Надин Гоголла - Nadine Gogolla - Wikipedia

Надин Гоголла
НациональностьНемецкий
Альма-матерБ.С. Марбургский университет, Германия, M.S. Inserm U546 Париж, Франция, доктор биологических наук, Институт биомедицинских исследований им. Фридриха Мишера и Базельский университет, докторская работа в Гарвардском университете
ИзвестенВыражение лица отражает эмоциональное состояние мышей
НаградыФонд Чарльза А. Кинга - стипендия за постдокторские исследования, долгосрочная стипендия программы Human Frontiers Science Program (HFSP), Мемориальный фонд медицинских исследований Джейн Коффин Чайлдс, премия Эда Фишера, лучшая докторская степень. Премия за диплом, Немецкий национальный фонд академических заслуг
Научная карьера
ПоляНеврология
УчрежденияИнститут нейробиологии Макса Планка в Мартинсрид, Германия

Надин Гоголла является руководителем исследовательской группы Институт нейробиологии Макса Планка в Мартинсрид, Германия, а также ассоциированным факультетом Высшей школы системной неврологии.[1] Гоголла исследует нейронные цепи, лежащие в основе эмоций, чтобы понять, как мозг интегрирует внешние сигналы, состояния чувств и эмоции для принятия взвешенных поведенческих решений. Гоголла известна своим открытием с использованием машинного обучения и двухфотонная микроскопия чтобы классифицировать выражения лица мыши по категориям, подобным эмоциям, и сопоставить эти выражения лица с нейронной активностью в островной коре.

Ранняя жизнь и образование

Гоголла изучала биологию человека в Институте биологии человека. Марбургский университет в Германии.[2] Сразу после окончания бакалавриата в 2002 году Гоголла получила степень магистра наук. в Inserm U546 в Париже, Франция, под руководством Роланд Либлау изучение нейроиммунных взаимодействий на моделях болезней.[2] Позже в 2002 году Гоголла поступила в аспирантуру по нейробиологии в Институт Фридриха Мишера биомедицинских исследований, связанных с Базельский университет в Базеле, Швейцария.[3][2] Под наставничеством Пико Карони, Гоголла исследовал регуляторные механизмы, управляющие структурной пластичностью мозга.[3]

Во время получения докторской степени Гоголла опубликовала несколько первых авторских статей в журнале Nature Protocols. В начале 2006 года Гоголла опубликовала свою первую статью в Протоколы природы описание инновационного метода подготовки культур органотипических срезов гиппокампа для долгосрочной живой визуализации до 6 месяцев in vitro.[4] Вскоре после этого Гоголла опубликовал еще одну статью в Nature Protocols, в которой изложил новый метод долгосрочной визуализации нервных цепей в органотипических культурах срезов гиппокампа.[5] Третий первый автор статьи Гоголлы в журнале Nature Protocols был опубликован в 2006 году, в нем также описан протокол окрашивания для органотипических культур срезов гиппокампа.[6] Используя эти методы, Гоголла смог закончить Summa Cum Laude в следующем 2007 году.[7] Диссертация Гоголлы называлась «Зависящие от опыта структурные перестройки синаптических связей в центральной нервной системе взрослого человека».[7] Ее диссертация выдвинула на первый план молекулярные механизмы, лежащие в основе зависимой от опыта пластичности в моховое волокно путь гиппокамп и она исследовала, как возраст и образ жизни влияют на эти механизмы in vitro.[7] Прежде чем получить степень доктора философии, Гоголла была соавтором статьи в Neuron, в которой описывались механизмы аксональной пластичности и роль аксональной пластичности в постоянном изменении локальной структуры цепи на протяжении всей жизни.[8]

После получения докторской степени в 2007 году Гоголла начала свою докторантуру в Гарвардский университет под наставничеством Такао Хенш.[9] В Гарварде Гоголла исследовал нейробиологические механизмы, лежащие в основе критических периодов развития мозга.[10] За это время Гоголла опубликовала две статьи, над которыми работала в аспирантуре. Первая статья, опубликованная в Neuron в 2009 году, показала, что эффекты обогащения окружающей среды на количество синапсов и структуру сети гиппокампа опосредуются передачей сигналов wnt в области CA3 гиппокампа.[11] Затем она опубликовала первую авторскую статью в журнале Science вместе со своей командой выпускников из Институт Фридриха Мишера, показывая, что часть внеклеточного матрикса, биологический материал, известный как хондроитинсульфат протегликаны, накапливается в миндалина формирование перинейрональный сети, защищающие воспоминания о страхе от стирания.[12] Как ни странно, унижая эти перинейрональные сети во взрослом возрасте использование фермента, расщепляющего протегликаны хондроитинсульфата, снова сделало воспоминания о страхе подверженными исчезновению.[12] Это открытие может вдохновить трансляционные исследования в области лечения таких заболеваний, как пост-травматическое стрессовое растройство, характеризующийся неспособностью устранить вызывающие страх воспоминания, ведущие к нарушениям поведения.[13] В 2009 году Гоголла опубликовал первую авторскую статью в Journal of Neurodevelopmental Disorders.[14] В ее исследовании была исследована идея о том, что сложность Расстройства аутистического спектра (РАС) является результатом аберрантной регуляции возбуждающего / тормозящего нервного контура в критические периоды развития.[14] Гоголла прищурился Парвальбумин (PV) положительный ингибирующий интернейроны поскольку они опосредуют зависящее от опыта уточнение нейронных цепей в развитии, и она исследовала экспрессию этих нейронов на множестве моделей мышей с РАС.[14] Гоголла поразительно обнаружил дефицит PV-положительных нейронов в неокортексе на нескольких моделях мышей с РАС, подчеркнув критическую роль этих нейронов в нормальном развитии и потенциал этого дефекта цепи как мишени для предотвращения РАС.[14] Затем Гоголла начал исследовать островковая кора (IC), область мозга, которая является частью коры головного мозга, которая, по-видимому, играет роль во многих сложных мозговых процессах, включая мультисенсорную интеграцию, представление эмоций, моторный контроль и сложные социальные процессы, такие как эмпатия.[15] Интеграция сенсорной, эмоциональной и когнитивной информации позволяет выполнять эти разнообразные функции ИК, поэтому Гоголла стремился понять, как происходит эта интеграция и как она аномально функционирует в моделях РАС, как идиопатических, так и моногенный.[16] С помощью методов визуализации флуоресценции in vivo, Гоголла смог записывать данные с ИК и наблюдать мультисенсорную интеграцию, возникающую в ИК на протяжении всего раннего развития, но этот процесс не происходил в моделях ASD.[16] Кроме того, она обнаружила, что экспрессия тормозных нейронных маркеров была снижена по сравнению с контролем в IC моделей мышей с РАС, что свидетельствует о нарушении баланса тормозной / возбуждающей цепи.[16] После этого они фармакологически усилили ингибирующую передачу сигналов у молодых мышей с помощью системных инъекций диазепам в течение двух недель и обнаружил, что это спасло от недостатков интеграции в моделях ASD.[16] Интересно, что фармакологическое усиление ингибиторной передачи у взрослых мышей не оказало влияния на баланс нервных цепей или мультисенсорную интеграцию.[17] Их открытие предполагает, что усиление тормозной передачи во время критического периода развития может восстановить тормозной / возбуждающий баланс и восстановить нормальные мультисенсорные интеграционные функции IC.[16] Исследование Гоголлы, опубликованное в Neuron в 2014 году, привлекло большое внимание из-за новых представлений о том, как РАС может проявляться в человеческом мозге и приводить к поведению типа РАС.[18]

Карьера и исследования

После завершения своей постдокторской работы в Гарварде, Гоголла вернулась в Германию в 2014 году, где начала работать на факультете в Институт нейробиологии Макса Планка в Мартинсрид, Германия.[18] Гоголла также является ассоциированным факультетом Высшей школы системных нейронаук при Мюнхенском центре нейробиологии. Людвиг-Максимилиан-университет Мюнхена.[19] Гоголла в настоящее время возглавляет группу ученых в MPI, где ее исследовательская программа сосредоточена на изучении нейронных цепей островной коры, а также их связей с префронтальной корой и другими лимбическими структурами, чтобы понять, как она играет роль во многих разнообразных мозговые процессы.[20] Лучшее понимание механизмов нейронных цепей, опосредующих различные функции коры островка, такие как эмоциональная регуляция, эмпатия и социальное поведение, даст представление о том, как процессы изменяются при болезненных состояниях, таких как шизофрения, РАС, зависимость и расстройства настроения.[20] Чтобы исследовать нейронные цепи островка, Гоголла и ее лаборатория используют двухфотонную визуализацию кальция in vivo для регистрации нейронной активности, пока мыши обрабатывают эмоционально значимые стимулы, а также используют инновационные поведенческие анализы, оптогенетические методы и машинное обучение алгоритмы для связывания нейронной активности с поведением, манипулирования нейронными цепями и декодирования активности поведенческих и эмоционально значимых нейронных ансамблей IC.[20]

В 2017 году Гоголла написал обзор IC, описывая его анатомическое расположение и взаимосвязь, его роль в качестве центра интеграции, его роль в сенсорной обработке, гомеостатической регуляции, эмоциональной регуляции и обработке валентности, а также ее роль в поведении водителя.[15] Гоголла также исследовала ИЦ человека и то, как на нее влияют различные неврологические и психические расстройства, чтобы подчеркнуть важность лучшего понимания этой области, что является неотъемлемой целью ее исследовательской программы.[15]

В 2019 году Гоголла описал роль проекции задней части коры островка (PIC) и центральной миндалины в опосредованном поведении, связанном с тревогой, а также проекции задней части коры островка на прилежащее ядро ​​в ингибировании пищевого поведения.[21] С помощью оптогенетика, они обнаружили, что стимуляция pIC вызывает аверсивное поведение, а также увеличивает вегетативные реакции.[21] Затем, используя in vivo двухфотонная кальциевая визуализация, Гоголла и ее команда смогли записать переходные процессы кальция в нейронах в pIC в качестве индикатора нейронной активности, чтобы установить причинную связь между активностью pIC и конвергенцией и интеграцией острых сенсорных стимулов, а также устойчивыми аффективными и гомеостатическими состояниями.[21]

В 2020 году Гоголла и ее команда опубликовали новаторскую статью с использованием инновационного машинного обучения и двухфотонных технологий, чтобы показать, что выражения лица мыши коррелируют с внутренними эмоциональными состояниями и что нейронная активность в IC тесно коррелирует с конкретными выражениями лица у мышей.[22] Гоголла был вдохновлен статьей 2014 года, в которой говорилось, что эмоции представляют собой состояния мозга и должны сохраняться в течение определенного периода времени после стимула, который их вызвал, и, что важно, они должны масштабироваться в соответствии с силой стимула, который их вызвал.[23] Таким образом, Гоголла предъявлял сильные стимулы мышам с неподвижной головой, такие как сладкий и горький вкус или слегка болезненный шок, чтобы вызвать определенные эмоциональные реакции.[23] В то время как они предъявляли эти стимулы, они записывали лица мышей, а затем разбивали видеозаписи на движения лицевых мышц, которые затем использовали для тренировки алгоритма машинного обучения для обнаружения отдельных движений лицевых мышц, которые коррелируют с эмоциями.[23] Например, они обнаружили, что, когда мышь испытывает боль, ее нос опускается, а уши наклоняются вниз.[24] Алгоритм не только был способен обнаруживать отдельные выражения лица, которые коррелировали с различными стимулами, вызывающими эмоции, но и выражения лица также оценивались на основе интенсивности предъявляемого стимула.[23] Этот беспристрастный и количественный подход к распознаванию выражений лица и, следовательно, к показаниям эмоционального состояния, наконец, позволит нейробиологам задавать вопросы о том, как мозг обрабатывает эмоции и управляет мотивированным поведением, и отвечать на них.[22] Вторая часть исследования была сосредоточена на нейронной основе этих выражений лица или эмоциональных состояний. Команда Гоголлы записала нейроны в ИС, используя двухфотонную визуализацию, чтобы они могли наблюдать нейроны с одноклеточным разрешением, чтобы наблюдать нейроны, которые срабатывают только при выполнении определенных выражений лица.[23] Далее они использовали оптогенетика для управления определенными нейронными цепями, которые, как известно, участвуют в определенных эмоциональных состояниях, и запускают соответствующие выражения лица у мышей.[23] В этом исследовании подчеркивается сила применения методов машинного обучения к вопросам нейробиологии, поскольку лица животных могли казаться безэмоциональными для людей-наблюдателей, но алгоритмы машинного обучения смогли обнаружить тонкие изменения, которые указывают на различные эмоциональные состояния.[25] Эти результаты значительно улучшили нашу способность анализировать, как и где возникают эмоции в мозгу, теперь, когда мы можем обнаруживать и количественно оценивать их на животных моделях, что открывает возможность для передачи этих результатов в человеческий мозг, чтобы понять нарушения мозга, характеризующиеся аберрациями. в эмоциональной обработке и эмоциональной регуляции, например при расстройствах настроения.[24]

Награды и отличия

  • 2017: Стартовый грант ERC "Островная тревога"[2]
  • 2011 – 2013: Фонд Чарльза А. Кинга, стипендия за постдокторские исследования[26][17]
  • 2008 – 2011: Программа Human Frontiers Science Program (HFSP) Долгосрочная стипендия[27]
  • 2008 – 2011: Мемориальный фонд медицинских исследований Джейн Коффин Чайлдс - долгосрочная стипендия (отклонено в пользу премии HFSP)[2]
  • 2008: Премия Эда Фишера, лучшая докторская степень. Премия за диссертацию, Институт Фридриха Мишера, Базель[2]
  • 1997 - 2002: Немецкий национальный фонд академических заслуг (Studienstiftung des Deutschen Volkes), полная стипендия[2]

Избранные публикации [28]

  • Доленсек, Нейц; Gehrlach, Daniel A .; Klein, Alexandra S .; Гоголла, Надин (2020). «Выражение эмоций на лице и их нейронные корреляты у мышей». Наука. 368 (6486): 89–94. Bibcode:2020Sci ... 368 ... 89D. Дои:10.1126 / science.aaz9468. PMID  32241948. S2CID  214763289.
  • Gehrlach, D.A .; Доленсек, Н .; Klein, A.S .; Рой Чоудхури, Р .; Matthys, A .; Junghänel, M .; Gaitanos, T.N .; Подгорник, А .; Блэк, Т.Д .; Редди Вака, Н .; Конзельманн, К.-К .; Гоголла, Н. (27.08.2019). «Обработка аверсивного состояния в задней части коры островка». Природа Неврология. 22 (9): 1424–1437. Дои:10.1038 / s41593-019-0469-1. PMID  31455886. S2CID  201652422.
  • Гоголла, Надин (19.06.2017). «Островная кора». Текущая биология. 27 (12): R580 – R586. Дои:10.1016 / j.cub.2017.05.010. ISSN  0960-9822. PMID  28633023.
  • Гоголла, Н .; Takesian, A.E .; Feng, G .; Fagiolini, M .; Хенш, Т. (2014-08-20). «Сенсорная интеграция в островковой коре головного мозга мыши отражает созревание цепи ГАМК». Нейрон. 83 (4): 894–905. Дои:10.1016 / j.neuron.2014.06.033. ЧВК  4177076. PMID  25088363.
  • Гоголла, Н .; Caroni, P .; Luthi, A .; Херри, К. (4 сентября 2009 г.). «Перинейрональные сети защищают воспоминания о страхе от стирания». Наука. 325 (5945): 1258–1261. Bibcode:2009Научный ... 325.1258G. Дои:10.1126 / science.1174146. PMID  19729657. S2CID  206520056.
  • Гоголла, Н .; LeBlanc, J.J .; Quast, K.B .; Südhof, T.C .; Fagiolini, M .; Хенш, Т. (2009-06-04). «Перинейрональные сети защищают воспоминания о страхе от стирания». Журнал нарушений нервного развития. 1 (2): 172–181. Bibcode:2009Научный ... 325.1258G. Дои:10.1007 / s11689-009-9023-х. ЧВК  2906812. PMID  20664807.
  • Гоголла, Н .; Галимберти, I .; Deguchi, Y .; Карони, П. (2009). «Передача сигналов WNT опосредует связанную с опытом регуляцию количества синапсов и соединений мшистых волокон в гиппокампе взрослых». Нейрон. 62 (4): 510–525. Дои:10.1016 / j.neuron.2009.04.022. PMID  19477153. S2CID  17085834.
  • Галимберти, Иван; Гоголла, Надин; Альбери, Стефано; Сантос, Александр Феррао; Мюллер, Доминик; Карони, Пико (2006). «Долгосрочные перестройки соединения терминала мшистого волокна гиппокампа у взрослых регулируются опытом». Нейрон. 50 (5): 749–763. Дои:10.1016 / j.neuron.2006.04.026. PMID  16731513. S2CID  17286013.
  • Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; Депаола, Винченцо; Карони, Пико (2006). «Подготовка органотипических культур гиппокампа срезов для долгосрочной живой визуализации». Протоколы природы. 1 (3): 1165–1171. Дои:10.1038 / nprot.2006.168. PMID  17406399. S2CID  12105896.
  • Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; Депаола, Винченцо; Карони, Пико (2006). «Долгосрочные живые изображения нейронных цепей в органотипических культурах среза гиппокампа». Протоколы природы. 1 (3): 1223–1226. Дои:10.1038 / nprot.2006.169. PMID  17406405. S2CID  2081598.
  • Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; Депаола, Винченцо; Карони, Пико (2006). «Протокол окрашивания для органотипических культур срезов гиппокампа». Протоколы природы. 1 (5): 2452–2456. Дои:10.1038 / nprot.2006.180. PMID  17406491. S2CID  22384802.

Рекомендации

  1. ^ "Высшая школа системных неврологии GSN-LMU - LMU Munich". www.gsn.uni-muenchen.de. Получено 2020-04-07.
  2. ^ а б c d е ж грамм "резюме". www.neuro.mpg.de. Получено 2020-04-06.
  3. ^ а б "FMI - Институт биомедицинских исследований Фридриха Мишера - Пико Карони". fmi.ch. Получено 2020-04-06.
  4. ^ Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; ДеПаола, Винченцо; Карони, Пико (август 2006 г.). «Подготовка органотипических культур срезов гиппокампа для долгосрочной живой визуализации». Протоколы природы. 1 (3): 1165–1171. Дои:10.1038 / nprot.2006.168. ISSN  1750-2799. PMID  17406399. S2CID  12105896.
  5. ^ Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; ДеПаола, Винченцо; Карони, Пико (август 2006 г.). «Долгосрочные живые изображения нейронных цепей в органотипических культурах срезов гиппокампа». Протоколы природы. 1 (3): 1223–1226. Дои:10.1038 / nprot.2006.169. ISSN  1750-2799. PMID  17406405. S2CID  2081598.
  6. ^ Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; ДеПаола, Винченцо; Карони, Пико (декабрь 2006 г.). «Протокол окрашивания культур органотипических срезов гиппокампа». Протоколы природы. 1 (5): 2452–2456. Дои:10.1038 / nprot.2006.180. ISSN  1750-2799. PMID  17406491. S2CID  22384802.
  7. ^ а б c Гоголла, Надин (2007). Зависящие от опыта структурные перестройки синаптических связей в центральной нервной системе взрослого человека (Дипломная работа). University_of_Basel.
  8. ^ Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; Карони, Пико (01.10.2007). «Структурная пластичность окончаний аксонов у взрослых».. Текущее мнение в нейробиологии. Биология нейронных и глиальных клеток / Новые технологии. 17 (5): 516–524. Дои:10.1016 / j.conb.2007.09.002. ISSN  0959-4388. PMID  17950593. S2CID  39344914.
  9. ^ "резюме". www.neuro.mpg.de. Получено 2020-04-07.
  10. ^ «Хенш Лаб». Hensch Lab. Получено 2020-04-07.
  11. ^ Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; Дегучи, Юичи; Карони, Пико (28 мая 2009 г.). «Передача сигналов Wnt опосредует регулирование числа синапсов и соединений мшистых волокон в гиппокампе взрослых». Нейрон. 62 (4): 510–525. Дои:10.1016 / j.neuron.2009.04.022. ISSN  0896-6273. PMID  19477153. S2CID  17085834.
  12. ^ а б Гоголла, Надин; Карони, Пико; Люти, Андреас; Херри, Кирилл (2009-09-04). «Перинейрональные сети защищают воспоминания о страхе от стирания». Наука. 325 (5945): 1258–1261. Bibcode:2009Научный ... 325.1258G. Дои:10.1126 / science.1174146. ISSN  0036-8075. PMID  19729657. S2CID  206520056.
  13. ^ Пиплс, Линн. «Можно ли стереть страшные воспоминания?». Сеть блогов Scientific American. Получено 2020-04-07.
  14. ^ а б c d Гоголла, Надин; Леблан, Джоселин; Quast, Кэтлин; Зюдхоф, Томас; Фаджиолини, Микела; Хенш, Такао (2009-06-01). «Дефект общей цепи возбудительно-тормозного баланса в мышиных моделях аутизма». Журнал нарушений нервного развития. 1 (2): 172–81. Дои:10.1007 / s11689-009-9023-х. ЧВК  2906812. PMID  20664807.
  15. ^ а б c Гоголла, Надин (19.06.2017). «Островная кора». Текущая биология. 27 (12): R580 – R586. Дои:10.1016 / j.cub.2017.05.010. ISSN  0960-9822. PMID  28633023.
  16. ^ а б c d е Гоголла, Надин; Такесиан, Энн Э .; Фэн, Гопин; Фаджиолини, Микела; Хенш, Такао К. (20 августа 2014 г.). «Сенсорная интеграция в островковой коре головного мозга мыши отражает созревание цепи ГАМК». Нейрон. 83 (4): 894–905. Дои:10.1016 / j.neuron.2014.06.033. ISSN  0896-6273. ЧВК  4177076. PMID  25088363.
  17. ^ а б «Спасение сенсорной интеграции в мышиных моделях аутизма». Conte Center в Гарварде. Получено 2020-04-07.
  18. ^ а б «Помощь в купировании симптомов аутизма». Harvard Gazette. 2014-07-31. Получено 2020-04-07.
  19. ^ "Доктор Надин Гоголла". Высшая школа системной неврологии - Мюнхенский центр нейробиологии мозга и разума. Получено 6 апреля, 2020.
  20. ^ а б c «Цепи для эмоций». www.neuro.mpg.de. Получено 2020-04-07.
  21. ^ а б c Gehrlach, Daniel A .; Доленсек, Нейц; Klein, Alexandra S .; Рой Чоудхури, Риту; Маттис, Артур; Юнгхенель, Микаэла; Gaitanos, Thomas N .; Подгорник, Аля; Блэк, Томас Д .; Редди Вака, Нарасимха; Конзельманн, Карл-Клаус (сентябрь 2019 г.). «Обработка аверсивного состояния в задней части коры островка». Природа Неврология. 22 (9): 1424–1437. Дои:10.1038 / s41593-019-0469-1. ISSN  1546-1726. PMID  31455886. S2CID  201652422.
  22. ^ а б Доленсек, Нейц; Gehrlach, Daniel A .; Klein, Alexandra S .; Гоголла, Надин (2020-04-03). «Выражение эмоций на лице и их нейронные корреляты у мышей». Наука. 368 (6486): 89–94. Bibcode:2020Sci ... 368 ... 89D. Дои:10.1126 / science.aaz9468. ISSN  0036-8075. PMID  32241948. S2CID  214763289.
  23. ^ а б c d е ж Эбботт, Элисон (2020-04-02). «Искусственный интеллект декодирует мимику мышей». Природа. Дои:10.1038 / d41586-020-01002-7. PMID  32242114. S2CID  214766651.
  24. ^ а б Эндрю, Скотти. «Мыши корчат лица в зависимости от того, как они себя чувствуют, и это может повлиять на то, как мы лечим расстройства настроения, - говорится в новом исследовании».. CNN. Получено 2020-04-07.
  25. ^ «Мимика мышей: лицо мыши раскрывает ее эмоции». ScienceDaily. Получено 2020-04-07.
  26. ^ «Программа стипендий Чарльза А. Кинга по фундаментальным наукам» (PDF). Получатели грантов King Basic. Получено 5 апреля, 2020.
  27. ^ "Награды | Программа Human Frontier Science". www.hfsp.org. Получено 2020-04-06.
  28. ^ «Публикации». www.neuro.mpg.de. Получено 2020-04-07.

внешняя ссылка