Hulyo 20, 2020
Inihayag ng McKnight Endowment Fund para sa Neuroscience (MEFN) ang tatlong tatanggap ng $600,000 na magbigay ng pondo sa pamamagitan ng 2020 na McKnight Technological Innovations sa Neuroscience Awards, na kinikilala ang mga proyektong ito para sa kanilang kakayahan na panimula na baguhin ang paraan ng pagsasaliksik ng neurosyon. Ang bawat isa sa mga proyekto ay makakatanggap ng isang kabuuang $200,000 sa susunod na dalawang taon, pagsulong sa pagbuo ng mga teknolohiyang groundbreaking na ginamit upang mapa, subaybayan, at pag-andar ng utak. Ang 2020 awardees ay:
- Eva Dyer, Ph.D., ng Georgia Institute of Technology & Emory University, sino ang lumilikha ng mga algorithm sa pag-aaral ng machine upang ihambing ang mga malalaking datasets ng aktibidad na neural at mahanap ang parehong mga pattern ng macro- at neuron na naaayon sa mga tiyak na estado at pag-uugali sa malayang pag-uugali na mga hayop.
- Rikky Muller, Ph.D., ng University of California - Berkeley, sino ang nagdidisenyo at nagtatayo ng isang high-speed holographic projector na maaaring maglagay ng 3D light sa utak sa mga bilis ng neural, maraming beses na mas mabilis kaysa sa kasalukuyang mga projector, at sa gayon ay manipulahin ang libu-libong mga neuron na kinokontrol ng optogenetically na may mataas na katumpakan.
- Si Kai Zinn, Ph.D., ng California Institute of Technology, sino ang bumubuo ng isang modular, epektibong paraan ng genetically barcoding protein tulad ng mga antibodies at mga neural cell surface receptor upang masubaybayan ng mga mananaliksik ang mga pakikipag-ugnayan sa protina gamit ang high-throughput na pag-iisa ng cell-cell, isang kasangkapan na may maraming posibleng mga aplikasyon para sa pananaliksik sa neurosensya.
(Matuto nang higit pa tungkol sa bawat isa sa mga proyektong ito sa pananaliksik sa ibaba.)
Tungkol sa Mga Teknolohiya sa Mga Pagkakatuklas sa Neuroscience Awards
Dahil ang McKnight Technological Innovations sa Neuroscience Award ay itinatag noong 1999, ang MEFN ay nag-ambag ng higit sa $14.5 milyon sa mga makabagong teknolohiya para sa neuroscience sa pamamagitan ng mekanismong award na ito. Lalo na interesado ang MEFN sa trabaho na kumukuha ng bago at nobelang diskarte sa pagsulong ng kakayahang manipulahin at pag-aralan ang pag-andar ng utak. Ang mga teknolohiyang binuo na may suporta sa McKnight ay dapat na sa huli ay magagamit sa iba pang mga siyentipiko.
"Muli, napakasaya na makita ang talino ng kaalaman na dinadala ng aming mga aplikante sa mga bagong neurotechnologies," sabi ni Markus Meister, Ph.D., pinuno ng komite ng awards at sina Anne P. at Benjamin F. Biaggini na propesor ng biyolohikal na agham. sa Caltech. "Sa taong ito, nahaharap kami sa isang napakahusay na pagpipilian sa maraming mga kapana-panabik na pag-unlad, at ang aming mga parangal ay sumasaklaw sa isang malawak na saklaw, mula sa mga pamamaraan ng computational para sa malaking data mula sa utak, hanggang sa magarbong mga optika para sa kontrol ng mga light beam, sa isang matalinong diskarte sa molekular para sa pagsisiyasat ng protina expression sa mga neuron. "
Ang komite sa pagpili ng taong ito ay kasama rin sina Adrienne Fairhall, Timothy Holy, Loren Looger, Mala Murthy, Alice Ting, at Hongkui Zeng, na pumili ng Technological Innovations ngayong taon sa Neuroscience Awards mula sa isang lubos na mapagkumpitensyang pool ng 89 na mga aplikante.
Ang mga liham ng hangarin para sa 2021 Technological Innovations sa Neuroscience Awards ay dapat bayaran tuwing Lunes, Disyembre 7, 2020. Ang isang anunsyo tungkol sa proseso ng 2021 ay lalabas sa Setyembre. Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa mga parangal, mangyaring bisitahin ang www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience/technology-awards
2020 Mga Makabagong Mga Teknolohiya na Maikling Teknolohiya sa Neuroscience Awards
Eva Dyer, Ph.D., Katulong na Propesor, Wallace H. Coulter Kagawaran ng Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology & Emory University
"Paghahambing ng Malalaking-scale na Mga Datasets sa Neural sa Tatapos na Oras, Puwang, at Pag-uugali ”
Ang kakayahang obserbahan at record ang neural data sa malalaking bahagi ng utak ay nagresulta sa napakalaking dami ng data, na ginagawang posible upang makahanap ng mga pattern sa data na maaaring ipaliwanag kung gaano karaming mga neuron ang nagtutulungan upang mai-encode ang impormasyon tungkol sa mundo. Kahit na may mga bagong pagsulong sa paghahanap ng mga mababang-dimensional na mga pattern sa mga datasets, mahinahon pa rin na ihambing ang maraming mga pag-record ng malakihan, maging sa mahabang panahon, o sa iba't ibang mga indibidwal na paglutas ng pareho o katulad na mga gawain, o sa buong estado ng sakit. Ang karanasan ni Dr Dyer gamit ang pag-aaral ng machine (ML) upang mabasa ang aktibidad ng utak ay humantong sa kanya sa isang solusyon sa nobela upang makilala ang mga pattern sa maraming malalaking mga datos ng neural.
Ang gawain ni Dr Dyer ay nagsasangkot ng paglikha ng mga algorithm sa pag-aaral ng makina upang kunin ang mga makabuluhang impormasyon mula sa mga datos sa neural, na may tatak upang makilala kung natutulog ang hayop, gising, foraging, o nakikisali sa iba't ibang mga galaw o pag-uugali. Ang mga bagong alituntunin ng matematika na inspirasyon ng matematika ay gumagabay sa mga algorithm upang makilala ang mga katulad na pattern sa magkakahiwalay na mga hanay ng data, na partikular na naghahanap upang tumugma sa aktibidad na neural na nabuo ng iba't ibang mga estado ng utak bilang panimulang punto para sa pagdala ng data sa pagkakahanay. Ang pag-align sa aktibidad na neural ay maaaring ipakita kung paano nauugnay ang mga pattern ng neural sa pag-uugali at estado ng paksa pati na rin maiwasan ang katiwalian sa pamamagitan ng ingay, at nagbibigay ng isang kritikal na hakbang-hakbang para sa mas malakas na diskarte sa pagsusuri.
Ang pangalawang layunin ni Dr Dyer ay makakatulong sa mga mananaliksik na magtuon muli sa mga solong neuron upang maunawaan kung paano sila nag-aambag sa pangkalahatang pagbabago sa aktibidad na neural, at kung maaari silang magamit upang mahulaan ang mga tiyak na estado ng utak. Ang pananaliksik ay karagdagang galugarin kung ang mga pagkakaiba-iba sa mga pag-uugali ay maaaring masubaybayan pabalik sa mga tukoy na uri ng cell, at kung paano magagamit ang mga pagkakaiba sa nakikita sa mga datasets upang makilala ang pagkakaiba-iba sa mga indibidwal na hayop. Ang kakayahang mag-decode at ihambing ang mga malalaking datasets ng neural ay magpapatunay na napakahalaga sa pananaliksik ng neurological sa pamamagitan ng pagpapahiwatig kung paano nakakaapekto ang neurodegenerative disease sa pagproseso ng impormasyon ng utak.
Rikky Muller, Ph.D., Katulong na Propesor ng Elektronikong Teknikal at Agham sa Computer, University of California - Berkeley
"Isang High-Speed Holographic Device para sa Optogenetic Control ng Libu-libong mga Neuron ”
Ang Optogenetics - genetic na pagbabago ng mga neuron upang maging sensitibo sa ilaw upang ang mga mananaliksik ay maaaring maisaaktibo o patahimikin sila nang may kagustuhan - ay may rebolusyonaryong pananaliksik sa neuroscience. Ipares sa spatial light modulators na humuhubog sa ilaw ng 3D holograms, ang mga mananaliksik ay maaaring isa-isa na makontrol ang maraming mga neuron na ipinamamahagi sa buong isang three-dimensional na rehiyon ng isang utak sa vivo. Ngunit hanggang ngayon, wala pa ring holographic projector na makontrol ang mga neuron sa bilis na matatagpuan sa utak nang natural.
Muller ay nagdidisenyo at nagtatayo ng isang holographic projector upang malutas ang isyung ito. Ang kanyang aparato ay mag-stream ng mga imahe ng ilaw na holographic sa mga rate ng 10,000 mga frame sa bawat segundo (Hz). Maraming mga kasalukuyang mga henerasyon ng TV ang nag-refresh ng 60 mga frame sa bawat segundo, para sa paghahambing, at ang pinakamabilis na magagamit na komersyal na holographic na mga tool nangunguna sa 500 Hz. Ang mataas na rate ng pag-refresh ay kinakailangan upang kopyahin ang natural na neural signaling, na nagsasangkot ng mga potensyal na oras ng pagkilos ng mga 1 / 1,000 ng isang segundo (katumbas ng 1,000 Hz kapag isinasaalang-alang ang mga rate ng pag-refresh.) Bukod dito, naglalayong si Muller na i-target ang libu-libong mga neuron na may katumpakan ng pagturo, at tulad ng mas mataas na rate sa mga TV na nagreresulta sa mga mas matalas na imahe, isang 10,000 Hz hologram ang mag-aalok ng mas tumpak na katumpakan.
Muller, isang de-koryenteng inhinyero na nakatuon sa neurotechnology, regular na kumunsulta sa mga neuroscientist habang siya ay nag-disenyo, sumusubok, at nagtatayo ng aparato upang matiyak na nagsisilbi ito sa kanilang mga pangangailangan. Gumagamit ang aparato ng isang hanay ng micromirror, na mag-sculpt ng mga pattern ng 3D sa ilaw sa mga tukoy na lokasyon at kalaliman sa pamamagitan ng electrical actuation ng mga miniature na salamin; ang ilaw ay pagkatapos ay nai-relay sa pamamagitan ng isang serye ng mga lente. Ang proyekto ay unang magdisenyo at gumawa ng dalawang mga arrays - isang mas maliit na hanay para sa pagsubok at patunay ng konsepto, at isang mas malaking format ng format, kasama ang mga nauugnay na driver at mga kontrol na gagamitin para sa pagsukat at pagkakalibrate. Sa wakas, ang koponan ni Dr. Muller ay makagawa ng isang buong tampok na spatial light modulator. Inaasahan na ang tool na ito ay magbibigay sa mga mananaliksik ng walang nagawa na kakayahang kontrolin at subukan ang koneksyon sa neural.
Si Kai Zinn, Ph.D., Howard at Gwen Laurie ay sumakit sa Propesor ng Biology, California Institute of Technology
"Modular Enzymatic Barcoding ”
Maraming mga eksperimento sa neuroscience ang nagsasangkot ng pagsusuri ng antibody at receptor na nagbubuklod sa mga ibabaw ng cell. Gayundin, ang isang pag-unawa sa pag-unlad at pag-andar ng neural ay nangangailangan ng kaalaman tungkol sa sa vivo pakikipag-ugnay sa mga protina ng cell ibabaw. Ang mga eksperimento sa high-throughput na kinasasangkutan ng mga protina ay karaniwang napapanahon at kumplikado dahil ang bawat protina ay may iba't ibang mga katangian ng biochemical. Upang matulungan ang pagbukas ng mga bagong pagkakataon para sa pananaliksik sa neurosensya, si Dr. Zinn at ang kanyang koponan ay bumubuo ng isang modular na paraan upang "barcode" iba't ibang mga protina, na nagbibigay ng mga mananaliksik ng isang nababaluktot na toolkit.
Ang pag-barcoding sa pinakasimpleng anyo nito ay nagsasangkot ng pagpasok ng isang genetic marker sa mga molekula at pagkatapos ay hinahanap ang mga marker pagkatapos ng eksperimento upang matukoy kung aling mga molekula ang naisalokal nang magkasama. Ginamit ito ng mga nucleic acid na may mahusay na tagumpay. Ang mga protina ay mas kumplikado, gayunpaman, at walang paraan upang barcode ang libu-libong mga protina na interes sa mga mananaliksik nang hindi gumagamit ng pag-crosslink ng kemikal, na madalas na binabago ang paggana ng protina. Zinn ay pagtagumpayan ang hamon na ito sa paggamit ng mga fusion protein na naglalaman ng mga high-affinity protein na nagbubuklod na mga module na naka-attach sa "HUH-domain" na mga enzymes, na maaaring kusa na mag-asawa sa kanilang sarili sa barcode oligonucleotides. Pinapayagan ng mga nagbubuklod na module na ang mga barcode ay nakadikit sa mga antibodies, biotinylated protein, at mga protina na may mga covalent na nagbubuklod na tag. Nagbibigay ito ng pag-access sa karamihan ng mga protina na interes sa mga neuroscientist. Kasama rin sa proyekto ang pagbuo ng mga scaffold ng nanoparticle na may 60 mga nagbubuklod na puntos na maaaring sabay-sabay na nakakabit sa mga barcode at sa mga protina ng interes. Ang mga scaffold na ito ay mapapahusay ang kakayahang makita ng mga pakikipag-ugnay - ang mga mahina na pakikipag-ugnay ay ginawa nang mas malakas kapag ang maraming mga protina sa bawat istraktura ay nakikipag-ugnay.
Ang proyekto ni Dr. Zinn ay magsasama ng pagbuo ng mga protocol at mga proseso na kasangkot sa pagsasagawa ng ilang mga uri ng mga eksperimento na nag-iisa ng high-throughput na magbibigay ng impormasyon sa mga protina. Kasama dito ang mga eksperimento na gumagamit ng mga barcoded antibodies upang obserbahan ang pagpapahayag ng mga tukoy na receptor ng ibabaw sa isang cell, upang obserbahan ang mga pagbabago sa mga cell kapag nakalantad sa ilang mga protina, upang mailarawan ang mga malalaking bilang ng mga antigens sa tisyu ng utak, upang mag-screen ng mga pakikipag-ugnayan ng maraming mga bilang ng mga protina, at kilalanin ang mga receptor para sa mga "ulila" na protina. Salamat sa modularity, pagiging simple nito, at ang kakayahang payagan ang maraming mga protina na makipag-ugnay nang sabay-sabay, inaasahan ni Dr. Zinn na ang kanyang barcoding system ay paganahin at mapabilis ang mga ito at maraming iba pang mga uri ng mga eksperimento sa neuroscience.
