Джо З. Цзянь - Joe Z. Tsien

Джо З. Цзянь нейробиолог, пионер Cre / lox-нейрогенетики в середине 1990-х,[1] универсальный набор инструментов для нейробиологов для изучения сложных взаимоотношений между генами, нервными цепями и поведением.[2] Он также известен как создатель умной мыши. Дуги в конце 1990-х, будучи преподавателем Принстонского университета.[3][4] Недавно он разработал Теория связи в попытке объяснить происхождение интеллекта или основной принцип построения, лежащий в основе вычислений и интеллекта мозга.[5][6] Теория утверждает, что вычисления в мозге организованы логикой перестановки на основе степени двойки при построении сборок ячеек - основных строительных блоков нейронных цепей.[7] Теория получила первоначальное подтверждение в результате экспериментов. Открытие этой базовой вычислительной логики мозга может иметь важные последствия для развития общего искусственного интеллекта.

Образование

Цзянь получил A.B. Кандидат биологии / физиологии Восточно-Китайского педагогического университета в Шанхае (1984). Цзянь получил докторскую степень. в области молекулярной биологии Миннесотского университета в 1990 году.

Карьера

В начале и середине 1990-х Цзянь работал с двумя нобелевскими лауреатами, доктором Эриком Канделом из Колумбийского университета и доктором Сусуму Тонегава из Массачусетского технологического института. В 1997 году Цзянь стал преподавателем кафедры молекулярной биологии Принстонского университета, где он генетически сконструировал и создал Дуги, умную мышь. В 2007 году Цзянь запустил ПРОЕКТ ДЕКОДИРОВАНИЯ МОЗГА, в рамках которого он возглавил команду нейробиологов, компьютерных ученых и математиков, которые систематически регистрировали и расшифровывали нейронные коды в мозге мыши, при финансовой поддержке, частично поддерживаемой Исследовательским альянсом Джорджии. Проект Цзяня по декодированию мозга предоставил ценный тестовый пример и вдохновил других нейробиологов в Европе и США начать крупномасштабные проекты, такие как BRAIN Initiative и Human BRAIN Projects в 2013 году.

Цзянь в настоящее время работает в Китае и продолжает работать директором Консорциума международных проектов по декодированию мозга.

Исследование

Цзянь был пионером Cre-loxP -опосредованные генетические методы, специфичные для субрегионов мозга и типов клеток, в 1996 г.,[2] позволяя исследователям манипулировать или вводить любые ген в определенной области мозга или данном типе нейрон.[1] Этот преобразующий метод привел к Национальные институты здравоохранения США Blueprint for Neuroscience Research при запуске нескольких проектов Cre-driver Mouse Resource. За последние 20 лет нейрогенетика, опосредованная рекомбинацией Cre-lox, превратилась в одну из самых мощных и универсальных технологических платформ для нокаута клеточно-специфических генов, трансгенной сверхэкспрессии, трассировка нейронных цепей, Brainbow, оптогенетика, ЯСНОСТЬ, отображение напряжения и химическая генетика.[1][8][9]

Цянь также широко известен как создатель умной мыши. Дуги.[10] Работая на факультете Принстонского университета, Цзянь предположил, что одна из субъединиц рецептора NMDA может содержать ключ к лучшему обучению и памяти в молодом возрасте. Соответственно, его лаборатория генетически сконструировала трансгенную мышь, у которой они сверхэкспрессировали NR2B подразделение Рецептор NMDA в мышке кора и гиппокамп. В 1999 году его команда сообщила, что трансгенная мышь по прозвищу Дуги действительно продемонстрировала усиление синаптическая пластичность и улучшенное обучение и удержание, а также большая гибкость в изучении новых моделей.[3] Открытие NR2B как ключевого генетического фактора улучшения памяти побудило других исследователей открыть более двух десятков других генов улучшения памяти, многие из которых регулируют путь NR2B.[11] Одна из стратегий улучшения памяти на основе NR2B, через пищевые добавки проникающего в мозг магний ион L-треонат магния, в настоящее время проходит клинические испытания за улучшение памяти.[12][13]

Цзянь также сделал несколько других важных открытий, в том числе унифицированный механизм сборки клеток для объяснения того, как эпизодическая память и семантическая память генерируются в схемах памяти.[14][15][16] Его лаборатория также обнаружила клетки гнезда в мозгу мыши, показав, как животные распознают абстрактное понятие гнезда или дома.[17][18]

Цзянь также первым показал, что дефектные гены Альцгеймера (например, пресенилин-1) нарушают нейрогенез у взрослых в зубчатые извилины гиппокампа,[19] выявление роли взрослого нейрогенеза в очищении памяти.[20][21]

Кроме того, Цзянь разработал метод, способный выборочно стирать воспоминания о выборе, такие как особые воспоминания о страхе, в мозгу мыши.[22][23]

Цзянь также продемонстрировал, что рецептор NMDA в дофаминовом контуре играет решающую роль в формировании привычки.[24][25][26]

Цзянь в настоящее время возглавляет команду нейробиологов, компьютерных ученых и математиков, которые работают над проектом декодирования мозга.[27] крупномасштабное исследование активности мозга, которое он и его коллеги начали с 2007 года при поддержке Исследовательского альянса Джорджии (GRA).[28]

В 2015 году Цзянь разработал Теория связи объяснить принцип конструкции, на основе которого эволюция и развитие могут сконструировать мозг, способный генерировать интеллект.[5][6] Эта теория сделала шесть предсказаний, которые получили подтверждающие доказательства в результате недавней серии экспериментов как на мозге мыши, так и на мозге хомяка.[7] По своей сути Теория связи предсказывает, что скопления клеток в мозге не случайны, а должны соответствовать уравнению степени двойки, N = 2я - 1, чтобы сформировать предварительно сконфигурированный строительный блок, называемый функциональным мотивом связности (FCM). Вместо того, чтобы использовать один нейрон в качестве вычислительной единицы в очень простом мозге, теория указывает на то, что в большинстве мозгов группа нейронов, демонстрирующих сходные настраивающие свойства, называемая нейронная клика, должен служить основным вычислительным процессором (ЦП). Определяется уравнением на основе степени двойки, N = 2я - 1, каждая FCM состоит из клик нейронов главной проекции (N), начиная от тех конкретных клик, получающих определенные информационные входы (i), до тех общих и подобщих клик, получающих различные комбинаторные сходящиеся входные данные. Как эволюционно законсервированная логика, ее подтверждение требует экспериментальной демонстрации следующих трех основных свойств: 1) Анатомическая распространенность - FCM преобладают в нервных цепях, независимо от общих анатомических форм; 2) Сохранение видов - FCM сохраняются у разных видов животных; и 3) когнитивная универсальность - FCM служат универсальной вычислительной логикой на уровне сборки клеток для обработки разнообразного когнитивного опыта и гибкого поведения. Что еще более важно, это Теория связи далее предсказывает, что комбинаторный паттерн связи между конкретными и общими внутри FCM должен быть предварительно сконфигурирован эволюцией и возникать в процессе разработки в качестве вычислительных примитивов мозга. Этот предложенный принцип конструкции может также объяснить общее назначение и вычислительный алгоритм неокортекса. Этот предлагаемый принцип построения интеллекта можно исследовать с помощью различных экспериментов, а также смоделировать нейроморфные инженеры и компьютерные ученые. Та же самая логика перестановки, основанная на силе двух, недавно была описана для процессов лексического поиска у людей, что показывает параллели с вычислительной базой квантового компьютера.[29][30] Однако доктор Джо Цзянь предупреждает, что общий искусственный интеллект, основанный на принципах работы мозга, может принести большую пользу и, возможно, даже больший риск.[31]

Признание

Цзянь получил награды за свой исследовательский вклад, в том числе:

  • Премия выдающегося ученого 2012 года от Международного общества поведенческой и нейронной генетики
  • Премия имени Кека для молодых ученых
  • Премия Берроуза Велкома молодому исследователю
  • Премия за научные достижения от Ассоциации американцев китайского происхождения
  • Премия Бекмана молодому исследователю

Научно-популярная

Цзянь написал статьи в Scientific American в областях нейробиология улучшения памяти и декодирования памяти.[4][32] Он написал главы по обучению и памяти для нескольких популярных учебников.

Историография

Согласно книге династии Сун, Тунчжи, Фамилия Цянь (Цзянь) происходит от одного из легендарных пяти императоров (Чжуаньсюй, мифологический император древнего Китая, Династия Шан, Китайский: ○). Император Чжуаньсюй (кит. Трад. 顓 頊, упрощ. 颛 顼, пиньинь Zhuānxū), также известный как Гаоян (t 高 陽, s ​​高 阳, p Gāoyáng), который был внуком первого китайского императора, известного как император, правил долиной Желтой реки , происхождение Китая, во втором тысячелетии до нашей эры с 2514 г. до н.э. - 2436 г. до н.э. (ранний бронзовый век). В период пяти династий и десяти королевств (907-960) король Цянь Лю и его потомки правили независимым королевством Wuyue в юго-восточном Китае. Джо Цзянь родился в 1962 году в Уси и является 42-м поколением потомков Цянь Лю.

Рекомендации

  1. ^ а б c Tsien et al. (1996). "Нокаут гена, ограниченного субрегиональным и клеточным типом, в мозге мыши". Клетка. 87 (7): 1317–1326. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 81826-7. PMID  8980237.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  2. ^ а б Tsien JZ. (2016). Cre-lox нейрогенетика: 20 лет разностороннего применения в исследованиях мозга и подсчете ... Фронт. Genet. | DOI: 10.3389 / fgene.2016.00019. http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fgene.2016.00019/abstract
  3. ^ а б Тан, Ю.П .; Симидзу, Э; Дубэ, ГР; Рэмпон, К; Kerchner, GA; Чжо, М; Лю, G; Цзянь, JZ (сентябрь 1999 г.). «Генетическое улучшение обучения и памяти у мышей». Природа. 401 (6748): 63–9. Bibcode:1999 Натур 401 ... 63 т. Дои:10.1038/43432. PMID  10485705.
  4. ^ а б Цзянь, Создание мышки-умника. Scientific American, апрель, стр. 62-68, 2000 г. http://www.bio.utexas.edu/courses/kalthoff/bio346/PDF/Readings/11Tsien%282000%29brainier.pdf
  5. ^ а б Цзянь, JZ (2016). «Принципы интеллекта: об эволюционной логике мозга». Передний. Syst. Неврологи. 9: 186. Дои:10.3389 / fnsys.2015.00186. ЧВК  4739135. PMID  26869892.
  6. ^ а б Цзянь, Дж. З. (ноябрь 2015 г.). «Постулат об основной логике подключения мозга». Тенденции Neurosci. 38 (11): 669–71. Дои:10.1016 / j.tins.2015.09.002. ЧВК  4920130. PMID  26482260.
  7. ^ а б Xie et al. (2016). «Вычисления мозга организованы с помощью логики перестановок на основе степени двойки». Границы системной нейробиологии. 10: 95. Дои:10.3389 / fnsys.2016.00095. ЧВК  5108790. PMID  27895562.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  8. ^ Танигучи, Н; Он, М; Ву, П; Ким, S; Paik, R; Сугино, К; Квициани, Д; Fu, Y; Лу, Дж; Линь, У; Миёси, G; Shima, Y; Fishell, G; Нельсон, SB; Хуанг, З.Дж. (22 сентября 2011 г.). "Ресурс линий Cre-драйвера для генетического нацеливания ГАМКергических нейронов в коре головного мозга". Нейрон. 71 (6): 995–1013. Дои:10.1016 / j.neuron.2011.07.026. ЧВК  3779648. PMID  21943598.
  9. ^ Линии Cre, описанные в JAX Cre Resource (http://cre.jax.org/data.html)
  10. ^ Уэйд, Николас (1999-09-07). "УЧЕНЫЙ В РАБОТЕ: Джо З. Цзянь; Об умных мышах и еще более умном человеке". Нью-Йорк Таймс. ISSN  0362-4331.
  11. ^ Лерер, Иона (14 октября 2009 г.). «Неврология: маленькие, пушистые… и умные». Новости природы. 461 (7266): 862–864. Дои:10.1038 / 461862a. PMID  19829344.
  12. ^ Сираноски, Дэвид (2012). «Тестирование стимулирующего действия магния на мозг». Природа. Дои:10.1038 / природа.2012.11665.
  13. ^ Лю, G; Weinger, JG; Лу, З.Л .; Сюэ, Ф; Садехпур, С. (2015). «Эффективность и безопасность MMFS-01, усилителя плотности синапсов, для лечения когнитивных нарушений у пожилых людей: рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое исследование». J Alzheimers Dis (2015 27 октября).
  14. ^ Линь, L; Osan, R; Шохам, S; Джин, Вт; Цзо, Вт; Цзянь, JZ (апрель 2005 г.). «Идентификация блоков кодирования сетевого уровня для представления эпизодических переживаний в гиппокампе в реальном времени». Proc Natl Acad Sci U S A. 102 (17): 6125–30. Bibcode:2005ПНАС..102.6125Л. Дои:10.1073 / pnas.0408233102. ЧВК  1087910. PMID  15833817.
  15. ^ Линь, L; Osan, R; Цзянь, JZ (январь 2006 г.). «Принципы организации кодирования памяти в реальном времени: нейронные кликовые сборки и универсальные нейронные коды». Тенденции Neurosci. 29 (1): 48–57. Дои:10.1016 / j.tins.2005.11.004. PMID  16325278.
  16. ^ The Boston Globe: мышь, которая вспомнила поездку «Ужас Диснея», пробуждает проницательность мозга. http://archive.boston.com/yourlife/health/mental/articles/2005/04/12/the_mouse_that_remembered/?page=full
  17. ^ Линь, L; Чен, G; Куанг, Н; Wang, D; Цзянь, JZ (апрель 2007 г.). «Нейронное кодирование концепции гнезда в мозгу мыши». Proc Natl Acad Sci U S A. 104 (14): 6066–71. Bibcode:2007ПНАС..104.6066Л. Дои:10.1073 / pnas.0701106104. ЧВК  1851617. PMID  17389405.
  18. ^ https://www.newscientist.com/article/dn11460-like-goldilocks-mice-know-a-bed-thats-just-right
  19. ^ Фэн; и другие. (2001). «Недостаточный нейрогенез у мышей с нокаутом по пресенилину-1, специфичным для переднего мозга, связан со сниженным клиренсом следов гиппокампа». Нейрон. 32 (5): 911–26. Дои:10.1016 / s0896-6273 (01) 00523-2. PMID  11738035.
  20. ^ Новости журнала Nature. http://www.nature.com/news/2001/011207/full/news0111213-2.html
  21. ^ "Нейрогенез - механизм хранения, очистки памяти? | ALZFORUM".
  22. ^ Цао; и другие. (Октябрь 2008 г.). «Индуцируемое и избирательное стирание воспоминаний в мозгу мыши посредством химико-генетических манипуляций». Нейрон. 60 (2): 353–66. Дои:10.1016 / j.neuron.2008.08.027. ЧВК  2955977. PMID  18957226.
  23. ^ Препарат «Вечное сияние» выборочно стирает воспоминания New Scientist. https://www.newscientist.com/article/dn15025-eternal-sunshine-drug-selectively-erases-memories
  24. ^ Ванга; и другие. (2011). «Рецепторы NMDA в дофаминергических нейронах имеют решающее значение для обучения привычкам». Нейрон. 72 (6): 1055–1066. Дои:10.1016 / j.neuron.2011.10.019. ЧВК  3246213. PMID  22196339.
  25. ^ Wall Street Journal: Как нас удерживают привычки. http://archive.boston.com/yourlife/health/mental/articles/2005/04/12/the_mouse_that_remembered/?page=full
  26. ^ Видео Резюме из журнала НЕЙРОН. https://www.youtube.com/watch?v=IVX69AXdYaw
  27. ^ «Проект декодирования мозга».
  28. ^ Цзянь, Джо З .; Ли, Мэн; Осан, Ремус; Чен, Гуйфэнь; Линь, Лонянь; Ван, Филипп Лей; Фрей, Сабина; Фрей, Джульетта; Чжу, Дацзян; Лю, Тяньминь; Чжао, Фанг; Куанг, Хуэй (2013). «О начальном картировании мозговой активности эпизодического и семантического кода памяти в гиппокампе». Нейробиология обучения и памяти. 105: 200–210. Дои:10.1016 / j.nlm.2013.06.019. ЧВК  3769419. PMID  23838072.
  29. ^ Элен Ф, Фромм О, Вонберг И., Клостерманн Ф (2016). «Преодоление двойственности: объединенная функция Бусфилда для моделирования словообразования в задачах на беглость речи». Психономический бюллетень и обзор. 23: 1354–1373. Дои:10.3758 / s13423-015-0987-0.
  30. ^ Фромм О, Клостерман Ф, Элен Ф (2020). "Модель векторного пространства для функций нейронной сети: вдохновение из сходства между теорией связности и логарифмическим временным ходом словопроизводства" Проверять | url = ценить (помощь). Границы системной нейробиологии. Дои:10.3389 / fnsys.2020.00058.
  31. ^ Цзянь, Джо З. (2016). «Принципы интеллекта: эволюционная логика мозга». Границы системной нейробиологии. 9: 186. Дои:10.3389 / fnsys.2015.00186. ISSN  1662-5137. ЧВК  4739135. PMID  26869892.
  32. ^ Цзянь, Код памяти, Scientific American, июль 2007 г .; http://redwood.psych.cornell.edu/courses/psych512fall07/papers/Tsien_memorycode_07.pdf

внешняя ссылка