Ilo vai tuska? Hän kartoittaa ratkaisevat hermopiirit. | Quanta-lehti

Ishmail Abdus-Sabooria on kiehtonut luonnon monimuotoisuus siitä asti, kun hän kasvoi Philadelphiassa. Luonnonkävelyt, joita hän teki kolmannen luokan opettajansa Mr. Mooren johdolla, ihastuivat. "Meidän piti olla vuorovaikutuksessa ja olla tekemisissä villieläinten kanssa ja nähdä eläimiä niiden alkuperäisessä ympäristössä", hän muistelee. Abdus-Saboor toi kolmikerroksiseen kotiinsa myös olentoja - kissoja, koiria, liskoja, käärmeitä ja kilpikonnia - ja säästi rahansa ostaakseen lehden, joka opetti hänelle kilpikonnia. Kun aikuiset kysyivät häneltä, mikä hän halusi olla isona, "sanoin, että haluan tiedemieheksi", hän sanoi. "Olen aina kohottanut kulmakarvojani."

Abdus-Saboor ei poikennut tästä maalista. Nykyään hän on an biologisten tieteiden apulaisprofessori Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute -instituutissa Columbian yliopistossa, jossa hän opiskelee miten aivot määräävät onko kosketus ihoon tuskallista vai miellyttävää. "Vaikka tämä kysymys on perustavanlaatuinen ihmiskokemukselle, on edelleen hämmentävää selittää tyydyttäviä molekyylien yksityiskohtia", hän sanoi. Koska iho on suurin aistielimemme ja tärkeä kanava ympäristöömme, se voi sisältää vihjeitä sairauksien hoitoon kroonisesta kivusta masennukseen.

Löytääkseen nämä vihjeet Abdus-Saboor tutkii hermostoa jokaisessa vaiheessa ihosta aivoihin -akselia pitkin. Hän ei keskity pelkästään ihoon tai vain aivoihin, kuten monet muut tekevät. "Yhdistämme nämä kaksi maailmaa", hän sanoi. Hän lisäsi, että tämä lähestymistapa edellyttää kahden tekniikan hallitsemista, kahden kirjallisuuden lukemista ja kahteen tieteelliseen kokoukseen osallistumista. "Se antaa meille ainutlaatuisen jalan", hän sanoi. Se on johtanut a maamerkki paperi julkaistu viime vuonna Solu joka asetti koko hermopiirin miellyttävään kosketukseen.

Abdus-Saboor on myös ollut edelläkävijä a uusi määrällinen kivun mitta hiirillä, työkalu, jota hän ja hänen tiiminsä mukauttivat kerätäkseen todisteita opioidiriippuvuuden sukupolvien välisestä periytymisestä. Hänen tulokset jyrsijöistä viittaavat siihen, että vanhempien liiallinen opioidien käyttö voi muuttaa geenien ilmentymistä tavoilla, jotka vaarantavat lapset.

Abdus-Saboor, joka on saanut lukuisia palkintoja saavutuksistaan, nimettiin Howard Hughes Medical Instituten avajaisluokkaan. Freeman Hrabowskin tutkijat viime toukokuussa. Palkinto tarjoaa jopa 8.6 miljoonaa dollaria vuosikymmenen aikana nouseville tähtille uransa alkuvaiheessa oleville tutkijoille, joiden laboratoriot edistävät monimuotoisuutta ja osallisuutta.

Quanta puhui Abdus-Saboorin kanssa hänen halustaan ​​aloittaa alusta tieteessä, seeprakala-eureka-hetkestä ja toiveistaan ​​äskettäin tuodusta alastomasta myyrärottayhdyskunnasta. Haastattelut on tiivistetty ja muokattu selvyyden vuoksi.

Kun olit lapsi, tukivatko vanhempasi kiinnostusta tieteeseen?

He varmasti tekivät. Aloin saada eläimiä syntymäpäivälahjoiksi, koska he näkivät, kuinka kiehtonut olin niistä. Pikakelaus lukioon. Yhdeksännellä luokalla vanhempani antoivat minun ottaa haltuuni talomme kolmannen kerroksen vuoden mittaiseen tiedemessuprojektiin, jota tein kunnianosoituksena biologiasta. Minulla oli satoja rapuja kaikkialla. Vanhempani eivät ole tiedemiehiä, mutta he tukivat suuresti pakolaisiani ja seikkailujani tieteen alalla.

Mitä vanhempasi tekevät?

Äitini on talousjohtaja eräässä tilitoimistossa. Isäni oli aktuaari ennen eläkkeelle jäämistään. Joten olen ehkä perinyt matemaattisen taipumuksen. Arvioidaksemme eläimen kipua, teemme tilastollista mallinnusta sen käyttäytymispiirteiden tiivistämiseksi yhdeksi helposti luettavaksi asteikoksi. Isäni on tullut joihinkin keskusteluihini, ja vaikka biologia on usein hänen päänsä yläpuolella, hän innostuu työni matematiikasta.

Miten yliopisto muokkasi uraasi?

Kävin historiallisesti mustassa yliopistossa, North Carolina A&T. Olen kotoisin ihmisistä, jotka ovat osallistuneet tällaisiin yliopistoihin. Vanhempani kävivät Howardin yliopistossa. Niin teki myös tätini. Setä kävi Virginian osavaltiossa, isoisäni Lincolnin yliopistossa. En tiedä, oliko minulla muuta vaihtoehtoa kuin mennä johonkin näistä yliopistoista.

Silti se oli mielestäni viisas päätös. Itseluottamustani lisäsi nähdessäni minun näköisiä ihmisiä todella hyvin. Ja korkeakoulun kulttuuri on hoitavaa, ei kilpailevaa. Tiedekunnan jäsenet välittävät sinusta. Oppilaat työskentelevät yhdessä ja haluavat nähdä toistensa menestyvän.

Oletko tehnyt tutkimusta yliopistossa?

Joo. Tiesin, että tutkimuskokemus oli tärkeä, joten ensimmäisen kuukauden kampuksellani menin ovelta ovelle pyytäen tiedekunnalta tutkimusmahdollisuuksia. Minut palkattiin töihin sikatilalle. Se on hassua, koska en syö sianlihaa, mutta tutkin, muuttiko sikojen ruokavalion muutos niiden lihan makua.

Tuolloin flirttailin ajatuksen kanssa ryhtyä eläinlääkäriksi. Joten toisena vuonna työskentelin eläinsairaaloissa, steriloin, kastroitiin ja siivosin eläimiä. Silloin tajusin, ettei sitä jännitystä, jota tunsin lapsena tieteen parissa, ollut olemassa. En ollut rakastunut siihen työhön.

Mutta nuoremman ja vanhemman vuoden välillä työskentelin molekyylibiologian laboratoriossa Pennsylvanian yliopistossa, ja hehkulamppu syttyi. Ajattelin: "Vau, ihmiset saavat palkkaa siitä, että he ajattelevat suuria ideoita ja yrittävät löytää ratkaisuja ongelmiin, jotka ovat tärkeitä ihmisten terveydelle." Muistan sanoneeni vanhemmilleni: "Tässä se on. Haluan tohtorin tutkinnon. molekyylibiologiassa."

Mikä sai sinut opiskelemaan iloa ja kipua?

Se oli vähän mutkainen tie. Sain Ph.D. Pennsylvanian yliopistossa, joka tutkii sukkumatojen molekyylipolkua, joka osallistuu solujen kehitykseen. Tämän reitin proteiinien geenit mutatoituvat vähintään 30 %:ssa ihmisen syövistä. Työni osoitti kuinka nämä reitit ohjaavat solun perustyyppiä ja muotoa. Olin ensimmäinen siinä laboratoriossa, joka tutki tuota polkua, joten minun piti rakentaa paljon työkaluja tyhjästä. Se on ollut teemana koko urani ajan: pidän uusien kurssien kartoittamisesta.

Ja seuraava kurssi, jonka kartoitit, vei sinut neurotieteisiin. Miksi?

Neurotiede näytti olevan kulta-aikaansa. Ihmiset eri tieteenaloista kokoontuivat yhteen tutkimaan aivoja, mutta silti näytti siltä, ​​että kysymyksiä oli enemmän kuin vastauksia, joten minulla oli tilaa vaikuttaa. Siirryin aistien neurotieteeseen osittain sen loogisen yksinkertaisuuden vuoksi: ihon reseptorit aktivoituvat, ja sitten saat jotenkin havainnon aivoissa useiden välitysten jälkeen. Aistijärjestelmistä kosketus on vähiten tutkittu. Jotkut suurista kysymyksistä ovat vielä avoinna.

Miten kompensoit tietämättömyytesi?

Aluksi olin epävarma muodollisen koulutukseni puutteesta. Postdocina en ollut koskaan käynyt neurotieteen luokkaa. Kokouksissa ja keskusteluissa neurotieteilijöiden kanssa huomasin usein, etten pysy perässä. En tiennyt kielenkäyttöä. Mutta olin tavannut säännöllisesti Michael Nusbaum, Pennin biolääketieteellisen tutkimuksen johtaja, pyydettyään häntä mentoroimaan minua. Eräänä päivänä toimistossaan hän ehdotti opettavansa minua neurotieteissä. Kahden tunnin ajan viikossa yli vuoden ajan keskustelimme neurotieteistä, alkaen 1970- ja 1980-luvuilta. Opin neurotieteen sillä tavalla. Se rohkaisi minua sanomaan: "OK, olen neurotieteilijä."

Olen afroamerikkalainen. Mikey Nusbaum on valkoinen juutalainen mies New Yorkista. Joskus sinua eniten tukevilla ihmisillä ei ehkä ole suoraa yhteyttä sinuun ja kulttuuriisi.

Miten keksit kipuasteikon?

Kiputyössäni otin askeleen taaksepäin. Jos aiomme käyttää hiiriä kivun tutkimiseen ja mahdollisesti uusien kipulääkkeiden kehittämiseen, meidän oli ensin vastattava kysymykseen: Mistä tiedämme, että eläin kokee kipua? Perinteisesti tutkijat tarkastelevat, kuinka usein eläin vetää tassunsa pois ärsykkeestä, mutta eläimet liikuttavat tassujaan kaikenlaisista syistä. Ja koska standardointia ei ollut, eri laboratoriot päättivät, että sama ärsyke oli vaaraton, tuskallinen tai erittäin tuskallinen kokeesta riippuen. Joten sanoin: "Meidän on kehitettävä kokonaan uusi järjestelmä."

Mistä sait idean siihen?

Sain idean Michael Granato, Pennin neurotieteilijä, jonka laboratorio oli lähellä meidän. Hän tutki akustista hätkähdytysvastetta seeprakalojen toukissa. Kävin laboratoriokokouksessa, jossa Roshan Jain, tuolloin Granaton laboratorion postdoc ja nyt Haverford Collegen tiedekunta, puhui nopean videografian käytöstä sellaisten vastausliikkeiden tallentamiseen, jotka ovat liian nopeita paljain silmin havaittavaksi. Ymmärsin, että voisimme käyttää samaa lähestymistapaa tallentaaksemme eläimen liikkeet vasteena ihoärsykkeelle ja käyttää näitä liikkeitä arvioimaan eläimen kipua. Se avasi kokonaan uuden maailman.

Jos en olisi mennyt siihen tapaamiseen seeprakalatieteilijän kanssa, en olisi koskaan saanut tätä ideaa. Käyn edelleen keskusteluissa ja kuuntelen ihmisten puhuvan matoista, kärpäsistä, kaloista, hiivasta, bakteereista – nimeä se – koska ehkä opin jotain, jonka voin integroida tekemäämme työhön. Modernin tieteen häpeä on, että jokainen on liiallisesti keskittynyt omaan järjestelmäänsä, lähestymistapaansa, elimistöönsä, kurinalaisuuteensa. Se voi tukahduttaa innovaatiot, kun ihmiset eivät ole laajasti koulutettuja eivätkä astu mukavuusalueensa ulkopuolelle.

Miten liitit hiiren liikkeet sen kokemukseen luodaksesi asteikon kivun mittaamiseen?

Ensin varmistimme, että harmittomana pidetty ärsyke, kuten pehmeän meikkisiveltimen kosketus, aktivoi kosketushermosoluja eläimen ihossa ja että ihoa pistävä neula aktivoi kipuhermosoluja. Sitten tallensimme eläimen vasteliikkeet kuhunkin ärsykkeeseen. Kivun vuoksi eläin irvisteli, veti nopeasti tassunsa ja ravisteli sitä voimakkaasti. Annoimme numeerisen arvon kullekin liikkeelle, vetäytymisnopeudelle ja tassun tärinän määrälle. Annoimme sitten kullekin numerolle numeerisen painon, ominaisarvon sen perusteella, kuinka tärkeä ominaisuus oli kiputasolle, ja yhdistimme sitten painotetut arvot yhdeksi kivun kvantitatiiviseksi mittaksi.

Millaisena näet tämän uuden työkalun käytön?

Olemme erittäin innoissamme kahdesta asiasta. Yksi tutkii geneettistä vaihtelua kivun aiheuttajana. Maailman ihmisväestön kipuherkkyys vaihtelee suuresti. Osa siitä on sosiokulttuurista, mutta osa on DNA:ssa. Esimerkiksi ihmisillä, jotka eivät tunne minkäänlaista kipua, on geneettisiä mutaatioita, jotka ovat tämän ominaisuuden taustalla. Laboratoriossani olemme käyttäneet kipuasteikkoamme mittaamaan noin 20 eri hiirikannan kipuherkkyyttä. Olemme tunnistaneet hiiret, jotka eivät reagoi juurikaan kipuun, ja muut, jotka ovat yliherkkiä. Käytämme geneettisiä kartoitusmenetelmiä löytääksemme uusia geenejä, jotka voivat olla tämän kipuherkkyyden taustalla.

Olemme myös erittäin innoissamme siitä, kuinka aivot hallitsevat siirtymistä akuutista krooniseksi. Mittaamme kipuasteikollamme hiiren kiputason ja otamme sitten tilannekuvan hiiren aivotoiminnasta toiminnallisen magneettikuvauksen avulla. Kuvaamme eläimiä joka päivä löytääksemme aivojen toimintamalleja, jotka ovat taustalla siirtymisen akuutista kivusta krooniseen. Kun löydämme ne, voimme yrittää muuttaa niitä muuttaaksemme kroonisen kivun kulkua. Olemme kiinnostuneita tämän kivun tunne- ja aistikomponenteista.

Oletko opiskellut kosketusta, joka ei ole myös kipeä?

Kyllä, viimeisimmässämme Solu paperilla, menimme ihosta aivoihin selittääksemme, miksi jotkin kosketuksen muodot ovat palkitsevia.

Se on hämmästyttävää, mitä ei ollut tehty ennen.

Kosketuksen molekyylitutkimus on vielä suhteellisen lapsenkengissään. Kosketushermosolujen eri luokkien molekyyliominaisuudet tunnistettiin vasta 2000-luvun lopulla. Siitä lähtien paljon huomiota on kiinnitetty erottelevaan kosketukseen, sellaiseen kosketukseen, jolla erotetaan neljäsosa senttimetristä tekstuurin perusteella. Sosiaalista silittämistä on tutkittu huomattavasti vähän.

Miten tämä projekti sai alkunsa?

David AndersonKalifornian teknologiainstituutin ryhmä raportoi vuonna 2013, että tietyt ihosolut reagoivat hellävaraiseen kosketukseen. Mutta he eivät olleet saaneet näitä soluja osaksi mitään luonnollista käyttäytymistä tai muodostaneet yhteyttä aivoihin. Luin lehden ja päätin yrittää täyttää nämä aukot. Viimeisenä jatko-opiskeluvuonnani muuntelin hiirillä geeniteknisesti hellävaraisia ​​kosketushermosoluja, jotka reagoivat siniseen valoon. Suunnitelmani oli stimuloida hermosoluja sinisellä valolla ja katsoa mitä hiiret tekivät.

Kun perustin oman laboratorion vuonna 2018, olimme valmiita aloittamaan nuo kokeet. Muistan edelleen päivän, jolloin opiskelijat tulivat toimistooni näyttämään minulle, mitä he olivat löytäneet. Se oli kuin tämä eureka-hetki. Kun aktivoimme hermosoluja hiirien selän ihon läpi, eläimet käyttäytyivät ikään kuin niitä silitettäisiin siellä. Siitä käynnistettiin koko projekti. Teimme paljon enemmän käyttäytymistestejä ja jäljitimme sosiaalisen kosketuksen polun ihosta selkäytimeen aivojen palkitsemiskeskuksiin.

Onko tämän iho-aivo-reitin löytämisellä mitään lääketieteellisiä vaikutuksia?

Kyllä, iho on hyvä terapeuttinen kohde. Se on saavutettavissa ja tarjoaa suoran tien siihen aivojen osaan, joka saa meidät tuntemaan olonsa hyväksi. Mitä jos voisimme aktivoida nämä hermosolut ihovoiteella parantaaksemme mielenterveyttä – esimerkiksi korvataksemme sosiaalisen eristäytymisen aiheuttamia haittoja tai hoitaaksemme ahdistusta tai masennusta? Kun pidin tästä puheen joulukuussa, yleisön psykiatrit ja neurofarmakologit olivat erittäin innostuneita terapeuttisista mahdollisuuksista.

Sinulla on alastomien myyrärottien yhdyskunta. Mitä teet niillä?

Paljaat myyrärotat ovat kotoisin Itä-Afrikasta. He elävät maan alla ja ovat pohjimmiltaan sokeita, tukeutuvat voimakkaasti kosketukseen ja käyttävät viiksimäisiä karvoja navigoidakseen koloissaan ja ollakseen vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Kosketus vie heidän aivoissaan kolme kertaa suuremman alueen kuin muilla nisäkkäillä. Uskomme, että kosketus on tärkeä heidän yhteisöllisen sosiaalisen rakenteensa muovaamisessa.

Olemme myös kiinnostuneita niistä, koska myyrärotat eivät tunne tietynlaista kipua. Ne eivät esimerkiksi osoita kipuvastetta kapsaisiinimolekyylille, kuuman paprikan aktiiviselle aineelle, joka on melko tuskallista useimmille nisäkkäille. Heillä on ihossaan reseptoreita, jotka reagoivat kapsaisiiniin, joten oletan, että eläimillä on aivoreittejä, jotka sulkevat kivun. Jos voimme löytää ja hyödyntää näitä signaaleja, saatamme löytää uuden tavan estää kipua.

Mitä esteitä olet nuorena tutkijana joutunut ylittämään, olivatpa ne tieteellisiä, sosiaalisia tai kulttuurisia?

Kaiken kaikkiaan olen ollut onnekas, että minulla on ollut mentoreita ja työtovereita kaikista roduista, kansallisuuksista ja sukupuolista, jotka uskoivat minuun ja tukivat minua. Olen ollut onnellisempi kuin jotkut muut aliedustetut vähemmistöt, jotka ovat työskennelleet todella haastavissa ympäristöissä, ja sen vuoksi he eivät ole täällä tänään.

Eli en ole selvinnyt vahingoittumattomana. Yliopistopoliisit ovat pysäyttäneet minut ja häirinneet minua, koska he eivät uskoneet minun kuuluvan kampukselle. Minut on pysäytetty omassa rakennuksessani ja viranomaisia ​​on kutsuttu. Useimmilla muilla tuntemillani mustilla tiedemiehillä on ollut hyvin samanlaisia ​​kokemuksia. Näitä asioita ei tapahdu vain yliopistossa vaan myös asuinalueellani, ja kun ne tapahtuvat, ne eivät tunnu hyvältä ja voivat aiheuttaa vihaa ja turhautumista. Mutta minulla on aina ollut verkosto ihmisiä, jotka tukevat minua ja ovat auttaneet minua ponnistelemaan, vaikkakin suhteellisen harvoin urani aikana, kun olen kokenut tällaista ilmeistä rasismia.

Onko sinulla neuvoja pyrkiville mustille tiedemiehille?

Taivas on rajana. Älä ole katkera, jos katsot ympärillesi etkä näe paljon ihmisiä, jotka näyttävät sinulta, koska se on muuttumassa. Ympäröi itsesi hyvillä ihmisillä. Joskus nämä ihmiset näyttävät sinulta, mutta älä ihmettele, jos jotkin suurimmista tukijoistasi eivät näytä. Ole avoin ja luo oikeat yhteydet.

Ja älä murskaa omia unelmiasi. Tarvitsemme ihmisiä kaikista taustoista ja kaikilta elämänaloilta, koska meillä on edessämme haastavia ongelmia. Rohkaisen mustia tiedemiehiä tai kaikkia tästä työstä kiinnostuneita henkilöitä: Jos sinulla on rakkautta ja intohimoa sitä kohtaan, mene siihen.