BRAIN EAGER: Closed Loop Computing in the Brainstem

BRAIN EAGER:脑干中的闭环计算

基本信息

  • 批准号:
    1451026
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-09-01 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Neuronal circuits in the brainstem are at the "front-end" of sensorimotor loops that underlie behavior and cognitive processing. They control life-sustaining functions that include breathing, movement and balance, sniffing, chewing, suckling in neonates, and, in rodents, whisking. These circuits further drive active sensation through taste, smell, balance, and touch. In this project the PI will delimit the circuits that control different motor actions and show how behaviors emerge as an assembly of these actions.The "front-end" circuits of orofacial processing control life-sustaining functions that include breathing, movement and balance, sniffing, chewing, suckling in neonates, whisking in rodents, and vocalization. The functions, some of which share common muscles, must occur without compromising the patency of the airway. The control structure is not understood and nontrivial and it will serve as a model for the control and coordination of concurrent neuronal processes at any level in the nervous system. The application of control theory to nervous systems was proposed by the Cyberneticists of the 1940s to 1960s. These prescient notions were stymied by a lack of experimental tools to identify and control the circuits that underlie behavior. We now have sufficient tools to map brainstem circuits and the PI will exploit the tools of engineering and physics to gain insight into fundamental sensorimotor processes. The technical aspect of the the PI's approach involves the introduction of molecular tools based on the expression of lineage factors and constitutive proteins to identify brainstem neurons and track tracing tools based on trans-synaptic viruses to reveal connectivity The project will contribute to the education and the training of future multidisciplinary scientists through research-based education of undergraduate and graduate students. Technical aspects of work will be broadly disseminated through the involvement of the PIs and colleagues in graduate and post-graduate summer schools.
脑干中的神经元回路是构成行为和认知处理的感觉运动环的“前端”。它们控制维持生命的功能,包括呼吸、运动和平衡、嗅觉、咀嚼、哺乳新生儿,以及啮齿动物的搅拌。这些回路通过味觉、嗅觉、平衡和触觉进一步驱动活跃的感觉。在这个项目中,PI将划定控制不同运动动作的电路,并显示行为是如何作为这些动作的集合出现的。口腔面部处理的“前端”电路控制生命维持功能,包括呼吸、运动和平衡、嗅觉、咀嚼、哺乳新生儿、啮齿动物和发声。这些功能,其中一些共享共同的肌肉,必须在不影响呼吸道通畅的情况下发生。这种控制结构并不为人所知,也不是微不足道的,它将作为控制和协调神经系统中任何水平上的并发神经元过程的模型。控制论在神经系统中的应用是由20世纪40年代至60年代的控制学家提出的。由于缺乏实验工具来识别和控制行为背后的回路,这些有先见之明的概念受到了阻碍。我们现在有足够的工具来绘制脑干电路图,PI将利用工程学和物理学的工具来洞察基本的感觉运动过程。PI方法的技术方面涉及引入基于谱系因子和构成蛋白表达的分子工具来识别脑干神经元,以及基于跨突触病毒的追踪工具来揭示连接性。该项目将通过本科生和研究生的研究型教育,为未来多学科科学家的教育和培训做出贡献。工作的技术方面将通过参与研究生和研究生暑期学校的专业人员和同事广泛传播。

项目成果

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