Ishmail Abdus-Saboor je bil očaran nad raznolikostjo naravnega sveta že kot deček, ki je odraščal v Philadelphiji. Sprehodi v naravo, ki jih je opravljal pod mentorstvom svojega učitelja v tretjem razredu, gospoda Moora, so ga očarali. "Moramo komunicirati in sodelovati z divjimi živalmi ter videti živali v njihovem naravnem okolju," se je spomnil. Abdus-Saboor je v svoj trinadstropni dom pripeljal tudi menažerijo bitij - mačke, pse, kuščarje, kače in želve - in prihranil denar za nakup revije, ki ga je učila o želvah. Ko so ga odrasli vprašali, kaj bi rad postal, ko odraste, je rekel: »Rekel sem, da želim postati znanstvenik. "Vedno sem dvignil obrvi."

Abdus-Sabur se ni oddaljil od tega cilja. Danes je on izredni profesor za biološke vede na Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute na univerzi Columbia, kjer študira kako možgani določijo ali je dotik kože boleč ali prijeten. "Čeprav je to vprašanje temeljnega pomena za človeško izkušnjo, je še vedno nejasno razložiti z zadovoljivimi molekularnimi podrobnostmi," je dejal. Ker je koža naš največji čutilni organ in glavni prevodnik našega okolja, lahko vsebuje namige za zdravljenje stanj od kronične bolečine do depresije.

Da bi našel te namige, Abdus-Saboor preiskuje živčni sistem na vseh točkah vzdolž osi koža-možgani. Ne osredotoča se samo na kožo ali se osredotoča le na možgane, kot to počnejo mnogi drugi. "Združujemo ta dva svetova," je dejal. Ta pristop, je dodal, zahteva obvladovanje dveh sklopov tehnik, branje dveh sklopov literature in udeležbo na dveh sklopih znanstvenih srečanj. "To nam daje edinstveno nogo," je dejal. To je privedlo do a mejnik papirja objavljeno lani v Celica ki je postavil celotno nevronsko vezje za prijeten dotik.

Abdus-Saboor je bil tudi pionir a novo kvantitativno merilo bolečine pri miših, orodje, ki sta ga on in njegova ekipa prilagodila za zbiranje dokazov o transgeneracijskem dedovanju odvisnosti od opioidov. Njegovi rezultati pri glodalcih namigujejo, da lahko čezmerna uporaba opioidov pri starših spremeni izražanje genov na načine, ki ogrožajo otroke za isto.

Abdus-Saboor, prejemnik številnih nagrad za svoje dosežke, je bil imenovan v uvodni razred medicinskega inštituta Howard Hughes Freeman Hrabowski učenjaki lani maja. Nagrada zagotavlja do 8.6 milijona dolarjev v desetletju vzhajajočim raziskovalcem na začetku kariere, katerih laboratoriji spodbujajo raznolikost in vključenost.

Quanta je govoril z Abdus-Saboorjem o njegovi nagnjenosti k novemu začetku v znanosti, o njegovem trenutku eureka ribice zebre in njegovih upih na novo uvoženo kolonijo golih podgan. Intervjuji so bili zgoščeni in urejeni zaradi jasnosti.

Ali so starši podpirali vaše zanimanje za znanost, ko ste bili otrok?

Vsekakor so. Za rojstnodnevna darila bi začela dobivati ​​živali, ker so videle, kako sem navdušena nad njimi. Hitro naprej v srednjo šolo. V devetem razredu so mi starši dovolili, da prevzamem tretje nadstropje naše hiše za celoletni projekt znanstvenega sejma, ki sem ga izvajal za odliko iz biologije. Povsod sem imel na stotine rakov. Moja starša nista znanstvenika, a sta zelo podpirala moje pobege in dogodivščine na znanstvenem področju.

Kaj počnejo tvoji starši?

Moja mama je finančna direktorica v računovodskem podjetju. Moj oče je bil aktuar, preden se je upokojil. Torej sem morda podedoval matematično nagnjenost. Da bi približali živalsko bolečino, izvajamo statistično modeliranje, da strnemo njene vedenjske značilnosti v eno samo lahko berljivo lestvico. Moj oče je prišel na nekaj mojih predavanj, in čeprav mu je biologije pogosto čez glavo, je zelo navdušen nad matematičnim delom mojega dela.

Kako je fakulteta oblikovala vašo kariero?

Obiskoval sem zgodovinsko temnopolto fakulteto North Carolina A&T. Prihajam iz rodu ljudi, ki so obiskovali tovrstne univerze. Moji starši so obiskovali univerzo Howard. Tudi moja teta. Stric je obiskoval Virginia State, moj dedek Lincoln University. Ne vem, ali sem imel izbire, kot da se udeležim ene od teh univerz.

Vseeno mislim, da je bila to pametna odločitev. Povečalo mi je samozavest, ko sem videla, da gre ljudem, ki so bili podobni meni, res dobro. In kultura fakultete je negovalna, ne tekmovalna. Člani fakultete skrbijo za vas. Študenti delajo skupaj in želijo videti uspeh drug drugega.

Ste raziskovali na fakulteti?

ja Vedel sem, da so raziskovalne izkušnje pomembne, zato sem prvi mesec na kampusu hodil od vrat do vrat in spraševal fakulteto za raziskovalne priložnosti. Zaposlil sem se za delo na prašičji farmi. Smešno je, ker ne jem svinjine, vendar sem preučeval, ali je sprememba v prehrani prašičev spremenila okus njihovega mesa.

Takrat sem se spogledovala z idejo, da bi postala veterinarka. Tako sem v drugem letniku delal v veterinarskih bolnišnicah, steriliziral, kastriral in čistil živali. Takrat sem spoznal, da tistega navdušenja, ki sem ga kot otrok čutil nad znanostjo, ni bilo. Nisem bil zaljubljen v to delo.

Toda med prvim in zadnjim letnikom sem delal v laboratoriju za molekularno biologijo na Univerzi v Pennsylvaniji in ugasnila je žarnica. Pomislil sem: "Vau, ljudje so plačani, da razmišljajo o velikih idejah in poskušajo najti rešitve za probleme, ki so pomembni za zdravje ljudi." Spomnim se, da sem staršem rekel: »To je to. Želim pridobiti doktorat znanosti. v molekularni biologiji."

Kaj vas je pripeljalo do študija užitka in bolečine?

Bila je malo ovinkasta cesta. Doktoriral sem. na Univerzi v Pennsylvaniji preučuje molekularno pot pri valjastih črvih, ki sodelujejo pri celičnem razvoju. Geni za beljakovine v tej poti so mutirani pri vsaj 30 % človeških rakov. Moje delo je pokazalo, kako te poti nadzorujejo osnovno vrsto in obliko celice. Bil sem prvi v tem laboratoriju, ki je preučeval to pot, zato sem moral veliko orodij sestaviti iz nič. To je bila tema vse moje kariere: rad načrtujem nove proge.

In naslednji tečaj, ki ste si ga začrtali, vas je pripeljal do nevroznanosti. Zakaj?

Zdelo se je, da je nevroznanost v svoji zlati dobi. Ljudje iz različnih strok so se združevali, da bi preučevali možgane, vendar se je zdelo, da je še vedno več vprašanj kot odgovorov, zato je bilo dovolj prostora, da sem vplival. Senzorični nevroznanosti sem delno prešel zaradi njene logične preprostosti: receptorji v koži se aktivirajo, nato pa po nizu relejev nekako dobiš zaznavo v možganih. Od senzoričnih sistemov je dotik najmanj raziskan. Nekatera velika vprašanja so še vedno odprta.

Kako ste nadoknadili pomanjkanje znanja?

Sprva sem bil negotov zaradi pomanjkanja formalne izobrazbe. Kot podoktor se nikoli nisem učil nevroznanosti. Na sestankih in v pogovorih z nevroznanstveniki sem pogosto ugotovil, da ne morem dohajati. Nisem poznal žargona. Vendar sem se redno srečeval z Michael Nusbaum, direktorja biomedicinskih raziskav pri Pennu, potem ko sem ga prosil za mentorja. Nekega dne mi je v svoji pisarni predlagal, da bi me učil nevroznanosti. Več kot eno leto smo dve uri na teden razpravljali o nevroznanstvenih člankih, začenši v sedemdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja. Tako sem se naučil nevroznanosti. To me je opogumilo, da sem rekel: "V redu, jaz sem nevroznanstvenik."

Sem Afroameričan. Mikey Nusbaum je beli Jud iz New Yorka. Včasih ljudje v življenju, ki vas najbolj podpirajo, morda nimajo neposredne povezave z vami in vašo kulturo.

Kako ste prišli do lestvice bolečine?

Za svoje delo v bolečini sem stopil korak nazaj. Če smo nameravali uporabiti miši za preučevanje bolečine in potencialno razviti nova zdravila proti bolečinam, smo morali najprej odgovoriti na vprašanje: Kako vemo, da žival čuti bolečino? Običajno raziskovalci opazujejo, kako pogosto žival umakne taco pred dražljajem, vendar živali premikajo tace iz najrazličnejših razlogov. In ker standardizacije ni bilo, so se različni laboratoriji odločili, da je isti dražljaj neškodljiv, boleč ali zelo boleč, odvisno od poskusa. Zato sem rekel: "Razviti moramo povsem nov sistem."

Kako ste dobili idejo za to?

Idejo sem dobil od Michael Granato, nevroznanstvenik iz Penna, katerega laboratorij je bil blizu našega. Preučeval je akustični odziv na preplah pri ličinkah rib zebra. Šla sem na laboratorijski sestanek, na katerem Roshan Jain, takrat podoktorski študij v laboratoriju Granato in zdaj profesor na Haverford College, je govoril o uporabi hitrega videa za zajemanje odzivnih gibov, ki so prehitri, da bi jih opazili s prostim očesom. Spoznal sem, da bi lahko isti pristop uporabili za snemanje gibov živali kot odziv na kožni dražljaj in te gibe uporabili za približek bolečini živali. To je odprlo povsem nov svet.

Če ne bi šel na tisti sestanek z znanstvenikom o ribah zebrah, ne bi nikoli dobil te ideje. Še vedno hodim na predavanja in poslušam ljudi, ki govorijo o črvih, muhah, ribah, kvasovkah, bakterijah – kar hočete – ker se bom mogoče naučil česa, kar bom lahko vključil v delo, ki ga opravljamo. Sramota sodobne znanosti je, da je vsak hiperfokusiran na svoj sistem, svoj pristop, svoj organizem, svojo disciplino. Če ljudje niso široko usposobljeni in ne stopijo izven svojega območja udobja, lahko zavira inovacije.

Kako ste povezali gibanje miške z njenimi izkušnjami, da bi ustvarili lestvico za merjenje bolečine?

Najprej smo preverili, da dražljaj, ki velja za neškodljivega, kot je dotik mehkega čopiča za ličenje, aktivira nevrone za dotik v živalski koži in da igla, ki zbode kožo, aktivira nevrone za bolečino. Nato smo zabeležili gibe odziva živali na vsak dražljaj. Zaradi bolečine je žival naredila grimaso, hitro umaknila taco in jo močno stresla. Vsaki vrsti gibanja, hitrosti umika in številu tresljajev s tacami smo podali številčno vrednost. Nato smo vsaki številki dodelili številčno težo, lastno vrednost, ki temelji na tem, kako pomembna je bila značilnost za raven bolečine, in nato združili utežene vrednosti v eno samo kvantitativno mero bolečine.

Kako vidite uporabo tega novega orodja?

Zelo smo veseli dveh stvari. Ena je preučevanje genetske variabilnosti kot gonila bolečine. Svetovna človeška populacija ima zelo različne občutljivosti na bolečino. Nekaj ​​tega je sociokulturnega, nekaj pa je v DNK. Na primer, ljudje, ki ne čutijo nobene bolečine, imajo genetske mutacije, ki so osnova te lastnosti. V mojem laboratoriju smo uporabili našo lestvico bolečine za merjenje občutljivosti na bolečino približno 20 različnih sevov miši. Identificirali smo miši, ki se ne odzivajo veliko na bolečino, in druge, ki so preobčutljive. Uporabljamo pristope genetskega kartiranja, da bi našli nove gene, ki bi lahko bili osnova te občutljivosti na bolečino.

Prav tako smo zelo navdušeni nad tem, kako možgani nadzorujejo prehod iz akutne v kronično bolečino. Z našo lestvico bolečine izmerimo stopnjo bolečine pri miših in nato s funkcionalno magnetno resonanco posnamemo posnetek aktivnosti mišjih možganov. Vsak dan slikamo živali, da bi našli vzorce možganske aktivnosti, ki so osnova za prehod iz akutne v kronično bolečino. Ko jih najdemo, jih lahko poskušamo spremeniti, da bi spremenili potek kronične bolečine. Zanimajo nas tako čustvene kot čutne komponente te bolečine.

Ste preučevali tudi dotik, ki ni boleč?

Da, v našem nedavnem Celica papirju smo šli od kože do možganov, da bi pojasnili, zakaj so nekatere oblike dotika koristne.

Čudovito je, da še ni bilo storjeno.

Molekularna študija dotika je še vedno v povojih. Molekularne značilnosti različnih razredov nevronov na dotik so bile identificirane šele v poznih 2000-ih. Od takrat je bil velik poudarek na diskriminativnem dotiku, tipu dotika, ki se uporablja za razlikovanje četrtine od centa na podlagi teksture. Socialni božalni dotik je bil precej premalo raziskan.

Kako se je začel ta projekt?

David AndersonSkupina s Kalifornijskega tehnološkega inštituta je leta 2013 poročala, da so se nekatere celice v koži odzvale na nežen dotik. Vendar teh celic niso vpletli v nobeno naravno vedenje ali vzpostavili povezave z možgani. Prebral sem članek in se odločil, da poskusim zapolniti te vrzeli. V svojem zadnjem letu podoktorskega študija sem z genskim inženiringom oblikoval miši, da so imele nežne nevrone na dotik, ki so se odzivali na modro svetlobo. Moj načrt je bil stimulirati nevrone z modro svetlobo in videti, kaj so naredile miši.

Ko sem leta 2018 ustanovil svoj laboratorij, smo bili pripravljeni na začetek teh poskusov. Še vedno se spominjam dneva, ko so študenti prišli v mojo pisarno, da bi mi pokazali, kaj so našli. Bilo je kot ta trenutek eureka. Ko smo aktivirali nevrone skozi kožo na mišjih hrbtih, so se živali obnašale, kot da bi jih tam pobožali. To je sprožilo celoten projekt. Opravili smo veliko več vedenjskih testov in izsledili pot socialnega dotika od kože do hrbtenjače do centrov za nagrajevanje v možganih.

Ali ima odkritje te poti od kože do možganov kakšne medicinske posledice?

Da, koža je dobra terapevtska tarča. Je dostopen in predstavlja neposredno avtocesto do dela možganov, zaradi katerega se počutimo dobro. Kaj pa, če bi te nevrone vključili s kremo za kožo, da bi izboljšali duševno zdravje - recimo, da bi nadomestili škodo, ki jo povzroča socialna izolacija, ali da bi zdravili anksioznost ali depresijo? Ko sem decembra o tem govoril, so bili psihiatri in nevrofarmakologi v občinstvu zelo navdušeni nad terapevtskim potencialom.

Imate kolonijo golih podgan. Kaj delaš z njimi?

Gole podgane sleparji prihajajo iz vzhodne Afrike. Živijo pod zemljo in so v bistvu slepi ter so v veliki meri odvisni od dotika, za krmarjenje po svojih rovih in medsebojno interakcijo uporabljajo dlake, podobne brkom. Dotik zavzame trikrat večjo površino njihovih možganov kot pri drugih sesalcih. Verjamemo, da je dotik pomemben za oblikovanje njihove skupne družbene strukture.

Zanimajo nas tudi zato, ker sleparji nekaterih oblik bolečine ne čutijo. Na primer, ne kažejo bolečine na molekulo kapsaicin, aktivno sestavino v pekočih paprikah, ki je za večino sesalcev precej boleča. V koži imajo receptorje, ki se odzivajo na kapsaicin, zato domnevam, da imajo živali možganske poti, ki zaprejo bolečino. Če bomo lahko našli in izkoristili te signale, bomo morda našli nov način za blokiranje bolečine.

Katere ovire, znanstvene, družbene ali kulturne, ste morali premagati kot mladi raziskovalec?

Na splošno sem imel srečo, da sem imel mentorje in kolege vseh ras, narodnosti in spolov, ki so verjeli vame in me podpirali. Imel sem več sreče kot nekatere druge premalo zastopane manjšine, ki so delale v resnično zahtevnih okoljih, in zaradi tega jih danes ni tukaj.

Kljub temu nisem šel skozi nepoškodovan. Univerzitetna policija me je ustavila in me nadlegovala, ker so mislili, da ne spadam na kampus. Ustavili so me v lastni stavbi in poklicali so me oblasti. Večina drugih temnopoltih znanstvenikov, ki jih poznam, je imela zelo podobne izkušnje. Te stvari se ne dogajajo samo na univerzi, ampak tudi v soseski, v kateri živim, in ko se zgodijo, se ne počutijo dobro in lahko izzovejo jezo in razočaranje. Vedno pa sem imel mrežo ljudi, ki me podpirajo in so mi pomagali prebiti se razmeroma malokrat v svoji karieri, ko sem izkusil tako odkrit rasizem.

Imate nasvet za ambiciozne temnopolte znanstvenike?

Nebo je meja. Ne bodite zagrenjeni, če se ozrete okoli sebe in ne vidite veliko ljudi, ki so vam podobni, ker se to spreminja. Obkrožite se z dobrimi ljudmi. Včasih bodo ti ljudje videti kot vi, vendar ne bodite presenečeni, če nekateri vaši največji podporniki ne bodo. Bodite odprti in vzpostavite prave povezave.

In ne uničuj svojih sanj. Potrebujemo ljudi iz vseh okolij, vseh slojev življenja, saj imamo pred seboj zahtevne težave. Temnopolte znanstvenike ali katero koli osebo, ki jo zanima to delo, bi spodbudil: Če imate do tega ljubezen in strast, se lotite tega.