Wernera Reichardta Centrum Integracyjnej Neuronauki

Werner Reichardt Centre for Integrative Neuroscience (CIN) to wspólna platforma neuronauki systemowej na Uniwersytecie w Tybindze w Niemczech. Został zainstalowany jako klaster doskonałości w ramach Inicjatywy Doskonałości w latach 2007/2008. Około 90 naukowców wraz ze swoimi grupami badawczymi – z których 21 jest obecnie wspieranych z funduszy inicjatywy doskonałości – tworzy członków CIN. Ich praca koncentruje się na badaniach podstawowych w neurobiologii systemów . Oparta na interdyscyplinarności i integracyjnego podejścia, obejmuje projekty zakorzenione w biologii , medycynie , fizyce , informatyce i inżynierii oraz kognitywistyce i neurofilozofii .

Imiennik Werner Reichardt był pionierem badań nad podstawowymi zasadami widzenia i przetwarzania informacji.

Historia

CIN został pomyślnie zgłoszony jako klaster doskonałości rozpoczynający się w drugiej części pierwszej rundy Inicjatywy Doskonałości (zgłoszenie: 2006/2007; projekty rozpoczęte 1 listopada 2007). Został on oficjalnie zainaugurowany 8 grudnia 2008 r. Na początku klastra do 25 głównych badaczy (PI) dołączyło kolejnych 23 członków założycieli. CIN ma być wspólną platformą wymiany, koordynacji i współpracy w społeczności neurobiologicznej Tybingi. Dynamicznie rozwijała swoje członkostwo, które obecnie obejmuje około 90 neurobiologów z Tybingi wybranych na podstawie kryteriów naukowych.

Kiedy Inicjatywa Doskonałości weszła w drugą rundę (zgłoszenie: 2010/2011; projekty rozpoczną się 1 listopada 2012 r.), CIN złożył wniosek i otrzymał pięcioletnie przedłużenie finansowania i wsparcia. W tym roku Uniwersytet w Tybindze również z powodzeniem ubiegał się o wsparcie Inicjatywy Doskonałości w ramach swojej strategii instytucjonalnej i szkoły badawczej.

Od momentu wprowadzenia się na początku 2012 r. (oficjalna ceremonia otwarcia: 14 maja 2012 r.) CIN ma swój dom we własnym budynku na terenie kampusu Schnarrenberg Szpitala Uniwersyteckiego w Tybindze. Znajduje się obok instytucji, które są sąsiadami zarówno pod względem topologicznym, jak i naukowym, między Hertie Institute for Clinical Brain Research (HIH) z jednej strony a Niemieckim Centrum Chorób Neurodegeneracyjnych (DZNE) z drugiej . Zanim przeniósł się do obecnego budynku, CIN został zainstalowany w budynku Parku Technologicznego Tübingen-Reutlingen, w pobliżu kampusu Maxa Plancka w Tübingen.

Od samego początku CIN jest kierowany przez jego rzecznika, neurobiologa prof.

Podejście naukowe i pytania badawcze

Badania w CIN koncentrują się na dwojakim pytaniu, w jaki sposób mózg generuje swoje funkcje (takie jak percepcja , pamięć , emocje , komunikacja , zdolności motoryczne ) oraz w jaki sposób choroby (takie jak choroba Alzheimera , Parkinsona , ALS itp.) upośledzają te funkcje.

Naukowcy z CIN starają się odpowiedzieć na te pytania, stosując podejście integracyjne obejmujące wiele poziomów obserwacji. Poziomy te rozciągają się od najniższego poziomu genetycznych, komórkowych i molekularnych podstaw funkcji mózgu, poprzez poziomy pośrednie większych struktur sieci neuronowych, umożliwiających przetwarzanie informacji, aż po wysokopoziomową obserwację zasad rządzących poznaniem i zachowaniem .

Te różne poziomy obserwacji wymagają różnych metod naukowych, co skutkuje różnymi sposobami przekładania wyników badań na medycynę i inżynierię.

Badania w CIN są z grubsza podzielone na pięć obszarów badawczych. Trzy obszary badawcze definiuje wspólny poziom obserwacji zaangażowanych w nie grup badawczych: poziom komórkowy („Sensoryczne i neuronalne podstawy integracyjnej funkcji mózgu (poziom komórkowy)”), poziom sieci („Sensoryczne i neuronalne podstawy integracyjnej funkcji mózgu (poziom sieciowy) oraz poznawczo-behawioralnej („Poznanie i zachowanie wynikające z integracyjnych funkcji mózgu (poziom poznawczy)”. We wszystkich tych obszarach stosowane są metody neuronauki obliczeniowej, które uzupełniają biologiczne i poznawcze podejścia badawcze .

Do tych trzech dochodzą dwa obszary badawcze o bardziej nadrzędnym charakterze, które kładą nacisk na rozwój metod i przełożenie ich na zastosowania. Obszar badawczy „Projektowanie narzędzi do badania integracyjnych funkcji mózgu (narzędzia zaawansowane)” koncentruje się na obrazowania , podczas gdy obszar badawczy „Aplikacje techniczne związane z mózgiem i neuroprotetyka (neurotechnologia)” ma na celu promowanie innowacyjnych metod rehabilitacji i protetyki oraz rozwój opartych na neurotechnologii na neurobiologicznych badaniach podstawowych.

Metody

Ze względu na wielopoziomowość obserwacji badacze CIN stosują szeroki wachlarz metod. W badaniach ludzkiego mózgu bardzo ważne są nieinwazyjne techniki obrazowania, takie jak elektroencefalografia (EEG) i magnetoencefalografia (MEG). Pomiary wykonane tymi metodami charakteryzują się bardzo wysoką rozdzielczością czasową, ale stosunkowo niską rozdzielczością przestrzenną. Na szczęście możliwe jest ustalenie anatomicznych punktów odniesienia dla tych metod elektrofizjologicznych w połączeniu z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (fMRI), ponieważ fMRI osiąga rozdzielczości przestrzenne o około dwa rzędy wielkości większe. Aby jeszcze bardziej poprawić rozdzielczość przestrzenną MRI, grupy badawcze w CIN badają potencjał technologii wysokopolowych, np . Max Planck Institute for Biological Cybernetics pod egidą profesora CIN Klausa Schefflera. W przypadku nieinwazyjnego obrazowania molekularnego grupy badawcze CIN łączą również MRI z pozytronową tomografią emisyjną (PET).

Wyższe rozdzielczości przestrzenno-czasowe są obecnie dostępne tylko w eksperymentach inwazyjnych, które zwykle wymagają badań na zwierzętach . W tych eksperymentach potencjały błonowe, w tym potencjały czynnościowe neuronów, są mierzone za pomocą elektrod zewnątrz- lub wewnątrzkomórkowych w zapisie jednoelementowym , za pomocą macierzy wieloelektrodowych lub techniką patch clamp , która umożliwia pomiary potencjałów błonowych w różnych częściach danego nerwu komórka .

Oprócz tych metod elektrofizjologicznych, które są stale udoskonalane, w CIN stosuje się liczne metody optyczne umożliwiające uwidocznienie pojedynczych komórek lub skupisk komórek in vitro lub in vivo oraz obserwację ich zachowania w czasie rzeczywistym: mikroskopia fluorescencyjna , przede wszystkim z wykorzystaniem konfokalnej lub mikroskopy 2-fotonowe . Najnowszą innowacją w metodach optycznych jest lokalizacja cząsteczek białka w przedziałach neuronalnych poprzez połączenie mikroskopii superrozdzielczej ze znakowaniem specyficznym dla cząsteczki technika. Mikroskopia superrozdzielcza może osiągać rozdzielczości poniżej granicy Abbego konwencjonalnej mikroskopii świetlnej. Ta łączona metoda jest wykorzystywana przez grupę badawczą CIN junior do analizy skutków aksonów powstałych w przebiegu chorób zapalnych lub neurodegeneracyjnych, takich jak stwardnienie rozsiane .

Aby zrozumieć rolę niektórych obwodów nerwowych, stosuje się klasyczne metody, takie jak analiza uszkodzeń mózgu. Ponadto CIN wykorzystuje wiele metod eksperymentalnych, takich jak nieinwazyjna przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS), inwazyjna mikrostymulacja elektryczna lub miejscowa manipulacja farmakologiczna. Metody te są coraz częściej uzupełniane przez inwazyjną optogenetykę , pozwalającą na aktywację i dezaktywację pojedynczych genetycznie zmodyfikowanych neuronów za pomocą światła o określonej długości fali.

Dane biologiczne są analizowane i przetwarzane przy użyciu nowoczesnych metod statystycznych , teoretycznych podejść neurobiologicznych do symulacji sieci neuronowych i generowania hipotez sprawdzalnych w dalszych eksperymentach.

Kilka grup badawczych w CIN pracuje ręka w rękę z naukami humanistycznymi , przede wszystkim z filozofią , kierunek, który zaowocował utworzeniem profesury z neurofilozofii w oparciu o dawną młodszą grupę badawczą zajmującą się tym tematem.

Lokalne relacje i partnerstwa

CIN jest instytucją międzywydziałową łączącą trzy wydziały Uniwersytetu w Tybindze: Wydział Nauk Ścisłych, Wydział Lekarski i Wydział Humanistyczny. CIN ściśle współpracuje z kilkoma partnerami lokalnymi: Instytutem Cybernetyki Biologicznej im. Maxa Plancka , z którym CIN utworzyło wspólną grupę profesorską i badawczą w dziedzinie tomografii rezonansu magnetycznego wysokiego pola; Instytut Systemów Inteligentnych Maxa Plancka ; oraz HIH i DZNE, z którymi CIN tworzy neurokampus Schnarrenberg umożliwiający efektywne współdzielenie zasobów i obiektów oraz stały dyskurs naukowy. Wspólne kolokwia, liczne nieformalne spotkania i coroczne spotkanie mają na celu dalsze wspieranie tego dyskursu. Dowodem ścisłej współpracy między tymi instytucjami jest kilka wspólnych grup badawczych zajmujących się badaniami sensomotorycznymi oraz uczeniem się i pamięcią .

Ponadto CIN ściśle współpracuje z Instytutem Nauk Przyrodniczych i Medycznych Uniwersytetu w Tybindze (NMI), oddziałem Niemieckiego Centrum Badań nad Cukrzycą ( DZD) w Tybindze oraz Instytutem Fraunhofera ds . Automatyzacja (Fraunhofer IPA). W 2010 roku wielu członków CIN wzięło udział w zakończonej sukcesem aplikacji o powołanie Tübingen Bernstein Center for Computational Neuroscience (BCCN), koordynowanej przez profesora CIN Matthiasa Bethge i wspieranej (2010–2015) przez niemieckie Federalne Ministerstwo Edukacji i Badania w ramach inicjatywy Bernsteina.

Wsparcie dla początkujących naukowców

CIN wspiera młodych ludzi rozpoczynających badania na wielu poziomach kariery. Kształceniem i szkoleniem magisterskich i doktorantów zajmuje się międzynarodowe Centrum Szkolenia Absolwentów Neurobiologii (GTC). GTC obejmuje trzy szkoły podyplomowe o różnych specjalizacjach. Zbudowany w oparciu o Międzynarodową Szkołę Badawczą im. Maxa Plancka (IMPRS) nauk neuronowych i behawioralnych założoną w 1999 r., Instytut został rozszerzony do trzech szkół wyższych równolegle z założeniem CIN. Powstały GTC zapewnia wspólną podstawę strukturalną i koordynację badań w dziedzinie neuronauki na Uniwersytecie w Tybindze. Dodane dwie szkoły wyższe to szkoła neuronauki komórkowej i molekularnej oraz szkoła przetwarzania informacji neuronowych. Szkoły te różnią się od pierwszego stopnia zorientowanego na zachowanie i systemy, koncentrując się odpowiednio na poziomie komórkowym i molekularnym oraz teoretycznej neuronauce.

Wszystkie trzy szkoły wyższe uczą w języku angielskim. Ponad 50% ich studentów pochodzi z zagranicy. Kandydaci wyłaniani są w oparciu o wieloetapową procedurę selekcji. Obecnie ok. 85 studentów dąży do uzyskania tytułu magistra, a ok. 250 chce zostać doktorami nauk ścisłych.

Rotacje laboratoryjne zapewniają studentom GTC wczesne wprowadzenie do samodzielnej pracy nad projektami naukowymi. Studenci GTC mają wiele możliwości wzięcia odpowiedzialności; na przykład mogą zapraszać zaproszonych prelegentów i organizować doroczną konferencję skierowaną do młodszych neuronaukowców („NeNa-Konferenz”).

Dla naukowców znajdujących się na dalszych ścieżkach kariery CIN opracował koncepcję ścieżki kariery . Pozwala to obiecującym młodym naukowcom kierować grupą badawczą po habilitacyjnej i odpowiedzialnie kierować wszystkimi jej działaniami. Młodsi liderzy grup badawczych są wspierani i mentorowani przez radę doradczą CIN . Po czterech latach młodsi liderzy grup badawczych przechodzą ocenę konkursową opartą na licznych wskaźnikach dorobku naukowego (dorobek publikacyjny, pozyskane fundusze zewnętrzne itp.). Recenzje zewnętrzne wyznaczają poziom powodzenia oceny i są czynnikiem decydującym o tym, czy kandydat otrzyma tytuł profesorski.

Kiedy założono CIN, utworzono również High School Lab in Neuroscience. High School Lab to miejsce do nauki poza szkołą, ale skierowane do uczniów szkół średnich, aby zainteresować ich pracą naukową i neuronaukowymi pytaniami badawczymi. Adresatami są najczęściej uczniowie ostatnich klas szkół średnich (klasy 10-13), ale często pochodzą z gimnazjów, a nawet szkół podstawowych. High School Lab ma bardzo stabilną liczbę odwiedzających (około 2000 rocznie). Oferuje całodniowe praktyczne kursy laboratoryjne z różnorodnymi zadaniami eksperymentalnymi. Mieści się w nim również tygodniowa akademia letnia dla ok. 20 studentów rocznie, w trakcie których uczestnicy pracują nad projektami, odwiedzają lokalne instytuty badawcze i słuchają prelekcji naukowych. W ofercie są również szkolenia dokształcające dla nauczycieli, które co roku gromadzą do 200 uczestników. Laboratorium High School od początku jego istnienia kierowane jest przez prof. Uwe Ilg.

Oprócz CIN kilka fundacji, takich jak fundacja Hertie, fundacja Roberta Boscha i fundacja Klausa Tschira , wspierało High School Lab for Neuroscience. 2014 powstało stowarzyszenie przyjaciół. Laboratorium High School wielokrotnie przyciągało uwagę lokalnych mediów. W 2010 roku został wyróżniony jako „Ausgewählter Ort” (wybrana lokalizacja) w ramach inicjatywy „Deutschland – Land der Ideen” („Niemcy – Kraina Idei”).

Naukowy Komitet Doradczy

Statut CIN wymaga, aby zewnętrzna rada naukowa nadzorowała i doradzała prace w CIN. Członkowie Rady są naukowcami o międzynarodowej renomie, których obszar zainteresowań leży w jednym lub kilku obszarach badawczych CIN. Członkowie zarządu są powoływani przez rektora Uniwersytetu w Tybindze. Naukowa rada doradcza odwiedza Tybingę co najmniej raz w roku, aby otrzymać raport na temat rozwoju naukowego i strukturalnego CIN, ocenić pracę i rolę młodszych liderów grup badawczych oraz doradzić. Następnie zarząd rozważa wydarzenia z minionego roku i przygotowuje raport dla rektora uczelni.

Linki zewnętrzne

Współrzędne :