Wspólna praca Simons Center przyczynia się do postępów w badaniach nad autyzmem w MIT

Sekret sukcesu Simons Center for the Social Brain przy MIT kryje się w nazwie. Dzięki założycielskiej filozofii „współpracy i społeczności”, która wsparła dziesiątki naukowców z kilkunastu instytucji badawczych na obszarze Bostonu, SCSB rozwija badania, mając charakter społeczny.

Misją SCSB jest „zrozumienie mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw poznania i zachowania społecznego oraz przełożenie tej wiedzy na lepszą diagnostykę i leczenie zaburzeń ze spektrum autyzmu”. Kiedy dyrektor Mrjanka Sur założył Centrum w 2012 roku we współpracy z Inicjatywą Badań nad Autyzmem (SFARI) Jima i Marilyn Simonsów, miał wizję innego sposobu osiągnięcia pilnie potrzebnego postępu badawczego niż tradycyjne podejście polegające na finansowaniu izolowanych projektów w poszczególnych laboratoriach. Sohr chciał, aby wkład SCSB wykraczał poza publikacje, chociaż ukazało się około 350 artykułów, a liczba ta wciąż rośnie. Starał się stworzyć zrównoważoną i zaangażowaną społeczność badawczą nad autyzmem na MIT i poza nią.

„Kiedy masz bardzo duży problem, który obejmuje wiele problemów – Obraz kliniczny, gen i wszystko pomiędzy – „Trzeba zajmować się badaniami na wielu skalach” – mówi Suhr, profesor neurologii w Newton na Wydziale Nauk o Mózgu i Kognitywistyce (BCS) w MIT oraz w Instytucie Uczenia się i Pamięci Picower. „Tego problemu nie może rozwiązać jedna osoba ani jedno laboratorium. Musimy rozszerzyć wiele laboratoriów i wiele sposobów myślenia. Taka była nasza wizja.”

Równolegle z bogatym kalendarzem publicznych seminariów, obiadów i wydarzeń specjalnych, SCSB stymuluje wieloperspektywową i wieloskalową współpracę badawczą na dwa programowe sposoby. Ukierunkowane projekty finansują interdyscyplinarne zespoły naukowców posiadających uzupełniającą się wiedzę specjalistyczną, których zadaniem jest wspólne zajęcie się palącym problemem naukowym. Jednocześnie Centrum wspiera stypendystów Simonsa ze stopniem doktora nie jednym, ale dwoma mentorami, zapewniając większą wzajemną wymianę pomysłów i metod.

Współpraca uzupełniająca

W ciągu 11 lat SCSB sfinansowało dziewięć ukierunkowanych projektów. Każdy z nich, z założenia, obejmuje dogłębną, wieloaspektową eksplorację kluczowego pytania o fundamentalnym znaczeniu i znaczeniu klinicznym. Na przykład w 2013 r. w ramach pierwszego projektu zorganizowano trzy laboratoria, w tym BCS, Wydział Biologii i Instytut Badań Biomedycznych Whitehead, aby pogłębić wiedzę na temat tego, w jaki sposób mutacja genu Shank3 prowadzi poprzez pracę do patofizjologii zespołu Phelana-McDermida. W różnych skalach, od pojedynczych połączeń neuronowych, przez całe neurony, po obwody i zachowania.

W innych poprzednich projektach zastosowano podobnie zintegrowane, wieloskalowe podejście do tematów, począwszy od wpływu delecji genu 16p11.2 na rozwój obwodów mózgowych i funkcji poznawczych, po kluczową rolę jądra siatkowatego wzgórza w przepływie informacji podczas snu i czuwanie. Dwie inne przyniosły dogłębne badania funkcji poznawczych: sposobu, w jaki przechodzimy od usłyszenia ciągu słów do zrozumienia zamierzonego znaczenia zdania oraz neuronalnych i behawioralnych korelatów deficytów w przewidywaniu bodźców społecznych i sensorycznych. Inny projekt położył podwaliny pod opracowanie nowego modelu zwierzęcego do badań nad autyzmem.

Kelsey Martin, wiceprezes wykonawczy Division of Autism and Neuroscience w Fundacji Simonsa, mówi, że SFARI jest szczególnie podekscytowany naukowym podejściem zespołu SCSB. „Jestem zachwycony duchem współpracy w SCSB” – mówi Martin. „Wspaniale jest widzieć i poznawać multidyscyplinarną, skupioną na zespołach współpracę, którą wspiera Centrum”.

Nowe projekty

W zeszłym roku SCSB uruchomiło trzy nowe projekty celowe. Jeden zespół bada, dlaczego tak wiele osób z autyzmem doświadcza przeciążenia sensorycznego, i testuje potencjalne interwencje, które mogą im pomóc. Naukowcy wysuwają hipotezę, że pacjenci cierpią na deficyt w filtrowaniu zwyczajnych bodźców, które normalni ludzie mogliby bezpiecznie zignorować. Badania pokazują, że filtr predykcyjny opiera się na rytmach mózgowych „alfa/beta” o stosunkowo niskiej częstotliwości z głębszych warstw kory mózgowej, które modulują rytmy „gamma” o wyższej częstotliwości w warstwach powierzchniowych przetwarzających informacje sensoryczne.

Wspólnie laboratoria Charlesa Nelsona, MD, profesora pediatrii w Boston Children's Hospital (BCH) i członków wydziału BCS Boba DeSimone, profesorów Doris i Don Berkey oraz Earla K. Miller, profesor Picowera, testuje tę hipotezę w dwóch różnych obszarach. Modele zwierzęce w MIT i na ochotnikach w BCH. Przetestują także na zwierzętach nowy system sprzężenia zwrotnego w czasie rzeczywistym, wynaleziony w laboratorium Millera, który może skorygować równowagę tych rytmów w mózgu. W modelu zwierzęcym zaprojektowanym z wykorzystaniem mutacji Shank3 laboratorium DeSimone przetestuje również terapię genową.

„Nikt z nas nie jest w stanie sam zająć się wszystkimi aspektami tego projektu” – mówi Miller, badacz z Instytutu Picower. „Było to możliwe tylko dzięki współpracy naszej trójki, przy użyciu różnych metod”.

Desimone mówi, że od samego początku niezbędna była ścisła współpraca z grupą Nelson w BCH. Aby mieć pewność, że jego pomiary, pomiary Millera u zwierząt i pomiary Nelsona u ludzi były jak najbardziej porównywalne, ściśle skoordynowali swoje protokoły badawcze.

„Gdybyśmy nie otrzymali tego wspólnego grantu, wybralibyśmy zupełnie inny, losowy zestaw parametrów od Chucka, więc wyniki nie byłyby porównywalne” – mówi DeSimone, który również pracuje w dziale badań i rozwoju. „Byłoby to możliwe. być trudne do powiązania.” Kieruje McGovern Institute for Brain Research na MIT. „To projekt, którego nie może wykonać jedno laboratorium działające w izolacji”.

Inny ukierunkowany projekt skupia konsorcjum siedmiu laboratoriów – sześciu w BCS (profesorowie Evelina Fedorenko, Edward Gibson, Nancy Kanwisher, Roger Levy, Rebecca Sachs i Joshua Tenenbaum) i jedno w Dartmouth College (Carolyn Robertson) – w celu przeprowadzenia badania synergistycznego . O poznawczych, neuronowych i obliczeniowych podstawach wymiany konwersacyjnej. Badanie obejmie językowe i pozajęzykowe aspekty umiejętności konwersacyjnych u neurotypowych i autystycznych dorosłych i dzieci.

Fedorenko powiedziała, że ​​projekt opiera się na postępie i współpracy z poprzedniego „Projektu docelowego”, który prowadziła z Kanwisher.

„Wiele kierunków, w których zaczęliśmy podążać, to nadal aktywne trendy w naszych laboratoriach. Ale co ważniejsze, były one naprawdę zabawne i pozwoliły PI [principal investigators] „Więcej interakcji niż zwykle i zgłębianie ekscytujących zagadnień interdyscyplinarnych” – mówi Fedorenko. „Kiedy Mriganka zadzwoniła do mnie kilka lat po zakończeniu projektu i zapytała o potencjalny nowy projekt docelowy, natychmiast skorzystałem z okazji”.

Gibson i Robertson badają, w jaki sposób ludzie koordynują dialog, nie tylko pod względem treści i formy wypowiedzi, ale także wykorzystania kontaktu wzrokowego. Fedorenko i Kanwisher wykorzystają fMRI do odkrycia kluczowych elementów sieci konwersacyjnej w korze mózgowej. Sachs będzie badać rozwój umiejętności konwersacyjnych u małych dzieci przy użyciu nowych technik MRI. Levy i Tenenbaum będą kontynuować wysiłki mające na celu udoskonalenie modeli obliczeniowych przetwarzania języka i konwersacji.

W najnowszym projekcie ukierunkowanym zakłada się, że układ odpornościowy można wykorzystać do leczenia behawioralnych objawów autyzmu. Cztery laboratoria – trzy w BCS i jedno w Harvard Medical School (HMS) – będą badać mechanizmy, dzięki którym obwodowe komórki odpornościowe mogą dostarczać potencjalnie terapeutyczną cytokinę do mózgu. Badanie przeprowadzone przez dwóch współpracowników, adiunkta MIT Glorię Choi i adiunkta HMS Jun Hoh, wykazało, że gdy IL-17a dociera do neuronów pobudzających w obszarze kory myszy, może uspokoić nadpobudliwość w obwodach związanych z objawami zachowań społecznych. I powtórzone. . Hoh, immunolog, zbada, w jaki sposób IL-17a przemieszcza się z obwodu do mózgu, natomiast Choi zbada, jak wpływa ona na nerwy. Suhr i profesor nadzwyczajna MIT Miriam Hyman przeprowadzą badania nad typami komórek łączących obwody nerwowe z układami krążenia mózgu.

„To absolutnie niesamowite, że mamy grupę naukowców pracujących nad bardzo różnymi zagadnieniami, którzy łączą siły, aby osiągnąć ten wspólny cel” – mówi Choi. „Naprawdę to doceniam.”

Wielu mentorów

Podczas gdy projekty ukierunkowane na SCSB jednoczą laboratoria wokół badań, stypendia Simonsa Centrum jednoczą laboratoria wokół młodych badaczy, zapewniając nie tylko fundusze, ale także parę mentorów i swobodne interakcje między ich laboratoriami. Stypendyści mają także możliwość informowania i inspirowania swoich podstawowych badań, odwiedzając pacjentów z autyzmem, mówi Suhr.

„Program studiów podoktorskich w SCSB odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu, że zróżnicowana grupa wybitnych naukowców będzie miała kontakt z badaniami nad autyzmem podczas swojego szkolenia, wnosząc w tę dziedzinę pulę nowych talentów i kreatywności” – dodaje Martin z Fundacji Simonsa.

Członkowie Simons Fellows chwalą dodatkowe możliwości, jakie zapewnia dodatkowy mentoring. Doktorant Alex Major był współpracownikiem Simonsa w laboratorium Millera i Nancy Koppel, profesor matematyki na Uniwersytecie Bostońskim, która słynie z eksperymentalnego modelowania zjawisk fal mózgowych badanych w laboratorium Millera.

„Struktura podwójnego mentoringu jest bardzo korzystnym aspektem stypendium” – mówi Major. „Jest to okazja do nawiązania kontaktów z innym głównym badaczem i zdobycia wiedzy specjalistycznej z innej dziedziny neurologii”.

Miller twierdzi, że co-mentoring poszerza horyzonty i możliwości nie tylko podopiecznych, ale także mentorów i ich laboratoriów. „Współpraca to neuronauka XXI wieku” – mówi Miller. „Niektóre z naszych badań mózgu stały się zbyt obszerne i wszechstronne, aby można je było zebrać w jednym laboratorium. Niektóre z tych ważnych pytań wymagają wielu metod i wielu technologii”.

Desimone, który niedawno wyreżyserował Sing Boom (Michael Yeo) wraz z kolegą z BCS i McGovern, Mehrdadem Jazayeri, w projekcie badającym, w jaki sposób zwierzęta uczą się na podstawie obserwacji innych, zgadza się z tym.

„Zawsze słyszymy od doktorantów, że chcieliby mieć dwóch mentorów, tak ogólnie po to, żeby zyskać inną perspektywę” – mówi DeSimone. „To naprawdę dobra rzecz, dzięki której wykładowcy mogą dowiedzieć się, co robią inni wykładowcy i postdoktoranci”.

W rzeczywistości model Simons Center sugeruje, że badania mogą odnieść największy sukces, gdy są oparte na współpracy i społeczne.