Medición de la entrada neuronal completa

Medir cómo las neuronas integran sus entradas y responden a ellas es clave para comprender el impresionante y complejo comportamiento de humanos y animales. Sin embargo, no se ha logrado una medición completa de las funciones neuronales de entrada-salida (IOF) en ningún animal. Realizar la medición completa de las IOF en el sistema modelo C. elegans podría perfeccionar métodos críticos y descubrir principios que se generalizarán en toda la neurociencia.

La neurociencia de sistemas tiene como objetivo comprender la compleja interacción de las neuronas en el cerebro, que permite los impresionantes comportamientos de los animales. Un componente crítico de esta comprensión es la función de entrada-salida (IOF) de las neuronas, que caracteriza cómo una neurona integra sus entradas y responde a ellas. Sin embargo, a pesar de su importancia, no se ha logrado una medición completa de las IOF en ningún animal, lo que crea un importante punto ciego en nuestra comprensión de la función cerebral. Si bien se han medido partes de las IOF a través de varios experimentos, estos esfuerzos solo controlan un subconjunto limitado de las entradas a cualquier neurona determinada, proporcionando solo una pequeña porción de la IOF verdadera. Además, la salida de las neuronas es una función compleja no lineal de sus entradas, lo que aumenta la complejidad del problema. Para comprender verdaderamente el cálculo y la función del cerebro, necesitamos un funcionamiento detallado de las IOF, lo que requiere controlar todas las entradas y observar los factores que dan forma a las IOF. Seguir esto en un solo modelo animal descubriría nuevos métodos, herramientas y principios científicos que podrían catalizar la innovación a gran escala en toda la neurociencia.

El proyecto tiene como objetivo desbloquear una comprensión más profunda de cómo las neuronas del cerebro procesan la información a través del mapeo completo de las IOF neuronales utilizando el organismo modelo C. elegans. Este mapeo integral es un paso vital para comprender cómo las neuronas del cerebro reciben, integran y responden a las señales. El proyecto utilizará una combinación de técnicas avanzadas que incluyen optogenética, microscopía moderna y microfluidos para controlar y observar el sistema nervioso de los gusanos, y desarrollará modelos para predecir cómo responden las neuronas en función de sus entradas. El equipo también explorará cómo diferentes factores, como productos químicos, fármacos y células no neuronales, influyen en estas respuestas. Para garantizar el máximo beneficio para el campo y la comunidad científica, todos los datos y hallazgos se compartirán abiertamente y se asignarán recursos para promover la colaboración con expertos externos en diseño experimental, desarrollo tecnológico y análisis computacional y teórico.

Las Organizaciones de Investigación Enfocada (FRO) son equipos de investigación enfocados en una misión por tiempo limitado, organizados como una startup para abordar un desafío científico o tecnológico específico de mediana escala. Los proyectos FRO buscan producir nuevas herramientas, tecnologías, procesos o conjuntos de datos transformadores que sirvan como bienes públicos, creando nuevas capacidades para la comunidad de investigación con el objetivo de acelerar el progreso científico y tecnológico de manera más amplia. Fundamentalmente, los proyectos FRO son aquellos que a menudo quedan entre las grietas que dejan las fuentes de financiamiento de investigación existentes debido a incentivos, procesos, misión o cultura conflictivos. Es probable que exista una amplia gama de conceptos de proyectos para los cuales las agencias podrían aprovechar entidades estilo FRO para lograr su misión y avanzar en el progreso científico.

Este proyecto es adecuado para un enfoque estilo FRO porque requiere un nivel de desarrollo e ingeniería coordinados que es demasiado grande para un solo laboratorio académico, demasiado complejo para una colaboración flexible de varios laboratorios y no lo suficientemente rentable directamente para una iniciativa respaldada por empresas. startup o proyecto de I+D industrial. El proyecto también apunta a crear un conjunto de bienes públicos a través de su compromiso con la ciencia abierta, con planes para compartir datos y códigos a medida que se desarrollen. En términos más generales, el trabajo se presta bien al desarrollo de un nuevo conjunto de herramientas y metodologías en lugar de los productos o artículos incentivados por los modelos de investigación tradicionales.

Este proyecto tiene como objetivo revolucionar la neurociencia al proporcionar la primera medición completa de las funciones neuronales de entrada-salida (IOF) en el organismo modelo C. elegans. La identificación de interacciones causales entre neuronas proporcionará una visión sin precedentes de la función cerebral, y los métodos desarrollados en el proceso allanarán el camino para comprender sistemas nerviosos más complejos.

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Para abordar la brecha entre los incentivos académicos y comerciales, el gobierno estadounidense debería financiar programas de investigación centralizados, conocidos como FRO, para abordar desafíos bien definidos.