28 tháng 5 năm 2020
Hội đồng quản trị của Quỹ hỗ trợ thần kinh McKnight vui mừng thông báo họ đã chọn sáu nhà khoa học thần kinh để nhận giải thưởng học giả McKnight 2020.
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. Học giả năm nay minh chứng cho sức mạnh của khoa học thần kinh hiện đại trong việc làm sáng tỏ sinh học của não và tâm trí, Chuyên gia Kelsey C. Martin, MD, Tiến sĩ, chủ tịch ủy ban giải thưởng và trưởng khoa của Trường Y 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 240 nhà điều tra sáng tạo và thúc đẩy hàng trăm khám phá đột phá.
Thúc đẩy một loạt các phương pháp tiếp cận phương pháp trong các sinh vật mô hình đa dạng, Học giả McKnight 2020 đang thúc đẩy khoa học thần kinh của các tương tác não-ruột và liên kết giữa cha mẹ và trẻ sơ sinh, giải mã logic tính toán của kế hoạch vận động trong tiểu não và logic điều hòa gen trong ức chế gen vỏ não, xác định và mô tả các kênh clorua mới trong tế bào thần kinh và sử dụng các phương pháp dựa trên cấu trúc để phát triển phương pháp trị liệu mới nhắm vào các thụ thể serotonin cụ thể, Martin nói. 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 sáng tạo và đóng góp 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:
Steven Flavell, tiến sĩ
Viện Công nghệ Massachusetts - Cambridge, MA
Làm sáng tỏ các cơ chế cơ bản của tín hiệu ruột-não ở C. Elegans
Nghiên cứu làm thế nào vi khuẩn đường ruột ảnh hưởng đến hoạt động và hành vi của não.
Nuo Li, tiến sĩ
Đại học Y Baylor - Houston, TX
Tính toán tiểu não trong kế hoạch động cơ
Nghiên cứu quá trình mà các phần khác nhau của não, bao gồm tiểu não, phối hợp để lập kế hoạch chuyển động vật lý.
Lauren O'Connell, tiến sĩ
Đại học Stanford - Stanford, CA
Cơ sở thần kinh của Engrams trong não trẻ sơ sinh
Nghiên cứu những gì xảy ra trong não của động vật trẻ sơ sinh trong quá trình gắn kết của cha mẹ và những ảnh hưởng của quá trình thần kinh này đối với việc ra quyết định và hạnh phúc trong tương lai ở tuổi trưởng thành.
Zhaozhu Qiu, tiến sĩ
Đại học Johns Hopkins - Baltimore, MD
Khám phá bản sắc phân tử và chức năng của các kênh Novel Clorua trong hệ thần kinh
Nghiên cứu các gen nằm dưới các kênh clorua khác nhau và vai trò của chúng trong việc điều chỉnh tính dễ bị kích thích thần kinh và độ dẻo của khớp thần kinh.
Maria Antonietta Tosches, Tiến sĩ
Đại học Columbia - New York, NY
Sự phát triển của các mô-đun gen và các động lực mạch cho sự ức chế Cortical
Khám phá sự phát triển của các mạch thần kinh bằng cách nghiên cứu các loại nơ-ron cổ đại ở động vật có bộ não đơn giản để suy ra các nguyên tắc cơ bản về tổ chức và chức năng của não.
Daniel Wacker, tiến sĩ
Trường Y khoa Icahn tại Mount Sinai - New York, NY
Đẩy nhanh phát hiện thuốc đối với các rối loạn nhận thức thông qua các nghiên cứu về cấu trúc của một Receptor Serotonin
Xác định cấu trúc của một thụ thể serotonin cụ thể liên quan đến nhận thức và sử dụng cấu trúc đó để xác định các hợp chất có thể liên kết với thụ thể theo một cách cụ thể để thúc đẩy khám phá các phương pháp điều trị bằng thuốc.
Có 58 ứng viên cho Giải thưởng McKnight Scholar năm nay, đại diện cho khoa khoa học thần kinh trẻ tốt nhất trong cả nước. Khoa 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, Trường Đại học Y Pennsylvania; và Michael Shadlen, MD, Tiến sĩ, Đại học Columbia.
Các ứng dụng cho giải thưởng năm tới sẽ có vào tháng 8 và dự kiến vào ngày 4 tháng 1 năm 2021. 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 là một tổ chức độc lập được tài trợ duy nhất bởi Quỹ McKnight của 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 McKnight Neurobiology of Brain Disference Awards, dành cho các nhà khoa học làm việc để áp dụng kiến thức đạt được thông qua nghiên cứu lâm sàng và tịnh tiến cho các rối loạn não ở người.
Giải thưởng McKnight 2020
Steven Flavell, tiến sĩ Trợ lý giáo sư, Viện học tập và trí nhớ Picower, Viện công nghệ Massachusetts, Cambridge, MA
Làm sáng tỏ các cơ chế cơ bản của tín hiệu ruột-não ở C. Elegans
Trong những năm gần đây, đã có sự quan tâm ngày càng tăng đối với hệ vi sinh vật đường ruột - hỗn hợp vi khuẩn sống trong đường tiêu hóa - và tác động của nó đối với sức khỏe tổng thể. Tiến sĩ Flavell sẽ tiến hành một loạt các thí nghiệm để trả lời các câu hỏi cơ bản về cách ruột và não tương tác, sự hiện diện của một số vi khuẩn kích hoạt tế bào thần kinh và cách điều này ảnh hưởng đến hành vi của động vật. Nghiên cứu này có thể mở ra những dòng điều tra mới về hệ vi sinh vật ở người và ảnh hưởng của nó đến sức khỏe và bệnh tật của con người, bao gồm các rối loạn thần kinh và tâm thần.
Người ta hiểu rất ít về cách ruột và não tương tác một cách cơ học - tế bào thần kinh nào được kích hoạt bởi sự hiện diện của vi khuẩn? Họ đang phát hiện cái gì? Những tín hiệu nào họ gửi và ở đâu? Và làm thế nào để não xử lý các tín hiệu này và biến chúng thành hành vi? Nghiên cứu của Tiến sĩ Flavell sẽ dựa trên những khám phá mà phòng thí nghiệm của ông đã thực hiện C. Elegans sâu, có hệ thống thần kinh đơn giản và được xác định rõ có thể tạo ra các hành vi tương đối phức tạp, dễ dàng nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Tiến sĩ Flavell và nhóm của ông đã xác định được một loại tế bào thần kinh ruột cụ thể (tế bào thần kinh lót ruột) chỉ hoạt động trong khi C. Elegans ăn vi khuẩn. Các thí nghiệm của ông sẽ xác định các tín hiệu vi khuẩn kích hoạt các tế bào thần kinh, kiểm tra vai trò của các tế bào thần kinh khác trong tín hiệu não-ruột và kiểm tra phản hồi từ não ảnh hưởng đến việc phát hiện vi khuẩn đường ruột. Ví dụ, các tế bào thần kinh ruột của C. Elegans báo hiệu cho não khi chúng phát hiện vi khuẩn, để sâu có thể chậm lại và tìm thức ăn. Các thí nghiệm sẽ xác định các sắc thái của quá trình này, chẳng hạn như cách tín hiệu và hành vi thay đổi khi sâu đầy đủ hoặc gặp các loại vi khuẩn khác nhau và điều gì xảy ra khi hoạt động của các tế bào thần kinh ruột bị gián đoạn. Hiểu được các quá trình cốt lõi này có thể giúp nghiên cứu trong tương lai mở khóa cách thức vi khuẩn đường ruột ở người được liên kết với các trạng thái hành vi và thần kinh phức tạp.
Nuo Li, tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư Khoa học Thần kinh, Đại học Y Baylor, Houston, TX
Tính toán tiểu não trong kế hoạch động cơ
Thời gian là tất cả mọi thứ khi nói đến việc di chuyển cơ bắp một cách có kế hoạch. Nghiên cứu của Tiến sĩ Li sử dụng mô hình chuột để khám phá chi tiết hơn các nghiên cứu trước đây về những gì bộ não đang làm trong thời gian giữa kế hoạch và chuyển động. Quan điểm cũ, đơn giản về bộ não được sử dụng để hình dung vỏ não phía trước, nơi diễn ra lý luận, như trung tâm điều khiển và tiểu não, một phần cổ của não, như một công cụ để gửi tín hiệu đến cơ bắp. Quan điểm đó đã trở nên sắc thái hơn, với các nhà nghiên cứu cho rằng nhiều phần của bộ não có liên quan đến suy nghĩ và lập kế hoạch.
Phòng thí nghiệm của bác sĩ Li đã tiết lộ rằng vỏ não vận động phía trước (ALM, một phần cụ thể của vỏ não trước chuột) và tiểu não bị khóa trong một vòng trong khi chuột đang lên kế hoạch hành động. Vẫn chưa biết chính xác thông tin nào được truyền qua lại, nhưng nó khác với tín hiệu thực sự điều khiển các cơ. Nếu kết nối bị gián đoạn ngay cả trong khi lập kế hoạch, chuyển động sẽ được thực hiện không chính xác. Mặt khác, bộ não cũng có thể sử dụng thời gian đó để chuyển đổi phản hồi thành kế hoạch cải tiến cho một chuyển động tiếp theo, cách một cầu thủ bóng rổ điều chỉnh sau khi quan sát thấy một sai lầm.
Các thí nghiệm của Tiến sĩ Li sẽ khám phá vai trò của tiểu não trong việc lập kế hoạch vận động và xác định cấu trúc giải phẫu liên kết nó và ALM. Anh ta sẽ lập bản đồ vỏ não và tìm ra quần thể của một loại tế bào đặc biệt được sử dụng trong tính toán tiểu não, được gọi là tế bào Purkinje, được kích hoạt bởi ALM trong kế hoạch vận động, và những tín hiệu nào chúng gửi qua lại trong khi lập kế hoạch. Mục đích thứ hai sẽ khám phá loại tính toán mà tiểu não đang tham gia. Thí nghiệm sử dụng những con chuột được huấn luyện để thực hiện một hành động cụ thể một thời gian sau khi chúng quan sát thấy tín hiệu. Bằng cách quan sát những phần nào của não kích hoạt trong thời gian dự đoán đó khi con vật không di chuyển mà đang chuẩn bị di chuyển, và sau đó bằng cách gây nhiễu quá trình đó, Li sẽ tìm hiểu thêm về các quá trình não cơ bản, tinh vi này.
Lauren O'Connell, tiến sĩ, Trợ lý giáo sư sinh học, Đại học Stanford, Stanford, CA
Cơ sở thần kinh của Engrams trong não trẻ sơ sinh
Liên kết cha mẹ / trẻ sơ sinh rất quan trọng đối với sự thịnh vượng của toàn bộ cộng đồng, ở người cũng như động vật. Nó không chỉ hỗ trợ sức khỏe thể chất, nó còn tác động đến hành vi và lựa chọn của các cá nhân khi họ đến tuổi trưởng thành. Công việc của Tiến sĩ O'Connell sẽ giúp xác định cách các ký ức được hình thành trong giai đoạn trứng nước như là một phần của quá trình liên kết, sẽ theo dõi những dấu ấn ký ức đó để xác định cách chúng ảnh hưởng đến việc ra quyết định trong tương lai và sẽ khám phá tác động thần kinh của liên kết bị phá vỡ.
Dự án này sử dụng mô hình ếch độc, được lựa chọn vì hành vi liên kết giữa cha mẹ và trẻ sơ sinh của nó được nhìn thấy trong việc cung cấp thức ăn của cha mẹ. Một lợi ích bổ sung cho mô hình ếch độc là sinh lý của ếch, cho phép quan sát rõ ràng hành vi thần kinh. Hành vi liên kết là cổ xưa và xuất hiện trong các vùng não đã được bảo tồn tương đối từ động vật lưỡng cư đến động vật có vú. Mặc dù đã có nghiên cứu kiểm tra tác động của sự gắn kết từ góc độ của cha mẹ, nhưng rất ít người hiểu về cách nó xảy ra ở trẻ sơ sinh hoặc tác động thần kinh của nó.
Trong những con ếch O'Connell đang nghiên cứu, hành vi liên kết bao gồm một màn hình năn nỉ của nòng nọc, dẫn đến việc bố mẹ cung cấp trứng không thụ tinh cho thức ăn. Nhận thức ăn và sự chăm sóc đó dẫn đến con nòng nọc mang dấu ấn của bố mẹ, điều này ảnh hưởng đến sự lựa chọn bạn đời trong tương lai của con nòng nọc: nó sẽ thích những người bạn đời giống như người chăm sóc. O'Connell đã xác định các dấu hiệu nơ ron thần kinh được làm giàu trong nòng nọc xin thức ăn và thấy rằng các tế bào thần kinh này tương tự như các vấn đề liên quan đến thần kinh liên quan đến học tập và hành vi xã hội ở con người. Nghiên cứu của cô sẽ khám phá kiến trúc nơ-ron liên quan đến nhận biết và liên kết trẻ sơ sinh với người chăm sóc, cũng như hoạt động của não khi đưa ra lựa chọn bạn đời sau này trong cuộc sống, để xem hoạt động của nơ-ron trong mỗi quá trình có liên quan như thế nào trong điều kiện bình thường và khi liên kết bị phá vỡ.
Zhaozhu Qiu, tiến sĩ, Trợ lý giáo sư sinh lý học và khoa học thần kinh, Đại học Johns Hopkins, Baltimore, MD
Khám phá bản sắc phân tử và chức năng của các kênh Novel Clorua trong hệ thần kinh
Các kênh ion là nền tảng cho não để duy trì chức năng bình thường của nó. Chúng kiểm soát tiềm năng màng tế bào thần kinh và tính dễ bị kích thích cũng như truyền chất synap và độ dẻo. Họ có liên quan đến nhiều rối loạn thần kinh và tâm thần, và do đó là mục tiêu chính của ma túy. Phần lớn nghiên cứu đã tập trung vào các kênh ion dẫn các ion tích điện dương, chẳng hạn như natri, kali và canxi. Tuy nhiên, chức năng của các kênh ion cho phép đi qua clorua, ion tích điện âm dồi dào nhất, vẫn chưa được hiểu rõ.
Một trong những thách thức lớn là danh tính của các gen mã hóa một số kênh clorua đa dạng. Bằng cách thực hiện sàng lọc genom thông lượng cao, Tiến sĩ Qiu và nhóm nghiên cứu của ông đã xác định được hai họ kênh clorua mới, được kích hoạt bằng cách tăng thể tích tế bào và pH axit, tương ứng. Sử dụng kết hợp các kỹ thuật điện sinh lý, sinh hóa, hình ảnh và hành vi, nghiên cứu của Tiến sĩ Qiu nhằm mục đích điều tra chức năng thần kinh của các kênh ion mới này, tập trung vào các tương tác nơ-ron thần kinh, dẻo khớp, học tập và trí nhớ.
Bác sĩ Qiu sẽ mở rộng phương pháp này đến các kênh clorua bí ẩn khác trong não. Ông cũng có kế hoạch phát triển các phương pháp và công cụ mới để đo lường và thao túng nồng độ clorua ở cấp độ tế bào và tế bào dưới tế bào sống và động vật, hiện đang là một trở ngại kỹ thuật lớn trong lĩnh vực này. Nghiên cứu của ông sẽ cung cấp những hiểu biết chính về cách clorua được điều hòa trong hệ thống thần kinh. Nó có thể dẫn đến phương pháp trị liệu mới cho các bệnh thần kinh liên quan đến rối loạn clorua.
Maria Antonietta Tosches, tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, Đại học Columbia, New York, NY
Sự phát triển của các mô-đun gen và các động lực mạch cho sự ức chế Cortical
Nó có thể hấp dẫn để xem bộ não như một kỳ công kỹ thuật, được thiết kế tối ưu để thực hiện các chức năng phức tạp của nó. Trong thực tế, bộ não hiện đại được định hình bởi một lịch sử tiến hóa lâu dài, tại bất kỳ thời điểm nào của một thách thức tiến hóa, các thành phần hiện có được tái sử dụng, nhân lên và đa dạng hóa. Tiến sĩ Tosches đang tiến hành nghiên cứu để hiểu các quá trình này và tìm ra những hệ thống thần kinh cơ bản nào được bảo tồn ở động vật có xương sống cách nhau hàng trăm triệu năm tiến hóa.
Cuối cùng, Tiến sĩ Tosches đang tìm hiểu lịch sử tiến hóa của các tế bào thần kinh GABAergic, có vai trò ức chế quan trọng trong hệ thống thần kinh trung ương của động vật có vú. Các thí nghiệm trước đây của cô đã tìm thấy các tế bào thần kinh GABAergic của các loài bò sát và động vật có vú giống nhau về mặt di truyền, cho thấy các loại tế bào thần kinh này đã tồn tại trong tổ tiên của động vật có xương sống; họ cũng chia sẻ các mô-đun gen liên quan đến các chức năng thần kinh cụ thể trong cả hai loại não. Trong nghiên cứu mới của Tosches, cô sẽ xác định xem những loại tế bào thần kinh tương tự có được tìm thấy trong bộ não đơn giản của kỳ nhông hay không.
Nghiên cứu bao gồm giải trình tự hàng chục ngàn tế bào riêng lẻ từ những con kỳ giông này và so sánh các loại tế bào GABAergic được tìm thấy ở chuột và rùa, để xây dựng một phân loại thống nhất của các tế bào thần kinh này trong tetrapods. Bước tiếp theo là so sánh các mô-đun gen của chúng để hiểu các cơ chế di truyền đã tạo ra các phân nhóm tế bào thần kinh GABAergic. Trong mục đích thứ hai, Tosches và nhóm của cô sẽ ghi lại hoạt động của các tế bào thần kinh GABAergic kỳ nhông với hình ảnh in vivo trong các thí nghiệm hành vi, theo dõi hoạt động của các tế bào thần kinh này khi được kích thích. Công trình này sẽ giới thiệu một mô hình động vật hoàn toàn mới cho mạch khoa học thần kinh, thêm vào sự hiểu biết của chúng ta về cách thức hoạt động của bộ não ở cấp độ cơ bản.
Daniel Wacker, tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, Trường Y khoa Icahn tại Mount Sinai, New York, NY
Tăng tốc khám phá thuốc đối với các rối loạn nhận thức thông qua các nghiên cứu về cấu trúc của một Receptor Serotonin
Khám phá các loại thuốc để giải quyết các rối loạn thần kinh và nhận thức là một quá trình phức tạp và tốn thời gian. Nhiều loại thuốc nhắm vào các thụ thể dopamine có liên quan đến nghiện, và một số loại thuốc không chính xác và tạo ra các tác dụng phụ nguy hiểm tiềm tàng. Ngoài ra, một số rối loạn (Alzheimer là một ví dụ nổi bật) không có phương pháp điều trị bằng thuốc nào cả. Tiến sĩ Wacker đề xuất một cách tiếp cận mới để khám phá thuốc tập trung vào một thụ thể serotonin cụ thể (không mang lại rủi ro giống như kích hoạt hệ thống dopamine), lập bản đồ cẩn thận cấu trúc của thụ thể ở quy mô phân tử và tìm kiếm các hợp chất sẽ liên kết với thụ thể đó một cách cụ thể.
Các thụ thể, được gọi là 5-HT7R, được phát hiện vào giữa những năm 1990 và là một trong 12 thụ thể serotonin được biết đến. Nó đã được xác định là một mục tiêu đầy hứa hẹn cho các liệu pháp điều trị rối loạn nhận thức, nhưng ít được biết về nó. Tiến sĩ Wacker đề xuất tiến hành nghiên cứu cấu trúc của thụ thể bằng cách sử dụng tinh thể học tia X trên các mẫu tinh khiết của thụ thể. Anh ta sẽ kiểm tra các loại thuốc liên kết với thụ thể và đưa ra các đột biến vào cấu trúc để xem điều đó ảnh hưởng đến sự gắn kết và tương tác như thế nào. Mục tiêu là tìm ra các hợp chất sẽ kích hoạt chỉ một thụ thể này theo một cách cụ thể.
Để tìm ra những loại thuốc khả thi này, nhóm của Wacker sẽ tiến hành tìm kiếm trên máy vi tính hàng trăm triệu hợp chất, so sánh cấu trúc 3D của chúng với mô hình 3D của thụ thể đối với những người có khả năng phù hợp nhất. Triển vọng hàng đầu sẽ được kiểm tra chặt chẽ hơn, và một vài ứng cử viên đặc biệt hứa hẹn sẽ được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. So với quy trình thử nghiệm thuốc truyền thống, có thể mất nhiều năm, thậm chí hàng thập kỷ, quy trình vi tính hóa này mang đến cơ hội sàng lọc các loại thuốc cơ bản trước dựa trên cấu trúc của chúng và tăng tốc độ phát triển của chúng.
