Hội đồng quản trị của Quỹ hỗ trợ thần kinh McKnight cho khoa học thần kinh vui mừng thông báo họ đã chọn sáu nhà khoa học thần kinh để nhận giải thưởng học giả McKnight 2019.
Giải thưởng McKnight Scholar được trao cho các nhà khoa học trẻ đang trong giai đoạn đầu thành lập phòng thí nghiệm và sự nghiệp nghiên cứu độc lập của riêng họ và những người đã thể hiện cam kết với khoa học thần kinh. Nghiên cứu của những người được trao giải thưởng McKnight Scholar năm nay minh họa cho những tiến bộ ngoạn mục đang được thực hiện ở lĩnh vực khoa học thần kinh, ông nói, Kelsey C. Martin MD, tiến sĩ, chủ tịch ủy ban giải thưởng và trưởng khoa của trường Y khoa David Geffen tại UCLA. Kể từ khi giải thưởng được giới thiệu vào năm 1977, giải thưởng đầu tiên có uy tín này đã tài trợ cho hơn 235 nhà điều tra sáng tạo và thúc đẩy hàng trăm khám phá đột phá.
Martin Học giả năm nay giải quyết sinh học não qua nhiều cấp độ phân tích trong nhiều loại sinh vật mô hình, Martin nói. Bằng cách giải quyết cấu trúc phân tử của protein, làm sáng tỏ sinh học tế bào của tế bào não và mổ xẻ các mạch thần kinh làm cơ sở cho các hành vi phức tạp, những khám phá của chúng hứa hẹn sẽ cung cấp những hiểu biết sâu sắc không chỉ về chức năng não bình thường mà còn về nguyên nhân và các liệu pháp tiềm năng của các rối loạn não . Thay mặt toàn thể ủy ban, tôi xin cảm ơn tất cả các ứng viên cho Giải thưởng McKnight Scholar năm nay vì học bổng xuất sắc và sự cống hiến của họ cho khoa học thần kinh.
Mỗi người trong số sáu người nhận Giải thưởng McKnight Scholar sau đây sẽ nhận được 75.000 đô la mỗi năm trong ba năm. Họ đang:
| Jayeeta Basu, tiến sĩ Đại học Y New York New York, NY |
Điều chế cảm giác Cortical của hoạt động Hippocampal và đại diện không gian - Điều tra làm thế nào các đầu vào khác nhau từ các vùng não khác nhau liên quan đến không gian và các giác quan phối hợp với nhau để tạo thành ký ức về trải nghiệm. |
| Juan Du, tiến sĩ Viện nghiên cứu Van Andel, Grand Rapids, MI |
Cơ chế điều chỉnh các thụ thể nhiệt trong hệ thần kinh - Nghiên cứu cách các thụ thể nhạy cảm với nhiệt độ khác nhau trong tế bào thần kinh hoạt động và cách chúng ảnh hưởng đến các phản ứng với nhiệt độ bên ngoài và nhiệt độ bên trong cơ thể và lạnh. |
| Mark Harnett, tiến sĩ Viện công nghệ Massachusetts Cambridge, MA |
Perturbing Dendritic Compemonyalization để đánh giá các tính toán Cortical thần kinh đơn - Nghiên cứu làm thế nào dendrites, cấu trúc đầu vào giống như ăng-ten của nơ-ron, góp phần tính toán trong các mạng lưới thần kinh. |
| Weizhe Hồng, Tiến sĩ, Trường đại học California, Los Angeles Los Angeles, CA |
Cơ chế mạch thần kinh của hành vi bà mẹ - Nghiên cứu vai trò của các mạch não trong việc kiểm soát các hành vi xã hội, đặc biệt là các chức năng lưỡng hình tình dục của các mạch não này và những thay đổi phụ thuộc vào kinh nghiệm của chúng. |
| Rachel Roberts-Galbraith, tiến sĩ Đại học Georgia Athens, GA |
Tái sinh hệ thống thần kinh trung ương ở Planarians - Một nghiên cứu về tái tạo hệ thần kinh trung ương ở một loài giun dẹp đáng chú ý, có thể tái tạo lại toàn bộ hệ thống thần kinh của nó một cách hoàn hảo sau gần như bất kỳ chấn thương nào. |
| Shigeki Watanabe, tiến sĩ Đại học Johns Hopkins Baltimore, MD |
Những hiểu biết cơ học về việc tu sửa màng tại các khớp thần kinh - Nghiên cứu cách thức các tế bào thần kinh làm lại màng của chúng trong vòng một phần nghìn giây để truyền synap, quan trọng đối với tốc độ mà hệ thống thần kinh hoạt động. |
Có 54 ứng viên cho Giải thưởng McKnight Scholar năm nay, đại diện cho khoa khoa học thần kinh trẻ tốt nhất trong cả nước. Giảng viên trẻ chỉ đủ điều kiện nhận giải thưởng trong bốn năm đầu tiên ở vị trí giảng viên toàn thời gian. Ngoài Martin, ủy ban tuyển chọn Giải thưởng Học giả bao gồm Dora Angelaki, Tiến sĩ, Đại học New York; Gordon Fishell, Tiến sĩ, Đại học Harvard; Loren Frank, Tiến sĩ, Đại học California, San Francisco; Mark Goldman, Tiến sĩ, Đại học California, Davis; Richard Mooney, Tiến sĩ, Đại học Y khoa Duke; Amita Sehgal, Tiến sĩ, Đại học Y Pennsylvania; và Michael Shadlen, MD, Tiến sĩ, Đại học Columbia.
Đơn đăng ký cho giải thưởng năm tới sẽ có vào tháng 9 và dự kiến vào đầu tháng 1 năm 2020. Để biết thêm thông tin về các chương trình giải thưởng khoa học thần kinh của McKnight, vui lòng truy cập trang web của Quỹ Endowment tại https://www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience
Về Quỹ hỗ trợ thần kinh McKnight cho khoa học thần kinh
Quỹ hỗ trợ thần kinh McKnight cho khoa học thần kinh là một tổ chức độc lập được tài trợ duy nhất bởi Quỹ McKnight ở thành phố Minneapolis, bang Minnesota và được lãnh đạo bởi một hội đồng gồm các nhà thần kinh học nổi tiếng từ khắp đất nước. Quỹ McKnight đã hỗ trợ nghiên cứu khoa học thần kinh từ năm 1977. Quỹ đã thành lập Quỹ tài trợ vào năm 1986 để thực hiện một trong những ý định của người sáng lập William L. McKnight (1887-1979). Một trong những nhà lãnh đạo đầu tiên của Công ty 3M, ông có mối quan tâm cá nhân đối với các bệnh về trí nhớ và não và muốn một phần di sản của ông được sử dụng để giúp tìm ra phương pháp chữa trị. Quỹ tài trợ thực hiện ba loại giải thưởng mỗi năm. Ngoài Giải thưởng Học giả McKnight, họ còn là Giải thưởng Sáng tạo Công nghệ McKnight trong Giải thưởng Thần kinh học, cung cấp tiền hạt giống để phát triển các phát minh kỹ thuật để tăng cường nghiên cứu não bộ; và Giải thưởng về trí nhớ và rối loạn nhận thức McKnight, cho các nhà khoa học làm việc để áp dụng kiến thức đạt được thông qua nghiên cứu cơ bản cho các rối loạn não bộ của con người ảnh hưởng đến trí nhớ hoặc nhận thức.
Giải thưởng học giả McKnight 2019
Jayeeta Basu, Tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, Viện khoa học thần kinh,
Đại học Y New York, New York, NY
Điều chế cảm giác Cortical của hoạt động Hippocampal và đại diện không gian
Bộ não có thể lưu trữ rất nhiều thông tin trong một bộ nhớ, bao gồm cả nơi nó xảy ra và trong bối cảnh cảm giác như cảnh vật, âm thanh, mùi vị, phần thưởng hoặc hình phạt. Chính xác làm thế nào những mẩu thông tin khác nhau được liên kết để tạo thành những ký ức tình tiết, và làm thế nào những ký ức này có thể được gợi lại ngay lập tức từ các tín hiệu trong tương lai là cơ sở nghiên cứu của Tiến sĩ Basu. Cụ thể, Tiến sĩ Basu và nhóm của cô sẽ điều tra mối quan hệ giữa vỏ não và đồi hải mã trong việc hình thành ký ức về các địa điểm.
Hai phần của vỏ não cung cấp các đầu vào khác nhau. Vỏ não trung gian (MEC) chia sẻ thông tin không gian như hướng, khoảng cách và hướng, trong khi vỏ não bên (LEC) cung cấp thông tin theo ngữ cảnh từ các giác quan, bao gồm mùi, âm thanh, tính mới và vật thể. Các đầu vào từ cả hai được đưa đến vùng hải mã và giúp hình thành những ký ức quan trọng về những nơi được lưu trữ trong các nhóm tế bào nơi khác nhau trong não, như nơi tìm thức ăn hoặc khu vực cần tránh vì có kẻ săn mồi. Quan trọng, những ký ức về địa điểm và bản đồ nhận thức về không gian cần phải ổn định một mặt khi đối mặt với những thay đổi môi trường như thời tiết hoặc thời gian trong ngày, mặt khác là linh hoạt, vì thức ăn hoặc động vật ăn thịt có thể di chuyển. Người ta hiểu rất ít về những thông tin nào là đủ và cần thiết để tạo ra, duy trì và thay đổi những ký ức này, đặc biệt là cách chúng được định hình bởi thông tin cảm giác từ LEC liên quan đến thông tin không gian từ MEC.
Tiến sĩ Basu nhằm mục đích lập bản đồ mạch liên quan giữa LEC và các tế bào thần kinh vùng đồi thị cụ thể. Phòng thí nghiệm của cô sẽ trực tiếp ghi lại các tín hiệu nhận được bởi các sợi nhánh mỏng của các tế bào thần kinh khi tín hiệu LEC được gửi có hoặc không có tín hiệu MEC và ở các cường độ tín hiệu khác nhau. Một loạt thí nghiệm thứ hai với chuột sẽ kiểm tra giả thuyết rằng các đầu vào LEC này hỗ trợ việc tạo ra các ký ức về vị trí trong khi học - các tín hiệu mùi hương sẽ kích hoạt hành vi để tìm kiếm phần thưởng ở những nơi khác biệt. Các nhà nghiên cứu sẽ thấy cách bật hoặc tắt tín hiệu LEC trong quá trình học hoặc trong quá trình thu hồi ảnh hưởng đến việc kích hoạt các tế bào vị trí trong não và chính hành vi học tập. Nghiên cứu này có thể có liên quan trong các nghiên cứu trong tương lai về bệnh Alzheimer, PTSD và các điều kiện khác trong đó bộ nhớ và các yếu tố kích hoạt bối cảnh.
Juan Du, tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, Chương trình sinh học cấu trúc, Trung tâm sinh học ung thư và tế bào, Viện nghiên cứu Van Andel, Grand Rapids, MI
- https://dulab.vai.org/
Cơ chế điều hòa các thụ thể nhiệt trong hệ thần kinh
Khi nói đến việc cảm nhận và phản ứng với những thay đổi về nhiệt độ, cả bên ngoài lẫn bên trong, ít ai biết đến cơ chế và quy trình chính xác. Các thụ thể kênh ion trên tế bào thần kinh mở hoặc đóng để cho phép tín hiệu đi qua và các kênh này có thể được kích hoạt bằng hóa chất, quá trình cơ học hoặc nhiệt độ, nhưng chính xác về nhiệt độ làm cho các kênh kích hoạt nhiệt độ không rõ ràng.
Tiến sĩ Du sẽ tiến hành một dự án gồm ba phần để mở khóa những bí mật về cách thông tin nhiệt độ được tiếp nhận và xử lý bởi hệ thống thần kinh. Cô đang xem xét ba thụ thể đặc biệt, một phát hiện nhiệt độ lạnh và lạnh bên ngoài, một phát hiện nhiệt độ bên ngoài cực đoan và một phát hiện nhiệt độ ấm trong não (để điều chỉnh nhiệt độ cơ thể.) Trước tiên, cô sẽ xác định điều kiện thanh lọc cho các thụ thể này. chúng có thể được chiết xuất và sử dụng trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và vẫn hoạt động giống như các thụ thể trong cơ thể.
Mục đích thứ hai là để xem cấu trúc nào trên các thụ thể được kích hoạt bởi nhiệt độ và hiểu cách chúng hoạt động. Điều này cũng sẽ bao gồm sự phát triển của phương pháp trị liệu mới có thể liên kết với các cấu trúc này và điều chỉnh chúng. Thứ ba, khi các cấu trúc được hiểu, các thí nghiệm xác nhận trong đó các thụ thể bị đột biến để thay đổi hoặc loại bỏ độ nhạy nhiệt độ sẽ được tiến hành, trước tiên trên các tế bào và sau đó ở chuột, để xem sự thay đổi hành vi của các thụ thể nhạy cảm với nhiệt độ. Một khi chức năng và sự điều hòa của các thụ thể này được hiểu, nó có thể mở đường cho các phương pháp điều trị một số bệnh thoái hóa thần kinh, các tình trạng liên quan đến nhiệt độ và thậm chí kiểm soát cơn đau, vì một số cảm biến nhạy cảm với nhiệt độ có liên quan đến việc truyền đau.
Mark Harnett, tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, khoa học não và nhận thức, Viện Công nghệ Massachusetts, Cambridge, MA
Perturbing Dendritic Compemonyalization để đánh giá các tính toán Cortical thần kinh đơn
Bộ não có thể xử lý và hành động với một lượng thông tin đáng kinh ngạc vì cách các nơ-ron được nối với nhau. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều điều cần phải học, về cách các tế bào thần kinh hoạt động. Tiến sĩ Harnett đang nghiên cứu về các sợi nhánh vai trò - các cấu trúc giống như cây kéo dài từ các tế bào thần kinh nơi nhận được tín hiệu từ các tế bào thần kinh khác - để xác định xem liệu các cấu trúc con này có cho phép các tế bào thần kinh riêng lẻ thực hiện các tính toán phức tạp hơn so với thông thường hay không.
Sự khôn ngoan thông thường là các tế bào thần kinh lấy dữ liệu từ các tế bào thần kinh khác và nếu dữ liệu đạt đến một ngưỡng nhất định, tế bào thần kinh sẽ kích hoạt, truyền thông tin. Tiến sĩ Harnett đang điều tra làm thế nào bản thân các sợi nhánh cũng có thể lọc hoặc tăng tín hiệu. Một số nhánh gần với soma (phần đầu ra của nơron) hơn các nhánh khác, do đó nhánh nào nhận được tín hiệu có thể ảnh hưởng đến hiệu ứng của tín hiệu. Ngoài ra, một số nhánh của đuôi gai dường như được nối dây để tìm kiếm và khuếch đại các loại tín hiệu cụ thể - ví dụ, một nhánh có thể chuyên truyền tín hiệu cho các kích thích thị giác chuyển động nhanh, độ tương phản cao, nhưng không phải là các kích thích khác.
Tiến sĩ Harnett đang xem xét các sợi nhánh trong hệ thống thị giác bằng các công cụ điện và quang học chính xác, để đo lường cách các tín hiệu truyền xuống các nhánh dendrite và đo lường sự thay đổi của đuôi gai thay đổi cách thức hoạt động của tế bào thần kinh. Những nhiễu loạn này sẽ cho phép Tiến sĩ Harnett kiểm tra nếu việc ức chế tín hiệu trên một nhánh cụ thể của dendrite thay đổi cách mạng lưới thần kinh phản ứng với các kích thích thị giác nhất định. Việc học được rằng một nơ-ron đơn lẻ về cơ bản được tạo thành từ mạng lưới các bộ xử lý tín hiệu nhỏ hơn sẽ thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về cách não bộ tính toán. Trong số những thứ khác, điều này có thể ảnh hưởng đến cách trí tuệ nhân tạo, được mô hình hóa trên các mạng lưới thần kinh, phát triển trong những năm tới.
Weizhe Hồng, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư, Khoa Hóa học Sinh học và Thần kinh học, Đại học California, Los Angeles, CA
Cơ chế mạch thần kinh của hành vi bà mẹ
Nhiều hành vi xã hội thể hiện sự khác biệt giới tính nổi bật ở cấp độ và hình thức của chúng và trải qua những thay đổi phụ thuộc vào kinh nghiệm trong suốt cuộc đời của động vật. Một ví dụ nổi bật là hành vi nuôi dạy con cái, đó là một hành vi xã hội phổ biến được chia sẻ trên khắp vương quốc động vật từ động vật không xương sống đến con người và rất quan trọng cho sự sống còn của con cái. Hành vi nuôi dạy con cái thường khác nhau rất nhiều giữa con đực và con cái và có thể trải qua những thay đổi mạnh mẽ khi động vật trưởng thành và sinh con. Tuy nhiên, các mạch não bên dưới hành vi nuôi dạy con cái và sự khác biệt của nó giữa giới tính và trạng thái sinh lý không được xác định rõ.
Một trọng tâm đặc biệt trong công việc của Tiến sĩ Hong sẽ là điều tra vai trò của một vùng não được bảo tồn tiến hóa được gọi là amygdala trong việc kiểm soát hành vi nuôi dạy con cái. Trong khi chuột cái thường tham gia vào các hành vi nuôi dưỡng chó con rộng rãi, thì chuột đực thường không thể hiện hành vi nuôi dạy con cái cho đến khi con của chúng được sinh ra. Sự khác biệt giới tính và chuyển đổi sinh lý trong hành vi nuôi dạy con chuột cung cấp một cơ hội tuyệt vời để hiểu các cơ chế thần kinh làm cơ sở cho sự dị hình giới tính của hành vi nuôi dạy con cái và sự chuyển đổi phụ thuộc vào trạng thái sinh lý của nó.
Nghiên cứu sẽ xác định các quần thể tế bào thần kinh cụ thể, được xác định phân tử làm trung gian cho hành vi nuôi dạy con cái. Nghiên cứu cũng sẽ so sánh các mạch thần kinh ở nam và nữ để hiểu làm thế nào hoạt động thần kinh trong các tế bào thần kinh này điều chỉnh hành vi nuôi dạy con cái. Nghiên cứu này sẽ cung cấp những hiểu biết chính về cơ sở thần kinh của một hành vi xã hội thiết yếu và các nguyên tắc cơ bản chi phối các hành vi lưỡng hình tình dục. Những hiểu biết như vậy cũng có thể cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về quy định các hành vi của cha mẹ và xã hội của con người trong cả sức khỏe và bệnh tật.
Rachel Roberts-Galbraith, Tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, Khoa Sinh học Tế bào, Đại học Georgia, Athens, GA
Tái sinh hệ thống thần kinh trung ương ở Planarians
Phát triển hệ thần kinh trung ương ở động vật là một quá trình phức tạp đáng chú ý. Việc tái tạo một hệ thống thần kinh bị hư hỏng thậm chí còn phức tạp hơn, vì nó đòi hỏi phải kích hoạt tất cả các quá trình phát triển giống nhau trong một khu vực chứ không phải các tế bào thần kinh khác và tua lại để chúng hoạt động như trước đây. Con người có khả năng tái tạo hệ thần kinh trung ương rất kém, vì vậy tổn thương não hoặc tủy sống thường không thể phục hồi. Tiến sĩ Roberts-Galbraith hy vọng sẽ hiểu thêm về cách sửa chữa thần kinh có thể làm việc bằng cách nghiên cứu sự tái sinh ở người hành tinh, một loại giun dẹp đáng chú ý có thể phục hồi toàn bộ hệ thống thần kinh trung ương (và phần còn lại của cơ thể) ngay cả sau khi bị thương nặng.
Bằng cách nghiên cứu tái tạo thần kinh thành công trong thế giới tự nhiên, Tiến sĩ Roberts-Galbraith hy vọng sẽ tìm hiểu chi tiết về cơ chế tái tạo thần kinh và vai trò của các tế bào khác nhau. Một mục đích là để điều tra xem liệu tế bào thần kinh có thể phát hiện thương tích và tự bắt đầu tự sửa chữa bằng cách gửi tín hiệu kích hoạt và tái sinh trực tiếp. Tiến sĩ Roberts-Galbraith đưa ra giả thuyết rằng các tế bào thần kinh ảnh hưởng đến các tế bào gốc hành tinh, được tuyển dụng để tái tạo lại các bộ phận của hệ thống thần kinh trung ương (và các bộ phận cơ thể khác). Kiểm soát tốt các tế bào gốc là rất quan trọng để tái tạo, vì người hành tinh trung thành thay thế các mô bị thiếu và không bao giờ phát triển khối u.
Mục đích khác là kiểm tra vai trò của các tế bào thần kinh đệm, theo truyền thống được coi là chất keo của hệ thần kinh nhưng rõ ràng có vai trò quan trọng hơn so với trước đây được công nhận. Các tế bào thần kinh đệm chiếm một phần lớn trong hệ thống thần kinh của động vật và phải được tái tạo cùng với các tế bào thần kinh; họ cũng có khả năng điều chỉnh tái tạo tế bào thần kinh. Hy vọng là nghiên cứu này sẽ cung cấp thêm sự hiểu biết về cách tái sinh có thể xảy ra trong những trường hợp thành công nhất và có lẽ cung cấp những cách nghĩ mới về tái tạo thần kinh ở người.
Shigeki Watanabe, Tiến sĩ, Trợ lý giáo sư sinh học tế bào và khoa học thần kinh, Đại học Johns Hopkins, Baltimore, MD
Những hiểu biết cơ học về việc tu sửa màng tại các khớp thần kinh
Tốc độ nhanh như chớp của mạng lưới thần kinh cho phép chúng ta cảm nhận, đánh giá và phản ứng với thế giới xung quanh. Nó cũng đã yêu cầu tế bào thần kinh để phát triển một số tính chất đáng chú ý. Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Watanabe sẽ điều tra một trong những điều đáng chú ý nhất - khả năng của các tế bào thần kinh làm lại màng của chúng trong một khoảng thời gian một phần nghìn giây để giao tiếp nơ-ron sử dụng các quá trình không được hiểu đầy đủ.
Màng bao quanh tế bào thần kinh cần thích nghi để cho phép tế bào thần kinh phát triển, di chuyển và - quan trọng - cho phép các màng khác hợp nhất và tách ra trong quá trình giao tiếp thần kinh. Trong quá trình điều tra, một màng bong bóng của người Hồi giáo được gọi là túi synap hợp nhất với màng tế bào thần kinh, sau đó một mảnh màng mới về cơ bản phình ra và véo ra. Cơ chế được cho là được sử dụng, endocytosis qua trung gian clathrin, không đủ nhanh để cho phép các túi này được tạo ra và tái chế theo thời gian trong đó xảy ra quá trình truyền synap. Tiến sĩ Watanabe đã phát hiện ra một cơ chế mới, endocytosis cực nhanh, xử lý quá trình này, nhưng hiểu cách thức hoạt động của nó đã bị cản trở bởi kích thước nhỏ của các khớp thần kinh và tốc độ nhanh chóng của quá trình này.
Tiến sĩ Watanabe sẽ sử dụng một kỹ thuật gọi là kính hiển vi điện tử flash-and-freeze để nghiên cứu quá trình này. Các tế bào thần kinh sẽ được kích thích bằng ánh sáng - đèn flash - sau đó quá trình sẽ được dừng lại một cách chính xác với sự đóng băng áp suất cao ở các khoảng thời gian chính xác micro giây sau khi kích thích. Các khớp thần kinh đông lạnh sau đó có thể được hình dung bằng kính hiển vi điện tử. Bằng cách chụp một loạt hình ảnh bị đóng băng ở các khoảng thời gian khác nhau sau khi kích thích, Tiến sĩ Watanabe sẽ tạo ra một hình ảnh từng bước của quá trình và xác định các protein liên quan và những gì chúng làm. Điều này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các tế bào thần kinh, nó còn có ý nghĩa đối với các bệnh có liên quan đến việc truyền thần kinh bị lỗi, chẳng hạn như Bệnh Alzheimer.
