Professor
Labor für Systemneurobiologie
Vincent J. Coates Lehrstuhl für Molekulare Neurobiologie
Die Milliarden von Zellen, aus denen das Gehirn besteht, sind vielfältig – einige Neuronen sind für die Entscheidungsfindung und andere für das Gedächtnis verantwortlich, während einige Informationen aus dem Auge verarbeiten und andere Gerüche interpretieren. Um zu verstehen, wie das Gehirn all diese Aufgaben und Informationen organisiert und was Krankheiten wie Schizophrenie und Autismus verursacht, müssen Wissenschaftler die Verbindungen zwischen Neuronen kartieren. Aber es ist nicht einfach, denn das Gehirn ähnelt eher einer Schüssel Spaghetti als einer ordentlichen Matrix aus Stadtstraßen. Und Techniken zur Untersuchung des Gehirns haben es den Forschern meist nur ermöglicht, sich einen Gesamtüberblick über die Struktur zu verschaffen, anstatt einzelne Zellen näher heranzuzoomen.
Das Labor von Edward Callaway war Vorreiter einer neuen Methode zur Kartierung der Verbindungen zwischen einzelnen Neuronen und bestimmten Zelltypen im Gehirn. Der Ansatz lässt ein modifiziertes Virus nur von einer Gehirnzelle zu den Zellen springen, die direkt mit der ersten Zelle verbunden sind. Dann ist das Virus gestrandet. Durch die Erkennung, wo der Virus landet, kann Callaways Team alle Zusammenhänge der Ausgangszellen herausfinden. Und indem sie die Verbindungen der verschiedenen Zelltypen im Gehirn identifizieren und diese mit Informationen über die funktionellen Eigenschaften der Zellen ergänzen, können sie dann Theorien über die Funktionsweise der Schaltkreise aufstellen und testen.
Die in Callaways Labor entwickelten Methoden werden von Laboren auf der ganzen Welt verwendet, um Zusammenhänge im Zusammenhang mit zahlreichen Funktionen des Nervensystems und Krankheiten wie Schizophrenie, Autismus sowie Parkinson- und Huntington-Krankheit abzubilden. Die Arbeit im Callaway-Labor konzentriert sich hauptsächlich auf Schaltkreise in der Großhirnrinde und wie diese visuelle Informationen verarbeiten. Da der visuelle Kortex dieselben grundlegenden Zelltypen und Schaltkreise verwendet, die auch anderswo im Kortex verwendet werden, könnte diese Arbeit uns auch helfen zu verstehen, wie das Gehirn andere Fähigkeiten wie Entscheidungsfindung, Hören und Bewegung ermöglicht.
Callaways Labor entwickelte ein Tool, das mithilfe eines modifizierten Tollwutvirus einzelne Verbindungen zwischen Neuronen verfolgt – eine Technik, die mittlerweile auf der ganzen Welt eingesetzt wird.
Das Labor nutzte seine neuartigen Schaltkreisverfolgungsmethoden, um eine detaillierte Karte der Verbindungen zu bestimmten Zelltypen in den Basalganglien zu erstellen, einem Bereich des Gehirns, der sowohl mit Bewegung als auch mit Entscheidungsfindung verbunden ist und an der Parkinson- und Huntington-Krankheit beteiligt ist. Diese Studien geben Aufschluss darüber, wie verschiedene Zelltypen in der Basalganglienstruktur zur motorischen Kontrolle und Entscheidungsfindung beitragen.
Callaway kartierte die Verbindungen zwischen Zellen in der Netzhaut des Auges und des Gehirns und entdeckte, dass es eine einzigartige Verbindungsstraße gibt, deren einziger Zweck darin besteht, dass Auge und Gehirn zusammenarbeiten, um oben und unten oder von einer Seite zur anderen wahrzunehmen Bewegung.
BS, Biologie, Stanford University
PhD, California Institute of Technology
Postdoktorand, Rockefeller University