馬里蘭州大學(xué)公園市–馬里蘭大學(xué)生物系助理教授Colenso Speer被美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)授予“導(dǎo)演新創(chuàng)新獎(jiǎng)”。該獎(jiǎng)項(xiàng)是該組織最具競爭性的一筆撥款，是NIH高風(fēng)險(xiǎn)，高回報(bào)研究計(jì)劃的一部分。它旨在支持“特別有創(chuàng)造力的早期職業(yè)調(diào)查員，他們提議在生物醫(yī)學(xué)，行為或社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域提出具有創(chuàng)新性，高影響力的項(xiàng)目。”

Speer將獲得150萬美元，用于進(jìn)行為期五年的大腦神經(jīng)回路發(fā)育和可塑性研究。他計(jì)劃創(chuàng)建工具和方法來研究神經(jīng)回路的形成方式以及神經(jīng)元之間的連接如何在分子水平上響應(yīng)感官體驗(yàn)而變化。

Speer的研究可能會(huì)朝著繪制大腦中電路的物理布局以及理解在神經(jīng)元之間傳遞的復(fù)雜化學(xué)信號邁出一大步。

斯佩爾說：“我很高興獲得這一獎(jiǎng)項(xiàng)，并知道我們的想法受到歡迎并被認(rèn)為具有創(chuàng)新性。” “該獎(jiǎng)項(xiàng)承認(rèn)不能保證成功，但取得成功的潛力非常高，這將對該領(lǐng)域產(chǎn)生變革。”

Speer研究的重點(diǎn)是突觸中的分子活性，即大腦神經(jīng)元之間的物理聯(lián)系。人腦中大約一百萬億個(gè)突觸中的每一個(gè)都是一個(gè)極其復(fù)雜和復(fù)雜的環(huán)境，其中多個(gè)分子處理并通過連接傳遞信號。這些聯(lián)系隨著時(shí)間而變化，通過經(jīng)驗(yàn)變得越來越強(qiáng)或更弱，這個(gè)過程有助于學(xué)習(xí)和記憶。到目前為止，科學(xué)家還沒有工具來精確研究突觸在分子水平上的功能。

斯佩爾說：“我們在研究中有點(diǎn)像兔子洞，試圖了解突觸是如何形成并正確連接在一起的。” “我們在問，'調(diào)節(jié)突觸形成和組織的分子機(jī)制是什么?'”

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，Speer和他的團(tuán)隊(duì)將研究特定神經(jīng)元和突觸如何發(fā)展以將眼睛連接到大腦并實(shí)現(xiàn)小鼠的視覺感知。從UMD的合作者工作生物系，化學(xué)與生物化學(xué)系和細(xì)胞生物學(xué)和分子遺傳學(xué)系，Speer將開發(fā)和應(yīng)用來自三個(gè)廣泛研究領(lǐng)域的一系列新技術(shù)：轉(zhuǎn)錄組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)和超分辨率熒光顯微鏡。用于分析RNA的轉(zhuǎn)錄組學(xué)將被用于確定神經(jīng)元回路細(xì)胞中的DNA如何被轉(zhuǎn)錄，以產(chǎn)生執(zhí)行細(xì)胞生物學(xué)功能的新蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)將用于鑒定在發(fā)育的不同階段以及對不同刺激的反應(yīng)中突觸中蛋白質(zhì)的類型和數(shù)量的變化。超分辨率熒光顯微鏡將使Speer實(shí)驗(yàn)室的研究人員能夠?qū)δX組織內(nèi)分子的物理排列進(jìn)行成像，并繪制出有助于突觸連接發(fā)展的RNA和蛋白質(zhì)的空間組織。

“我們計(jì)劃在此處應(yīng)用的技術(shù)非常復(fù)雜，” Speer解釋說。“我們正在處理非常微小的微妙RNA和蛋白質(zhì)樣品，這些樣品在過程中不穩(wěn)定，容易降解或丟失，因此每個(gè)步驟在技術(shù)上都具有挑戰(zhàn)性。”

此外，研究小組還將這些方法應(yīng)用于極小的目標(biāo)-來自特定個(gè)體神經(jīng)元的單個(gè)突觸。如此高的難度，在采樣或分析過程中可能會(huì)出錯(cuò)。但是，如果成功的話，Speer的研究可能會(huì)在一個(gè)正在發(fā)展的突觸中得出第一個(gè)完整的成分清單(包括RNA和蛋白質(zhì))。它還可以提供工具，使人們充分了解潛在突觸功能的分子的空間組織和電路的組織。這項(xiàng)工作將提供詳細(xì)的分子圖，顯示大腦如何連接以及其如何響應(yīng)不同的感覺輸入而變化。

Speer說：“獎(jiǎng)勵(lì)是，我們可以在發(fā)育，衰老和疾病期間獲得完整的突觸分子圖。” “如果我們掌握了這些信息，這將有助于我們確定可用于治療神經(jīng)精神疾病，神經(jīng)發(fā)育疾病，衰老和記憶障礙以及許多其他直接受突觸變化影響的認(rèn)知功能的潛在基因。”

Speer在哈佛完成了博士后研究后，于2017年加入馬里蘭大學(xué)。他獲得了博士學(xué)位。于2010年在加州大學(xué)戴維斯分校獲得神經(jīng)科學(xué)博士學(xué)位，并于2004年在亞利桑那州立大學(xué)獲得分子生物科學(xué)/生物技術(shù)學(xué)士學(xué)位。