المكرمات

Junjie Guo, Ph.D., Assistant Professor of Neuroscience, Yale University School of Medicine, New Haven, CT

Mechanism and functions of repeat expansion self-exonization in C9orf72 ALS/FTD

As intricate as the DNA replication process is, sometimes errors happen. Some neurological diseases are linked to a particular type of error called nucleotide repeat expansion (NRE), in which a short DNA segment is repeated over and over in hundreds or more copies. Where these repeats occur in the genome matters: during a critical step in gene expression called RNA splicing, only certain pieces (exons) of the RNA transcribed from DNA are joined together to become the final messenger RNA, whereas the remaining RNA sequences (introns) between exons will be broken down.

However, in some cases, introns with NREs are not broken down, but manage to instruct the making of a variety of repeat proteins that are harmful to nerve cells. A well-known example is an intron NRE within a gene called C9orf72, which is the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS, or Lou Gehrig’s disease) and frontotemporal dementia (FTD). In his research, Dr. Guo hopes to uncover how this intron NRE disrupts RNA splicing and causes the production of toxic repeat proteins.

Guo and his team will first test a variety of NRE mutations to see which are able to change the splicing pattern so the intron can escape degradation. Their second aim will test the hypothesis that these changes in the splicing pattern are critical for the C9orf72 NRE RNA to increase its export out from the cell nucleus into the cytoplasm and instruct the making of toxic repeat proteins. Finally, their research will explore the possibility that differences between the ways in which each cell splices its RNAs may explain why certain types of nerve cells such as motor neurons are more vulnerable in ALS.

Juliet K. Knowles, MD, PhD, Assistant Professor of Neurology, Stanford University School of Medicine, Palo Alto, CA

Neuron-to-OPC synapses in adaptive and maladaptive myelination

In her role as a pediatric clinician specializing in epilepsy, Dr. Knowles sees firsthand how this neurological disorder (actually a collection of several related but distinct diseases) is experienced and how it progresses. As a neuroscientist, she has the opportunity to help uncover how and why. Knowles and her team are focusing their research on the role of neuronal activity in myelination in patients with generalized epilepsy, a common form of the disease that is characterized by the presence of seizures and absence seizures.

Myelination is the process by which the axons (projections) of neurons are encased in myelin, which enhances the speed of axon signal transmission, and makes neural networks more efficient. The process involves oligodendrocyte progenitor cells (OPCs) which can develop into oligodendrocytes, cells that produce myelin. In earlier research, Knowles uncovered that the neural activity of absence seizures promotes myelination of the seizure circuit, making it more efficient. This appears to lead to an increase in absence seizure frequency and severity; when Knowles and her team blocked the OPCs’ response to neural activity, seizure-induced myelination did not occur, and the seizures didn’t progress.

Knowles’ new research will now explore how this happens and identify possible approaches for future therapies. One aim will document the neuron to OPC synapses in both epileptic and healthy mouse models. A second aim will compare neuron-to-OPC synaptic activity and synaptic gene expression in healthy or epileptic mice – specifically focusing on how myelination promoted by a seizure differs from that promoted by learning. A third aim will explore how disrupting the post-synaptic receptors on oligodendrocytes affects the progression of epilepsy, not just in terms of seizures, but related symptoms such as disrupted sleep and cognitive impairment, both of which are common in individuals affected by epilepsy.

Akhila Rajan, دكتوراه ، Associate Professor, Basic Sciences Division, Fred Hutchinson Cancer Center, Seattle, WA

Adipocyte-brain mitochondrial signaling and its impacts on brain function

Communication between organs and the brain is critical to an animal’s survival and health. Signals tell the brain when the body needs more energy, is hungry, or needs to sleep, move or perform countless other tasks. But recent research has revealed that communication can include more than hormones – packets of material can also be passed to brain cells. Dr. Rajan’s research focuses on the phenomena of fat cells (adipocytes) sending bits of mitochondria – the organelles within cells that generate energy, among other roles – to the brain, and how that affects brain function.

Previous research has found that when these mitochondrial bits reach the brain, it makes the fly model Rajan’s team works with more hungry, specifically for high sugar foods, promoting a cycle of obesity and further sending of material. There is a known correlation between obesity and a range of neurological disorders, including sleep disorders and cognitive decline, and this new research hopes to shed light on these links and potentially identify targets for future therapies.

Working with the fly model, Rajan and her team aim to identify how exactly these bits of mitochondria are gaining access to neurons in the brain without being degraded; what happens when these bits of fat cell mitochondria integrate with neuronal mitochondria, specifically how it alters an animal’s behavior in terms of sleep and feeding; and what effect this process has on neuronal health overall. The research will take advantage of very precise genetic manipulations at which Rajan’s lab excels, involve cross-disciplinary insights provided by lab team members, and use advanced insect physiology chambers that let the team document feeding and changes in behavior at a level unavailable to previous generations of researchers.

Humsa Venkatesh, دكتوراه ، Assistant Professor of Neurology, Brigham and Women’s Hospital & Harvard Medical School, Boston, MA

The neurobiology of glioma: Understanding malignant neural circuits instructing tumor growth

Cancers, including brain tumors, have traditionally been studied at a cellular or molecular level. Researchers are addressing questions such as what subpopulation of cells are involved, how do they mutate, and what can we do to those malignant cells to get them to stop replicating? Dr. Venkatesh is interested in looking at how the nervous system is also involved in cancer progression and has already discovered that neurons form synaptic connections to cancer cells.

Venkatesh and her lab are studying both primary and secondary brain tumors but have evidence that these findings apply to cancers in other parts of the body. The insight that tumors are interacting with neurons, and not just killing off nerves as had once been thought, has opened many possibilities. These malignant growths are taking signals from the nervous system intended to pass information to other cells and instead reinterpreting them to instruct the cancer to grow. Now researchers can explore how to harness the nervous system to help treat or manage this malignant disease. In an exciting development, Venkatesh’s previous work in this space has already led to clinical trials that repurpose existing drugs targeting the nervous system and apply them to cancer treatment.

This new research goes even further into understanding the mechanisms governing neural circuit activity-driven glioma progression. Using advanced neuroscience technologies and patient-derived cell lines, Venkatesh will be able to modulate and study the malignant neural networks, encompassing both neurons and tumor cells, that influence cancer growth. Understanding this activity-dependent mechanism and how it can be targeted without disrupting healthy neuronal function could open new fields of cancer research and novel therapeutic opportunities.

ليزا بوتلر، دكتوراه في الطب ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في طب الغدد الصماء ، كلية فينبرغ للطب ، جامعة نورث وسترن ، شيكاغو ، إلينوي

تشريح ديناميكيات الأمعاء والدماغ الكامنة وراء فقدان الشهية

تعتبر التغذية في صميم بقاء الحيوان ، لذلك ليس من المستغرب أن تكون القناة الهضمية والدماغ على اتصال دائم لتنسيق تناول الطعام المناسب ووزن الجسم المستقر. ومع ذلك ، في حالة وجود التهاب ، قد ينهار هذا النظام. واحدة من السمات المميزة لفقدان الشهية المرتبط بالالتهاب (يجب عدم الخلط بينه وبين فقدان الشهية العصبي) هو انخفاض الشهية ، والذي يمكن أن يكون شديدًا بما يكفي للتسبب في سوء التغذية. العلاجات الحالية - بما في ذلك التغذية الوريدية وأنابيب التغذية المعوية - يمكن أن تقلل من جودة الحياة ولها عواقب جانبية كبيرة.

يهدف د. بوتلر إلى استخدام المراقبة العصبية المتقدمة وتقنيات المعالجة لتشريح الآليات الكامنة وراء فقدان الشهية المرتبط بالالتهاب. سيستخدم فريق Beutler تصوير الكالسيوم للكشف عن تأثيرات السيتوكينات الفردية (الإشارات الصادرة أثناء الالتهاب) على مجموعات محددة من الخلايا العصبية المرتبطة بالتغذية. ستستخدم مجموعتها أيضًا أدوات وراثية متطورة لمحاولة تجاوز إشارات "عدم الأكل" غير الملائمة التي تنتج عن الالتهاب الحاد. أخيرًا ، ستدرس كيف تغير نماذج معينة من الأمراض الالتهابية الاستجابة العصبية لتناول المغذيات.

سيكون بحث Beutler أول من يدرس هذه العمليات المحددة على هذا المستوى من التفاصيل في كائن حي. من خلال تحديد الأهداف العصبية الدقيقة لإطلاق السيتوكين ، وفك شيفرة كيفية تعديل ذلك للشهية ، يأمل بوتلر في تحديد الأهداف العلاجية لسوء التغذية المرتبط بالأمراض الالتهابية. علاوة على ذلك ، يهدف مختبرها إلى إنشاء خريطة طريق للإشارات المناعية للأمعاء والدماغ والتي قد يكون لها آثار كبيرة ليس فقط في علاج فقدان الشهية الناتج عن الالتهاب ، ولكن أيضًا على نطاق واسع لأبحاث التغذية والتمثيل الغذائي في المستقبل.

جيريمي دايدكتوراه أستاذ مشارك ، قسم علم الأعصاب ، كلية هيرسينك للطب ، جامعة ألاباما - برمنغهام ؛ و إيان مايز دكتوراه ، أستاذ - أقسام علم الأعصاب وعلوم الأدوية ، مدير - مركز هندسة Epigenome العصبية ، كلية الطب Icahn في Mount Sinai ، مدينة نيويورك

الاستفادة من الوراثة اللاجينية أحادية الخلية من أجل التلاعب المستهدف بالمجموعات التي ينشطها الدواء

يعد إدمان المخدرات مشكلة خطيرة لكل من الأفراد والمجتمع ككل. في حين أن هناك بحثًا مهمًا في فهم ومعالجة الإدمان ، فإن 60% من أولئك الذين عولجوا سيعانون من الانتكاس. في الواقع ، قد تزداد الرغبة في تعاطي المخدرات بمرور الوقت ، وتحتضن أولئك المدمنين حتى دون التعرض لمزيد من المخدرات. يهدف الدكتور داي والدكتور مايز إلى البحث عن الإدمان على مستوى جديد - الوصول إلى التأثيرات اللاجينية لتعاطي المخدرات على خلايا معينة على مستوى خلية واحدة ، وكيف يمكن أن تؤهب هذا الشخص إلى الانتكاس.

أظهرت الأبحاث الأولية أن التعرض للعقاقير مع مرور الوقت يغير طريقة التعبير عن الجينات. في الأساس ، يمكن للأدوية أن تختطف العناصر التنظيمية الجينية المعروفة باسم "المحسنات" ، والتي عند تنشيطها تتسبب في التعبير عن جينات معينة في خلايا الدماغ التي تحفز الشخص على البحث عن هذه الأدوية. صممت Day and Maze مشروعًا لتحديد هذه المحسّنات بأسلوب خاص بنوع الخلية يتم تنشيطه (أو عدم ضبطه) بواسطة الكوكايين - وهو منبه مفهومة جيدًا وبحث - ثم إنشاء ناقلات فيروسية وإدخالها في الخلايا التي ستصبح نشطة فقط في وجود هذا المحسن غير المحكم. باستخدام هذه الاستراتيجية ، سوف يعبر الناقل الفيروسي عن حمولته فقط في مجموعات الخلايا التي تتأثر بالكوكايين ويسمح للباحثين بتنشيط أو إلغاء تنشيط الخلايا المصابة بطريقة optogenetically أو كيميائيًا.

مع هذا ، سوف يزعج Day and Maze المجموعات للتحقيق في آثارها على سلوك البحث عن المخدرات في نموذج القوارض للإدارة الذاتية للكوكايين الإرادي. يعتمد عملهم على التطورات الحديثة في القدرة على استهداف الخلايا الفردية ومجموعات صغيرة من الخلايا ، بدلاً من مجموعات كاملة من الخلايا أو أنواع الخلايا كما كان محور البحث السابق. الآن بعد أن أصبح من الممكن التركيز على الدور الذي تلعبه خلايا معينة ، فإن الأمل هو أنه يمكن تطوير علاجات أفضل تعالج الجذور الجينية للإدمان والانتكاس ، وبدون الآثار الجانبية السلبية للتلاعب بأعداد أكبر وأقل استهدافًا لخلايا الدماغ.

ستيفان لاميل، دكتوراه، أستاذ مشارك في علم الأعصاب، جامعة كاليفورنيا - بيركلي

تنظيم نيوروتنسين بوساطة لسلوك التغذية اللذيذة والسمنة

إن الدماغ مهووس بإيجاد الطعام واستهلاكه. عندما يتم العثور على طعام كثيف السعرات الحرارية - نادر في البرية - ستستهلكه الحيوانات غريزيًا بسرعة. بالنسبة للبشر الذين لديهم إمكانية الوصول إلى الأطعمة الغنية بالسعرات الحرارية ، تؤدي الغريزة أحيانًا إلى الإفراط في تناول الطعام والسمنة والمشكلات الصحية ذات الصلة. لكن الأبحاث أظهرت أيضًا أنه في بعض الحالات ، قد يتضاءل الدافع للتغذية على الأطعمة عالية السعرات الحرارية عندما يكون هذا الطعام متاحًا دائمًا. يسعى الدكتور لاميل إلى تحديد العمليات العصبية ومناطق الدماغ المشاركة في سلوك التغذية وتنظيمه.

ربطت الدراسات على مر السنين التغذية بمنطقة ما تحت المهاد ، وهي جزء قديم وعميق من الدماغ. ومع ذلك ، تشير الأدلة أيضًا إلى دور مراكز المكافأة والمتعة في الدماغ. وجدت الأبحاث الأولية التي أجراها لاميل أن الروابط من النواة الجانبية المتكئة (NAcLat) إلى المنطقة السقيفية البطنية (VTA) تعتبر أساسية للتغذية اللذيذة - يؤدي تنشيط هذا الارتباط إلى زيادة التغذية بالأطعمة الغنية بالسعرات الحرارية ، ولكن ليس الطعام العادي. حددت أبحاث أخرى الحمض الأميني نيوروتنسين (NTS) كلاعب في تنظيم التغذية ، بالإضافة إلى أدوار أخرى.

يسعى بحث لاميل إلى تحديد الدوائر والأدوار للأجزاء المختلفة من الدماغ التي تدفع الحيوانات إلى تناول الطعام على نحو ممتع بالإضافة إلى دور NTS ، والذي تم التعبير عنه في NAcLat. يتم تقديم الموضوعات مع نظام غذائي عادي أو نظام غذائي غني بالسعرات الحرارية ، ويتم تسجيل النشاط على مسار NAcLat-to-VTA وتعيينه وفقًا لسلوكيات التغذية. كما أنه سيتتبع التغييرات بمرور الوقت من خلال التعرض المطول للطعام اللذيذ. ستنظر المزيد من الأبحاث في التغييرات في وجود NTS في الخلايا ، وكيف يؤثر وجودها بكميات مختلفة على وظيفة الخلية. من خلال فهم المسارات والآليات الجزيئية المتضمنة في التغذية والسمنة ، قد يساهم هذا العمل في الجهود المستقبلية للمساعدة في إدارة السمنة.

ليندسي شوارتز، دكتوراه ، أستاذ مساعد في علم الأعصاب التنموي ، مستشفى سانت جود لبحوث الأطفال ، ممفيس ، تينيسي

تحديد دوائر الدماغ التي تربط التنفس والحالة المعرفية

يتم التنفس تلقائيًا في الحيوانات ، ولكن على عكس الوظائف الأساسية الأخرى - ضربات القلب ، والهضم ، وما إلى ذلك - يمكن للحيوانات التحكم بوعي في التنفس. يرتبط التنفس أيضًا بالحالة العاطفية والعقلية بطريقة ثنائية الاتجاه: يمكن أن تسبب المحفزات العاطفية تغيرات في التنفس ، ولكن تبين أيضًا أن التغيير الواعي للتنفس يؤثر على الحالة الذهنية. تهدف الدكتورة شوارز في بحثها إلى تحديد الخلايا العصبية المرتبطة بالتنفس والتي يتم تنشيطها بشكل انتقائي من خلال الإشارات الفسيولوجية والمعرفية ورسم خريطة لمناطق الدماغ التي تتصل بها. قد يكون هذا البحث مفيدًا في دراسة مجموعة متنوعة من الاضطرابات العصبية التي يتأثر فيها التنفس ، مثل متلازمة موت الرضع المفاجئ (SIDS) وانقطاع النفس النومي المركزي واضطرابات القلق.

يهدف Schwarz إلى الاستفادة من التطورات في وضع العلامات العصبية لدراسة هذه الخلايا العصبية ، الموجودة في عمق جذع الدماغ ، والتي يصعب عزلها وتسجيلها في الجسم الحي. ولكن باستخدام علامات النشاط ، يستطيع شوارز تحديد الخلايا العصبية التي تنشط أثناء التنفس الفطري مقابل التنفس النشط. بالنسبة لهذا الأخير ، يتم تكييف الأشخاص مع منبه مسبب للضغط يجعلهم يتجمدون ويغيرون تنفسهم. يمكن للباحثين بعد ذلك فحص الخلايا العصبية الموسومة لتحديد أي منها نشط في الموضوعات المكيفة ، وتحديد ما إذا كانت تتداخل مع الخلايا العصبية النشطة أثناء التنفس الفطري.

الهدف الثاني هو تحديد الهوية الجزيئية للخلايا العصبية المرتبطة بالتنفس والتي تم تنشيطها أثناء التكييف لفهم الخلايا التي تشكل جزءًا من دائرة التنفس بدقة أكبر. أخيرًا ، بعد تحديد تلك الخلايا العصبية ، سيستخدم شوارز مناهج ناقلات الفيروس التي طورها باحثون آخرون لتحديد أجزاء الدماغ التي تتصل بها تلك الخلايا المنشطة. قد يؤدي تحديد الروابط بين حالات الدماغ والتنفس ، والتداخل بين دوائر التنفس الواعية واللاواعية ، والعلاقة بين التنفس وأمراض معينة إلى إرساء أسس علاجات أفضل بالإضافة إلى فهم أشمل لكيفية تشبيك وظائفنا الأساسية.

روي تشانغ، دكتوراه ، أستاذ مساعد ، أقسام علم الأعصاب وعلم وظائف الأعضاء الخلوي والجزيئي ، كلية الطب بجامعة ييل

سريجانجا شاندرا، دكتوراه. أستاذ مشارك بقسمي طب الأعصاب وعلم الأعصاب ، كلية الطب بجامعة ييل

من القناة الهضمية إلى الدماغ: فهم انتشار مرض باركنسون

يعد مرض باركنسون مرضًا عصبيًا تنكسيًا معروفًا على نطاق واسع ولكنه لا يزال غامضًا ويؤثر بشكل كبير على نوعية الحياة. لا يُعرف بالضبط كيف يبدأ المرض ، ولكن تشير الأبحاث الحديثة إلى أن بعض حالات مرض باركنسون على الأقل تنشأ في الأمعاء وتنتشر إلى الدماغ عبر العصب المبهم ، وهو عصب طويل ومعقد ومتعدد الأوجه يربط العديد من الأعضاء بالدماغ.

يأخذ كل من الدكتور تشانغ والدكتور شاندرا فكرة الانتشار من القناة الهضمية إلى الدماغ إلى المستوى التالي من خلال أبحاثهما. يهدف أول هدفين إلى تحديد مجموعات الخلايا العصبية المبهمة التي تنقل مرض باركنسون بالضبط والعملية التي تتفاعل من خلالها الأمعاء وهذه الخلايا العصبية. تستخدم التجربة نموذجًا للفأر ، وحقنًا للبروتينات التي يمكن أن تحفز مرض باركنسون ، وعملية جديدة لتمييز أنواع معينة من الخلايا العصبية واستئصالها بشكل انتقائي. من خلال التجارب التي يتم فيها استئصال بعض الخلايا العصبية ، وإدخال البروتين ، وفحص الفئران بحثًا عن مرض باركنسون ، سيضيق الفريق على مرشحين محددين. في الهدف الثالث ، يأمل الفريق في الكشف عن الآلية التي ينتقل بها المرض على المستوى الجزيئي داخل الخلايا العصبية.

البحث عبارة عن جهد تعاوني متعدد التخصصات يعتمد على تجربة الدكتور تشانغ في البحث في العصب المبهم والجهاز المعوي وخبرة الدكتور شاندرا في مرض باركنسون وعلم الأمراض. من المأمول أنه من خلال فهم أفضل وأكثر دقة لكيفية وصول المرض إلى الدماغ ، يمكن تحديد أهداف جديدة بعيدة عن الدماغ للعلاج بشكل أكثر دقة ، مما يسمح للعلاج بتأخير أو تقليل ظهور مرض باركنسون دون الإضرار بالدماغ أو يؤثر على العديد من الوظائف الهامة الأخرى للعصب المبهم المعقد بشكل غير عادي أو الجهاز المعوي.

رينبو هولتمان، دكتوراه ، أستاذ مساعد ، قسم الفسيولوجيا الجزيئية والفيزياء الحيوية ، معهد آيوا للعلوم العصبية - كلية كارفر للطب ، جامعة آيوا

التوصيل الكهربائي على مستوى الدماغ في حالة الصداع النصفي: نحو تطوير علاجات قائمة على الشبكة

الصداع النصفي هو اضطراب واسع الانتشار ، غالبًا ما يكون منهكًا. إنه معقد ويصعب علاجه ؛ يعاني المرضى من أعراض مختلفة ، غالبًا ما تنجم عن فرط الحساسية الحسية ، والتي قد تشمل الألم والغثيان وضعف البصر وتأثيرات أخرى. يؤثر الصداع النصفي على عدة أجزاء مترابطة من الدماغ ، ولكن ليس دائمًا بالطريقة نفسها ، وغالبًا ما لا يكون للعلاجات نفس التأثير من شخص لآخر. يقترح بحث الدكتور هولتمان فحص الصداع النصفي باستخدام أدوات جديدة بهدف إلقاء الضوء على مسارات جديدة للعلاج.

يعتمد البحث على اكتشاف فريقها للعوامل الكهربائية ، وقياسات أنماط النشاط الكهربائي في الدماغ المرتبطة بحالات دماغية محددة. باستخدام الغرسات لقياس نشاط الدماغ في نماذج الفئران التي تمثل كلاً من الصداع النصفي الحاد والمزمن ، سيقوم فريقها بمراقبة أجزاء دماغ الفأر التي يتم تنشيطها وفي أي تسلسل على مقياس ملي ثانية لأول مرة. سيساعد التعلم الآلي في تنظيم البيانات التي تم جمعها ، ويمكن استخدام الخرائط الإلكترونية التي تم إنشاؤها للمساعدة في تحديد أجزاء الدماغ المتأثرة ، وكيف يتغير الإلكتروم بمرور الوقت ، لا سيما من خلال بداية الإزمان. تدرس التجربة أيضًا أنماط النشاط الكهربائي المرتبطة بالاستجابة السلوكية ؛ على سبيل المثال ، الإشارات الكهربائية التي يتم ملاحظتها في دماغ الشخص الذي يسعى إلى تجنب الأضواء الساطعة قد توفر طريقة للتنبؤ باستجابات أكثر شدة للصداع النصفي.

سيستخدم الجزء الثاني من بحث الدكتور هولتمان نفس الأدوات للنظر في كيفية عمل العلاجات والوسائل الوقائية المتاحة. سيتم جمع العوامل الكهربية للأشخاص الذين عولجوا بهذه العلاجات ومقارنتها مع الضوابط لتحديد أجزاء الدماغ المتأثرة وبأي طريقة ، مما يساعد على الكشف عن تأثير كل علاج / وقائي ، بالإضافة إلى آثار الإفراط في استخدام الأدوية ، الآثار الجانبية الشائعة التي يعاني منها مرضى الصداع النصفي الذين يسعون إلى إدارة حالتهم.

جريجوري شيرير، دكتوراه ، أستاذ مشارك ، قسم بيولوجيا الخلية وعلم وظائف الأعضاء ، مركز العلوم العصبية بجامعة نورث كارولينا ، جامعة نورث كارولينا

توضيح الأساس العصبي للألم المزمن: دوائر وعلاجات جديدة لإنهاء الوباء المزدوج للألم المزمن وإدمان المواد الأفيونية

الألم هو الطريقة التي يدرك بها دماغنا المنبهات التي قد تكون ضارة ، لكنها ليست تجربة واحدة. إنه متعدد الأبعاد ، ويتضمن عمليات انتقال من الأعصاب إلى النخاع الشوكي والدماغ ، ومعالجة الإشارة ، وإثارة الفعل الانعكاسي ، ثم متابعة النشاط العصبي المتضمن في الإجراءات لتهدئة الألم على المدى القريب وعمليات التعلم المعقدة لتجنب ذلك في المستقبل.

يعتبر الألم أيضًا جوهر ما يراه الدكتور شيرير على أنهما وباءان مترابطان: وباء الألم المزمن ، الذي يصيب حوالي 116 مليون أمريكي ، ووباء المواد الأفيونية الناتج عن إساءة استخدام العقاقير القوية والتي غالبًا ما تسبب الإدمان لعلاجه. يتطلع الدكتور شيرير في بحثه إلى معرفة بالضبط كيف يشفر الدماغ عدم الراحة من الألم. تسعى العديد من الأدوية للتأثير على هذا الإحساس بعدم الراحة ولكنها غالبًا ما تكون مفرطة في الاتساع وتؤدي أيضًا إلى دوائر المكافأة والتنفس ، مما يؤدي إلى الإدمان (والإفراط في الاستخدام) وإغلاق الجهاز التنفسي المسؤول عن الوفيات المرتبطة بالمواد الأفيونية.

سيقوم فريق الدكتور شيرر بإنشاء خريطة على مستوى الدماغ للدوائر العاطفية للألم باستخدام الاصطياد الجيني ووضع العلامات على الخلايا العصبية التي ينشطها الألم بعلامات الفلورسنت. ثانيًا ، سيتم فصل خلايا الدماغ المُنشَّطة وسيتم ترتيب تسلسل شفرتها الجينية ، بحثًا عن مستقبلات مشتركة في تلك الخلايا التي قد تكون أهدافًا للعلاجات. أخيرًا ، سيبحث البحث في المركبات الموجودة في المكتبات الكيميائية المصممة للتفاعل مع أي من تلك المستقبلات المستهدفة المحددة ؛ آثار تلك المركبات على عدم الراحة من الألم ؛ وما إذا كانت هذه المركبات تحمل أيضًا خطر الإفراط في الاستخدام أو تؤثر على الجهاز التنفسي. في النهاية ، الهدف هو المساعدة في إيجاد طرق أفضل لتخفيف جميع أنواع الألم وتحسين رفاهية وجودة حياة المرضى الذين يعانون منها.