キャロル・A・バーンズ
キャロル・A・バーンズ
母校カリフォルニア大学リバーサイド校、オタワ大学、カールトン大学
科学者としてのキャリア
フィールド神経科学、記憶、学習
機関アリゾナ大学
博士課程の指導教員ピーター・フリード

キャロル・A・バーンズはアメリカの神経科学者で、アリゾナ大学の心理学教授である。[ 1 ] 2006年以来、彼女はエブリン・F・マックナイト老化における学習と記憶の教授であり[ 2 ]、エブリン・F・マックナイト脳研究所の所長である。[ 3 ]バーンズは神経科学協会の会長であり[ 4 ]、アメリカ科学振興協会のフェローであり[ 5 ] 、ノルウェー王立科学文学協会の外国人会員でもある。[ 6 ]彼女は2018年に米国科学アカデミーに選出された。 [ 7 ]

バーンズは170本以上の査読付き論文を発表している。[ 8 ]概して、彼女の研究は加齢に伴う脳の神経生理学的および行動学的変化に焦点を当てている。これらの変化を理解することで、アルツハイマー病などの加齢性神経変性疾患に寄与するプロセスの解明につながる可能性がある。バーンズはまた、海馬依存性記憶を評価するための空間ナビゲーション記憶課題であるバーンズ迷路も開発した。[ 1 ]

アリゾナ大学ツーソン校のオールドメイン校舎

教育

カールトン大学リバー

バーンズは1971年、カリフォルニア大学リバーサイド校で心理学の学士号を優秀な成績で取得した。その後、カナダのオタワにあるカールトン大学に進学し、1972年に心理学の修士号を取得した。1977年、カールトン大学で心理学の博士号を優秀な成績で取得した。大学院卒業後、バーンズはダルハウジー大学心理学部、オスロ大学神経生理学研究所、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンで脳機能の博士研究員として勤務した。[ 9 ]

キャリア

バーンズは、エブリン・F・マックナイト脳研究所の加齢における学習・記憶に関する寄付講座教授を務めています。また、アリゾナ州ツーソンにあるアリゾナ大学の神経系・記憶・加齢部門の理事教授兼部門長も務めています。バーンズは、技術研究基金（TRIF）の資金援助を受けているBIO5研究所に所属しています。[ 10 ] BIO5研究所では、アルツハイマー病やその他の加齢性脳疾患に取り組む学生たちと活動しています。バーンズはまた、がん生物学、神経科学、心理学、生理学も教えています。[ 11 ]

研究

バーンズ氏は、国レベルおよび地域レベルで神経科学研究コミュニティに関わっています。バーンズ氏の研究は40年にわたり、認知疾患に関連した脳の老化の理解を深めることを目指しています。脳の正常な老化に対するバーンズ氏の関心は、祖父の記憶力が低下していることに彼女と家族が気づいたことに端を発しています。 [ 12 ]彼女の研究は、霊長類やラットなどの動物モデルを使用して、脳の正常な老化プロセスで記憶がどのように影響を受けるか、および関連する神経生物学的メカニズムを調査・理解するために行われています。バーンズ氏の研究における動物モデルの使用は、高齢者の認知寿命を延ばすことを目的とした、脳の機能異常に対する治療に役立っています。バーンズ氏の研究は、行動、解剖、電気生理、分子の手法を用いて、正常な老化が脳に及ぼす影響を調べることを特徴としています。[ 13 ]彼女の研究分野のほとんどは、ラットとサルの脳内の 海馬構造の調査と観察、細胞間シグナル伝達におけるシナプス伝達の観察と記録、およびゲノム配列の解析です。

バーンズ迷路

空間学習と記憶を研究するため、キャロル・バーンズは迷路を用いて、マウスがプラットフォーム上の脱出箱の位置を記憶できるかどうかを実験しました。バーンズ迷路は、実験室における記憶力テストの標準的なツールとなっています。1979年に設計されたバーンズの迷路は、外部からの報酬や罰を与えることなく記憶力を研究する代替手段であり、実験過程全体を通して動物にかかるストレスを軽減しました。

バーンズ迷路

オリジナルの研究は、床面から91cmの高さに設置されたプラットフォーム（直径122c​​m）の周囲に、直径9.5cmの円形の穴が18個、等間隔に設けられていました。穴の1つには、黒い脱出箱、あるいはプラットフォームの色と対照的な暗色の脱出箱が設置されており、残りの穴は偽の脱出箱につながっていました。

この研究は3つの実験バリエーションで構成されていた。第一に、マウスは穴の一つの下に設置された脱出室を見つけるだけだった。第二に、脱出室は元の穴から120～140度回転した穴に移動され、元の穴は覆われた。第三に、元の穴は覆われていないことを除いて、第二のバリエーションと同じ方法が使用された。バーンズと彼女のチームは、全体的に見て、オスのマウスが実験のすべてのバリエーションにおいてより良い成績を収めたことを発見した。さらに、若いマウスはすべてのバリエーションにおいてより良い成績を収めたのに対し、高齢のマウスはバリエーション2と3で顕著な困難を示した。これは空間記憶における加齢障害を示している。[ 14 ]

海馬

バーンズと彼女のチームは、 MRI画像技術を用いて、正常加齢のげっ歯類の脳において、海馬の大きさは変化しないことを確認しました。代わりに、皮質灰白質の容積が変化しました。この動物モデルにより、正常なヒトの機能における脳の様相を理解することができました。この理解に基づき、アルツハイマー病によって変性した脳（げっ歯類はアルツハイマー病を発症しません）と比較しました。これらの知見は、正常な加齢において海馬の大きさは一定のままであるものの、その機能は脳の他の領域の機能と比較して低下する可能性があることを示唆しています。[ 15 ]

影響を受けた組織をより深く観察し、単一細胞イメージングによって海馬を構成する細胞は主に3種類あることが示された。ラットの海馬の細胞活動と細胞数を観察したところ、CA1錐体細胞とCA3錐体細胞は活動を維持し、体積も同程度であった。しかし、歯状回の顆粒細胞数は加齢とともに減少し続け、これらの細胞の機能も低下していたことから、バーンズと彼女のチームは、これらの歯状回細胞が記憶に関与する海馬回路の弱点であると結論付けた。[ 16 ]

霊長類研究

記憶形成に関与する脳領域

げっ歯類モデルの研究に加え、バーンズ氏は非ヒト霊長類モデル、特にマカクザルを用いた規範的老化研究の発展にも貢献してきました。特に、マカクザルを用いた初期の研究は、げっ歯類から収集された神経生物学的データと高齢のヒトの機能画像データを結び付けることに大きく貢献しました。「高齢霊長類の記憶障害は領域特異的なネットワーク機能不全と関連している」という論文で、バーンズ氏と彼女のチームは、高齢のサルが物体認識において顕著な障害を抱えていることを示しました。

さらに、高齢のサルは海馬CA3領域における抑制性ソマトスタチン陽性介在ニューロンの密度が低下していました。これらの介在ニューロンは、海馬の興奮性ニューロンの活動を制御する役割を担っています。介在ニューロン密度が低いほど、CA3興奮性ニューロンのベースライン発火率は上昇しました。この知見は、高齢のヒトの画像研究で示された海馬活動の増加と関連しています。海馬における介在ニューロン密度の低下とベースライン発火率の上昇は、どちらも認知機能の低下と関連しています。[ 17 ]

さらに、バーンズと彼女のチームは論文「哺乳類の海馬における進化的に保存された記憶符号化スキームの証拠」において、すべての哺乳類が単一の経験の記憶を符号化するために海馬に同量のニューロンを必要とするという証拠を発見しました。この発見は、背の高い哺乳類が同様の仮想現実経験を符号化するために一定の量のニューロンを使用していることを示唆しています。しかし、海馬のサイズは個体によって異なるため、経験の符号化に使用されるニューロンの割合は異なります。齧歯類は海馬が最も小さく、海馬ニューロンの40%を符号化に使用します。非ヒト霊長類は海馬が大きく4%を使用します。そして最後に、ヒトは海馬が最も大きく、経験の符号化に推定2.5%を使用します。[ 18 ]

バーンズ氏はまた、標準的な老化に伴う実行機能の変化を観察する研究を行ってきました。実行機能とは、注意、意思決定、衝動制御、感情制御など、人間が行う高次のプロセスです。これらの機能は、前頭前皮質の活動によって制御されます。再びマカク属を研究するバーンズ氏とチームは、実行機能の2つの側面、注意の監視と更新、およびセットシフトに注目しました。注意の監視と更新により、行動の変化とそれに伴うルールの変更が可能になります。たとえば、2つの選択肢が提示された場合、最初は1つが正しい選択です。しかし、正しい選択が2つ目の選択肢に変わると、注意の監視と更新はルールの変更を修正し、正しく選択できるように行動を変えるのに役立ちます。行動の変化は試行錯誤のプロセスによって制御され、正しい選択を特定の行動に関連付けるのに役立ちます。バーンズ氏とチームは、年老いたサルはルールの変更を正確に考慮するために、より多くの試行を必要とすることを発見しました。これは、注意の監視と更新の背後にある実行システムが加齢とともに機能低下することを示唆しています。

セットシフト、すなわち正確さを維持しながら無意識に注意を課題間に切り替える能力を研究するため、バーンズはマカクザルに、既に学習した物体の物体認識テストを提示した。次に、物体の選択と新しい物体の評価の間で変化を必要とする干渉物体を提示した。その結果、高齢のサルは、この干渉下での物体認識において、若いサルよりも優れた成績を示した。したがって、セットシフト能力は加齢とともに向上しないまでも、維持されると考えられる。

しかし、これらの研究から得られた最も重要な発見は、実行機能の2つの側面、すなわち監視と更新、そしてセットシフトが、加齢によって異なる影響を受ける独立したシステムであることが示されたことです。したがって、バーンズと彼女のチームは、前頭前皮質の変化は加齢によって生じる可能性があるものの、その中の異なるサブ領域が異なる老化パターンを示すことを示唆しています。[ 19 ]

キャロル・A・バーンズの最後の研究成果は、高齢マカクにおける空間ネットワークと空間記憶の研究である。バーンズと彼女のチームは、ケージ内、着座、トレッドミル歩行、空間での自由歩行という4つの異なる運動条件下での脳活動を研究した。その結果、若いマカクは4つの異なる条件すべてにおいて明確な空間ネットワークを持つことが明らかになった。しかし、高齢のマカクは空間ネットワークの個別的な活動が少なくなっていた。つまり、すべての条件において、同じ未分化ネットワークの活性化が引き起こされたということである。この発見は、空間認知障害の原因として、動的なネットワークの変化を示唆している。言い換えれば、空間処理ネットワークは加齢とともに精度が低下し、空間記憶の喪失や混乱につながる可能性がある。[ 20 ]

メンタリング

バーンズは、神経科学分野における女性や恵まれない人々の機会促進に尽力し、同僚や社会から高い評価を得ています。2010年には、ミカ・サルペター生涯功労賞[ 12 ]を受賞しました。この賞は、「神経科学分野で卓越した業績を挙げ、同時に神経科学分野における女性のキャリアアップを積極的に促進した個人を表彰する」ものです。[ 21 ]

さらに、彼女はNIHの恵まれない高校生研究プログラム、マイノリティ研究キャリアアクセス、マクネア功績プログラムに積極的に参加しています。2013年には、神経科学における女性の祭典で「神経科学の進化：女性とグローバリゼーションの役割」と題した基調講演を行いました。[ 12 ]

賞と栄誉

  • 1969年：国立科学財団夏季研究フェローシップ 国立科学財団夏季研究フェローシップ
  • 1972–74: オンタリオ大学院フェローシップ オンタリオ大学院フェローシップ
  • 1979–81: NIH国立研究サービス賞
  • 1981–82年: NATO科学博士研究員
  • 1984–89年: 研究キャリア開発賞
  • 1989–94: ADAMHA研究者育成賞、国立精神衛生研究所
  • 1994～99年：ADAMHA研究科学者育成賞、国立精神衛生研究所
  • 2004年～現在：ノルウェー王立科学文学協会自然科学部門外国人会員
  • 2004～2014年：MERIT賞、国立高齢化諮問委員会
  • 2004–14:アリゾナ大学評議員
  • 2006年～現在：寄付講座：エブリン・F・マックナイト講座「高齢化における学習と記憶」
  • 2009年～現在：アメリカ科学振興協会フェロー
  • 2010年：2009年APA第6部門DBマーキス行動神経科学賞
  • 2010年：2010 APA Division 6 DB Marquis行動神経科学賞（行動神経科学部門）
  • 2010年：ミカ・サルペター生涯功労賞
  • 2011年～現在：アリゾナ大学理学部ガリレオフェロー
  • 2013年：ラルフ・W・ジェラード神経科学賞
  • 2014年：APA優秀科学貢献賞
  • 2017年：クアッドL賞
  • 2017年：MOCAローカルジーニアス賞
  • 2018年：米国科学アカデミー[ 22 ]

参考文献

  1. ^ a b「キャロル・バーンズ」アリゾナ大学心理学部。2014年5月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年5月25日閲覧。
  2. ^ 「エブリン・F・マックナイト 高齢期の学習と記憶に関する寄付講座」アリゾナ大学エブリン・F・マックナイト脳研究所 2006年12月11日オリジナルより2013年9月19日アーカイブ。 2014年5月25日閲覧。
  3. ^ 「アリゾナ大学マックナイト脳研究所」。エブリン・F・マックナイト脳研究所、アリゾナ大学。2014年5月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年5月25日閲覧。
  4. ^ 「神経科学会 - SfN会長」神経科学会. 2013年11月26日. 2014年5月25日閲覧。
  5. ^ 「Fellows | AAAS MemberCentral」 .アメリカ科学振興協会. 2014年5月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年5月25日閲覧。
  6. ^ “Utenlandske medlemmer naturvitenskapelig klass” .ノルウェー王立科学文学協会。2013 年 12 月 22 日にオリジナルからアーカイブされました。2014 年 5 月 25 日に取得。
  7. ^「2018年5月1日NAS選挙」www.nasonline.org。
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  9. ^ 「Carol A. Barnes | Gruber Foundation」gruber.yale.edu . 2020年4月24日閲覧。
  10. ^ 「Why BIO5 | BIO5 Institute」 . bio5.org . 2020年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年3月28日閲覧。
  11. ^ “College of Science, Psychology” .アリゾナ大学. 2020年. 2020年8月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年4月25日閲覧。
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  19. ^ Gray, Daniel T.; Smith, Anne C.; Burke, Sara N.; Gazzaley, Adam; Barnes, Carol A. (2017-03-30). 「マカクザルにおける注意の更新とモニタリング、そして感情の転換は加齢によって独立して影響を受ける」 . Behavioral Brain Research . 322 (Pt B): 329– 338. doi : 10.1016 / j.bbr.2016.06.056 . ISSN 0166-4328 . PMC 5493156. PMID 27368416 .   
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  21. ^ 「Awards」 . www.sfn.org . 2020年3月28日閲覧。
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