Creating an All-optical, Mechanobiology-guided, and Machine-learning-powered High-throughput Framework to Elucidate Neural Dynamics

创建全光学、机械生物学引导和机器学习驱动的高通量框架来阐明神经动力学

基本信息

  • 批准号:
    2308574
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 44.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-06-15 至 2026-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The ability to change cell membrane voltage is essential for neurons, nerve cells that send messages across the body. Voltage changes serve to regulate the behavior of the neuron and can be an indicator of health and disease. Like other cells in the body, neurons sense their surroundings and adapt. Current methods to study neurons often do not mimic the environments they encounter in the body and cannot measure their behavior at a high enough speed. The goal of this project is to create a new strategy that leverages advanced high-throughput microscopy and machine learning to understand neural behavior at unprecedented speeds, lower costs, and in environments that mimic those encountered in the body. Through a range of educational activities at the University of Florida, such as the Student Science Training Program (SSTP) at the Center for Precollegiate Education and Training (CPET) and Course-based Undergraduate Research Experience (CURE), this project will broaden participation of historically underserved groups in STEM fields. Training and hands-on research opportunities will be provided to all students to better prepare them for successful future careers.This project will develop and validate an experimental-computational framework that enables optical interrogation of neuron membrane voltage dynamics in a high-throughput, mechanobiology-guided, and non-invasive manner. The overarching goal is that a framework can be created by integrating wide-area voltage imaging, large tissue-mimicking hydrogel-based culture, patterned crosstalk-free optogenetic stimulation, and machine-learning powered closed-loop control to elucidate the membrane voltage dynamics of hundreds of neurons simultaneously, filling technological gaps. The project will explore novel oblique light-sheet illumination and crosstalk-free optogenetic stimulation approaches to enable exploration of plasma membrane voltage dynamics in several hundreds of neurons simultaneously. Scientific findings in this project are expected to provide a new fundamental understanding of electrophysiology and mechanobiology of neurons and inform development of new strategies to treat human diseases. The framework is scalable and can be applied to investigate other cell types, such as cardiomyocytes and muscle cells.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
改变细胞膜电压的能力对神经元是至关重要的,神经细胞在全身传递信息。电压变化用于调节神经元的行为,并且可以是健康和疾病的指标。像身体中的其他细胞一样,神经元感知周围环境并进行适应。目前研究神经元的方法通常不能模拟它们在体内遇到的环境,并且不能以足够高的速度测量它们的行为。该项目的目标是创建一种新的策略,利用先进的高通量显微镜和机器学习,以前所未有的速度,更低的成本,并在模拟体内遇到的环境中了解神经行为。通过在佛罗里达大学的一系列教育活动,如学生科学培训计划(SSTP)在大学前教育和培训中心(CPET)和基于课程的本科生研究经验(CURE),该项目将扩大在STEM领域历史上服务不足的群体的参与。该项目将开发和验证一个实验-计算框架,该框架能够以高通量、机械生物学指导和非侵入性的方式对神经元膜电压动态进行光学询问。总体目标是通过整合广域电压成像,大型组织模拟水凝胶培养,模式化无串扰光遗传学刺激和机器学习驱动的闭环控制来创建一个框架,以同时阐明数百个神经元的膜电压动态,填补技术空白。该项目将探索新的倾斜光片照明和无串扰光遗传学刺激方法,以同时探索数百个神经元的质膜电压动态。该项目的科学发现有望为神经元的电生理学和机械生物学提供新的基本理解,并为治疗人类疾病的新策略的开发提供信息。该框架是可扩展的,可应用于研究其他类型的细胞,如心肌细胞和肌肉细胞。该奖项反映了NSF的法定使命,并已被认为是值得通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估的支持。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Xin Tang其他文献

Arsenite phytotoxicity and metabolite redistribution in lettuce (Lactuca sativa L.)
亚砷酸盐的植物毒性和生菜(Lactuca sativa L.)中代谢物的重新分布
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2022.153271
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Qi Wang;Xin Tang;Jingyu Wen;Liangxian Weng;Xiaowei Liu;Lihong Dai;Junxin Li;Li Mu(通讯作者)
  • 通讯作者:
    Li Mu(通讯作者)
Optimal rebate strategy for an online retailer with a cashback platform: commission-driven or marketing-based?
拥有现金返还平台的在线零售商的最佳返利策略:佣金驱动还是基于营销?
  • DOI:
    10.1007/s10660-021-09485-w
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Lifeng Mu;Xin Tang;Vijayan Sugumaran
  • 通讯作者:
    Vijayan Sugumaran
Molecular mechanism of S-adenosylmethionine sensing by SAMTOR in mTORC1 signaling
SAMTOR 在 mTORC1 信号传导中传感 S-腺苷甲硫氨酸的分子机制
  • DOI:
    10.1126/sciadv.abn3868
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Xin Tang;Yifan Zhang;Guanchao Wang;Chunxiao Zhang;Fang Wang;Jiawen Shi;Tianlong Zhang;Jianping Ding
  • 通讯作者:
    Jianping Ding
An aggregate flow based scheduler in multi-task cooperated UAVs network
多任务协作无人机网络中基于聚合流的调度器
  • DOI:
    10.1016/j.cja.2020.03.029
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Xiaohuan Li;Ziqi Xie;Jin Ye;Xin Tang;Chunhai Li;Fengzhu Tang;Rong Yu
  • 通讯作者:
    Rong Yu
The role of the pulsed-wave laser characteristics on restraining hot cracking in laser cladding non-weldable nickel-based superalloy
脉冲激光特性对激光熔覆不可焊镍基高温合金热裂纹的抑制作用
  • DOI:
    10.1016/j.matdes.2020.109346
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhenlin Zhang;Yue Zhao;Yang Chen;Zhen Su;Jiguo Shan;Aiping Wu;Yutaka S. Sato;Huaipeng Gu;Xin Tang
  • 通讯作者:
    Xin Tang

Xin Tang的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

基于深穿透拉曼光谱的安全光照剂量的深层病灶无创检测与深度预测
  • 批准号:
    82372016
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于太赫兹光谱近场成像技术的应力场测量方法
  • 批准号:
    11572217
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    120.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
阵风场中非定常大气湍流对沙粒跃移运动的影响
  • 批准号:
    11102153
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于两级表面等离子共振增强结构的高灵敏度拉曼散射成像物理机制及制作工艺研究
  • 批准号:
    61007018
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
堆栈型全光缓存研究
  • 批准号:
    60977003
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于回廊耳语模式的非圆对称光学微谐振腔的发光特性及传感性能研究
  • 批准号:
    10574032
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    33.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于软光刻法的光学互连耦合结构研究
  • 批准号:
    60477019
  • 批准年份:
    2004
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
新型液晶可变光衰减器的研制
  • 批准号:
    60377019
  • 批准年份:
    2003
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
利用混合遗传算法从多方位光流场恢复3D运动与结构的研究
  • 批准号:
    60305003
  • 批准年份:
    2003
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
电极/溶液界面上分子取向电位调控的准确测量
  • 批准号:
    20373076
  • 批准年份:
    2003
  • 资助金额:
    27.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

A correlative, ultra-stable, optical tweezers-confocal microscope for high-resolution molecular and cellular mechanobiology
用于高分辨率分子和细胞力学生物学的关联、超稳定光镊共聚焦显微镜
  • 批准号:
    BB/X019047/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
    Research Grant
Collaborative Research: Electromagnet-integrated optical microscope stage with biocompatible magnetogel for investigating mechanobiology in 2D and 3D
合作研究:带有生物相容性磁凝胶的电磁集成光学显微镜载物台,用于研究 2D 和 3D 力学生物学
  • 批准号:
    2414158
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Electromagnet-integrated optical microscope stage with biocompatible magnetogel for investigating mechanobiology in 2D and 3D
合作研究:带有生物相容性磁凝胶的电磁集成光学显微镜载物台,用于研究 2D 和 3D 力学生物学
  • 批准号:
    2222207
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Electromagnet-integrated optical microscope stage with biocompatible magnetogel for investigating mechanobiology in 2D and 3D
合作研究:带有生物相容性磁凝胶的电磁集成光学显微镜载物台,用于研究 2D 和 3D 力学生物学
  • 批准号:
    2222206
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Optic Nerve Head Mechanobiology in Glaucoma
青光眼视神经乳头力学生物学
  • 批准号:
    9895804
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
Mechanobiology of Cell Interaction using Optical Tweezers
使用光镊进行细胞相互作用的力学生物学
  • 批准号:
    23650256
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
Role of matrix shear stress in annulus fibrosus cell mechanobiology
基质剪切应力在纤维环细胞力学生物学中的作用
  • 批准号:
    8230610
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
Role of matrix shear stress in annulus fibrosus cell mechanobiology
基质剪切应力在纤维环细胞力学生物学中的作用
  • 批准号:
    8114388
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
Atomic Force-FRET Microscope Using Quantum Dot for Cell Mechanobiology
使用量子点进行细胞力学生物学的原子力 FRET 显微镜
  • 批准号:
    7480256
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
Atomic Force-FRET Microscope Using Quantum Dot for Cell Mechanobiology
使用量子点进行细胞力学生物学的原子力 FRET 显微镜
  • 批准号:
    7291592
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 44.04万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了