logo dell'istituto salk

Centro di biofotonica avanzata Waitt

Incontra gli scienziati

Salk Institute for Biological Studies - Waitt Advanced Biophotonics Center - Incontra gli scienziati

Incontra gli scienziati

 
Axel Nimmerjahn

Dott. Axel Nimmerjahn

Professore e Direttore
Centro di biofotonica avanzata Waitt
Sedia Françoise Gilot

Innovazioni e scoperte:

  • Utilizzando approcci genetici e di imaging, il laboratorio Nimmerjahn ha scoperto come la microglia, le cellule immunitarie innate residenti nel sistema nervoso centrale (SNC), riconoscono e rispondono ai disturbi della funzione cerebrale e come questa conoscenza può essere sfruttata per controllare le condizioni infiammatorie.
  • Il laboratorio di Nimmerjahn ha guidato lo sviluppo di nuove tecniche di microscopia per misurare il modo in cui le cellule del midollo spinale codificano le informazioni sensoriali. Il team ha dimostrato che gli astrociti, un importante tipo di cellule regolatrici del sistema nervoso centrale, mostrano un'attività coordinata in risposta a stimoli cutanei nocivi, ma non innocui. I risultati indicano ruoli nuovi e inaspettati di queste cellule nei disturbi del dolore.
  • Nimmerjahn e colleghi hanno utilizzato approcci di microscopia all'avanguardia per visualizzare la rottura della barriera emato-encefalica (BEE) dopo un ictus. Hanno scoperto che il progressivo deterioramento di diversi meccanismi cellulari è responsabile dei deficit della BEE nell'ictus, indicando nuove modalità di trattamento della malattia.
Edward Callaway

Edward Callaway

Insegnante
Laboratorio di neurobiologia dei sistemi
Cattedra Vincent J. Coates in Neurobiologia Molecolare

Innovazioni e scoperte:

  • Il laboratorio di Callaway ha sviluppato uno strumento che utilizza un virus della rabbia modificato per tracciare singole connessioni tra neuroni, una tecnica ora utilizzata in tutto il mondo.
  • Il laboratorio ha utilizzato i suoi innovativi metodi di tracciamento dei circuiti per ottenere una mappa dettagliata delle connessioni con specifici tipi di cellule nei gangli della base, un'area del cervello collegata sia al movimento che al processo decisionale e implicata nelle malattie di Parkinson e Huntington. Questi studi forniscono informazioni su come diversi tipi di cellule nella struttura dei gangli della base contribuiscano al controllo motorio e al processo decisionale.
  • Callaway ha mappato le connessioni tra le cellule della retina dell'occhio e quelle del cervello e ha scoperto che esiste un'unica autostrada di connessioni che ha il solo scopo di consentire all'occhio e al cervello di lavorare insieme per percepire i movimenti verticali o laterali.
Adam Bowmann

Adam Bowmann

Membro del Salk Fellow

Innovazioni e scoperte:

  • Bowman ha sviluppato nuove tecnologie per il gating rapido di immagini a campo ampio, che consentono a un sensore di una fotocamera standard, come quello di un telefono cellulare, di catturare informazioni temporali nell'ordine dei nanosecondi, coprendo sei ordini di grandezza nella scala temporale.
  • Bowman ha utilizzato questa tecnologia per abilitare la microscopia elettro-ottica della durata della fluorescenza (EO-FLIM), che ha consentito misurazioni ad ampio campo della durata della fluorescenza con sensibilità a singola molecola.
  • Bowman ha dimostrato che EO-FLIM può essere utilizzato per registrare i potenziali d'azione e il potenziale di membrana dei neuroni in cellule e tessuti vivi a frequenze di fotogrammi dell'ordine dei kilohertz, utilizzando un indicatore di tensione codificato geneticamente.
Samuele Pfaff

Samuele Pfaff

Insegnante
Laboratorio di espressione genica
Presidente Benjamin H. Lewis

Innovazioni e scoperte:

  • Il laboratorio Pfaff ha scoperto neuroni all'interno del midollo spinale che formano un nodo regolatore fondamentale per il controllo dell'attività motoria e ha sviluppato linee di topi che consentono di visualizzare l'attività dei neuroni spinali durante la camminata.
  • Il laboratorio ha creato un in vitro modello di atrofia muscolare spinale per definire le basi fondamentali dei percorsi genetici che alterano questa malattia. Il gruppo ha anche collaborato con un team di scienziati di San Diego per sviluppare una terapia per la SLA per gli esseri umani.
  • Il laboratorio di Pfaff ha utilizzato il sequenziamento del genoma per identificare i percorsi molecolari coinvolti nella regolazione genica e nello sviluppo del midollo spinale. Grazie a queste conoscenze, sono riusciti a creare circuiti motori spinali funzionali a partire da cellule staminali embrionali.
Calibro arrugginito

Calibro arrugginito

Insegnante
Laboratorio di Genetica
Cattedra Vi e John Adler per la ricerca sulle malattie neurodegenerative legate all'età

Innovazioni e scoperte:

  • Il laboratorio Gage simula le malattie in laboratorio utilizzando tecnologie basate sulle cellule staminali. Hanno dimostrato che i neuroni generati dalle cellule cutanee delle persone affette da schizofrenia presentano disfunzioni nelle prime fasi dello sviluppo, fornendo un'idea su come individuare e potenzialmente curare la malattia in fase precoce.
  • Sequenziando i genomi di singole cellule, Gage e collaboratori hanno dimostrato che le strutture genomiche dei singoli neuroni differiscono tra loro ancora più del previsto. Questo potrebbe aiutare a spiegare le differenze tra individui strettamente imparentati.
  • Gage e i suoi colleghi hanno scoperto che il cervello umano può dare origine a nuovi neuroni nel corso della vita. Hanno anche scoperto che l'esercizio fisico e l'arricchimento cognitivo possono aumentare la capacità del cervello di generare più neuroni.
Eiman Azim

Eiman Azim

Professore Associato
Laboratorio di neurobiologia molecolare
William Scandling, Presidente dello Sviluppo

Innovazioni e scoperte:

  • Azim ha identificato circuiti dedicati al controllo di specifiche caratteristiche del movimento, avvalorando l'idea che esista un'organizzazione modulare del sistema motorio, ovvero che alcuni circuiti controllano il raggiungimento, altri la presa e così via. Il suo lavoro contribuisce a dimostrare che questa organizzazione è condivisa tra le specie di mammiferi.
  • Azim ha studiato i neuroni inibitori nel midollo spinale che controllano l'intensità del feedback sensoriale in arrivo e ha dimostrato che questo circuito è essenziale per mantenere la stabilità dell'arto durante il movimento.
  • Azim ha mappato un circuito spinale che trasmette copie di comandi motori all'interno del sistema nervoso, contribuendo a mantenere il cervello consapevole del suo output in corso. La sua ricerca ha dimostrato che questi segnali di copia interna vengono incanalati attraverso una parte del cervello chiamata cervelletto e possono essere utilizzati per aggiornare i movimenti molto rapidamente, supportando la velocità e la precisione di comportamenti qualificati.
Martyn Goulding

Martyn Goulding

Insegnante
Laboratorio di neurobiologia molecolare
Frederick W. e Joanna J. Mitchell, presidenti

Innovazioni e scoperte:

  • Il laboratorio Goulding ha creato un kit completo di strumenti genetici e una serie di sofisticati test comportamentali che consentono di analizzare funzionalmente i circuiti del midollo spinale che elaborano le informazioni sensoriali e generano movimenti corporei coordinati.
  • Goulding ha sfruttato la sua competenza nei circuiti neurali spinali per definire i percorsi che trasmettono e controllano prurito e dolore, fornendo una migliore comprensione dei cambiamenti cellulari alla base del dolore cronico e del prurito.
  • Il laboratorio di Goulding ha delineato il ruolo svolto da diversi tipi di cellule neuronali nel controllo della locomozione. Una migliore comprensione di questi circuiti dovrebbe in futuro contribuire allo sviluppo di terapie per le patologie che compromettono le capacità motorie e l'equilibrio.
Talmo Perera

Talmo Perera

Membro del Salk Fellow

Innovazioni e scoperte:

  • Il lavoro pionieristico di Pereira ha dimostrato come l'apprendimento profondo possa essere utilizzato per ottenere una cattura del movimento senza marcatori negli animali, consentendo una quantificazione dettagliata del comportamento.
  • Pereira e il suo team hanno sviluppato SLEAP, uno strumento software open source che rende la tecnologia di motion capture basata sull'intelligenza artificiale accessibile anche a utenti non tecnici. SLEAP è ora utilizzato da migliaia di ricercatori in tutto il mondo per studiare ogni cosa, dagli organelli subcellulari agli squali balena.
  • Pereira e il suo team hanno dimostrato come le reti neurali artificiali possano essere utilizzate per simulare il modo in cui i cervelli reali elaborano le informazioni.
Tatyana Sharpee

Tatyana Sharpee

Insegnante
Laboratorio di neurobiologia computazionale
Sedia Edwin K. Hunter

Innovazioni e scoperte:

  • Tatyana Sharpee utilizza metodi avanzati tratti dalla matematica, dalla statistica e dalla fisica per tracciare i principi in base ai quali i neuroni nel cervello e nel midollo spinale scambiano energia e informazioni.
  • Sharpee ha sviluppato uno schema conciso su come i neuroni visivi possono combinare la selettività con le forme e le texture degli oggetti visivi.
  • Sharpee e i suoi collaboratori hanno elaborato una teoria che spiega quando diventa vantaggioso per un organismo utilizzare nuovi tipi di neuroni. Questa teoria potrebbe aiutare a catalogare e determinare il numero di diversi tipi di neuroni nel cervello. Estensioni di questa teoria consentono di calcolare la quantità di informazioni che un gran numero di neuroni trasmette congiuntamente sugli stimoli in arrivo. In precedenza, questo era possibile solo per pochi neuroni, mentre ora il metodo può tenere il passo con la capacità dei metodi sperimentali che registrano migliaia di neuroni simultaneamente.
Terrence Sejnowski

Terrence Sejnowski

Professore e Responsabile del Laboratorio
Laboratorio di neurobiologia computazionale
Sedia Francis Crick

Innovazioni e scoperte:

  • Il laboratorio Sejnowski utilizza tecniche di modellazione computerizzata per cercare di sintetizzare ciò che sappiamo sul cervello e per testare ipotesi su come le cellule cerebrali elaborano, ordinano e immagazzinano le informazioni.
  • Hanno sviluppato un nuovo modello per spiegare come i ricordi si consolidano, o vengono immagazzinati nel cervello, durante il sonno. I ricercatori hanno ipotizzato che alcuni ricordi si rafforzino durante il sonno, mentre altri, ritenuti meno importanti, vadano perduti. Scoprire di più su come il cervello immagazzina i ricordi potrebbe aiutare i ricercatori a comprendere come la memoria venga influenzata da disturbi come il morbo di Alzheimer.
  • Sejnowski si è basato su un modello computerizzato del modo in cui i neuroni trasmettono gli impulsi elettrici e ha scoperto un collegamento inaspettato tra un canale cellulare e una corrente di potassio: il rapporto tra le densità dei due determina se i neuroni possono attivarsi correttamente, fornendo nuove conoscenze sui sintomi della sclerosi multipla.