Zum Inhalt springen

Preisträger

2019-2021

Denise Cai, Ph.D., Assistenzprofessor, Abteilung für Neurowissenschaften, Icahn School of Medicine am Mount Sinai

Schaltungsmechanismen der Speicherverknüpfung

Dr. Cai untersucht die Art und Weise, wie Erinnerungen und Lernen im Gehirn aufgezeichnet werden, wobei ein besonderer Schwerpunkt darauf liegt, wie sich die zeitliche Dynamik auf diese Prozesse auswirkt. Ihre Forschung untersucht, wie sich die Reihenfolge und der Zeitpunkt von Erlebnissen auf die Art und Weise auswirken, wie Erinnerungen gespeichert, verknüpft und gespeichert werden.

Ihre Forschung hat wichtige Auswirkungen auf die Posttraumatische Belastungsstörung (PTBS), eine verheerende Erkrankung, von der bis zu 13 Millionen Amerikaner betroffen sind und die bei Veteranen eine hohe Prävalenz von Krankheiten aufweist - fast 20 Prozent. Menschen mit PTBS erleben traumatische Erinnerungen, die ihr Verhalten und ihre Lebensqualität dramatisch beeinträchtigen. Auf der Grundlage ihrer Forschungen hat Dr. Cai die Hypothese aufgestellt, dass negative oder traumatische Erfahrungen das Zeitfenster erweitern können, über das Erinnerungen verknüpft werden können. Im Gehirn von jemandem, der ein Trauma erlebt, kann diese Angst auf unabhängige Erinnerungen übertragen werden, die Stunden oder sogar Tage vor dem traumatischen Ereignis passiert sind.

Um diese Theorie zu testen, haben Dr. Cai und ihre Mitarbeiter ein einzigartiges drahtloses Miniskop entwickelt, um die neuronale Aktivität in Mäusen abzubilden. Das Miniskop ist am Kopf der Mäuse befestigt, die sich frei in ihren Käfigen bewegen, während die neuronale Aktivität in Echtzeit aufgezeichnet wird. Dr. Cai kann beobachten und aufzeichnen, welche Neuronen aktiviert werden, wenn Erinnerungen abgerufen werden, und testen, ob die Deaktivierung bestimmter Neuronen die Verknüpfung von Erinnerungen beeinflusst. Die Miniscope-Technologie ermöglicht es Dr. Cai, die Gehirnaktivität über viele Zeiträume hinweg zu erfassen und zu analysieren. Dies ist entscheidend für das Verständnis sowohl normaler als auch dysfunktionaler Gedächtnisverknüpfungen. Dr. Cai hofft, dass ihre Forschung unser Verständnis von Störungen wie PTBS verbessern und zur Entwicklung neuer Therapien für die Störung führen wird.

Xin Jin, Ph.D., Außerordentlicher Professor, Labor für Molekulare Neurobiologie, The Salk Institute for Biological Studies

Zerlegen von Striatal Patch- und Matrix-Fächern zum Aktionslernen

Das Erlernen komplexer, aufeinanderfolgender Aktionen ist für die meisten menschlichen Aktivitäten von entscheidender Bedeutung - vom Fahrradfahren bis zur Eingabe eines E-Mail-Passworts. Dr. Jin und sein Team von Salk erforschen, wie das Gehirn diese „motorischen Erinnerungen“ lernt, speichert und abruft. Darüber hinaus wird das Team untersuchen, wie das Wissen, das aus den „motorischen Erinnerungen“ gewonnen wird, in körperliche Aktivität umgesetzt wird, z Muskeln, die automatisch eine vollständige Abfolge präziser Aktionen ausführen (Arm heben / Finger zusammenziehen / Ellbogen strecken / Handgelenk beugen), wenn das Gehirn nur eine bewusste Richtung für eine breite Aktion vorgibt (Basketball schießen).

Dr. Jins Forschung konzentriert sich auf die Basalganglien, einen Teil des Gehirns, der mit Lernen, Motivation und Entscheidungsfindung zusammenhängt. Dr. Jin möchte insbesondere die Rolle und Aktivität des Striatalpflasters und der Matrixkompartimente der Basalganglien sowie die Wege verstehen, über die neuronale Aktivitäten während des Lernens und der Ausführung komplexer Verhaltensweisen auftreten.

Um diese Forschung durchzuführen, arbeitet Dr. Jin mit Mäusen, die eine einfache Abfolge von Hebeldrücken erlernen, um eine Nahrungsmittelbelohnung zu verdienen. Das Design der Sequenz gibt Dr. Jin Einblick, wie eine Aktionssequenz ausgelöst wird und wie das Gehirn eine Änderung der Aktion steuert und die Sequenz dann stoppt. Fortgeschrittene optische Techniken werden verwendet, um die neuronale Aktivität in den Patch- und Matrixkompartimenten zu beobachten und zu manipulieren, um zu bestimmen, wie diese verschiedenen Kompartimente und Pfade das Lernen und die Ausführung von sequentiellen Verhaltensweisen beeinflussen. Das Projekt von Dr. Jin und seinem Team könnte möglicherweise zu Heilungen oder Behandlungen für neurologische Störungen führen, einschließlich Parkinson, Huntington und Zwangsstörungen.

Ilya Monosov, Ph.D., Assistenzprofessor für Neurowissenschaften an der Washington University School of Medicine in St. Louis

Die neuronalen Mechanismen der Informationssuche unter Unsicherheit

Menschen und andere Tiere sind oft stark motiviert zu wissen, was ihre Zukunft bereithält. Während jedoch viel darüber bekannt ist, wie Belohnungen das Verhalten motivieren, ist nur sehr wenig über die neuronalen Mechanismen der Informationssuche bekannt - wie unsere Motivation zur Verringerung unserer Unsicherheit über die Zukunft gesteuert wird, welche Gehirnprozesse beteiligt sind und wie sich dies auf das Verhalten auswirkt.

Das Beseitigen oder Verringern von Unsicherheiten in Bezug auf die Zukunft ist ein wichtiger Teil der Entscheidungsfindung. Durch das Sammeln und Auswerten von Daten können Menschen und Tiere Entscheidungen treffen, die zu positiveren Ergebnissen oder zu einer Verringerung der negativen Folgen führen. Infolgedessen sind Informationen, die zur Verringerung der Unsicherheit beitragen, an und für sich von Wert.

Das Monosov-Labor untersucht die neuronalen Mechanismen der Entscheidungsfindung bei Ungewissheit und insbesondere, wie das Gehirn die Informationsgewinnung antizipiert und unser Bestreben kontrolliert, die Ungewissheit zu verringern, indem es Informationen einen Wert zuweist. Das Projekt soll auch Aufschluss darüber geben, welche Faktoren (wie die Art des Ergebnisses oder der Grad der Unsicherheit) den Wert von Informationen über die Zukunft und die neuronalen Prozesse beeinflussen, die erforderlich sind, um Maßnahmen zu ergreifen, um dieses Wissen zu erlangen. Diese Arbeit kann sich bei der Behandlung einer Reihe von Erkrankungen als hilfreich erweisen, die mit einer Fehlentscheidung verbunden sind, wie z. B. Spielsucht (wenn die Probanden angesichts von Beweisen übermäßige Risiken eingehen) oder übermäßige Angst (wenn die Probanden nicht einmal die geringsten Risiken eingehen) ).

Vikaas Sohal, MD, Ph.D., Associate Professor, Abteilung für Psychiatrie und Weill Institute for Neurosciences, Universität von Kalifornien, San Francisco

Verwenden neuer Ansätze für die Spannungsbildgebung, um zu testen, wie präfrontale Dopaminrezeptoren zu Gamma-Oszillationen und flexiblem Verhalten beitragen

Dr. Sohal erforscht die grundlegenden Ursachen von Schizophrenie. Obwohl Schizophrenie häufig mit den am häufigsten auftretenden Symptomen in Verbindung gebracht wird, wie Paranoia oder auditive Halluzinationen, sind es tatsächlich die kognitiven Defekte, die die Lebensqualität der Betroffenen am stärksten beeinträchtigen. Ein Beispiel für eine kognitive Fähigkeit, die bei Schizophrenie beeinträchtigt ist, ist das Erlernen neuer Regeln, wenn sich Regeln geändert haben. Menschen mit Schizophrenie zeigen Beharrlichkeit - folgen weiterhin der alten Regel, auch wenn sich die Regeln geändert haben.

Dr. Sohals Forschung konzentriert sich auf Parvalbumin (PV) -Interneuronen (die Signale zwischen anderen Neuronen übertragen) und Gamma-Oszillationen (rhythmische Muster im Gehirn, von denen angenommen wird, dass sie durch Wechselwirkungen zwischen erregenden und hemmenden Neuronen entstehen). Untersuchungen haben gezeigt, dass Personen mit Schizophrenie einen geringeren Gehalt an PV-Interneuronen sowie einen geringeren Gehalt an bestimmten Gamma-Oszillationen aufweisen, die mit der kognitiven Aktivität verbunden sind.

Dr. Sohal beobachtet die neuronale Aktivität, wenn sich Mäuse, die auf ein Verhalten nach bestimmten Regeln trainiert sind, plötzlich an neue Regeln anpassen müssen. PV-Interneurone können durch freigesetztes Dopamin angeregt werden, wenn ein Proband mit unerwarteten Ergebnissen konfrontiert wird. An Mäusen mit selektiv deletierten Dopaminrezeptoren auf den PV-Interneuronen wird Dr. Sohal beobachten, wie sich ihre neuronale Aktivität von normalen Mäusen unterscheidet, wenn sie mit einer Regeländerung konfrontiert werden. Eine zweite Reihe von Experimenten befasst sich mit Gamma-Oszillationen und wie deren Synchronisation durch das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter Dopaminrezeptoren auf bestimmten Arten von Neuronen im Gehirn beeinflusst wird. Durch ein besseres Verständnis, wie das Gehirn Regeländerungen verarbeitet, wird gehofft, dass eines Tages gezielte Therapien entwickelt werden können, um diese Funktion bei Menschen mit Schizophrenie zu verbessern.

2018-2020

Elizabeth Buffalo, Ph.D., Professor, Abteilung für Physiologie und Biophysik, University of Washington School of Medicine; und Chef der Abteilung für Neurowissenschaften des Washington National Primate Research Center

Neuronale Dynamik von Gedächtnis und Kognition in der Hippocampusformation von Primaten

Dr. Buffalo und ihr Team untersuchen die Mechanismen, die das Gedächtnis und die Kognition anregen, indem sie untersuchen, wie Änderungen in der neuronalen Aktivität nichtmenschlicher Primaten mit ihrer Lern- und Erinnerungsfähigkeit korrelieren. In diesem Projekt haben Forscher des Buffalo Lab Makaken darauf trainiert, mit Joysticks durch eine immersive virtuelle Spielumgebung zu navigieren, während die Gehirnaktivität tief im medialen Temporallappen aufgezeichnet und analysiert wird. Ziel ist es, ein besseres Verständnis dafür zu erlangen, wie Neuronen-Ensembles in der Hippocampus-Formation von Primaten die Gedächtnisbildung unterstützen und ob Theorien zur Netzwerkorganisation, die bei Nagetieren gepflegt werden, auf den Primaten anwendbar sind. Ihre Erkenntnisse könnten neue Erkenntnisse darüber liefern, warum eine Schädigung dieser Strukturen die Fähigkeit des Gehirns zur Speicherung und zum Abrufen von Informationen beeinträchtigen kann, was den Weg zu neuen Therapien für Personen ebnet, die an Temporallappen-Epilepsie, Depression, Schizophrenie und Alzheimer leiden.

Mauricio R. Delgado, Ph.D., Assoziierter Professor, Abteilung für Psychologie, Rutgers University

Die Regulierung negativer autobiografischer Erinnerungen durch auf positive Emotionen ausgerichtete Strategien

Das Delgado-Labor für soziale und affektive Neurowissenschaften untersucht das Zusammenspiel von Emotion und Kognition im menschlichen Gehirn während des Lern- und Entscheidungsprozesses. Unter Rückgriff auf Dr. Delgados frühere Forschungsergebnisse, die aufzeigen, dass das Zurückrufen positiver Erinnerungen neuronale Belohnungssysteme rekrutieren und die Cortisolreaktion dämpfen kann, werden er und sein Team nun untersuchen, ob die Fokussierung auf einen positiven Aspekt eines negativen Gedächtnisses die Erinnerung an dieses Gedächtnis verändern kann und sogar Ändern Sie das Gefühl, das es beim nächsten Abrufen des Speichers hervorruft. Zu diesem Zweck werden die Forscher die Studienteilnehmer auffordern, ein negatives Gedächtnis über einen längeren Zeitraum hinweg zu erfassen und mithilfe von Verhaltens- und fMRI-Analysen die neuronalen Mechanismen zu charakterisieren, die bei der Regulation negativer autobiografischer Erinnerungen eine Rolle spielen. Diese Erkenntnisse könnten zu neuen Instrumenten und Therapiestrategien führen, um die Lebensqualität von Menschen mit psychischen Erkrankungen und Stimmungsstörungen zu verbessern.

Bruce E. Herring, Ph.D., Assistenzprofessor, Abteilung für Neurobiologie, Abteilung für Biowissenschaften, Dornsife College of Letters, Kunst und Wissenschaft, University of Southern California

Grundlegendes zur synaptischen Dysfunktion bei Autismus-Spektrum-Störungen

Dr. Herring und sein Team haben kürzlich einen potenziellen „Hot Spot“ für die Entwicklung von Autismus-Spektrum-Störungen entdeckt und dabei acht verschiedene autismusbezogene Mutationen entdeckt, die sich auf dem TRIO-Gen befinden, das für ein Protein verantwortlich ist, das die Stärke oder Schwäche der Verbindungen zwischen dem Gehirn antreibt Zellen. Die Forscher des Herring Lab werden nun manipulierte Mäuse als Tiermodell einsetzen, um zu bestimmen, ob die Störung der TRIO-Funktion während einer kritischen frühen Phase der Gehirnentwicklung die Verbindung zwischen Gehirnzellen, die zur Entwicklung von ASD beitragen, beeinträchtigt. Indem Dr. Herring mehr über diesen vielversprechenden Konvergenzpunkt für ASD-Risiko-Gene erfährt, kann er die Entwicklung neuer Theorien zu den molekularen Mechanismen unterstützen, die Autismus zugrunde liegen, und neue Erkenntnisse darüber liefern, wie synaptische Dysfunktionen zu kognitiven Erkrankungen beitragen.

Steve Ramirez, Ph.D., Assistenzprofessorin, Abteilung für Psychologie und Hirnwissenschaften, Universität Boston, Zentrum für integrierte Biowissenschaften und Ingenieurwissenschaften

Künstliche Modulation positiver und negativer Erinnerungen zur Linderung maladaptiver Angstreaktionen

Dr. Ramirez konzentriert sich auf die Aufdeckung der neuronalen Schaltungsmechanismen der Speicherung und Wiedergewinnung von Gedächtnissen und auf die Suche nach Wegen zur künstlichen Modulation von Erinnerungen zur Bekämpfung von Fehlanpassungszuständen, die bei kognitiven Erkrankungen wie der posttraumatischen Belastungsstörung auftreten. Forscher der Ramirez-Gruppe haben kürzlich ein genetisches Markierungssystem entwickelt, bei dem Zellen, die spezifisch während der positiven oder negativen Gedächtnisbildung aktiv sind, mit lichtempfindlichen Effekten markiert werden. Diese neue Technologie ermöglicht Forschern eine optische Kontrolle über gedächtnistragende Zellen in Mäusen. Mit diesem neuartigen Ansatz werden Ramirez und sein Team nun untersuchen, ob die künstliche Modulation oder Stärkung positiver Erinnerungen die mit negativen Erinnerungen verbundene Angstreaktion verringern kann. Diese Forschung könnte die Grundlage für zukünftige Behandlungspfade und Medikamentenziele für Menschen mit PTBS und anderen psychiatrischen Erkrankungen bilden Störungen.

2017-2019

Donna J. Calu, Ph.D., Assistenzprofessor in der Abteilung für Anatomie und Neurobiologie, University of Maryland, School of Medicine

Individuelle Unterschiede in der Aufmerksamkeitssignalisierung in Amygdala-Stromkreisen

Dr. Calus Forschung basiert auf ihrem Wunsch, die individuelle Anfälligkeit für Sucht zu verstehen, was sich in dem Drang der Süchtigen äußert, trotz der bekannten negativen Folgen von Drogenmissbrauch nach Drogen zu suchen und Drogen zu nehmen. Im Allgemeinen ändern Menschen ihr Verhalten, wenn die Ergebniswerte plötzlich besser oder schlechter werden als erwartet, aber die Fähigkeit, das Verhalten zu ändern, wenn sich die Situation verschlechtert, ist bei süchtigen Personen beeinträchtigt. Um den Phänotyp der Suchtanfälligkeit besser zu verstehen, ist es wichtig zu verstehen, wie sich die einzelnen Personen unterscheiden, bevor sie Drogenmissbrauch ausgesetzt werden. In Dr. Calus Labor werden Tiermodelle verwendet, um die Gehirnmechanismen zu untersuchen, die dem Verfolgen von Vorzeichen und Zielen bei einzelnen Unterschieden bei Ratten zugrunde liegen. Schilder-Tracker zeigen einen erhöhten Motivationsdrang, der durch mit Nahrungsmitteln und Medikamenten verbundene Hinweise ausgelöst wird, während Ziel-Tracker Hinweise verwenden, um das flexible Reagieren basierend auf dem aktuellen Wert des Ergebnisses zu steuern. Dr. Calu zeichnet in Echtzeit die Aktivität einzelner Amygdala-Neuronen auf, um zu untersuchen, wie sie abfeuern, wenn Zeichen- und Zielverfolger Aufgaben ausführen, die ihre Erwartungen an die Belohnung verletzen. Sie hemmt außerdem selektiv Neuronen, um die Rolle von Amygdala-Pfaden zu untersuchen, die die Aufmerksamkeit angesichts negativer Konsequenzen auf Hinweise lenken. Dr. Calu wird die Ergebnisse ihres Teams in Bezug auf das Verständnis der individuellen Anfälligkeit für und die Verhinderung von Sucht berücksichtigen.

Fred H. Gage, Ph.D., Professor, The Salk Institute for Biological Studies, und Matthew Shtrahman, MD, Ph.D., Assistenzprofessor an der Universität von Kalifornien, San Diego

Verwendung von Deep In vivo-Ca2 + -Imaging mit zwei Photonen zur Untersuchung der zeitlichen Mustertrennung

Drs. Gage und Shtrahman untersuchen, wie der Hippocampus ähnliche Erfahrungen unterscheidet, um diskrete Erinnerungen zu bilden, ein Prozess, der als Mustertrennung bezeichnet wird. Insbesondere untersuchen sie, wie der Hippocampus dynamische sensorische Informationen verarbeitet, die sich während der Gedächtnisbildung mit der Zeit ändern. Sie werden ihre Studien auf den Gyrus dentatus konzentrieren, eine Region innerhalb des Hippocampus, die als kritisch für die Trennung von Mustern angesehen wird, und eine von nur zwei Regionen innerhalb des Gehirns von Säugetieren, die während des gesamten Lebens neue Neuronen erzeugen. Gage und Shtrahman werden die Aktivität neugeborener Neuronen in dieser tiefen Gehirnregion mithilfe der Zwei-Photonen-Kalzium-Bildgebung untersuchen, um diese wichtige Gehirnfunktion besser zu verstehen. Das Verständnis dieser Mechanismen liefert wichtige Erkenntnisse darüber, warum unsere Lern- und Erinnerungsfähigkeit mit zunehmendem Alter abnimmt und wie die Hippocampus-Krankheit bei Erkrankungen wie Alzheimer und Schizophrenie zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Gedächtnisses führt.

Gabriel Kreiman, Ph.D., Außerordentlicher Professor für Augenheilkunde und Neurologie, Kinderkrankenhaus Boston, Harvard Medical School

Verhaltens-, physiologische und rechnergestützte Mechanismen, die der episodischen Gedächtnisbildung im menschlichen Gehirn zugrunde liegen

Dr. Kreiman und sein Team versuchen zu verstehen, wie episodische Erinnerungen entstehen, indem sie Einzelpersonen Filmausschnitte zeigen und bestimmen, woran sie sich erinnern können. Episodische Erinnerungen "bilden das wesentliche Gewebe unseres Lebens", sagt er und umfassen alles, was mit einem Individuum passiert und bilden letztendlich die Grundlage dafür, wer wir sind. Da die episodische Gedächtnisbildung zu komplex ist, um im wirklichen Leben verfolgt zu werden, verwendet Kreiman Filme als Proxy, da Menschen emotionale Assoziationen mit Charakteren entwickeln, wie sie es in der realen Welt tun. Kreiman und sein Team untersuchen quantitativ die Verhaltensfilterungsmechanismen, die dazu führen, dass man sich erinnert und vergisst, und bauen ein Rechenmodell auf, das vorhersagt, welche Filminhalte für Themen einprägsam sein werden und welche nicht. Kreiman arbeitet mit Dr. Itzhak Fried von der UCLA zusammen, dessen Arbeit mit Epilepsiepatienten die Möglichkeit bietet, die neuronale Spikeaktivität im Hippocampus während der Bildung des episodischen Gedächtnisses zu untersuchen. Ihre Arbeit ist bedeutsam, da kognitive Störungen, die die Gedächtnisbildung beeinflussen, verheerende Konsequenzen haben, die bislang nicht mit Medikamenten, Verhaltenstherapien oder anderen Ansätzen behandelt werden können.

Boris Zemelman, Ph.D., Assistenzprofessor für Neurowissenschaften und Daniel Johnston, Ph.D., Professor für Neurowissenschaften und Direktor des Zentrums für Lernen und Gedächtnis an der University of Texas in Austin

Präfrontale Dysfunktion beim Fragile X-Syndrom

Das Austin Center für Lern- und Gedächtnisforschung Daniel Johnston und Boris Zemelman haben sich zusammengetan, um die Rolle des präfrontalen Kortex (PFC) beim Fragile X-Syndrom (FXS) zu untersuchen. FXS resultiert aus einer Mutation in einem Gen namens fmr1 und ein Verlust eines Proteins namens FMRP, das die neuronale Funktion stört. FXS ist die häufigste vererbte Form von geistiger Behinderung und die häufigste monogene Ursache von Autismus. Verwenden eines Mausmodells, bei dem die fmr1 Wurde das Gen gelöscht, hat das Johnston-Labor ein einfaches Arbeitsgedächtnis-ähnliches Verhalten untersucht, das als Augenspur-Blinzel-Konditionierung bezeichnet wird, bei dem die Kombination eines visuellen Hinweises mit einem nicht zusammenhängenden Luftstoß zu einem vorwegnehmenden Augenlidschluss führt. Interessanterweise fehlt den Mäusen die fmr1 Gen und das Protein FMRP sind nicht in der Lage, diese Aufgabe zu lernen. In diesem Projekt werden die Forscher Viren verwenden, die von Zemelman entwickelt wurden, um FMRP in bestimmten Neuronen der PFC zu entfernen oder zu ersetzen, und dann das Verhalten der Tiere, das Komplement neuronaler Proteine und das Zündmuster ausgewählter PFC-Zellen untersuchen. Langfristig verspricht ihre Forschung klinische Ansätze für FXS und Autismus, indem sie optimale Zellziele für therapeutische Interventionen ermittelt.

2016-2018

David J. Foster, Ph.D., Außerordentlicher Professor für Neurowissenschaften an der Johns Hopkins University School of Medicine

Die doppelte Rolle der hippocampalen Ortszellsequenzen beim Lernen und im Gedächtnis

David Foster und sein Team beschäftigen sich mit grundlegenden Fragen zum Gedächtnis und zur Funktionsweise des Hippocampus, wenn wir zukünftige Aktionen planen, die davon abhängen, was wir in der Vergangenheit getan haben. Es ist zwar bekannt, dass dieselben Neuronen im Hippocampus feuern, wenn wir auf einen physischen Ort treffen, an dem wir zuvor waren, dies erklärt jedoch noch nicht, was Hippocampuszellen mit dem Gedächtnis zu tun haben. Fosters Team interessiert sich für die Abfolge von Schussmustern, die abgegeben werden, wenn sich Ratten und Mäuse voraussichtlich durch einen physischen Raum bewegen, um die mentale Zeitreise oder das episodische Gedächtnis des Hippocampus abzubilden. Foster und sein Team bestimmen, was passiert, wenn sie die Gehirnsequenzen stören und versuchen, das erwartete Verhalten zu ändern. Funktionsstörungen und Gedächtnisstörungen des Hippocampus sind ein zentrales Merkmal bei vielen Gehirnerkrankungen und sogar beim normalen Altern. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, unser Verständnis der neuronalen Grundlagen des episodischen Gedächtnisses zu erweitern.

Ueli Rutishauser, Ph.D., Assistenzprofessor für Neurochirurgie, Cedars-Sinai Medical Center; Visiting Associate (gemeinsame Ernennung), California Institute of Technology
Adam Mamelak, MD, Professor für Neurochirurgie, Cedars-Sinai Medical Center

Hippocampus-Theta-Rhythmus-vermittelte Koordination der neuronalen Aktivität im menschlichen Gedächtnis

Drs. Rutishausers und Mamelaks interdisziplinäres Team von Klinikern und Forschern entschlüsselt, was menschliche Gehirnzellen tun, wenn sie neue Erinnerungen schaffen und sich an sie erinnern. Sie arbeiten mit Patienten, bei denen im Rahmen neurochirurgischer Eingriffe Elektroden in ihr Gehirn implantiert wurden. Während die Patienten einer Behandlung unterzogen werden, verwaltet das Forscherteam Gedächtnistests und zeichnet die Aktivität einzelner Neuronen im Hippocampus auf, einer Gehirnstruktur, die zur Bildung neuer Erinnerungen erforderlich ist. Mit dieser Technik untersucht das Team, wie die neuronale Aktivität durch Gehirnrhythmen koordiniert wird und wie diese Koordination die Bildung neuer Erinnerungen ermöglicht. Eine unzureichende neuronale Koordination wird als Hauptursache für Gedächtnisstörungen angesehen. Daher könnte die Untersuchung, wie das menschliche Gehirn neue Erinnerungen bildet, und die gezielte Analyse, wie Theta-Oszillationen die Aktivität zwischen verschiedenen funktionellen Typen von Neuronen koordinieren, zu einem besseren Verständnis führen, wie Medizin und Stimulationstherapie zur Wiederherstellung der Gedächtnisfunktion beitragen können.

Daphna Shohamy, Ph.D., Außerordentlicher Professor für Psychologie und das Zuckerman Mind, Brain, Behavior Institute, Columbia University

Wie episodisches Gedächtnis Entscheidungen lenkt: neuronale Mechanismen und Implikationen für Gedächtnisverlust

Dr. Shohamy untersucht, wie Erinnerungen verwendet werden, wenn wir Entscheidungen treffen. Selbst die einfachsten Entscheidungen, wie beispielsweise die Bestellung eines Mittagessens, stützen sich auf Erinnerungen an vergangene Erfahrungen. Um die Gehirnprozesse zu verstehen, bei denen das Gedächtnis als Entscheidungshilfe dient, wird das Team von Dr. Shohamy zwei verschiedene Ansätze kombinieren. Sie werden fMRI verwenden, um die Gehirnaktivität zu scannen, während gesunde Menschen eine Reihe einfacher Entscheidungen treffen, und werden den Beitrag von Gedächtnisregionen im Gehirn zum Entscheidungsfindungsprozess untersuchen. Sie werden auch die Entscheidungsfindung bei gesunden Menschen mit Patienten mit schwerem Gedächtnisverlust vergleichen. Dr. Shohamy arbeitet mit dem Neurobiologen Dr. Michael Shadlen zusammen, der untersucht, wie Neuronen Beweise sammeln, um einfache Wahrnehmungsentscheidungen zu treffen. Ihre Forschung vereint zwei verschiedene Forschungsbereiche: Wie das Gehirn Erinnerungen wachruft und wie es Beweise sammelt, um Entscheidungen zu treffen. Langfristiges Ziel der Forschung ist es, die Lebensqualität von Patienten mit Gedächtnisverlust zu verbessern, indem untersucht wird, wie sich der Gedächtnisverlust auf alltägliche Entscheidungen auswirkt, und Maßnahmen zur Behebung dieses Problems entwickelt werden.

Kimberley Tolias, Ph.D., Außerordentlicher Professor am Baylor College of Medicine
Andreas Tolias, Ph.D., Außerordentlicher Professor am Baylor College of Medicine

Untersuchung der globalen Speicherspuren mit einer Synapsenauflösung

Neuronen in unserem Gehirn kommunizieren miteinander über synaptische Verbindungen, die während des Lernens stärker oder schwächer werden. Es ist jedoch nur ein winziger Bruchteil der Billionen von Synapsen im Gehirn an der Bildung eines einzigen Gedächtnisses beteiligt. Dr. Kimberley Tolias und ihr Ehemann, Dr. Andreas Tolias, bringen ihre jeweiligen Fachkenntnisse in molekularen und systemischen Neurowissenschaften zusammen, um einen Weg zu finden, die spezifischen Synapsen zu kennzeichnen, die mit einzelnen Erinnerungen verbunden sind. Sie nennen dieses Tool Multi-Color Neuronal Inducible Memory Engram Stamping oder MNIMES („Erinnerungen“ auf Griechisch). Dieser Ansatz wird ihnen helfen, besser zu verstehen, wie Erinnerungen in gesunden Gehirnen entstehen und wie sich dieser Prozess bei neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Autismus oder Alzheimer verändert. Ihre Forschung könnte möglicherweise zu neuen genetischen oder pharmazeutischen Behandlungen führen, um die normale Synapsenfunktion und Plastizität bei diesen Krankheiten wiederherzustellen. Zu den wichtigsten Mitgliedern der Tolias-Labors, die dieses Projekt vorantreiben, gehören Dr. Joseph Duman und Jacob Reimer.

2015-2017

Jacqueline Gottlieb, Ph.D., Außerordentlicher Professor für Neurowissenschaften an der Columbia University

Populationsdynamik, die Unsicherheit und Belohnung im frontalen und parietalen Kortex kodiert

Gottlieb untersucht die Natur der Aufmerksamkeit und postuliert, dass zwei Hauptfaktoren - Belohnung und Unsicherheit - Aufmerksamkeit erregen und an vielen psychiatrischen Erkrankungen wie Sucht, ADHS, Angst und Depression beteiligt sind. In ihrem Labor werden die visuellen Systeme von Affen verwendet und große Populationen von Neuronen untersucht, die zusammen aufgezeichnet wurden.

Michael Greicius, MD, MPH, Assoziierter Professor für Neurologie an der Stanford University

Aufklärung der Interaktion zwischen Geschlecht und APOE zum Alzheimer-Risiko

Mehr als die Hälfte der Alzheimer-Patienten hat eine Genvariante namens APOE4, die für Frauen ein höheres Risiko darstellt als für Männer. Greicius plant, APOE4 beim Menschen zu untersuchen, nach Varianten anderer Gene zu suchen, die geschlechtsspezifisch unterschiedlich mit APOE4 interagieren, und zu fragen, ob der Rückgang des Östrogens in den Wechseljahren das Risiko bei Frauen erhöhen könnte. Ziel ist es, neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie APOE4 das Alzheimer-Risiko erhöht, potenziell zur Identifizierung neuer Therapien beiträgt und möglicherweise Empfehlungen für den Hormonersatz auf der Grundlage des APOE4-Status ausgibt.

Stephen Maren, Ph.D., Professor für Psychologie und Institut für Neurowissenschaften, Texas A & M University

Präfrontal-Hippocampus-Wechselspiel bei der kontextuellen Gedächtnisabfrage

Maren versucht, die Gehirnsysteme und Schaltkreise zu verstehen, die Erinnerungen in einen Kontext stellen - ein Prozess, der definiert, was, wann und wo Ereignisse in unserem Leben stattgefunden haben. Viele Gedächtnisstörungen, einschließlich der Alzheimer-Krankheit, gehen mit der Unfähigkeit einher, die reichen kontextuellen Details einer Erfahrung in Erinnerung zu behalten. Maren wird innovative pharmakogenetische Methoden bei Ratten anwenden, um Neuronen im Thalamus zu manipulieren, die den präfrontalen Kortex und den Hippocampus miteinander verbinden, um zu charakterisieren, wie diese Verbindungen zum Gedächtnis beitragen.

Philip Wong, Ph.D., Professor für Pathologie und Neurowissenschaften und Liam Chen, MD, Ph.D., Assistenzprofessor für Pathologie an der Johns Hopkins University

Charakterisierung und Validierung eines neuen therapeutischen Targets in TDP-43-Tiermodellen für frontotemporale Demenz

Frontotemporale Demenz (FTD), eine Gruppe komplexer Erkrankungen, die aus einer Neurodegeneration der Frontal- und Temporallappen resultieren, ist eine Hauptform der Demenz bei Menschen unter 65 Jahren. Wong und Chen hoffen, eine Lücke in der Fähigkeit zur Behandlung dieser Krankheiten zu schließen. Sie nehmen an, dass der Funktionsverlust eines bestimmten Proteins, TDP-43, beteiligt ist. TDP-43 könnte möglicherweise eine Vielzahl molekularer Ziele regulieren, die für den Gedächtnisverlust und den kognitiven Rückgang der FTD relevant sind. Ihr Labor wird ein Drogenscreening an Fruchtfliegen durchführen, um mögliche Ziele für die Wirkstoffentwicklung zu ermitteln.

2014-2016

Dr. med. Nicole Calakos, Ph.D., Außerordentlicher Professor für Neurologie und Neurobiologie und Henry Yin, Ph.D., Assistenzprofessor für Psychologie und Neurowissenschaften an der Duke University

Von der guten zur schlechten Angewohnheit: Untersuchung der Beziehung zwischen Gewohnheitslernen und Zwanghaftigkeit

Calakos und Yin untersuchen, wie sich das Muster der Feueraktivität zwischen verschiedenen Zelltypen in den Basalganglien mit dem Lernen ändert. Obwohl viel darüber bekannt ist, was an synaptischen Verbindungen im Gehirn während des Lernprozesses vor sich geht, ist viel weniger darüber bekannt, wie diese Änderungen integriert werden, um das neuronale Feuern unter Populationen von Neuronen in einem gegebenen Schaltkreis zu beeinflussen. Die Forscher haben einen Ansatz entwickelt, um das Lernen auf dieser Ebene zu untersuchen, und werden ihn anwenden, um zu untersuchen, wie sich die neuronale Aktivität im Striatum ändert, wenn Gewohnheiten gelernt werden und ob eine Abweichung des normalen Lernprozesses für Gewohnheiten zu zwanghaftem Verhalten führt. Diese Arbeit hat das Potenzial, unser Verständnis dafür zu verbessern, wie das Lernen von Gewohnheiten im Striatum kodiert ist und wie der Prozess bei Zwangsstörungen (OCD) und verwandten Störungen gestört werden kann.

Edward Chang, MD, Assoziierter Professor für Neurologische Chirurgie und Physiologie, Universität von Kalifornien, San Francisco

Wie wir Wörter lernen: die Neurophysiologie des verbalen Gedächtnisses

In der Kindheit und im Erwachsenenalter bauen wir massive Vokabeln auf und pflegen sie, aber wir wissen nicht genau, wie. Da Sprache nur beim Menschen vorkommt, plant Chang, die Mechanismen des Wortlernens bei Menschen zu untersuchen - insbesondere bei Patienten, die sich neurochirurgischen Eingriffen unterziehen und Elektroden für klinische Indikationen wie die Lokalisierung von Epilepsie in ihr Gehirn implantieren lassen. Er hofft, wichtige neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Gehirnnetzwerke beim Lernen von Wörtern koordiniert werden. Da das Erkennen von Wörtern ein häufiges Symptom im Zusammenhang mit dem Altern und vielen neurologischen Erkrankungen wie Alzheimer, Schlaganfall und Aphasie ist, hängt es vom Verständnis des Erlernens von Wörtern ab, wie neue Behandlungen die Gehirnfunktion bei diesen Erkrankungen erhalten oder verbessern können.

Adam Kepecs, Ph.D.Assoziierter Professor, Cold Spring Harbor Laboratory

Zelltypspezifische kognitive Rundfunksignale aus dem Nucleus basalis

Kepecs 'Labor untersucht den Nucleus basalis (NB), ein lebenswichtiges, aber wenig bekanntes neuromodulatorisches System, dessen Degeneration mit dem Rückgang der kognitiven Funktionen bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit, Parkinson-Demenz und normalem altersbedingtem kognitiven Rückgang einhergeht. Es gibt Hinweise darauf, dass NB beim Lernen und bei der Aufmerksamkeit eine Rolle spielt, aber es ist nicht bekannt, welche Signale dieses System an die Hirnrinde sendet. Um grundlegendes Wissen darüber zu erhalten, wird Kepecs identifizierte cholinerge NB-Neuronen in sich verhaltenden Mäusen aufzeichnen. Die Forschung, die Verhaltenselektrophysiologie, quantitative Psychophysik und optogenetische Techniken kombiniert, wird bestimmen, welche spezifischen Neuronen wann signalisieren und ob sie die geeigneten Signale haben, um Lernen und Aufmerksamkeit zu unterstützen. Die Kenntnis der Zündmuster in diesen Neuronen liefert wichtige Informationen für die Entwicklung therapeutischer Behandlungen für kognitive Erkrankungen.

John Wixted, Ph.D., Sehr geehrter Professor für Psychologie und Larry Squire, Ph.D., Professor für Psychiatrie, Neurowissenschaften und Psychologie, University of California, San Diego

Die Darstellung des episodischen und semantischen Gedächtnisses in einzelnen Neuronen des menschlichen Hippocampus

Die Forscher untersuchen, ob einzelne Neuronen in verschiedenen Subregionen des menschlichen Hippocampus Erinnerungen codieren. Die Frage, wie das Gehirn Erinnerungen speichert, wurde mit anderen Methoden untersucht, aber alle hatten Grenzen. Für diese Forschung arbeiten Wixted und Squire mit Dr. Peter Steinmetz vom Barrow Neurological Institute zusammen, um Patienten aufzufordern, sich eine Reihe von Bildern und / oder Wörtern zu merken. Die Wissenschaftler werden die Aktivität einzelner Neuronen in verschiedenen Bereichen des Hippocampus messen, während sich die Patienten später an diese Punkte erinnern. Langfristiges Ziel ist die Schaffung einer Grundlage für die Entwicklung klinischer Interventionen zur Verlangsamung der mit dem Altern verbundenen Gedächtnisstörung und zur Verlangsamung des Fortschreitens neurodegenerativer Erkrankungen im Hippocampus, die die Erinnerungsfähigkeit erheblich beeinträchtigen.

2013-2015

Alison Barth, Ph.D., Carnegie Mellon Universität

Zellspezifische Erfassung erfahrungsabhängiger Plastizität im Neokortex

Mithilfe eines Mausmodells, das gezielte elektrophysiologische Aufzeichnungen neokortikaler Schaltkreise ermöglicht, wird Barth versuchen, bestimmte durch Erfahrung veränderte Neuronen zu identifizieren, synaptische Eingaben in diese Zellen zu untersuchen und Änderungen in einer bestimmten Teilmenge von Zellen in vivo zu steuern. Die zentrale Frage ist, wie Erfahrungen Zellen und Verbindungen zwischen Zellen transformieren und was ist mit diesem Prozess, der für das Lernen und das Gedächtnis so wichtig ist.

Charles Gray, Ph.D., Montana State University

Verteilte Verarbeitung, die der Erkenntnis zugrunde liegt

Gray's Labor hat gerade ein Instrument entwickelt, mit dem die neuronale Aktivität von Rhesusaffen an vielen Orten mit einer sehr hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung gemessen werden kann. Während der Vergabezeit plant Gray, die neuronale Aktivität in großen Bereichen des Gehirns zu messen, um einen umfassenden Überblick darüber zu erhalten, wie und wo Informationen codiert werden, wenn das Gehirn etwas im Kurzzeitgedächtnis hält.

Geoffrey Kerchner, und Anthony Wagner, Ph.D., Universität in Stanford

Struktur und Funktion des Hippocampus bei kognitiven Beeinträchtigungen

Kerchner plant, zwei hochauflösende Magnetresonanztomographietechnologien (MRT) einzusetzen, um die miteinander verbundenen Teilregionen des Hippocampus zu untersuchen, um festzustellen, wie sie bei der Alzheimer-Krankheit betroffen sind. Er wird die physische Struktur des Hippocampus mit einer Technologie untersuchen und in Zusammenarbeit mit Wagner mit der anderen Technologie untersuchen, wie Gruppen von Hippocampus-Nervenzellen während Gedächtnisübungen feuern.

Attila Losonczy, MD, Ph.D., Universität von Columbia

Das Präparieren von Fehlfunktionen des Hippocampus-Mikrokreislaufs, die kognitiven Gedächtnisdefiziten bei Schizophrenie zugrunde liegen

Losonczy zielt darauf ab, das Verständnis von Gedächtnisprozessen in gesunden und erkrankten Gehirnen zu fördern, um wichtige Ziele für die Prävention und Behandlung dieser Gedächtnisdefizite zu identifizieren. Anhand von Mausmodellen will er mithilfe modernster In-vivo-Bildgebungsverfahren neuronale Schaltkreise im Hippocampus von Nagetieren während des Gedächtnisprozesses beobachten und manipulieren und verfolgen, wie diese Neuronen beim normalen Lernen funktionieren und wie sie bei Schizophrenie verändert werden.

2012-2014

Ben Barres, MD, Ph.D., Professor für Neurobiologie an der Stanford University School of Medicine

Steuern Astrozyten den synaptischen Umsatz? Ein neues Modell für die Ursachen der Alzheimer-Krankheit und ihre Prävention

Wenn unser Körper altert, ist es wahrscheinlich, dass ein Mechanismus erforderlich ist, um alternde Synapsen im Gehirn zu entfernen, damit sie durch neue ersetzt werden können. Barres untersucht, ob Astrozyten diese Rolle spielen und wenn ja, was passiert, wenn ihre Arbeit beeinträchtigt ist. Die Arbeit hat das Potenzial, das Verständnis und die Behandlung der Alzheimer-Krankheit zu verbessern.

Wen-Biao Gan, Ph.D., Assoziierter Professor für Physiologie und Neurowissenschaften an der New York University School of Medicine

Mikroglia-Funktion bei Lern- und Gedächtnisstörungen

Gan untersucht, ob Mikroglia beim Lernen und bei der Gedächtnisbildung eine wichtige Rolle spielen. Anhand einer neuen von ihm entwickelten transgenen Mauslinie wird untersucht, wie sich die Eliminierung von Mikroglia oder deren Funktionsstörung auf neurale Schaltkreise auswirkt. Die Studien werden Erkenntnisse zum Verständnis und zur Behandlung von Hirnstörungen wie Autismus, geistiger Behinderung und Alzheimer-Krankheit liefern.

Elizabeth Kensinger, Ph.D., Assoziierter Professor für Psychologie am Boston College

Veränderungen in der zeitlichen Dynamik und Konnektivität emotionaler Gedächtnisnetzwerke im Laufe der Erwachsenenlebensdauer

Kensinger untersucht den Einfluss von Emotionen auf das Gedächtnis. Ihre Forschung nimmt eine Lebensperspektive ein und bewertet das Gedächtnis und die neuronale Aktivität von Erwachsenen im Alter von 18 bis 80 Jahren. Sie wird untersuchen, wie emotionale Informationen abgerufen werden, einschließlich der räumlichen und zeitlichen Dimensionen des Abrufs von Erinnerungen. Die Forschung hat das Potenzial, das Verständnis der mit dem Alter verbundenen Gedächtnisveränderungen sowie von Störungen wie Depression und posttraumatischem Stresssyndrom zu fördern.

Brian Wiltgen, Ph.D., Assistenzprofessor für Psychologie, Universität von Virginia

Reaktivierung neokortikaler Gedächtnisnetzwerke während der Konsolidierung

Neue Erinnerungen werden vom Hippocampus codiert und im Laufe der Zeit in Regionen des Neocortex dauerhaft gespeichert. Wiltgen erforscht die biologischen Mechanismen, die diesem Speicherprozess zugrunde liegen, und verwendet neue Techniken, um die Aktivität von Gedächtnisschaltungen im Hippocampus und im Neocortex zu steuern. Die Arbeit hat Auswirkungen auf die Behandlung von Alzheimer und anderen Krankheiten, die das Gedächtnis beeinflussen.

2011-2013

Cristina Alberini, Ph.D., Professor für Neurowissenschaften an der Mount Sinai School of Medicine

Die Rolle von Astrozyten bei Gedächtnisstörungen und kognitiven Störungen

Alberini konzentriert sich auf die Interaktion zwischen Neuronen und Astrozyten bei der Gedächtnisbildung. Sie wird die Hypothese untersuchen, dass Defekte in dieser Interaktion zu kognitiven Beeinträchtigungen führen können, und mögliche neue Therapien für den kognitiven Verfall im Zusammenhang mit Alterung und Neurodegeneration untersuchen.

Anis Contractor, Ph.D., Assistenzprofessor für Physiologie an der Northwestern University School of Medicine

Aktivieren von Gruppe I-mGluRs zur Unterdrückung des Angstgedächtnisses

Mäuse, denen die Glutamatrezeptoren mit der Bezeichnung mGluR5 fehlen, können ängstliche Erinnerungen nicht löschen. Der Auftragnehmer plant, die Rolle dieser Rezeptoren zu untersuchen und die Gehirnströme abzubilden, mit denen er lernt, angemessene Situationen zu fürchten und unangemessene Ängste zu unterdrücken. Er wird auch sehen, ob neue Medikamente den Lernprozess beschleunigen können, um keine übermäßige Angst zu haben. Ähnliche Medikamente können bei der Behandlung von Angststörungen beim Menschen nützlich sein.

Loren Frank, Ph.D., Assistenzprofessor für Physiologie und Mary Dallman, Ph.D., Professor Emerita of Physiology, Universität von Kalifornien, San Francisco

Ein Ansatz auf Schaltungsebene, um stressbedingte Gedächtnisstörungen zu verstehen und zu behandeln

Frank und Dallman untersuchen, ob kleine Veränderungen der Gehirnaktivität dazu beitragen können, die langfristigen Auswirkungen von Stress auf Lernen und Gedächtnis zu minimieren. Sollte sich die Hypothese, dass Stress die Wiederholung von Erinnerungen verstärkt, als zutreffend erweisen, könnten Therapien entwickelt werden, um die dauerhafte Wirkung von Stressereignissen zu verringern. Die Forschung hat besondere Auswirkungen auf die posttraumatische Belastungsstörung.

Michael Mauk, Ph.D., Professor und Daniel Johnston, Ph.D., Professor und Direktor, Zentrum für Lernen und Gedächtnis, Universität von Texas in Austin

Kortikale persistente Aktivitätsmechanismen des Arbeitsgedächtnisses

Mauk und Johnston werden sowohl Systeme als auch zelluläre Ansätze verwenden, um das Arbeitsgedächtnis sowohl bei lebenden Tieren als auch in Hirnschnittexperimenten unter Verwendung leistungsfähiger Neuronenaufzeichnungsmethoden zu untersuchen. Da das Arbeitsgedächtnis zu so vielen kognitiven Prozessen beiträgt, könnte das Verständnis seiner Mechanismen die Diagnose und Behandlung vieler Erkrankungen, einschließlich Alzheimer und ADHS, verbessern.

Deutsch
English ˜اَف صَومالي Français العربية 简体中文 ພາສາລາວ Tiếng Việt हिन्दी 한국어 ភាសាខ្មែរ Tagalog Español de Perú Español de México Hmoob አማርኛ Deutsch