Центр интегративной неврологии им. Вернера Райхардта - Werner Reichardt Centre for Integrative Neuroscience

В Центр интегративной неврологии Вернера Райхардта (CIN) это общая платформа для систем нейробиология на Тюбингенский университет в Германии. Он был установлен как кластер передового опыта в рамках Инициатива совершенства в 2007/2008 гг. Около 90 ученых со своими исследовательскими группами, 21 из которых в настоящее время поддерживаются фондами передовых инициатив, составляют членский состав CIN.^[1] Основное внимание в их работе уделяется фундаментальные исследования в системах нейробиология. На основании междисциплинарный и интегративный подход, он охватывает проекты, основанные на биология, лекарство, физика, Информатика и инженерное дело а также познание и нейрофилософия.^[2]

Тезка Вернер Райхардт стал пионером в исследовании фундаментальных принципов зрения и обработки информации.

История

CIN был успешно подан как кластер передового опыта, начиная со второй части первого раунда инициативы Excellence Initiative (заявка: 2006/2007; проекты начинаются 1 ноября 2007 года). Он был официально открыт 8 декабря 2008 года.^[3] При основании кластера к 25 главным исследователям (ИП) присоединились еще 23 члена-учредителя.^[4] CIN задуман как общая платформа для обмена, координации и сотрудничества в рамках сообщества неврологии Тюбингена. Она динамично расширяет свое членство, которое сейчас включает около 90 неврологов из Тюбингена, выбранных на основе научных критериев.

Когда Инициатива совершенства вступила во второй раунд (заявка: 2010/2011; проекты, начинающиеся 1 ноября 2012 года), CIN подала заявку и получила пятилетнее продление финансирования и поддержки. В том же году Тюбингенский университет также успешно подал заявку на поддержку инициативы «Превосходство» в рамках своей институциональной стратегии и исследовательской школы.^[5]

С тех пор, как он переехал в начале 2012 года (официальная церемония открытия: 14 мая 2012 года), CIN находится как дома в собственном здании в кампусе Шнарренберг больницы Тюбингенского университета. Он расположен рядом с учреждениями, которые являются соседями как в топологическом, так и в научном отношении, между Институт клинических исследований мозга Герти (HIH) с одной стороны и Немецкий центр нейродегенеративных заболеваний (ДЗНЕ) с другой.^[6] Перед тем, как переехать в нынешнее здание, CIN был установлен в здании технологического парка Тюбинген-Ройтлинген, в непосредственной близости от кампуса Макса Планка в Тюбингене.

С момента основания CIN возглавляет ее представитель нейробиолог проф. Питер Тьер, который также является директором отделения когнитивной неврологии Центра неврологии / Института клинических исследований мозга Херти при университетской больнице Тюбингена.^[7]

Научный подход и вопросы исследования

Исследования в CIN сосредоточены на двойном вопросе, как мозг генерирует свои функции (например, восприятие, объем памяти, эмоция, коммуникация, двигательные навыки ), и как болезни (например, Болезнь Альцгеймера, Болезнь Паркинсона, ALS и т. д.) ухудшают эти функции.^[8]

Исследователи CIN стремятся ответить на эти вопросы, используя комплексный подход, охватывающий несколько уровней наблюдения. Эти уровни варьируются от самого низкого уровня генетической, клеточной и молекулярной основы функций мозга до промежуточных уровней более крупных структуры нейронных сетей обеспечение возможности обработки информации вплоть до соблюдения на высоком уровне принципов, регулирующих познание и поведение.

Эти разные уровни наблюдения требуют разных научных методов, что приводит к различным способам воплощения результатов исследований в медицине и технике.

Исследования в CIN примерно разделены на пять областей исследований.^[9] Три области исследований определяются общим уровнем наблюдения участвующих в них исследовательских групп: клеточный уровень («сенсорная и нейрональная основа интегративной функции мозга (клеточный уровень)»), сетевой уровень («сенсорная и нейрональная основа интегративная функция мозга (сетевой уровень) ») и когнитивно-поведенческий уровень (« познание и поведение, проистекающие из интегративных функций мозга (когнитивный уровень) ». Во всех этих областях задействованы вычислительная нейробиология методы, дополняющие подходы к биологическим и когнитивным исследованиям.

К этим трем добавляются две области исследований более всеобъемлющего характера, в которых упор делается на разработку методов и перевод в приложения. Область исследований «Разработка инструментов для исследования интегративных функций мозга (Advanced Tools)» фокусируется на визуализация методы, в то время как область исследований «Технические приложения, связанные с мозгом и нейропротезирование (нейротехнология)» направлена на продвижение инновационных методов реабилитации и протезирование и развивать нейротехнология на основе фундаментальных нейробиологических исследований.

Методы

Из-за наличия нескольких уровней наблюдения исследователи CIN используют широкий спектр методов.^[10] Что касается исследования человеческого мозга, используются неинвазивные методы визуализации, такие как электроэнцефалография (ЭЭГ) и магнитоэнцефалография (MEG) очень важны. Измерения, выполненные этими методами, имеют очень высокое временное разрешение, но сравнительно низкое пространственное разрешение.^[11] К счастью, можно установить анатомические ориентиры для этих электрофизиологических методов, когда они сочетаются с функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), поскольку фМРТ достигает пространственного разрешения примерно на два порядка больше. Чтобы еще больше улучшить пространственное разрешение МРТ, исследовательские группы CIN исследуют потенциал высокопольных технологий, например экспериментальный 9,4 Тесла Сканер МРТ для сканирования мозга испытуемых людей и сканер 14,1 тесла для мелких животных, оба используются в Институт Биологической Кибернетики Макса Планка под эгидой профессора КИН Клаус Шеффлер.^[12] Для неинвазивной молекулярной визуализации исследовательские группы CIN также комбинируют МРТ с позитронно-эмиссионная томография (ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ).

Более высокое пространственно-временное разрешение в настоящее время доступно только в инвазивных экспериментах, которые обычно требуют исследования на животных. В этих экспериментах мембранные потенциалы, включая потенциалы действия нейронов измеряется дополнительный- или же внутриклеточный электроды в единичная запись, с многоэлектродные решетки, или используя патч зажим метод, который позволяет измерять мембранные потенциалы в различных частях заданного нервная клетка.

Помимо этих электрофизиологических методов, которые постоянно совершенствуются, в ЦИН используются многочисленные оптические методы, позволяющие визуализировать отдельные клетки или кластеры клеток. in vitro или же in vivo, и наблюдать за их поведением в реальном времени: флуоресцентная микроскопия, самое главное, используя конфокальный или же 2-фотонные микроскопы. Самым последним нововведением в оптических методах является локализация белковых молекул в нейрональных компартментах путем комбинирования микроскопия сверхвысокого разрешения со специфической молекулой маркировка техника. Микроскопия сверхвысокого разрешения может достигать разрешения ниже предела Аббе обычной световой микроскопии. Этот комбинированный метод используется младшей исследовательской группой CIN для анализа последствий аксональный повреждение, вызванное воспалительными или нейродегенеративными заболеваниями, такими как рассеянный склероз.^[13]

Классические методы, такие как анализ поражений головного мозга, используются для понимания роли определенных нервных цепей. Кроме того, CIN использует большое количество экспериментальных методов, таких как неинвазивные транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), или инвазивная электрическая микростимуляция, или местные фармакологические манипуляции. Эти методы все больше дополняются инвазивными оптогенетика, позволяя активировать и дезактивировать отдельные генетически модифицированные нейроны с помощью света определенной длины волны.^[14]

Биологические данные анализируются и обрабатываются с использованием современных Статистические методы, теоретические нейробиологические подходы к моделированию нейронных сетей и генерации гипотез, которые можно проверить в дальнейших экспериментах.

Несколько исследовательских групп ЦИН работают рука об руку с гуманитарные науки, самое главное философия, направление, результатом которого стало создание профессуры в нейрофилософия на основе данных бывшей младшей исследовательской группы по этой теме.^[15]

Местные отношения и партнерство

CIN - это межфакультетское учреждение, объединяющее три факультета Тюбингенского университета: факультет естественных наук, факультет медицины и факультет гуманитарных наук. CIN тесно сотрудничает с несколькими местными партнерами: Институт Биологической Кибернетики Макса Планка, с которым ЦИН создал совместную профессорско-исследовательскую группу в области магнитно-резонансной томографии высокого поля; то Институт Макса Планка интеллектуальных систем; и HIH и DZNE, с которыми CIN формирует нейрокампус Schnarrenberg, позволяющий эффективно совместно использовать ресурсы и оборудование, а также вести постоянный научный диалог.^[6] Общие коллоквиумы, множество неформальных встреч и ежегодные встречи призваны способствовать дальнейшему развитию этого дискурса. О тесном сотрудничестве между этими учреждениями свидетельствует работа нескольких совместных исследовательских групп в области сенсомоторных исследований.^[16] и обучение и память.^[17]

CIN также тесно сотрудничает с Институтом естественных и медицинских наук Тюбингенского университета (NMI), с Тюбингенским отделением Немецкий центр исследований диабета (DZD), и со штаб-квартирой в Штутгарте Фраунгофера Институт машиностроения и автоматизации (Fraunhofer IPA).^[18] В 2010 году многие члены CIN приняли участие в успешной заявке на создание Тюбингенского центра вычислительной нейробиологии им. Бернштейна (BCCN), который координировал профессор CIN Маттиас Бетге и поддерживал (2010–2015) немецкий Федеральное министерство образования и науки в рамках инициативы Bernstein.^[19]

Поддержка начинающих исследователей

CIN поддерживает молодых людей, занимающихся исследованиями на разных уровнях своей карьеры. Обучение и подготовка владелец и докторская Студенты проходят обучение в Международном центре подготовки специалистов по неврологии (GTC). GTC включает три аспирантуры с разными направлениями деятельности.^[20] Построенный на базе Международной исследовательской школы Макса Планка (IMPRS) нейронных и поведенческих наук, основанной в 1999 году, институт был расширен до трех аспирантур одновременно с учреждением CIN. Полученный в результате GTC обеспечивает общую структурную основу и координацию исследований в области нейробиологии в Тюбингенском университете. Добавлены две аспирантуры: школа клеточной и молекулярной нейробиологии и школа обработки нейронной информации. Эти школы отличаются от ориентированных на поведение и систем школ первого аспиранта тем, что уделяют особое внимание клеточному и молекулярному уровню и теоретической нейробиологии соответственно.

Все три аспирантуры преподают на английском языке. Более 50% их студентов приезжают из-за границы. Кандидаты отбираются на основе многоэтапной процедуры отбора. В настоящее время ок. 85 студентов стремятся получить степень магистра наук, в то время как ок. 250 желают стать докторами наук.^[20]

Ротация лабораторий позволяет студентам GTC на ранних этапах знакомиться с самостоятельной работой над научными проектами. У студентов GTC есть много возможностей взять на себя ответственность; например, они могут пригласить приглашенных докладчиков и организовать ежегодную конференцию для молодых нейробиологов («NeNa-Konferenz»).^[21]

Для ученых, которые продолжили карьерный путь, ЦИН создал след владения концепция. Это позволяет перспективным молодым исследователям возглавить исследовательскую группу после постдокторский фазы и ответственно направлять всю свою деятельность. Руководители младших исследовательских групп получают поддержку и наставничество со стороны CIN. консультативный совет. По прошествии четырех лет руководители младших исследовательских групп проходят конкурсную оценку, основанную на многочисленных показателях научных достижений (количество публикаций, полученное стороннее финансирование и т. Д.). Внешние обзоры отмечают уровень успешности оценки и являются фактором, определяющим, получит ли кандидат постоянное место в форме профессора.^[22]

Когда был основан CIN, была также создана лаборатория неврологии в средней школе.^[23] Лаборатория средней школы - это место для обучения вне школы, но она предназначена для старшеклассников, чтобы заинтересовать их работой в качестве исследователя и вопросами нейробиологических исследований. Чаще всего обращаются к учащимся последних классов средней школы (10-13 классы), но часто они поступают из средних или даже начальных школ. Лаборатория средней школы имеет очень стабильное количество посетителей (около 2000 в год). Он предлагает дневные практические лабораторные занятия с разнообразными экспериментальными задачами.^[24] Здесь также работает недельная летняя академия для ок. 20 студентов ежегодно, в ходе которых участники работают над проектами, посещают местные исследовательские институты и слушают научные доклады. Также предлагается повышение квалификации учителей, которые ежегодно собирают до 200 участников. Лабораторию средней школы с момента ее основания возглавляет профессор Уве Ильг.

Помимо CIN, несколько фондов, таких как фонд Hertie, Фонд Роберта Боша, а Фонд Клауса Чира, поддержали лабораторию неврологии средней школы. В 2014 году было основано сообщество друзей. Лаборатория средней школы неоднократно привлекала внимание местных СМИ. В 2010 году он был отмечен как «Ausgewählter Ort» (выбранное место) в рамках инициативы «Deutschland - Land der Ideen» («Германия - Страна идей»).^[24]

Научно-консультативный совет

Устав CIN требует, чтобы внешний научный консультативный совет контролировал и консультировал работу в CIN.^[25] Члены правления - всемирно известные исследователи, чьи интересы лежат в одной или нескольких областях исследований CIN. Члены правления назначаются президентом Тюбингенского университета. Научно-консультативный совет посещает Тюбинген не реже одного раза в год, чтобы получить отчет о научных и структурных достижениях ЦИН, оценить работу и роль руководителей младших исследовательских групп и дать рекомендации. Затем правление обсуждает события прошлого года и готовит отчет президенту университета.