エドワード・ボイデン

エドワード・ボイデン
MITマクガバン研究所のボイデン氏
生まれる	( 1979-08-18 )1979年8月18日（45歳） テキサス州プラノ
母校	スタンフォード大学 マサチューセッツ工科大学
受賞歴	Perl-UNC賞 (2011) IET AFハーベイ賞 (2011) ブレイン賞 (2013) 生命科学ブレークスルー賞 (2016) ガードナー財団国際賞 (2018) ラムフォード賞 (2019) 米国科学アカデミー (2019) ウォーレン・アルパート財団賞 (2019) ヴィルヘルム・エクスナー賞 (2020)
科学者としてのキャリア
機関	マサチューセッツ工科大学 ベル研究所
論文	タスク特有の記憶符号化の神経メカニズム (2005)
博士課程の指導教員	ジェニファー・レイモンド リチャード・ツィエン
著名な学生	デブリナ・サルカー クリスチャン・ウェンツ ケイト・アダマラ

エドワード・S・ボイデンは、 MITのアメリカ人神経科学者であり起業家です。彼は、神経工学のY・エヴァ・タン教授であり、マクガバン脳研究所の正会員です。^[1]彼は、オプトジェネティクスと拡張顕微鏡法に関する研究で知られています。ボイデンは2007年にMITの教員に加わり、脳の構造と活動を操作および分析するための新しいオプトジェネティクスツールやその他の技術の開発を続けています。^[2]彼は、2015年に生命科学のブレークスルー賞を受賞しました。^[3]

ボイデンはテキサス州プレイノで生まれた。母親は生化学の修士号を持ち、ニコチンの研究をしており、家にいてボイデンと妹の世話をしていた。父親は経営コンサルタントだった。子どもの頃は人類を理解したいと考え、最初は科学よりも数学を好んだ。やがて、人間の心が数学を理解できる仕組みに興味を持つようになった。10代の頃、彼の考えは、彼が現在「理解のループ」と呼んでいるものに帰結した。数学は物事を深く理解する方法であり、私たちの心は数学を行い、脳は私たちの心を生み、生物学は脳を支配し、化学は生物学を実行し、物理学の原理は化学を支配し、物理学は数学の上に成り立っている。これは数学から数学へのループであり、その間のすべての知識が存在する。^[4]

ボイデンは12歳の時に幾何学のプロジェクトでテキサス州の科学フェアで優勝した。^[4]

14歳のとき、ボイデンはノーステキサス大学のテキサス数学科学アカデミーに入学し、高校の授業と並行して化学と数学を学んだ。そこで彼はポール・ブラターマンの研究室で生命化学の起源を研究した。^[5]

ボイデンは1995年、16歳で2学年飛び級してMITで学び始めた。 ^[4]彼は電気工学とコンピュータサイエンスの修士号に加え、電気工学、コンピュータサイエンス、物理学の学士号を取得し、19歳で卒業した。ボイデンは量子コンピューティングのニール・ガーシェンフェルドのグループで働いた。

1999年、ボイデンはジェニファー・レイモンドとリチャード・ツィエンの指導の下、スタンフォード大学で神経科学の博士課程を開始し、2005年に修了した。^[5]

博士号取得後、ボイデンはスタンフォード大学の生物工学、応用物理学、生物学部門でヘレン・ヘイ・ホイットニー博士研究員として1年間勤務した。そこで彼はマーク・シュニッツァーとカール・ダイセロスとともに神経科学研究における光学的手法を発明した。^{[5] 2006年に彼はMITに移り、} MITメディアラボの客員研究員として働き、神経工学およびニューロメディアグループを率いた。^[5]

2007年、ボイデンはMITに合成神経生物学グループを設立し、MITメディアラボとMIT生物工学部の助教授としても働き始めました。翌年、彼はMIT脳認知科学部の助教授になりました。^[5]

ボイデンは2010年にMITマクガバン研究所の研究員となった。^[5] 2013年にMIT神経生物工学センターを設立し、現在はアラン・ジャサノフと共同所長を務めている。^[6] 2017年にMITコッホ総合がん研究所の学外メンバーとなり、1年後にはMITの神経工学のY.エヴァ・タン教授に任命された。^[5] MITに着任してから7年後、ボイデンは常勤教授として終身在職権を与えられた。^[7]

2020年、ボイドンはハワード・ヒューズ医学研究所の研究員となった。翌年、彼はMITのK・リサ・ヤン・バイオニクスセンターの共同所長に就任した。^[5]

ボイデン氏の研究は、光遺伝学、膨張顕微鏡法、深部脳刺激法、多重イメージング、機械学習など多岐にわたります。

オプトジェネティクスでは、チャネルロドプシン2などの光感受性イオンチャネルまたはポンプがニューロンで遺伝的に発現され、ニューロンの活動を光で制御できるようになります。2002年にさかのぼる標的光制御を実現するための初期の取り組みでは、直接光活性化イオンチャネルは使用されていませんでしたが^[8]、2005年に登場したチャネルロドプシンなどの微生物からの直接光活性化チャネルに基づく方法が広く有用であることが判明しました。このようにオプトジェネティクスは、研究ツールとして神経科学者に広く採用されており、治療への応用も期待されています。^[9]

ボイデンは2007年に、ナトロノマス・ファラオニス由来のコドン最適化された光駆動型ハロロドプシン塩化物ポンプ（Halo）を標的とすることで、黄色光による光遺伝学的サイレンシングが可能になったと報告した。 ^[10] 2010年後半には、ハロルブルム・ソドメンス由来のアーキアロドプシン3（Arch）が黄色光を使用してニューロンのほぼ完全なサイレンシングを促進することを報告した。Archはまた、長時間の不活性状態になるHaloとは異なり、不活性化から自発的に回復する能力がある。その高い性能により、脳工学を用いた多くの新しい神経科学研究が可能になった。^[11]

2014年、ボイデンはチャネルロドプシンクロノスが光に極めて速く反応し、チャネルロドプシンクリムソンが赤色光に反応することを報告した。クロノスの運動は以前のチャネルロドプシンよりも速いが、光に対する感受性は高い。この発見により、大きなクロストークなしにニューロンの2色活性化が可能になった。^[12]これにより、2021年に人間で初のオプトジェネティクスが実現し、盲目の患者に、ゴーグル対応の光刺激と組み合わせたクリムソンRをコードするアデノ随伴 ウイルスベクターを注入した。患者は、ベクターを投与した目とゴーグルを使用して、物体をうまく認識、位置特定、数え、触れることができた。この症例は、このような失明形態に対するこれまでで最も優れた部分的機能回復を報告している。^[13]

2014年、Haloarcula salinarum由来のクルックスハロロドプシン（Jaws）は、赤色光に反応して抑制を誘発するように設計されました。^{[14] 2017年、Boydenはカイニン酸受容体サブユニット2（KA2）の}N末端150残基を高光電流チャネルロドプシンCoChRに組み合わせることで、高効率の細胞体標的オプシンを設計しました。これにより、その発現は神経細胞体に限定され、ホログラフィック刺激に時間的に正確に反応します。^[15]

膨張顕微鏡法（ExM）は、解像度が限られている光学顕微鏡の代替として開発されました。2015年、Boydenは試料内に膨張可能なポリマーネットワークを合成することで試料を膨張させることができました。ネットワークに特定のラベルを付着させることで、その膨張により等方的な分離と光学分解能が可能になります。これにより、回折限界顕微鏡を使用した超解像顕微鏡法が可能になります。 ^[16] ExMは、タンパク質、^[17] 核酸、^[18]臨床組織、^[19]デクラウディング、^[20] in situ シーケンシング、^[21]に最適化されており、より大きな拡張係数を開発しました。^{[22] 2018年、Boydenは}3Dプリント材料を縮小してナノスケールの特徴サイズを実現する方法を開発しました。ハイドロゲル足場を使用することで、Implosion Fabrication（ImpFab）は、複雑な形状と数十ナノメートルの解像度を備えた導電性の3D銀ナノ構造を作成します。 ^[23]

2017年、ボイデンはニューロンの深部電気刺激の非侵襲的方法を報告した。神経発火を誘発できる周波数よりも高いがダイナミックレンジ内での電界を照射することで、電界で包まれた領域内のニューロンを変調させることができる。この時間的干渉（TI）は、生きたマウスの運動パターンを変えることに成功した。^{[24] TIは2023年に人間で検証され、健康な被験者の}海馬活動を変調し、エピソード記憶の精度を高めた。^[25]

マルチプレックスイメージングとは、シグナル伝達ネットワーク内の多くのシグナルのダイナミクスを同時に測定することです。2020年、Boydenは蛍光レポーターを自己組織化ペプチドのペアに融合して、モジュール設計が可能なシグナル伝達レポーターアイランド（SiRI）を作成しました。したがって、SiRIは、顕微鏡で分解できるほど離れているが、生物学を空間的にサンプリングできるほど近い単一細胞内のネットワーク内の複数のシグナルを同時に測定するために適応できます（空間多重化）。^[26] 2023年に報告された時間多重イメージング（TMI）は、さまざまなシグナルを表すために時間的特性を持つ遺伝的にコード化された蛍光タンパク質を使用します。これは、細胞周期活動に加えて、単一細胞内のキナーゼ活動間の関係を調べるために使用されます。 ^[27] 2018年、Boydenは、複数の特性を同時に示すタンパク質を発現している特定の細胞をロボットで選択することにより、複雑なタンパク質を多次元仕様に向けて設計する新しい方法を報告しました。これにより、数時間で数十万のタンパク質をスクリーニングし、それぞれを複数のパフォーマンス特性について評価することができます。^[28]このロボットは蛍光電圧指示薬Archonの開発に応用されました。Archonと他のグループが作成した指示薬を使用した電圧イメージングは​​、2019年にマウスの脳の領域に適用され^[29]、その後2023年にゼブラフィッシュの幼生の脳全体に適用されました。^[30]

ボイデンは、操縦可能な外科用ステープラー、神経調節の方法と装置、拡張顕微鏡、光活性化プロトンポンプなど、約300件の特許を取得した発明を保有しています。^[31]

ボイデン氏は、睡眠、注意力、人間の経験を強化する神経技術企業であるエレマインド^[32]の共同創設者です。 ^[33]エレマインドは、睡眠障害、長期的な痛み、震えを治療するために脳波を使用するニューロテックヘッドバンドを2024年6月4日に発売しました。^[34]

彼はまた、神経変性疾患患者の生活を改善するために設計された治療法を開発する会社であるCognito Therapeuticsの共同創設者でもあります。具体的には、ボイデンはアルツハイマー病の進行を遅らせるために、感覚刺激がガンマ活動を誘発するという発見を利用することを目指しています。^[35]

ボイデン氏は、サンプルを物理的に拡大する新しい超解像イメージング法を利用して病気の早期発見を可能にすることを目指して、エクスパンション・テクノロジーズを共同設立した。[ ^36]また、酵素経路のカプセル化に重点を置いた合成細胞のボトムアップエンジニアリングを通じて治療プラットフォームを革新するシンライフも共同設立した。^[37]

ボイデン氏は、脳回路マッピングに重点を置いた神経技術開発に取り組んでいる非営利プロジェクトであるE11 Bioの科学顧問を務めている。 ^[38]

彼はインナーコスモスの諮問委員会の委員長であり、その使命は微小刺激で脳ネットワークのバランスを取り戻す1セント硬貨サイズのインプラントであるデジタルピルでうつ病を治すことである。^[39]

スタンフォード大学で、ボイドンは現在ボストン大学の神経科学者である薛漢と出会った。彼らは一緒に二人の子供を育てている。^[4]

2008年、ボイドンはディスカバー誌によって40歳未満のトップ20の科学者の一人に選ばれた^。[40] 2006年には、MIT テクノロジーレビュー TR35で35歳未満の世界トップ35のイノベーターの一人に選ばれた。 ^[41] 2013年には、カール・ダイセロスとゲロ・ミーゼンベックとともに、バイオテクノロジーと医学の分野でヤコブ・ヘスケル・ガッバイ賞を共同受賞した。^[42]

2015年11月29日、エドワード・ボイデンは「生体システムの理解と人間の寿命の延長に向けた革新的な進歩」により生命科学におけるブレークスルー賞を受賞した5人の科学者の1人となった。^{[3] [43]}

彼は、今日の脳研究における最もユニークな技術であるオプトジェネティクスの開発により、カール・ダイセロスおよびゲロ・ミーゼンベックと共同で、2015年にBBVA財団バイオメディカル分野のフロンティア・オブ・ナレッジ賞を受賞しました。 ^[44] 2018年、ボイデンは、カール・ダイセロスおよびピーター・ヘーゲマンと共同で、カナダ・ガードナー財団国際賞を受賞しました。2019年には、エルンスト・バンベルク、カール・ダイセロス、ピーター・ヘーゲマン、ゲロ・ミーゼンベック、ゲオルク・ナーゲルとともに、「オプトジェネティクスの発明と改良に関する並外れた貢献」により、ラムフォード賞を受賞しました。^[45]同年、彼とダイセロス、ヘーゲマン、ミーゼンベックは、ウォーレン・アルパート財団賞を受賞しました。^[46]

彼は2019年に米国科学アカデミーに選出された。^[47] 2020年、ボイデンは膨張顕微鏡法に関する研究によりヴィルヘルム・エクスナー賞を受賞した。 ^[48]

以下に、その他の主な賞と栄誉をご紹介します。

• 国際自律型水中車両コンテスト優勝（1998年）
• ファニー・アンド・ジョン・ハーツ・フェローシップ（1999）
• ダン・デイビッド賞奨学金（未来次元、脳科学）（2004）
• ヘレン・ヘイ・ホイットニー・フェローシップ（2005）
• ファニー・アンド・ジョン・ハーツ財団博士論文優秀賞（2006年）
• 神経科学における革新研究賞、神経科学学会(2007)
• NARSAD若手研究者賞(2008)
• エッペンドルフ・サイエンス賞（神経生物学部門）（2010年）
• ネイチャーメソッド誌の年間最優秀メソッド（オプトジェネティクス）、2010年
• ポール・アレン神経科学優秀研究者賞（2010年）
• AFハーヴェイ賞（2011年）
• キャリア賞、NSF (2011)
• ロバートソン研究者賞、ニューヨーク幹細胞財団(2011)
• TED招待講演者（2011）
• Perl-UNC神経科学賞（2011）
• 「スマート リスト 2012: 世界を変える 50 人」、Wired (2012)
• NIHディレクター変革研究賞（2012、2013、2017）
• グレテ・ルンドベック欧州脳研究賞（2013）
• 世界経済フォーラム若手科学者（2013）
• NIHディレクターパイオニア賞(2013)
• 40 歳以下の生命科学界のスーパースター 10 人、遺伝子工学とバイオテクノロジー ニュース(2013)
• 神経科学におけるシュッツェ賞 (2014)
• アカデミー・オブ・アチーブメント代表（2014年）
• 神経科学学会若手研究者賞（2015年）
• カーネギー心と脳科学賞（2015年）
• 2016 ゲームチェンジャーズ、ボストン グローブ(2016)
• ハワード・ヒューズ医学研究所のサイモンズ研究員（2016）
• 注目の方法（拡大顕微鏡法）、Nature Methods（2017）
• 2017 年のトップ技術進歩 (ロボット画像誘導パッチクランプ)、The Scientist (2017)
• ドレクセルバイオテクノロジー賞（2017年）
• アメリカ芸術科学アカデミー会員（2017年）
• 全米発明家アカデミー会員に選出（2017年）
• アメリカ医学生物工学協会フェロー選出会員（2017年）
• ラリー・J・アンダーソン優秀公衆衛生サービス賞、疾病予防管理センター、国立予防接種・呼吸器疾患センター（2018）
• チャールズ C. シェパード実験科学賞、疾病予防管理センター(2018)
• 生命科学分野における若手科学者のためのブラバトニック国家賞 (2018)
• クロニアンメダル（2019）
• レナート・ニルソン賞（2019）
• 米国科学アカデミー会員に選出（2019年）
• ハワード・ヒューズ医学研究所研究員（2020年）
• エリック・R・カンデル賞、コロンビア大学（2023）

ウィキメディア・コモンズには、エドワード・ボイデンに関連するメディアがあります。

• エド・ボイデンの個人ホームページ
• ボイデン研究室のウェブページ
• MITマクガバン研究所のボイデン研究室のページ
• マクガバン脳研究所
• エド・ボイデン: ニューロンの光スイッチ 2014-02-13 にWayback MachineでアーカイブTED
• SPIE TV: エド・ボイデン: 膨張顕微鏡 - 脳研究における新しいツール