Eberhard Fetz

Eberhard Erich Fetz
Född	( 1940-02-05 ) 5 februari 1940 Zwenkau , Tyskland
Medborgarskap	amerikansk
Yrke(n)	Neurovetare, akademiker och forskare
Utmärkelser	Sloan Research Fellow Humboldt Research Award New York Academy of Sciences och Aspen Brain Forum First Prize in Neurotechnology Fellow, AAAS
Akademisk bakgrund
Utbildning	BS, fysik Ph.D., fysik
Alma mater	Rensselaer Polytechnic Institute Massachusetts Institute of Technology
Avhandling	Pyramidala trakteffekter på ryggmärgsinterneuroner.
Doktorand rådgivare	Patrick David Wall
Akademiskt arbete
institutioner	University of Washington

Eberhard Erich Fetz är en amerikansk neuroforskare, akademiker och forskare. Han är professor i fysiologi och biofysik och DXARTS vid University of Washington .

Fetz har skrivit över 160 artiklar om experimentell neurovetenskap, hjärn-datorgränssnitt och neurala nätverk. Hans forskning fokuserar på neural kontroll av lemrörelser hos primater. Han banade väg för inspelningen av kortikala och spinala neuroner i apor som beter sig och tillämpningar av dubbelriktade hjärn-dator-gränssnitt.

2020 valdes Fetz till Fellow i American Association for the Advancement of Science in Neuroscience.

Utbildning

Fetz fick sin kandidatexamen i fysik från Rensselaer Polytechnic Institute 1961 och sin doktorsexamen i fysik från Massachusetts Institute of Technology 1966. Han avslutade sin postdoktorala utbildning i neurovetenskap vid Massachusetts Institute of Technology och University of Washington School of Medicine .

Karriär

Fetz började på University of Washington School of Medicine som biträdande professor 1969 och befordrades till docent 1975. 1980 befordrades han till professor i fysiologi och biofysik, och 2019 utsågs han till professor i DXARTS vid universitetet.

Från 1999 till 2005 var han Associate Director for Neuroscience i Washington National Primate Research Center och utsågs till chef för Neuroscience Division för andra gången 2012.

Fetz är privatpilot och har ett aktivt konstintresse. Från och med ett sabbatsår vid Wissenschaftskolleg i Berlin 2004-5 har han ett särskilt intresse för konstnärliga utforskningar av sinne-hjärna-frågor. Han har skapat cyanotypiska och digitala tryckta collage och multimediaverk.

Forskning

Fetz har arbetat med experimentell neurovetenskap, hjärn-dator-gränssnitt och neurala nätverk. Hans forskning inkluderar studier av apors förmåga att frivilligt kontrollera aktiviteten hos motoriska cortexceller och muskler med biofeedback, neurala mekanismer för en primatmodell av fokal epilepsi, den funktionella organisationen av premotoriska celler som kontrollerar underarmsmuskler och synaptiska interaktioner mellan neuroner. Hans senare forskning utvecklade ett autonomt huvudfixerat dubbelriktat hjärn-datorgränssnitt som inducerade synaptisk plasticitet.

Frivillig kontroll av motoriska cortexceller och muskler med biofeedback

Fetz studerade sambandet mellan motoriska cortexceller och frambensmusklerna hos apor som beter sig. Han undersökte först dessa relationer genom att träna apor för att frivilligt kontrollera aktiviteten hos hjärnceller och muskler med biofeedback. Resultaten visade en oväntad grad av flexibilitet i att snabbt generera olika belönade svarsmönster, inklusive att dissociera aktiviteten hos motoriska cortexceller och korrelerade muskler när aporna belönades för sådan dissociation. Feedback om i vilken grad neural aktivitet uppfyllde kriterierna för förstärkning gavs genom förflyttning av en meterarm, och Fetz studier var de första som visade direkt kontroll av en extern enhet genom frivillig modulering av hjärncellsaktivitet, föregångaren till dagens hjärna -datorgränssnitt.

Funktionella anslutningar i motorsystem

Fetz forskning utvecklade sätt att dokumentera både den normala aktiviteten och utgångsanslutningen hos premotoriska celler hos apor som beter sig. Med början med kortikomotoneuronala (CM) celler introducerade han tekniken med spikutlöst medelvärde av muskelaktivitet för att dokumentera effekter efter spik av premotoriska celler på motoneuroner.

Han visade att motoriska cortexceller med korrelationskopplingar till muskler påverkade flera synergistiska muskler och bidrog kausalt till att generera muskelkraft. CM-celler avfyrade med specifika rörelser som involverar deras muskelfält. Däremot hade ryggmärgs premotoriska interneuroner mindre muskelfält och var aktiva genom bredare rörelseområden.

Aktivitet hos ryggmärgsinterneuroner hos apor som beter sig

Fetz labb var det första som dokumenterade aktiviteten hos cervikala ryggmärgsinterneuroner hos apor som beter sig. Han studerade post-spikseffekterna av premotoriska neuroner på frambensmusklerna och relaterade deras aktivitet under kontrollerade rörelser till deras anslutningsmöjligheter. När apor utförde en instruerad fördröjningsuppgift, var många ryggradsinterneuroner relaterade till förberedelserna för den signalerade rörelsen innan den utfördes.

Fetz och kollegor fann att perifer input till ryggmärgen moduleras av presynaptisk hämning av afferenta sensoriska fibrer, med början före aktiv rörelse. Hans arbete gav de första bevisen för de funktionella rollerna hos primater cervikala ryggmärgsinterneuroner i att utföra aktiva handrörelser.

Synaptiska interaktioner mellan neuroner

Fetz arbete har förklarat de synaptiska interaktionerna mellan kortikala neuroner med hjälp av spikutlösta medelvärden av intracellulära registrerade membranpotentialer och korskorrelation av cellpar relaterade till handrörelse. Han dokumenterade sambandet mellan dessa två åtgärder genom att bestämma effekterna som excitatoriska postsynaptiska potentialer hade på avfyrningshastigheten hos spinala motoneuroner. I primatmotorisk cortex uppvisar spikutlösta medelvärden av membranpotentialer egenskaper som representerar post-spike excitatoriska och hämmande enhetspotentialer såväl som synkroneffekter av populationsaktivitet. Han undersökte också periodisk synkronisering i motorisk cortex genom utbredd oscillerande aktivitet i neuroner och fältpotentialer.

Dubbelriktad interaktion mellan hjärnan och implanterbara datorer

Fetz har också forskat om interaktioner i slutna kretsar mellan hjärnan och implanterbara datorer. Han undersökte konsekvenserna av direkta anslutningar producerade av ett autonomt huvudfixerat dubbelriktat hjärn-datorgränssnitt [BBCI].

Fetz studerade tillämpningarna av BBCI för att överbrygga försämrade biologiska förbindelser, inklusive kortikalt kontrollerad elektrisk stimulering av förlamade underarmsmuskler och kortikalt kontrollerad intraspinal stimulering. Han fann flera tillämpningar av BBCI med sluten slinga för att producera hebbisk plasticitet mellan kortikala platser, genom stimulering utlöst från aktionspotentialer hos celler eller från faser av kortikala beta-svängningar som registrerats på angränsande platser, eller från EMG-aktivitet i muskler. Han och kollegor stärkte också kortiko-spinal-kopplingar genom kortikalt utlöst intraspinal stimulering, vilket visar in vivo-effekter av spike-timing-beroende plasticitet. En tredje tillämpning av BBCI med sluten loop var att ge stimulering på en intrakraniell belöningsplats beroende på neural aktivitet, och därigenom operativt träna apor att kontrollera neural aktivitet under fritt beteende.

Pris och ära

• 1970-1975 - NINDS Teacher-Investigator Award, National Institute of Neurological Disorders and Stroke
• 1972-1974 - Sloan Research Fellow
• 1977-1978 - Josiah Macy Faculty Scholar Award
• 1985-1986 - NSF US-Japan Cooperative Science Program Award
• 2004-2005 - Fellow, Wissenschaftskolleg zu Berlin
• 2008-2015 - Associate, Neurosciences Research Program
• 2009-2012 - Bidragande medlem, fakultet för 1000
• 2010-2011 - Humboldt Research Award
• 2010 - New York Academy of Sciences och Aspen Brain Forums första pris i neuroteknik
• 2020 – Vald fellow i American Association for the Advancement of Science

Bibliografi

Böcker

•   Att sluta slingan runt nervsystem (2014) ISBN 9782889193561

Utvalda artiklar

• Fetz, EE Är rörelseparametrar igenkännbart kodade i aktiviteten hos enskilda neuroner? Behavioral and Brain Sciences , 15: 679–690, 1992.
• Fetz, EE Toyama. K. och Smith, W. Synaptiska interaktioner mellan kortikala neuroner, i CEREBRAL CORTEX, VOL IX ALTERED CORTICAL STATES, A. Peters och EG Jones, red. Plenum Press, New York, 1-47, 1991.
• Fetz, EE Dynamiska återkommande neurala nätverksmodeller av sensorimotoriskt beteende, i THE NEUROBIOLOGY OF NEURAL NETWORKS, Daniel Gardner, Ed. MIT Press, Cambridge MA, sid 165 – 190, 1993.
• Fetz, EE Konstnärliga utforskningar av hjärnan, Frontiers in Human Neuroscience , 6:1-4, 2012
• Shupe, L. och Fetz, E. En integrerad-and-Fire Spiking Neural Network Model simulerar artificiellt inducerad kortikal plasticitet. eNeuro, 2021.

externa länkar

• Fetz Lab
• Eberhard Fetz -publikationer indexerade av Google Scholar