Insegnante
Laboratorio di neurobiologia computazionale
Laboratorio di biologia integrativa
Sedia Edwin K. Hunter
Il laboratorio di Tatyana Sharpee cerca di comprendere il funzionamento del cervello e di altri sistemi biologici mentre i loro componenti sono in continua evoluzione. Ad esempio, quando un bambino cresce, nuovi neuroni vengono aggiunti ai circuiti. In età adulta, le connessioni tra i neuroni vengono costantemente aggiunte e rimosse man mano che apprendiamo nuove competenze e informazioni. Invecchiando, iniziamo a perdere parte della funzionalità di queste connessioni. Nonostante questi cambiamenti, manteniamo un costante senso di sé e possiamo ricordare gli eventi per decenni. Anche all'interno dei singoli neuroni, le proteine vengono costantemente aggiornate, eppure si raggiunge il giusto equilibrio per garantire la corretta segnalazione da parte loro. Ciononostante, manteniamo lo stesso senso di "sé" e possiamo ricordare gli eventi per decenni. A peggiorare ulteriormente il problema, l'ambiente in cui opera il cervello è in continua evoluzione, quindi Sharpee e colleghi stanno lavorando per comprendere i segnali ottimali a cui il cervello dovrebbe prestare attenzione nell'ambiente e per comprendere le prescrizioni ottimali per l'adattamento ai cambiamenti ambientali.
Tatyana Sharpee utilizza metodi avanzati tratti da matematica, statistica e fisica per delineare i principi attraverso i quali i miliardi di neuroni del cervello scambiano energia e informazioni. In particolare, utilizza la teoria dell'informazione (un insieme di concetti matematici comunemente impiegati nei sistemi di comunicazione e finanza) per quantificare l'attività dei neuroni e, in un'area di ricerca, lavora per determinare come sono organizzate le caratteristiche all'interno delle aree del cervello responsabili della trasmissione dei nostri sensi, tra cui la vista, l'udito e l'olfatto. Svelare il funzionamento di questi sensi fondamentali contribuirebbe a sviluppare nuovi trattamenti e interfacce cervello-macchina per i pazienti con alterazioni di questi sistemi che possono verificarsi a seguito di ictus, demenza o schizofrenia. Inoltre, Sharpee e il suo gruppo stanno utilizzando le alterazioni dei sistemi sensoriali come strumenti diagnostici per trovare nuovi trattamenti per una serie di disturbi neurologici che colpiscono il cervello in senso più ampio, tra cui autismo, morbo di Alzheimer, schizofrenia, depressione e ansia.
Il gruppo di Sharpee ha scoperto un nuovo modo di organizzare gli odori e il senso dell'olfatto. Hanno scoperto che gli odori provenienti dagli ambienti naturali possono essere descritti da una superficie curva, simile a una patatina Pringle's, e matematicamente nota per avere una metrica iperbolica. Hanno anche scoperto che la nostra percezione dell'olfatto è organizzata in modo simile, in modi che facilitano una stima accurata del contenuto di frutta in base agli odori.
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.
Laurea Magistrale in Fisica, Università Nazionale dell'Ucraina, Kiev, Ucraina
Dottorato di ricerca in fisica, Michigan State University
Ricercatore post-dottorato Sloan-Swartz, Università della California, San Francisco
