Descripció del Projecte
La Projecte CRCNS: Canvis relacionats amb l'edat en la dinàmica cortical subjacent de la memòria de treball pretén descobrir els mecanismes computacionals i neuronals subjacents a la memòria de treball (la funció cognitiva per emmagatzemar i manipular informació temporalment) durant el procés d'envelliment normal.
L'envelliment normal sovint s'acompanya d'una disminució del rendiment cognitiu, especialment en tasques i activitats on la memòria de treball està implicada. Aquest deteriorament pot estar relacionat amb canvis estructurals i fisiològics relacionats amb l'edat a nivell de cèl·lula única del cervell, amb un impacte en els circuits neuronals locals, així com en les connexions de llarg abast responsables de la transmissió d'informació entre diferents àrees cerebrals. Actualment no tenim una comprensió mecanicista de com aquestes alteracions afecten el funcionament de la xarxa i, per tant, el rendiment de la memòria de treball.
Aquest projecte reuneix un equip interdisciplinari d'investigadors que abordarà aquest problema mitjançant un nou enfocament que combina experiments psicofísics, anatòmics i fisiològics amb teoria i modelització computacional.
Identificar els mecanismes subjacents als canvis relacionats amb l'edat en la memòria de treball pot ajudar a trobar estratègies per restaurar la funció a nivell cel·lular, circuital i cognitiu i la qualitat de vida de les persones que envelleixen. Les dades obtingudes també seran un recurs valuós per a la comunitat internacional de neurociència en general per desenvolupar més investigacions en aquesta àrea.
Objectius específics
Comprovarem la teoria que la memòria de treball sorgeix de la interacció coordinada d'una xarxa distribuïda de regions cerebrals i que la disminució del rendiment de la memòria de treball relacionada amb l'edat és causada per alteracions en ambdues àrees localitzades i com aquestes àrees es comuniquen entre elles.
El projecte té els següents objectius específics:
Objectiu 1: efectes de l'envelliment sobre les neurones, les vies de la substància blanca i l'estat de repòs fMRI associats a les còrtexs prefrontals visuals i laterals primàries
L'objectiu 1, realitzat principalment al laboratori de Luebke, se centra en l'anàlisi de dades experimentals obtingudes de micos joves, de mitjana edat i d'edat.
Objectiu 2: Desenvolupar un model de xarxa neuronal computacional multiàrea per estudiar la memòria de treball espacial amb l'envelliment
A l'objectiu 2, el laboratori de Wimmer aprofitarà els conjunts de dades experimentals per desenvolupar un model de xarxa multiàrea format per circuits corticals visuals, parietals posteriors i prefrontals.
Objectiu 3: Interpretació basada en models i validació experimental dels mecanismes neuronals subjacents a la disminució de la memòria de treball relacionada amb l'edat
Finalment, l'objectiu 3 caracteritzarà els efectes de l'envelliment sobre la dinàmica de la xarxa i el rendiment de la memòria de treball en el model per identificar possibles mecanismes compensatoris. Això informarà addicionalment els experiments de validació per provar experimentalment les prediccions del model.
Equip de recerca
Jennifer Luebke
Departament d'Anatomia i Neurobiologia, Escola de Medicina de la Universitat de Boston (BU), EUA
El Dr. Luebke és professor de Waterhouse i president del Departament d'Anatomia i Neurobiologia de la Boston University School of Medicine (BUSM). La Dra. Luebke es va doctorar en Anatomia i Neurobiologia per la BUSM i després va completar una primera beca postdoctoral en neurofisiologia a la Harvard Medical School i una segona beca postdoctoral en neurofisiologia a la Tufts University School of Medicine. El Dr. Luebke manté un laboratori en el qual s'utilitzen tècniques de patch-clamp, farciment intracel·lular, Patch-Seq, microscòpia electrònica i immunohistoquímica de cèl·lules senceres per examinar les propietats de les neurones en rodanxes in vitro de neocòrtex de mico i ratolí transgènic. La recerca se centra en la diversitat neuronal en diferents àrees i espècies corticals i en la vulnerabilitat selectiva de les neurones en aquestes àrees. Les variables avaluades inclouen els patrons de trets potencials d'acció (i els corrents iònics subjacents), les propietats de resposta sinàptica glutamatèrgica i GABAèrgica, l'arquitectura dendrítica detallada i la transcriptòmica. La investigació del Dr. Luebke està finançada pel NIH.
LLOC WEB
Klaus Wimmer
Centre de Recerca Matemàtica (CRM), Barcelona, Spain
El Dr. Klaus Wimmer és líder de grup al Centre de Recerca Matemàtica de Barcelona, Espanya. Va rebre un doctorat. en neurociència computacional per la Technische Universität Berlin, i després va completar beques postdoctorals a l'IDIBAPS Barcelona, la Universitat de Rochester i la Universitat Pompeu Fabra. Ell i el seu grup estan interessats en la dinàmica de microcircuits corticals mitjançant modelització computacional. En particular, estudien els mecanismes de xarxes neuronals subjacents a la memòria de treball i la presa de decisions. El Dr. Wimmer té una àmplia experiència en la modelització i simulació de circuits neuronals i en l'anàlisi quantitativa (basada en models) de dades neurofisiològiques (enregistraments individuals i multiunitats, potencials de camp locals), dades de neuroimatge (fMRI) i dades de comportament.
LLOC WEB
Sara Ibañez
Centre de Recerca Matemàtica (CRM), Barcelona, Spain
La Sara és becària postdoctoral sènior del Centre de Recerca Matemàtica (CRM). Anteriorment, va treballar com a postdoctoral júnior al Franklin & Marshall College de Pennsilvània i a la Boston University School of Medicine, en un projecte conjunt que estudia l'efecte dels canvis relacionats amb l'edat en les neurones piramidals individuals del mico rhesus sobre la dinàmica de xarxa subjacent. memòria de treball. Va fer el seu doctorat en Física a la UPV/EHU.
LLOC WEB
PUBLICACIONS
Luebke JI, Medalla M, Amatrudo J, Weaver CM, Crimins JL, Hunt B, Hof PR, Peters A. (2015) Canvis relacionats amb l'edat a les cèl·lules piramidals de la capa 3 a l'escorça visual del mico rhesus. Escorça cerebral. Juny;25(6):1454-68. PMID: 24323499
Coskren P, Kabaso D, Wearne SL, Yadav A, Hof PR, Luebke JI, Weaver, CM. (2015) Conseqüències funcionals dels canvis morfològics relacionats amb l'edat en les cèl·lules piramidals a l'escorça prefrontal del mico rhesus. J Neurosciència computacional. 38(2):263-83. PMID: 25527184
Rumbell TH, Dragulji D, Yadav A, Luebke JI, Hof PR, Weaver CM (2016) Optimització evolutiva automatitzada de les conductàncies i la cinètica dels canals iònics en models de neurones piramidals de mico rhesus joves i envellits. J Comput Neurosci. 41(1):65-90. PMID: 27106692.
Ibañez S, Luebke JI, Chang, W, Draguljić D, Weaver C (2020) Els models de xarxa prediuen que la hiperexcitabilitat de la neurona piramidal i la pèrdua de sinapsis en el dlPFC condueixen a un deteriorament de la memòria de treball espacial relacionat amb l'edat en micos rhesus. Front Computació Neurosci. 2020 de gener de 17;13:89. PMID: 32009920
Wimmer K, Spinelli P, Pasternak T. (2016) Les neurones prefrontals representen senyals de moviment de tot el camp visual, però per a les comparacions guiades per la memòria depenen de les neurones que proporcionen aquests senyals. J Neurosci. doi:10.1523/jneurosci.0843-16.2016
Wimmer K, Nykamp DQ, Constantinidis C, Compte A. (2014) La dinàmica de l'atractor de cops a l'escorça prefrontal explica la precisió del comportament a la memòria de treball espacial. Nat Neurosci. doi:10.1038/nn.3645
