Эмери Н. Браун | |
---|---|
Рожденный | 1957 (67–68 лет) Окала, Флорида , США |
Альма-матер | Гарвардский университет |
Известный | Системная нейронаука Вычислительная нейронаука Механизмы анестезии Обработка нейронных сигналов |
Награды | Премия Грубера по нейронауке |
Научная карьера | |
Поля | Нейронаука Системная нейронаука Статистика Анестезиология Вычислительная нейронаука Биоинженерия |
Учреждения | Гарвардская медицинская школа Массачусетский технологический институт Массачусетская больница общего профиля |
Эмери Нил Браун (родился в 1957 году) [1] — американский статистик, вычислительный нейробиолог и анестезиолог . Он является профессором анестезии имени Уоррена М. Запола в Гарвардской медицинской школе и в Массачусетской больнице общего профиля (MGH), а также практикующим анестезиологом в MGH. В Массачусетском технологическом институте он является профессором медицинской инженерии имени Эдварда Худа Тэплина и профессором вычислительной нейронауки, заместителем директора Института медицинской инженерии и науки и директором Программы Гарварда–MIT в области медицинских наук и технологий .
В 2015 году Браун был избран членом Национальной инженерной академии за разработку алгоритмов обработки нейронных сигналов для понимания кодирования памяти и моделирования состояний мозга при анестезии. Браун является одним из 19 человек, избранных во все три отделения Национальной академии наук, инженерии и медицины , а также первым афроамериканцем и первым анестезиологом, избранным во все три Национальные академии . [2] [3] [4] [5] [6]
В 2020 году он был удостоен премии Шварца за теоретическую и вычислительную нейронауку . В 2022 году он был удостоен премии Грубера за нейронауку вместе с теоретиками-нейробиологами Ларри Эбботтом , Терренсом Сейновски и Хаимом Сомполински .
Браун родился и вырос в Окале, Флорида , где он учился в начальной и средней школах Фессенден , средней школе Оцеола и средней школе Норт-Марион . Он окончил Академию Филлипса Эксетера в Эксетере, штат Нью-Гемпшир, в 1974 году, проведя второй семестр своего последнего года обучения в Эксетере по программе «Учебный год за рубежом», изучая испанский язык в Барселоне , Испания. [7] В 1978 году он получил степень бакалавра искусств (с отличием) по прикладной математике в Гарвардском колледже . [3] [7] После окончания школы Браун получил стипендию Международного фонда Ротари для изучения математики в Институте Фурье чистой математики в Гренобле , Франция. [7]
Вернувшись из Гренобля, он поступил на программу MD/PhD Гарвардской медицинской школы. Он получил степень магистра искусств и доктора наук по статистике в Гарвардском университете в 1984 и 1988 годах соответственно. Он получил степень доктора медицины (magna cum laude) в 1987 году в Гарвардской медицинской школе. [3]
Браун закончил свою интернатуру по внутренней медицине в 1989 году в больнице Brigham and Women's Hospital , исследовательскую стипендию по эндокринологии в больнице Brigham and Women's Hospital в 1992 году и резидентуру по анестезиологии в MGH в 1992 году. В 1992 году Браун присоединился к персоналу отделения анестезиологии в MGH и к преподавательскому составу Гарвардской медицинской школы. В 2005 году он присоединился к преподавательскому составу Массачусетского технологического института . [7]
В настоящее время Браун является профессором анестезии имени Уоррена М. Запола в Гарвардской медицинской школе , профессором медицинской инженерии имени Эдварда Худа Тэплина в Институте медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института и профессором вычислительной нейронауки в Массачусетском технологическом институте. [3] Помимо своих профессорских должностей, Браун является директором Исследовательской лаборатории статистики нейронауки в Массачусетском технологическом институте, содиректором Отделения медицинских наук и технологий Гарварда и Массачусетского технологического института и заместителем директора Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института. [3] Браун также работает анестезиологом в MGH. [4]
Браун опубликовал множество работ по темам вычислительной нейронауки и анестезиологии. [8] Браун является главным исследователем Лаборатории исследований статистики нейронауки в MGH и MIT, где он в настоящее время проводит свои исследования. [9]
Браун разработал статистические методы для характеристики свойств циркадной системы человека (биологических часов) из данных температуры ядра, записанных в соответствии с постоянными рутинными и свободно действующими и вынужденными протоколами десинхронизации. На раннем этапе своей карьеры Браун сотрудничал с исследователями циркадных ритмов, чтобы применить свои методы для ответа на фундаментальные исследовательские вопросы в области циркадной физиологии. Статистические методы Брауна были критически важны для: точной оценки периода и внутреннего времени в циркадных часах человека из непрерывного измерения температуры ядра; [10] [11] демонстрации того, что яркий свет может быть использован для сдвига фазы циркадных часов человека; [12] правильно рассчитанное управление светлыми и темными периодами может быть использовано для перестройки внутренних часов сменных работников с внешним временем; [13] и что, вопреки убеждениям того времени, период биологических часов человека, как и у других животных, был ближе к 24 часам, а не к 25 часам. [14]
Браун позже сосредоточил свои статистические исследования на разработке алгоритмов обработки сигналов и статистических методов для анализа нейронных данных. Он разработал парадигму точечного процесса в пространстве состояний (SSPP) для изучения того, как нейронные системы поддерживают динамические представления информации. [15] Для анализа нейронной импульсной активности и бинарных поведенческих задач, представленных как многомерные или одномерные точечные процессы (события 0-1, происходящие в непрерывном времени), его исследования создали аналоги фильтра Калмана , сглаживания Калмана , последовательных алгоритмов Монте-Карло и комбинированных алгоритмов оценки состояний и параметров, обычно применяемых к наблюдениям за непрерывными временными рядами.
Браун использовал свои методы, чтобы: показать, что ансамбли нейронов в гиппокампе грызунов сохраняют высокоточное представление о пространственном положении животного; [16] отслеживать формирование нейронных рецептивных полей в миллисекундном масштабе времени; [17] [18] [19] отслеживать одновременные изменения нейронной активности и поведения во время экспериментов по обучению; [20] расшифровывать, как группы двигательных нейронов представляют информацию о движении; [21] и отслеживать подавление всплесков активности у пациентов под общим наркозом. [22]
Браун применил парадигму пространства состояний для: анализа обучения в экспериментах по поведенческой нейробиологии; [23] [24] [25] изучения взаимосвязи между обучением и изменениями в функции гиппокампа у людей; [26] оценки эффективности глубокой стимуляции мозга в улучшении поведенческих характеристик у людей и нечеловекообразных приматов; [27] и точного определения изменений в уровнях сознания под общей анестезией, вызванной пропофолом. [28]
Вместе с Партой Митрой Браун был соучредителем и соруководителем летнего курса по нейроинформатике в Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул, штат Массачусетс, с 2002 по 2006 год. Вместе с Робертом Кассом он руководит проводимой дважды в год конференцией по статистическому анализу нейронных данных в Центре нейронных основ познания Университета Карнеги-Меллона . [29] [30] Он является соавтором учебника по анализу нейронаучных данных вместе с Робертом Кассом и Ури Эденом. [31]
Разгадка тайны общей анестезии — еще один важный вопрос, стоящий перед современной медициной. [5] В 2004 году Браун начал программу исследований в области системной нейробиологии для изучения механизмов действия анестезии, сформировав и возглавив междисциплинарное сотрудничество анестезиологов, нейробиологов, статистиков, нейрохирургов, неврологов, биоинженеров и математиков в MGH, MIT и Бостонском университете. [32] В 2007 году он получил премию NIH Director's Pioneer Award в поддержку этого исследования, что сделало его первым анестезиологом и первым статистиком, получившим эту награду. [33] Его исследования в области анестезиологии внесли фундаментальный теоретический и экспериментальный вклад в понимание нейрофизиологии общей анестезии. В двух основополагающих работах [34] [35] Браун представил первый системный нейробиологический анализ того, как анестетики действуют на определенные рецепторы в определенных нейронных цепях, вызывая обычно наблюдаемые измененные состояния возбуждения. Этот анализ предоставил существенную недостающую связь между существенным объемом исследований молекулярной фармакологии анестезирующего действия и поведенческими реакциями, которые обычно наблюдаются у анестезированных пациентов. Браун также показывает, что, вопреки распространенной догме, общая анестезия — это не сон, а скорее обратимая кома. [34]
Исследовательская группа Брауна предоставила подробные сведения о том, как анестетики вызывают потерю сознания. Мозг не отключается при общей анестезии. Вместо этого анестетики вызывают высокоструктурированные колебания между ключевыми областями мозга. Эти колебания, которые легко видны на стандартных записях электроэнцефалограммы (ЭЭГ), изменяют возбуждение, нарушая нормальную связь между областями. Это аналогично тому, что происходит, когда пациент с эпилепсией теряет сознание с появлением регулярных, гиперсинхронных колебаний припадка. Колебания, вызванные анестетиками, также сродни тому, что происходит, когда гул в телефонной линии делает невозможным поддержание нормального разговора. [34] [35]
Браун провел много исследований свойств анестезии, вызванной пропофолом, в частности. Он обнаружил, что вызванная пропофолом потеря сознания опосредуется одновременно двумя различными колебательными процессами. Первый — это сильные когерентные альфа-колебания (от 8 до 10 циклов в секунду) между корой и таламусом (26–28), а второй — сильные некогерентные корковые медленноволновые колебания (<1 цикла в секунду). [36] [37] [38] Альфа-колебания нарушают связь между таламусом и корой. Медленные волны ограничивают узкими временными интервалами время, в течение которого корковые нейроны могут разряжаться, тем самым затрудняя поддержание связи в коре. [37] Кроме того, каждый анестетик имеет различную сигнатуру ЭЭГ, отражающую различные механизмы-действия нейронной цепи. Эти сигнатуры меняются с возрастом и дозой анестетика. [39] [40] Практическим следствием этого открытия является то, что ЭЭГ может использоваться в режиме реального времени для точного мониторинга анестезиологического состояния пациентов. Группа Брауна разработала онлайн-программу обучения для обучения анестезиологов этому подходу к мониторингу. [41]
Браун и коллеги создают новую парадигму для пробуждения пациентов после общей анестезии. Они показали, что состояние анестезии можно быстро обратить вспять, введя метилфенидат (риталин) [42] или активировав дофаминергические системы. [43] Это предполагает новый, осуществимый способ активного восстановления когнитивных функций у пациентов после анестезии и седации. Они получили одобрение FDA на проведение клинического испытания для проверки этой идеи на людях (NCT 02051452). [44] [45] [46] Они также показали, что подавление всплесков, состояние глубокой инактивации мозга, наблюдаемое при глубокой общей анестезии, гипотермии, коме и нарушениях развития мозга, можно просто объяснить с помощью объединяющей нейрометаболической модели. [47] Группа Брауна также показала, что подавление всплесков можно точно контролировать для поддержания терапевтической, медикаментозно вызванной комы. В этом исследовании используется замкнутая система управления, основанная на его парадигме SSPP. [48] [49] Это может иметь важные последствия для лечения пациентов, таких как Гэбби Гиффордс , Михаэль Шумахер , Малала Юсуфзай и Джоан Риверс , которые получили черепно-мозговые травмы или страдают внутричерепной гипертензией и которым требуется медикаментозная кома для облегчения восстановления мозга.
Исследования Брауна в области анестезиологии были представлены на Национальном общественном радио [50] , в Scientific American [51] , в MIT Technology Review [5] , в New York Times [52] и на TEDMED [53] в 2014 году.
Браун работал в многочисленных национальных комиссиях и консультативных комитетах. Совсем недавно он работал в рабочей группе NIH BRAIN Initiative. [54] Его текущая служба в комитетах включает членство в совете директоров Burroughs-Wellcome Fund, [55] консультативном комитете по математическим и физическим наукам NSF, [56] совете советов NIH, [57] совете попечителей Международного общества исследований анестезии, [58] научном консультативном комитете CURE Epilepsy [59] и управляющем совете Американской академии искусств и наук. [60]
За свою карьеру Браун получил ряд наград, в том числе: стипендию Роберта Вуда Джонсона для развития медицинского факультета меньшинства [61] , стипендию NSF для развития карьеры меньшинства, премию Национального научного фонда для независимых ученых [62] , премию Джерома Сакса от Национального института статистических наук за выдающиеся междисциплинарные исследования [3] , премию директора NIH за пионерские разработки [3] , премию директора NIH за преобразующие исследования [3] , стипендию Гуггенхайма [3] и премию Американского общества анестезиологов за выдающиеся достижения в исследованиях. [3] Браун был назван одним из ведущих врачей Америки журналом Black Enterprise Magazine [63] и был назван одним из 50 самых влиятельных цветных людей в здравоохранении и науках о жизни по версии Get Konnected's GK50 Boston [64] В 2018 году Браун получил премию Диксона в области науки за свою работу по статистическому анализу нейронных данных и исследования анестезии. Один из номинантов Карнеги-Меллона, профессор Роберт Э. Касс , отметил, что Браун является «мировым экспертом по статистическому анализу нейронных данных» и что работа Брауна по анестезии была «действительно преобразующей» для этой области. [65] [66]
Браун прочитал несколько мемориальных лекций, в том числе: мемориальную лекцию Льюиса Х. Райта Американского общества анестезиологии [67] и лекцию Джона В. Северингхауза по трансляционной науке [68] и медальонную лекцию Института математических наук. [69]
Браун является членом Американского института медицинской и биологической инженерии , Американской статистической ассоциации , IEEE , Американской ассоциации содействия развитию наук и Американской академии искусств и наук . Браун был включен в Зал славы изобретателей Флориды . [70] Браун является членом всех трех отделений Национальных академий, которые являются Национальной академией медицины , Национальной академией наук и Национальной академией инженерии . [3] [62] Он является первым афроамериканцем и первым анестезиологом, избранным во все три отделения. [71] В 2019 году он получил почетную докторскую степень от USC. [72] В 2020 году он был награжден премией Шварца за теоретическую и вычислительную нейронауку . [73] В 2022 году он был награжден премией Грубера за нейронауку . [74]
В январе 2025 года президент Байден наградил Брауна Национальной медалью науки . [75]