de Anatomia e Neurobiologia da Universidade de Maryland, Faculdade de Medicina

Diferenças individuais na sinalização de atenção em circuitos da amígdala

A pesquisa da Dra. Calu é motivada por seu desejo de compreender a vulnerabilidade individual ao vício, que se manifesta na compulsão dos viciados em procurar e consumir drogas, mesmo diante das conhecidas consequências negativas do abuso de drogas. Geralmente, os humanos modificam o seu comportamento quando os valores dos resultados ficam repentinamente melhores ou piores do que o esperado, mas a capacidade de modificar o comportamento quando as situações pioram fica comprometida em indivíduos viciados. Para compreender melhor o fenótipo vulnerável à dependência, é fundamental compreender como os indivíduos diferem antes de qualquer exposição a drogas de abuso. O laboratório do Dr. Calu usa modelos animais para estudar os mecanismos cerebrais subjacentes ao rastreamento de sinais e às diferenças individuais de rastreamento de objetivos em ratos. Os rastreadores de sinais mostram um impulso motivacional aumentado desencadeado por dicas associadas a alimentos e drogas, enquanto os rastreadores de metas usam dicas para orientar a resposta flexível com base no valor atual do resultado. Calu está registrando a atividade em tempo real de neurônios individuais da amígdala para examinar como eles disparam quando rastreadores de sinais e metas realizam tarefas que violam suas expectativas de recompensa. Ela também está inibindo seletivamente os neurônios para examinar o papel das vias da amígdala em direcionar a atenção para sinais diante de consequências negativas. A Dra. Calu considerará as descobertas de sua equipe no que se refere à compreensão da vulnerabilidade individual e à prevenção do vício.

Fred H. Gage, Ph.D., Professor do Instituto Salk de Estudos Biológicos e Matthew Shtrahman, MD, Ph.D., Professor Assistente, Universidade da Califórnia, San Diego

Usando imagens profundas de Ca2 + de dois fótons in vivo para estudar a separação de padrões temporais

Drs. Gage e Shtrahman estão explorando como o hipocampo distingue experiências semelhantes para formar memórias distintas, um processo denominado separação de padrões. Especificamente, eles estão investigando como o hipocampo processa informações sensoriais dinâmicas que variam com o tempo durante a formação da memória. Eles concentrarão seus estudos no giro denteado, uma região do hipocampo considerada crítica para a separação de padrões e uma das duas únicas regiões do cérebro dos mamíferos que gera novos neurônios ao longo da vida. Gage e Shtrahman usarão imagens de cálcio de dois fótons para sondar a atividade dos neurônios recém-nascidos nesta região cerebral profunda para compreender melhor esta importante função cerebral. A compreensão destes mecanismos fornecerá informações cruciais sobre por que a nossa capacidade de aprender e lembrar diminui com a idade e como a doença do hipocampo leva a um comprometimento significativo da memória em doenças como a doença de Alzheimer e a esquizofrenia.

Gabriel Kreiman, Ph.D., Professor Associado de Oftalmologia e Neurologia, Hospital Infantil de Boston, Harvard Medical School

Mecanismos comportamentais, fisiológicos e computacionais subjacentes à formação da memória episódica no cérebro humano

Ao mostrar clipes de filmes aos indivíduos e determinar o que eles são capazes de lembrar da exibição, o Dr. Kreiman e sua equipe se esforçam para entender como as memórias episódicas são criadas. As memórias episódicas “constituem a estrutura essencial das nossas vidas”, diz ele, abrangendo tudo o que acontece a um indivíduo e, em última análise, formando a base de quem somos. Como a formação da memória episódica é muito complexa para ser rastreada na vida real, Kreiman usa filmes como substitutos, uma vez que as pessoas desenvolvem associações emocionais com personagens como fazem no mundo real. Kreiman e sua equipe estão estudando quantitativamente os mecanismos de filtragem comportamental que levam à lembrança versus esquecimento e construindo um modelo computacional que prevê qual conteúdo do filme será ou não memorável para os sujeitos. Kreiman está colaborando com o Dr. Itzhak Fried da UCLA, cujo trabalho com pacientes com epilepsia oferece uma oportunidade de estudar a atividade de aumento neuronal no hipocampo durante a formação da memória episódica. O seu trabalho é significativo dado que os distúrbios cognitivos que afectam a formação da memória têm consequências devastadoras que até à data não podem ser tratadas com medicamentos, terapias comportamentais ou outras abordagens.

Boris Zemelman, Ph.D., Professor Assistente de Neurociências e Daniel Johnston, Ph.D., Professor de Neurociências e Diretor do Centro de Aprendizagem e Memória da Universidade do Texas em Austin

Disfunção pré-frontal na síndrome do X frágil

Os pesquisadores do Centro de Aprendizagem e Memória de Austin, Daniel Johnston e Boris Zemelman, se uniram para estudar o papel do córtex pré-frontal (PFC) na Síndrome do X Frágil (FXS). FXS resulta de uma mutação em um gene chamado fmr1 e a perda de uma proteína chamada FMRP, interrompendo a função neuronal. FXS é a forma hereditária mais comum de deficiência intelectual e a causa monogênica mais comum de autismo. Usando um modelo de mouse no qual o fmr1 gene foi excluído, o laboratório Johnston tem estudado um comportamento simples semelhante à memória de trabalho chamado condicionamento de piscar de olhos, no qual o emparelhamento de uma dica visual com um sopro de ar não contíguo leva ao fechamento antecipatório das pálpebras. Curiosamente, os ratos sem o fmr1 gene e a proteína FMRP são incapazes de aprender esta tarefa. Neste projeto, os investigadores usarão vírus desenvolvidos por Zemelman para remover ou substituir FMRP em neurônios específicos do PFC e, em seguida, examinar o comportamento animal, o complemento de proteínas neuronais e os padrões de disparo de células PFC selecionadas. A longo prazo, sua pesquisa é promissora para abordagens clínicas de SXF e autismo, determinando alvos celulares ideais para intervenções terapêuticas.

David J. Foster, Ph.D., Professor Associado de Neurociências, Faculdade de Medicina da Universidade Johns Hopkins

O duplo papel das sequências de células locais do hipocampo na aprendizagem e na memória

David Foster e a sua equipa estão a explorar questões fundamentais sobre a memória e como o hipocampo funciona à medida que planeamos ações futuras que dependem do que fizemos no passado. Embora se saiba que os mesmos neurônios no hipocampo disparam sinais quando encontramos um lugar físico onde estivemos antes, isso ainda não explica o que as células do hipocampo têm a ver com a memória. A equipe de Foster está interessada na sequência de padrões de disparo emitidos quando ratos e camundongos antecipam o movimento através de um espaço físico, mapeando, na verdade, a viagem mental no tempo ou a memória episódica do hipocampo. Foster e sua equipe determinarão o que acontece quando perturbam as sequências cerebrais e tentam alterar o comportamento esperado. A disfunção do hipocampo e as deficiências de memória são uma característica central em muitas doenças cerebrais e até mesmo no envelhecimento normal, sublinhando a necessidade de expandir a nossa compreensão da base neural da memória episódica.

Ueli Rutishauser, Ph.D., Professor Assistente de Neurocirurgia, Cedars-Sinai Medical Center; Associado Visitante (nomeação conjunta), Instituto de Tecnologia da Califórnia
Adam Mamelak, MD, Professor de Neurocirurgia, Cedars-Sinai Medical Center

Coordenação da atividade neural mediada pelo ritmo teta do hipocampo na memória humana

Drs. A equipe interdisciplinar de médicos e pesquisadores de Rutishauser e Mamelak decodifica o que as células cerebrais humanas estão fazendo ao criar novas memórias e recuperá-las. Eles trabalham com pacientes que têm eletrodos implantados no cérebro como parte de procedimentos neurocirúrgicos. Enquanto os pacientes estão em tratamento, a equipe de pesquisa administra testes de memória e registra a atividade de neurônios individuais no hipocampo, uma estrutura cerebral necessária para a formação de novas memórias. Usando esta técnica, a equipe está investigando como a atividade neuronal é coordenada pelos ritmos cerebrais e como essa coordenação permite a formação de novas memórias. Acredita-se que a coordenação neuronal deficiente seja uma das principais causas dos distúrbios de memória. Portanto, estudar como os cérebros humanos formam novas memórias e analisar especificamente como as oscilações teta coordenam a atividade entre diferentes tipos funcionais de neurônios poderia levar a uma melhor compreensão de como a medicina e a terapia de estimulação podem ajudar a restaurar a função da memória.

Daphna Shohamy, Ph.D., Professor Associado de Psicologia e Zuckerman Mind, Brain, Behavior Institute, Columbia University

Como a memória episódica orienta as decisões: mecanismos neurais e implicações para a perda de memória

Dr. Shohamy está pesquisando como as memórias são usadas quando tomamos decisões. Mesmo as decisões mais simples, como o que pedir para o almoço, dependem da memória de experiências passadas. Para compreender os processos cerebrais pelos quais a memória é usada para orientar decisões, a equipe do Dr. Shohamy combinará duas abordagens diferentes. Eles usarão fMRI para escanear a atividade cerebral enquanto pessoas saudáveis tomam uma série de decisões simples e analisarão a contribuição das regiões de memória do cérebro para o processo de tomada de decisão. Eles também compararão a tomada de decisões entre pessoas saudáveis e pacientes com perda grave de memória. Shohamy está colaborando com o neurobiólogo Dr. Michael Shadlen, que estuda como os neurônios acumulam evidências para tomar decisões perceptivas simples. A sua investigação reúne dois corpos de investigação diferentes: como o cérebro recupera memórias e como acumula evidências para tomar decisões. O objetivo de longo prazo da pesquisa é melhorar a qualidade de vida dos pacientes com perda de memória, compreendendo como a perda de memória afeta as decisões cotidianas e criando intervenções que remediem esse problema.

Kimberley Tolias, Ph.D., Professor Associado, Baylor College of Medicine
Andreas Tolias, Ph.D., Professor Associado, Baylor College of Medicine

Estudando traços de memória global em resolução de sinapse única

Os neurônios em nossos cérebros se comunicam entre si por meio de conexões sinápticas, que se tornam mais fortes ou mais fracas durante o aprendizado. No entanto, apenas uma pequena fração dos triliões de sinapses no cérebro participa na formação de uma única memória. Dra. Kimberley Tolias e seu marido, Dr. Andreas Tolias, estão reunindo seus respectivos conhecimentos em neurociência molecular e de sistemas para desenvolver uma maneira de rotular as sinapses específicas associadas a memórias únicas. Eles chamam essa ferramenta de Estampagem de Engrama de Memória Indutível Neuronal Multicolorida, ou MNIMES (“memórias” em grego). Esta abordagem irá ajudá-los a compreender melhor como as memórias são formadas em cérebros saudáveis, e também como este processo é alterado em doenças neuropsiquiátricas como o autismo ou a doença de Alzheimer. A sua investigação poderia potencialmente levar a novos tratamentos genéticos ou farmacêuticos para restaurar a função normal das sinapses e a plasticidade nestas doenças. Os principais membros dos laboratórios Tolias que conduzem este projeto incluem os Drs. Joseph Duman e Jacob Reimer.

Jacqueline Gottlieb, Ph.D., Professor Associado de Neurociências, Universidade de Columbia

Dinâmica populacional que codifica incerteza e recompensa no córtex frontal e parietal

Gottlieb está investigando a natureza da atenção, postulando que dois fatores principais – recompensa e incerteza – atraem a atenção e estão implicados em muitas doenças psiquiátricas, como vícios, TDAH, ansiedade e depressão. Usando os sistemas visuais de macacos e observando grandes populações de neurônios registradas em conjunto, seu laboratório investigará como a incerteza e a recompensa estão implicadas na atenção e no controle do movimento ocular.

Michael Greicius, MD, MPH, Professor Associado de Neurologia, Universidade de Stanford

Elucidando a interação entre sexo e APOE no risco da doença de Alzheimer

Mais de metade dos pacientes com Alzheimer são portadores de uma variante genética chamada APOE4, que representa mais risco para as mulheres do que para os homens. Greicius planeia investigar a APOE4 em humanos, procurando variantes noutros genes que interagem com a APOE4 de forma diferente por género, e perguntando se a diminuição do estrogénio na menopausa pode aumentar o risco nas mulheres. O objetivo é obter novos insights sobre como o APOE4 aumenta o risco da doença de Alzheimer, potencialmente ajudar a identificar novos tratamentos e talvez levar a recomendações para reposição hormonal com base no status do APOE4.

Stephen Maren, Ph.D., Professor de Psicologia e Instituto de Neurociências, Texas A&M University

Interação pré-frontal-hipocampal na recuperação de memória contextual

Maren procura compreender os sistemas e circuitos cerebrais que colocam as memórias em contexto – um processo que define o que, quando e onde ocorreram os eventos nas nossas vidas. Muitos distúrbios de memória, incluindo a doença de Alzheimer, estão associados à incapacidade de recordar os ricos detalhes contextuais de uma experiência. Maren usará métodos farmacogenéticos de ponta em ratos para manipular neurônios no tálamo que interconectam o córtex pré-frontal e o hipocampo para caracterizar como essas conexões contribuem para a memória.

Philip Wong, Ph.D., Professor de Patologia e Neurociências, e Liam Chen, MD, Ph.D., Professor Assistente de Patologia, Universidade Johns Hopkins

Caracterização e validação de um novo alvo terapêutico em modelos animais TDP-43 de demência frontotemporal

A demência frontotemporal (DFT), um grupo de distúrbios complexos resultantes da neurodegeneração dos lobos frontal e temporal, é uma forma importante de demência que afeta pessoas com menos de 65 anos. Wong e Chen esperam preencher uma lacuna na capacidade de tratar estas doenças. Eles levantam a hipótese de que está envolvida a perda da função de uma proteína específica, a TDP-43. O TDP-43 poderia potencialmente regular uma ampla variedade de alvos moleculares que são relevantes na perda de memória e no declínio cognitivo na DFT. Seu laboratório realizará exames de drogas em moscas-das-frutas para descobrir possíveis alvos para o desenvolvimento de medicamentos.

Nicole Calakos, MD, Ph.D., Professor Associado de Neurologia e Neurobiologia, e Henry Yin, Ph.D., Professor Assistente de Psicologia e Neurociências, Duke University

Do bom ao mau hábito: examinando a relação entre aprendizagem de hábitos e compulsividade

Calakos e Yin estão explorando como o padrão de atividade de disparo entre tipos distintos de células nos gânglios da base muda com o aprendizado. Embora muito se saiba sobre o que acontece nas conexões sinápticas do cérebro durante o processo de aprendizagem, sabe-se muito menos sobre como essas mudanças são integradas para influenciar o disparo neuronal entre populações de neurônios em um determinado circuito. Os pesquisadores desenvolveram uma abordagem para examinar a aprendizagem neste nível e irão aplicá-la para examinar como a atividade neural muda no corpo estriado à medida que os hábitos são aprendidos e se uma aberração do processo normal de aprendizagem de hábitos leva a comportamentos compulsivos. Este trabalho tem potencial para melhorar nossa compreensão de como a aprendizagem de hábitos é codificada no corpo estriado e como o processo pode ser interrompido no transtorno obsessivo-compulsivo (TOC) e transtornos relacionados.

Edward Chang, MD, Professor Associado de Cirurgia Neurológica e Fisiologia, Universidade da Califórnia, São Francisco

Como aprendemos palavras: a neurofisiologia da memória verbal

Na infância e na idade adulta, construímos e mantemos vocabulários massivos, mas não sabemos exatamente como. Como a linguagem é exclusiva dos humanos, Chang planeja estudar os mecanismos de aprendizagem de palavras nas pessoas – especificamente, pacientes submetidos a procedimentos neurocirúrgicos e que têm eletrodos implantados no cérebro para indicações clínicas, como localização de epilepsia. Ele espera obter novos conhecimentos importantes sobre como as redes cerebrais são coordenadas na aprendizagem de palavras. Como as dificuldades de encontrar palavras são um sintoma comum relacionado ao envelhecimento e a muitas condições neurológicas, como a doença de Alzheimer, acidente vascular cerebral e afasia, novos tratamentos que possam preservar ou melhorar a função cerebral nessas condições dependerão da compreensão de como as palavras são aprendidas.

Adam Kepecs, Ph.D., Professor Associado, Laboratório Cold Spring Harbor

Sinais de transmissão cognitiva específicos do tipo celular do núcleo basal

O laboratório de Kepecs está estudando o núcleo basal (NB), um sistema neuromodulador de vital importância, mas pouco compreendido, cuja degeneração é paralela ao declínio das funções cognitivas em pacientes com doença de Alzheimer, demência de Parkinson e declínio cognitivo normal relacionado à idade. Há evidências de que o RN desempenha funções na aprendizagem e na atenção, mas não se sabe quais sinais este sistema envia ao córtex. Para obter conhecimento fundamental sobre o assunto, Kepecs registrará neurônios colinérgicos NB identificados em camundongos comportados. A pesquisa, que combina eletrofisiologia comportamental, psicofísica quantitativa e técnicas optogenéticas, determinará quais neurônios específicos sinalizam e quando, e se eles têm os sinais apropriados para apoiar a aprendizagem e a atenção. O conhecimento dos padrões de disparo nestes neurônios fornecerá informações críticas para o desenvolvimento de tratamentos terapêuticos para doenças cognitivas.

John Wixted, Ph.D., Ilustre Professor de Psicologia e Larry Squire, Ph.D., Professor de Psiquiatria, Neurociências e Psicologia, Universidade da Califórnia, San Diego

A representação da memória episódica e semântica em neurônios individuais do hipocampo humano

Os investigadores estão a explorar se neurónios individuais em diferentes sub-regiões do hipocampo humano codificam memórias. A questão de como o cérebro armazena memórias foi examinada utilizando outras metodologias, mas todas tiveram limitações. Para esta pesquisa, Wixted e Squire estão colaborando com o Dr. Peter Steinmetz do Barrow Neurological Institute para pedir aos pacientes que memorizem uma série de imagens e/ou palavras. Os cientistas medirão a atividade de um único neurônio em diferentes áreas do hipocampo, à medida que os pacientes mais tarde se lembrarem desses itens. O objetivo a longo prazo é criar uma base para o desenvolvimento de intervenções clínicas destinadas a retardar o comprometimento da memória associado ao envelhecimento e a retardar a progressão de doenças neurodegenerativas no hipocampo que prejudicam profundamente a capacidade de lembrar.

Alison Barth, Ph.D., Universidade Carnegie Mellon

Captura específica de células da plasticidade dependente da experiência no neocórtex

Usando um modelo de rato que permite gravações eletrofisiológicas direcionadas de circuitos neocorticais, Barth trabalhará para identificar neurônios específicos alterados pela experiência e observar entradas sinápticas para essas células, e também para tentar impulsionar mudanças em um determinado subconjunto de células in vivo. A questão central é como é que a experiência transforma as células e as ligações entre células, e o que é que este processo é tão crítico para a aprendizagem e a memória.

Charles Gray, Ph.D., Universidade Estadual de Montana

Processamento distribuído subjacente à cognição

O laboratório de Gray acaba de desenvolver um instrumento que pode medir a atividade neural em macacos rhesus com uma resolução temporal e espacial muito alta em muitos locais. Durante o período de premiação, Gray planeja medir a atividade neural de grandes áreas do cérebro para obter uma ampla perspectiva sobre como e onde a informação é codificada quando o cérebro retém algo na memória de curto prazo.

Geoffrey Kerchner, MD, Ph.D., e Anthony Wagner, Ph.D., Universidade de Stanford

Estrutura e função do hipocampo no comprometimento cognitivo

Kerchner planeja usar duas tecnologias de ressonância magnética (MRI) de alta resolução para estudar as sub-regiões interligadas do hipocampo e ver como elas são afetadas na doença de Alzheimer. Ele estudará a estrutura física do hipocampo com uma tecnologia e, em colaboração com Wagner, usará a outra tecnologia para estudar como grupos de células nervosas do hipocampo disparam durante exercícios de memória.

Átila Losonczy, MD, Ph.D., Universidade Columbia

Dissecando disfunções do microcircuito do hipocampo subjacentes aos déficits de memória cognitiva na esquizofrenia

Losonczy pretende avançar na compreensão dos processos de memória em cérebros saudáveis e doentes para identificar alvos-chave para prevenir e tratar estes défices de memória. Usando modelos de camundongos, ele planeja usar imagens funcionais in vivo de última geração para observar e manipular circuitos neurais no hipocampo de roedores durante comportamentos de memória, rastreando como esses neurônios funcionam na aprendizagem normal e como são alterados na esquizofrenia.

Ben Barres, MD, Ph.D., Professor de Neurobiologia, Faculdade de Medicina da Universidade de Stanford

Os astrócitos controlam a rotatividade sináptica? Um novo modelo sobre o que causa a doença de Alzheimer e como evitá-la

À medida que o nosso corpo envelhece, é provável que seja necessário algum mecanismo para remover as sinapses do envelhecimento no cérebro, para que possam ser substituídas por novas. Barres está investigando se os astrócitos desempenham esse papel e, em caso afirmativo, o que acontece se o seu trabalho for prejudicado. O trabalho tem potencial para melhorar a compreensão e o tratamento da doença de Alzheimer.

Wen-Biao Gan, Ph.D., Professor Associado de Fisiologia e Neurociências, Faculdade de Medicina da Universidade de Nova York

Função Microglial em Distúrbios de Aprendizagem e Memória

Gan está investigando se a microglia desempenha um papel importante na aprendizagem e na formação da memória. Usando uma nova linha de camundongos transgênicos que ele desenvolveu, ele examinará como a eliminação da microglia ou torná-la disfuncional afeta os circuitos neurais. Os estudos fornecerão insights para a compreensão e tratamento de distúrbios cerebrais, como autismo, retardo mental e doença de Alzheimer.

Elizabeth Kensinger, Ph.D., Professor Associado de Psicologia, Boston College

Mudanças na dinâmica temporal e na conectividade das redes de memória emocional ao longo da vida adulta

Kensinger está estudando o impacto das emoções na memória. Sua pesquisa adota uma perspectiva de vida, avaliando a memória e a atividade neural de adultos com idades entre 18 e 80 anos. Ela examinará como a informação emocional é recuperada, incluindo as dimensões espaciais e temporais da recuperação da memória. A pesquisa tem potencial para avançar na compreensão das alterações de memória associadas à idade, bem como de distúrbios como depressão e síndrome de estresse pós-traumático.

Brian Wiltgen, Ph.D., Professor Assistente de Psicologia, Universidade da Virgínia

Reativação de redes de memória neocorticais durante a consolidação

Novas memórias são codificadas pelo hipocampo e ao longo do tempo são armazenadas permanentemente em regiões do neocórtex. Wiltgen está explorando os mecanismos biológicos subjacentes a esse processo de armazenamento, usando novas técnicas para controlar a atividade dos circuitos de memória no hipocampo e no neocórtex. O trabalho tem implicações no tratamento do Alzheimer e de outras doenças que afetam a memória.

Cristina Alberini, Ph.D., Professor de Neurociências, Escola de Medicina Mount Sinai

O papel dos astrócitos na memória e nos distúrbios cognitivos

Alberini está se concentrando na interação entre neurônios e astrócitos na formação da memória. Ela explorará a hipótese de que defeitos nesta interação podem causar deficiências cognitivas e analisará possíveis novos tratamentos para a deterioração cognitiva relacionada ao envelhecimento e à neurodegeneração.

Anis Contratante, Ph.D., Professor Assistente de Fisiologia, Faculdade de Medicina da Universidade Northwestern

Ativando mGluRs do Grupo I para reprimir a memória do medo

Os ratos sem os receptores de glutamato chamados mGluR5 não conseguem extinguir memórias de medo. Contractor planeja estudar o papel desses receptores, mapeando os circuitos cerebrais envolvidos na aprendizagem do medo de situações apropriadas e na supressão do medo inadequado. Ele também verá se novos medicamentos podem acelerar o processo de aprendizagem para não ter medo excessivo. Medicamentos semelhantes podem ser úteis no tratamento de transtornos de ansiedade humanos.

Loren Frank, Ph.D., Professor Assistente de Fisiologia e Mary Dallman, Ph.D., Professor Emérito de Fisiologia, Universidade da Califórnia, São Francisco

Uma abordagem em nível de circuito para compreender e tratar distúrbios de memória relacionados ao estresse

Frank e Dallman estão examinando se pequenas alterações na atividade cerebral poderiam ajudar a minimizar os efeitos duradouros do estresse no aprendizado e na memória. Se a sua hipótese de que o stress amplifica a repetição de memórias se revelar verdadeira, as terapias poderão ser concebidas para reduzir o efeito duradouro de eventos stressantes. A pesquisa tem implicações específicas para o transtorno de estresse pós-traumático.

Michael Mauk, Ph.D., Professor, e Daniel Johnston, Ph.D., Professor e Diretor, Centro de Aprendizagem e Memória, Universidade do Texas em Austin

Mecanismos de atividade cortical persistente da memória de trabalho

Mauk e Johnston usarão abordagens sistêmicas e celulares para estudar a memória de trabalho tanto em animais vivos quanto em experimentos de fatias cerebrais usando métodos poderosos de registro de neurônios. Como a memória de trabalho contribui para tantos processos cognitivos, a compreensão dos seus mecanismos poderia melhorar o diagnóstico e o tratamento de muitas doenças, incluindo a doença de Alzheimer e o TDAH.