Bỏ qua nội dung
16 đọc tối thiểu

Giải thưởng McKnight Scholar năm 2021

Hội đồng quản trị của Quỹ McKnight Endowment dành cho Khoa học Thần kinh vui mừng thông báo rằng họ đã chọn ra bảy nhà khoa học thần kinh để nhận Giải thưởng Học giả McKnight năm 2021.

Giải thưởng Học giả McKnight được trao cho các nhà khoa học trẻ đang trong giai đoạn đầu thành lập các phòng thí nghiệm và sự nghiệp nghiên cứu độc lập của riêng họ và những người đã thể hiện cam kết đối với khoa học thần kinh. “Lớp Học giả năm nay giới thiệu sự đa dạng của các nhà khoa học thần kinh trẻ, xuất sắc, sáng tạo trên khắp cả nước,” Kelsey C. Martin MD, Chủ tịch ủy ban giải thưởng và là hiệu trưởng của Trường Y David Geffen tại UCLA, cho biết. Kể từ khi giải thưởng được giới thiệu vào năm 1977, giải thưởng danh giá ban đầu này đã tài trợ cho hơn 250 nhà điều tra sáng tạo và thúc đẩy hàng trăm khám phá đột phá.

Martin nói: “Cùng nhau, các học giả McKnight đang giải quyết một số câu hỏi thú vị nhất trong khoa học thần kinh ngày nay. “Sử dụng một loạt các phương pháp tiếp cận thử nghiệm và tính toán, họ đang làm sáng tỏ cách trải nghiệm giác quan định hình bộ não trong quá trình phát triển, cách các mạch não dẫn đến các hành vi dành riêng cho giới tính, cách âm thanh được cảm nhận và xử lý trong hành vi, cách giấc ngủ ảnh hưởng đến nhận thức và sức khỏe não bộ, cách cơ chế sinh học tế bào kiểm soát nhịp sinh học và cách các mạch thần kinh xử lý và học hỏi thông tin. Thay mặt cho toàn thể ủy ban, tôi muốn gửi lời cảm ơn đến tất cả những người nộp đơn cho Giải thưởng Học giả McKnight năm nay vì những đóng góp và sáng tạo của họ. ”

Mỗi người trong số bảy người nhận Giải thưởng McKnight Scholar sau đây sẽ nhận được $75.000 mỗi năm trong ba năm. Họ đang:

Lucas Cheadle, Tiến sĩ
Phòng thí nghiệm Cảng Xuân lạnh
Cảng Cold Spring, NY
Khám phá cơ sở phân tử của chức năng vi mô trong não được kích thích - Nghiên cứu cách thức microglia định hình chức năng của khớp thần kinh để đáp ứng với các kích thích thị giác.
Josie Clowney, Tiến sĩ
Đại học Michigan
Ann Arbor, MI
Khung hình nữ quyền không có kết quả: Ác độc như một sự đàn áp các chương trình thần kinh nữ - Kiểm tra cách bộ não của ruồi giấm đực phát triển các mạch đặc trưng cho giới tính và liệu chúng có được hình thành bằng cách ức chế các bộ phận của "cơ sở" của con cái hay không.
Shaul Druckmann, Tiến sĩ
Đại học Stanford
Standford, CA
Làm thế nào để não bộ tính toán sử dụng hoạt động được phân bổ trên các quần thể và các khu vực não? - Khám phá cách tính toán cảm giác và vận động xảy ra đồng thời trên các vùng não và cách các phương pháp luận mới có thể hỗ trợ nghiên cứu hiện tượng này và các hiện tượng toàn não khác.
Laura Lewis, Tiến sĩ,
đại học Boston
Boston, MA
Hình ảnh động thái thần kinh và chất lỏng trong não ngủ - Một nghiên cứu về ảnh hưởng của giấc ngủ đối với tính toán và sinh lý thần kinh, nhấn mạnh đến vai trò của dịch não tủy và cách nó đồng bộ hóa với các sóng chậm thần kinh.
Tiến sĩ Ashok Litwin-Kumar
Đại học Columbia
New York, NY
Các mô hình hành vi thích ứng có giới hạn của Connectome - Xác định các mô-típ kết nối trong sơ đồ dây thần kinh và sử dụng chúng để khám phá cách dữ liệu cảm giác tiếp cận các tế bào thần kinh hướng dẫn hành vi.
David Schneider, Tiến sĩ
Đại học New York
New York, NY
Phối hợp các chuyển đổi trong vỏ chuột - Nghiên cứu cách bộ não học cách dự đoán âm thanh của các chuyển động và ảnh hưởng của dự đoán đó đối với hành vi.
Swathi Yadlapalli, Tiến sĩ
Đại học Michigan
Ann Arbor, MI
Cơ chế tế bào điều khiển nhịp điệu tuần hoàn - Một nghiên cứu in vivo để khám phá cách đồng hồ sinh học của chúng ta được điều chỉnh ở cấp độ dưới tế bào.

 

Có 70 người nộp đơn cho Giải thưởng McKnight Scholar năm nay, đại diện cho các giảng viên khoa học thần kinh trẻ xuất sắc nhất trong nước. Các giảng viên chỉ đủ điều kiện nhận giải thưởng trong bốn năm đầu tiên của họ ở vị trí giảng viên toàn thời gian. Ngoài Martin, ủy ban lựa chọn Giải thưởng Học giả còn có 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, Trường Y Đại học Duke; Jennifer Raymond, Tiến sĩ, Đại học Stanford; Vanessa Ruta, Tiến sĩ, Đại học Rockefeller; và Michael Shadlen, MD, PhD, Đại học Columbia.

Các ứng dụng cho giải thưởng năm sau sẽ có sẵn vào tháng 8 và đến hạn vào ngày 10 tháng 1 năm 2022. 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 Scholar năm 2021

Lucas Cheadle, Giáo sư trợ lý tiến sĩ, Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor, Cold Spring Harbour, NY

Khám phá cơ sở phân tử của chức năng vi mô trong não được kích thích

Phần lớn khoa học thần kinh phát triển trong lịch sử tập trung vào các khía cạnh khó khăn của sự phát triển thần kinh - cách các tế bào được “lập trình” về mặt di truyền để phát triển theo một cách nhất định hoặc cung cấp một chức năng cụ thể. Và cho đến gần đây, nghiên cứu đã kiểm tra kỹ hơn bản thân các tế bào thần kinh, với nhiều công cụ và kỹ thuật thường được sử dụng được tối ưu hóa để nghiên cứu các cơ chế nội tại của tế bào thần kinh. Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Cheadle đang hướng sự chú ý đến các lĩnh vực thần kinh ít được nghiên cứu hơn: giai đoạn cuối của quá trình phát triển thần kinh bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường bên ngoài và vai trò của các tế bào miễn dịch não được gọi là microglia trong quá trình này.

Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Cheadle đang đặc biệt nghiên cứu sự phát triển của các kết nối thần kinh thị giác bằng cách sử dụng mô hình chuột trong đó một số con chuột được nuôi trong môi trường không có ánh sáng trong giai đoạn phát triển quan trọng. Nghiên cứu trước đây của ông cho thấy rằng microglia về cơ bản là "điêu khắc" hệ thống thị giác, loại bỏ các kết nối synap kém có lợi. Kết quả là, trật tự vật lý của phần đó của hệ thống thần kinh ở những con chuột được nuôi trong bóng tối khác với những con được nuôi trong ánh sáng. Trong công việc đang diễn ra của mình, Tiến sĩ Cheadle sẽ tìm cách xác định ở cấp độ phân tử cách các microglia bị kích thích bởi các yếu tố bên ngoài (chẳng hạn như ánh sáng) và cơ chế mà chúng tạo ra các khớp thần kinh.

Nghiên cứu đưa ra một số cách tiếp cận mới, bao gồm sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen để loại bỏ các gen vi mô cụ thể để xác định vai trò của chúng trong sự phát triển mạch thị giác, cũng như tạo ra một dòng chuột chuyển gen gắn thẻ các tế bào vi mô hoạt động chức năng trong não, cả hai chiến thuật hầu hết thường được áp dụng cho các tế bào thần kinh mà Tiến sĩ Cheadle đang thích ứng để nghiên cứu microglia lần đầu tiên. Tiến sĩ Cheadle hy vọng nghiên cứu của mình có thể giúp khám phá những hiểu biết mới về vai trò của các tế bào không phải tế bào thần kinh trong não, có thể dẫn đến những đột phá trong tương lai về nguồn gốc và điều trị các rối loạn thần kinh, đặc biệt là những chứng như tự kỷ và tâm thần phân liệt phát sinh tương đối muộn. phát triển và có một số dấu hiệu của một thành phần miễn dịch.


Josie Clowney, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư, Đại học Michigan, Khoa Sinh học Phân tử, Tế bào và Phát triển, Ann Arbor, MI

Khung hình nữ quyền không có kết quả: Ác độc như một sự đàn áp các chương trình thần kinh nữ

Sự khác biệt giữa não nam và nữ có vẻ tinh tế và chỉ ảnh hưởng đến 2-5% của não - xét cho cùng, hầu hết các chức năng của sinh vật sống ở cả hai giới đều giống nhau, bao gồm nhu cầu ăn, ngủ, học tập và vận động - nhưng những sự khác biệt là yếu tố quan trọng đối với sự tồn tại của một loài. Rất nhiều nghiên cứu đã được nghiên cứu về hành vi, chẳng hạn như việc thực hiện các nghi lễ giao phối, nhưng ít người hiểu hơn về cách các gen điều khiển các nghi lễ đó được điều chỉnh trong não.

Tiến sĩ Clowney đưa ra giả thuyết rằng quá trình này là một phép trừ - rằng mã não của cả hai giới bắt đầu giống nhau, và sau đó một số gen nhất định bị tắt theo các mẫu nhất định cho mỗi giới, dẫn đến não của nam và nữ. Hơn nữa, các nghiên cứu của cô cho đến nay bằng cách sử dụng mô hình ruồi giấm cho thấy rằng não của nam giới có thể là kết quả của việc loại bỏ các chương trình thần kinh khỏi một “mô hình cơ sở” gần với não nữ hơn nhiều so với việc tạo ra các chương trình mới. Chìa khóa của quá trình này là một yếu tố phiên mã của ruồi giấm được gọi là "Không có quả", một loại protein chỉ được tạo ra trong não ruồi giấm đực có chức năng điều chỉnh xem các gen cụ thể về giới tính trong não bật hay tắt và có vai trò thúc đẩy bản năng dựa trên giới tính ngay cả ở người lớn.

Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Clowney sẽ tìm cách xác định các mục tiêu di truyền của Fruitless trong não bộ đang phát triển và trưởng thành; cách các mạch thần kinh ức chế điều chỉnh sự tán tỉnh của con đực bằng cách ngăn con đực thực hiện nghi lễ giao phối với con đực khác; và làm thế nào con đực mất các mạch thần kinh để đẻ trứng. Các thí nghiệm liên quan sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để quan sát sự tăng hoặc mất của các mạch và hành vi liên quan đến giới tính ở động vật có hoặc không có Quả. Thông qua đó, cô ấy có thể làm sáng tỏ quá trình phát triển não bộ, có thể dẫn đến những hiểu biết mới về cách bộ não của chúng ta biết những hành vi bẩm sinh nào nên thực hiện và hành vi nào không nên thực hiện, và có thể giúp các nhà nghiên cứu về rối loạn thần kinh và tâm thần, nhiều trong số đó là phổ biến hơn là giới tính này hay giới tính khác.


Shaul Druckmann, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư Sinh học Thần kinh và Khoa học Tâm thần và Hành vi, Đại học Stanford, Stanford, CA

Làm thế nào để não bộ tính toán sử dụng hoạt động được phân bổ trên các quần thể và các khu vực não?

Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu, chúng ta vẫn còn hiểu biết hạn chế về cách bộ não thực hiện các phép tính giữa các vùng. Câu hỏi rất cơ bản này là trọng tâm của công trình nghiên cứu của Tiến sĩ Druckmann, lợi dụng phạm vi ngày càng tăng và chi tiết của việc ghi lại hoạt động của não để khám phá những gì xảy ra trong não giữa kích thích và phản ứng, cụ thể là khi phản ứng bị trì hoãn và trí nhớ ngắn hạn. đã đính hôn.

Trong một loạt thí nghiệm, chuột được huấn luyện để liếm theo một trong hai hướng một thời gian sau khi kích thích xuất hiện và sau đó loại bỏ. Vì kích thích không còn nữa, não cần phải lưu trữ bộ nhớ về nó, lập kế hoạch chuyển động, giữ lại hành động trong một thời gian nhất định, và sau đó hành động. Trong những giây đó, hoạt động của não được ghi lại đồng thời ở nhiều vùng não. Dữ liệu sơ bộ cho thấy rằng hoạt động hiện diện và thay đổi giữa các vùng và trong các quần thể tế bào thần kinh khác nhau, và Druckmann nhằm mục đích chỉ ra rằng hoạt động tập thể này đang tương tác trên các vùng não và những cách mà các tương tác có thể "sửa chữa" những ký ức cần thiết và ý định chuyển động, ngay cả khi một khu vực hoặc hoạt động của quần thể có thể bị sai sót. Dòng nghiên cứu thứ hai sử dụng con người theo dõi hoạt động xuyên vùng của não trong quá trình nói - một hoạt động cực kỳ phức tạp - trong các thí nghiệm có cùng câu hỏi về cách thức tính toán được thực hiện trên não bộ.

Tiến sĩ Druckmann coi những thí nghiệm này là những bước đầu tiên hướng tới việc tạo ra một mô hình về cách bộ não hoạt động nói chung. Đồng thời, ông cũng hy vọng sẽ mở rộng cách thức làm việc của các nhà nghiên cứu; dự án của anh ấy liên quan đến sự hợp tác mạnh mẽ với một số nhà nghiên cứu khác và anh ấy hy vọng có thể khám phá cả khoa học cơ bản và cũng theo đuổi các ứng dụng lâm sàng cho những phát hiện của mình, đặc biệt thông qua việc anh ấy tham gia vào một dự án thử nghiệm lâm sàng hợp tác đang làm việc trên các giao diện thần kinh. Khả năng giải mã cách hoạt động của não chuyển thành một hoạt động phức tạp như lời nói có thể dẫn đến công nghệ có thể khôi phục một số chức năng cho những người mắc bệnh thoái hóa như ALS.


Laura Lewis, Tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, Đại học Boston, Khoa Kỹ thuật Y sinh, Boston, MA

Hình ảnh động thái thần kinh và chất lỏng trong não ngủ

Giấc ngủ cực kỳ quan trọng đối với sức khỏe của não trong cả ngắn hạn và dài hạn. Cả hoạt động thần kinh và động lực học chất lỏng của dịch não tủy (CSF) đều thay đổi trong khi ngủ, với những hậu quả khác nhau - các hệ thống cảm giác chuyển khỏi nhận thức về các kích thích bên ngoài và hướng tới kích hoạt lại trí nhớ, và CSF chảy vào não và loại bỏ các protein độc hại tích tụ trong giờ thức dậy. Đáng chú ý, hai quá trình này có mối tương quan chặt chẽ với nhau. Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Lewis sẽ điều tra mối liên hệ giữa động lực thần kinh và chất lỏng trong khi ngủ và mối liên hệ của chúng với sức khỏe não bộ.

Chìa khóa trong nghiên cứu của Tiến sĩ Lewis là khả năng nghiên cứu bệnh nhân trong khi ngủ chuyển động mắt không nhanh (NREM) và quan sát cả hoạt động của não và động lực học của chất lỏng trong khoảng thời gian ngắn. Để làm như vậy, Tiến sĩ Lewis đang sử dụng sự kết hợp sáng tạo của điện não đồ với hình ảnh cộng hưởng từ chức năng nhanh (fMRI), được cải tiến bằng cách sử dụng thuật toán do cô phát triển để loại bỏ tiếng ồn, cho phép cô quan sát hoạt động thần kinh đồng bộ, chính xác và dòng chảy dịch não tủy. Nghiên cứu của cô trước tiên sẽ khám phá cách những sóng chậm này được kích hoạt trong não và mạng lưới thần kinh nào có liên quan, sử dụng các kích thích thính giác có thể tăng cường sóng chậm. Thứ hai, cô ấy sẽ xem xét mối liên hệ giữa những sóng chậm này và dòng chảy dịch não tủy; một giả thuyết cho rằng hoạt động thần kinh bị chậm lại làm giảm nhu cầu máu, về cơ bản là hút dịch não tủy vào não khi máu rút đi. Sử dụng kỹ thuật hình ảnh kết hợp, Tiến sĩ Lewis sẽ có thể quan sát lưu lượng máu và dịch não tủy theo từng thời điểm ở dạng 3D trong toàn bộ não.

Ý nghĩa của sự tương tác này rất sâu sắc. Trong những đợt sóng chậm này, mạng lưới thần kinh của não được tổ chức lại theo cách quan trọng đối với việc kích hoạt lại trí nhớ và sức khỏe não bộ trong thời gian ngắn; Dòng chảy CSF được liên kết với các sóng chậm rất quan trọng đối với sức khỏe não bộ lâu dài. Hiểu được cách thức hoạt động của các hệ thống này sẽ giúp các nhà nghiên cứu về giấc ngủ trong tương lai hiểu được khi nào xảy ra sự cố, đặc biệt quan tâm đến các nghiên cứu về rối loạn thần kinh và tâm thần, bao gồm cả bệnh Alzheimer, có thể liên quan đến giấc ngủ sóng chậm bị gián đoạn.


Tiến sĩ Ashok Litwin-Kumar, Trợ lý giáo sư, Khoa Khoa học Thần kinh và Viện Zuckerman, Đại học Columbia, New York, NY

Các mô hình hành vi thích ứng có giới hạn của Connectome

Với sơ đồ đi dây của kính hiển vi điện tử (EM) mới của các hệ thống thần kinh ngày càng phức tạp, các nhà nghiên cứu đang trên đà mở ra sự hiểu biết sâu sắc hơn về cách các hệ thống này dẫn đến hành vi. Thách thức: Làm thế nào để sử dụng các tập dữ liệu khổng lồ này, được gọi là các kết nối, trong trường hợp của ruồi giấm bao gồm hàng chục nghìn tế bào thần kinh và hàng chục triệu khớp thần kinh. Hoàn thành nhiệm vụ này rất khó vì nhiều cách tiếp cận thành công để mô hình hóa hành vi, bao gồm các kỹ thuật lấy cảm hứng từ máy học, sử dụng các mô hình không phản ánh thực tế về cách bộ não và hệ thống thần kinh được kết nối.

Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Litwin-Kumar nhằm mục đích phát triển một phương pháp luận để đưa thế giới của các mô hình hành vi và mô hình chức năng kết nối lại với nhau bằng cách phát triển các cách xác định các cấu trúc có liên quan trong một kết nối có thể hạn chế các mô hình hành vi - ví dụ, bằng cách hạn chế các mô hình để chúng chỉ sử dụng các kết nối synap tồn tại về mặt vật lý trong mạng lưới kết nối, thay vì tạo ra các bước nhảy vọt bất khả thi về mặt vật lý giữa các nơron.

Để thử nghiệm và cải tiến cách tiếp cận này, Tiến sĩ Litwin-Kumar đầu tiên tập trung vào phần kết nối của một phần não ruồi giấm được gọi là cơ thể nấm, một khu vực được lập bản đồ tốt là trung tâm cho việc học tập liên kết. Các đầu vào cảm giác mà các tế bào Kenyon nhận được được dự báo là các tế bào thần kinh đầu ra, kích hoạt các hành vi như phản ứng tiếp cận hoặc tránh né. Sử dụng mô hình nâng cao, nhóm sẽ tìm cách xác định hiệu quả cấu trúc bên trong quần xã kết nối phản ánh cách thông tin được chuyển tiếp đến thân nấm. Sau đó, họ sẽ kiểm tra các mô hình học sâu bị hạn chế bởi các kết nối đó để xem họ dự đoán phản ứng với các kích thích hiệu quả như thế nào so với các mô hình không bị hạn chế. Các bài kiểm tra sâu hơn sẽ khám phá vai trò của tế bào thần kinh dopamine trong việc học phức tạp hơn. Nói chung, nghiên cứu này sẽ đặt nền tảng cho việc sử dụng các kết nối ngày càng phức tạp cùng với các mô hình học tập để phản ánh chính xác hơn hành vi của các sinh vật thực.


David Schneider, Tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, Đại học New York, Trung tâm Khoa học Thần kinh, New York, NY

Phối hợp các chuyển đổi trong vỏ chuột

Một trong những khả năng đáng chú ý được tìm thấy trong não của các sinh vật tiên tiến là khả năng dự đoán tương lai, không chỉ dựa trên quy mô thời gian dài, mà là từng khoảnh khắc, liên tục kiểm đếm và ghi lại dữ liệu từ các đầu vào cảm giác và tạo ra các mô hình dự đoán dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ. Những mô hình dự đoán này giúp chúng ta điều hướng và tương tác với thế giới hiệu quả hơn - và quan trọng hơn, xác định quang sai so với dự đoán có thể là dấu hiệu của nguy hiểm hoặc cơ hội. Công trình của Tiến sĩ Schneider tập trung vào cách kiểm soát vận động và các vùng cảm giác của não hoạt động cùng nhau theo cách này và sẽ hoạt động để khám phá cách bộ não học hỏi và hình thành ký ức làm nền tảng cho những gì được mong đợi.

Trong các thí nghiệm của mình, Tiến sĩ Schneider tập trung vào một con đường dường như phản trực giác được tìm thấy trong não chuột (và não người): một ống dẫn kết nối vùng điều khiển vận động với vùng cảm giác thính giác. Bất cứ khi nào một chuyển động được thực hiện, hai vùng giao tiếp theo cách bảo hệ thống thính giác bỏ qua âm thanh được tạo ra bởi chuyển động đó, gần giống như một bức ảnh âm bản loại bỏ âm thanh. Trong các thí nghiệm của ông, những con chuột sẽ có điều kiện mong đợi một âm thanh nhất định khi chúng đẩy một đòn bẩy. Hoạt động thần kinh và phản ứng hành vi sẽ được ghi lại khi trải nghiệm âm thanh mong đợi, sau đó ghi lại khi âm thanh bị thay đổi một cách tinh vi.

Những thí nghiệm này sẽ giúp xác định vai trò của các tế bào thần kinh cụ thể trong việc dự đoán các phản ứng cảm giác, cách điều khiển vận động và các trung tâm cảm giác của não tương tác cũng như cách các đường dẫn giữa vùng vận động và cảm giác thay đổi khi một âm thanh mới trở thành “mong đợi”. Nghiên cứu sâu hơn sẽ chặn một số con đường nhất định trong não để xác định vai trò của chúng trong việc đưa ra dự đoán, đồng thời xem cách não sử dụng đầu vào trực quan để giúp dự đoán âm thanh tự tạo ra. Hiểu cách thức hoạt động của các hệ thống dự đoán và học tập này có thể giúp hướng dẫn các nghiên cứu trong tương lai về một loạt các chứng rối loạn thần kinh.


Swathi Yadlapalli, Tiến sĩ, Trợ lý giáo sư, Trường Y Đại học Michigan, Khoa Tế bào và Sinh học Phát triển, Ann Arbor, MI

Cơ chế tế bào điều khiển nhịp điệu tuần hoàn

Đồng hồ Circadian - đồng hồ bên trong 24 giờ điều khiển nhiều nhịp điệu của hệ thống sinh học của chúng ta, chẳng hạn như khi chúng ta ngủ, thức, cách chúng ta trao đổi chất và nhiều hơn nữa - được tìm thấy trong hầu hết các tế bào của cơ thể chúng ta. Nhưng chính xác những gì đang xảy ra trong bất kỳ ô nhất định nào để tạo ra nhịp điệu đó vẫn chưa được hiểu rõ. Nghiên cứu sinh hóa và di truyền trước đây đã xác định các protein quan trọng là yếu tố phiên mã, tích cực hoặc ức chế, có vai trò trong nhịp sinh học, nhưng không giải quyết chính xác cách chúng hoạt động trong một tế bào sống ở cấp độ dưới tế bào, tương đương sinh học với việc có danh sách các bộ phận nhưng không hiểu chúng khớp với nhau như thế nào.

Tiến sĩ Yadlapalli lần đầu tiên đã phát triển các phương pháp sáng tạo để thực hiện hình ảnh đơn bào, độ phân giải cao của các protein này và cách chúng tương tác trong khoảng thời gian 24 giờ trong tế bào sống của ruồi giấm lần đầu tiên và những phát hiện sơ bộ đã tiết lộ bất ngờ những hiểu biết sâu sắc. Cụ thể, một trong những yếu tố phiên mã ức chế quan trọng, được gọi là PER, tập hợp lại để tạo thành các ổ phân bố đều xung quanh vỏ của nhân tế bào, và đóng một vai trò trong việc thay đổi vị trí hạt nhân của các gen đồng hồ trong suốt chu kỳ. Trước đây, người ta cho rằng các protein này trôi nổi tự do hoặc phân bố ngẫu nhiên. Những nghiên cứu này làm nổi bật một lớp điều tiết mới quan trọng trong hệ thống đồng hồ sinh học.

Trong một loạt các thí nghiệm, Tiến sĩ Yadlapalli sẽ xác định các cơ chế liên quan đến quá trình này - cách các ổ hình thành và vị trí của chúng, cũng như cách chúng thúc đẩy sự đàn áp của các gen điều chỉnh đồng hồ. Hiểu thêm về hoạt động của các quá trình tế bào cơ bản, mạnh mẽ này, có ảnh hưởng đến hành vi và sức khỏe của toàn bộ cơ thể, sẽ cung cấp một điểm khởi đầu cho nghiên cứu về nhiều rối loạn giấc ngủ và chuyển hóa cũng như các bệnh thần kinh.

 

Đề tài: Quỹ hỗ trợ thần kinh McKnight cho khoa học thần kinh, Giải thưởng học giả

Tháng Sáu năm 2021

Tiếng Việt