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得奖

2019-2020

Gilad Evrony,医学博士,博士, Depts博士,人类遗传学和基因组学中心助理教授。纽约大学Langone Health小儿科和神经科学与生理学专业

“TAPESTRY:用于人脑高分辨率谱系追踪的单细胞多组学技术”

众所周知,每个人都是以单一的dna“指令”开始作为单个细胞,但是细胞如何变成数万亿 - 包括大脑中数百亿个细胞 - 的细节仍然很大程度上是未知的。 Evrony博士的研究旨在开发一种名为TAPESTRY的技术,该技术可以通过构建脑细胞的“家谱”来阐明这一过程,显示哪些祖细胞在人脑中产生数百种类型的成熟细胞。

该技术可以解决研究人类大脑发育的研究人员面临的一些关键问题。通过追踪谱系(将标记物引入未成熟动物的细胞然后研究这些标记物如何传递给它们的后代)来研究发育的关键方法在人类中是不可能的,因为它是侵入性的。 Evrony博士之前的工作与同事一起表明,天然发生的突变可用于追踪人脑中的谱系。 TAPESTRY旨在通过解决当前方法的一些局限性来推进和扩展这种方法。首先,谱系追踪需要更可靠的分离和扩增单个细胞的微量DNA。其次,对人类大脑发育的详细了解需要具有成本效益,以便能够分析数千或数万个细胞。最后,它还需要绘制细胞的表型 - 不仅要看细胞的密切程度,还要了解它们的细胞类型。 TAPESTRY旨在解决这些挑战。

Evrony博士的方法适用于所有人类细胞,但对脑部疾病特别感兴趣。一旦绘制了健康的大脑谱系,就可以将它们用作基线,以了解在发育过程中可能出现的各种疾病(如自闭症和精神分裂症)的个体大脑发育情况如何不同。

Iaroslav'Alex'Savtchouk,Ph.D。,马凯特大学生物医学科学系助理教授

“通过带时间标记的四边形立体视觉对脑容积进行快速全景成像”

现代光学脑成像技术可以观察到一层薄薄的大脑,但是在三维空间中对大量的大脑活动进行成像 - 例如一定量的大脑 - 已经证明是令人生畏的。 Savtchouk博士已经开发出一种方法,使研究人员不仅可以看到大脑表面发生的事情,而且可以看到内部深处和更高的时空分辨率。

核心过程 - 双光子显微镜 - 通过寻找实验动物的转基因脑细胞中的荧光来获取大脑活动。使用单个激光器,可以非常缓慢地记录深度信息。通过两个激光束,研究人员基本上可以获得双目视觉 - 他们可以看到越来越远的东西,但仍然存在无法看到任何东西的视觉“阴影”(例如,当一个人看着棋盘边缘时,一些碎片可能会被更近的碎片阻挡。)Savtchouk博士正在通过增加两个额外的激光束来解决这个问题,它可以提供四视觉并大大减少盲点。他还对激光的时间进行排序 - 这种激光脉冲很快 - 所以研究人员知道哪种激光可以看出哪种活动对于建立时间精确的三维模型至关重要。

Savtchouk博士的项目首先涉及在计算机模拟中设计系统,然后用鼠标模型证明其应用。他的目标是通过增加激光束和升级硬件和软件来开发更新现有双光子显微镜的方法,使实验室能够从该技术中受益,而无需支付全新的系统费用。

Nanthia Suthana,博士, 加州大学洛杉矶分校精神病学和生物行为科学系副教授

“无线和可编程记录和刺激沉浸在虚拟(或增强)现实中的自由移动的人类中的深部脑活动”

研究人类神经现象带来了许多挑战 - 人类大脑不能像动物大脑一样直接研究,并且很难在实验室环境中重建(并记录这些现象的结果)。 Suthana博士建议开发一个使用虚拟和增强现实的系统,为她的受试者创建真实的测试场景。她使用由用于治疗癫痫的植入式脑设备记录的数据。

数十万人植入这些设备,许多植入设备允许无线编程和数据恢复。 Suthana博士的方法利用了后者 - 这些设备记录了各种深部大脑活动,并且她可以利用在受试者在VR或基于AR的实验中进行交互时记录的数据。重要的是,受试者可以随意移动,因为他们携带大脑活动监测器和记录装置。可以同时进行运动捕捉和生物识别测量,汇集完整的响应图。

Suthana博士正在与一个多学科团队合作,使该系统发挥作用;这个团队包括电气工程师,物理学家和计算机科学家。需要建立信号延迟等基本事实,以便可以准确地同步和测量数据。最终,她认为自由行为的人类与最逼真的模拟相互作用将使研究人员能够更准确地理解大脑是如何工作的。除了基本的神经学问题 - 例如大脑活动和身体反应伴随特定行为或对刺激的反应 - 该系统显示出对创伤后应激障碍和其他可在受控虚拟环境中模拟环境触发的情况的研究。

2018-2019

Michale S. Fee博士., Glen V.和Phyllis F. Dorflinger麻省理工学院脑与认知科学系计算与系统神经科学教授;和研究员,麦戈文脑研究所

“在自由行为的小动物中成像和分析神经状态空间轨迹的新技术”

研究动物大脑中的神经活动是研究人员长期面临的挑战。目前的方法是不完美的:显微镜的当前尺寸要求动物的活动受到限制,并且这些显微镜提供了有限的神经元视野。通过在显微镜小型化方面取得突破,费博士和他的实验室正在开发所需的工具,以便在动物可以自由行动时观察动物大脑中发生的情况。

头戴式显微镜允许Dr. Fee在学习唱歌时观察幼鸟大脑的变化。当他们倾听,重复和学习时,费博士记录了作为这个复杂学习过程的一部分而发展的神经回路。这些电路与在电机序列的复杂学习期间形成的人体电路相关,例如学习骑自行车,并且在包括帕金森病在内的某些条件下被破坏。鉴于他的目标是记录自然学习过程,能够在自然行为中记录神经活动至关重要。

除了小型化之外,新显微镜还能够记录比自由行为动物使用的其他技术更多的神经元,并将配合新的数据分析,使研究人员能够实时观察和调整他们的实验,加快研究进程。它将为研究小动物各种大脑行为的研究人员提供即时和广泛的应用。

Marco Gallio,博士, 西北大学神经生物学系助理教授

“重新连接活脑中的连接”

这项研究旨在通过允许科学家有选择地修剪突触连接并鼓励神经元之间的新连接来扩展我们对大脑如何工作的理解。大脑的这种重新布线将使研究人员能够更准确地理解哪些连接在特定的神经系统影响子集中发挥作用。

脑回路中的每个神经元连接到多个目标。每个目标可以具有唯一的功能,因此以完全不同的方式处理相同的传入信息。例如,果蝇大脑中的一些特定神经元携带有关外部环境的信息,该信息用于快速摆脱迫在眉睫的威胁(先天行为),但也通过学习产生持久的联想。

所提出的技术将允许研究人员通过选择性地去除学习中心的突触,同时保持所有其他连接完整,来确定对每个过程至关重要的连接。该项目旨在利用基因工程生产设计蛋白质,这些蛋白质可介导活体动物完整大脑中遗传定义的突触伴侣之间的排斥或吸引/粘附。除了证明这种大脑重新布线是可能的,该研究将产生具有独特遗传学的新果蝇品系,可立即与其他研究人员共享。通过设计,这些工具可以很容易地修改,用于任何动物模型或应用于大脑的不同部分,从而实现全新的神经学研究,对我们理解人类大脑的工作方式具有深远的意义。

Sam Sober,博士 , 埃默里大学生物系副教授

Muhannad Bakir,Ph.D。, 乔治亚理工学院电气与计算机工程学院教授,互连与封装中心副主任

“灵活的电极阵列,用于在自由行为的老鼠和鸣禽中大量记录肌肉纤维的尖峰”

我们对大脑在熟练行为中如何协调肌肉活动的理解受到用于记录此类活动的技术的限制 - 通常,插入肌肉的导线只能检测神经系统用于控制肌肉的许多个体信号的总和活动。博士。 Sober和Bakir正在开发本质上是“高清晰度”传感器阵列(许多小型传感器的集合),通过允许研究人员检测和记录来自单个肌肉纤维的非常精确的电信号,解决了许多这些问题。

所提出的传感器具有许多探测器,其从肌肉记录而不会损坏它。 (先前的方法依赖于可能在插入时损伤肌肉的线,尤其是用于精细运动技能的小肌肉。)阵列由柔性材料制成,适合肌肉的形状并随动物移动而改变形状。此外,由于阵列比现有设备收集指数级数据,因此它们具有内置电路,用于在将信号传输到研究人员的计算机之前收集和打包数据。

阵列的原型版本已经揭示了新的见解:以前,人们认为神经系统通过仅调节发送到肌肉的电刺激的总数来控制肌肉活动。但精确检测显示,多峰值时间模式的毫秒级变化会改变肌肉控制行为的方式。新阵列将设计用于小鼠和鸣禽,并将帮助我们了解许多不同技术行为的神经控制,并可能提供影响运动控制的神经系统疾病的新见解。

2017-2018

Jose M. Carmena,博士, 加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学系教授,Helen Wills神经科学研究所

Michel M. Maharbiz,博士, 加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学系教授

神经尘埃:一种超声波,低功率,极端微型技术,可在大脑中完全无线和无线神经记录

博士。 Carmena和Maharbiz正在合作开发下一代脑机接口(BMI),使用所谓的“神经尘埃” - 可植入,微尘大小的超声波传感器,可以消除穿过颅骨的电线,并允许用于不受限制的实时无线皮质记录。虽然他们实验室的研究人员以及加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学系以及Helen Wills神经科学研究所的其他同事正在研究应用于肌肉和周围神经系统的神经尘埃技术的潜力,McKnight提供资金将允许研究人员将这一概念应用于中枢神经系统,他们认为这种方法可以像起搏器革命化心脏病学一样彻底改变神经病学。通过神经尘埃技术的闭环操作,Carmena和Maharbiz设想了一个未来,在这个过程中,大脑可以被训练或治疗,以恢复受伤或神经心理疾病发作后的正常功能。

Ali Gholipour,博士, 哈佛医学院放射学助理教授;波士顿儿童医院放射学转化研究主任和计算放射学实验室的科学家

运动稳健的成像技术,用于早期大脑发育的定量分析 

胎儿,新生儿和幼儿的运动对专注于先进成像的研究人员提出了特殊挑战,以分析早期大脑发育并识别可能的中断。 Gholipour博士在波士顿儿童医院计算放射学实验室的研究小组正致力于开发,评估和传播新的,运动稳健的磁共振成像(MRI)技术和软件,使研究人员能够研究和表征子宫内,围产期,和儿童早期的大脑功能和结构。新的成像和图像分析工具可以显着改善神经科学界收集和分析大数据的能力,以提高对早期大脑发育的理解,并与可能源自生命早期阶段的疾病建立更清晰的联系。

Alexander Schier,博士, Leo Erikson生命科学哈佛大学脑科学中心分子与细胞生物学系分子与细胞生物学教授

通过基因组编辑记录神经元活动的历史

Schier博士的实验室正在研究一种新技术来测试基因组编辑技术是否可以记录神经元活动的历史。所提出的方法称为GESTARNA(用于记录神经元活动的合成靶阵列的基因组编辑),具有长期记录数百万个神经元长时间神经元活动的潜力。使用斑马鱼作为模型系统,Schier博士及其团队生成的工具和概念最终可以应用于其他可以进行基因组编辑和下一代测序的神经元系统。作为McKnight基金会支持的过去获奖者,Schier获得了McKnight Scholar(1999-2002)的早期职业认可,并获得了Brain Disorders Award(2006-2008)。

2016-2017

Kwanghun Chung,Ph.D。,  麻省理工学院

细胞的多尺度蛋白质组学重建及其全脑连接

钟博士和他的实验室正在开发新技术,以生成全面的高分辨率脑图。他将结合新的组织处理技术和遗传标记技术。目前的大脑映射分辨率相对较低且不完整; Chung的研究将允许神经科学家在单个组织中查询许多分子,细胞类型和回路。钟博士希望,这种高分辨率,全面的大脑绘图将加速在广泛的神经科学应用中发现的步伐,并使科学家能够以快速和无偏见的方式表征动物疾病模型。

Narayanan(Bobby)Kasthuri,博士,医学博士,芝加哥大学和阿贡国家实验室

Brain-X:使用基于同步加速器的高能X射线对整个大脑进行纳米级测绘

Kasthuri博士的实验室正在使用高能X射线来创建完整而全面的大脑图。生成的图像堆栈导致数量惊人的数据,可以对其进行分割以识别每个神经元,血管和大脑成分的位置。通过生成健康小鼠和人类大脑的图谱,科学家们可以将它们与病理样本进行比较,以更好地了解受自闭症,糖尿病和中风等疾病影响的患病大脑的细胞和最终突触差异。

斯蒂芬米勒,博士,马萨诸塞大学医学院

克服大脑成像的障碍

大脑中的成像很困难,因为许多分子探针不能穿过血脑屏障(BBB)。米勒博士和他的实验室已经找到了通过利用萤火虫的生物发光特性来改善大脑深层组织成像的方法。米勒的团队修改了天然萤火虫荧光素底物,以增加其进入活体动物大脑的能力。大脑的光芒可用于检测基因表达,酶活性,监测疾病进展或评估新药的有效性。

2015-2016

龙蔡博士,加州理工学院

通过测序FISH解读大脑中细胞身份的分子基础

Cai的实验室开发了一种基于“单分子荧光原位杂交”或smFISH的高效成像方法,可以查看细胞内的遗传信息(如RNA)。他现在寻求使用顺序FISH(seqFISH)使该方法适应于以相同的高分辨率直接在脑中分析基因表达。

辛西娅切斯特克,博士,密歇根大学

高密度90μ
沥青碳微线阵列记录第5层中的每个神经元

Chestek实验室正在开发一种方法,以比以往更大的密度在一段时间内记录和可视化健康,互联,活跃的神经元。她使用微小的碳螺纹电极,计划从一系列通道记录大鼠脑中的神经元,然后切割大脑以观察整个电路。目标是使用传统的神经科学连接器实现可以高密度观察的64通道阵列。

斯宾塞史密斯博士,北卡罗来纳大学教堂山分校

用于大脑容量的多光子成像

单个神经元以复杂的方式共同作用来塑造思想和行为。多光子成像可以解决几毫米以外的单个神经元,似乎提供了一种研究这一过程的创新方法。借助以前的双光子显微镜研究,Spencer的实验室正在寻求建立一个定制的光学系统,以获得100万个神经元,同时保留单独观察神经元的能力。

2014-2015

Juan Carlos Izpisua Belmonte,博士。,索尔克生物研究所

新型条件下普通mar猴原始生殖细胞系的衍生,鉴定和基因修饰

Izpisua Belmonte实验室正在努力缩短开发非人类灵长类动物模型所需的时间 - 特别是mar猴。 Belmonte已经开发出一种策略,利用原始生殖细胞(PGCs)促进转基因mar猴模型的生成。该研究有可能提供无限的细胞资源来研究盘中灵长类生殖细胞的发育,并结合基因组编辑工具,该方法可以帮助创建人类疾病的新型动物模型。

Sotiris Masmanidis,博士,加州大学洛杉矶分校

用于监测中尺度脑动力学的硅微探针

Masmanidis实验室正在开发微机械硅基器件或微探针,可通过批量生产广泛提供,并可以毫秒分辨率一次记录许多神经元。微探针将使Masmanidis能够研究多种脑细胞在行为和学习过程中如何相互作用。此外,他的实验室将开创精确标记记录位置的技术,提高大脑活动测绘的准确性。

Kate O'Connor-Giles,博士,威斯康星大学麦迪逊分校

用于综合神经回路分析的CRISPR / Cas9工具包

O'Connor-Giles寻求开发模块化工具包,以分子识别和获得神经元亚型的遗传控制。这些工具包将提供关键资源,用于表征基因对神经元身份和神经元亚型对行为的功能贡献。 O'Connor-Giles实验室将采用这些相同的技术来了解神经元在开发过程中如何连接在一起。这项工作建立在实验室最近成功地将CRISPR / Cas9基因组工程技术应用于果蝇中。

2013-2014

Thomas R. Clandinin,Ph.D。, 斯坦福大学

用于绘制由电突触定义的神经网络的遗传方法

大脑电路的大多数研究都集中在化学突触上,这种突触比电突触更容易研究。但是这种大脑布线的不完整图片阻碍了理解大脑活动变化的努力。 Clandinin提出开发一种可推广的遗传方法来确定哪些神经元与其他神经元电连接。到两年的授权期结束时,他期望有一套工具罪蝇果蝇以及对飞脑中特定电气连接的调查,以及准备用于鼠标测试的类似工具。

Matthew J. Kennedy,博士, 和 Chandra L. Tucker,博士, 科罗拉多大学 - 丹佛

用于操纵突触和电路的光学工具

光遗传学是一个相对较新的领域,涉及用光控制神经元功能。 Kennedy和Tucker希望通过设计新工具来扩大这一领域,这些工具将允许用户使用光来控制下游流程 来自神经元放电,重点是对突触形成,消除和可塑性重要的信号分子。他们还计划开发工具,允许用户操纵负责大脑学习和记忆的基本分子信号通路。

Zachary A. Knight,博士, 加州大学旧金山分校

用工程核糖体测序神经调节

哺乳动物大脑包含数百种神经细胞类型,每种类型都具有不同的基因表达模式。奈特的实验室正在构建工具,用于将小鼠大脑中的生物化学事件映射到这种分子多样性的细胞上。他将开发RNA捕获方法,以帮助确定潜在细胞的分子身份。这些工具将允许神经科学家识别在行为,生理学或疾病变化期间被调节的特定神经元。然后可以遗传操作这些鉴定的细胞以了解它们的功能。

2012-2013

Don B. Arnold,博士, 南加州大学分子与计算生物学副教授

消融Intrabodies-直接消融内源性蛋白质的工具

蛋白质在大脑中不断产生和降解。阿诺德博士正致力于研究工具,使科学家们能够操纵生物医学研究中的蛋白质降解过程。这些被称为消融胞内抗体的工具可以介导蛋白质的快速,有效和特异性降解。例如,可以降解蛋白质以测试其在正常细胞中的功能或研究特定病理蛋白质在神经退行性疾病中的有害作用。目前,科学家只能通过删除编码蛋白质的基因或RNA来间接导致蛋白质消融。消融胞内抗体会导致靶蛋白的直接降解,从而更快地起作用。它们还可以靶向特定构象的蛋白质或具有特定翻译后修饰的蛋白质。 Arnold博士将通过操纵突触后部位的蛋白质含量来测试消融胞内抗体的使用,以研究大脑内的突触功能,稳态和可塑性。该研究如果成功,可以在生物医学科学中广泛应用。

James Eberwine,博士, 药理学教授,和 Ivan J. Dmochowski,宾夕法尼亚大学化学副教授

TIVA-tag实现真正的神经元系统基因组学

尽管在实验室培养物中研究个体细胞中的基因表达已有数年的历史,但神经生物学的持续进展需要能够检测系统水平,完整组织或生物体内的遗传功能和调节。博士。 Eberwine和Dmochowski正在研究一种通过他们开创的方法从活细胞中分离RNA的方法,称为TIVA标签(用于转录组体内分析)。在授予期间,他们计划定制TIVA标签化合物的化学成分,从细胞中收集RNA,具有比以前更高的特异性,效率和更少的组织损伤。在授权期结束时,他们打算将TIVA-tag方法建立为系统级基因组学的可行方法。

Doris Tsao,博士, 加州理工学院生物学助理教授 William J. Tyler,博士, 生物医学工程与科学学院弗吉尼亚理工学院Carilion研究所助理教授

使用脉冲超声对完整灵长类动物脑电路的功能调制

神经科学缺少一种无创刺激人类大脑任何地方特定3D位点的工具。泰勒博士以前的研究表明,超声神经调节可以无创地刺激活小鼠脑中的神经元。下一步是描述超声如何影响非人类灵长类动物,即猕猴,其大脑比小鼠更大,更复杂。研究人员计划在聚焦超声神经调节期间观察神经元反应,脑血流和动物行为。最终,Drs。 Tsao和Tyler旨在开发一种利用超声波刺激人类大脑特定区域的方法,这将为理解人类大脑回路提供强大的新工具,并为治疗普遍的神经和精神疾病提供新的策略。

Samuel S.-H.王博士, 普林斯顿大学分子生物学副教授

超越遗传可编码钙指标的动态限制

当脑细胞活跃时改变其亮度的荧光蛋白可用于观察感知,记忆和其他认知过程的神经活动。这些蛋白质的当前版本仅在一秒或更长时间的时间尺度上缓慢响应。王博士的实验室正在重新设计这些蛋白质,以便更快地响应并进行更广泛的活动。结合先进的光学方法,这些进步将允许以fMRI成像跟踪整个大脑的方式跟踪脑组织的小部分 - 其优点是新方法将使研究人员能够看到单个细胞和在几毫秒内发生的变化。这项研究是神经科学家在动物学习时开发研究大脑网络的技术,或者在神经缺陷的动物身上出现问题的更大努力的一部分。

2011-2012

Sandra Bajjalieh,博士, 华盛顿大学药理学教授

开发用于信号传导脂质的生物传感器

膜脂质的变化在神经元信号传导中起作用,但研究人员还不能可靠地跟踪信号脂质的产生。 Bajjalieh计划生成传感器,以实时跟踪细胞中信号传导脂质的产生。在缺乏其他信号的情况下,她将设计与两种信号脂质结合的蛋白质,并利用它们开发荧光探针来追踪这些脂质的位置。该信息可以将方法扩展到其他脂质。

冯国平博士, 麻省理工学院麦戈文脑研究所脑与认知科学教授

利用活动和光的重合检测开发用于遗传操作行为定义的神经元微电路的分子,体内工具

为了更密切地研究大脑如何处理信息,冯正在开发一种工具,用于捕获由光脉冲定义的短暂时期内由动物行为激活的特定神经元群体,并基于该活动选择脑细胞进行遗传改变。然后可以测试这些细胞以评估它们对行为的参与。如果成功,该工具将使神经科学家能够在精确定义的时期内对由特定行为激活的任何神经元群进行遗传修饰。

冯章,博士, 研究员,麦戈文脑研究所;麻省理工学院和哈佛大学博士研究所核心成员;麻省理工学院脑与认知科学助理教授

使用Designer TAL效应器重组的精确基因组工程

遗传表达通常用于鉴定神经元的类型,但是传统的遗传操作是低效的并且主要限于小鼠。张正在研究一种使用报告基因来修饰神经元基因组的方法,这些报告基因可以被引入特定细胞和脑回路。该技术将允许将人类突变引入动物模型以确定基因突变是否导致疾病。该技术还将缩短生成动物模型所需的时间。

2010-2011

迈克尔·贝瑞二世(Michael Berry II)博士, 普林斯顿大学分子生物学副教授

微型补片钳微量移液管

Berry的实验室将开发一种微制造的贴片微量移液管,这将允许使用传统玻璃贴片微量移液管无法实现的新实验,例如通过快速透析容易控制神经元的化学环境的能力。该装置比现有的微量移液管更可靠,更简单,节省了大量的时间和精力。

Robert Kennedy,博士, Hobart H. Willard密歇根大学化学教授和药理学教授

以高空间和时间分辨率体内监测神经递质

为了在高空间和时间分辨率下测量体内神经递质,肯尼迪的实验室正在开发一种小型探针,可以进入小鼠的任何大脑区域,生成小样本,以便频繁进行分析。这项技术为神经科学提供了一个潜在的突破,因为许多基因工作和许多疾病模型都是基于鼠标。

Timothy Ryan,博士, 威尔康奈尔医学院生物化学教授

开发突触ATP报告基因

Ryan的实验室正在开发一种更准确的方法来测量特定神经元区室中ATP的浓度,并获得在正在进行的突触通信期间监测ATP水平的动态信息。这应该有助于确定基础能量失衡是否在各种疾病中表现出来,以及ATP供应如何在突触中正常受到调节。

W. Daniel Tracey博士, 杜克大学医学中心麻醉学,细胞生物学和神经生物学教授

遗传编码的弹状病毒用于神经元con的功能映射nectivity

Tracey的实验室正在开发一种病毒基因表达系统来探索果蝇中的神经回路。目标是用它来遗传操纵神经细胞,追踪它们的连接并操纵相互连接的神经元的活动。如果果蝇成功,Tracey希望相同的技术对哺乳动物大脑的研究有用。

2009-2010

Joseph Fetcho,博士, 康奈尔大学神经生物学与行为学教授

体内突触连接的映射模式

当这些细胞存活时,没有简单的方法可以揭示连接到另一个细胞的所有神经细胞。 Fetcho与斑马鱼合作,建议使用光学方法,连接到特定神经细胞的所有神经元都会变色,以映射完整生命神经系统中的布线模式。最终,这种方法可以帮助揭示作为运动和其他行为基础的布线模式。

Pavel Osten,医学博士,博士, 冷泉港实验室神经科学副教授

用于荧光小鼠脑的自动化高通量解剖学

Osten的项目旨在帮助弥合分子和细胞脑功能研究与整个大脑研究之间的差距。他使用一种新颖的成像技术,专注于绘制携带与自闭症和精神分裂症相关的基因突变的小鼠神经回路的变化。他希望该技术能够快速,准确地研究许多基因小鼠模型,以更好地了解一系列人类精神疾病。

Thomas Otis,博士, 加州大学洛杉矶分校格芬医学院神经生物学教授

开发用于监测神经解剖学定义的神经元组中的电压的光学方法

Otis和他的同事,包括联合首席调查员Julio Vergara,已经开发出一种传感器技术,可以使用新颖的光学方法高保真地测量神经冲动。授予的目的是完善他们的光学方法,以便它可以同时跟踪许多神经元中的神经活动。

Larry J. Young,博士, William P. Timmie精神与行为科学教授,耶克斯国家灵长类动物研究中心行为神经科学中心主任

在草原田鼠中开发转基因技术,用于解剖社会结合的遗传学和神经回路

对母亲培育和社会联系等复杂社会行为的研究受到操纵基因表达以了解特定基因如何调节社会行为的困难的限制。 Young致力于产生具有高度社交性的转基因草原田鼠,并确定导致社会行为个体差异的基因。该研究将与自闭症和精神分裂症等疾病特别相关。

2008-2009

亨利莱斯特r,博士, 加州理工学院

神经元工程的离子通道

Lester将使用离子通道和受体来深入了解神经元在电路中的连接方式以及这些电路如何控制行为。他将设计出新的受体通道,这些通道只能响应可以用动物饮食提供的药物伊维菌素。一旦这些受体被开发出来,就有可能研究激活或抑制选择的神经元如何影响行为。

Charles M. Lieber,博士, 哈佛大学

用于神经网络电气和化学映射的纳米电子器件阵列

利伯计划开发和展示新的纳米技术电子生理学工具,以测量自然突触范围内的电和生化信号,使用从培养神经网络到脑组织的样本。从长远来看,这些工具可以用作生物医学研究中大脑和神经修复装置之间的强大新界面,并最终用于治疗。

Fernando Nottebohm博士,洛克菲勒大学

转基因鸣禽制作技术的发展

对鸣禽声乐学习的研究提供了一种很好的方式来探索记忆如何存储在复杂的大脑中,以及如何通过神经元替代来修复对中枢神经系统的损害。 Nottebohm寻求开发一种有效生产转基因鸣禽的方案,以测试个体基因在学习和大脑修复中的参与。

Dalibor Sames,博士, 和 David Sulzer,博士, 哥伦比亚大学

荧光假神经递质的发展:用于直接可视化单个突触前终端神经递质释放的新探针

Sames和Sulzer已经开发出荧光假神经递质(FFN),它可以作为多巴胺的光学示踪剂,并使第一种方法能够在单个突触处光学成像神经传递。应用FFNs,Sames和Sulzer将开发新的光学方法来检查与学习相关的突触变化以及与帕金森病和精神分裂症等神经和精神疾病相关的病理过程。

2007-2008

Paul Brehm,博士, 俄勒冈健康与科学大学

来自棘皮动物的新型绿色荧光蛋白提供神经网络活动的长期记录

Brehm正在探索一种在健康和患病组织中成像细胞活动的新方法。他提出了水母绿色荧光蛋白的替代品 - 生物发光的脆弱星Ophiopsila,其在神经细胞中的持久荧光可以提供其细胞活动的长期历史。

Timothy Holy,博士, 华盛顿大学医学院

完整组织中神经活动的高速三维光学成像

Holy正在开发光学方法,通过使用快速扫描三维脑组织的薄片光从大量神经元同时进行记录。如果成功,该研究可以帮助科学家在细胞水平上观察模式识别和学习。

Krishna Shenoy,博士, 斯坦福大学

HermesC:一种用于自由行为灵长类动物的连续神经记录系统

Shenoy的实验室正试图通过开发一种微型,头戴式,高质量的记录系统来学习更多关于神经元的作用,这些系统用于猴子的日常活动。如果成功,这项工作将创建一个记录设备,可以跟踪行为猴子中的个别神经元数天和数周。

Gina Turrigiano,博士,布兰迪斯大学

使用超分辨率荧光冷冻显微镜定位突触蛋白的位置

Turrigiano和她的合作者David DeRosier博士将开发工具来绘制突触蛋白排列成能够产生记忆和认知功能的分子机器的方式。如果这证明是成功的,他们最终将能够确定突触在疾病状态中如何变得杂乱无章。

2006-2007

Pamela M. England,Ph.D。,加州大学旧金山分校

实时监控AMPA受体贩运

英格兰实验室将开发一套新的分子工具,基于philanthotoxin的合成衍生物,可用于研究AMPA亚型谷氨酸受体的细胞表面运输。目标是产生一组毒素衍生物,其将使具有特定亚基组成的AMPA受体失活,从而能够药理学研究这些不同类型的AMPA受体在活神经元中的作用。

Alan Jasanoff,博士, 麻省理工学院

具有钙成像剂的细胞级功能磁共振成像

Jasanoff将探索一种功能性磁共振成像(fMRI)的新方法,该方法是在他的实验室中开发的,基于氧化铁纳米颗粒,当它们聚集时产生图像对比度。如果成功,新方法将是更直接的神经活动测量,有可能改善fMRI的空间和时间分辨率。

Richard J. Krauzlis,博士。,和 Edward M. Callaway,博士, 索尔克生物研究所

使用病毒载体探测表达非人类灵长类动物的感觉 - 运动电路

Krauzlis和Callaway将开发一种方法来灭活猴大脑皮层局部区域中特定神经元亚群。如果成功,他们的方法将提供一种方法来评估不同脑区域中神经元的特定亚群如何在电路中起作用以实现更高的脑功能,例如感知,记忆和感觉 - 运动控制。

Markus Meister,博士, 加州理工学院

在自由移动的动物中无线记录多神经元穗列车

Meister和他的合作者,加州大学圣克鲁兹分校的Alan Litke和加州理工学院的Athanassios Siapas将设计一种无线微电极系统,该系统可以记录来自自由移动的动物的神经电信号,而无需连接电线。结合小型化和轻质材料技术,该系统应有助于在真正的自然行为(如挖洞,攀爬或飞行)中测量神经动力学。

2005-2006

Karl Deisseroth,医学博士,博士, 斯坦福大学

使用Alga C. Reinhardtii的光敏离子通道对神经元活动进行无创,高时间分辨率控制

Deisseroth的实验室,包括博士后合作伙伴Edward Boyden,将开发一种基于藻类遗传编码的光敏离子通道的新工具,用光刺激特定神经元组的电活动。他们的目标是以毫秒的时间精度刺激个体动作电位,并控制使用遗传方法刺激哪些神经元来靶向通道蛋白表达。

Samie R. Jaffrey,医学博士,博士, 康奈尔大学威尔医学院

使用条件荧光小分子实时成像活神经元中的RNA

Jaffrey的实验室将进一步开发一个系统,使用活细胞荧光显微镜实现RNA的可视化。他的技术基于构建与荧光团结合的短RNA序列,并大大增加其发光。荧光团衍生自绿色荧光蛋白(GFP)中使用的荧光团。目标是以与GFP技术彻底改变蛋白质可视化相同的方式彻底改变RNA的研究。

Jeff W. Lichtman,医学博士,博士, 哈佛大学 肯尼思海沃思,Howard Hughes医学研究所的Janelia农场研究园区

用于大规模脑重建的自动磁带收集车床超微切片机的研制

Hayworth和Lichtman正在开发一种切割工具,通过透射电子显微镜(TEM)自动收集数千个组织切片进行成像。 TEM连续切片重建是唯一经过验证的技术,能够以最高水平的分辨率绘制出脑组织体积内所有神经元的精确突触连接。但应用程序是有限的,因为必须手动收集超薄部分。该工具可以自动化该过程,使得许多实验室可以访问连续切片,并且可以在更大的组织体积上使用。

Alice Y. Ting,Ph.D。, 麻省理工学院

使用生物素连接酶标记通过光学和电子显微镜成像神经元蛋白质贩运

Ting提出了一种改进的技术来可视化和量化膜蛋白运输。她开发了一种高选择性的基于酶的标记技术,通过该技术可以区分刺激前神经元表面上存在的分子和刺激后出现的分子。然后可以用光学成像观察标记分子的空间分布,并且通过一些修改,也可以用电子显微镜以更高的分辨率观察到。

2004-2005

EJ Chichilnisky,博士, 索尔克研究所
AM Litke,博士, 圣克鲁斯粒子物理研究所

探索视网膜

神经生物学家Chichilnisky和实验物理学家Litke正在合作开发技术,以精细的空间和时间尺度一次记录和刺激数百个神经元的电活动。这将使他们能够研究大量神经元如何处理和编码信息以控制感知和行为。他们首先计划研究视网膜,然后研究其他神经系统。

Daniel T. Chiu,博士, 华盛顿大学

空间和时间分辨的单个神经元细胞的刺激传递

纳米胶囊是非常小的“壳”,可以包含像分子一样微小的东西,并将其输送到选定的目标。 Chiu正在开发和完善新型纳米胶囊并改进现有纳米胶囊以研究单个神经元细胞如何处理信号在其膜表面的到达。纳米胶囊可用于绘制细胞表面蛋白质并探测受体如何发送信号并触发突触传递。

Susan L. Lindquist,博士, 怀特黑德生物医学研究所

用于神经退行性疾病和高通量筛选的酵母模型系统的开发和使用

Lindquist建议通过研究面包酵母中的基因来检查神经退行性疾病。由于她的实验室使用酵母作为研究帕金森病的模型系统取得了巨大成功,她计划将模型扩展到另外两类疾病 - tau蛋白病(包括阿尔茨海默氏症)和脊髓小脑性共济失调-3。

Daniel L. Minor,Jr.,Ph.D。, 加州大学旧金山分校

来自自然和设计图书馆的离子通道调制器的定向演变

Minor正在开发一种新方法来识别阻断或打开离子通道的分子,这些蛋白质是大脑中电信号的关键。他将研究来自有毒生物的天然肽,并将制造毒液样分子进行测试。创造模仿自然界中的分子并使其广泛可用的分子将加速寻找可能作用于特定离子通道的药物。

Stephen J. Smith,博士, 斯坦福大学医学院

用串行切片扫描电子显微镜划分脑电路的方法

史密斯正在设计工具,使神经科学能够从他所谓的21世纪显微镜中获益,这是由他的合作者,马克斯普朗克研究所的生物物理学家Winfried Denk博士发明的。他们正在开发自动串行切片扫描电子显微镜(S3EM)方法,这将首次提供分析完整脑电路的能力。史密斯正在研究用这种显微镜染色脑组织进行分析的方法,以及用于分析新技术将产生的大量信息的计算工具。

2003-2004

Stuart Firestein,博士, 哥伦比亚大学

一种基因编码的膜电压光学传感器

Firestein和他的合作者Josef Lazar博士建议测试一种新型的电压传感蛋白,它可以检测非常小的电子事件,同时可视化大量细胞的电压变化。这将促进对目前无法实现的大脑信息处理的一定程度的调查。

David Heeger,博士, 纽约大学

高分辨率fMRI

Heeger和他的合作者Souheil Inati博士以及斯坦福大学的科学家John Pauly和David Ress计划采用一种新方法来改善功能磁共振成像(fMRI)的空间分辨率,使其能够过于常规地获取fMRI数据以极高的分辨率。该团队旨在帮助解决传统MRI的一些基本问题。

Paul Slesinger,博士, 西奈山/伊坎医学院

用于监测神经元信号转导的G蛋白受体能量转移(GRET)系统

当化学神经递质与特定类型的G蛋白偶联的神经递质受体(GPCR)结合,进而激活G蛋白时,发生神经细胞通讯的调节。为了研究神经细胞通讯过程中G蛋白活性的动态变化,Slesinger提出基于荧光共振能量转移(FRET)的特性,开发一种基于蛋白质的G蛋白荧光检测器。

2002-2003

Bernardo Sabatini,医学博士,博士, 哈佛医学院

用于分析外显子神经元中蛋白质翻译的光学工具

为了探索神经元如何建立通信通道以及大脑如何存储和回忆信息,Sabatini正在开发在神经元产生蛋白质时发光的分子,以及用于观察活体大脑深处过程的显微镜。

Karel Svoboda,博士, 冷泉港实验室

具有高时空特异性的体内突触传递调节

Svoboda正在开发分子工具,以进一步了解突触如何组织脑电路。

Liqun Luo,博士, 斯坦福大学

小鼠单神经元标记和遗传操作

罗正在研究一种遗传方法,用于操纵和追踪小鼠中的单个神经元,以了解神经网络在发育过程中是如何组装的,然后通过经验进行修改。

A. David Redish,博士; Babak Ziaie,博士;和 Arthur G. Erdman,Ph.D。,明尼苏达大学

在清醒,表现大鼠的无线记录神经系统

合作者 - 一位神经科学家,一位电气工程师和一位机械工程师 - 正在开发一种无线方法,用于记录清醒,行为老鼠的神经元尖峰列车,以增强对学习和行为的理解。

2001-2002

海伦·布劳,斯坦福大学博士

微创,调节基因传递到中枢神经系统

Blau的实验室正在研究一种向中枢神经系统提供治疗基因的新方法,使用能够靶向疾病的基因工程改造的骨髓细胞。

Graham CR Ellis-Davies,博士,哈哈曼大学

神经递质双光子解笼活脑切片中神经受体的功能成像

埃利斯 - 戴维斯正在开发创新的方法来制作以前从未见过的脑功能方面的图像,设计一种神经递质,这种神经递质在被强烈闪光的聚焦光激活之前一直保持生物惰性。

Dwayne Godwin,维克森林大学医学院博士

用病毒DNA揭示功能连接链

通过向细胞注射病毒DNA,化学标记病毒并追踪其扩散到连接细胞,Godwin正在探索揭示大脑中神经细胞如何发送和接收信息的新方法。

Seong-Gi Kim,明尼苏达大学医学院博士

基于体内灌注的柱状分辨率fMRI的开发

Kim正在努力增加功能磁共振成像的能力,以更详细地研究大脑活动。

2000-2001

斯蒂芬利帕德,麻省理工学院博士

合成化学开发锌传感器探测神经化学信号

Lippard正在合成新型荧光传感器,可检测活细胞中的锌离子和一氧化氮,并揭示其空间模式。

Partha Mitra,博士,加州理工学院理查德安德森博士

从顶部到达区域实时记录和读出人口代码的开发技术

Mitra和Andersen使用数学技术来分析神经元集合的活动,希望最终解码神经活动和行为之间的关系。

威廉·纽瑟姆博士,斯坦福大学医学院Mark Schnitzer博士

体内脑动力学研究光纤和光学相干断层扫描

Schnitzer和Newsome(获得了特殊的,50,000美元的奖励)正在通过定位记录位点,绘制分子标记的分布以及通过精确使用光来监测大脑活动模式来研究大脑动力学。

蒂莫西瑞恩,康奈尔大学威尔医学院博士,纪念斯隆凯特琳癌症中心GeroMiesenböck博士

基于pH的突触活动光学传感的设计与应用

科学家们正在根据对酸度变化的敏感性开发新的突触活动荧光指标。

丹尼尔特恩布尔,纽约大学医学院博士

小鼠脑中神经元迁移的体内μMR成像

特恩布尔正在开发一种新的成像方法,用于可视化正在发育的小鼠大脑中神经元的迁移,标记新神经元并在几天内通过磁共振显微成像在完整动物中跟踪它们。

1999-2000

迈克尔·格林伯格博士,波士顿儿童医院Ricardo E. Dolmetsch博士

研究完整神经元转录和翻译时空控制的新技术

科学家正在研究一种利用分子放大器和荧光检测来观察活体神经细胞中基因活动的方法,以了解基因如何相互影响。

Paul W. Glimcher,纽约大学博士

实验神经超声检查

Glimcher的研究探索了超声诊断,使记录电极准确放置在清醒,活跃的灵长类动物的大脑中。

莱斯利C.格里菲斯,医学博士,博士,和Brandeis大学的Jeffrey C. Hall博士

实时信号转导传感器

格里菲斯和霍尔正在开发遗传传感器,可以将其引入活果蝇的个体神经细胞中,以确定何时招募细胞以发挥其行为作用。

Warren S. Warren,普林斯顿大学博士

零量子功能磁共振成像

沃伦的大胆举措旨在使fMRI更强大,将其分辨率提高100倍以上,使其能够以更加细节和更好的对比度揭示大脑的活跃区域。

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