Ilana B. Witten - Ilana B. Witten - Wikipedia

Ilana B. Witten je americký neurolog a docent psychologie a neurovědy v Princetonově neurovědeckém institutu na Univerzita Princeton v New Jersey. Witten studuje obvody dopaminergních odměn středního mozku se zaměřením na mechanismy nervového obvodu striatální, které řídí učení odměn a rozhodování.

raný život a vzdělávání

Witten vyrostl v Princeton, New Jersey, kde byli oba její rodiče profesory Univerzita Princeton.^[1] Její otec, Edward Witten, byl teoretický fyzik a profesor matematiky na Univerzita Princeton a její matka, Chiara Nappi byl profesorem fyziky.^[1] Witten se zúčastnil Princetonská střední škola ve svém rodném městě a poté zůstala blízko domova Univerzita Princeton za její vysokoškolské vzdělání.^[1] Wittenova sestra, Daniela Witten, byl také vysoce úspěšným studentem a vystudoval matematiku a biologii na Stanford University.^[2]

Na Princeton Witten vystudovala fyziku, ale až během vysokoškolského studia ji fascinovala biologie, konkrétně neurověda.^[1] Během prvního ročníku v Princetonu pracovala Witten jako výzkumná asistentka v laboratoři Lee Merrill Silver, studium molekulární biologie a genetiky.^[3] Později v rámci vysokoškolského studia se Witten připojila k laboratoři Michael J. Berry, kde provedla výzkum směrem k bakalářské práci z oblasti výpočetní neurovědy.^[4] Její bakalářská diplomová práce byla nazvána „Testování metabolické účinnosti v neurálním kódu sítnice“ a byla oceněna katedrou fyziky.^[4] Witten vystudoval Princeton s A.B. ve fyzice v roce 2002.^[1]

Inspirován svými vysokoškolskými výzkumnými zkušenostmi, Witten pokračovala v postgraduálním studiu neurovědy na Stanfordská Univerzita v roce 2003.^[5] Pod vedením mentora Eric Knudsen Witten prozkoumal neurobiologické mechanismy pozornosti a strategie zpracování informací v centrálním nervovém systému sov.^[6]

Zpracování senzorických informací u sovy pálené

Predikce je základní neurální výpočet prováděný mozkem za účelem zprostředkování vhodných reakcí chování na měnící se a nejisté prostředí.^[7] V rané Wittenově práci pro absolventy zkoumala, jak specifický nervový obvod v Sova pálená předpovídá umístění pohybových sluchových podnětů.^[7] Optické tektum je oblast mozku sovy pálené, která pomáhá orientovat pohled sov na sluchový podnět, a to je umožněno neurony kódujícími informace ze sluchového systému k vytvoření topografické mapy sluchového prostoru.^[7] Witten chtěl pochopit, jak to topografické změny mapy, když se pohybují sluchové podněty.^[7] Zjistila, že sluchová vnímavá pole se ostří a posouvají se stimulační polohou, což ukazuje, že sluchová pole vytvářejí prediktivní posuny ke sledování polohy sluchových stimulů.^[7]

Witten se poté začal zajímat o prozkoumání toho, jak mozek detekuje jedinečný objekt, když musí integrovat různé smyslové podněty a informace z různých kanálů.^[8] Používat Hebská plasticita Witten navrhl, že synaptická plasticita, která je základem detekce a reprezentace objektu v mozku, je výsledkem rozdílu v prostorových reprezentacích jednoho typu vstupu ve srovnání s jiným.^[8] Zjistila, že množství plasticity pro každý kanál smyslového vstupu záviselo na síle a šířce receptivního pole pro tento kanál.^[8] Díky silnějším vstupům, které vedou plasticitu, by to mohlo odpovídat za vývoj a údržbu zarovnaných senzorických reprezentací v mozku.^[8]

Použití optogenetiky k disekci obvodů odměn

Poté, co obhájila doktorát v roce 2008, Witten zůstala na Stanford provádět postdoktorandské studium v ​​laboratoři Karl Deisseroth.^[1] Pod Deisserothovým mentorováním se Witten naučil používat optogenetický technologie k pitvě geneticky definovaných buněčných typů v nervových obvodech a Wittenovým zvláštním zájmem byly cholinergní neurony v mozkových obvodech odměn.^[9] V článku prvního autora v Věda, publikovaná v roce 2010, Witten rozebral roli cholinergních neuronů v nucleus accumbens které, i když tvoří pouze 1% místních neuronů, hrají významnou roli při modulaci obvodů a chování při řízení.^[9] Dále zjistila, že tyto cholinergní interneurony byly aktivovány podáním kokainu, ale jejich umlčení vedlo ke zvýšené aktivitě středně ostnatých neuronů v NaC a zabránilo kondicionování kokainu u myší.^[9] Wittenův nález zdůraznil kritickou roli, kterou může tak malá populace neuronů hrát při zprostředkování výsledků chování.^[8]

Vzhledem k tomu, že inhibice cholinergních interneuronů ve striatu zlepšila kondici vyvolanou léky, Witten a Deisseroth podal patent na použití optogenetických technologií v cholinergních interneuronech v NAc nebo striatu.^[10] Navrhli nejprve použít tuto technologii k lepšímu pochopení chování odměňování a závislosti na modelech hlodavců a později se zaměřit na specifické nervové obvody při léčbě poruch závislosti u lidí prostřednictvím podávání polynukleotidů kódujících opsin do striata.^[10] Díky optické nebo elektrické stimulaci by tato technologie umožňovala časově přesné strategie léčby pro osoby trpící závislostí.^[10]

Witten poté chtěla aplikovat optogenetiku na krysí modely, aby prozkoumala obvody nervových odměn, a tak u potkanů ​​vytvořila linie ovladačů Th :: Cre a Chat :: Cre.^[11] S těmito novými řadami ovladačů Witten injektoval viry k expresi Cre -závislý opsiny v mozku potkana objasnit kauzální vztah mezi vypalováním dopaminových neuronů a pozitivním posílením v jejích nových rychlostních řadách.^[11] Wittenová potvrdila, že stimulace dopaminových neuronů neuronů dopaminové oblasti u potkanů ​​Th :: Cre vyvolala intrakraniální autostimulaci, která zdůraznila sílu jejího nástroje pro disekci specifických nervových obvodů u potkanů ​​pomocí optogenetiky, což dříve nebylo možné.^[11]

Witten nadále zkoumala cholinergní obvody ve striatu a roli dopaminových neuronů při řízení chování odměn po celou dobu v laboratoři Deisseroth a během svého čtyřletého působení v laboratoři se stala spoluautorkou mnoha článků.^[12]

Kariéra a výzkum

Po úspěšných postdoktorských zkušenostech v laboratoři Deisseroth byla Witten přijata Univerzita Princeton, její alma mater, se v roce 2012 stala asistentkou v oboru psychologie a neurovědy na Princetonově neurovědeckém institutu a katedře psychologie.^[1] Witten zahájila svou laboratoř v Princetonu a věnovala se zkoumání nervových obvodů, které vedly k učení odměn a rozhodování na modelech hlodavců.^[5] Pomocí technik, jako je optogenetika, chování hlodavců, elektrofyziologie, zobrazování a výpočetní modelování, jsou Witten a její tým schopni objevit nové mechanismy, kterými řídí chování striatální a jiné obvody odměňování.^[5] V roce 2018 byla Ilana povýšena na docentku a získala funkční období na Princetonské univerzitě.^[13]

Kromě role hlavní řešitelky je Witten členkou komise pro přijímání postgraduálních studentů PNI, členkou komise pro výběr URM pro letní program PNI, členkou komise pro redesign učebních osnov postgraduálního studenta a také mnoho dalších rolí výboru na podporu její Princetonské neurovědecké komunity.^[5] Witten také vyučuje mnoho kurzů na Princetonu a je členem BRAIN CoGS (Circuits of Cognitive Systems), což je 7-laboratorní projekt financovaný NIH, aby pochopil, jak funkce pracovní paměti stojí za rozhodováním.^[14]

Pitvající obvod odměn

V roce 2016 Witten a její tým v Princetonu publikovali článek zabývající se odlišnými funkcemi různých populací dopaminových neuronů středního mozku definovaných jejich striatální cílovou oblastí.^[15] Zjistili, že dopaminové neurony, které se promítají do ventrálního striata, mají silnější reakce na odměňování spotřeby a předpovědi odměňování, kde dopaminové neurony, které se promítají do dorsomediálního striata, robustně reagují na kontralaterální volby.^[15] Ačkoli obě subpopulace vykazovaly chybu předpovědi odměny, Wittenova zjištění ukazují, že odlišná místa vstupu dopaminových terminálů podporují specializaci funkce ve striatu.^[15]

Witten pokračovala ve studiu striatálních neuronů zapojených do učení odměn a vrátila se k poznatkům ze své postdoktorské práce o cholinergních striatálních interneuronech, aby prozkoumala souvislost mezi jejich profily aktivity, synaptickou plasticitou a učením odměn.^[16] Witten a její tým zjistili, že aktivita cholinergních neuronů reguluje asociace závislosti na kokainu v kontextu vymírání.^[16] Cholinergní neurony dále zprostředkovávají trvalé snižování presynaptického glutamatergického vstupu do středně ostnatých neuronů striata.^[16] Tato práce poprvé zdůraznila modulační roli cholinergních interneuronů ve striatu.^[16]

Obvody kódující sociální a prostorové informace

Protože sociální interakce je skutečně prospěšná, Witten se začala zajímat o formování části svého výzkumného programu týkajícího se porozumění zpracování sociálních informací v dopaminergním systému odměn. V roce 2017 Witten a její tým prozkoumali jedinečnou podskupinu prelimbických (PL) kortikálních neuronů zapojených do sociálního chování, které se promítají do oblasti nucleus accumbens (NAc), amygdaly a ventrální tegmentální oblasti.^[17] Je zajímavé, že aktivace projekce PL-NAc vedla ke snížení sociální preference, proto se Witten a její tým snažili pochopit, jaké informace tato projekce sdělovala.^[17] Zjistili, že sděluje jak prostorové, tak sociální informace, které umožňují vytváření sociálně-prostorových asociací, které vedou sociální chování.^[17]

Rozmanité kódování neuronů dopaminu

Witten a její kolegové poté důsledněji rozřezali dopaminergní neurony ve VTA.^[18] Ačkoli jsou tyto neurony kanonicky spojeny s obvody odměn, byly zapleteny do různých dalších proměnných chování, takže Witten se zajímal o zkoumání jejich schopnosti kódovat odměnu, předpovědi předpovědi odměny, historii odměn, prostorovou polohu, kinematiku a výběr chování.^[18] Prostřednictvím zobrazování vápníku in vivo Witten a její tým našli funkční shluky neuronů VTA DA spojených s proměnnými spojenými s odměnami i bez odměn a tyto neurony byly také prostorově seskupeny uvnitř VTA.^[18]

Ceny a vyznamenání

• Cena Daniela X. Freedmana za výjimečný základní výzkum^[19]
• Cena NYSCF-Robertson Neuroscience Investigator Award 2017–2022^[20]
• 2017-2022 Simons Collaboration on the Global Brain Investigator^[21]
• 2017-2022 Co-PI v iniciativě BRAIN U19^[22]
• 2015-2019 NIH R01 (od NIMH) 2015 PNI Innovation Award^[23]
• Cena McKnight Scholars Award 2014–2016 v oboru Neurovědy^[24]
• 2014-2017 Co-PI v rámci iniciativy BRAIN U01^[23]
• Cena mladého vyšetřovatele NARSAD 2014–2015^[25]
• Cena 2014 od Inovačního fondu Essig a Enright ’82^[26]
• 2013-2017 Pew stipendium v ​​biomedicínských vědách^[26]
• 2013-2015 Alfred P. Sloan Research Fellowship^[27]
• Cenu za zimní konferenci Brain Research Travel Award 2013^[26]
• Cena Nového inovátora NIH za období 2012–2017^[26]
• 2009-2012 Postgraduální stipendium Helen Hay Whitney Foundation^[26]
• 2008 Swartz Travel Fellowship pro CoSyNe^[26]
• 2008 2003-2006 Stipendijní stipendijní pobyt NSF^[26]
• Cena Allena G. Shenstonea za fyziku za rok 2002^[26]
• 2002 Vysoké vyznamenání udělované Princetonským oddělením fyziky^[26]
• 2002 Nominace společnosti Sigma Xi Research Honor Society^[26]
• Cena Lucent za technologii 2000 na katedře fyziky Princeton^[26]
• 1998 Stipendium Edwarda J. Blousteina^[26]

Vyberte publikace

• Kombinované sociální a prostorové kódování v sestupné projekci z prefrontální kůry. Murugan M, Park M, Jang HJ, Miller E, Taliaferro J, Cox J, Parker NF, Bhave V, Nectow A, Pillow J, Witten IB. Buňka. Prosince 2017.^[12]
• Disociovaná sekvenční aktivita a kódování stimulu ve striatálních neuronech během prostorové pracovní paměti. Akhlaghpour H, Wiskerke J, Choi JY, Taliaferro J, Au J, Witten IB. eLife. 2016; 10,7554 / eLife.19507.^[12]
• Propojení cholinergních interneuronů, synaptické plasticity a chování během zániku asociace kokain-kontext. Lee J, Finkelstein J, Choi JY, Witten IB. Neuron. 2016 18. května.^[12]
• Kódování odměn a volby v terminálech dopaminových neuronů středního mozku závisí na striatálním cíli. Parker NF, Cameron C, Taliaferro J, Choi JY, Lee J, Davidson T, Daw ND, Witten IB. Přírodní neurovědy. 2016 25. dubna doi: 10.1038 / nn.4287.^[12]
• Mesolimbický dopamin dynamicky sleduje a je kauzálně spojen s diskrétními aspekty rozhodování založeného na hodnotách. Saddoris MP, Sugam JA, Stuber GD, Witten IB, Deisseroth K, Carelli RM. Biol psychiatrie. 2015 15. května; 77 (10): 903-11. doi: 10.1016 / j.biopsych.2014.10.024. EPUB 2014 13. listopadu.^[12]
• Optické potlačení uvolňování fázového dopaminu vyvolaného léčivem. McCutcheon JE, Cone JJ, Sinon CG, Fortin SM, Kantak PA, Witten IB, Deisseroth K, Stuber GD, Roitman MF. Přední neurální obvody. 17. září 2014; 8: 114. doi: 10,3389 / fncir.2014.00114. eCollection 2014.^[12]
• Krysí linie rekombinázy-řidiče: nástroje, techniky a optogenetická aplikace na vyztužení zprostředkované dopaminem. Witten IB *, Steinberg E *, Lee SY, DavidsoTJ, Zalocusky KA, Brodsky M, Yizhar O, Cho SL, Gong S, Ramakrishnan C, Stuber GD, Tye K, Janak P, Deisseroth K. Neuron. 8. prosince 2011; 72 (5): 721-33.^[12]
• Cholinergní interneurony řídí aktivitu místního okruhu a úpravu kokainu. Witten IB *, Lin S *, Brodsky M *, Prakash R *, Diester I, Anikeeva P, Gradinaru V, Ramakrishnan C, Deisseroth K. Science. 2010. 330 (6011): 1677-81.^[12]
• Hierarchie dominance sluchových prostorových podnětů u sovy pálené. Witten IB, Knudsen PF, Knudsen EI. PLOS ONE. 2010; 5 (4): e10396.^[12]
• Hebbovské pravidlo učení zprostředkovává asymetrickou plasticitu při zarovnávání senzorických reprezentací. Witten IB, Knudsen EI, Sompolinsky H. Journal of Neurophysiology. 2008; 100 (2): 1067–79.^[12]
• Dynamické posuny v mapě sluchového prostoru sovy předpovídají umístění pohybujícího se zvuku. Witten IB *, Bergan JF *, Knudsen EI. Přírodní neurovědy. 2006; 9 (11): 1439-45.^[12]
• Proč vidět věří: sloučení sluchového a vizuálního světa. Witten IB, Knudsen EI. Neuron. 2005; 48 (3): 489-96.^[12]

Reference