Надин Гоголла

Надин Гоголла
Национальность	немецкий
Альма-матер	Бакалавр Марбургского университета, Германия, MS Inserm U546 Париж, Франция, доктор философии Институт биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера и Базельский университет, постдокторантура в Гарвардском университете
Известный	Выражение лица отражает эмоциональное состояние мышей
Награды	Фонд Чарльза А. Кинга - стипендия для постдокторских исследований, долгосрочная стипендия программы Human Frontiers Science (HFSP), Мемориальный фонд Джейн Коффин Чайлдс для медицинских исследований, премия Эда Фишера, лучший доктор философии. Премия за диссертацию, Немецкий национальный фонд академических заслуг
Научная карьера
Поля	Нейронаука
Учреждения	Институт нейробиологии Макса Планка в Мартинсриде, Германия

Надин Гоголла — руководитель исследовательской группы в Институте нейробиологии Макса Планка в Мартинсриде , Германия, а также ассоциированный преподаватель Высшей школы системной нейронауки. Гоголла исследует нейронные цепи, лежащие в основе эмоций, чтобы понять, как мозг объединяет внешние сигналы, чувственные состояния и эмоции для принятия взвешенных поведенческих решений. Гоголла известна своим открытием с помощью машинного обучения и двухфотонной микроскопии, позволяющим классифицировать выражения лица мышей по категориям, похожим на эмоции, и коррелировать эти выражения лица с нейронной активностью в островковой коре.

Ранняя жизнь и образование

Гоголла изучала биологию человека в Марбургском университете в Германии. Сразу после получения степени бакалавра в 2002 году Гоголла получила степень магистра в Inserm U546 в Париже, Франция, под руководством Роланда Либау, изучающего нейроиммунные взаимодействия в моделях заболеваний. Позже, в 2002 году, Гоголла начала обучение в аспирантуре по нейробиологии в Институте биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера при Базельском университете в Базеле, Швейцария . Под руководством Пико Карони Гоголла исследовал регуляторные механизмы, управляющие структурной пластичностью мозга.

Во время работы над докторской диссертацией Гоголла опубликовала несколько первых авторских статей в журнале Nature Protocols. В начале 2006 года Гоголла опубликовала свою первую статью в журнале Nature Protocols, в которой описывался инновационный метод подготовки органотипических культур срезов гиппокампа для долгосрочного живого изображения до 6 месяцев in vitro. Вскоре после этого Гоголла опубликовал еще одну статью Nature Protocols, в которой описывался новый метод долговременной визуализации нервных цепей в органотипических культурах срезов гиппокампа. Третья первая авторская статья Гоголлы «Протоколы природы» была опубликована в 2006 году, в ней также описывается протокол окрашивания органотипических культур срезов гиппокампа. Используя эти методы, Гоголла смог получить диплом с отличием в следующем, 2007 году. Диссертация Гоголлы называлась «Зависимые от опыта структурные перестройки синаптических связей в центральной нервной системе взрослого человека». В ее диссертационной работе были освещены молекулярные механизмы, лежащие в основе пластичности, зависящей от опыта, в пути мшистых волокон гиппокампа , и она исследовала, как возраст и образ жизни влияют на эти механизмы in vitro. Прежде чем защитить докторскую диссертацию, Гоголла стала соавтором статьи в журнале Neuron, описывающей механизмы аксональной пластичности и роль аксональной пластичности в постоянном изменении структуры локальных цепей на протяжении всей жизни.

После получения докторской степени в 2007 году Гоголла начала постдокторантуру в Гарвардском университете под руководством Такао Хенша . Во время учебы в Гарварде Гоголла исследовал нейробиологические механизмы, лежащие в основе критических периодов развития мозга. За это время Гоголла опубликовала две статьи, над которыми работала во время учебы в аспирантуре. Первая статья, опубликованная в журнале Neuron в 2009 году, показала, что влияние обогащения окружающей среды на количество синапсов и структуру сети гиппокампа опосредовано передачей сигналов wnt в области CA3 гиппокампа. Затем она опубликовала первую авторскую статью в журнале Science вместе со своей командой выпускников из Института Фридриха Мишера , показывающую, что часть внеклеточного матрикса, биологического материала, известного как хондроитинсульфатпротегликаны , накапливается в миндалевидном теле, образуя перинейрональные сети, которые защищают воспоминания о страхе. от стирания. Любопытно, что деградация этих перинейрональных сетей во взрослом возрасте с помощью фермента, расщепляющего протегликаны хондроитинсульфата, снова сделала воспоминания о страхе уязвимыми к исчезновению. Это открытие может вдохновить исследования в области лечения таких расстройств, как посттравматическое стрессовое расстройство , характеризующееся неспособностью устранить вызывающие страх воспоминания, ведущие к поведенческим нарушениям. В 2009 году Гоголла опубликовал первую авторскую статью в Журнале расстройств нервного развития. В ее исследовании изучалась идея о том, что сложность расстройств аутистического спектра (РАС) является результатом аберрантной регуляции возбуждающих/тормозных нейронных цепей в критические периоды развития. Гоголла сосредоточила внимание на парвальбумина положительных тормозных интернейронах (PV) , поскольку они опосредуют зависящее от опыта уточнение нейронных цепей в процессе развития, и исследовала экспрессию этих нейронов на нескольких моделях мышей с РАС. Гоголла поразительно обнаружил дефицит PV-положительных нейронов в неокортексе на нескольких моделях мышей с РАС, подчеркивая критическую роль этих нейронов в нормальном развитии и потенциал этого дефекта цепи в качестве мишени для предотвращения РАС. Затем Гоголла начал исследовать островковую кору (IC), область мозга, которая является частью коры головного мозга и, по-видимому, играет роль во многих сложных мозговых процессах, включая мультисенсорную интеграцию, представление эмоций, двигательный контроль и сложные социальные процессы. например, сочувствие. Интеграция сенсорной, эмоциональной и когнитивной информации позволяет реализовать эти разнообразные функции ВК, поэтому Гоголла стремился понять, как происходит эта интеграция и как она аберрантно функционирует в моделях РАС, как идиопатических, так и моногенных . С помощью методов флуоресцентной визуализации in vivo Гоголла смог записывать данные с IC и наблюдать мультисенсорную интеграцию, возникающую в IC на ранних стадиях развития, но этот процесс не происходил в моделях РАС. Кроме того, она обнаружила, что экспрессия маркеров тормозных нейронов была снижена по сравнению с контролем в IC моделей мышей с РАС, что позволяет предположить, что баланс тормозных/возбуждающих цепей нарушен. После этого они фармакологически усилили ингибирующую передачу сигналов у молодых мышей с помощью системных инъекций диазепама в течение двух недель и обнаружили, что это устраняет дефицит интеграции в моделях РАС. Интересно, что фармакологическое усиление тормозной передачи у взрослых мышей не оказало влияния на баланс нервных цепей или мультисенсорную интеграцию. Их открытие предполагает, что усиление тормозной передачи в критический период развития может восстановить тормозной/возбуждающий баланс и восстановить нормальные мультисенсорные интеграционные функции IC. Исследование Гоголлы, опубликованное в журнале Neuron в 2014 году, привлекло большое внимание благодаря новому пониманию того, как РАС может проявляться в человеческом мозге и приводить к поведению типа РАС.

Карьера и исследования

После окончания постдокторской работы в Гарварде Гоголла вернулась в Германию в 2014 году, где начала работать преподавателем в Институте нейробиологии Макса Планка в Мартинсриде, Германия. Гоголла также является младшим преподавателем Высшей школы системных нейронаук Мюнхенского центра нейронаук Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана . В настоящее время Гоголла возглавляет группу ученых в MPI, где ее исследовательская программа сосредоточена на изучении нейронных цепей островковой коры, а также их связей с префронтальной корой и другими лимбическими структурами, чтобы понять, какую роль она играет в столь многих разнообразных процессах. мозговые процессы. Лучшее понимание механизмов нейронных цепей, опосредующих различные функции островковой коры, такие как эмоциональная регуляция, эмпатия и социальное поведение, позволит понять, как процессы изменяются при таких болезненных состояниях, как шизофрения, РАС, зависимости и расстройства настроения. Чтобы исследовать островковые нейронные цепи, Гоголла и ее лаборатория используют двухфотонную визуализацию кальция in vivo для записи нейронной активности, пока мыши обрабатывают эмоционально значимые стимулы, а также инновационные поведенческие анализы, оптогенетические методы и алгоритмы машинного обучения , чтобы связать нейронную активность с поведения, манипулировать нейронными цепями и декодировать активность поведенчески и эмоционально значимых нейронных ансамблей IC.

В 2017 году Гоголла написал обзор IC, описав его анатомическое расположение и возможности подключения, его роль в качестве интеграционного центра, его роль в сенсорной обработке, гомеостатической регуляции, эмоциональной регуляции и валентной обработке, а также его роль в водительском поведении. Гоголла также исследовала ВЦ человека и то, как на него влияют различные неврологические и психиатрические расстройства, чтобы подчеркнуть важность лучшего понимания этой области, что является неотъемлемой целью ее исследовательской программы.

В 2019 году Гоголла описал роль задней островковой коры (pIC) в проекции центральной миндалевидного тела в опосредовании тревожного поведения, а также роль задней островковой коры в проекции прилежащего ядра в торможении пищевого поведения. Используя оптогенетику , они обнаружили, что стимуляция pIC вызывает аверсивное поведение, а также усиление вегетативных реакций. Затем, используя двухфотонную визуализацию кальция in vivo , Гоголла и ее команда смогли зарегистрировать переходные процессы кальция в нейронах pIC в качестве индикатора нейронной активности, чтобы установить причинно-следственную связь между активностью pIC и конвергенцией и интеграцией острых сенсорных стимулов. а также устойчивые аффективные и гомеостатические состояния.

В 2020 году Гоголла и ее команда опубликовали новаторскую работу с использованием инновационных технологий машинного обучения и двухфотонных технологий, чтобы показать, что выражения лица мышей коррелируют с внутренними эмоциональными состояниями и что нейронная активность в IC тесно коррелирует с конкретными выражениями лица у мышей. Гоголла был вдохновлен статьей Cell 2014 года, в которой утверждалось, что эмоции представляют собой состояния мозга и должны длиться в течение определенного периода времени после стимула, который их вызвал, и, что важно, они должны масштабироваться в зависимости от силы стимула, который их вызвал. Таким образом, Гоголла предъявлял мышам с фиксированной головой заметные стимулы, такие как сладкий и горький вкус или слегка болезненные потрясения, призванные вызвать определенные эмоциональные реакции. Пока они предъявляли эти стимулы, они записывали лица мышей, а затем разбивали видеозаписи на движения лицевых мышц, которые затем использовали для обучения алгоритма машинного обучения обнаружению отдельных движений лицевых мышц, которые коррелируют с эмоциями. Например, они обнаружили, что когда мышь испытывает боль, ее нос опускается, а уши наклоняются вниз. Алгоритм не только смог обнаружить различные выражения лица, которые коррелировали с различными стимулами, вызывающими эмоции, но и оценивал выражения лица в зависимости от интенсивности предъявленного стимула. Этот беспристрастный и количественный подход к распознаванию выражений лица и, следовательно, к считыванию эмоционального состояния, наконец, позволит нейробиологам задавать вопросы и отвечать на них о том, как мозг обрабатывает эмоции и управляет мотивированным поведением. Вторая часть исследования была сосредоточена на нейронной основе этих выражений лица или эмоциональных состояний. Команда Гоголлы записала нейроны в IC, используя двухфотонную визуализацию, так что они могли наблюдать нейроны с разрешением одной клетки, чтобы наблюдать нейроны, которые активируются только при выполнении определенных выражений лица. Кроме того, они использовали оптогенетику для управления определенными нейронными цепями, которые, как известно, участвуют в определенных эмоциональных состояниях, и запускают соответствующие выражения лица у мышей. В этом исследовании подчеркивается эффективность применения методов машинного обучения к вопросам нейробиологии, поскольку лица животных могли казаться людям-наблюдателям лишенными эмоций, но алгоритмы машинного обучения смогли обнаружить тонкие изменения, которые указывают на отдельные эмоциональные состояния. Эти открытия значительно улучшили нашу способность анализировать, как и где эмоции возникают в мозгу, теперь, когда мы можем обнаружить и количественно оценить их на животных моделях, что открывает потенциал для переноса этих результатов в человеческий мозг, чтобы понять расстройства мозга, характеризующиеся аберрациями. в эмоциональной обработке и эмоциональной регуляции, такой как расстройства настроения.

Награды и почести

• 2017 : ERC запускает грант «Островная тревога».
• 2011–2013: Фонд Чарльза А. Кинга, стипендия для постдокторских исследований.
• 2008–2011: Долгосрочная стипендия программы Human Frontiers Science (HFSP).
• 2008–2011: Мемориальный фонд Джейн Коффин Чайлдс по медицинским исследованиям – долгосрочная стипендия (отказано в пользу премии HFSP)
• 2008: Премия Эда Фишера, лучший доктор философии. Премия за диссертацию, Институт Фридриха Мишера, Базель
• 1997–2002 : Немецкий национальный фонд академических заслуг, полная стипендия.

Избранные публикации

• Доленсек, Нейц; Герлах, Дэниел А.; Кляйн, Александра С.; Гоголла, Надин (2020). «Лицевые выражения эмоциональных состояний и их нейрональные корреляты у мышей» . Наука . 368 (6486): 89–94. Бибкод : 2020Sci...368...89D . дои : 10.1126/science.aaz9468 . hdl : 21.11116/0000-0006-430F-F . ПМИД   32241948 . S2CID   214763289 .
• Герлах, Д.А.; Доленсек, Н.; Кляйн, А.С.; Рой Чоудхури, Р.; Маттис, А.; Юнгханель, М.; Гайтанос, Теннесси; Подгорник А.; Блэк, ТД; Редди Вака, Н.; Конзельманн, К.-К.; Гоголла, Н. (27 августа 2019 г.). «Обработка аверсивных состояний в задней островковой коре». Природная неврология . 22 (9): 1424–1437. дои : 10.1038/s41593-019-0469-1 . PMID   31455886 . S2CID   201652422 .
• Гоголла, Надин (19 июня 2017 г.). «Острововая кора» . Современная биология . 27 (12): 580–586 рэндов. дои : 10.1016/j.cub.2017.05.010 . ISSN   0960-9822 . ПМИД   28633023 .
• Гоголла, Н.; Такесян, А.Э.; Фэн, Г.; Фаджиолини, М.; Хенш, ТК (20 августа 2014 г.). «Сенсорная интеграция в островковой коре головного мозга мыши отражает созревание цепи ГАМК» . Нейрон . 83 (4): 894–905. дои : 10.1016/j.neuron.2014.06.033 . ПМК   4177076 . ПМИД   25088363 .
• Гоголла, Н.; Карони, П.; Люти, А.; Херри, К. (4 сентября 2009 г.). «Пенейрональные сети защищают воспоминания о страхе от стирания». Наука . 325 (5945): 1258–1261. Бибкод : 2009Sci...325.1258G . дои : 10.1126/science.1174146 . ПМИД   19729657 . S2CID   206520056 .
• Гоголла, Н.; Леблан, Джей-Джей; Кваст, КБ; Зюдхоф, TC; Фаджиолини, М.; Хенш, ТК (4 июня 2009 г.). «Пенейрональные сети защищают воспоминания о страхе от стирания» . Журнал расстройств нервного развития . 1 (2): 172–181. Бибкод : 2009Sci...325.1258G . дои : 10.1007/s11689-009-9023-x . ПМК   2906812 . ПМИД   20664807 .
• Гоголла, Н.; Галимберти, И.; Дегучи, Ю.; Карони, П. (2009). «Передача сигналов WNT опосредует связанную с опытом регуляцию количества синапсов и соединений мшистых волокон во взрослом гиппокампе» . Нейрон . 62 (4): 510–525. дои : 10.1016/j.neuron.2009.04.022 . ПМИД   19477153 . S2CID   17085834 .
• Галимберти, Иван; Гоголла, Надин; Альбери, Стефано; Сантос, Александр Феррао; Мюллер, Доминик; Карони, Пико (2006). «Долгосрочные перестройки соединения терминалей мшистых волокон гиппокампа у взрослых, регулируемые опытом» . Нейрон . 50 (5): 749–763. дои : 10.1016/j.neuron.2006.04.026 . ПМИД   16731513 . S2CID   17286013 .
• Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; Депаола, Винченцо; Карони, Пико (2006). «Подготовка органотипических культур срезов гиппокампа для долгосрочного живого изображения». Протоколы природы . 1 (3): 1165–1171. дои : 10.1038/nprot.2006.168 . ПМИД   17406399 . S2CID   12105896 .
• Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; Депаола, Винченцо; Карони, Пико (2006). «Долгосрочная живая визуализация нейрональных цепей в органотипических культурах срезов гиппокампа». Протоколы природы . 1 (3): 1223–1226. дои : 10.1038/nprot.2006.169 . ПМИД   17406405 . S2CID   2081598 .
• Гоголла, Надин; Галимберти, Иван; Депаола, Винченцо; Карони, Пико (2006). «Протокол окрашивания органотипических культур срезов гиппокампа». Протоколы природы . 1 (5): 2452–2456. дои : 10.1038/нпрот.2006.180 . ПМИД   17406491 . S2CID   22384802 .

Внешние ссылки

• Публикации Надин Гоголлы , проиндексированные Google Scholar