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自扫门前雪的心态

自扫门前雪的心态:科学家研究如何改变我们的大脑

詹妮弗蒂德博尔

 

该 brain

我们可以在我们周围的世界看到的可塑性。

它可能是这样的:一个学生的测试做准备。成年调整助听器。司机试图记住汽车停放。斑马鱼与记忆美味的食物的地方。大鼠学习自我控制。

可塑性是大脑与经验,学习或年龄如何变化。它可以是一个积极的变化,如孩子学习字母表或成人选择沙拉来代替蛋糕。而且可塑性也有消极的一面,如酗酒或患上退化性疾病挣扎的人。

“可塑性能好,它可以是坏的,但两者都很重要,这就是为什么我们需要在硬币的两面研究,”金伯利说柯克帕特里克, jrs极速体育 特聘教授 心理科学。 “它理解为什么大脑的变化,因为它可以与疾病的治疗或措施帮助是很重要的。”

可塑性是jrs极速体育的研究重点 认知和神经生物学的方法来可塑性中心或CNAP。

CNAP是K-状态导致helpus了解不断变化的大脑和improveour生活质量的一个全州范围内的努力。而中心坐落在k状态的心理科学系,它涉及到从跨学科的研究人员 艺术和科学学院中, 卡尔河工程学院冰兽医学院。 CNAP还包括在协作者 堪萨斯大学威奇塔州立大学.

美国国立卫生研究院 认识神经科学研究的重要性,在2017年,资助CNAP有一个著名的1060万$ 生物医学研究卓越中心或COBRE,补助。它是在心理科学系的历史上最大的授予,并且只能在大学已经收到了COBRE授予的第二次。现在进入第三个年头年初,该中心将继续发展和壮大。

“我们已经能够在两年做的是巨大的,”柯克帕特里克,CNAP主任。 “充实到我们的研究界是巨大的,我们的教师能够利用他们的工作到一个新的水平。”

超过63名合作者 - 包括教师,科学家,博士后,研究生和本科生 - 介入与CNAP和正在开展的主题,如自我控制,酗酒,衰老,听力,记忆力减退认知,行为和神经生物学研究和学习。

“我们的研究领域是多种多样的,但可塑性真是持有其结合在一起的胶水,”帕特里克说。 “一切都涉及到大脑的过程,大脑健康和可塑性在大脑中的一段时间或经验发生变化的条款。”

除了支持研究,批也已经资助的实验室升级,包括手术单位,重新组织学实验室和其他设备。整修总额超过2100平方英尺的bluemont大厅和升级带来了新的研究的可能性。

“在我们的基础设施,这些显著改进开门人表演技巧,他们以前无法完成,”帕特里克说。 “设施重​​要神经科学,现在我们可以招募顶级的线的教师,研究生和博士后研究人员。” 

理解大脑

Kimberly Kirkpatrick

她自己的研究,柯克帕特里克是使用升级设备来研究两个方面:如何提高自我控制和方式,饮食会影响大脑和冲动行为。

自我控制与许多积极的行为有关。人具有良好的自我控制是不太可能滥用药物,是不太可能有注意力障碍,更容易保持健康的体重,更可能有更好的财务管理。

柯克帕特里克正在研究在老鼠和人类的行为,了解自我控制如何影响大脑。通过基于时间的干预,柯克帕特里克的研究小组发现,老鼠宁愿等待更大的享受,而不是立即有一个较小的治疗。现在球队正在做类似行为的工作通过电脑游戏,活动和智能手机应用程序人类,帮助人们练习自我控制。

通过饮食相关的研究,柯克帕特里克发现,吃高脂肪及高糖饮食更有可能从事冲动行为影响。

“这些高脂肪或高糖饮食是在大脑中引起炎症和是造成细胞的损害,”帕特里克说。 “即使回​​归到健康的饮食习惯,有些人仍然有正在改变他们的认知行为的长期神经系统的损害。”

其结果是,柯克帕特里克的团队正在想办法帮战神经炎症与ω-3补充剂。

“我们正在开发的促进,导致健康和繁荣的决策措施,”帕特里克说。 

大脑老化

A participant uses eye tracking technology

随着年龄的增长,我们自然体验的认知下降。我们停我们的车还是我们昨天早餐吃,我们可能会忘记。但我们也获得更多的经验和知识。

石楠贝利,心理科学的助理教授,他认为这是非常重要的。她正在研究如何老年人可以用自己的经验和知识来学习新的信息。

她的项目有两组人 - 成人年龄为65岁至85岁的成年人18至28 - 观看一系列描绘日常活动,如烹饪早餐,平衡支票簿或技术工作的视频。贝利使用眼动追踪技术,以确定哪些人关注和使用功能磁共振成像,它代表功能性磁共振成像,以确定哪些部分大脑参与学习和记忆新信息。

“我们发现,当人们有相关的知识,它们能够更好地记得在视频活动,”贝利说。 “但是,如果他们没有任何相关知识,然后分块活动分成更小的事件,可以提高他们的记忆。”

超过200人参加了这项研究无论是在K-状态曼哈顿jrs极速体育app,或在 豪格伦德脑成像中心 堪萨斯医疗中心大学。

贝利计划与人早发性阿尔茨海默氏症或其他神经退行性疾病的患者进一步的工作。

“我们的研究可能有助于提高老年人的生活,帮助他们独立再工作的质量,”贝利说。

但我们的年龄之前发生?可我们的童年环境的影响我们的大脑作为成年人?

这就是玛丽·凯恩,心理科学教授,旨在了解。她从小学习环境如何影响酗酒和吸毒的成年人。

通过她与啮齿动物模型的工作,她发现,在玩具和社交互动的丰富环境提出大鼠具有较低的药物和酒精的摄入量成人。凯恩还发现,在丰富的环境提出了老鼠对酒精和糖的水的味道很敏感。

“我们知道,早期的饲养环境会导致大脑的变化,但它确实新颖,它也可以被改变的味道,”凯恩说。 “这可能对成年后酗酒的影响也是如此。”

通过观察大脑的图像,该隐可以更好地了解大脑的结构,神经本身的具体部位,会影响成年后酗酒。她的工作也适用于人类。

“我们的研究表明,儿童时期所提供的任何类型的富集是针对成人使用毒品和酒精的保护,这就是可塑性变化的结果,”凯恩说。 “早期的生活充实是非常重要的。”

比较大脑

该 zebrafish is a model species for underst和ing the human brain.

为研究人类大脑的最佳模式物种之一是小,2英寸的鲦鱼:斑马鱼。这是因为大约75人的基因也%在斑马鱼和关于人类疾病基因的84%发现有斑马鱼配对。

“这个共同的遗传设置使得斑马鱼研究人类情感障碍和情感,情感和认知的神经基础迷人的模型,说:”在托马斯·穆勒,研究助理教授 生物学系.

特别是,穆勒的研究杏仁核,这是人与鱼脑的一部分控制情绪和调解社会行为和情感联想学习,如恐惧学习。穆勒的重点是由扁桃体影响到两个神经系统疾病:自闭症谱系障碍和创伤后应激障碍。

“我们喜欢认为只有人类,也许我们的宠物有情绪,”穆勒说。 “但我的研究表明,神经电路和斑马鱼的杏仁核不仅十分复杂,而且也惊人相似,哺乳动物的大脑,更相似,其实,也比以前想象。”

穆勒的研究小组现在使用的1.3 $百万CNAP试点补助和部分 人类前沿研究的基础 授予的国际合作,以更好地了解空间和联想学习如何在斑马鱼和其他鱼类组织。

成像大脑

A new imaging technique shows a rat brain

但重要的功能和解剖大脑的研究只是不如你可以捕捉到的图像。

事实上,CNAP在新的成像技术收养的合作。作为该中心的使命,穆勒和凯恩的部分与斯特凡bossmann工作,大学杰出教授 化学。 bossmann球队专门使用神经元的状态的最先进的成像 国家自然科学基金资助的仪器称为磁共振成像,其分析在大脑中的化学化合物。

合作还涉及PUNIT普拉卡什,保湖在spainhour教授 迈克wiegers电气和计算机工程系,谁是创造更好的方法来评估图像和数据。

bossmann使用600兆赫MRI捕捉到令人难以置信的详细图像 - 分辨率约100微米 - 斑马鱼和啮齿动物的大脑,以显示大脑的某些部分在特定情况下启动的。该技术被称为扩散张量成像,或DTI,和措施神经元之间的信令。该技术还可以受益的疾病,如多发性硬化症的人,因为它可以决定哪些神经元或不工作。

“这种功能性成像是很少做的,它不这样做的决议,我们有,” bossmann说。

高分辨率MRI图像让穆勒创造的斑马鱼大脑中丰富的数据功能的三维图谱。该隐使用的图像,研究如何在物质大脑,特别是髓鞘,可能会增加酗酒的阻力。

bossmann,谁也与 K-状态约翰逊癌症研究中心卓越中心胰腺癌研究,利用MRI对肿瘤的研究。这是很自然的bossmann涉足与CNAP了。

“我能够协作与团队开发新的方法,让他们提供给社会,” bossmann说。 “研究可以给重要的洞察的治疗靶点。” 

训练大脑

A participant wears an EEG cap

因为我们的大脑处理视觉和听觉效果,CNAP科学家利用脑电图显示神经活动,它正在发生。脑电图,简称脑电图,与会者穿有检测在大脑电活动的非侵入性的电极的特殊帽。

马修的Wisniewski,心理科学的助理教授,和亚历山大zakrzewski,心理科学的研究助理教授,正在开发新的脑电设施,研究我们的大脑如何处理我们所看到的和我们听到的。

的Wisniewski研究听觉学习和自己的工作目标,以培养人们听到的声音细节东北。为他的项目,人们戴上脑电图帽,而他们是在一个健全的展台通过耳机听声音。脑电图提供如何前和训练后,大脑作出反应,以声音的测量,以及对哪些人把精力投入到听力的程度。

“我们正在衡量他们听到的声音在培训过程中细节的能力,”说的Wisniewski。 “我们想知道什么类型的培训是最有效的改变大脑和改善听力性能。然后这些程序可以用来训练听力技巧与助听器或人工耳蜗“。

zakrzewski的研究主要集中在元认知,这是我们如何看待我们自己的思想。她的工作可以帮助谁与戒瘾,或谁的人可能有差的认知能力和不知道他们都在努力。

“元认知是我们如何监测我们的判断和控制我们的行为真正有用的,说:” zakrzewski,谁也导致脑电图设施。 “我感兴趣的是认知的准确性,或有多好,我们知道我们是对或错时”。

zakrzewski有参与者作出期间知觉或记忆任务和用途脑电成像技术在大脑中捕获的元认知置信等级。她正在建设培训计划,以帮助人们改善他们的认知能力,这样他们就可以改变或调整自己的行为。 

通知大脑

Dan Andresen

从大量的大脑的脑电数据和高分辨率图像的产生的研究需要大量的计算能力。

输入 beocat在K-状态的高性能计算集群。 beocat是堪萨斯州最强大的超级计算机,是4000倍,比一般的笔记本电脑更加强大。

“的研究正在成为大数据和跨学科的团队为主,CNAP是这种类型的交互模型,说:”丹安德烈森教授, 计算机科学 和计算研究所研究主任。 “你可以有最好的创意和最好的研究人员,但他们不会得到他们的研究做了,除非他们有处理它的环境。”

beocat的大型加工能力已经取得了CNAP的研究有所不同:数据分析过去需要几天现在可以在几小时内完成。研究人员可以很容易地处理数字和数据传输给合作者。

K - 国家计算机科学家正在开发的大量数据和图像的新的分析方法是CNAP研究人员收集。计算机科学研究生和本科生往往与心理科学和生物学的研究人员合作开发新的程序,工作快速,高效地。

“它是这些计算机科学专业的学生一个很好的经验,因为他们采取了他们的工程泡沫,并获得跨学科的现实世界的经验,”安德烈森说。 “科学正在变得越来越数字化,并更加依赖于数据。这就是我们进来的“。 

一个协作的团队

jrs极速体育认知和神经生物学的方法来可塑性中心,或CNAP,是一个涉及多个机构超过63名跨学科的合作者全州范围内的努力。这里是一些补助与会者名单。

董事和顾问
金伯利·柯克帕特里克,美国jrs极速体育,PI / PD行为神经科学核心主任
莱斯特loschky,jrs极速体育,副主任
丹尼尔·安德烈森,jrs极速体育,神经信息学核心主任
亚历山大zakrzewski,jrs极速体育,脑电图核心主任
马克麦考特,北达科他州立大学,外部咨询委员会主席
彼得香脂,哥伦比亚大学,外部咨询委员
丽贝卡的映衬下,布朗大学,外部咨询委员
朗达·刘易斯,威奇塔州立大学,内部咨询委员
贝丝montelone,jrs极速体育,内部咨询委员
布赖恩·斯普纳,美国jrs极速体育,内部咨询委员
迈克尔年轻,jrs极速体育,内部咨询委员

导师
乔治·约翰·安德森,美国加州大学河滨分校,项目导师
斯蒂芬bossmann,jrs极速体育,项目和试点补助导师
亚历克斯·查帕罗,安柏瑞德航空航天大学,项目导师
安·戴维斯,堪萨斯大学医学中心,试点补助导师
约瑟夫·唐纳利,堪萨斯大学,试点补助导师
安德鲁·霍姆斯,对酗酒和酒精中毒研究所,项目导师
斯蒂芬·基弗,jrs极速体育,项目导师
金伯利·柯克帕特里克,美国jrs极速体育,项目导师
莱斯特loschky,jrs极速体育,项目导师
劳拉·马丁,堪萨斯大学医学中心,项目导师
雅汶沙哈姆,药物滥用研究所,项目导师
非利娜wangemann,jrs极速体育,试点补助导师
杰弗里·萨克斯,华盛顿大学,圣。刘易斯,项目导师

受资助
石楠贝利,美国jrs极速体育,项目负责人
玛丽·凯恩,美国jrs极速体育,项目负责人
睿妮,威奇塔州立大学,项目负责人
查尔斯·皮肯斯,美国jrs极速体育,项目负责人
阿曼达布鲁斯,堪萨斯大学医学中心,试点铅补助
托马斯·穆勒,jrs极速体育,试点铅补助
玉兰熊,jrs极速体育,试点铅补助
芭芭拉·皮特,jrs极速体育,博士后研究员
瑞安铃声,威奇塔州立大学,博士后研究员