西蒙斯协会研究员静修2023

比阿特丽斯Barra
纽约大学

用行为学方法研究小鼠模型中感觉强度的神经编码

对强度的感知在所有感觉模式中都是至关重要的。我们在抓握过程中体验到的触觉强度决定了我们用来抓握物体的力量，而感知到的光线强度调节了瞳孔的孔径，以优化视力。如果没有强度信息，大多数感觉将无法解释，大多数日常任务将更加困难。然而，大脑如何编码强度目前尚不清楚。回答这个问题在嗅觉领域尤为重要，因为气味感知的质量与其强度密切相关。一些研究试图通过描述气味浓度的神经相关性和对气味强度编码的不同假设来解释气味强度的神经编码。然而，气味浓度并不能单一地转化为特定的感知强度水平:在相似的浓度下，一些气味会引起非常强烈的感觉，而另一些气味仅仅是可感知的。因此，气味强度的神经基础仍然无法解释。与大多数感知特征一样，强度研究的主要挑战在于从动物模型中获得感知报告。在这里，我们通过调整先前在大鼠动物模型中开发的行为范式来解决这个问题，目的是发现哪种气味浓度产生的感知在强度上与小鼠相匹配。 We found that our behavioral paradigm allows to measure concentrations of different odors that produce intensity-match odor perception at different concentration ranges. We plan to leverage the results of this paradigm to record neural activations with wide field calcium imaging at intensity-matched concentrations as well as concentrations that caused an intensity mismatch, and gain insights on the neural encoding of intensity information in the mouse olfactory system.

保罗·查金
纽约大学

1、2、3、∞维度的填充

密度最大的球体，虽然几千年来已知是面心立方(FCC)晶体，体积分数为φ_FCC~0.74，直到最近才被数学证明(2014年)。一个同样古老的问题是“随机紧密包装”(RCP)，这是圣经时代(路加福音6:38,KJV)中描述的将球体倒入罐子中最密集的包装，“压在一起，摇在一起，然后跑过去”。尽管许多实验和模拟都同意φ的值，但RCP没有一个无争议的定义_RCP~ 0.64。我们发现一个简单的模型，“随机组织”(RO)，表现出在吸收、“死”和活跃状态之间的动态相变，似乎以RCP为其关键端点。RO的发明是为了理解剪切胶体从可逆到不可逆的转变，它发现RCP具有随机、各向同性、等静性、超均匀性和干扰等突发性特性，而这些都是以前手工添加的。它也得到了上临界维数为4，⇒临界行为是平均场，无限维，对于维数为4→∞。

阿什利·崔
纽约大学

研究E3连接酶AMBRA1的底物网络

维持细胞内适当水平的蛋白质对体内平衡很重要。泛素蛋白酶体系统是细胞循环利用其蛋白质以确保正常细胞功能的一种方式。在这个系统中有一种酶，E3连接酶，它的功能是使许多底物泛素化，这些底物作为靶向降解的标签。此外，cullin-RING连接酶复合物构成了我们细胞中大部分的E3连接酶。cullin-RING连接酶家族中的一个E3连接酶是AMBRA1。最近，有研究表明AMBRA1靶向细胞周期蛋白D降解蛋白质，从而作为细胞周期和细胞增殖的调节剂。在此之前，对AMBRA1功能的了解主要集中在AMBRA1参与自噬的前提下，很少发现新的底物参与自噬或其他。然而，考虑到AMBRA1的经典cullin-RING连接酶结构域结构，AMBRA1不太可能具有如此少的表征底物。为了鉴定新的底物，我们利用生长素诱导降解技术，结合基于定量质谱的策略。这些数据揭示了几种潜在的AMBRA1底物，包括参与调节蛋白质定位到染色体的蛋白质，线粒体的伴侣蛋白，以及参与细胞附着和迁移的蛋白质受体。 This highlights AMBRA1’s repertoire of substrates involved in various cellular processes beyond autophagy. Moreover, this study features applicable tools for advancing the discovery of E3 ligase-substrate pairs.

Benem-Orom戴维斯
哥伦比亚大学

电弧粒子产生和释放的表征

我们基因组的大部分是由整合的逆转录病毒元素组成的，称为内源性逆转录病毒(erv)。由于突变的积累和/或细胞防御系统的沉默，大多数erv已经失去了产生感染性病毒的能力。然而，一些erv已经被驯化并被用作生理过程的必需蛋白质。主要在大脑中表达的一个有趣的例子是活动调节的细胞骨架相关蛋白(ARC)，它在学习和记忆的形成中起着不可或缺的作用。ARC源自脊椎动物系Ty3逆转录转座子衣壳，据报道其保留了病毒样功能的某些方面，如自组装、封装RNA和将遗传物质传递给邻近细胞的能力，使人想起HIV-1衣壳蛋白(CA)。

尽管ARC在大脑中被广泛研究，但其产生、特征和释放的机制仍不清楚。在这项初步研究中，我们使用了各种生化方法来研究ARC颗粒的产生和释放。我们用ARC表达构建体转染细胞，发现相对于HIV, ARC的释放效率较低。我们观察到ARC和HIV-1颗粒的速度沉降曲线相似。有趣的是，中性鞘磷脂酶(nSMase)是escrt非依赖性外泌体途径第一步中重要的酶，药理抑制可减少ARC颗粒释放。综上所述，不同细胞系产生的ARC颗粒不同，释放的颗粒大小基本一致。此外，我们的工作表明ARC颗粒释放可能利用escrt独立的途径。

Aravind Devarakonda
哥伦比亚大学

异质结构和超晶格中的设计量子材料

在原子尺度上操纵材料推动了基础物理学的进步，并为技术上有用的功能铺平了道路;最近的例子是量子信息科学前沿令人兴奋的成就。然而，在许多情况下，这些进步所承诺的潜力被底层材料的基本限制所削弱。量子材料承载着复杂的、涌现的物质相，可以潜在地克服这些障碍。

在这次演讲中，我将描述跨学科的材料合成，先进的表征方法和纳米器件制造的结合如何揭示易于获取和高度可调的量子材料，并具有推进这一新兴前沿的潜力。我将介绍一个新的体范德华(vdW)超晶格材料家族，其中自然降维和面内与面外周期调制相结合支持新的和不寻常的物质电子相，例如，奇异的超导性;我将与围绕人工组装的moir材料的当代作品联系起来。我还将讨论结合天然材料合成和异质结构人工组装的新兴途径，以实现新一代高度可调谐的量子材料。

罗伯特·费尔南德斯
哥伦比亚大学

绘制男性同型盒基因图谱秀丽隐杆线虫了解它们在神经元身份和电路组装中的作用

神经科学的一个中心目标是了解神经回路是如何发展的，特别是需要什么分子线索才能将单个神经元正确地组装成神经回路。同源盒基因已被证明调节成熟神经元的终末分化特性，并描绘雌雄同体秀丽隐杆线虫神经系统中的神经元类别。然而，在雄性秀丽隐杆线虫的神经系统中，调控神经元身份和神经回路组装的转录编程仍然很少被探索。使用可用的同源盒基因GFP报告基因和分子标记文库，我将在男性中测试以下概念:1)同源结构域转录因子是否调节男性特异性神经元的终端命运特征(神经递质及其受体，神经肽)?2)是否每个雄性特异性神经元都表达一种独特的同源盒基因组合来定义该神经元的身份? 3)在突触相互连接的神经元中表达的同源盒基因是否调节神经元回路组装?秀丽隐杆线虫的雄性神经系统在雄性尾巴上包含五个自我隔离的神经回路，这使得它成为测试同源盒基因是否在突触相互连接的神经元中表达的理想选择。虽然在雌雄同体秀丽隐杆线虫的神经系统中有证据支持这些假设，但这些概念都没有在雄性秀丽隐杆线虫的神经系统中得到测试，因为雄性秀丽隐杆线虫的神经系统由于增加了91个雄性特异性神经元而更加复杂。我的发现将扩大我们对同源盒基因如何控制电路的功能特性以及这些神经元如何组装成功能电路的理解。

利亚Houri-Zeevi
洛克菲勒大学

血、爱、记忆:蚊子行为转变的基因程序

蚊子被广泛认为是世界上最致命的动物，每年造成的人类死亡人数超过任何其他生物。这个多样化的昆虫家族包括大约3600个已知物种，每个物种都表现出独特的生态、行为和媒介能力，以及对宿主叮咬的偏好。我们的研究探讨了行为和神经功能编码的机制，以及它们在不同进化时间尺度上的变化。为此，我们用蚊子的多样性，尤其是雌性蚊子的繁殖行为作为模型。

帕特里克。肯尼迪
哥伦比亚大学

黄蜂和生命的意义

在这次演讲中，我将探讨生命的意义。放眼望去，动物和植物似乎都非常忙碌，但它们都在努力做什么呢?是否有一个单一的功能-一个普遍的目标-所有的生物都在努力最大化?一个有争议的答案在于一个优雅的理论，即“包容性适合度”。这个故事涉及到愤怒的共产主义者、越狱的俄罗斯王子、神的干预，当然还有很多黄蜂。我将简要介绍一下包容性适应性理论令人惊讶的传奇故事，并指出，在这个雄心勃勃但充满争议的领域，社会性黄蜂正使我们离解决一些悬而未决的问题更近一步。

拉克兰卡斯特
哥伦比亚大学

巨大分子云中的恒星形成反馈

宇宙中的恒星形成是一个极其多尺度和多物理过程，涉及以非线性方式相互作用的复杂反馈回路。它是多尺度的，因为要充分理解恒星形成的过程，就意味着要跟踪宇宙中气体的运动和坍缩，从宇宙尺度(数百万光年)到单个恒星的尺度，两者相差13个数量级。在这个尺度范围内，恒星形成往往包含几乎所有物理过程的完整横截面:重力，等离子体物理，流体动力学，气体和“尘埃”化学，辐射传递，以及它们如何相互作用。此外，当恒星形成时，它们会向周围的气体注入能量，阻止恒星进一步形成，这一过程被称为“恒星形成反馈”。试图理解这个复杂过程的最糟糕的部分是，就像在所有天文学中一样，我们无法进行控制实验!我画了一幅令人生畏的图画，但希望还是有的!在这个巨大的尺度范围内，人们可能会认为所谓的巨分子云(GMCs)是一个基本的组成部分，因为我们所知道的所有恒星的形成都是在这些相对孤立的、受引力束缚的气体团中进行的。我将解释我们如何理解与恒星形成和恒星形成反馈相关的物理过程在这些云的尺度上通过运行控制数值实验(模拟!)和发展理论来解释这些可以更广泛应用的简化模型。

提姆大
哥伦比亚大学

现代几何中的计数

正如古代数学家所看到的那样，几何学是通过长度、面积和角度等可量化的测量来研究二维和三维欧几里德空间的。当代几何学大多关注于高维非欧几里得空间的研究，在高维非欧几里得空间中，人们不太清楚应该测量什么量。在这次演讲中，我将描述一种流行的现代观点，尽管它有着非常经典的起源。人们可以通过计算满足特定方程和入射条件的嵌入二维表面的数量来“测量”高维空间。这些整数值和有理数值的计数为我们提供了一个重要的窗口，通过它我们可以瞥见某些特殊几何的奥秘。由此产生的理论是美丽的，但在很大程度上仍未被探索，它与数学和高能物理的许多其他部分有着重要的联系。

珍妮梅里特
哥伦比亚大学

双亲本鹿小鼠类固醇水平的遗传基础

哺乳动物的母亲在怀孕、分娩和哺乳期间会经历一系列的行为和生理变化。相比之下，在大多数哺乳动物物种中，父亲既不孕育后代，也不照顾后代。少数表现出双亲抚育的哺乳动物物种为研究两性亲代抚育机制提供了一个独特的机会。在这个属的老鼠中选择在美国，一对近亲进化出了不同的交配系统。在p . polionotus父母双方都照顾幼崽，但在p .做在美国，只有母亲提供照顾。在这里，我们研究了两性亲代抚育的内分泌基础。我们发现p . polionotus雄性的睾丸比雌性小2倍p .做男性和女性的肾上腺皮质都比男性大5倍。与这些解剖学上的差异相一致的是，睾酮、孕酮和皮质酮的水平在不同物种之间也有很大的差异。为了了解类固醇激素水平的遗传基础，我们产生了769个F2杂交种，量化了亲代对幼崽的行为，测量了类固醇浓度，并进行了定量遗传作图。我们在处女和父母的基因组中都确定了影响每种类固醇激素水平的区域。因为我们对类固醇激素浓度进行了前瞻性采样，所以我们能够发现激素对亲代行为的因果作用。我们的图谱显示，与类固醇水平有关的四个位点与与亲代行为和后代防御有关的基因组区域重叠，表明这些表型具有共同的遗传基础。这些基因座包含可能的候选基因，包括糖皮质激素受体和前列腺素受体。综上所述，我们对类固醇水平的遗传解剖为理解亲代抚育的控制提供了许多新的分子靶点，并使我们更接近于理解动物对后代生存做出贡献的共同机制。

艾米·李·诺罗维奇
哥伦比亚大学

暹罗斗鱼:研究性别差异和视觉线索在攻击中的作用的新模型

侵略是人类和动物社会的普遍行为。在人类和其他灵长类动物中，视觉信息在引发攻击方面发挥着重要作用，但在行为神经科学中常用的啮齿动物和苍蝇模型中，攻击主要是由气味和信息素线索引起的。因此，视觉线索如何影响攻击行为——以及更普遍的社会行为——相对来说还未被探索。

为了解决这个问题，我开发了暹罗斗鱼斗鱼(斗鱼)作为一种新的动物模型。斗鱼表现出极端的攻击性，这种攻击性仅由视觉线索引起，在雄性中比雌性明显更突出。视觉线索是如何驱动攻击行为的?同样的提示如何在男性和女性中引起不同的行为反应?为了回答这些问题，我开发了能够可靠地引发成年斗鱼攻击行为的行为分析方法，以及基于机器学习的行为分析方法。我已经使用分子方法来识别与攻击性相关的大脑区域，并确定这些区域如何与视觉系统相交，目前正在表征这些区域的基因表达，以识别介导行为性别差异的分子途径。展望未来，我们正在开发生理学方法来实时检测神经活动。