Эберхард Фетц
Эберхард Эрих Фетц | |
|---|---|
 | |
| Рожденный | 5 февраля 1940 г. |
| Гражданство | Американский |
| Род занятий | Нейробиолог, академик и исследователь |
| Награды | научный сотрудник Слоана Премия Гумбольдта за исследования Первая премия Нью-Йоркской академии наук и Форума мозга Аспена в области нейротехнологий Сотрудник AAAS |
| Академическое образование | |
| Образование | Бакалавр, Физика Кандидат физических наук |
| Альма-матер | Политехнический институт Ренсселера Массачусетский технологический институт |
| Диссертация | Влияние пирамидных путей на интернейроны спинного мозга. |
| Докторантура | Патрик Дэвид Уолл |
| Академическая работа | |
| Учреждения | Вашингтонский университет |
Эберхард Эрих Фетц (родился 5 февраля 1940 г.) - американский нейробиолог, академик и исследователь. Он является профессором физиологии и биофизики и DXARTS в Вашингтонском университете . [ 1 ]
Фетц является автором более 160 статей по экспериментальной нейробиологии, интерфейсам мозг-компьютер и нейронным сетям. [ 2 ] Его исследования сосредоточены на нейронном контроле движений конечностей у приматов. Он был пионером в регистрации корковых и спинальных нейронов у обезьян и применении двунаправленных интерфейсов мозг-компьютер. [ 3 ]
В 2020 году Фетц был избран членом Американской ассоциации содействия развитию науки в области неврологии. [ 4 ]
Образование
[ редактировать ]Фетц получил степень бакалавра физики в Политехническом институте Ренсселера в 1961 году и докторскую степень по физике в Массачусетском технологическом институте в 1966 году. Он закончил постдокторантуру по неврологии в Массачусетском технологическом институте и Медицинской школе Вашингтонского университета . [ 1 ]
Карьера
[ редактировать ]Фетц поступил на медицинский факультет Вашингтонского университета в качестве доцента в 1969 году и получил звание доцента в 1975 году. В 1980 году он был повышен до профессора физиологии и биофизики, а в 2019 году он был назначен профессором DXARTS в университете. [ 1 ]
С 1999 по 2005 год он занимал должность заместителя директора по неврологии Вашингтонского национального центра исследований приматов и был назначен главой отдела неврологии во второй раз в 2012 году. [ 1 ]
Фетц — частный пилот и активно интересуется искусством. Начиная с творческого отпуска в Wissenschaftskolleg в Берлине. [ 5 ] в 2004–2005 годах он проявлял особый интерес к художественным исследованиям проблем разума и мозга. Он создал цианотипические и цифровые коллажи, а также мультимедийные работы. [ 6 ]
Исследовать
[ редактировать ]Фетц работал над экспериментальной нейробиологией, интерфейсами «мозг-компьютер» и нейронными сетями. Его исследования включают в себя изучение способности обезьян произвольно управлять активностью двигательных клеток коры и мышц с помощью биологической обратной связи, нейронных механизмов модели фокальной эпилепсии приматов, функциональной организации премоторных клеток, контролирующих мышцы предплечья, и синаптических взаимодействий между нейронами. Его более поздние исследования разработали автономный двунаправленный интерфейс мозг-компьютер с фиксацией на голове, который вызывал синаптическую пластичность. [ 2 ]
Волевое управление клетками моторной коры и мышцами с помощью биологической обратной связи
[ редактировать ]Фетц изучал связь между клетками моторной коры и мышцами передних конечностей у обезьян. Впервые он исследовал эти отношения, обучая обезьян произвольно управлять активностью клеток мозга и мышц с помощью биологической обратной связи. [ 7 ] [ 8 ] Результаты продемонстрировали неожиданную степень гибкости в быстрой генерации различных моделей реакции вознаграждения, включая диссоциацию активности клеток моторной коры и коррелирующих мышц, когда обезьяны были вознаграждены за такую диссоциацию. [ 9 ] Обратная связь о степени, в которой нейронная активность соответствовала критериям подкрепления, обеспечивалась посредством движения измерительного рычага, а исследования Фетца были первыми, кто продемонстрировал прямой контроль над внешним устройством посредством волевой модуляции активности клеток головного мозга, предшественника современного мозга. -компьютерные интерфейсы. [ 10 ] [ 11 ]
Функциональные связи в двигательной системе
[ редактировать ]Исследования Фетца разработали способы документирования как нормальной активности, так и выходной связи премоторных клеток у обезьян. [ 12 ] Начав с кортикомотонейрональных (CM) клеток, он представил технику усреднения мышечной активности, запускаемого спайками, чтобы документировать постспайковые эффекты премоторных клеток на мотонейроны. [ 13 ]
Он показал, что клетки моторной коры с корреляционными связями с мышцами влияют на несколько синергичных мышц. [ 14 ] и причинно способствовал созданию мышечной силы. Клетки CM совершают специфические движения, затрагивающие их мышечные поля. Напротив, премоторные интернейроны спинного мозга имели меньшие мышечные поля и были активны в более широком диапазоне движений. [ 15 ]
Активность интернейронов спинного мозга у поведенческих обезьян
[ редактировать ]Лаборатория Фетца была первой, кто задокументировал активность интернейронов шейного отдела спинного мозга у обезьян. Он изучал постспайковые эффекты премоторных нейронов на мышцы передних конечностей. [ 16 ] и связали свою активность во время контролируемых движений с их связностью. [ 17 ] Когда обезьяны выполняли указанное задание на задержку, многие интернейроны спинного мозга были связаны с подготовкой к заданному движению до его выполнения. [ 18 ]
Фетц и его коллеги обнаружили, что периферический вход в спинной мозг модулируется пресинаптическим торможением афферентных сенсорных волокон, начиная с момента активного движения. [ 19 ] Его работа предоставила первые доказательства функциональной роли интернейронов шейного отдела спинного мозга приматов при выполнении активных движений рук. [ 15 ]
Синаптические взаимодействия между нейронами
[ редактировать ]Работа Фетца объяснила синаптические взаимодействия между кортикальными нейронами, используя средние значения внутриклеточно записанных мембранных потенциалов, запускаемые спайками. [ 20 ] и кросс-корреляция пар клеток, связанных с движением рук. [ 21 ] Он задокументировал взаимосвязь между этими двумя показателями, определив влияние возбуждающих постсинаптических потенциалов на частоту срабатывания спинальных мотонейронов. [ 22 ] В моторной коре приматов средние значения мембранных потенциалов, запускаемые спайками, демонстрируют особенности, представляющие постспайковые возбуждающие и тормозные унитарные потенциалы, а также эффекты синхронности активности популяции. [ 20 ] Он также исследовал периодическую синхронизацию в моторной коре посредством широко распространенной колебательной активности нейронов и потенциалов полей. [ 23 ]
Двунаправленное взаимодействие между мозгом и имплантируемыми компьютерами
[ редактировать ]Фетц также провел исследование замкнутого взаимодействия между мозгом и имплантируемыми компьютерами. [ 24 ] Он исследовал последствия прямых соединений, создаваемых автономным двунаправленным интерфейсом мозг-компьютер с фиксированной головой (BBCI). [ 25 ]
Фетц изучал применение BBCI для восстановления нарушенных биологических связей, включая кортикально-контролируемую электрическую стимуляцию парализованных мышц предплечья. [ 26 ] и кортикально контролируемая внутриспинальная стимуляция. [ 27 ] Он нашел несколько применений BBCI с обратной связью для создания пластичности Хебба между участками коры посредством стимуляции, вызываемой потенциалами действия клеток. [ 24 ] или от фаз корковых бета-колебаний [ 28 ] регистрируются на соседних участках или по ЭМГ-активности мышц. [ 29 ] Он и его коллеги также укрепили кортико-спинальные связи с помощью кортикально запускаемой внутриспинальной стимуляции, продемонстрировав in vivo эффекты пластичности, зависящей от времени спайков. [ 30 ] Третье применение BBCI с обратной связью заключалось в стимуляции внутричерепного участка вознаграждения в зависимости от нейронной активности, тем самым оперантно обучая обезьян контролировать нервную активность во время свободного поведения. [ 31 ]
Награды и почести
[ редактировать ]- 1970-1975 - Премия учителя-исследователя NINDS, Национальный институт неврологических расстройств и инсульта.
- 1972–1974 - научный сотрудник Слоана. [ 32 ]
- 1977–1978 - Премия стипендиата факультета Джозайи Мэйси
- 1985–1986 - Премия американо-японской совместной научной программы NSF.
- 2004-2005 - научный сотрудник Wissenschaftskolleg zu Berlin. [ 5 ]
- 2008-2015 – Ассоциированный сотрудник программы исследований в области нейронаук.
- 2009-2012 - Сотрудник факультета 1000 человек.
- 2010–2011 – Премия Гумбольдта за исследования. [ 33 ]
- 2010 - Первая премия Нью-Йоркской академии наук и Аспенского форума мозга в области нейротехнологий. [ 34 ]
- 2020 г. - избран членом Американской ассоциации содействия развитию науки. [ 4 ]
Библиография
[ редактировать ]Книги
[ редактировать ]- Замыкание петли вокруг нейронных систем (2014) ISBN 9782889193561
Избранные статьи
[ редактировать ]- Фетц, Э.Э. Закодированы ли параметры движения в активности отдельных нейронов? Поведенческие науки и науки о мозге , 15: 679–690, 1992. [ 35 ]
- Фетц, Э. Э. Тояма. К. и Смит, В. Синаптические взаимодействия между кортикальными нейронами, в КОРЕ МОЗГА, ТОМ IX ИЗМЕНЕННЫЕ КОРТИКАЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ, А. Питерс и Э. Джонс, ред. Пленум Пресс, Нью-Йорк, 1–47, 1991. [ 36 ]
- Фетц, Э.Э. Динамические рекуррентные модели сенсомоторного поведения нейронных сетей, в книге «НЕЙРОБИОЛОГИЯ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ», Дэниел Гарднер, под ред. MIT Press, Кембридж, Массачусетс, стр. 165–190, 1993. [ 37 ]
- Фетц, Э.Э. Художественные исследования мозга, Frontiers in Human Neuroscience , 6:1-4, 2012 г. [ 38 ]
- Шуп Л. и Фетц Э. Модель нейронной сети с интеграцией и огнем, моделирующая искусственно индуцированную пластичность коры. эНейро, 2021. [ 39 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д «Факультет» . Физиология и биофизика .
- ^ Jump up to: а б «Эберхард Э Фетц» . ученый.google.com .
- ^ Стюарт, Дуглас Г.; Браунстоун, Роберт М. (29 августа 2011 г.). «Начало внутриклеточной записи в нейронах спинного мозга: факты, размышления и предположения» . Исследования мозга . 1409 : 62–92. дои : 10.1016/j.brainres.2011.06.007 . ПМК 5061568 . ПМИД 21782158 .
- ^ Jump up to: а б «Стипендиаты 2020 года | Американская ассоциация развития науки» . www.aaas.org .
- ^ Jump up to: а б «Wissenschaftskolleg zu Berlin: Эберхард Э. Фетц, доктор философии». Эберхард Э. Фетц, доктор философии .
- ^ «Лаборатория Фетца» .
- ^ Фетц, Э.Э. (28 февраля 1969 г.). «Оперантная обусловленность деятельности корковых единиц» . Наука . 163 (3870): 955–958. Бибкод : 1969Sci...163..955F . дои : 10.1126/science.163.3870.955 . ПМИД 4974291 . S2CID 45427819 .
- ^ Фетц, Э.Э.; Бейкер, Массачусетс (1 марта 1973 г.). «Оперантно обусловленные паттерны активности прецентральных единиц и коррелированные реакции в соседних клетках и контралатеральных мышцах» . Журнал нейрофизиологии . 36 (2): 179–204. дои : 10.1152/jn.1973.36.2.179 . PMID 4196269 – через журналы.физиология.org (Atypon).
- ^ Фетц, Э.Э.; Финоккио, Д.В. (1 сентября 1975 г.). «Корреляции между активностью клеток моторной коры и мышц рук при оперантно-условных реакциях» . Экспериментальное исследование мозга . 23 (3): 217–240. дои : 10.1007/BF00239736 . ПМИД 810359 . S2CID 23093887 — через Springer Link.
- ^ Фетц, Эберхард Э. (8 января 2007 г.). «Волевой контроль нейронной активности: последствия для интерфейсов мозг-компьютер» . Журнал физиологии . 579 (3): 571–579. дои : 10.1113/jphysicalol.2006.127142 . ПМК 2151376 . ПМИД 17234689 .
- ^ «Человек, который помог запустить интерфейсы мозг-компьютер в 1969 году, еще не закончил» . Экономист .
- ^ «Нейральные механизмы, лежащие в основе кортикоспинального и руброспинального контроля движений конечностей» (PDF) .
- ^ Фетц, Э.Э.; Чейни, PD (1 октября 1980 г.). «Постспайковое облегчение мышечной активности передних конечностей кортикомононейрональными клетками приматов» . Журнал нейрофизиологии . 44 (4): 751–772. дои : 10.1152/jn.1980.44.4.751 . PMID 6253604 – через журналы Journals.psyology.org (Atypon).
- ^ Чейни, PD; Фетц, Э.Э. (1 марта 1985 г.). «Сравнимые закономерности мышечного облегчения, вызываемые отдельными кортикомо-нейрональными (CM) клетками и одиночными внутрикортикальными микростимулами у приматов: данные о функциональных группах клеток CM» . Журнал нейрофизиологии . 53 (3): 786–804. дои : 10.1152/jn.1985.53.3.786 . PMID 2984354 – через журналы.физиология.org (Atypon).
- ^ Jump up to: а б Фетц, Э. Э; Перлмуттер, С.И.; Прут, Ю; Секи, К; Вотав, С. (1 октября 2002 г.). «Роль спинальных интернейронов приматов в подготовке и выполнении произвольных движений рук» . Обзоры исследований мозга . 40 (1): 53–65. дои : 10.1016/S0165-0173(02)00188-1 . ПМИД 12589906 . S2CID 18895816 – через ScienceDirect.
- ^ Перлмуттер, С.И.; Майер, Массачусетс; Фетц, Э.Э. (8 ноября 1998 г.). «Активность спинальных интернейронов и их влияние на мышцы предплечья при произвольных движениях запястья обезьяны» . Журнал нейрофизиологии . 80 (5): 2475–2494. дои : 10.1152/jn.1998.80.5.2475 . PMID 9819257 – через PubMed.
- ^ Майер, Марк А.; Перлмуттер, Стив И.; Фетц, Эберхард Э. (1 ноября 1998 г.). «Модели реакции и силовые соотношения интернейронов спинного мозга обезьяны во время активного движения запястья» . Журнал нейрофизиологии . 80 (5): 2495–2513. дои : 10.1152/jn.1998.80.5.2495 . PMID 9819258 – через журналы.физиология.org (Atypon).
- ^ Прут, Ифат; Фетц, Эберхард Э. (8 октября 1999 г.). «Спинномозговые интернейроны приматов демонстрируют активность задержки перед движением» . Природа . 401 (6753): 590–594. Бибкод : 1999Natur.401..590P . дои : 10.1038/44145 . ПМИД 10524626 . S2CID 4324791 – через www.nature.com.
- ^ Секи, Кадзухико; Перлмуттер, Стив И.; Фетц, Эберхард Э. (8 декабря 2003 г.). «Сенсорная чувствительность спинного мозга приматов пресинаптически подавляется во время произвольных движений» . Природная неврология . 6 (12): 1309–1316. дои : 10.1038/nn1154 . ПМИД 14625555 . S2CID 6105272 – через www.nature.com.
- ^ Jump up to: а б Мацумура, М.; Чен, Д.; Савагути, Т.; Кубота, К.; Фетц, Э.Э. (1 декабря 1996 г.). «Синаптические взаимодействия между нейронами прецентральной коры приматов, выявленные с помощью усреднения внутриклеточных мембранных потенциалов in vivo, запускаемого спайками» . Журнал неврологии . 16 (23): 7757–7767. doi : 10.1523/JNEUROSCI.16-23-07757.1996 . ПМК 6579078 . ПМИД 8922431 .
- ^ Смит, В.С.; Фетц, Э.Э. (8 августа 2009 г.). «Синаптические взаимодействия между нейронами моторной коры передних конечностей у поведенческих приматов» . Журнал нейрофизиологии . 102 (2): 1026–1039. дои : 10.1152/jn.91051.2008 . ПМЦ 2724363 . ПМИД 19439672 .
- ^ Коуп, ТК; Фетц, Э.Э.; Мацумура, М. (8 сентября 1987 г.). «Кросскорреляционная оценка синаптической силы соединений одиночных волокон Ia с мотонейронами трицепса голени у кошек» . Журнал физиологии . 390 : 161–188. дои : 10.1113/jphysicalol.1987.sp016692 . ПМК 1192172 . ПМИД 3443932 .
- ^ Мурти, В.Н.; Фетц, Э.Э. (8 декабря 1996 г.). «Синхронизация нейронов при локальных колебаниях потенциала поля в сенсомоторной коре бодрствующих обезьян» . Журнал нейрофизиологии . 76 (6): 3968–3982. дои : 10.1152/jn.1996.76.6.3968 . PMID 8985893 – через PubMed.
- ^ Jump up to: а б Джексон, Эндрю; Мавури, Джайдип; Фетц, Эберхард Э. (8 ноября 2006 г.). «Долговременная пластичность моторной коры, индуцированная электронным нейронным имплантатом» . Природа . 444 (7115): 56–60. Бибкод : 2006Natur.444...56J . дои : 10.1038/nature05226 . ПМИД 17057705 . S2CID 4380207 – через www.nature.com.
- ^ Занос, С.; Ричардсон, AG; Шупе, Л.; Майлз, ФП; Фетц, Э.Э. (8 августа 2011 г.). «Нейрочип-2: автономный головной компьютер для записи и стимуляции свободно ведущих себя обезьян» . Транзакции IEEE по нейронным системам и реабилитационной технике . 19 (4): 427–435. дои : 10.1109/TNSRE.2011.2158007 . ПМК 3159515 . ПМИД 21632309 .
- ^ Мориц, Чет Т.; Перлмуттер, Стив И.; Фетц, Эберхард Э. (8 декабря 2008 г.). «Прямое управление парализованными мышцами кортикальными нейронами» . Природа . 456 (7222): 639–642. Бибкод : 2008Natur.456..639M . дои : 10.1038/nature07418 . ПМК 3159518 . PMID 18923392 – через www.nature.com.
- ^ Нисимура, Юкио; Перлмуттер, Стив И.; Фетц, Эберхард Э. (8 января 2013 г.). «Восстановление движения верхних конечностей через искусственные кортикоспинальные и мышечно-спинальные соединения у обезьяны с травмой спинного мозга» . Границы в нейронных цепях . 7:57 . doi : 10.3389/fncir.2013.00057 . ПМЦ 3622884 . ПМИД 23596396 .
- ^ Занос, Ставрос; Рембадо, Ирен; Чен, Даофэнь; Фетц, Эберхард Э. (20 августа 2018 г.). «Фазовая стимуляция во время кортикальных бета-колебаний вызывает двунаправленную синаптическую пластичность у бодрствующих обезьян» . Современная биология . 28 (16): 2515–2526.e4. Бибкод : 2018CBio...28E2515Z . дои : 10.1016/j.cub.2018.07.009 . ПМК 6108550 . ПМИД 30100342 .
- ^ Лукас, Тимоти Х.; Фетц, Эберхард Э. (20 марта 2013 г.). «Мио-кортикальная перекрестная обратная связь реорганизует выходную мощность моторной коры приматов» . Журнал неврологии . 33 (12): 5261–5274. doi : 10.1523/JNEUROSCI.4683-12.2013 . ПМЦ 3684433 . ПМИД 23516291 .
- ^ Нисимура, Юкио; Перлмуттер, Стив И.; Итон, Райан В.; Фетц, Эберхард Э. (4 декабря 2013 г.). «Пластичность, зависящая от времени спайка, в кортикоспинальных соединениях приматов, индуцированная во время свободного поведения» . Нейрон . 80 (5): 1301–1309. дои : 10.1016/j.neuron.2013.08.028 . ПМК 4079851 . ПМИД 24210907 .
- ^ Итон, Райан В.; Либи, Тайлер; Фетц, Эберхард Э. (1 марта 2017 г.). «Оперантное обуславливание нервной активности свободно ведущих себя обезьян с внутричерепным подкреплением» . Журнал нейрофизиологии . 117 (3): 1112–1125. дои : 10.1152/jn.00423.2016 . ПМК 5340878 . ПМИД 28031396 .
- ^ «Бывшие товарищи» . Слоан.орг . Архивировано из оригинала 14 марта 2018 г. Проверено 05 января 2021 г.
- ^ «Эб Фетц назвал Александра фон Гумбольдта стипендиатом» . Физиология и биофизика .
- ^ «Объявлены победители премии Aspen Brain Forum в области нейротехнологий» .
- ^ «Являются ли параметры движения узнаваемо закодированными в активности отдельных нейронов?» (PDF) .
- ^ «инаптические взаимодействия между кортикальными нейронами» (PDF) .
- ^ «Динамические рекуррентные нейронные сетевые модели сенсомоторного поведения» (PDF) .
- ^ «Художественные исследования мозга» (PDF) .
- ^ «Модель нейронной сети с интеграцией и запуском, имитирующая искусственно индуцированную пластичность коры» (PDF) .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Фетц Лаборатория
- Публикации Эберхарда Фетца, проиндексированные Google Scholar
| Международный | |
|---|---|
| Национальный | |
| академики | |
