赞助的研究

目前实验室工作的总体目标是探索大脑如何整合内部和外部环境，以修改视觉线索的感知，以促进在不同栖息地的生存。跨生物体的研究研究了内部状态如何调节对气味、信息素、温度和水的感知，然而，很少有研究研究内部状态如何不同地调节生物对来自不同视觉生态环境(如森林和沙漠)的视觉刺激的感知，这些环境可能施加了非常不同的进化压力。我们正在研究生活在不同生态环境中的果蝇的解剖和神经回路变化在引导视觉诱发行为方面的贡献。这些实验将阐明生态栖息地对状态依赖性行为和神经调节回路产生的影响，以了解不同的进化压力如何改变行为反应和相关的神经回路。我们利用了一种多方面的方法:(1)基因操作来控制特定的神经通路，(2)视觉和嗅觉“虚拟现实”飞行模拟器来测量驱动自适应行为的感觉运动集成，(3)体内双光子钙成像作为神经活动的指示器。(研究摘要改编自美国国家科学基金会公共奖摘要)

雌激素提供保护作用，使女性免受代谢损害。绝经后的妇女，由于雌激素的减少，体重增加增加，这使她们容易患心血管疾病，代谢和炎症疾病，以及癌症。雌二醇(一种雌激素)治疗可以保护绝经后妇女和缺乏雌激素的雌性啮齿动物免受高脂肪饮食(HFD)引起的体重增加的影响。虽然雌激素对能量代谢的影响是众所周知的，但其中的机制还不完全清楚。生活在我们下消化道的微生物，统称为肠道菌群，对宿主的能量状态有深远影响。因此，通过益生元、益生菌或直接移植肠道菌群的改变可以调节代谢内稳态。例如，改变瘦肉动物的肠道菌群以匹配肥胖个体的肠道菌群，也会改变瘦肉动物的代谢状态。肠道菌群会因激素、压力和饮食等环境干扰而迅速改变。虽然女性体内雌二醇水平的变化与肠道菌群的变化有关，但目前尚不清楚这些菌群是否在雌二醇介导的能量内稳态作用中起作用。通过小鼠代谢表型中心(MMPC)的资助，我正在研究从雌二醇处理过的瘦弱雌性小鼠移植的肠道菌群是否能保护缺乏雌二醇的受体免受代谢损伤。 This project involves a team consisting of myself, my mentor Dr. Marc Tetel, and our collaborators Dr. Jason Kim (Director, MMPC, University of Massachusetts Medical School (UMMS)) and Dr. Beth McCormick (Founder, Center for Microbiome Research, MMPC, UMMS). We hope that findings from this project can be applied for the development of better therapeutic strategies for metabolic disorders in postmenopausal women, a critical aspect of women’s health.

卵巢激素，雌二醇和孕酮，与大脑和全身的受体结合，影响行为和生理。我们的工作重点是研究这些激素的受体如何在特定的大脑区域发挥作用，从而影响行为。我们采用了一种基于蛋白质组学的方法来识别大脑中与雌激素和黄体酮受体相互作用的蛋白质。最近，我们开始研究雌激素如何调节能量内稳态。雌激素通过减少女性体重的增加对新陈代谢产生深远的影响。例如，绝经后的女性往往体重增加，这增加了她们患心脏病、2型糖尿病和癌症的风险。雌激素在雌性啮齿动物中也有类似的厌食作用。我们实验室和其他研究人员最近的研究表明，雌二醇可以防止雌性小鼠因高脂肪饮食引起的肥胖。我们目前正在探索雌激素在雌性小鼠中引起这些效应的不同机制。我们的大部分工作涉及与韦尔斯利学院的同事以及美国和其他国家的同事的合作。 By enhancing our knowledge of basic hormone mechanisms, we may better understand how hormones impact women’s health and disease, including breast cancer, diabetes and obesity.

决策需要大脑整合多种刺激，并引发适当的行为反应。然而，单一输入并不总是产生相同的输出。动物的外部环境、内部生理状态和行为将决定它如何给刺激分配适当的价或值。压力已被证明直接影响多感官处理，但其机制在很大程度上仍不清楚。我们使用行为和生理测试，让黑腹果蝇(果蝇)能够实时控制它们的感官体验。我们将这些“虚拟现实”飞行模拟器与分子、遗传、光遗传和光生理技术相结合，以研究能够处理各种状态并产生适应行为反应的神经电路。目前，我们正在研究内部状态改变视觉和嗅觉行为的神经调节机制。

谷氨酸是哺乳动物大脑中主要的兴奋性神经递质，其突触水平受到主要位于胶质细胞上的谷氨酸转运体的严格调控。在线虫中，主要的兴奋性神经递质是乙酰胆碱，但谷氨酸神经递质对许多功能仍然至关重要。秀丽隐杆线虫的谷氨酸突触不被胶质细胞包围，在表达的6种谷氨酸转运蛋白中，只有1种存在于神经元中。那么，在秀丽隐杆线虫体内，谷氨酸转运的作用是什么呢?鲍尔实验室的研究主要集中在研究突变蠕虫上，其中一个或多个转运体的基因被敲除。我们对谷氨酸转运体如何调节行为——尤其是学习和记忆——以及转运体如何参与新陈代谢和寿命感兴趣。我们希望这些研究能告诉我们神经传递过程是如何进化的。

在理解神经系统的可塑性如何支持沟通技能的发展方面存在着根本性的差距。鸣禽鸣叫的习得在行为和神经元层面与人类语言学习相似，因此为研究学习和记忆的神经机制提供了独特的机会。在这个项目中，我们的目标是确定早期听觉体验如何改变发声记忆的神经元系统。我们使用早期听觉环境的操作，刺激依赖性神经元激活的量化，功能性磁共振成像，以及神经活性的药理抑制。理解听觉知觉的正常发展将使我们能够在细胞和分子水平上进一步研究听觉-语音学习，并最终确定听觉知觉和语言习得障碍的候选机制。

包括人类在内的许多成年生物的大脑中都会产生新的神经细胞，它们的产生受到多种因素的调节，如环境、饮食、昼夜周期和激素。这些成人出生的神经元似乎在学习和记忆中起着作用，而成人神经发生的失调与一些神经疾病有关。贝尔茨实验室一直在使用一种相对简单的模型系统——甲壳类动物的大脑，来探索产生成人天生神经元的机制的基本问题。其中包括与第一代神经前体干细胞相关的问题。在甲壳类动物的大脑中，这些“干细胞”不能自我更新，必须从非神经元来源补充。我们的研究表明，来自先天免疫系统的血细胞(血细胞)可能是这些神经元前体的来源。目前Beltz实验室的研究目标是:(1)定位神经元前体的特异性免疫组织来源;(2)确定可能对吸引血细胞到神经源性生态位起重要作用的因子;(3)开发体外和转基因方法，使我们能够以新的方式研究这些问题。