Emery N. Brown - Emery N. Brown
Emery N. Brown | |
|---|---|
| Alma Mater | Universitatea Harvard |
| Cunoscut pentru |
Neuroștiința sistemelor Neuroștiințe computaționale Mecanisme de anestezie Prelucrarea semnalului neuronal |
| Premii |
Institutul Național de Sănătate Premiul Pionierului Director NIH Premiul Directorului de Cercetare Transformativă Membru al Academiei Americane de Arte și Științe Membru al Academiei Naționale de Științe Membru al Academiei Naționale de Medicină Membru al Academiei Naționale de Inginerie Guggenheim Fellowship Societatea Americană de Anesteziști Excelență în Premiul de cercetare |
| Cariera științifică | |
| Câmpuri |
Neuroștiințe Sisteme neuroștiințe Statistici Anestezie Neuroștiințe computaționale Bioinginerie |
| Instituții |
Harvard Medical School Massachusetts Institute of Technology Massachusetts General Hospital |
Emery Neal Brown este statistician , neurolog și american anestezist . Este profesor de anestezie Warren M. Zapol la Școala Medicală Harvard și la Spitalul General din Massachusetts (MGH) și anestezist practicant la MGH. La MIT este profesor de inginerie medicală Edward Hood Taplin și profesor de neuroștiințe computaționale, director asociat al Institutului pentru inginerie medicală și știință și director al programului Harvard-MIT în științe și tehnologie a sănătății .
În 2015, Brown a fost ales membru al Academiei Naționale de Inginerie pentru dezvoltarea algoritmilor de procesare a semnalului neuronal pentru înțelegerea codificării memoriei și modelarea stărilor cerebrale de anestezie. Brown este una dintre cele 19 persoane care a fost aleasă în toate cele trei ramuri ale Academiilor Naționale de Științe, Inginerie și Medicină , precum și primul afro-american și primul anestezist care a fost ales în toate cele trei Academii Naționale.
Biografie
Brown a crescut în Ocala, Florida , unde a urmat școlile primare și gimnaziale Fessenden , liceul Osceola și liceul North Marion . A absolvit Academia Phillips Exeter , la Exeter, New Hampshire, în 1974, după ce a petrecut al doilea semestru din ultimul an la Exeter în programul Anul Școlar din străinătate, studiind spaniola la Barcelona, Spania . În 1978, a primit licența în arte (magna cum laude) în matematică aplicată de la Harvard College . După absolvire, Brown a primit o bursă a Fundației Rotary Internaționale pentru a studia matematică la Institutul Fourier des Mathématiques Pures din Grenoble , Franța .
La întoarcerea de la Grenoble, a intrat în programul de doctorat / doctorat al Harvard Medical School. A primit Master în Arte în 1984 în statistici și doctoratul în statistici în 1988 de la Universitatea Harvard și doctoratul (magna cum laude) în 1987 de la Harvard Medical School.
Brown și-a finalizat stagiul de medicină internă în 1989 la Spitalul Brigham și Femeile , o bursă de cercetare în endocrinologie la Spitalul Brigham și Femeile în 1992 și rezidența sa în anestezie la MGH în 1992. În 1992, Brown s-a alăturat personalului din Departamentul Anestezie la MGH și facultatea de la Harvard Medical School. În 2005 s-a alăturat facultății de la Massachusetts Institute of Technology .
În prezent, Brown este Warren M. Zapol profesor de anestezie la Harvard Medical School , Edward Hood Taplin profesor de inginerie medicală la Institutul MIT pentru Inginerie Medicală și Știință și profesor de Neuroștiințe Computaționale la MIT. În plus față de funcțiile sale de profesor, Brown servește ca director al Laboratorului de cercetare a statisticilor neuroștiinței din Massachusetts Institute of Technology, codirector al Diviziei Harvard-MIT de Științe și Tehnologie a Sănătății și director asociat al Institutului de inginerie medicală al MIT & Știință. Brown lucrează și ca anestezist la MGH.
Cariera științifică
Brown a publicat pe scară largă pe subiecte în Neuroștiințe Computaționale și Anestezie. Brown este investigatorul principal al Laboratorului de Cercetare a Statisticilor Neuroștiinței de la MGH și MIT, unde își desfășoară cercetările în prezent.
Măsurarea timpului pe ceasul biologic uman
Brown a dezvoltat metode statistice pentru a caracteriza proprietățile sistemului circadian uman (ceasul biologic) din datele de temperatură centrală înregistrate în conformitate cu rutina constantă și protocoalele de desincronizare forțată și de funcționare liberă. În prima parte a carierei sale, Brown a colaborat cu cercetători circadieni pentru a-și aplica metodele pentru a răspunde la întrebări fundamentale de cercetare în fiziologia circadiană. Metodele statistice ale lui Brown au fost esențiale pentru: estimarea corectă a perioadei și a timpului intern pe ceasurile circadiene umane din măsurarea continuă a temperaturii miezului; arătând că luminile puternice ar putea fi folosite pentru a schimba faza ceasului circadian uman; administrarea temporizată corespunzător a perioadelor de lumină și întuneric ar putea fi utilizată pentru realinierea ceasurilor interne ale lucrătorilor în schimb cu timpul extern; și că, contrar credințelor din acea perioadă, perioada ceasului biologic uman, ca și cea a altor animale, era mai aproape de 24 de ore decât de 25 de ore.
Descifrarea semnalelor cerebrale
Ulterior, Brown și-a concentrat cercetările statistice asupra dezvoltării algoritmilor de procesare a semnalului și a metodelor statistice pentru analiza datelor neuronale. El a dezvoltat o paradigmă a procesului punct-stat-spațiu (SSPP) pentru a studia modul în care sistemele neuronale mențin reprezentări dinamice ale informației. Pentru analiza activității spiking neuronale și sarcini binare comportamentale reprezentate ca procesele punctiforme multivariate sau univariabile (0-1 evenimente care au loc în timp continuu), cercetare sale analogii produși ai filtrului Kalman , Kalman netezirea , secvențiale algoritmi Monte Carlo și starea combinate și algoritmi de estimare a parametrilor aplicați în mod obișnuit la observațiile seriilor temporale cu valoare continuă.
Brown a folosit metodele pentru a arăta că ansamblurile de neuroni din hipocampul rozătorilor au menținut o reprezentare foarte precisă a locației spațiale a animalului; urmăriți formarea câmpurilor receptive neuronale pe o scară de timp de milisecunde; urmăriți modificările concurente în activitatea neuronală și comportamentul în timpul experimentelor de învățare; decodează modul în care grupurile de neuroni motori reprezintă informații despre mișcare; și urmăriți suprimarea exploziei la pacienții sub anestezie generală.
Brown a aplicat paradigma spațiu-stare pentru: analiza învățării în experimentele de neuroștiințe comportamentale; studiază relația dintre învățare și modificările funcției hipocampului la oameni; să evalueze eficacitatea stimulării cerebrale profunde în îmbunătățirea performanței comportamentului la oameni și primate neumane; și definesc cu precizie modificările nivelurilor de conștiință sub anestezie generală indusă de propofol.
Cu Partha Mitra, Brown a cofondat și a dirijat cursul de vară Neuroinformatică la Laboratorul biologic marin din Woods Hole, MA în perioada 2002-2006. Co-dirijează împreună cu Robert Kass Conferința semestrială de analiză statistică a datelor neuronale la Centrul Universitar Carnegie Mellon pentru Bazele Neurale ale Cunoașterii. A fost co-autor al unui manual de analiză a datelor despre neuroștiințe, împreună cu Robert Kass și Uri Eden.
Natura anesteziei generale
Descoperirea misterului anesteziei generale este o altă întrebare majoră cu care se confruntă medicina modernă. În 2004, Brown a început un program de cercetare a neuroștiinței sistemelor pentru a studia mecanismele acțiunii anestezice prin formarea și conducerea unei colaborări interdisciplinare între anesteziști, neurologi, un statistician, un neurochirurg, neurologi, bioingineri și un matematician la MGH, MIT și la Universitatea din Boston. În 2007 a primit premiul NIH Director's Pioneer pentru a sprijini această cercetare, făcându-l, primul anestezist și primul statistician care a primit acest premiu. Cercetările sale de anestezie au adus contribuții teoretice și experimentale fundamentale la înțelegerea neurofiziologiei anesteziei generale. În două lucrări seminale, Brown a furnizat prima analiză a neuroștiinței sistemelor cu privire la modul în care anestezicele acționează la receptori specifici din circuite neuronale specifice pentru a produce stări de excitare modificate frecvent observate. Această analiză a furnizat o verigă lipsă esențială între corpul substanțial de cercetări privind farmacologia moleculară a acțiunii anestezice și răspunsurile comportamentale frecvent observate la pacienții anesteziați. Brown arată, de asemenea, că, contrar dogmei comune, anestezia generală nu este somnul, ci mai degrabă o comă reversibilă.
Grupul de cercetare al lui Brown a oferit informații detaliate despre modul în care anestezicele produc inconștiență. Creierul nu este oprit sub anestezie generală. În schimb, anestezicele induc oscilații foarte structurate între regiunile cheie ale creierului. Aceste oscilații, care sunt ușor vizibile în înregistrările standard de electroencefalogramă (EEG), modifică excitația prin afectarea comunicării normale între regiuni. Acest lucru este analog cu ceea ce se întâmplă atunci când un pacient cu epilepsie își pierde cunoștința odată cu apariția oscilațiilor obișnuite, hipersincrone, ale unei crize. Oscilațiile induse de anestezie sunt, de asemenea, asemănătoare cu ceea ce se întâmplă atunci când un zumzet dintr-o linie telefonică face imposibilă susținerea unei conversații normale.
Brown a efectuat numeroase studii asupra proprietăților anesteziei induse de propofol, în special. El a descoperit că inconștiența indusă de propofol este mediată simultan de două procese oscilatorii diferite. Prima este oscilații alfa puternice coerente (8-10 cicluri pe secundă) între cortex și talamus (26-28), iar a doua sunt oscilații puternice incoerente cu undă lentă corticală (<1 ciclu pe secundă). Oscilațiile alfa afectează comunicarea dintre talamus și cortex. Undele lente limitează la intervale înguste de timp orele la care neuronii corticali se pot descărca, făcând astfel dificilă susținerea comunicării în interiorul cortexului. Mai mult, fiecare anestezic are o semnătură EEG diferită care reflectă acțiunea diferitelor mecanisme ale circuitului neuronal. Aceste semnături se schimbă odată cu vârsta și doza anestezică. O implicație practică a acestei descoperiri este că EEG poate fi utilizat în timp real pentru a monitoriza cu precizie starea anestezică a pacienților. Grupul lui Brown a dezvoltat un program de predare online pentru a instrui anesteziologii cu privire la această abordare de monitorizare.
Brown și colegii stabilesc o nouă paradigmă pentru trezirea pacienților după anestezie generală. Au arătat că starea anestezică poate fi inversată rapid prin administrarea de metilfenidat (Ritalin) sau prin activarea sistemelor dopaminergice. Acest lucru sugerează o nouă modalitate fezabilă de a restabili în mod activ funcția cognitivă la pacienți după anestezie și sedare. Ei au primit aprobarea FDA pentru a efectua un studiu clinic pentru a testa această idee la oameni (NCT 02051452). De asemenea, au arătat că suprimarea exploziei, o stare de inactivare profundă a creierului observată în anestezie generală profundă, hipotermie, comă și tulburări cerebrale de dezvoltare, poate fi explicată pur și simplu printr-un model neuro-metabolic unificator. Grupul lui Brown a arătat, de asemenea, că supresia exploziei poate fi controlată cu precizie pentru a menține o comă terapeutică, indusă medical. Această cercetare utilizează un sistem de control în buclă închisă bazat pe paradigma sa SSPP. Acest lucru ar putea avea implicații importante pentru tratarea pacienților, cum ar fi Gabby Giffords , Michael Schumaker , Malala Yousafzai și Joan Rivers , care suferă leziuni cerebrale sau au hipertensiune intracraniană și necesită o comă indusă medical pentru a facilita recuperarea creierului.
Cercetările de anestezie ale lui Brown au fost prezentate pe National Public Radio , în Scientific American , MIT Technology Review , New York Times și în TEDMED 2014.
Serviciul comitetului național
Brown a lucrat în numeroase panouri naționale și comitete consultative. Cel mai recent a fost membru al Grupului de lucru al inițiativei NIH BRAIN. Serviciul său actual de comitet include să fie membru al Consiliului de administrație al Fondului Burroughs-Wellcome, al Comitetului consultativ NSF pentru științe matematice și fizice, al Consiliului de consilii NIH, al Consiliului de administrație al Societății internaționale de cercetare a anesteziei, al Comitetului consultativ științific al CURE Epilepsie și Consiliul guvernatorilor Academiei Americane de Arte și Științe.
Premii si onoruri
Brown a primit o serie de premii de-a lungul carierei sale, printre care: bursa de dezvoltare a facultății medicale minoritare Robert Wood Johnson, o bursă NSF pentru cariera în dezvoltare minoritară, un premiu de cercetător independent al Institutului Național de Sănătate Mentală, premiul Jerome Sacks de la Institutul Național de Statistică Științe pentru cercetare interdisciplinară remarcabilă, un premiu al pionierului directorului NIH, un premiu al cercetării transformative al directorului NIH, o bursă Guggenheim și premiul Societății Americane a Anestezistilor pentru excelență în cercetare. Brown a fost numit unul dintre medicii de top din America de către revista Black Enterprise și a fost numit unul dintre cei 50 de oameni cei mai influenți ai culorilor GK50 din Boston în sănătate și științe ale vieții. În 2018, Brown a primit Premiul Dickson în știință pentru munca sa în analiza statistică. a datelor neuronale și a cercetărilor privind anestezia. Unul dintre nominalizatorii Carnegie Mellon, profesorul Robert E. Kass , a remarcat că Brown este „expertul mondial în analiza statistică a datelor neuronale” și că munca lui Brown asupra anesteziei a fost „cu adevărat transformatoare” pentru domeniu.
Brown a prezentat mai multe conferințe memoriale, printre care: Conferința Memorială Lewis H. Wright a Societății Americane de Anestezie și Conferința John W. Severinghaus în Știința Translațională și Conferința Institutului de Științe Matematice Medallion.
Brown este membru al Institutului American de Inginerie Medicală și Biologică , al Asociației Statistice Americane , al IEEE , al Asociației Americane pentru Avansarea Științelor și al Academiei Americane de Arte și Științe . Brown a fost introdus în Florida Inventors Hall of Fame . Brown este membru al tuturor celor trei ramuri ale Academiilor Naționale, care sunt Academia Națională de Medicină , Academia Națională de Științe și Academia Națională de Inginerie . El este primul afro-american și primul anestezist ales în toate cele trei ramuri.