Илана Б. Виттен - Википедия - Ilana B. Witten

Илана Б. Виттен
Родившийся
Принстон, Нью-Джерси, НАС.
НациональностьАмериканец
Альма-матерА.Б. Принстонский университет, доктор философии. и постдокторантура Стэнфордского университета
ИзвестенОптогенетика и роль холинергических интернейронов в наркозависимости
НаградыПремия Даниэля X Фридмана 2017, Премия исследователя нейробиологии NYSCF-Робертсон 2017-2022, Сотрудничество Саймонса в Global Brain Investigator, 2017-2022 Соучредитель по инициативе BRAIN, 2014-2016 Премия ученых Макнайта в области нейробиологии, 2014-2015 НАРСАД Премия молодого исследователя, 2013–2017 гг. Стипендия Пью в области биомедицинских наук, 2013–2015 гг. Исследовательская стипендия Альфреда П. Слоана, 2012–2017 гг. Премия директора NIH за новаторство.
Научная карьера
ПоляНеврология
УчрежденияУниверситет Принстона

Илана Б. Виттен американский нейробиолог и доцент кафедры психологии и нейробиологии в Принстонском институте нейробиологии в Университет Принстона в Нью-Джерси. Виттен изучает дофаминергическую схему вознаграждения в среднем мозге, уделяя особое внимание механизмам стриатарной нейронной схемы, управляющим обучением вознаграждению и принятием решений.

ранняя жизнь и образование

Виттен вырос в Принстон, Нью-Джерси, где ее родители были профессорами в Университет Принстона.[1] Ее отец, Эдвард Виттен, был физиком-теоретиком и профессором математики в Университет Принстона, и ее мать, Кьяра Наппи был профессором физики.[1] Виттен присутствовал Принстонская средняя школа в своем родном городе, а затем оставалась недалеко от дома, посещая Университет Принстона для ее высшего образования.[1] Сестра Виттена, Даниэла Виттен К тому же он был хорошо успевающим студентом и получил степень бакалавра математики и биологии в Стэнфордском университете.[2]

В Принстон Виттен специализировалась на физике, но именно во время учебы в бакалавриате она увлеклась биологией, особенно неврологией.[1] В течение своего первого года в Принстоне Виттен работала научным сотрудником в лаборатории Ли Меррилл Сильвер, изучение молекулярной биологии и генетики.[3] Позже, изучая степень бакалавра, Виттен присоединилась к лаборатории Майкл Дж. Берри, где она провела исследование своей кандидатской диссертации по вычислительной нейробиологии.[4] Ее дипломная работа на уровне бакалавриата была названа «Тестирование метаболической эффективности нейронного кода сетчатки» и была награждена кафедрой физики.[4] Виттен окончил Принстон с A.B. по физике в 2002 г.[1]

Вдохновленная своим исследовательским опытом в бакалавриате, Виттен продолжила свое последипломное образование в области нейробиологии в Стэндфордский Университет в 2003 г.[5] Под наставничеством Эрик Кнудсен Виттен исследовал нейробиологические механизмы внимания и стратегии обработки информации в центральной нервной системе сов.[6]

Обработка сенсорной информации у сипух

Прогнозирование - это фундаментальные нейронные вычисления, выполняемые мозгом для определения соответствующих поведенческих реакций на изменяющуюся и неопределенную среду.[7] В своей ранней дипломной работе Виттен изучала, как конкретная нейронная цепь в Сипуха предсказывает местонахождение движущихся слуховых раздражителей.[7] Оптический тектум - это область мозга сипухи, которая помогает ориентировать взгляд совы на слуховой стимул, и это обеспечивается нейронами, кодирующими информацию из слуховой системы, для создания топографической карты слухового пространства.[7] Виттен хотел понять, как это топографический карта меняется при движении слуховых раздражителей.[7] Она обнаружила, что слуховые рецептивные поля обостряются и смещаются в зависимости от положения стимула, показывая, что слуховые поля совершают прогностические сдвиги, чтобы отслеживать местоположение слуховых стимулов.[7]

Затем Виттен заинтересовался исследованием того, как мозг обнаруживает единичный объект, когда он должен интегрировать различные сенсорные стимулы и информацию из различных каналов.[8] Используя Хеббийская пластичность Модель Виттен предположил, что синаптическая пластичность, лежащая в основе обнаружения и представления объектов в мозге, является результатом разницы в пространственных представлениях одного типа входных данных по сравнению с другим.[8] Она обнаружила, что степень пластичности каждого канала сенсорного ввода зависит от силы и ширины рецептивного поля этого канала.[8] С более сильными входными данными, определяющими пластичность, это могло бы объяснить развитие и поддержание согласованных сенсорных представлений в мозге.[8]

Использование оптогенетики для анализа цепей вознаграждения

После защиты доктора философии в 2008 году Виттен осталась в Стэнфорд для проведения постдокторских исследований в лаборатории Карл Дейссерот.[1] Под наставничеством Дейссерота Виттен научился использовать оптогенетический технологии для анализа генетически определенных типов клеток в нейронных цепях, и особый интерес Виттена вызвали холинергические нейроны в цепях вознаграждения мозга.[9] В первой авторской статье в Наука, опубликованном в 2010 году, Виттен проанализировал роль холинергических нейронов в прилежащее ядро которые, хотя и составляют только 1% локальных нейронов, играют важную роль в модуляции схем и поведения при вождении.[9] Кроме того, она обнаружила, что эти холинергические интернейроны активировались введением кокаина, но их подавление приводило к увеличению активности шиповидных нейронов со средним уровнем активности в NaC и предотвращало кондиционирование мышей кокаином.[9] Открытие Виттена подчеркнуло решающую роль, которую такая небольшая популяция нейронов может играть в опосредовании поведенческих результатов.[8]

Поскольку ингибирование холинергических интернейронов в полосатом теле улучшало обусловленность лекарственными средствами, Виттен и Deisseroth подал патент на использование оптогенетических технологий в холинергических интернейронах в NAc или полосатом теле.[10] Они предложили сначала использовать эту технологию, чтобы лучше понять поведение вознаграждения и зависимость на моделях грызунов, а затем воздействовать на конкретные нейронные цепи при лечении зависимых расстройств у людей путем введения в полосатое тело полинуклеотидов, кодирующих опсин.[10] Посредством оптической или электрической стимуляции эта технология позволит реализовать стратегии лечения с временной точностью для страдающих зависимостью.[10]

Затем Виттен захотела применить оптогенетику к моделям крыс, чтобы изучить схему нейронного вознаграждения, поэтому она создала линии драйверов Th :: Cre и Chat :: Cre для крыс.[11] С помощью этих новых линий драйверов Виттен ввел вирусы, чтобы выразить Cre -зависимый опсины в мозге крысы, чтобы прояснить причинную связь между возбуждением дофаминовых нейронов и положительным подкреплением в ее новых линиях-драйверах.[11] Виттен подтвердила, что стимуляция дофаминовых нейронов вентральной тегментальной области у крыс Th :: Cre действительно вызывала внутричерепную самостимуляцию, что подчеркивало силу ее инструмента для рассечения определенных нервных цепей у крыс с использованием оптогенетики, что ранее было невозможно.[11]

Виттен продолжала исследовать холинергические цепи в полосатом теле и роль дофаминовых нейронов в стимулировании поведения, связанного с вознаграждением, на протяжении всего своего пребывания в лаборатории Деиссерота и стала соавтором многих статей за четыре года работы в лаборатории.[12]

Карьера и исследования

После успешного постдокторского опыта в лаборатории Деиссерота Виттен был принят на работу в Университет Принстона, ее альма-матер, в 2012 году стала доцентом кафедры психологии и нейробиологии в Принстонском институте нейробиологии и на кафедре психологии.[1] Виттен начала свою лабораторию в Принстоне и занималась изучением нейронных цепей, управляющих обучением за вознаграждение и принятием решений на моделях грызунов.[5] Используя такие методы, как оптогенетика, поведение грызунов, электрофизиология, визуализация и компьютерное моделирование, Виттен и ее команда могут открыть новые механизмы, с помощью которых полосатое тело и другие схемы вознаграждения управляют поведением.[5] В 2018 году Илана была повышена до адъюнкт-профессора и получила право работать в Принстонском университете.[13]

Помимо своей роли главного исследователя, Виттен является членом комитета по приему аспирантов PNI, членом комитета по выбору URM для летней программы PNI, членом комитета по изменению учебной программы аспирантов, а также многие другие роли в комитете для поддержки ее сообщества нейробиологов в Принстоне.[5] Виттен также преподает на многих курсах в Принстоне и является членом BRAIN CoGS (Circuits of Cognitive Systems), проекта, финансируемого Национальным институтом здравоохранения (NIH) из семи лабораторий, чтобы понять, как функция рабочей памяти лежит в основе принятия решений.[14]

Рассмотрение схемы вознаграждения

В 2016 году Виттен и ее команда из Принстона опубликовали статью, в которой рассматривались различные функции разных популяций дофаминовых нейронов среднего мозга, определяемые их целевым участком полосатого тела.[15] Они обнаружили, что дофаминовые нейроны, которые проецируются в вентральное полосатое тело, имеют более сильную реакцию на потребление вознаграждения и прогнозирующие сигналы вознаграждения, тогда как дофаминовые нейроны, которые проецируются в дорсомедиальное полосатое тело, надежно реагируют на выбор противоположной стороны.[15] Хотя обе субпопуляции показали ошибку предсказания вознаграждения, результаты Виттена показывают, что отдельные точки входа дофамина поддерживают специализацию функции в полосатом теле.[15]

Продолжая изучать нейроны полосатого тела, участвующие в обучении за вознаграждение, Виттен вернулась к результатам своей постдокторской работы по холинергическим интернейронам полосатого тела, чтобы исследовать связь между профилями их активности, синаптической пластичностью и обучением за вознаграждение.[16] Виттен и ее команда обнаружили, что активность холинергических нейронов регулирует вымирание усвоенных ассоциаций кокаина с контекстом.[16] Кроме того, холинергические нейроны опосредуют стойкое снижение пресинаптического глутаматергического входа в средние шиповатые нейроны полосатого тела.[16] Эта работа впервые подчеркнула модулирующую роль холинергических интернейронов в полосатом теле.[16]

Цепи кодирования социальной и пространственной информации

Поскольку социальное взаимодействие по своей сути является полезным, Виттен заинтересовалась формированием части своей исследовательской программы, касающейся понимания обработки социальной информации в рамках дофаминергической системы вознаграждения. В 2017 году Виттен и ее команда исследовали уникальное подмножество прелимбических (PL) корковых нейронов, участвующих в социальном поведении, которые проецируются на прилежащее ядро ​​(NAc), миндалевидное тело и вентральную тегментальную область.[17] Интересно, что активация проекции PL-NAc привела к снижению социальных предпочтений, поэтому Виттен и ее команда попытались понять, какую информацию передает этот прогноз.[17] Они обнаружили, что он передает как пространственную, так и социальную информацию, которая позволяет формировать социально-пространственные ассоциации, которые определяют социальное поведение.[17]

Кодирование разнообразных дофаминовых нейронов

Затем Виттен и ее коллеги более тщательно проанализировали дофаминергические нейроны в VTA.[18] Хотя эти нейроны канонически связаны со схемой вознаграждения, они вовлечены в различные другие поведенческие переменные, поэтому Виттен интересовался их способностью кодировать вознаграждение, предсказывать сигналы вознаграждения, историю вознаграждения, пространственное положение, кинематику и поведенческий выбор.[18] Посредством визуализации кальция in vivo Виттен и ее команда обнаружили функциональные кластеры нейронов VTA DA, связанные как с переменными, связанными с вознаграждением, так и с переменными, не связанными с вознаграждением, и эти нейроны также были пространственно сгруппированы в VTA.[18]

Награды и отличия

  • Премия Даниэля X Фридмана за выдающиеся фундаментальные исследования 2017 г.[19]
  • 2017-2022 Награда исследователя неврологии NYSCF-Robertson[20]
  • 2017-2022 гг., Simons Collaboration on the Global Brain Investigator[21]
  • 2017-2022 гг. Соучредитель по инициативе BRAIN U19[22]
  • 2015-2019 NIH R01 (от NIMH) 2015 Награда за инновации PNI[23]
  • 2014-2016 Премия ученых Макнайта в области нейробиологии[24]
  • 2014-2017 гг. Соучредитель по инициативе BRAIN U01[23]
  • 2014-2015 Награда молодому исследователю НАРСАД[25]
  • Премия 2014 года от инновационного фонда Essig and Enright ’82[26]
  • Стипендия Пью в области биомедицинских наук 2013-2017 гг.[26]
  • 2013-2015 гг. Исследовательская стипендия Альфреда П. Слоана[27]
  • Премия Зимней конференции 2013 г.[26]
  • 2012-2017 награда директора NIH за новаторство[26]
  • 2009-2012 гг. Постдокторская стипендия Фонда Хелен Хэй Уитни[26]
  • 2008 Swartz Travel Fellowship для CoSyNe[26]
  • 2008 2003-2006 Стипендия для аспирантов NSF[26]
  • 2002 г. Премия Аллена Г. Шенстона по физике[26]
  • 2002 Высокие награды принстонского факультета физики[26]
  • 2002 номинация Общества почетных исследователей Сигмы Си[26]
  • Премия Lucent Technology 2000 принстонского факультета физики[26]
  • Стипендия Эдварда Дж. Блустейна 1998 г.[26]

Выберите публикации

  • Комбинированное социальное и пространственное кодирование в нисходящей проекции префронтальной коры. Муруган М., Пак М., Джанг Х. Дж., Миллер Э, Талиаферро Дж., Кокс Дж., Паркер Н. Ф., Бхаве В., Нектоу А., Подушка Дж., Виттен И. Б.. Клетка. Декабрь 2017.[12]
  • Диссоциированная последовательная активность и кодирование стимулов в нейронах полосатого тела во время пространственной рабочей памяти. Akhlaghpour H, Wiskerke J, Choi JY, Taliaferro J, Au J, Witten IB. eLife. 2016; 10.7554 / eLife.19507.[12]
  • Связывание холинэргических интернейронов, синаптической пластичности и поведения во время исчезновения кокаин-контекстной ассоциации. Ли Дж., Финкельштейн Дж., Чой Дж. Ю., Виттен И.Б. Нейрон. 2016 18 мая.[12]
  • Кодирование вознаграждения и выбора в терминалах дофаминовых нейронов среднего мозга зависит от мишени полосатого тела. Паркер Н.Ф., Кэмерон С., Талиаферро Дж., Чой Дж.Й., Ли Дж., Дэвидсон Т., Доу Н.Д., Виттен И.Б. Природа Неврологии. 2016 г. 25 апреля. Doi: 10.1038 / nn.4287.[12]
  • Мезолимбический дофамин динамически отслеживает и причинно связан с дискретными аспектами принятия решений, основанных на ценностях. Saddoris MP, Sugam JA, Stuber GD, Witten IB, Deisseroth K, Carelli RM. Биол Психиатрия. 2015 15 мая; 77 (10): 903-11. DOI: 10.1016 / j.biopsych.2014.10.024. Epub 2014 13 ноября.[12]
  • Оптическое подавление фазового высвобождения дофамина, вызванного лекарственными средствами. Маккатчеон Дж. Э., Кон Дж. Дж., Синон К. Г., Фортин С. М., Кантак П. А., Виттен И. Б., Дейссерот К., Стубер Г. Д., Ройтман М. Ф. Передние нервные цепи. 2014 Сентябрь 17; 8: 114. DOI: 10.3389 / fncir.2014.00114. Электронная коллекция 2014 г.[12]
  • Линии крыс, управляющих рекомбиназой: инструменты, методы и оптогенетическое применение для опосредованного дофамином подкрепления. Виттен IB *, Стейнберг E *, Ли SY, DavidsoTJ, Zalocusky KA, Brodsky M, Yizhar O, Cho SL, Gong S, Ramakrishnan C, Stuber GD, Tye K, Janak P, Deisseroth K. Neuron. 2011 декабря 8; 72 (5): 721-33.[12]
  • Холинергические интернейроны контролируют активность местных цепей и кондиционирование кокаина. Виттен И.Б. *, Лин С. *, Бродский М. *, Пракаш Р. *, Дистер I, Аникеева П., Градинару В., Рамакришнан С., Дейссерот К. Наука. 2010. 330 (6011): 1677-81.[12]
  • Иерархия доминирования слуховых пространственных сигналов у сипух. Виттен И.Б., Кнудсен П.Ф., Кнудсен Э.И. PLoS ONE. 2010; 5 (4): e10396.[12]
  • Правило обучения Хебба опосредует асимметричную пластичность в согласовании сенсорных представлений. Виттен И.Б., Кнудсен Э.И., Сомполинский Х. Журнал нейрофизиологии. 2008; 100 (2): 1067–79.[12]
  • Динамические сдвиги в карте слухового пространства совы предсказывают местоположение движущегося звука. Виттен И.Б. *, Берган Дж. Ф. *, Кнудсен Э. Природа Неврологии. 2006; 9 (11): 1439-45.[12]
  • Почему видеть значит верить: слияние слухового и зрительного миров. Виттен И.Б., Кнудсен Э.И. Нейрон. 2005; 48 (3): 489-96.[12]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм «Освещение мозга: нейробиолог Илана Виттен». Университет Принстона. Получено 2020-04-24.
  2. ^ «Полная биография». Даниэла Виттен. Получено 2020-04-24.
  3. ^ "Neurotree - Илана Б. Виттен". neurotree.org. Получено 2020-04-24.
  4. ^ а б Виттен, Илана Б. (2002). «Тестирование метаболической эффективности в нервном коде сетчатки». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ а б c d "Илана Виттен | Неврология". pni.princeton.edu. Получено 2020-04-24.
  6. ^ "Профиль Эрика И. Кнудсена | Стэнфордские профили". profile.stanford.edu. Получено 2020-04-24.
  7. ^ а б c d е Виттен, Илана Б .; Берган, Джозеф Ф .; Кнудсен, Эрик И. (ноябрь 2006 г.). «Динамические сдвиги в карте слухового пространства совы предсказывают местоположение движущегося звука». Природа Неврология. 9 (11): 1439–1445. Дои:10.1038 / nn1781. ISSN  1546-1726. PMID  17013379.
  8. ^ а б c d е Виттен, Илана Б .; Knudsen, Эрик I .; Сомполинский, Хаим (август 2008 г.). «Правило обучения Хебба опосредует асимметричную пластичность в согласовании сенсорных представлений». Журнал нейрофизиологии. 100 (2): 1067–1079. Дои:10.1152 / jn.00013.2008. ISSN  0022-3077. ЧВК  2525701. PMID  18525023.
  9. ^ а б c Виттен, Илана Б .; Линь, Ши-Чун; Бродский, Матвей; Пракаш, Рохит; Дистер, Илька; Аникеева, Полина; Градинару, Вивиана; Рамакришнан, Чару; Дейссерот, Карл (17 декабря 2010 г.). «Холинергические интернейроны контролируют активность местных цепей и кондиционирование кокаина». Наука. 330 (6011): 1677–1681. Bibcode:2010Sci ... 330.1677W. Дои:10.1126 / science.1193771. ISSN  1095-9203. ЧВК  3142356. PMID  21164015.
  10. ^ а б c «Патент США на оптогенетический контроль поведения, связанного с вознаграждением (патент № 9,992,981, выдан 12 июня 2018 г.) - Justia Patents Search». patents.justia.com. Получено 2020-04-24.
  11. ^ а б c Виттен, Илана Б .; Steinberg, Elizabeth E .; Ли, Су Ён; Дэвидсон, Томас Дж .; Zalocusky, Kelly A .; Бродский, Матвей; Ижар, Офер; Cho, Saemi L .; Гонг, Шиаочин; Рамакришнан, Чару; Стубер, Гаррет Д. (2011-12-08). «Линии крыс, управляющих рекомбиназой: инструменты, методы и оптогенетическое применение для опосредованного допамином подкрепления». Нейрон. 72 (5): 721–733. Дои:10.1016 / j.neuron.2011.10.028. ISSN  1097-4199. ЧВК  3282061. PMID  22153370.
  12. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м "Илана Б. Виттен - Публикации". neurotree.org. Получено 2020-04-24.
  13. ^ "Новости". Witten Lab. 2016-05-03. Получено 2020-04-24.
  14. ^ "МОЗГОВЫЕ ЦЕПИ". МОЗГОВЫЕ ЦЕПИ. Получено 2020-04-24.
  15. ^ а б c Паркер, Натан Ф .; Кэмерон, Кортни М .; Талиаферро, Джошуа П .; Ли, Джунук; Чой, Чон Юн; Дэвидсон, Томас Дж .; Доу, Натаниэль Д.; Виттен, Илана Б. (июнь 2016 г.). «Награда и выбор кодирования в терминалях дофаминовых нейронов среднего мозга зависит от мишени полосатого тела». Природа Неврология. 19 (6): 845–854. Дои:10.1038 / №4287. ISSN  1546-1726. ЧВК  4882228. PMID  27110917.
  16. ^ а б c d Ли, Джунук; Финкельштейн, Джоэл; Чой, Чон Юн; Виттен, Илана Б. (01.06.2016). «Связывание холинергических интернейронов, синаптической пластичности и поведения во время исчезновения ассоциации кокаинового контекста». Нейрон. 90 (5): 1071–1085. Дои:10.1016 / j.neuron.2016.05.001. ISSN  0896-6273. PMID  27210555.
  17. ^ а б c Муруган, М .; Парк, М .; Taliaferro, J .; Jang, H.J .; Cox, J .; Паркер, Н. Ф .; Bhave, V .; Nectow, A .; Подушка, J. ​​W .; Виттен, И. Б. (26.06.2017). «Комбинированное социальное и пространственное кодирование в нисходящей проекции префронтальной коры». bioRxiv: 155929. Дои:10.1101/155929.
  18. ^ а б c Энгельхард, Бен; Финкельштейн, Джоэл; Кокс, Джулия; Флеминг, Уэстон; Чан, Хи Джэ; Орнелас, Шарон; Коай, Сью Энн; Thiberge, Stephan Y .; Доу, Натаниэль Д.; Танк, Дэвид В .; Виттен, Илана Б. (июнь 2019 г.). «Специализированное кодирование сенсорных, моторных и когнитивных переменных в дофаминовых нейронах VTA». Природа. 570 (7762): 509–513. Bibcode:2019Натура.570..509E. Дои:10.1038 / s41586-019-1261-9. ISSN  1476-4687. ЧВК  7147811. PMID  31142844.
  19. ^ «Ужин, организованный Фондом исследований мозга и поведения« Клерман и Фридман »в ознаменование 30-летия получения научных грантов и награждения Научного совета Фонда». Фонд исследований мозга и поведения. 2017-07-27. Получено 2020-04-24.
  20. ^ «Нью-Йоркский фонд стволовых клеток объявляет о выпуске в 2017 году исследователей NYSCF - Робертсон». EurekAlert!. Получено 2020-04-24.
  21. ^ "Илана Виттен". Фонд Саймонса. 2017-08-22. Получено 2020-04-24.
  22. ^ «ОБНОВЛЕНИЕ: девять исследователей из Принстона получили награды NIH BRAIN Initiative». Университет Принстона. Получено 2020-04-24.
  23. ^ а б "Грантом: Поиск". Грантом. Получено 2020-04-24.
  24. ^ "Награжденные". Фонд Макнайта. Получено 2020-04-24.
  25. ^ Фонд, Исследования мозга и поведения. «Ужин, организованный Фондом исследований мозга и поведения Клермана и Фридмана в честь 30-летия получения научных грантов и награждения Научного совета Фонда». www.prnewswire.com. Получено 2020-04-24.
  26. ^ а б c d е ж грамм час я j k л «Кафедра психологии». Psy.princeton.edu. Получено 2020-04-24.
  27. ^ «Илана Виттен получает стипендию Пью и стипендию Фонда Слоуна | Неврология». pni.princeton.edu. Получено 2020-04-24.