Rõõm või valu? Ta kaardistab närviahelad, mis otsustavad. | Ajakiri Quanta

Ishmail Abdus-Saboor on olnud lummatud loodusmaailma mitmekesisusest juba sellest ajast peale, kui ta Philadelphias üles kasvas. Looduseskäigud, mida ta tegi oma kolmanda klassi õpetaja härra Moore’i juhendamisel, lummasid teda. "Me saime suhelda ja suhelda metsloomadega ning näha loomi nende kodukeskkonnas," meenutas ta. Abdus-Saboor tõi oma kolmekorruselisesse majja ka olendite – kasside, koerte, sisalike, madude ja kilpkonnade – loomakoja ning säästis raha, et osta ajakirja, mis õpetas talle kilpkonnade kohta. Kui täiskasvanud küsisid temalt, kelleks ta suureks saades saada, ütlesin ma, et tahan saada teadlaseks. "Ma kergitasin alati kulme."

Abdus-Saboor sellest eesmärgist ei kõrvale kaldunud. Tänaseks on ta an bioloogiateaduste dotsent Columbia ülikooli Mortimer B. Zuckermani Mind Brain Behavior Institute'is, kus ta õpib kuidas aju määrab kas naha puudutus on valus või meeldiv. "Kuigi see küsimus on inimkogemuse jaoks põhiline, on endiselt mõistatuslik, et seda rahuldavate molekulaarsete üksikasjadega selgitada," ütles ta. Kuna nahk on meie suurim sensoorne organ ja peamine kanal meie keskkonda, võib see sisaldada vihjeid haiguste raviks kroonilisest valust depressioonini.

Nende vihjete leidmiseks uurib Abdus-Saboor närvisüsteemi igas punktis piki nahk-aju telge. Ta ei keskendu ainult nahale ega ainult ajule, nagu paljud teised teevad. "Me ühendame need kaks maailma," ütles ta. Ta lisas, et see lähenemisviis nõuab kahe tehnikakomplekti valdamist, kahe kirjanduse lugemist ja kahel teaduslikul koosolekul osalemist. "See annab meile ainulaadse jala," ütles ta. See on viinud a maamärk paber avaldati eelmisel aastal aastal Rakk mis pani paika kogu närviringi meeldiva puudutuse jaoks.

Abdus-Saboor on olnud ka pioneeriks a uus valu kvantitatiivne mõõt hiirtel – tööriist, mida ta ja ta meeskond kohandasid, et koguda tõendeid opioidisõltuvuse põlvkondadevahelise pärilikkuse kohta. Tema tulemused näriliste kohta viitavad sellele, et vanemate liigne opioidide tarbimine võib muuta geeniekspressiooni viisil, mis seab lapsed sellesse ohtu.

Abdus-Saboor, kes on oma saavutuste eest pälvinud arvukalt auhindu, nimetati Howard Hughesi meditsiiniinstituudi avaklassi. Freeman Hrabowski teadlased mullu mais. Auhind annab kümne aasta jooksul kuni 8.6 miljonit dollarit karjääri alguses tõusvatele staaridele teadlastele, kelle laborid edendavad mitmekesisust ja kaasatust.

Quanta rääkis Abdus-Sabooriga tema kalduvusest teaduses otsast alustada, sebrakala eureka hetkest ja lootustest äsja imporditud palja mutiroti kolooniale. Intervjuud on koondatud ja selguse huvides toimetatud.

Kas vanemad toetasid teie huvi teaduse vastu, kui olite laps?

Kindlasti tegid. Hakkasin sünnipäevakingiks looma, sest nad nägid, kuidas ma neist vaimustuses olin. Kiirelt edasi keskkooli. Üheksandas klassis lubasid mu vanemad mul võtta meie maja kolmanda korruse üle aasta kestnud teadusmessi projekti, mida ma tegin autasuks bioloogias. Mul oli igal pool sadu vähke. Mu vanemad ei ole teadlased, kuid nad toetasid väga minu põgenemist ja seiklusi teaduse vallas.

Mida su vanemad teevad?

Mu ema on raamatupidamisbüroo finantsjuht. Mu isa oli enne pensionile jäämist aktuaar. Nii et ma võisin pärida matemaatilise kalduvuse. Looma valu ligikaudseks hindamiseks teeme statistilise modelleerimise, et koondada tema käitumisomadused ühte kergesti loetavasse skaalasse. Mu isa on tulnud mõnele minu kõnele ja kuigi bioloogia on tal sageli üle pea, on ta mu töö matemaatika osast väga põnevil.

Kuidas kolledž teie karjääri kujundas?

Käisin ajalooliselt mustanahalises kolledžis, North Carolina A&T. Olen pärit sellistes ülikoolides käinud inimeste liinist. Mu vanemad õppisid Howardi ülikoolis. Nii tegi ka mu tädi. Onu õppis Virginia osariigis, minu vanaisa Lincolni ülikoolis. Ma ei tea, kas mul oli muud valikut kui minna ühte neist ülikoolidest.

Siiski arvan, et see oli tark otsus. See suurendas minu enesekindlust, kui nägin, et inimestel, kes nägid välja nagu mina, läksid tõesti hästi. Ja kolledži kultuur on kasvatav, mitte konkureeriv. Õppejõud hoolivad sinust. Õpilased teevad koostööd ja tahavad näha üksteise edu.

Kas tegite kolledžis uurimistööd?

Jah. Teadsin, et uurimistöö kogemus on oluline, nii et esimese kuu jooksul ülikoolilinnakus käisin ma ukselt uksele ja küsisin õppejõududelt uurimisvõimalusi. Mind võeti seafarmi tööle. See on naljakas, sest ma ei söö sealiha, kuid uurisin, kas sigade toitumise muutus muudab nende liha maitset.

Tol ajal flirdisin mõttega saada loomaarstiks. Nii töötasin teisel kursusel veterinaarhaiglates, steriliseerisin, steriliseerisin ja puhastasin loomi. Siis mõistsin, et seda põnevust, mida ma lapsena teadusest tundsin, polnud seal. Ma ei olnud sellesse töösse armunud.

Kuid noorem- ja vanemklassi vahel töötasin Pennsylvania ülikooli molekulaarbioloogia laboris ja elektripirn läks põlema. Mõtlesin: "Vau, inimestele makstakse selle eest, et nad mõtlevad suurte ideede peale ja püüavad leida lahendusi inimeste tervisele olulistele probleemidele." Mäletan, et ütlesin oma vanematele: "See on kõik. Ma tahan saada Ph.D. molekulaarbioloogias."

Mis viis teid naudingut ja valu õppima?

See oli veidi käänuline tee. Sain doktorikraadi. Pennsylvania ülikoolis uurides ümarusside molekulaarset rada, mis on seotud rakkude arenguga. Selle raja valkude geenid on muteerunud vähemalt 30% inimese vähijuhtudest. Minu töö näitas, kuidas need rajad kontrollivad raku põhitüüpi ja kuju. Olin selles laboris esimene, kes seda rada uuris, nii et pidin palju tööriistu nullist ehitama. See on olnud teema kogu mu karjääri jooksul: mulle meeldib uusi kursusi kaardistada.

Ja järgmine kursus, mille koostasite, viis teid neuroteaduste juurde. Miks?

Neuroteadus näis olevat oma kuldajastus. Inimesed erinevatelt erialadelt tulid kokku, et aju uurida, kuid siiski tundus, et küsimusi oli rohkem kui vastuseid, nii et mul oli ruumi mõjutada. Siirdusin sensoorsesse neuroteadusse osaliselt selle loogilise lihtsuse tõttu: naha retseptorid aktiveeruvad ja seejärel saate pärast mitmeid releed ajus kuidagi tajuda. Sensoorsetest süsteemidest on kõige vähem uuritud puudutust. Mõned suured küsimused on endiselt lahtised.

Kuidas sa oma teadmiste puudumise korvasid?

Alguses olin ebakindel ametliku koolituse puudumise pärast. Järeldoktorina polnud ma kunagi neuroteaduste klassis käinud. Kohtumistel ja vestlustel neuroteadlastega avastasin sageli, et ma ei suuda sammu pidada. Ma ei teadnud lingot. Kuid ma olin regulaarselt kohtunud Michael Nusbaum, Penni biomeditsiiniliste uuringute direktor, olles palunud tal mind juhendada. Ühel päeval oma kabinetis soovitas ta mind neuroteaduses juhendada. Kahe tunni jooksul nädalas üle aasta arutasime neuroteaduste dokumente, alustades 1970. ja 1980. aastatest. Ma õppisin neuroteadust sel viisil. See julgustas mind ütlema: "Olgu, ma olen neuroteadlane."

Olen afroameeriklane. Mikey Nusbaum on valge juudi mees New Yorgist. Mõnikord ei pruugi inimestel, kes teid kõige rohkem toetavad, olla teie ja teie kultuuriga otsest sidet.

Kuidas sa oma valuskaala välja mõtlesid?

Oma valus töö pärast astusin sammu tagasi. Kui kavatseksime kasutada hiiri valu uurimiseks ja potentsiaalselt uute valuvaigistite väljatöötamiseks, pidime kõigepealt vastama küsimusele: kuidas me teame, et loom tunneb valu? Traditsiooniliselt uurivad teadlased, kui sageli tõmbab loom oma käpa stiimulilt välja, kuid loomad liigutavad käppa kõikvõimalikel põhjustel. Ja kuna standardimist ei olnud, otsustasid erinevad laborid, et sama stiimul on olenevalt katsest kahjutu, valus või väga valus. Nii et ma ütlesin: "Peame välja töötama täiesti uue süsteemi."

Kuidas teil selle idee tekkis?

Idee sain sealt Michael Granato, Penni neuroteadlane, kelle labor oli meie oma lähedal. Ta uuris sebravastsete akustilist ehmatusreaktsiooni. Käisin labori koosolekul, kus Roshan Jain, tollane Granato labori järeldoktor ja nüüd Haverfordi kolledži õppejõud, rääkis kiire videograafia kasutamisest reageerimisliigutuste jäädvustamiseks, mis on liiga kiired, et palja silmaga hinnata. Sain aru, et me saame kasutada sama lähenemisviisi looma liigutuste salvestamiseks vastuseks nahaärritusele ja kasutada neid liigutusi looma valu ligikaudseks hindamiseks. See avas täiesti uue maailma.

Kui ma poleks sellele sebrateadlasega kohtumisele läinud, poleks ma seda mõtet kunagi saanud. Käin ikka veel vestlustel ja kuulan, kuidas inimesed räägivad ussidest, kärbestest, kaladest, pärmist, bakteritest – nimetage seda –, sest võib-olla õpin midagi, mida saaksin integreerida meie tehtavasse töösse. Kaasaegse teaduse häbi on see, et igaüks on ülikeskendunud oma süsteemile, lähenemisele, organismile, distsipliinile. See võib innovatsiooni lämmatada, kui inimesed ei ole laialdaselt koolitatud ega astu oma mugavustsoonist välja.

Kuidas sidusite hiire liigutused selle kogemusega, et luua valu mõõtmise skaala?

Esiteks kontrollisime, et kahjutuks peetud stiimul, nagu pehme meigipintsli puudutus, aktiveeris looma nahas puutetundlikke neuroneid ja nahka torkiv nõel aktiveeris valuneuroneid. Seejärel registreerisime looma reaktsiooniliigutused igale stiimulile. Valu korral tegi loom grimassi, tõmbas käpa kiiresti välja ja raputas seda tugevalt. Andsime igale liigutusliigile, väljatõmbamiskiirusele ja käpavärinate arvule numbrilise väärtuse. Seejärel andsime igale numbrile arvulise kaalu, omaväärtuse, mis põhines selle tunnuse tähtsusel valu taseme jaoks, ja seejärel ühendasime kaalutud väärtused üheks kvantitatiivseks valu mõõtmiseks.

Kuidas teie arvates seda uut tööriista kasutatakse?

Oleme väga elevil kahest asjast. Üks uurib geneetilist varieeruvust kui valu põhjustajat. Maailma inimpopulatsioonil on väga erinev valutundlikkus. Osa sellest on sotsiaalkultuuriline, osa aga DNA-s. Näiteks inimestel, kes ei tunne mingit valu, on selle tunnuse aluseks geneetilised mutatsioonid. Minu laboris oleme oma valuskaalat kasutanud, et mõõta umbes 20 erineva hiiretüve valutundlikkust. Oleme tuvastanud hiired, kes valule eriti ei reageeri, ja teised, kes on ülitundlikud. Me kasutame geneetilise kaardistamise meetodeid, et leida uusi geene, mis võivad selle valutundlikkuse aluseks olla.

Samuti oleme ülimalt põnevil selle üle, kuidas aju kontrollib üleminekut ägedalt valult kroonilisele. Kasutame oma valuskaalat, et mõõta hiire valu taset ja seejärel teha funktsionaalse magnetresonantstomograafia abil hetktõmmise hiire ajutegevusest. Kujundame loomi iga päev, et leida ajutegevuse mustrid, mis on aluseks üleminekule ägedast valust kroonilisele. Kui oleme need leidnud, võime proovida neid muuta, et muuta kroonilise valu kulgu. Oleme huvitatud selle valu emotsionaalsetest ja sensoorsetest komponentidest.

Kas olete õppinud puudutust, mis ei ole samuti valus?

Jah, meie hiljutises Rakk paber, läksime nahalt ajuni, et selgitada, miks mõned puudutusvormid on rahuldust pakkuvad.

See on hämmastav, mida pole varem tehtud.

Puudutuse molekulaarne uurimine on alles suhteliselt lapsekingades. Puutetundlike neuronite erinevate klasside molekulaarsed omadused tuvastati alles 2000. aastate lõpus. Sellest ajast peale on palju tähelepanu pööratud diskrimineerivale puudutusele, mida kasutatakse tekstuuri põhjal veerandi peenrahast eristamiseks. Sotsiaalset silitamist puudutavat puudutust on väga vähe uuritud.

Kuidas see projekt alguse sai?

David AndersonCalifornia Tehnoloogiainstituudi töörühm teatas 2013. aastal, et teatud naharakud reageerisid õrnale puudutusele. Kuid nad ei olnud neid rakke kaasanud mingisse loomulikku käitumisse ega loonud ühendust ajuga. Lugesin lehte ja otsustasin proovida need lüngad täita. Viimasel aastal järeldoktorina muutsin hiirtel geenitehnoloogia abil õrnad puutetundlikud neuronid, mis reageerisid sinisele valgusele. Minu plaan oli stimuleerida neuroneid sinise valgusega ja vaadata, mida hiired teevad.

Kui ma 2018. aastal oma labori asutasin, olime valmis neid katseid alustama. Mäletan siiani päeva, mil õpilased tulid minu kabinetti, et näidata, mida nad leidsid. See oli nagu see eureka hetk. Kui aktiveerisime neuroneid läbi naha hiirte seljas, käitusid loomad nii, nagu oleks neid seal silitatud. See käivitas kogu projekti. Tegime palju rohkem käitumisteste ja jälgisime sotsiaalse puudutuse teed nahast seljaajuni aju tasustamiskeskusteni.

Kas selle naha-aju raja leidmisel on mingeid meditsiinilisi tagajärgi?

Jah, nahk on hea terapeutiline sihtmärk. See on ligipääsetav ja pakub otsest kiirteed selle ajuosa juurde, mis paneb meid end hästi tundma. Mis siis, kui saaksime need neuronid sisse lülitada nahakreemiga, et parandada vaimset tervist – näiteks tasakaalustada sotsiaalsest isolatsioonist põhjustatud kahju või ravida ärevust või depressiooni? Kui ma detsembris sellel teemal kõne pidasin, olid psühhiaatrid ja neurofarmakoloogid terapeutilise potentsiaali suhtes väga vaimustuses.

Teil on alasti mutirottide koloonia. Mida sa nendega teed?

Paljad mutirotid on pärit Ida-Aafrikast. Nad elavad maa all ja on oma olemuselt pimedad, sõltuvad suuresti puudutusest, kasutavad urgudes navigeerimiseks ja üksteisega suhtlemiseks vurrutaolisi karvu. Puudutus hõivab nende ajus kolm korda suurema ala kui teistel imetajatel. Usume, et puudutus on oluline nende kogukondliku sotsiaalse struktuuri kujundamisel.

Oleme neist huvitatud ka seetõttu, et mutirotid ei tunne teatud tüüpi valu. Näiteks ei ilmne neil valulikku reaktsiooni kapsaitsiini molekulile, mis on terava paprika toimeaine, mis on enamikule imetajatele üsna valus. Nende nahas on retseptorid, mis reageerivad kapsaitsiinile, nii et ma oletan, et loomadel on ajurajad, mis peatavad valu. Kui suudame need signaalid üles leida ja nendega ära kasutada, võime leida uue viisi valu blokeerimiseks.

Milliseid tõkkeid olete noore teadlasena pidanud ületama, olgu need teaduslikud, sotsiaalsed või kultuurilised?

Üldiselt on mul väga vedanud, et mul on olnud igast rassist, rahvusest ja soost mentorid ja kolleegid, kes minusse uskusid ja mind toetasid. Mul on vedanud rohkem kui mõnel teisel alaesindatud vähemusel, kes on töötanud tõeliselt keerulises keskkonnas, ja seetõttu pole neid täna siin.

See tähendab, et ma ei ole läbinud vigastusteta. Ülikooli politsei on mind peatanud ja ahistanud, sest nad ei arvanud, et ma kuulun ülikoolilinnakusse. Mind peatati mu enda majas ja mulle on kutsutud ametivõimud. Enamikul teistel mustanahalistel teadlastel, keda ma tean, on olnud väga sarnaseid kogemusi. Need asjad ei juhtu mitte ainult ülikoolis, vaid ka naabruses, kus ma elan, ja kui need juhtuvad, ei tunne nad end hästi ning võivad esile kutsuda viha ja frustratsiooni. Kuid mul on alati olnud inimeste võrgustik, kes mind toetavad ja on aidanud mul edasi liikuda, kuigi olen oma karjääri jooksul suhteliselt vähe kordi kogenud sellist ilmset rassismi.

Kas teil on nõu pürgivatele mustanahalistele teadlastele?

Taevas on limiidiks. Ärge kibestuge, kui vaatate ringi ega näe palju inimesi, kes näevad välja teie moodi, sest see muutub. Ümbritse end heade inimestega. Mõnikord näevad need inimesed välja nagu sina, kuid ärge imestage, kui mõned teie suurimad toetajad seda ei tee. Ole avatud ja loo õiged ühendused.

Ja ärge purustage oma unistusi. Me vajame inimesi igasuguse taustaga ja erinevatelt elualadelt, sest meie ees on väljakutseid pakkuvad probleemid. Julgustan mustanahalisi teadlasi või kõiki selle töö vastu huvi tundvaid inimesi: kui teil on selle vastu armastus ja kirg, tehke seda.