Gordon M. Shepherd - Gordon M. Shepherd

Gordon Murray Shepherd (narozen 1933) je a neuro vědec který provedl základní experimentální a výpočetní výzkum toho, jak jsou neurony organizovány mikroobvody provádět funkční operace nervového systému. Používání čichového systému jako modelu, který pokrývá více úrovní prostoru, času a disciplín, se jeho studie pohybovala od molekulárních po behaviorální, což uznává každoroční přednáška na Yale University o „integrativní neurovědě“. V současné době je profesorem emeritního neurovědy na Lékařská fakulta Yale.

Brzká práce

V roce 1963 absolvoval elektrofyziologii na VŠE čichová žárovka vytvořil jeden z prvních diagramů mikroobvodu mozku. V návaznosti na tuto práci spolupracoval s Wilfridem Rallem, který právě založil novou oblast výpočetní neurovědy, na NIH na konstrukci prvních výpočetních modelů mozkových neuronů: mitrální a granulární buňky. Tato predikce dříve neznámých dendrodendritických interakcí mezi mitrálními a granulovanými buňkami, následně potvrzená elektronovou mikroskopií. Předpokládalo se, že tyto interakce zprostředkovávají laterální inhibici při zpracování senzorického vstupu a také generují oscilační aktivitu při zpracování zápachu. Model navrhl aktivní vlastnosti v dendritech, které byly následně potvrzeny, prostřednictvím kterých model odpovídá za ne-topografické interakce v celém čichovém bulbu. Tento příspěvek byl zařazen do série „Eseje o APS Classic Papers“:[1]

„Pravděpodobně ale cesta síly Rallových děl (a možná výpočetní neurovědy obecně) je dokumentem Rall a Shepherda v časopise Journal of Neurophysiology z roku 1968. Na rozdíl od většiny ostatních Rallových studií, které poskytly koncepční rámec, je tato jiná, protože se skutečně potápěla do vnitřností konkrétního systému, čichové žárovky. “

Dalším řešeným problémem bylo, jak jsou pachy zastoupeny v mozku. Spolupráce v roce 1975 s využitím nových metod zobrazování mozku, poprvé odhalil, že pachy jsou kódovány různými vzory prostorové aktivity v čichových glomerulech čichové cibulky. To ukázalo, že nervový základ pachu u obratlovců zahrnuje reprezentaci pachu podle vzorců glomerulární aktivity („pachové obrazy“), které jsou poté zpracovány široce distribuovanými mikroobvody čichové cibulky.

Mezi vzory vyvolanými pachy bylo zaměření na „modifikovaný glomerulární komplex“, první ze subsystému „náhrdelníku glomerulů“ v hlavní čichové baňce, který přijímá specifický vstup z čichových receptorů, které reagují na pachové podněty prostřednictvím druhého posla cyklického GMP Systém.

Shepherdova laboratoř použila čichovou žárovku jako obecný model pro integrační působení neuronových dendritů. To ukázalo, že dendrity mohou obsahovat více výpočetních jednotek; zpětné šíření akčních potenciálů v dendritech provádí specifické funkční operace; a dendritické trny mohou fungovat jako polonezávislé jednotky vstupu a výstupu. Laboratoř také poskytla základní obvod pro čichovou kůru.[2] Byly předpokládány nové koncepty, které by nahradily klasickou „neuronovou doktrínu“, a byl zaveden termín „mikroobvod“ pro charakterizaci specifických vzorců synaptických interakcí v nervovém systému.

Nedávné a současné studie

Shepherdovy studie zobrazování pachů byly rozšířeny o použití funkčního MRI na vysokém poli (7 a 9 Tesla), práce začaly s jeho dlouholetým kolegou Charlesem Greerem a členy Yale Imaging Center. Laboratoř zavedla metody sledování virů k odhalení široce rozptýlených shluků granulárních buněk, u nichž se předpokládá, že jsou nezbytné pro zpracování distribuovaných glomerulů aktivovaných pachovými podněty. Tato experimentální data byla použita k vytvoření nových 3D výpočetních modelů distribuovaných obvodů mitrálních a granulárních buněk k získání vhledu do podstaty zpracování, které je základem vnímání vůně.[3]

Co jsou to smyslové „primitivy“, které se zpracovávají jako základ vnímání pachu? Tento základní problém byl napaden modelováním molekulárních interakcí mezi molekulami pachu a nově objevenými čichovými receptory. Na molekulách zápachu byly identifikovány „determinanty“, které aktivují specifická místa na receptorech, aby kódovaly identitu molekuly zápachu.[4]

Nové ocenění lidského čichu navrhlo nové zaměření na retronazální vůni, která aktivuje rozsáhlý „chuťový systém“ v lidském mozku; to vedlo v roce 2015 k nové oblasti „neurogastronomie“, založené na jeho knize tohoto jména[5] který má mezi svými cíli posílení porozumění faktorům přispívajícím k obezitě a dalším poruchám příjmu potravy. Kolem tohoto konceptu byla vytvořena nová společnost a každoroční setkání s názvem International Society for Neurogastronomy. Stejné principy byly použity v degustaci vín v neuroenologii [6] Tyto principy jsou ilustrovány animací pro Neurogastronomy [7] a neuroenologie.[8]

Čichová žárovka vyčnívá do čichové kůry, která vyčnívá do neokortexu, kde dochází k vnímání pachu. Rané studie s Lewisem Haberlym o čichové kůře vedly k základnímu obvodu pyramidových buněk se zpětnou vazbou a boční excitací a inhibicí jako základem pro vyšší čichové zpracování. Současné studie s paleontologem Timothy Rowem naznačují, že během evoluce byl tento základní třívrstvý mikroobvod kombinován s plazivou hřbetní kůrou a vytvořil tak neokortex.

Jeho laboratoř patřila k původní skupině, která pole založila neuroinformatika s prvním financováním Projekt lidského mozku v roce 1993. Domovskou stránkou je „SenseLab“, která obsahuje sadu 9 databází podporujících výzkum čichových receptorů, pachové mapy, neuronální a dendritické vlastnosti a modely neuronů a mikroobvodů. SenseLab založili Shepherd, Perry Miller, zakladatel Yale Center for Medical Informatics, a Michael Hines, zakladatel široce používaného modelovacího programu NEURON.

Částečná bibliografie

  • Shepherd, G.M. (1974). Synaptická organizace mozku. New York: Oxford University Press.
  • Shepherd, G.M. (1983). Neurobiologie. New York: Oxford University Press.
  • Shepherd, G.M. (1991). Základy neuronové doktríny. New York: Oxford University Press.
  • Segev, I., Rinzel, J. a Shepherd, G.M. (Eds.). (1995). Theoretical Foundation of Dendritic Function: Selected Papers of Wilfrid Rall. Cambridge, Massachusetts: MIT Press
  • Shepherd, G.M. (2010). Vytváření moderních neurověd: revoluční padesátá léta. New York: Oxford University Press
  • Shepherd, G.M. and Grillner, S. (Eds.) (2010). Příručka mozkových mikroobvodů. New York: Oxford University Press

Vyznamenání

Reference

  1. ^ Segev, já; „Co říkají neurony dendrity a jejich synapse?“ J. Neurophysiol. 95: 1295–97 "
  2. ^ Tyto a další nové principy organizace neuronů byly shrnuty v „Synaptické organizaci mozku“ v roce 1974, která prošla 5 edicemi s 2743 citacemi v Google Scholar. Gordon M. Shepherd (2004). Synaptická organizace mozku. Páté vydání. Oxford University Press. ISBN  978-0-19-515956-1.
  3. ^ Migliore M, Shepherd GM; Dendritické akční potenciály se připojují distribuované dendrodendritické obvody J Comp Neurosci 24 (2): 207-21. 2007 Nawroth JC, Greer CA.
  4. ^ Zpěvačka MS; „Analýza molekulárního základu pro oktanové interakce v exprimovaném čichovém receptoru potkana I7“ Chemical Senses 25: 155–65
  5. ^ Gordon M. Shepherd (2011). Neurogastronomy: Jak mozek vytváří chuť a proč na tom záleží. Columbia University Press. ISBN  978-0-231-15910-4.
  6. ^ Gordon M. Shepherd (2017). Neuroenologie: Jak mozek vytváří chuť vína. Columbia University Press. ISBN  978-0-231-17700-9.
  7. ^ "Neurogastronomy: Jak mozek vytváří chuť z jídla". Lékařská fakulta Yale. Citováno 2019-07-25.
  8. ^ „Neuroenologie: Jak mozek vytváří chuť vína“. Lékařská fakulta Yale. Citováno 2019-07-25.