Измерение полного нейронного входа

Измерение того, как нейроны интегрируют поступающие сигналы и реагируют на них, является ключом к пониманию впечатляющего и сложного поведения людей и животных. Однако полное измерение нейрональных функций ввода-вывода (IOF) не было достигнуто ни у одного животного. Проведение полного измерения IOF в модельной системе C. elegans могло бы усовершенствовать критические методы и открыть принципы, которые будут обобщены в нейробиологии.

Системная нейробиология стремится понять сложное взаимодействие нейронов в мозге, которое обеспечивает впечатляющее поведение животных. Важнейшим компонентом этого понимания является функция ввода-вывода (IOF) нейронов, которая характеризует то, как нейрон интегрирует свои входные данные и реагирует на них. Однако, несмотря на важность, полное измерение IOF ни у одного животного не было достигнуто, что создало значительное «слепое пятно» в нашем понимании функций мозга. Хотя части IOF были измерены с помощью различных экспериментов, эти усилия контролируют лишь узкую подгруппу входных данных для любого данного нейрона, обеспечивая лишь небольшую часть истинного IOF. Более того, выходные данные нейронов представляют собой сложную нелинейную функцию их входных сигналов, что еще больше усложняет проблему. Чтобы по-настоящему понять вычисления и функции мозга, нам необходимо детальное функционирование IOF, что требует контроля всех входных данных и наблюдения за факторами, формирующими IOF. Исследование этой проблемы на модели одного животного позволило бы открыть новые методы, инструменты и научные принципы, которые могли бы стать катализатором крупномасштабных инноваций в нейробиологии.

Целью проекта является более глубокое понимание того, как нейроны мозга обрабатывают информацию, посредством полного картирования нейрональных IOF с использованием модельного организма C. elegans. Это комплексное картирование является важным шагом в понимании того, как нейроны мозга получают, интегрируют и реагируют на сигналы. В проекте будет использоваться сочетание передовых методов, включая оптогенетику, современную микроскопию и микрофлюидику, для контроля и наблюдения за нервной системой червей, а также будут разработаны модели для прогнозирования реакции нейронов на основе их входных данных. Команда также будет изучать, как на эти реакции влияют различные факторы, такие как химические вещества, лекарства и не-нейронные клетки. Чтобы обеспечить максимальную пользу для данной области и научного сообщества, все данные и результаты будут доступны открыто, а ресурсы будут выделены на развитие сотрудничества с внешними экспертами в области планирования экспериментов, разработки технологий, а также вычислительного и теоретического анализа.

Организации целевых исследований (FRO) — это ограниченные по времени исследовательские группы, ориентированные на миссию, организованные как стартап для решения конкретной научно-технической задачи среднего масштаба. Проекты FRO направлены на создание преобразующих новых инструментов, технологий, процессов или наборов данных, которые служат общественным благом, создавая новые возможности для исследовательского сообщества с целью ускорения научно-технического прогресса в более широком смысле. Крайне важно, что проекты FRO часто оказываются между трещинами, оставленными существующими источниками финансирования исследований из-за противоречивых стимулов, процессов, миссии или культуры. Вероятно, существует широкий спектр концепций проектов, для которых агентства могли бы использовать структуры типа FRO для достижения своей миссии и продвижения научного прогресса.

Этот проект подходит для подхода в стиле FRO, поскольку он требует уровня скоординированных разработок и проектирования, который слишком велик для одной академической лаборатории, слишком сложен для свободного сотрудничества нескольких лабораторий и недостаточно прибыльен напрямую для венчурной компании. стартап или промышленный проект исследований и разработок. Проект также направлен на создание набора общественных благ за счет приверженности открытой науке и планов по обмену данными и кодом по мере их разработки. В более широком смысле, эта работа хорошо подходит для разработки нового набора инструментов и методологий, а не продуктов или статей, стимулируемых традиционными исследовательскими моделями.