Ngày 22 tháng 7 năm 2019
Quỹ hỗ trợ thần kinh McKnight (MEFN) đã công bố ba người nhận 600.000 đô la tài trợ thông qua Giải thưởng công nghệ MEFN 2019, công nhận những dự án này vì khả năng thay đổi căn bản cách thức nghiên cứu khoa học thần kinh. Mỗi dự án sẽ nhận được tổng cộng 200.000 đô la trong hai năm tới, thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ đột phá này được sử dụng để lập bản đồ, giám sát và mô hình hóa chức năng não. Những người được trao giải năm 2019 là:
- Gilad Evrony, MD, Tiến sĩ của Đại học New York Langone Health, người đang phát triển các công nghệ đơn bào mới cơ bản để lập bản đồ các đột biến gen xuất hiện tự nhiên trên một số lượng lớn các tế bào não cá nhân của con người để theo dõi dòng dõi của chúng và tạo ra một loại cây thuộc họ gia đình của các loại tế bào khác nhau của não.
- Iar Tư 'Alex' Savtchouk, Tiến sĩ, Đại học Marquette, có dự án liên quan đến cách hình ảnh hoạt động của não theo ba chiều ở độ phân giải cao hơn và nhanh hơn nhiều so với trước đây, cho phép hình ảnh đầy đủ hơn về những gì đang xảy ra trong não sống phản ứng với các kích thích.
- Nanthia Suthana, Tiến sĩ, thuộc Đại học California, Los Angeles, nhóm của họ đang phát triển một giao thức để giao tiếp với một số thiết bị được cấy vào não người như một phần của điều trị y tế và thu thập dữ liệu hoạt động não sâu từ con người đắm chìm trong thực tế ảo và môi trường thực tế tăng cường.
(Tìm hiểu thêm về từng dự án nghiên cứu dưới đây.)
Về giải thưởng công nghệ
Kể từ khi giải thưởng Công nghệ được thành lập năm 1999, MEFN đã đóng góp hơn 13,5 triệu đô la cho các công nghệ tiên tiến cho khoa học thần kinh thông qua cơ chế giải thưởng này. MEFN đặc biệt quan tâm đến công việc có những cách tiếp cận mới và mới lạ để thúc đẩy khả năng thao tác và phân tích chức năng não. Các công nghệ được phát triển với sự hỗ trợ của McKnight cuối cùng phải được cung cấp cho các nhà khoa học khác.
Mark Một lần nữa, thật vui mừng khi thấy sự khéo léo trong công việc phát triển công nghệ thần kinh mới, ông Markus Meister, tiến sĩ, chủ tịch ủy ban giải thưởng và giáo sư khoa học sinh học Anne P. và Benjamin F. Biaggini tại Caltech . Năm nay, chúng tôi đặc biệt vui mừng tài trợ cho một số phát triển nhắm vào não người, từ phương pháp theo dõi dòng tế bào thần kinh riêng lẻ đến một thiết bị để đọc và viết tín hiệu thần kinh ở bệnh nhân đi lại tự do.
Ủy ban tuyển chọn năm nay cũng bao gồm Adrienne Fairhall, Timothy Holy, Loren Looger, Mala Murthy, Alice Ting, và Hongkui Zeng, những người đã chọn Giải thưởng sáng tạo công nghệ McKnight năm nay trong Giải thưởng khoa học thần kinh của 90 ứng viên.
Thư dự định cho giải thưởng Sáng tạo Công nghệ 2020 sẽ đến vào Thứ Hai, ngày 2 tháng 12 năm 2019. Một thông báo về quy trình năm 2020 sẽ được đưa ra vào tháng Chín. Để biết thêm thông tin về giải thưởng, vui lòng truy cập www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience/tĩ-awards
2019 McKnight Đổi mới công nghệ trong giải thưởng khoa học thần kinh
Gilad Evrony, MD, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư, Trung tâm Di truyền học và Di truyền học người, Depts. Khoa Nhi và Khoa học Thần kinh & Sinh lý học, Đại học New York Langone Health
TAPESTRY: Công nghệ đa ô đơn cho việc theo dõi dòng dõi độ phân giải cao của não người
Một kiến thức phổ biến là mỗi con người bắt đầu như một tế bào với một bộ DNA hướng dẫn DNA, nhưng chi tiết về cách một tế bào đó trở thành hàng nghìn tỷ - bao gồm hàng chục tỷ tế bào trong não - vẫn chưa được biết đến. Nghiên cứu của Tiến sĩ Evrony nhằm phát triển một công nghệ gọi là TAPESTRY, có thể chiếu sáng quá trình này bằng cách xây dựng một tế bào não của họ, cho thấy các tế bào tiền thân tạo ra hàng trăm loại tế bào trưởng thành trong não người.
Công nghệ này có thể giải quyết một số vấn đề chính mà các nhà nghiên cứu phải đối mặt khi nghiên cứu phát triển não người. Phương pháp chính để nghiên cứu sự phát triển bằng cách truy tìm các dòng dõi (đưa các dấu hiệu vào các tế bào của động vật chưa trưởng thành và sau đó nghiên cứu cách các dấu hiệu đó được truyền đến thế hệ con cháu của chúng) là không thể ở người vì nó xâm lấn. Công việc trước đây của Tiến sĩ Evrony cùng với các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng các đột biến xảy ra tự nhiên có thể được sử dụng để theo dõi dòng dõi trong não người. TAPESTRY nhằm mục đích thúc đẩy và mở rộng quy mô của phương pháp này bằng cách giải quyết một số hạn chế của các phương pháp hiện tại. Đầu tiên, truy tìm dòng dõi đòi hỏi sự cô lập và khuếch đại đáng tin cậy hơn đối với số lượng nhỏ DNA của các tế bào đơn lẻ. Thứ hai, một sự hiểu biết chi tiết về sự phát triển não bộ của con người cần phải có hiệu quả về chi phí để cho phép cấu hình hàng ngàn hoặc hàng chục ngàn tế bào riêng lẻ. Cuối cùng, nó cũng cần ánh xạ các kiểu hình của các tế bào - không chỉ xem các tế bào có liên quan chặt chẽ với nhau như thế nào, mà còn là các loại tế bào chúng. TAPESTRY tìm cách giải quyết những thách thức này.
Phương pháp của Tiến sĩ Evrony được áp dụng cho tất cả các tế bào của con người, nhưng được đặc biệt quan tâm đến các rối loạn não. Một khi các dòng não khỏe mạnh được lập bản đồ, chúng có thể được sử dụng làm cơ sở để xem sự phát triển não bộ khác nhau như thế nào ở những người mắc các rối loạn khác nhau có khả năng phát triển, chẳng hạn như tự kỷ và tâm thần phân liệt.
Iar Tư 'Alex' Savtchouk, Tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, Khoa Khoa học y sinh, Đại học Marquette
Hình ảnh Panoptical Panoptical nhanh chóng của bộ não thông qua hình ảnh tứ giác được gắn thẻ thời gian
Các kỹ thuật hình ảnh não quang học hiện đại cho phép quan sát một lớp mỏng của não, nhưng hình ảnh rất nhiều hoạt động của não trong không gian 3 chiều - chẳng hạn như một khối não - đã được chứng minh là đáng ngại. Tiến sĩ Savtchouk đã phát triển một phương pháp cho phép các nhà nghiên cứu nhìn thấy những gì đang xảy ra không chỉ trên bề mặt của bộ não, mà sâu bên trong và ở độ phân giải không gian cao hơn nhiều so với trước đây.
Quá trình cốt lõi - kính hiển vi hai photon - thu nhận hoạt động của não bằng cách tìm kiếm huỳnh quang trong các tế bào não biến đổi gen của động vật thí nghiệm. Với một tia laser duy nhất, thông tin độ sâu được ghi lại rất chậm. Với hai chùm tia laser, các nhà nghiên cứu về cơ bản có được thị giác hai mắt - họ có thể nhìn thấy những gì ở gần và xa hơn, nhưng vẫn có những bóng tối trực quan, nơi không thể nhìn thấy gì (ví dụ, khi một người nhìn vào cạnh bàn cờ, một số mảnh có thể bị chặn bởi các mảnh gần hơn.) Tiến sĩ Savtchouk đang giải quyết vấn đề này bằng việc bổ sung hai chùm tia laser bổ sung, cho tầm nhìn bốn phía và giảm đáng kể các điểm mù. Ông cũng đang giải trình tự thời gian của các tia laser - phát xung nhanh - vì vậy các nhà nghiên cứu biết tia laser nào đã thấy hoạt động nào, rất quan trọng để xây dựng mô hình ba chiều chính xác theo thời gian.
Dự án của Tiến sĩ Savtchouk trước tiên liên quan đến việc thiết kế hệ thống trong các mô phỏng máy tính, sau đó chứng minh ứng dụng của nó với các mô hình chuột. Mục tiêu của anh là phát triển các cách để cập nhật kính hiển vi hai photon hiện có cả thông qua việc bổ sung chùm tia laser và thông qua nâng cấp phần cứng và phần mềm, cho phép các phòng thí nghiệm được hưởng lợi từ công nghệ mà không phải trả tiền cho một hệ thống hoàn toàn mới.
Nanthia Suthana, Tiến sĩ, Phó Giáo sư, Khoa Tâm thần và Khoa học Sinh học, Đại học California, Los Angeles
Ghi âm không dây và có thể lập trình và kích thích hoạt động của bộ não sâu trong con người di chuyển tự do đắm chìm trong thực tế ảo (hoặc tăng cường)
Nghiên cứu các hiện tượng thần kinh của con người đưa ra nhiều thách thức - bộ não của con người không thể được nghiên cứu trực tiếp như bộ não động vật và rất khó để tái tạo (và ghi lại kết quả của) các hiện tượng trong phòng thí nghiệm. Tiến sĩ Suthana đề xuất phát triển một hệ thống sử dụng thực tế ảo và tăng cường để tạo ra các kịch bản thử nghiệm thực tế cho các đối tượng của mình. Cô sử dụng dữ liệu được ghi lại bởi các thiết bị não cấy ghép được sử dụng trong điều trị động kinh.
Hàng trăm ngàn người đã cấy ghép các thiết bị này và nhiều thiết bị được cấy ghép cho phép lập trình không dây và phục hồi dữ liệu. Cách tiếp cận của Tiến sĩ Suthana tận dụng lợi thế thứ hai - những thiết bị này ghi lại tất cả các loại hoạt động não sâu và cô có thể khai thác dữ liệu được ghi lại trong khi các đối tượng đang tương tác trong các thí nghiệm dựa trên VR hoặc AR. Điều quan trọng, các đối tượng có thể di chuyển tự do vì họ mang theo máy theo dõi hoạt động não và thiết bị ghi âm bên mình. Chụp chuyển động và đo sinh trắc học có thể được thực hiện đồng thời, lắp ráp một bức tranh hoàn chỉnh của các phản ứng.
Tiến sĩ Suthana đang làm việc với một nhóm đa ngành để làm cho hệ thống hoạt động; nhóm nghiên cứu bao gồm các kỹ sư điện, nhà vật lý và nhà khoa học máy tính. Các sự kiện cơ bản như độ trễ tín hiệu cần được thiết lập để dữ liệu có thể được đồng bộ hóa và đo lường chính xác. Cuối cùng, cô tin rằng con người cư xử tự do tương tác với các mô phỏng thực tế nhất có thể sẽ cho phép các nhà nghiên cứu hiểu chính xác hơn cách thức hoạt động của bộ não. Ngoài các câu hỏi thần kinh cơ bản - như những gì hoạt động của não và phản ứng vật lý đi kèm với các hành động hoặc phản ứng cụ thể đối với các kích thích - hệ thống hứa hẹn cho nghiên cứu về rối loạn căng thẳng sau chấn thương và các điều kiện khác trong đó các yếu tố kích hoạt môi trường có thể được mô phỏng trong môi trường ảo được kiểm soát.
