Илана Б. Виттен — американский нейробиолог и профессор психологии и нейробиологии в Принстонском университете . Виттен изучает мезолимбический путь , уделяя особое внимание механизмам стриарной нейронной цепи, управляющим обучением с вознаграждением и принятием решений.
Виттен выросла в Принстоне, штат Нью-Джерси , где ее родители оба были профессорами Принстонского университета . [1] Ее отец, Эдвард Виттен , является физиком-теоретиком и профессором математики в Принстонском университете , а ее мать, Кьяра Наппи, является профессором физики. [1] Виттен посещала среднюю школу Принстона в своем родном городе, а затем оставалась недалеко от дома, посещая Принстонский университет для получения высшего образования. [1] Сестра Виттен, Даниэла Виттен , получила степень бакалавра по математике и биологии в Стэнфордском университете. [2]
В Принстоне Виттен специализировалась на физике, но именно во время обучения в бакалавриате она увлеклась биологией, в частности, нейронаукой. [1] В течение своего первого года в Принстоне Виттен работала научным сотрудником в лаборатории Ли Меррилла Сильвера , изучая молекулярную биологию и генетику. [3] Позже, обучаясь в бакалавриате, Виттен присоединилась к лаборатории Майкла Дж. Берри, где она проводила исследования для своей бакалаврской диссертации по вычислительной нейронауке. [4] Ее дипломная работа с отличием называлась «Тестирование метаболической эффективности в нейронном коде сетчатки» и была награждена кафедрой физики. [4] Виттен получила степень бакалавра в области физики в 2002 году в Принстоне . [1]
Вдохновленная своим опытом студенческих исследований, Виттен продолжила свое аспирантское образование в области нейронауки в Стэнфордском университете в 2003 году. [5] Под руководством Эрика Кнудсена Виттен исследовала нейробиологические механизмы внимания и стратегии обработки информации в центральной нервной системе сов. [6]
Прогнозирование — это фундаментальное нейронное вычисление, выполняемое мозгом для опосредования соответствующих поведенческих реакций на изменяющиеся и неопределенные условия. [7] В своей ранней дипломной работе Виттен исследовала, как определенная нейронная цепь у сипухи предсказывает местоположение слуховых стимулов движения. [7] Оптический тектум — это область мозга сипухи, которая помогает сориентировать взгляд совы на слуховой стимул, и это обеспечивается нейронами, кодирующими информацию из слуховой системы, для создания топографической карты слухового пространства. [7] Виттен хотела понять, как эта топографическая карта изменяется при движении слуховых стимулов. [7] Она обнаружила, что слуховые рецептивные поля как обостряются, так и смещаются в зависимости от положения стимула, показывая, что слуховые поля совершают предсказательные сдвиги для отслеживания местоположения слуховых стимулов. [7]
Затем Виттен заинтересовалась исследованием того, как мозг обнаруживает одиночный объект, когда он должен интегрировать множество сенсорных стимулов и информации из разных каналов. [8] Используя модель пластичности Хебба , Виттен предположила, что синаптическая пластичность, лежащая в основе обнаружения и представления объектов в мозге, является результатом разницы в пространственных представлениях одного типа входа по сравнению с другим. [8] Она обнаружила, что величина пластичности для каждого канала сенсорного входа зависит от силы и ширины рецептивного поля для этого канала. [8] При более сильных входах, направляющих пластичность, это может объяснить развитие и поддержание выровненных сенсорных представлений в мозге. [8]
После защиты докторской диссертации в 2008 году Виттен осталась в Стэнфорде , чтобы провести постдокторские исследования в лаборатории Карла Дейссерота . [1] Под руководством Дейссерота Виттен узнала, как использовать оптогенетические технологии для анализа генетически определенных типов клеток в нейронных цепях, и особый интерес Виттен представляли холинергические нейроны в системе вознаграждения мозга. [9] В первой статье автора в журнале Science , опубликованной в 2010 году, Виттен проанализировала роль холинергических нейронов в прилежащем ядре , которые, хотя и составляют всего 1% локальных нейронов, играют значительную роль в модуляции цепей и поведении водителя. [9] Она также обнаружила, что эти холинергические интернейроны активировались при введении кокаина, однако их подавление приводило к повышению активности средних шипиковых нейронов в NaC и предотвращало кокаиновое обусловливание у мышей. [9] Открытие Виттена подчеркнуло решающую роль, которую может играть такая небольшая популяция нейронов в опосредовании поведенческих результатов. [8]
Поскольку ингибирование холинергических интернейронов в полосатом теле улучшало обусловленность, вызванную лекарственными препаратами, Виттен и Дейссерот подали патент на использование оптогенетических технологий в холинергических интернейронах в NAc или полосатом теле. [10] Они предложили сначала использовать технологию для лучшего понимания поведения вознаграждения и зависимости в моделях грызунов, а затем нацеливаться на определенные нейронные цепи при лечении расстройств зависимости у людей путем введения полинуклеотидов, кодирующих опсин, в полосатое тело. [10] Благодаря оптической или электрической стимуляции эта технология позволит разрабатывать точные по времени стратегии лечения для тех, кто страдает от зависимости. [10]
Затем Виттен захотела применить оптогенетику к моделям крыс, чтобы исследовать нейронные схемы вознаграждения, поэтому она создала линии драйверов Th::Cre и Chat::Cre у крыс. [11] С помощью этих новых линий драйверов Виттен ввела вирусы для экспрессии Cre -зависимых опсинов в мозге крыс, чтобы прояснить причинно-следственную связь между активацией дофаминовых нейронов и положительным подкреплением в ее новых линиях драйверов скорости. [11] Виттен подтвердила, что стимуляция дофаминовых нейронов вентральной тегментальной области у крыс Th::Cre действительно вызывала внутричерепную самостимуляцию, что подчеркнуло мощь ее инструмента для препарирования определенных нейронных схем у крыс с использованием оптогенетики, что ранее было невозможно. [11]
Виттен продолжала изучать холинергические цепи в полосатом теле и роль дофаминовых нейронов в управлении поведением вознаграждения на протяжении всего времени работы в лаборатории Дейссерот и стала соавтором многих статей за четыре года работы в лаборатории. [12]
После постдокторской работы в лаборатории Дейссерота Виттен была принята на работу в Принстонский университет в 2012 году на должность доцента кафедры психологии и нейронауки в Институте нейронауки Принстона и на кафедре психологии. [1] Виттен начала свою лабораторию в Принстоне и посвятила себя изучению нейронных цепей, управляющих обучением с вознаграждением и принятием решений в моделях грызунов. [5] Благодаря использованию таких методов, как оптогенетика, поведение грызунов, электрофизиология, визуализация и компьютерное моделирование, Виттен и ее команда смогли открыть новые механизмы, с помощью которых стриатные и другие цепи вознаграждения управляют поведением. [5] В 2018 году Илана была повышена до должности доцента и получила постоянную должность в Принстонском университете. [13]
В дополнение к своей роли главного исследователя, Виттен является членом комитета по приему аспирантов PNI, членом комитета по выбору URM для летней программы PNI, членом комитета по перепроектированию учебной программы аспирантов, а также выполняет множество других функций в комитетах для поддержки ее нейробиологического сообщества в Принстоне. [5] Виттен также преподает во многих классах в Принстоне и является членом BRAIN CoGS (Circuits of Cognitive Systems), финансируемого NIH проекта из семи лабораторий, направленного на изучение того, как функция рабочей памяти лежит в основе принятия решений. [14]
В 2016 году Виттен и ее команда в Принстоне опубликовали статью, в которой рассматривались различные функции различных популяций дофаминовых нейронов среднего мозга, определяемые их целевой областью полосатого тела. [15] Они обнаружили, что дофаминовые нейроны, которые проецируются в вентральный стриатум, сильнее реагируют на потребление вознаграждения и сигналы прогнозирования вознаграждения, тогда как дофаминовые нейроны, которые проецируются в дорсомедиальный стриатум, сильнее реагируют на контралатеральный выбор. [15] Хотя обе субпопуляции продемонстрировали ошибку прогнозирования вознаграждения, результаты Виттен показывают, что различные местоположения входных дофаминовых терминалов поддерживают специализацию функции в полосатом теле. [15]
Продолжая изучать нейроны полосатого тела, вовлеченные в обучение вознаграждению, Виттен вернулась к результатам своей постдокторской работы по холинергическим интернейронам полосатого тела, чтобы исследовать связь между их профилями активности, синаптической пластичностью и обучением вознаграждению. [16] Виттен и ее команда обнаружили, что активность холинергических нейронов регулирует угасание выученных ассоциаций кокаина и контекста. [16] Кроме того, холинергические нейроны опосредуют устойчивое снижение пресинаптического глутаматергического входа в средние шиповатые нейроны полосатого тела. [16] Эта работа впервые подчеркнула модуляторную роль холинергических интернейронов в полосатом теле. [16]
Поскольку социальное взаимодействие по своей сути является вознаграждением, Виттен заинтересовалась формированием части своей исследовательской программы вокруг понимания обработки социальной информации в дофаминергической системе вознаграждения. В 2017 году Виттен и ее команда исследовали уникальное подмножество прелимбических (ПЛ) корковых нейронов, вовлеченных в социальное поведение, которые проецируются в прилежащее ядро (NAc), миндалевидное тело и вентральную область покрышки. [17] Интересно, что активация проекции ПЛ-NAc приводит к снижению социальных предпочтений, поэтому Виттен и ее команда стремились понять, какую информацию передает эта проекция. [17] Они обнаружили, что она передает как пространственную, так и социальную информацию, что позволяет формировать социально-пространственные ассоциации для управления социальным поведением. [17]
Затем Виттен и ее коллеги более тщательно изучили дофаминергические нейроны в VTA. [18] Хотя эти нейроны канонически связаны с системой вознаграждения, они были вовлечены в различные другие поведенческие переменные, поэтому Виттен было интересно изучить их способность кодировать вознаграждение, сигналы прогнозирования вознаграждения, историю вознаграждения, пространственное положение, кинематику и поведенческий выбор. [18] С помощью визуализации кальция in vivo Виттен и ее команда обнаружили функциональные кластеры нейронов DA VTA, связанные как с переменными, связанными с вознаграждением, так и с переменными, не связанными с вознаграждением, и эти нейроны также были пространственно сгруппированы в пределах VTA. [18]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )