Carol A. Barnes, Ph.D. es neurocientífico y profesor de psicología Regents en la Universidad de Arizona . [1] Desde 2006, ha sido la Cátedra Evelyn F. McKnight para el Aprendizaje y la Memoria en el Envejecimiento [2] y es directora del Instituto del Cerebro Evelyn F. McKnight. [3] Barnes ha sido presidente de la Sociedad de Neurociencia [4] y es un miembro de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia , [5] y miembro extranjero de la Real Sociedad Noruega de Ciencias y Letras . [6] Fue elegida para elAcademia Nacional de Ciencias en 2018. [7]
Carol A. Barnes | |
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alma mater | Licenciatura, Universidad de California, Riverside MA, Universidad de Ottawa Ph.D. Formación postdoctoral de la Universidad de Carleton en neurofisiología en la Universidad de Dalhousie , Universidad de Oslo y el Grupo de Funciones Cerebrales en el University College de Londres |
Carrera científica | |
Campos | Neurociencia , memoria , aprendizaje |
Instituciones | Universidad de Arizona |
Asesor de doctorado | Peter Fried |
Barnes ha producido más de 170 publicaciones revisadas por pares. [8] En términos generales, su investigación se centra en los cambios neurofisiológicos y de comportamiento que ocurren en el cerebro durante el envejecimiento. La comprensión de estos cambios puede arrojar luz sobre los procesos que contribuyen a los trastornos neurodegenerativos relacionados con la edad, como la enfermedad de Alzheimer . Barnes también desarrolló el laberinto de Barnes , una tarea de memoria de navegación espacial que se utiliza para evaluar la memoria dependiente del hipocampo. [1]
Educación
Barnes recibió una Licenciatura en Psicología con honores en la Universidad de California, Riverside , en 1971. Continuó su educación en la Universidad de Carleton ubicada en Ottawa Ontario, Canadá, obteniendo su Maestría en Psicología en 1972. En 1977 se graduó cum laude con un doctorado. en psicología de la Universidad de Carleton . Después de su trabajo de posgrado, Barnes tomó un puesto como investigadora postdoctoral en neuropsicología y neurofisiología en el departamento de psicología de la Universidad de Dalhousie , otro en el instituto de neurofisiología de la Universidad de Osloas , así como en función cerebral en el University College of London . [9]
Carrera profesional
Como director, Barnes ocupa el cargo de Cátedra Endowed for Learning-Memory in Aging en The Evelyn F McKnight Brain Institute . También es profesora regente y directora de la División de Sistemas Neurales, Memoria y Envejecimiento de la Universidad de Arizona en Tucson, Arizona. Barnes es parte del Instituto BIO5 que está financiado por el Fondo de Tecnología e Investigación (TRIF). [10] En el instituto BIO5, trabaja con estudiantes que abordan la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades cerebrales relacionadas con la edad. Barnes también enseña biología del cáncer, neurociencia, psicología y ciencias fisiológicas. [11]
Investigar
Barnes está involucrado con la comunidad de investigación en neurociencia a nivel nacional y local. La investigación de Barnes abarca 4 décadas con el objetivo de comprender mejor el envejecimiento del cerebro en relación con las enfermedades cognitivas. El interés de Barnes por el envejecimiento normativo en el cerebro proviene de su abuelo cuando ella y su familia notaron que su memoria estaba disminuyendo. [12] Su investigación se lleva a cabo utilizando modelos animales como primates y ratas para explorar y comprender cómo la memoria se ve afectada en el proceso de envejecimiento normal del cerebro y los mecanismos neurobiológicos involucrados. El uso de modelos animales en la investigación de Barnes se traduce en tratamientos utilizados para el funcionamiento anormal del cerebro destinados a prolongar la vida cognitiva de las personas mayores. La naturaleza de la investigación de Barnes implica el uso de técnicas conductuales, anatómicas, electrofisiológicas y moleculares para examinar las implicaciones del envejecimiento normal en el cerebro. [13] La mayoría de las áreas de su investigación implican examinar y observar la estructura del hipocampo en el cerebro de ratas y monos, observar y registrar la transmisión sináptica en la señalización de célula a célula y la secuenciación genómica.
Barnes Maze
Para estudiar el aprendizaje espacial y la memoria, Carol Barnes utilizó un laberinto para probar si los ratones podían recordar la ubicación de una caja de escape en una plataforma. El Barnes Maze se ha convertido en una herramienta estándar de pruebas de memoria en los laboratorios. Diseñado en 1979, el laberinto de Barnes era una alternativa para estudiar la memoria sin el uso de recompensas o castigos externos, al tiempo que reducía el estrés del animal durante todo el proceso.
El estudio original consistió en una plataforma (122 cm de diámetro) levantada 91 cm sobre el piso con 18 agujeros circulares (9.5 cm de diámetro) espaciados uniformemente alrededor del perímetro. Debajo de uno de los agujeros hay una caja de escape negra o de cualquier color oscuro en contraste con el color de la plataforma; el resto de los agujeros conducen a cajas de escape falsas.
El estudio consistió en 3 variaciones del experimento. Primero, el ratón simplemente tenía que encontrar la cámara de escape que estaba debajo de uno de los agujeros. En segundo lugar, la cámara de escape se movió a un orificio girado 120-140 grados desde el orificio original; se cubrió el agujero original. En tercer lugar, se utilizó el mismo método que la segunda variación, excepto que no se cubrió el agujero original. Barnes y su equipo encontraron que, en general, los ratones machos se desempeñaron mejor en todas las variaciones del experimento. Además, encontraron que los ratones más jóvenes también se desempeñaron mejor en todas las variaciones, mientras que los ratones más viejos mostraron notables dificultades en las variaciones 2 y 3. Esto mostró un deterioro por envejecimiento en la memoria espacial . [14]
La memoria espacial corresponde al funcionamiento del hipocampo , mientras que el aprendizaje de rutas involucra los sistemas estriatales . En general, los ratones y otros roedores de distintas edades aprendieron los laberintos en T en el mismo número de ensayos, pero las estrategias utilizadas para aprender y recordar los laberintos diferían con la edad. Las ratas jóvenes utilizaron predominantemente estrategias de "lugar" que se basan en el funcionamiento del hipocampo , mientras que las ratas mayores se basaron en estrategias de "respuesta".
Usando técnicas de imágenes de resonancia magnética, Barnes y su equipo pudieron ver que en cerebros de roedores normalmente envejecidos, el tamaño del hipocampo no cambiaba. En cambio, lo hizo el volumen de materia gris cortical . Este modelo animal permitió comprender cómo se ve el cerebro durante el funcionamiento humano normal. A partir de este conocimiento, se comparó con cerebros que se han degenerado debido a la enfermedad de Alzheimer (los roedores no presentan EA). Estos hallazgos demuestran que durante el envejecimiento normal el hipocampo permanece del mismo tamaño, su función puede disminuir en comparación con las funciones de otras áreas del cerebro. [15]
Mirando más profundamente en el tejido afectado, las imágenes unicelulares mostraron que había 3 tipos principales de células que componen el hipocampo . Al observar la actividad celular y el número de células del hipocampo de ratas, se encontró que las células piramidales CA1 y CA3 continuaban activas y del mismo volumen. Sin embargo, el número de células granulares de la circunvolución dentada disminuyó continuamente con la edad; la función de estas células también disminuyó, lo que llevó a Barnes y su equipo a concluir que estas células de giro son el eslabón débil del circuito del hipocampo involucrado en la memoria. [dieciséis]
Investigación de primates
Además de trabajar en modelos de roedores, Barnes ha ayudado a avanzar en el campo de la investigación normativa sobre el envejecimiento utilizando modelos de primates no humanos, específicamente monos macacos . Principalmente, el trabajo inicial de Barnes en macacos ayudó a unir los datos neurobiológicos recopilados de roedores y los datos de imágenes funcionales de humanos mayores. En el artículo " El deterioro de la memoria en primates de edad avanzada se asocia con una disfunción de la red específica de la región ", Barnes y su equipo demostraron que los monos mayores tenían un deterioro significativo en el reconocimiento de objetos.
Además, los monos más viejos mostraron una menor densidad de interneuronas positivas para la somatostatina inhibidora en la subregión CA3 del hipocampo . Estas interneuronas son responsables de regular la actividad de las neuronas excitadoras en el hipocampo . Con menos densidad de interneuronas , se elevó la tasa de activación inicial de las neuronas excitadoras CA3 . Este hallazgo se relaciona con el aumento de la actividad del hipocampo que se muestra en los estudios de imágenes de adultos humanos mayores. Tanto una disminución en la densidad de interneuronas como un aumento de las tasas de activación basales en el hipocampo se han asociado con una mala cognición. [17]
Además, en el artículo "Evidencia de un esquema de codificación de memoria conservada evolutivamente en el hipocampo de mamíferos", Barnes y su equipo encontraron evidencia de que todos los mamíferos requieren la misma cantidad de neuronas en el hipocampo para codificar la memoria de una sola experiencia. Este hallazgo sugiere que los mamíferos altos usan una cantidad estable de neuronas para codificar una experiencia de realidad virtual similar. Sin embargo, debido al tamaño variable del hipocampo, la proporción de neuronas utilizadas para la codificación de la experiencia difiere. Los roedores tienen el hipocampo más pequeño y, por lo tanto, usan el 40% de sus neuronas del hipocampo para codificar, los primates no humanos tienen un hipocampo más grande y usan el 4%, y finalmente, los humanos tienen el hipocampo más grande y usan un estimado del 2.5% para la codificación experiencial. [18]
Barnes también ha realizado investigaciones para observar cambios en las funciones ejecutivas con el envejecimiento normativo. Las funciones ejecutivas son el proceso de orden superior en el que participan los seres humanos, como la atención, la toma de decisiones, el control de los impulsos y el control emocional. Estas funciones están mediadas por la actividad de la corteza prefrontal . Una vez más, estudiando a los macacos , Barnes y su equipo se centraron en dos aspectos de la función ejecutiva, el seguimiento y la actualización de la atención y el cambio de conjuntos . El monitoreo y la actualización atentos permiten cambios de comportamiento con los cambios de reglas correspondientes. Por ejemplo, cuando se presentan dos opciones, una es la opción correcta inicialmente; sin embargo, cuando la elección correcta cambia a la segunda opción, el monitoreo y la actualización atentos ayudan a corregir el cambio de regla y alteran el comportamiento para elegir correctamente. El cambio de comportamiento está mediado por un proceso de prueba y error, que ayuda a asociar la elección correcta con ciertos comportamientos. Barnes y su equipo descubrieron que los monos mayores necesitaban un mayor número de pruebas para explicar con precisión un cambio de regla. Sugerir que el sistema ejecutivo detrás del monitoreo y la actualización de la atención se ve afectado por el envejecimiento.
Para estudiar el cambio de conjuntos, que es la capacidad de cambiar inconscientemente la atención entre tareas mientras se mantiene la precisión, Barnes presentó a los monos macacos una prueba de reconocimiento de objetos de objetos previamente aprendidos. Luego presentó objetos interferentes que requerían cambios entre la elección del objeto y la evaluación de objetos nuevos. Sus resultados mostraron que los monos mayores se desempeñaron mejor en el reconocimiento de objetos con esta interferencia que los monos más jóvenes. Por lo tanto, las habilidades de cambio de set parecen mantenerse, si no mejorar, con el envejecimiento.
Sin embargo, el descubrimiento más importante de estos estudios es que se demostró que los dos aspectos de la función ejecutiva, el monitoreo y la actualización y el cambio de configuración, son sistemas independientes que se ven afectados de manera diferente con la edad. Por lo tanto, Barnes y su equipo sugieren que los cambios en la corteza prefrontal pueden resultar del envejecimiento, pero diferentes subregiones dentro de ella muestran diferentes patrones de envejecimiento. [19]
Una contribución de investigación final de Carol A Barnes involucra el estudio de redes espaciales y memorias espaciales en macacos envejecidos . Barnes y su equipo estudiaron la actividad cerebral en cuatro condiciones diferentes para el movimiento: jaulas, sentarse, caminar en una cinta de correr y caminar libremente en el espacio. El estudio encontró que los macacos más jóvenes tienen redes espaciales distintas para las cuatro condiciones distintas. Sin embargo, los monos más viejos mostraron una actividad menos discreta de redes espaciales. Es decir, todas las condiciones evocaban la activación de la misma red indiferenciada. Este hallazgo sugiere cambios dinámicos en la red como una posible explicación de los déficits cognitivos espaciales. En otras palabras, las redes de procesamiento espacial se vuelven menos precisas con la edad y pueden contribuir a la pérdida o confusión de la memoria espacial. [20]
Familia Académica
Aquí se enumeran las personas con las que trabajó estrechamente durante su tiempo como estudiante de posgrado y durante sus estudios de posdoctorado.
- Peter Fried, Universidad de Carleton
- Graham V. Goddard, McGill
- Per Anderson, Universidad de Oslo
- John O'Keefe, UCL
También ha sido mentora de un total de 32 estudiantes a lo largo de su tiempo como profesora e investigadora. Esos nombres se pueden encontrar en el árbol genealógico académico de neurociencia .
Apoyando a las mujeres y los desfavorecidos en neurociencia
Carol A Barnes ha sido reconocida por sus pares y el público por su trabajo en la promoción de oportunidades para las mujeres y los desfavorecidos en neurociencia. En 2010, recibió el premio Mika Salpeter Lifetime Achievement Award [12], que "reconoce a las personas con logros profesionales destacados en neurociencia que también han promovido activamente el avance profesional de las mujeres en neurociencia". [21]
Además, es una participante activa en el Programa de investigación para estudiantes de secundaria en desventaja de los NIH , Acceso de minorías a carreras de investigación y el Programa de logros de McNair . Finalmente, en 2013, Barnes pronunció un discurso de apertura en la Celebración de la mujer en la neurociencia titulado "El rostro en evolución de la neurociencia: el papel de la mujer y la globalización". [12]
Premios y honores
Año | Premios y honores | Descripción | |
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1 | 1969 | Beca de investigación de verano de la Fundación Nacional de Ciencias Beca de investigación de verano de la Fundación Nacional de Ciencias | Esta beca financia programas de estudiantes o de identidad que se centran en desarrollos educativos. |
2 | 1972-74 | Beca de posgrado de Ontario Beca de posgrado de Ontario | Para estudiantes que cursan estudios de posgrado a nivel de maestría y doctorado. Esta es una beca basada en el mérito para estudiantes que forman parte del programa de posgrado de Ontario |
3 | 1979-81 | Premio al Servicio Nacional de Investigación de los NIH | Para estudiantes de posdoctorado que obtengan capacitación en investigación y clínica tanto en MD / Ph.D. u otro programa de formación de doble doctorado |
4 | 1981-1982 | Beca postdoctoral de la OTAN en ciencia | |
5 | 1984-89 | Premio al desarrollo de la carrera de investigación | |
6 | 1989-1994 | Premio ADAMHA al Desarrollo Científico de Investigación, Instituto Nacional de Salud Mental | |
7 | 1994-99 | Premio ADAMHA al Desarrollo Científico de Investigación, Instituto Nacional de Salud Mental | |
8 | 2004-actualidad | Miembro extranjero, The Royal Norwegian Society of Sciences and Letter (Ciencias Naturales) | |
9 | 2004-14 | Premio MERIT, Consejo Asesor Nacional sobre Envejecimiento | |
10 | 2004-14 | Profesor Regents, Universidad de Arizona | |
11 | 2006 al presente | Presidenta investida: Evelyn F. McKnight Presidenta Aprendizaje y memoria en la vejez | |
12 | 2009-actualidad | Miembro de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia | Los becarios son elegidos anualmente por el Consejo de la AAAS. Los becarios son reconocidos por sus contribuciones al avance de la ciencia o su aplicación se distinguen científica o socialmente. |
13 | 2010 | 2009 APA División 6 Premio DB Marquis Behavioral Neuroscience | |
14 | 2010 | 2010 APA División 6 Premio DB Marquis Behavioral Neuroscience for Behavioral Neuroscience | |
15 | 2010 | Premio a la trayectoria de Mika Salpeter | |
dieciséis | 2011-actualidad | Becario Galileo, Facultad de Ciencias, Universidad de Arizona | |
17 | 2013 | Premio Ralph W Gerard en Neurociencia | |
18 | 2014 | Premio APA por contribuciones científicas distinguidas | Barnes recibió este premio por su rol como directora del McKnight Brain Institute, el rol que ocupa actualmente. Este premio está considerado como uno de los más altos premios de la Society for Neuroscience. |
19 | 2017 | Premio Quad-L | Barnes es una de las 7 personas (incluida ella misma) que ostentan este premio. Este premio es para distinguidos científicos contemporáneos que participan activamente en la investigación en relación con el aprendizaje, la memoria o la cognición. |
20 | 2017 | Premio al genio local de MOCA | |
21 | 2018 | Elegido para la Academia Nacional de Ciencias | Este premio es uno de los más altos honores. Barnes recibió este premio por la distinguida y continuación de su investigación original |
[22]
Referencias
- ^ a b "Carol Barnes" . Departamento de Psicología, Universidad de Arizona. Archivado desde el original el 25 de mayo de 2014 . Consultado el 25 de mayo de 2014 .
- ^ "Cátedra Evelyn F. McKnight para el aprendizaje y la memoria en el envejecimiento" . Evelyn F. McKnight Brain Institute, Universidad de Arizona. 2006-12-11. Archivado desde el original el 19 de septiembre de 2013 . Consultado el 25 de mayo de 2014 .
- ^ "McKnight Brain Institute de la Universidad de Arizona" . Evelyn F. McKnight Brain Institute, Universidad de Arizona. Archivado desde el original el 25 de mayo de 2014 . Consultado el 25 de mayo de 2014 .
- ^ "Sociedad de Neurociencias - Presidentes de SfN" . Sociedad de Neurociencias. 2013-11-26 . Consultado el 25 de mayo de 2014 .
- ^ "Fellows | AAAS MemberCentral" . Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia . Archivado desde el original el 25 de mayo de 2014 . Consultado el 25 de mayo de 2014 .
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- ^ Gray, Daniel T .; Smith, Anne C .; Burke, Sara N .; Gazzaley, Adam; Barnes, Carol A. (30 de marzo de 2017). "La actualización y el seguimiento de la atención y el cambio afectivo se ven afectados de forma independiente por el envejecimiento en los monos macacos" . Investigación del cerebro conductual . 322 (Parte B): 329–338. doi : 10.1016 / j.bbr.2016.06.056 . ISSN 0166-4328 . PMC 5493156 . PMID 27368416 .
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