Logo des Salk-Instituts

Waitt Advanced Biophotonics Center

Treffen Sie die Wissenschaftler

Salk Institute for Biological Studies – Waitt Advanced Biophotonics Center – Treffen Sie die Wissenschaftler

Treffen Sie die Wissenschaftler

 
Axel Nimmerjahn

Axel Nimmerjahn, PhD

Professor und Direktor
Waitt Advanced Biophotonics Center
Francoise Gilot-Vorsitzender

Innovationen und Entdeckungen:

  • Mithilfe bildgebender und genetischer Ansätze hat das Nimmerjahn-Labor herausgefunden, wie Mikroglia, die ansässigen angeborenen Immunzellen des Zentralnervensystems (ZNS), Störungen der Gehirnfunktion erkennen und darauf reagieren und wie dieses Wissen zur Kontrolle entzündlicher Erkrankungen genutzt werden kann.
  • Nimmerjahns Labor hat die Entwicklung neuer Mikroskopietechniken vorangetrieben, um zu messen, wie Zellen im Rückenmark sensorische Informationen kodieren. Das Team zeigte, dass Astrozyten, ein wichtiger regulatorischer Zelltyp im ZNS, eine koordinierte Aktivität als Reaktion auf schädliche, aber nicht harmlose Hautreize zeigen. Die Ergebnisse deuten auf neue und unerwartete Rollen dieser Zellen bei Schmerzstörungen hin.
  • Nimmerjahn und Kollegen verwendeten modernste Mikroskopieansätze, um den Zusammenbruch der Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​nach einem Schlaganfall sichtbar zu machen. Sie fanden heraus, dass eine schrittweise Beeinträchtigung verschiedener zellulärer Mechanismen für die BHS-Defizite bei Schlaganfällen verantwortlich ist, was auf neue Wege zur Behandlung der Krankheit hinweist.
Edward Callaway

Edward Callaway

Professor
Labor für Systemneurobiologie
Vincent J. Coates Lehrstuhl für Molekulare Neurobiologie

Innovationen und Entdeckungen:

  • 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.
Adam Bowmann

Adam Bowmann

Salk Fellow

Innovationen und Entdeckungen:

  • Bowman entwickelte neue Technologien für das schnelle Gating von Weitfeldbildern, die es einem Standardkamerasensor – wie einem in einem Mobiltelefon – ermöglichen, Zeitinformationen im Nanosekundenbereich zu erfassen und so sechs Größenordnungen im zeitlichen Maßstab zu überbrücken.
  • Bowman nutzte diese Technologie, um die elektrooptische Fluoreszenzlebensdauermikroskopie (EO-FLIM) zu ermöglichen, die Weitfeldmessungen der Fluoreszenzlebensdauer mit Einzelmolekülempfindlichkeit ermöglichte.
  • Bowman demonstrierte, dass EO-FLIM zur Aufzeichnung von Aktionspotentialen und Neuronenmembranpotentialen in lebenden Zellen und Geweben mit Kilohertz-Bildfrequenzen unter Verwendung eines genetisch kodierten Spannungsindikators verwendet werden kann.
Samuel Pfaff

Samuel Pfaff

Professor
Genexpressionslabor
Benjamin H. Lewis Vorsitzender

Innovationen und Entdeckungen:

  • Das Pfaff-Labor entdeckte Neuronen im Rückenmark, die einen entscheidenden Regulierungsknoten für die Steuerung der motorischen Aktivität bilden, und entwickelte Mauslinien, die es ermöglichen, die Aktivität von Wirbelsäulenneuronen beim Gehen sichtbar zu machen.
  • Das Labor hat eine erstellt in vitro Modell der spinalen Muskelatrophie, um die grundlegenden Grundlagen der genetischen Signalwege zu definieren, die bei dieser Krankheit fehlschlagen. Die Gruppe arbeitete außerdem mit einem Team von Wissenschaftlern aus San Diego zusammen, um eine ALS-Therapie für Menschen zu entwickeln.
  • Pfaffs Labor nutzte die Genomsequenzierung, um molekulare Wege zu identifizieren, die an der Genregulation und der Entwicklung des Rückenmarks beteiligt sind. Mit diesem Wissen gelang es ihnen, aus embryonalen Stammzellen funktionelle Schaltkreise für die Wirbelsäulenmotorik zu entwickeln.
Rusty Gage

Rusty Gage

Professor
Labor für Genetik
Vi und John Adler Lehrstuhl für Forschung zu altersbedingten neurodegenerativen Erkrankungen

Innovationen und Entdeckungen:

  • Das Gage-Labor modelliert Krankheiten im Labor mithilfe von Stammzelltechnologien. Sie zeigten, dass aus den Hautzellen von Menschen mit Schizophrenie erzeugte Neuronen in frühen Entwicklungsstadien dysfunktional sind, was einen Hinweis darauf lieferte, wie die Krankheit frühzeitig erkannt und möglicherweise behandelt werden kann.
  • Durch die Sequenzierung der Genome einzelner Zellen zeigten Gage und Mitarbeiter, dass sich die Genomstrukturen einzelner Neuronen noch stärker voneinander unterscheiden als erwartet. Dies kann helfen, Unterschiede zwischen eng verwandten Personen zu erklären.
  • Gage und seine Kollegen entdeckten, dass das menschliche Gehirn im Laufe des Lebens neue Neuronen hervorbringen kann. Er fand auch heraus, dass Bewegung und kognitive Bereicherung die Fähigkeit des Gehirns steigern können, mehr Neuronen zu erzeugen.
Eiman Azim

Eiman Azim

Associate Professor
Labor für Molekulare Neurobiologie
William Scandling Entwicklungslehrstuhl

Innovationen und Entdeckungen:

  • Azim identifizierte Schaltkreise, die für die Steuerung bestimmter Bewegungsabläufe zuständig sind. Dies stützt die Annahme, dass das motorische System modular aufgebaut ist: Bestimmte Schaltkreise steuern das Greifen, andere das Greifen usw. Seine Arbeit zeigt, dass diese Organisation bei allen Säugetierarten gleich ist.
  • Azim untersuchte hemmende Neuronen im Rückenmark, die die Stärke eingehender sensorischer Rückmeldungen steuern, und zeigte, dass dieser Schaltkreis für die Aufrechterhaltung der Stabilität der Gliedmaßen während der Bewegung von wesentlicher Bedeutung ist.
  • Azim entschlüsselte einen Schaltkreis im Rückenmark, der Kopien motorischer Befehle an das Nervensystem weiterleitet und so das Gehirn über die laufenden Signale auf dem Laufenden hält. Seine Forschung zeigte, dass diese internen Kopiesignale durch das Kleinhirn geleitet werden und dazu genutzt werden können, Bewegungen sehr schnell zu aktualisieren. Dies unterstützt die Geschwindigkeit und Präzision geschickter Verhaltensweisen.
Martin Goulding

Martin Goulding

Professor
Labor für Molekulare Neurobiologie
Vorsitzender von Frederick W. und Joanna J. Mitchell

Innovationen und Entdeckungen:

  • Das Goulding-Labor hat ein umfassendes genetisches Toolkit und eine Reihe hochentwickelter Verhaltenstests entwickelt, die es ihnen ermöglichen, die Schaltkreise im Rückenmark, die sensorische Informationen verarbeiten und koordinierte Körperbewegungen erzeugen, funktionell zu analysieren.
  • Goulding hat sein Fachwissen über neuronale Schaltkreise der Wirbelsäule genutzt, um die Wege zu definieren, die Juckreiz und Schmerz übertragen und steuern, und so zu einem besseren Verständnis der zellulären Veränderungen zu gelangen, die chronischen Schmerzen und Juckreiz zugrunde liegen.
  • Gouldings Labor hat die Rolle beschrieben, die mehrere neuronale Zelltypen bei der Steuerung der Fortbewegung spielen. Ein besseres Verständnis dieser Schaltkreise sollte letztendlich bei der Entwicklung von Therapien für Krankheiten helfen, die motorische Fähigkeiten und das Gleichgewicht beeinträchtigen.
Talmo Pereira

Talmo Pereira

Salk Fellow

Innovationen und Entdeckungen:

  • Pereiras bahnbrechende Arbeit zeigte, wie Deep Learning genutzt werden kann, um eine markerlose Bewegungserfassung bei Tieren zu erreichen, die eine detaillierte Quantifizierung des Verhaltens ermöglicht.
  • Pereira und sein Team haben SLEAP entwickelt, ein Open-Source-Softwaretool, das KI-basierte Motion-Capture-Technologie für technisch nicht versierte Benutzer zugänglich macht. SLEAP wird mittlerweile von Tausenden von Forschern auf der ganzen Welt verwendet, um alles von subzellulären Organellen bis hin zu Walhaien zu untersuchen.
  • Pereira und sein Team haben gezeigt, wie mit künstlichen neuronalen Netzen simuliert werden kann, wie echte Gehirne Informationen verarbeiten.
Tatyana Sharpee

Tatyana Sharpee

Professor
Labor für Computational Neurobiology
Edwin K. Hunter Stuhl

Innovationen und Entdeckungen:

  • Tatyana Sharpee nutzt fortschrittliche Methoden aus Mathematik, Statistik und Physik, um die Prinzipien zu ermitteln, nach denen Neuronen im Gehirn und Rückenmark Energie und Informationen austauschen.
  • Sharpee entwickelte ein prägnantes Schema, wie visuelle Neuronen Selektivität für Formen und Texturen visueller Objekte kombinieren können.
  • Sharpee und Mitarbeiter haben eine Theorie entwickelt, die erklärt, wann es für einen Organismus von Vorteil ist, neue Arten von Neuronen zu verwenden. Diese Theorie könnte dabei helfen, die Anzahl der einzelnen neuronalen Typen im Gehirn zu katalogisieren und zu bestimmen. Durch Erweiterungen dieser Theorie lässt sich berechnen, wie viele Informationen eine große Anzahl von Neuronen gemeinsam über eingehende Reize übermitteln. Bisher war dies nur für wenige Neuronen möglich, mittlerweile kann die Methode mit der Leistungsfähigkeit experimenteller Methoden mithalten, die Tausende von Neuronen gleichzeitig erfassen.
Terrence Sejnowski

Terrence Sejnowski

Professor und Laborleiter
Labor für Computational Neurobiology
Francis Crick-Vorsitzender

Innovationen und Entdeckungen:

  • Das Sejnowski-Labor nutzt Computermodellierungstechniken, um zu fassen, was wir über das Gehirn wissen, und um Hypothesen darüber zu testen, wie Gehirnzellen Informationen verarbeiten, sortieren und speichern.
  • Sie entwickelten ein neues Modell dafür, wie Erinnerungen während des Schlafs gefestigt – oder im Gehirn gespeichert – werden. Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass einige Erinnerungen im Schlaf verstärkt werden, während andere, als weniger wichtig erachtete Erinnerungen verloren gehen. Mehr darüber zu erfahren, wie das Gehirn Erinnerungen speichert, könnte Forschern helfen zu verstehen, wie das Gedächtnis bei Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit beeinflusst wird.
  • Sejnowski baute auf einem Computermodell auf, das zeigt, wie Neuronen elektrische Impulse übertragen, und fand einen unerwarteten Zusammenhang zwischen einem zellulären Kanal und einem Kaliumstrom – das Verhältnis der Dichten zwischen den beiden bestimmt, ob Neuronen richtig feuern können, und lieferte neue Erkenntnisse über die Symptome von Multipler Sklerose.