イラナ・B・ウィッテン
イラナ・B・ウィッテン
生まれる
プリンストン、ニュージャージー州、米国
母校プリンストン大学スタンフォード大学
知られている光遺伝学と依存症におけるコリン作動性介在ニューロンの役割
両親
親族ダニエラ・ウィッテン（妹）、ルイス・ウィッテン（祖父）、マット・ウィッテン（叔父） 、ベンジャミン・ウィッテン（大叔父）
受賞歴ダニエル・X・フリードマン賞NYSCF-ロバートソン神経科学研究者賞マクナイト学者賞 神経科学NIH所長新人イノベーター賞
科学者としてのキャリア
フィールド神経科学
機関プリンストン大学

イラナ・B・ウィッテンは、アメリカの神経科学者であり、プリンストン大学の心理学・神経科学教授です。ウィッテンは、報酬学習と意思決定を駆動する線条体神経回路のメカニズムに焦点を当て、中脳辺縁系経路を研究しています。

幼少期と教育

ウィッテンはニュージャージー州プリンストンで育ち、両親はともにプリンストン大学の教授だった。[ 1 ]父のエドワード・ウィッテンは理論物理学者でプリンストン大学の数学教授であり、母のキアラ・ナッピも物理学教授である。[ 1 ]ウィッテンは地元のプリンストン高校に通い、その後地元に近いプリンストン大学に進学して学部教育を受けた。[ 1 ]ウィッテンの妹のダニエラ・ウィッテンはスタンフォード大学で数学と生物学の学士号を取得した。[ 2 ]

プリンストン大学でウィッテンは物理学を専攻したが、学部時代に生物学、特に神経科学に魅了された。[ 1 ]プリンストン大学1年目には、リー・メリル・シルバーの研究室で研究助手として働き、分子生物学と遺伝学を学んだ。[ 3 ]学部生の頃には、マイケル・J・ベリーの研究室に参加し、計算神経科学の学部論文に向けた研究を行った。[ 4 ]彼女の学部優秀論文は「網膜の神経コードにおける代謝効率のテスト」と題され、物理学科から授与された。[ 4 ]ウィッテンは、2002年にプリンストン大学で物理学の学士号を取得して卒業した。[ 1 ]

学部時代の研究経験に刺激を受け、ウィッテンは2003年にスタンフォード大学で神経科学の大学院教育を受けました。[ 5 ]エリック・クヌーセンの指導の下、ウィッテンはフクロウの中枢神経系における注意の神経生物学的メカニズムと情報処理戦略を研究しました。[ 6 ]

メンフクロウの感覚情報処理

予測は、変化する不確実な環境に対して適切な行動反応を仲介するために脳が行う基本的な神経計算である。 [ 7 ]ウィッテンは大学院時代の初期の研究で、メンフクロウの特定の神経回路がどのようにして動く聴覚刺激の位置を予測するのかを研究した。[ 7 ]視蓋はメンフクロウの脳にある領域で、聴覚刺激に視線を向けるのを助ける。これは、聴覚システムからの情報をエンコードして聴覚空間の地形図を作るニューロンによって可能になる。[ 7 ]ウィッテンは、聴覚刺激が動いているときにこの地形図がどのように変化するかを理解したいと考えていた。 [ 7 ]彼女は、聴覚受容野が刺激の位置に応じて鋭くなり、シフトすることを発見し、聴覚野が聴覚刺激の位置を追跡するために予測的なシフトを行うことを示した。[ 7 ]

その後、ウィッテンは、脳が様々なチャネルからの様々な感覚刺激と情報を統合しなければならないときに、どのようにして単一の物体を検出するのかを探求することに興味を持つようになりました。[ 8 ]ウィッテンは、ヘブビアン可塑性モデルを使用して、脳における物体検出と表現の基盤となるシナプス可塑性は、ある種類の入力の空間表現と別の種類の入力の空間表現の相対的な違いから生じると提唱しました。[ 8 ]彼女は、感覚入力の各チャネルの可塑性の量は、そのチャネルの受容野の強度と幅に依存することを発見しました。[ 8 ]より強い入力が可塑性を導くことで、脳内の整列した感覚表現の発達と維持を説明できる可能性があります。[ 8 ]

オプトジェネティクスを用いた報酬回路の解析

2008年に博士号を取得後、ウィッテンはスタンフォード大学に留まり、カール・ダイセロスの研究室で博士研究員として研究を行った。[ 1 ]ダイセロスの指導の下、ウィッテンはオプトジェネティクス技術を使用して神経回路内の遺伝的に定義された細胞タイプを分析する方法を学び、ウィッテンの特別な関心は脳の報酬回路のコリン作動性ニューロンであった。[ 9 ] 2010年に出版されたサイエンス誌 の第一著者論文で、ウィッテンは側坐核のコリン作動性ニューロンの役割を分析した。このニューロンは局所ニューロンのわずか1%を占めるに過ぎないが、回路の調整や行動の駆動に重要な役割を果たしている。[ 9 ]彼女はさらに、これらのコリン作動性介在ニューロンはコカイン投与により活性化されるが、それらをサイレンシングするとNaCの中型有棘ニューロンの活動が増加し、マウスのコカイン条件付けが防止されることを発見した。[ 9 ]ウィッテンの発見は、このような少数のニューロン集団が行動結果を媒介する上で重要な役割を果たし得ることを浮き彫りにした。[ 8 ]

線条体のコリン作動性介在ニューロンの抑制が薬物誘発性条件付けを改善することから、ウィッテンとデイセロスは、NAcまたは線条体のコリン作動性介在ニューロンにおける光遺伝学技術の使用に関する特許を申請した。[ 10 ]彼らは、まずこの技術をげっ歯類モデルの報酬行動と依存症の理解を深めるために使用し、その後、オプシンをコードするポリヌクレオチドを線条体に投与することで、ヒトの依存症の治療において特定の神経回路を標的とすることを提案した。[ 10 ]光刺激または電気刺激を介して、この技術は依存症に苦しむ人々に対して時間的に正確な治療戦略を可能にするだろう。[ 10 ]

その後、ウィッテンはオプトジェネティクスをラットモデルに適用して神経報酬回路を研究したいと考え、ラットでTh::CreおよびChat::Creドライバーラインを作成した。[ 11 ]これらの新しいドライバーラインを使用して、ウィッテンはラットの脳にCre依存性オプシンを発現するウイルスを注入し、新しいレートドライバーラインにおけるドーパミンニューロンの発火と正の強化との因果関係を明らかにした。[ 11 ]ウィッテンは、Th::Creラットの腹側被蓋野ドーパミンニューロンを刺激すると頭蓋内自己刺激が生じることを確認した。これは、以前は不可能だったオプトジェネティクスを使用してラットの特定の神経回路を解剖するための彼女のツールの威力を浮き彫りにした。[ 11 ]

ウィッテンはデイセロス研究室に在籍中、線条体のコリン作動性回路と報酬行動を促すドーパミンニューロンの役割について研究を続け、研究室での4年間の在籍期間中に多くの論文の共著者となった。[ 12 ]

キャリアと研究

デイセロス研究室で博士研究員として研究を終えた後、ウィッテンは2012年にプリンストン大学に採用され、プリンストン神経科学研究所および心理学部の心理学および神経科学の助教授となった。[ 1 ]ウィッテンはプリンストンで研究室を開設し、齧歯類モデルにおける報酬学習と意思決定を駆動する神経回路の探究に専念した。[ 5 ]ウィッテンは、オプトジェネティクス、齧歯類行動、電気生理学、イメージング、計算モデリングなどの技術を用いて、線条体およびその他の報酬回路が行動を駆動する新たなメカニズムを発見することができる。[ 5 ] 2018年、イラナは准教授に昇進し、プリンストン大学で終身在職権を得た。[ 13 ]

ウィッテン氏は、主任研究者としての役割に加えて、PNI大学院生入学委員会、PNI夏季プログラムのURM選定委員会、大学院生カリキュラム再設計委員会、その他プリンストン神経科学コミュニティを支援するための多くの委員会の役職に就いています。[ 5 ]  ウィッテン氏はプリンストンで多くの授業も教えており、ワーキングメモリ機能が意思決定の根底にあることを理解するための7つの研究室からなるNIH資金提供プロジェクトであるBRAIN CoGS（認知システム回路）のメンバーでもあります。[ 14 ]

報酬回路の解剖

2016年、ウィッテンとプリンストン大学のチームは、線条体の標的領域によって定義される中脳ドーパミンニューロンの異なる集団の異なる機能を調べた論文を発表しました。[ 15 ]彼らは、腹側線条体に投射するドーパミンニューロンは報酬消費と報酬予測の手がかりに強く反応するのに対し、背内側線条体に投射するドーパミンニューロンは対側選択に強く反応することを発見しました。[ 15 ] 両方のサブポピュレーションで報酬予測の誤差が見られましたが、ウィッテンの研究結果は、異なるドーパミン終末入力場所が線条体における機能の特殊化をサポートしていることを示しています。[ 15 ]

報酬学習に関与する線条体ニューロンの研究を続ける中で、ウィッテン博士は、コリン作動性線条体介在ニューロンに関する博士研究員時代の研究結果に立ち戻り、その活動プロファイル、シナプス可塑性、報酬学習の関係を調査した。[ 16 ]ウィッテン博士らの研究チームは、コリン作動性ニューロンの活動が消去学習によるコカインと文脈の関連付けを制御していることを発見した。[ 16 ]さらに、コリン作動性ニューロンは、線条体の中型有棘ニューロンへのシナプス前グルタミン酸入力の持続的な減少を媒介する。[ 16 ]この研究は、線条体におけるコリン作動性介在ニューロンの調節的役割を初めて明らかにした。[ 16 ]

社会的および空間的情報をコードする回路

社会的交流は本質的に報酬をもたらすものであるため、ウィッテン氏はドーパミン報酬系における社会的情報処理の理解を中心に研究プログラムの一部を構築することに興味を持つようになった。2017年、ウィッテン氏と彼女のチームは、社会的行動に関与する前辺縁系（PL）皮質ニューロンの独特なサブセットを探索した。このニューロンは側坐核（NAc）、扁桃体、腹側被蓋野に投射している。[ 17 ] 興味深いことに、PL-NAc投射の活性化は社会的選好の低下につながるため、ウィッテン氏と彼女のチームはこの投射がどのような情報を伝達しているのかを理解しようとした。[ 17 ]彼らは、この投射が空間情報と社会的情報の両方を伝達し、社会的行動を導く社会的空間的連想の形成を可能にしていることを発見した。[ 17 ]

多様なドーパミンニューロンのエンコード

ウィッテンと彼女の同僚はその後、VTAのドーパミン作動性ニューロンをより厳密に調べた。[ 18 ]これらのニューロンは典型的には報酬回路と関連付けられているが、他の様々な行動変数にも関与していることが示されているため、ウィッテンは報酬、報酬予測の手がかり、報酬履歴、空間位置、運動学、行動選択を符号化する能力を調べることに興味を持っていた。[ 18 ]ウィッテンと彼女のチームは、生体カルシウムイメージングを通じて、報酬関連変数と非報酬関連変数の両方に関連するVTA DAニューロンの機能的クラスターを発見し、これらのニューロンはVTA内でも空間的にクラスター化していた。[ 18 ]

賞と栄誉

  • 2017年ダニエル・X・フリードマン基礎研究賞[ 19 ]
  • 2017-2022 NYSCF-ロバートソン神経科学研究者賞[ 20 ]
  • 2017-2022 サイモンズ共同研究 グローバル・ブレイン・インベスティゲーター[ 21 ]
  • 2017-2022年 BRAINイニシアティブU19共同研究員[ 22 ]
  • 2015-2019 NIH R01（NIMHより）2015 PNIイノベーション賞[ 23 ]
  • 2014-2016年マックナイト奨学生賞（神経科学）[ 24 ]
  • 2014-2017 BRAINイニシアチブU01の共同PI [ 23 ]
  • 2014-2015 NARSAD 若手研究者賞[ 25 ]
  • 2014年エッシグ・アンド・エンライト'82イノベーション基金賞[ 26 ]
  • 2013-2017 ピュー生物医学奨学金[ 26 ]
  • 2013-2015 アルフレッド・P・スローン研究フェローシップ[ 27 ]
  • 2013年冬季会議脳研究旅行賞[ 26 ]
  • 2012-2017 NIH所長新イノベーター賞[ 26 ]
  • 2009-2012 ヘレン・ヘイ・ホイットニー財団ポストドクターフェローシップ[ 26 ]
  • 2008年 CoSyNe の Swartz Travel Fellowship [ 26 ]
  • 2008 2003-2006 NSF大学院研究フェローシップ[ 26 ]
  • 2002年アレン・G・シェンストン物理学賞[ 26 ]
  • 2002年プリンストン大学物理学科より優秀賞を受賞[ 26 ]
  • 2002年シグマ・サイ・リサーチ名誉協会推薦[ 26 ]
  • 2000年プリンストン大学物理学科ルーセントテクノロジー賞[ 26 ]
  • 1998年エドワード・J・ブルースタイン奨学金[ 26 ]

出版物を選択

  • 前頭前皮質からの下降投射における社会的および空間的コーディングの結合。Murugan M, Park M, Jang HJ, Miller E, Taliaferro J, Cox J, Parker NF, Bhave V, Nectow A, Pillow J, Witten IB. Cell. 2017年12月. [ 12 ]
  • 空間ワーキングメモリにおける線条体ニューロンの解離した連続活動と刺激エンコーディング Akhlaghpour H, Wiskerke J, Choi JY, Taliaferro J, Au J, Witten IB. eLife. 2016; 10.7554/eLife.19507. [ 12 ]
  • コカイン-文脈連想の消去過程におけるコリン作動性介在ニューロン、シナプス可塑性、行動の関連性 Lee J, Finkelstein J, Choi JY, Witten IB. Neuron. 2016年5月18日. [ 12 ]
  • 中脳ドーパミンニューロン終末における報酬と選択の符号化は線条体標的に依存する。Parker NF, Cameron C, Taliaferro J, Choi JY, Lee J, Davidson T, Daw ND, Witten IB. Nature Neuroscience. 2016年4月25日. doi:10.1038/nn.4287. [ 12 ]
  • 中脳辺縁系ドーパミンは、価値観に基づく意思決定の個々の側面を動的に追跡し、因果関係をもって結びついている。Saddoris MP, Sugam JA, Stuber GD, Witten IB, Deisseroth K, Carelli RM. Biol Psychiatry. 2015年5月15日;77(10):903-11. doi: 10.1016/j.biopsych.2014.10.024. Epub 2014年11月13日. [ 12 ]
  • 薬物誘発性のドーパミン放出の光学的抑制。マカッチョン JE、コーン JJ、シノン CG、フォルティン SM、カンタク PA、ヴィッテン IB、ダイセロート K、ストゥーバー GD、ロイトマン MF。前部神経回路。 2014 9 17;8:114。土井：10.3389/fncir.2014.00114。 eコレクション2014。[ 12 ]
  • リコンビナーゼドライバーラット系統：ツール、技術、およびドーパミン介在強化へのオプトジェネティクス応用. Witten IB*, Steinberg E*, Lee SY, DavidsoTJ, Zalocusky KA, Brodsky M, Yizhar O, Cho SL, Gong S, Ramakrishnan C, Stuber GD, Tye K, Janak P, Deisseroth K. Neuron. 2011年12月8日;72(5):721-33. [ 12 ]
  • コリン作動性介在ニューロンは局所回路活動とコカイン条件付けを制御する。Witten IB*, Lin S*, Brodsky M*, Prakash R*, Diester I, Anikeeva P, Gradinaru V, Ramakrishnan C, Deisseroth K. Science. 2010. 330(6011):1677-81. [ 12 ]
  • メンフクロウにおける聴覚空間手がかりの優位性階層. Witten IB, Knudsen PF, Knudsen EI. PLoS ONE. 2010; 5(4): e10396. [ 12 ]
  • ヘブ学習則は感覚表象の整列における非対称可塑性を媒介する。Witten IB、Knudsen EI、Sompolinsky H. Journal of Neurophysiology. 2008; 100(2): 1067–79. [ 12 ]
  • フクロウの聴覚空間マップの動的な変化は、移動する音源の位置を予測する。Witten IB*、Bergan JF*、Knudsen EI. Nature Neuroscience. 2006; 9(11):1439-45. [ 12 ]
  • 百聞は一見に如かず：聴覚と視覚の世界の融合. Witten IB, Knudsen EI. Neuron. 2005; 48(3):489-96. [ 12 ]

参考文献

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