エドワード・ボイデン

エドワード・ボイデン
MITマクガバン研究所のボイデン
生誕( 1979-08-18 )1979年8月18日（46歳）
テキサス州プレイノ
出身校
受賞歴パール・ノースカロライナ大学賞 （2011年）
IET AFハーベイ賞 （2011年）
ブレイン賞 （2013年）
生命科学ブレイクスルー賞 （2016年）
ガードナー財団国際賞 （2018年）
ラムフォード賞 （2019年）
米国科学アカデミー （2019年）
ウォーレン・アルパート財団賞 （2019年）
ヴィルヘルム・エクスナー賞 （2020年）
科学者としてのキャリア
所属機関
論文記憶符号化の課題特異的神経メカニズム （2005）
博士課程指導教員
著名な学生

エドワード・S・ボイデン（1979年8月18日生まれ）は、MIT（マサチューセッツ工科大学）のアメリカ人神経科学者であり、起業家です。彼はY・エヴァ・タン神経工学教授であり、マクガバン脳研究所の正会員です。[1]彼はオプトジェネティクスと拡張顕微鏡法の研究で知られています。ボイデンは2007年にMITの教員に加わり、脳の構造と活動を操作および分析するための新しいオプトジェネティクスツールやその他の技術の開発を続けています。[2]彼は2015年に生命科学ブレークスルー賞を受賞しました。[3]

幼少期と教育

ボイデンはテキサス州プラノで生まれました。母親は生化学の修士号を持ち、ニコチン研究を行っていましたが、ボイデンと妹の世話をするために家にいました。父親は経営コンサルタントでした。子供の頃、ボイデンは人間性を理解したいと考え、最初は科学よりも数学を好みました。やがて、人間の心がどのようにして数学を理解できるのかに興味を持つようになりました。10代の頃、彼の思考は、彼が現在「理解のループ」と呼ぶものに繋がりました。数学は物事を深く理解する方法であり、私たちの心は数学を行い、脳は私たちの心を生み出し、生物学は私たちの脳を支配し、化学は生物学を実践し、物理学の原理は化学を支配し、物理学は数学の上に成り立っています。これは数学から数学へと続くループであり、その間にあるすべての知識が存在します。[4]

ボイデンは12歳の時、幾何学のプロジェクトでテキサス州の科学フェアで優勝した。[4] 14歳の時、ボイデンはノーステキサス大学のテキサス数学科学アカデミーに入学し、高校の授業と並行して化学と数学を学んだ。そこで彼はポール・ブラターマンの研究室に所属し、生命化学の起源を研究した。[5]

ボイデンは1995年、16歳でMITに入学し、2学年飛び級しました。[4]電気工学とコンピュータサイエンスで工学修士号を取得し、電気工学、コンピュータサイエンス、物理学の2つの学士号も取得して、19歳で卒業しました。ボイデンは量子コンピューティングのニール・ガーシェンフェルドのグループに所属していました。

1999年、ボイデンはスタンフォード大学でジェニファー・レイモンドとリチャード・ツィエンの指導の下、神経科学の博士課程を開始し、2005年に博士号を取得しました。[5]

経歴

博士号取得後、ボイデンはスタンフォード大学の生物工学、応用物理学、生物学の各学部でヘレン・ヘイ・ホイットニー博士研究員として1年間勤務しました。そこで彼はマーク・シュニッツァーとカール・ダイセロスと共に、神経科学研究における光学的手法を発明しました。[5] 2006年、彼はMITに移り、 MITメディアラボの客員研究員として神経工学およびニューロメディアグループを率いました。[5]

2007年、ボイデンはMITに合成神経生物学グループを設立し、MITメディアラボとMIT生物工学部の助教授として働き始めました。翌年、MIT脳認知科学部の助教授に就任しました。[5]

ボイデン氏は2010年にMITマクガバン研究所の研究員となった。[5] 2013年にMIT神経生物工学センターを設立し、現在はアラン・ジャサノフ氏と共同で所長を務めている。[6] 2017年にはMITコッホ総合がん研究所の学外研究員となり、その1年後にはMITの神経工学Y・エヴァ・タン教授に任命された。[5] MITに着任してから7年後、ボイデン氏は常勤教授として終身在職権を得た。[7]

2020年、ボイデンはハワード・ヒューズ医学研究所の研究員に就任しました。翌年、MITのK・リサ・ヤン・バイオニクスセンターの共同所長に就任しました。[5]

研究

ボイデンの研究は、オプトジェネティクス、膨張顕微鏡法、脳深部刺激法、多重イメージング、機械学習など 多岐にわたります

オプトジェネティクス

オプトジェネティクスでは、チャネルロドプシン2などの光感受性イオンチャネルまたはポンプをニューロンに遺伝子発現させることで、光によるニューロン活動の制御が可能になります。標的光制御を実現するための初期の取り組みは2002年にまで遡りますが、直接光活性化イオンチャネルを用いることはありませんでした[8]。しかし、2005年に登場したチャネルロドプシンなどの微生物由来の直接光活性化チャネルに基づく手法が、広く有用であることが判明しました。このように、オプトジェネティクスは神経科学者によって研究ツールとして広く採用されており、治療への応用も期待されています[9] 。

ボイデンは2007年、ナトロノマ・ファラオニス由来のコドン最適化された光駆動型ハロロドプシン塩化物ポンプ（Halo）を標的とすることで、黄色光を用いた光遺伝学的サイレンシングが可能になったと報告した。[10]その後2010年には、ハロルブルム・ソドメンセ由来のアーキアロドプシン3（Arch）が黄色光を用いたニューロンのほぼ完全なサイレンシングを促進することを報告した。Archはまた、長時間の不活性状態に入るHaloとは異なり、不活性化から自発的に回復する能力も有する。その高い性能により、脳工学を用いた多くの新たな神経科学的研究が可能になった。[11]

2014年、ボイデンはチャネルロドプシン「クロノス」が光に対して極めて高速に反応すること、そして「クリムソン」が赤色光に対して反応することを報告した。「クロノス」の運動特性は従来のチャネルロドプシンよりも速いが、光に対する感度はより高い。この発見により、顕著なクロストークなしにニューロンを2色で活性化することが可能になった。[12]この発見は2021年にヒトにおける初のオプトジェネティクス研究に繋がり、失明した患者に「クリムソンR」をコードするアデノ随伴 ウイルスベクターを注入し、ゴーグルによる光刺激を併用した。患者はベクターを投与した眼とゴーグルを用いて、物体を知覚、位置特定、数え、触覚することに成功した。この症例は、この種の失明における、これまでで最も優れた部分的機能回復を報告している。[13]

2014年、Haloarcula salinarum由来のクルックスハロロドプシン（Jaws）は、赤色光に反応して抑制を誘導するように改変されました。[14] 2017年、Boydenはカイニン酸受容体サブユニット2（KA2）のN末端150残基を高光電流チャネルロドプシンCoChRに結合させることで、高効率の細胞体標的オプシンを設計しました。これにより、その発現は神経細胞体に限定され、ホログラフィック刺激に時間的に正確に反応します。[15]

膨張顕微鏡

膨張顕微鏡法（ExM）は、解像度が限られている光学顕微鏡の代替として開発されました。2015年、Boydenは試料内に膨潤可能なポリマーネットワークを合成することにより、試料を膨張させることができました。ネットワークに特定のラベルを添付することにより、その膨張により等方的な分離と光学分解能が可能になります。これにより、回折限界顕微鏡を使用した超解像顕微鏡法が可能になります。 [16] ExMは、タンパク質、[17] 核酸、[18]臨床組織、[19]デクラウディング、[20] in situ シーケンシング、[21]に最適化されており、より大きな拡張係数を開発しました。[22] 2018年、Boydenは3Dプリント材料を縮小してナノスケールの特徴サイズを実現する方法を開発しました。ハイドロゲル足場を使用することにより、Implosion Fabrication（ImpFab）は、複雑な形状と数十ナノメートルの解像度を持つ導電性の3D銀ナノ構造を作成します。 [23]

脳深部刺激療法

2017年、ボイデンはニューロンの深部電気刺激の非侵襲的な方法を報告しました。神経発火を誘発できる周波数よりも高い周波数で、かつダイナミックレンジ内で電界を照射することで、電界に包まれた領域内のニューロンを変調させることができます。この時間的干渉（TI）は、生きたマウスの運動パターンを変化させることに成功しました。[24] TIは2023年にヒトで検証され、健康な被験者の海馬活動を変調させ、エピソード記憶の精度を向上させました。[25]

多重イメージング

マルチプレックスイメージングとは、シグナル伝達ネットワーク内の多数のシグナルの動態を同時に測定する手法です。2020年、Boydenは蛍光レポーターを自己組織化ペプチドのペアに融合させ、モジュール設計が可能なシグナル伝達レポーターアイランド（SiRI）を作成しました。SiRIは、顕微鏡で分解できるほど離れているものの、生物学的特徴を空間的にサンプリングできるほど近い単一細胞内のネットワークにおける複数のシグナルを同時に測定するために適応できます（空間マルチプレックス）。[26] 2023年に報告された時間多重イメージング（TMI）は、時間特性を持つ遺伝子コード化蛍光タンパク質を用いて異なるシグナルを表します。これは、細胞周期活動に加えて、単一細胞内のキナーゼ活性間の関係性を調べるために使用されます。 [27] 2018年、Boydenは、複数の特性を同時に示すタンパク質を発現している細胞をロボットで選択することにより、複雑なタンパク質を多次元仕様に向けて設計する新しい手法を報告しました。これにより、数時間で数十万のタンパク質をスクリーニングし、それぞれの複数の性能特性を評価することが可能になります。[28]このロボットは蛍光電圧指示薬「アーコン」の開発に応用されました。アーコンと他のグループが開発した指示薬を用いた電圧イメージングは​​、2019年にマウスの脳の領域に適用され[29]、その後2023年にはゼブラフィッシュの幼生の脳全体にも適用されました[30]。

起業家精神

ボイデンは、操縦可能な外科用ステープラー、神経調節のための方法と装置、膨張顕微鏡、光活性化プロトンポンプなど、約300件の特許取得済みの発明を保有しています。[31]

ボイデン氏は、睡眠、注意力、そして人間の経験を強化する神経技術企業であるエレマインド[32]の共同創設者です。 [33]エレマインドは、睡眠障害、長期的な痛み、震えを治療するために脳波を使用するニューロテックヘッドバンドを2024年6月4日に発売しました。[34]

彼はまた、神経変性疾患患者の生活改善を目的とした治療薬を開発する企業、コグニト・セラピューティクスの共同設立者でもある。具体的には、ボイデン氏は、アルツハイマー病におけるガンマ波活動を引き起こす感覚刺激に関する知見を活用して、その進行を遅らせることを目指している。[35]

ボイデン氏は、サンプルを物理的に拡大する新しい超解像イメージング法を利用して病気の早期発見を可能にすることを目指して、エクスパンション・テクノロジーズを共同設立した。 [36]また、酵素経路のカプセル化に重点を置いた合成細胞のボトムアップエンジニアリングを通じて治療プラットフォームを革新するシンライフも共同設立した。[37]

ボイデン氏は、脳回路マッピングを中心とした神経技術開発に注力する非営利プロジェクトであるE11 Bioの科学顧問を務めている。 [38]

彼はインナーコスモスの諮問委員会の委員長であり、その使命は微小刺激で脳ネットワークのバランスを整える1セント硬貨サイズのインプラントであるデジタルピルでうつ病を治すことである。[39]

私生活

スタンフォード大学で、ボイデンは現在ボストン大学で神経科学者を務める薛漢（シュエ・ハン）と出会いました。二人は一緒に2人の子供を育てています。[4]

栄誉と賞

参考文献

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  52. ^ Edward S. Boyden、2020年6月29日Wilhelmexner.orgより
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  • エド・ボイデンの個人ホームページ
  • ボイデン研究室のウェブページ
  • MITマクガバン研究所のボイデン研究室のページ
  • マクガバン脳研究所
  • エド・ボイデン： TEDでニューロンのスイッチについて語る
  • SPIE TV: エド・ボイデン: 膨張顕微鏡 - 脳研究における新しいツール
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