Premi McKnight Scholar 2023

Il Consiglio di amministrazione del McKnight Endowment Fund for Neuroscience è lieto di annunciare di aver selezionato dieci neuroscienziati per ricevere il McKnight Scholar Award 2023. Questo è il primo anno in cui McKnight assegna questi premi secondo le nuove linee guida del programma, che pongono ulteriore enfasi sull'aumento della diversità, dell'equità e dell'inclusione per migliorare l'eccellenza e l'impatto del nostro lavoro.

I McKnight Scholar Awards vengono assegnati a giovani scienziati che sono nelle prime fasi della creazione di propri laboratori indipendenti e della propria carriera di ricerca e che hanno dimostrato un impegno nei confronti delle neuroscienze. Da quando il premio è stato introdotto nel 1977, questo prestigioso premio di inizio carriera ha finanziato più di 260 ricercatori innovativi e stimolato centinaia di scoperte rivoluzionarie.

"Il comitato è lieto di congratularsi con una serie di splendidi nuovi studiosi", ha affermato Richard Mooney, PhD, presidente del comitato dei premi e George Barth Geller Professore di Neurobiologia presso la Duke University School of Medicine. “Ognuno è impegnato a risolvere i problemi più fondamentali delle neuroscienze, dall’identificazione delle molecole che costruiscono un sistema nervoso alla decrittazione dei calcoli neurali che ci consentono di vedere, apprendere nuove abilità e persino formare legami sociali”.

Ciascuno dei seguenti destinatari del McKnight Scholar Award riceverà $75.000 all'anno per tre anni.

C'erano 56 candidati ai McKnight Scholar Awards di quest'anno, che rappresentano la migliore giovane facoltà di neuroscienze del paese. I docenti possono beneficiare del premio durante i primi quattro anni in una posizione di facoltà a tempo pieno. Oltre a Mooney, il comitato di selezione degli Scholar Awards comprendeva Gordon Fishell, Ph.D., Università di Harvard; Mark Goldman, Ph.D., Università della California, Davis; Kelsey Martin, MD, Ph.D., Fondazione Simons; Jennifer Raymond, Ph.D., Università di Stanford; Vanessa Ruta, Ph.D., Università Rockefeller; e Michael Shadlen, MD, Ph.D., Columbia University.

Il calendario per le candidature per i premi del prossimo anno sarà disponibile ad agosto. Per ulteriori informazioni sui programmi di premi per le neuroscienze di McKnight, visitare il sito Sito web del Fondo di dotazione.

Informazioni sul fondo di dotazione McKnight per le neuroscienze

Il McKnight Endowment Fund for Neuroscience è un'organizzazione indipendente finanziata esclusivamente dalla McKnight Foundation di Minneapolis, Minnesota, ed è guidata da un consiglio di eminenti neuroscienziati provenienti da tutto il paese. La Fondazione McKnight sostiene la ricerca sulle neuroscienze dal 1977. La Fondazione ha istituito il Fondo di dotazione nel 1986 per realizzare una delle intenzioni del fondatore William L. McKnight (1887-1979). Uno dei primi leader della società 3M, aveva un interesse personale per la memoria e le malattie del cervello e voleva che parte della sua eredità fosse utilizzata per aiutare a trovare cure. Oltre agli Scholar Awards, il Fondo di dotazione concede sovvenzioni agli scienziati che lavorano per applicare le conoscenze ottenute attraverso la ricerca traslazionale e clinica ai disturbi del cervello umano attraverso i McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards.

Premi McKnight Scholar 2023

Ishmail Abdus-Saboor, Ph.D., Professore assistente, Scienze biologiche e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, New York, NY

Asse pelle-cervello per premiare i comportamenti tattili

Il contatto sociale è uno stimolo chiave fondamentale per le esperienze umane che vanno dal prendersi cura degli altri e costruire legami sociali alla ricettività sessuale. Lavorando con un modello murino e optogenetica, la precedente ricerca di Abdus-Saboor ha dimostrato che esistono connessioni dirette tra le cellule neurali della pelle e il cervello e che le cellule dedicate sono specificatamente sintonizzate su determinati segnali tattili. Queste cellule sono necessarie e sufficienti per suscitare risposte fisiche specifiche: l'attivazione delle cellule ha fatto sì che i topi rispondessero come se ricevessero un tocco relativo all'accoppiamento, anche in assenza di altri topi; e la loro disattivazione ha portato a una diminuzione della risposta, anche se abbinata a un'interazione sociale.

Nella sua nuova ricerca, Abdus-Saboor e il suo team mirano a definire come i neuroni della pelle innescano segnali positivi unici nel cervello e come il cervello riceve ed elabora tali segnali come gratificanti, oltre a identificare i neuroni tattili necessari in diverse situazioni. scenari tattili (allevare i cuccioli vs. governare o giocare). Un terzo obiettivo cercherà di identificare quale sensore su queste cellule identifica il tatto. La ricerca rivelerà di più sulla connessione pelle-cervello, con potenziali applicazioni per i ricercatori che studiano i disturbi sociali.

Yasmine El-Shamayleh, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, New York City, NY

Circuiti corticali per percepire la forma visiva

Nei primati, circa 30% della corteccia cerebrale sono dedicati all'elaborazione delle informazioni visive. Utilizzando nuove tecniche, il dottor El-Shamayleh sta lavorando per sviluppare una comprensione meccanicistica dettagliata di come il cervello rileva e riconosce gli oggetti che vediamo. Concentrandosi sull'area corticale V4, la ricerca di El-Shamayleh sta rivelando come vari tipi di neuroni in questa regione del cervello supportino la nostra capacità di percepire la forma degli oggetti visivi.

L'area corticale V4 è altamente in sintonia con la forma degli oggetti nel mondo. I singoli neuroni in quest'area sono specializzati nel rilevare vari segmenti curvi lungo il contorno di un oggetto: sporgenze convesse o rientranze concave. Diversi insiemi di questi neuroni che preferiscono convessi e concavi possono rilevare oggetti diversi in base alla combinazione di contorni convessi e concavi che contengono. Ad esempio, un insieme di neuroni potrebbe rilevare una banana mentre un altro potrebbe rilevare un ananas. Basandosi su queste intuizioni chiave e utilizzando nuove applicazioni dell’optogenetica basata su vettori virali in un modello di primate, El-Shamayleh sta registrando e manipolando l’attività di gruppi specifici di neuroni V4 con una precisione senza precedenti. Questa ricerca sta identificando come i vari tipi di neuroni nell'area corticale V4 interagiscono per elaborare la forma di un oggetto e come l'attività neurale in quest'area è collegata alla nostra percezione delle parti convesse e concave degli oggetti. Comprendere questi processi svelerà i dettagli su come il cervello dei primati elabora le informazioni visive. Inoltre, le innovazioni tecniche stabilite in questa ricerca faciliteranno anche futuri studi meccanicistici sulla funzione cerebrale dei primati e sui comportamenti specifici dei primati.

Vikram Gadagkar, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, New York City, NY

Meccanismi neurali del corteggiamento e della monogamia

Sebbene siano state condotte ricerche significative su come gli animali apprendono ed eseguono comportamenti, è stata prestata meno attenzione a come un animale valuta le prestazioni di un altro durante le interazioni sociali. Negli uccelli canori, la maggior parte delle ricerche ha esaminato ciò che accade nel cervello dei maschi che eseguono una canzone per attirare una compagna, ma non ciò che accade nel cervello della femmina mentre ascolta il canto maschile. La nuova ricerca del dottor Gadagkar mira a colmare questa lacuna e creare un quadro più completo di queste complesse interazioni di corteggiamento, oltre a contribuire ad espandere la ricerca neurale per includere il cervello femminile, spesso trascurato.

Il lavoro del dottor Gadagkar esaminerà una parte del cervello chiamata HVC, un nucleo sensomotorio noto per essere attivo nei maschi per tenere il tempo mentre imparano ed eseguono la loro canzone. Per la prima volta, lui e il suo laboratorio stanno registrando ciò che accade nella HVC femminile mentre ascolta e valuta il canto maschile, per verificare se questi neuroni codificano una rappresentazione del canto maschile nel suo cervello. In secondo luogo, la dottoressa Gadagkar esaminerà il modo in cui le donne effettuano la loro valutazione, se confronta la prestazione attuale con quella precedente e cosa fanno i neuroni quando vengono rilevati errori. Infine, la ricerca esaminerà il sistema della dopamina per vedere come il cervello mostra una preferenza per la prestazione più attraente. Ciò fornirà anche informazioni sui meccanismi cerebrali della monogamia poiché questi uccelli canori si accoppiano per tutta la vita e usano il canto per formare e mantenere i loro legami.

Hidehiko Inagaki, Ph.D., Istituto Max Planck Florida per le Neuroscienze, Jupiter, Florida

Meccanismi sinaptici e dinamiche di rete alla base dell'apprendimento motorio

L’apprendimento di una nuova abilità richiede che il cervello apporti modifiche ai suoi circuiti, un processo noto come plasticità. Sebbene siano state condotte ricerche significative per identificare il modo in cui le reti cerebrali eseguono l’abilità, si comprende meno sui meccanismi di apprendimento di nuove abilità. Il dottor Inagaki e il suo team stanno lavorando per concentrarsi sulle cellule e sui processi coinvolti durante il processo di apprendimento. La ricerca ha dimostrato che il movimento pianificato è controllato attraverso le aree del cervello e che gli animali esperti hanno connessioni diverse rispetto agli animali alle prime armi. Ma come sono arrivati quei collegamenti?

Utilizzando l'imaging a 2 fotoni in vivo e l'elettrofisiologia su larga scala in un modello murino, il dottor Inagaki e il suo team possono ora osservare a livello cellulare quali cambiamenti stanno avvenendo man mano che viene appresa una nuova abilità - in questo caso, apprendere una nuova tempistica per l'azione. Hanno osservato i cambiamenti dell'attività cerebrale man mano che gli animali imparano a muoversi in tempi diversi dopo un segnale, e vedere come si verificano questi cambiamenti rivelerà molto sui meccanismi del processo di apprendimento. Utilizzando la manipolazione genetica per consentire ai ricercatori di attivare o inibire le proteine associate alla plasticità, mirano a scoprire non solo quali cambiamenti avvengono nel cervello, ma come tali cambiamenti vengono avviati e consolidati. Osservare i cambiamenti comportamentali negli animali consentirà al team di collegare ciò che sta accadendo a livello cellulare con la nostra straordinaria capacità di apprendere e mantenere le competenze. Comprendere di più su come funziona l’apprendimento potrebbe avere implicazioni per la ricerca sui disturbi dell’apprendimento.

Peri Kurshan, Ph.D., Professore assistente, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, NY

Svelare i meccanismi dello sviluppo delle sinapsi, dalle molecole al comportamento

Le sinapsi, i luoghi in cui i segnali vengono inviati e ricevuti tra i neuroni, sono la chiave del funzionamento dei circuiti neurali che sono alla base del comportamento. Comprendere come si sviluppano le sinapsi a livello molecolare e come lo sviluppo sinaptico influenza il comportamento è lo scopo della ricerca del Dr. Kurshan. Il modello dominante sostiene che una classe di proteine chiamate molecole di adesione cellulare sinaptica (sCAM) avvia il processo, con una famiglia di sCAM chiamate neurexine, che sono altamente associate a disturbi dello sviluppo neurologico come l’autismo, particolarmente indicate. Ma la ricerca in vivo mostra che l’eliminazione delle neurexine non elimina le sinapsi. Allora come funziona il processo?

Il dottor Kurshan usa il nematode C. elegans come sistema modello per capirlo. Il suo lavoro indica che le proteine dell'impalcatura citosolica presinaptica possono auto-associarsi con la membrana cellulare e quindi successivamente reclutare neurexine per stabilizzare le sinapsi. Nella sua nuova ricerca, utilizzando imaging, proteomica, modellazione computazionale e manipolazione transgenica, lei e il suo laboratorio mirano a identificare quali proteine e componenti della membrana cellulare sono coinvolti e come interagiscono. Un ulteriore obiettivo esamina diverse varianti della neurexina (corta e lunga) per vedere quali sono i loro ruoli e come la loro perdita porta a difetti circuitali e comportamentali. La ricerca ha implicazioni per una serie di disturbi neurologici legati a difetti sinaptici.

Scott Linderman, Ph.D., Professore assistente, Statistica e Wu Tsai Neurosciences Institute, Stanford University, Stanford, CA

Metodi di apprendimento automatico per scoprire la struttura nei dati neurali e comportamentali

Il contributo del dottor Linderman alle neuroscienze non risiede negli esperimenti di laboratorio o nell'esecuzione di registrazioni neurali, ma nello sviluppo di metodi di apprendimento automatico in grado di gestire ed estrarre informazioni dall'incredibile quantità di dati prodotti da questo tipo di ricerca. Con la tecnologia moderna, i ricercatori stanno catturando registrazioni ad alta risoluzione di un gran numero di neuroni in tutto il cervello e osservando contemporaneamente i comportamenti degli animali che si comportano liberamente per lunghi periodi di tempo. Linderman e il suo team collaborano con laboratori di ricerca per sviluppare metodi probabilistici di apprendimento automatico per trovare modelli in tutti quei dati.

Il laboratorio di Linderman si concentra specificamente sulla neuroetologia computazionale e sulla modellazione probabilistica – essenzialmente, cercando di capire come costruire e adattare modelli statistici al tipo di dati che i ricercatori producono oggi. I suoi progetti in corso e futuri dimostrano l'ampiezza dei modi in cui l'apprendimento automatico può essere applicato alla ricerca neurale: un progetto esamina l'impatto del rilascio di dopamina sul comportamento, un altro confronta gli effetti neurali e comportamentali del neuromodulatore serotonina e un terzo studia lo studio permanente registrazioni video di killifish turchesi africani che si comportano liberamente: il tipo di dati che, a causa del volume e della complessità, i ricercatori non possono analizzare efficacemente utilizzando i metodi tradizionali. Linderman si avvicina al lavoro come un partner integrato con collaboratori sperimentali e, sviluppando metodi per risolvere i problemi della neurobiologia, sta anche contribuendo a far avanzare i campi della statistica e dell'apprendimento automatico.

Swetha Murthy, Ph.D., Professore assistente, Vollum Institute, Oregon Health and Science University, Portland, OR

Meccanosensazione per guidare la morfologia cellulare

La meccanosensazione – o la rilevazione della forza fisica da parte di una cellula o di un neurone – è una funzione sorprendentemente sottile e multiuso mediata da alcuni canali ionici (tra le altre proteine) sulla membrana cellulare. Un esempio ovvio è il senso del tatto: i neuroni possono rilevare la pressione, lo stiramento e altro ancora. Il laboratorio del dottor Murthy sta scavando in un caso di meccanosensazione su scala molto più piccola con profonde implicazioni per la salute neurale: il processo di mielinizzazione, in cui cellule specializzate chiamate oligodendrociti (OL) formano una guaina attorno a un nervo per migliorare la conduzione.

Si ipotizza che segnali meccanici (tra gli altri fattori) possano governare la morfologia e la mielinizzazione del OL, ma i meccanismi sottostanti sono rimasti sconosciuti. Il laboratorio di Murthy sta studiando il canale ionico meccano-attivato TMEM63A, che è espresso in OL, per rivelare come questi canali potrebbero mediare la mielinizzazione e, a loro volta, far luce su come i segnali meccanici guidano il processo. Utilizzando tecniche di patch-clamp in vitro e manipolazione genetica, Murthy confermerà la meccanosensibilità OL e se è mediata da TMEM63A, quindi valuterà la dipendenza della mielinizzazione da TMEM63A confrontando cervelli di topo in diversi punti del loro sviluppo che hanno o non hanno avuto geni TMEM63A messo a tacere. Infine, esperimenti in vivo utilizzando il pesce zebra osserveranno e documenteranno la mielinizzazione in tempo reale e determineranno la dipendenza di questo processo da TMEM63A. Comprendere come la mielinizzazione può funzionare – e come può fallire – sarà utile ai ricercatori che studiano una serie di condizioni legate alla mielinizzazione come le leucodistrofie ipomeilinanti, oltre ad ampliare la comprensione della meccanosensazione.

Karthik Shekhar, Ph.D., Ingegneria chimica e biomolecolare/ Helen Wills Neuroscience Institute, Università della California, Berkeley, Berkeley, CA

Evoluzione della diversità neurale e dei modelli nel sistema visivo

Il laboratorio del dottor Shekhar cerca di capire come i diversi tipi neurali e la loro organizzazione si siano evoluti per soddisfare i bisogni di diversi animali. La sua ricerca si concentra sul sistema visivo del cervello, in particolare sulla retina e sulla corteccia visiva primaria, che sono straordinariamente ben conservate in specie separate da centinaia di milioni di anni di evoluzione. Comprendendo la composizione neuronale nelle retine di diverse specie e il modo in cui questi neuroni sono organizzati, spera di scoprire come l'evoluzione ha agito per soddisfare esigenze visive distinte e, inoltre, scoprire le basi genetiche della rete neurale e dell'evoluzione del cervello.

La ricerca di Shekhar esaminerà la conservazione evolutiva e la divergenza dei tipi neuronali nella retina di diverse specie di vertebrati, dai pesci agli uccelli ai mammiferi, e utilizzerà approcci computazionali per ricostruire l'evoluzione della diversità neurale. Esaminerà se l'evoluzione ha portato alla nascita di nuovi tipi o alla modifica di tipi esistenti, compresi i cambiamenti nella morfologia, nella funzione o nella connettività. Uno sforzo simultaneo indagherà la corteccia visiva, una struttura comune a tutti i mammiferi, e si concentrerà sul tracciare le origini delle prime epoche dello sviluppo conosciute come “periodi critici”, in cui le reti neurali nel cervello mostrano una squisita plasticità all’esperienza sensoriale. La ricerca aiuterà a mostrare come si sono verificati gli adattamenti evolutivi nel sistema visivo, il che indicherà anche la strada per ulteriori ricerche su come si sono evolute altre parti del cervello. Un principio guida alla base dell'approccio di Shekhar è che le collaborazioni interdisciplinari – con ingegneri, neuroscienziati, medici e scienziati computazionali – possono portare nuovi approcci per affrontare alcune delle grandi domande delle neuroscienze.

Tanya Sippy, Ph.D., Professore assistente, Grossman School of Medicine della New York University, New York City, NY

Modulazione delle cellule striatali e delle sinapsi mediante segnali di movimento della dopamina

La dopamina è forse il neuromodulatore più conosciuto, in gran parte per il ruolo che svolge nella segnalazione della ricompensa. Tuttavia, anche la dopamina svolge un ruolo chiave nel movimento, come dimostra chiaramente l'incapacità dei pazienti affetti dal morbo di Parkinson, un disturbo della dopamina, di iniziare i movimenti. Il Dr. Sippy mira a contribuire a saperne di più su come la dopamina è coinvolta nel movimento, attraverso misurazioni in vivo molto precise delle fluttuazioni della dopamina contemporaneamente al potenziale di membrana nei neuroni bersaglio.

Le registrazioni del potenziale di membrana consentono ai membri del laboratorio del Dr. Sippy di misurare due proprietà dei neuroni che sono noti per essere influenzati dalla neuromodulazione: 1) la forza degli input sinaptici e 2) l'eccitabilità dei neuroni che determina il modo in cui rispondono a questi input. Ma misurare sia le fluttuazioni della dopamina che il potenziale di membrana in una cellula è molto difficile. Il lavoro di Sippy si basa sulla scoperta che l'attività della dopamina si riflette nei due emisferi del cervello, e quindi la misurazione di essa e del potenziale di membrana può essere effettuata su lati opposti e avere comunque risultati fortemente correlati. Con queste registrazioni effettuate, Sippy manipolerà optogeneticamente il sistema della dopamina e vedrà come l'attivazione o la soppressione della dopamina influisce sulle proprietà dei neuroni bersaglio e come ciò influisce sulle azioni dell'animale.

Moriel Zelikowsky, Ph.D., Professore assistente, Università dello Utah, Salt Lake City, UT

Controllo corticale neuropeptidergico dell'isolamento sociale

L’isolamento sociale prolungato può avere un impatto negativo sulla vita dei mammiferi, provocando declino cognitivo, malattie cardiache e cambiamenti comportamentali, compreso un forte aumento dell’aggressività. Mentre molti studi hanno esaminato il controllo sottocorticale delle forme naturali di aggressione, come quelle che caratterizzano la difesa territoriale o la protezione della prole, pochi hanno esaminato le forme patologiche di aggressione o il loro controllo dall’alto. Il dottor Zelikowsky mira a comprendere meglio il meccanismo e i circuiti corticali coinvolti nell'aumento dell'aggressività come risultato dell'isolamento sociale cronico.

La ricerca iniziale utilizzando un modello murino ha identificato un ruolo per il neuropeptide Tachichinina 2 (Tac2) come neuromodulatore sottocorticale della paura e dell'aggressività indotte dall'isolamento: quando la segnalazione di Tac2 è stata messa a tacere, l'aggressività è stata ridotta nei topi isolati; quando attivato, l'aggressività aumentava anche nei topi non isolati. Fondamentalmente, è stato scoperto che Tac2 è sovraregolato nella corteccia prefrontale mediale (mPFC) dopo l'isolamento sociale, tuttavia, la sua funzione nella corteccia rimane sconosciuta. Ulteriori ricerche esamineranno ora esattamente come gli interneuroni Tac2 nell'mPFC mediano l'aggressività negli animali socialmente isolati. La ricerca utilizza perturbazioni specifiche del tipo cellulare nei topi che hanno sperimentato l’isolamento sociale e sono esposti a incontri con topi “intrusi” dello stesso sesso nel loro spazio. L’apprendimento automatico viene utilizzato per identificare gruppi di comportamenti, che vengono mappati sull’attività cerebrale immaginata. Comprendendo come l’isolamento può cambiare il cervello dei mammiferi, i futuri ricercatori potrebbero essere in grado di comprendere meglio gli effetti della deprivazione sociale estesa negli esseri umani e come affrontarli.