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哈佛大学庄小威教授等获1.5亿美元资助,开始揭秘大脑图谱
哈佛大学庄小威教授等获1.5亿美元资助,开始揭秘大脑图谱
12/17/2017 9:54:15 PM | 浏览:1101 | 评论:0

 

哈佛大学庄小威教授等获1.5亿美元资助,开始揭秘大脑图谱

来自哈佛大学脑科学的科学家们,将通过美国国家卫生研究院NIH的推进创新性神经技术(BRAIN)计划,在未来五年内获得超过1.5亿美元的资金,来进行大脑工作机理的研究。该BRAIN计划资助的研究者们包括:

  • 来自麻省理工学院和哈佛大学Eli&Edythe Broad研究所的Paola Arlotta研究小组,霍华德休斯医学研究所研究员Catherine Dulac,希金斯分子和细胞生物学教授以及小大卫B.阿诺德小教授。该小组将获得6540万美元来编目小鼠大脑中的细胞类型,并确定每种类型使用的基因。

  • 分子和细胞生物学教授Florian Engert; Jeff Lichtman,JeremyR. Knowles分子与细胞生物学教授,圣地亚哥Ramon y Cajal艺术与科学教授;分子和细胞生物学客座教授Haim Sompolinsky和分子和细胞生物学教授Sam Kunes将合作,进行一项1800万美元的研究项目,旨在了解神经回路如何引发行为。

  • 哈佛大学庄小威和Catherine Dulac实验室:参与6550万美元的项目,为小鼠脑创造了一个全面的脑细胞图谱。

哈佛大学庄小威教授等获1.5亿美元资助,开始揭秘大脑图谱

哈佛大学庄小威教授

大脑研究

美国国立卫生研究院院长弗朗西斯科林斯说:“在我们完全了解大脑如何工作之前,我们需要了解大脑的每一部分是如何工作的。 ” 

“制作有关大脑细胞的分子,解剖学和功能数据可供广大研究界使用,这将加速我们对细胞和回路组织的理解,揭示世界上最复杂的器官内部的通信规则。”

哈佛大学庄小威教授等获1.5亿美元资助,开始揭秘大脑图谱

哈佛Arlotta Paola教授

哈佛的Dulac教授和庄小威教授将与Arlotta教授进行合作,他们不仅要识别小鼠大脑中的所有细胞类型,还要确定每种类型的基因集合,并绘制其物理位置。

“为了解决医疗问题,你真的需要这些基本的知识,有什么细胞类型,他们在哪里,以及他们连接到哪里” Arlotta教授说。 

“这些信息中的大部分在这个领域已经不存在了,因为我们无法通过技术手段将其收集到整个大脑中。”

哈佛大学庄小威教授等获1.5亿美元资助,开始揭秘大脑图谱

 Neurons Derived from Stem Cells

通过将不同脑细胞类型的目录与其位置图谱相结合,研究人员将最终更好地理解大脑如何发展,连接和工作 - 以及疾病如何导致这些过程出错。

来自哈佛大学脑科学中心的Dulac教授说:“在我整个科学生涯中,我一直为神经系统的巨大细胞多样性而着迷。 ” 

“我曾经在博士期间研究过细胞的基因表达和功能。从那时起,大脑中细胞多样性和单细胞功能的探索方法已经在多个学科中取得了巨大的发展。“

哈佛大学庄小威教授等获1.5亿美元资助,开始揭秘大脑图谱

哈佛大学Catherine Dulac教授

Dulac教授说:“这是一个独特的机会,我们与志同道合的同事合作。他们已经开发了一些最强大的细胞,分子,生理和生物物理学方法来一次观察一个细胞的大脑功能。“这是非常令人兴奋的,将是非常具有挑战性的; 我非常感谢NIH这一举措,感谢在哈佛大学和其他参与这项工作的机构的杰出同事。”

庄小威教授将与总部位于西雅图的艾伦研究所的研究人员一起工作,利用她实的验室开发的高通量测序和成像技术,创建第一个全面的小鼠脑细胞型地图集,以表征每个分子,解剖和功能特性。有了这些数据,以及有关不同细胞类型如何结合形成神经回路的数据,研究人员将能够更好地了解健康和患病大脑的功能。

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新的挑战

了解大脑如何使其各种细胞和不同神经元一起工作也是一个挑战。

来自脑科学中心的Kunes,Engert,Lichtman和Sompolinsky,正在尝试全面解释神经回路如何在斑马鱼中引发行为,以及大脑如何通过相互冲突的刺激进行排序来做出决定,神经回路功能如何被压力,饥饿和孤独等问题所改变。

研究员们解释道,健康和疾病研究都是人类对身体机理认识的基础。人们希望有朝一日这些研究可以指导医疗干预,修复故障的神经回路,并恢复受影响的行为。

“我们很高兴有机会研究斑马鱼的神经系统结构,”Lichtman解释道。 “斑马鱼是少数几个脊椎动物之一,也许也是当前唯一一个能获得每个神经细胞网络连接和功能完整地图的动物。”

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庄小威的故事 - 最年轻的哈佛正教授之一

庄小威,1972年生人。1987年, 15岁时考入中国科技大学少年班。1991年毕业赴美,1997年,在加州大学伯克利分校拿到物理学博士学位。2001年,被聘为哈佛大学助理教授。5年后的2006年初,成为哈佛物理和化学系的双科教授。2003年获得麦克阿瑟“天才奖”,是第一位获此荣誉的华人女科学家。

中国科技大学校长朱清时很记得87级少年班的这个女孩子,记得她在2003年10月19日回母校做的那场高质量的报告会,当时她刚拿到美国麦克阿瑟基金会当年度的“天才奖”。报告的题目有点拗口,叫《展现单个核糖核酸酶分子的折叠和单个流感病毒的感染过程》,但庄小威的“讲故事”让包括外学科在内的所有听众都听懂了。

如讲到流感病毒侵入生物细胞时,她在台上走来走去,模拟分子运动的情形;她还模仿病毒对细胞说:“I’m here, Take me in。(我在这儿,让我进来)”“but how does the virus get itself in? I’ll tell you…(病毒如何进入呢?我来告诉你)” 她的演讲很形象,也很生动。

庄小威也很幽默:“I think the influenza virus is really smart, and the cell is quite stupid。You know, the virus simply manages to enterotnithe cell, and all the rest work(of the infection)is actually done by the cell itself。(我认为流感病毒相当聪明,而细胞挺笨的。要知道,病毒只想着要进入细胞,而余下所有的感染动作都是由细胞自身完成的。)”

她的研究方法、实验原理、结果分析,逻辑清晰,充满科学精神,尤其实验中拍摄到的分子运动的短片,让同行赞不绝口。

哈佛大学庄小威教授等获1.5亿美元资助,开始揭秘大脑图谱

研究之路

庄小威的研究,是要探明生物体系中单个分子或单个粒子的运动表现。庄小威创造性地将荧光光谱和显微分析技术应用于单个分子,这种崭新的物理手段,使得实时揭示复杂生物过程中的分子个体及其运动步骤成为可能。


这要拜跨学科所赐的灵感。事实上,庄小威完全转入了另一领域的研究。她19岁在中国科大拿到本科学位,然后赴美,在加州大学伯克利分校拿到硕士和博士学位,这些学位都归属物理学。1997年之后,她在斯坦福大学师从诺贝尔物理学奖得主朱棣文进行博士后研究时,才偶然与化学、生物学科的合作伙伴一起开始做一些跟踪分子行为的实验。

2001年,庄小威被聘为哈佛大学助理教授。她的物理根底启发她将带荧光的分子标记物附在病毒上,当用激光照射时,标记物发射出特殊的彩色光。用这种方法,借助显微镜,她详实跟踪了单个病毒的行为,也跟踪了诸如蛋白质和核糖核酸(RNA)片断这样的单个分子行为。她拍摄到单个流感病毒的连续影像,这是世界上首次记录到病毒的各阶段过程。

2006年初,庄小威晋升为哈佛正教授,34岁的正教授。她在哈佛大学建立了以自己名字命名的单分子生物物理实验室,带领21名博士、博士后研究流感、艾滋病、SARS等病毒侵入宿主细胞的过程。


在庄小威的字典里,动力、眼界和深度思考是三个关键词。

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