人口神经成像的研究人员的培训项目:早期经验

介绍

神经成像是一种强大的工具来研究神经和精神疾病;它可以帮助发现新的预防和治疗目标,并能提供生物标志物监测疾病随着时间的推移和对治疗的反应(年轻的et al ., 2020)。神经影像技术的快速发展和人类健康的其他方法评估发现无数的机会(卡尔霍恩et al ., 2021;辛格et al ., 2022),但也沉淀需要改变为下一代科学家训练模型。不断扩大的多通道神经成像技术,结合支持基本的神经科学的快速增长,并增加的可行性multi-systemic数据采集在较大的样本大小,要求下一代的神经影像学研究人员从多个学科的知识和技能。

传统上,神经影像研究人员专注于大脑的结构和功能特征高度选择、同质临床或志愿者人群。这否则优秀的培训风险俯瞰衰老过程的复杂性,和流行病学的角度对采样过程产生的影响他们的发现和再现性。例如,早期的生活和发展、行为文化,社区,和环境,独自一人,加上人口,会影响大脑功能和结构。这种局限性的一个意想不到的结果是,大多数神经影像学研究检查小和潜在的代表性样本,有时被称为奇怪西方教育发达富裕的民主国家(亨利克先生et al ., 2010;黄2022),发现并不总是推广到世界其他地区(Marek et al ., 2022)。

本教程提供了证据表明,神经影像学的集成与人口科学,数据分析方法和基础和临床科学,有很强的潜在的解决当前的训练模型的局限性。事实上,这样的高级集成跨领域可以促进我们对脑部疾病的病因和病理生理学的理解。这个概念是基于人口神经科学的新兴领域,它可以概念化为“婚姻”人口科学和神经科学(学科之间的加索尔,2010;福尔克et al ., 2013;Ganguli 2022)。

本教程的目的是提供基本原理、框架、流程、和初步结果人口多学科训练神经成像的新方法,基于前几年人口T32培训项目的阿尔茨海默病的神经科学(机构)。机构促进新模式的培训和研究大脑衰老,超越关注个体大脑疾病,向多学科方法建立在知识和技能在神经影像学,科学和老年医学流行病学数据。机构培训项目是开放给大范围的学员可能进入程序,专业知识在任何一个(或更多)的神经科学领域(包括神经影像),人口科学,数据科学、和老年医学(加索尔,2010;福尔克et al ., 2013;Ganguli et al ., 2018)。因为这个特殊的问题是致力于人口神经影像,重点是培训项目如何准备下一代的神经成像的研究人员人口和科学数据。人口多学科项目训练神经成像研究人员需要在学术部门和活跃的多学科辅导团队协作。学员进入这样的多学科培训计划可能来自各种各样的学科之前,所以每个必须个性化的培训计划基于能力已经达到了和那些需要被收购。进步的研究越来越需要一个团队的科学方法;因此,一个训练计划,致力于人口神经影像将提供独特的机会合作与顶级科学家在他们的领域的专业知识(即。、流行病学、神经科学、数据科学、老年学)。通过利用这些研究人员的特定优势,通过他们与学员合作,工作的质量将进一步提高。因此,合作也应该积极地训练技能。

我们认识到,从一个学科术语可能不熟悉的或模棱两可的从其他学科的学者,和多学科项目必须明确工作发展共享知识库的术语和概念。由于这个原因,表1有一个术语表术语;这将是适合多学科项目专注于其他主题开发自己的词汇表。

阿尔茨海默病的故事通过镜头的人口科学

众所周知,实足年龄和年龄相关因素影响痴呆风险。然而,两个新兴现象改变大脑衰老的明显的表型,这将影响我们如何识别人口在未来广告的风险(图1)。第一个现象与长寿命。童年或中年慢性疾病,如中风或1型糖尿病(组1),一般老年人(组2),现在比以往任何时候都活得更久。广告的延长寿命造成更大的风险,因为年长的实足年龄是痴呆的危险因素;换句话说,高危人群的规模越来越大。延长寿命意味着在增加的条件下,可能会损害大脑直接(脑血管和神经退行性病理学)或间接地通过生物因素的失调,包括表观遗传因素,慢性multi-morbidities (肯尼迪et al ., 2014;Austad 2016)。Multi-morbidities可破坏大脑的完整性通过复杂的途径,包括糖尿病、高血压、慢性阻塞性肺疾病、心脏病、抑郁症,以及较高的脂质,血压,血糖,氧化应激,炎症因素。换句话说,这显著增加寿命伴随着适度减少multi-morbidities和适度增加健寿(数量的年预计将保持独立功能)。

由于健寿和寿命之间的差异,ADRD患病率随时间保持不变甚至会增加。甚至在许多疾病发病率较低(例如,中风),将会有增加数量的个人接触障碍的典型老实足年龄;这是因为流行的条件与时间和发病率(患病率= X发病率持续时间)。请参考表1在流行病学和优秀的教程(Ganguli雅各,2016年)的发病率和患病率的流行病学概念。除了导致越来越多的成年人ADRD的风险,这些现象将导致一个高度异构老年人人口,那些不再适合“一种尺寸适合所有人”的类别,并需要专门的招聘和评估技术。最近人口转型进一步有助于提高老年人口的异质性。首先,有更多的少数民族/种族的不同暴露老化的历史。其次,寿命和健康寿命的变化影响男性和女性不同,对疾病负担的分布与影响性。

神经成像研究人员为什么要关心这些流行病学现象?我们需要新的策略来评估中枢神经系统完整性,建立精确的预测模型对大脑的变化随着时间的推移(虚线,图1)。例如,神经影像学方法来量化成人大脑完整性享年90岁可能不同于那些在1型糖尿病患者50。

其次,而单独每个因素(例如,实足年龄,multi-morbidities,慢性疾病的历史,人口转变在种族)导致ADRD,这些因素之间的相互作用可能影响ADRD以复杂的方式。例如,虽然它是合理的,大脑的完整性和痴呆患病率下降会增加随着时间的推移,它不能被假定的编年年复一年与慢性疾病(例如,1型糖尿病或创伤性脑损伤在童年/青年)会线性添加剂影响大脑的完整性。我们预期效果也不能将类似的男性和女性,不同的种族,或不同的multi-morbidities模式。等待神经成像研究的另一个挑战是需要集成神经影像数据与其他生理和健康相关数据。更最近的技术进步,在更多的人更容易收集更多的数据和检查各种数据以低成本(如唾液拭子)。这些研究产生的海量数据(“大数据”),要求调查人员应用小说和复杂的数据处理和分析技术。

有可能是痴呆的机制有待发现的慢性疾病和神经退行性变的之间的关系是否能在一个系统的、多学科的方式探索。ADRD因此,有许多新颖的问题,现代人口神经成像研究人员现在可以解决:如何快速将大脑诚信下降为这些“新”老年人;将迅速下降的变化对不同年龄、性别、种族子组,或模式的并存状况?这些因素会影响大脑的不同方面诚信下降(如血液流动,萎缩)或行为(例如,注意力,记忆力)?什么因素可能会推迟或加速大脑的发展异常并将它们在不同年龄组,种族,或病人的子组吗?例如,一个编辑题为“年龄、阿尔茨海默氏症和大局”(Ganguli罗德里格斯,2011)指出,流行病学证据表明,大多数已知的风险因素ADRD施加其影响85 - 90岁之前,尽管发病率继续增加。因此,如果不同的潜在机制在起作用不同的年龄段,不同的预防和干预策略可能需要在不同的年龄群体。

为了应对这些挑战,神经影像人员打算ADRD进行病因学研究,必须有一个清晰的把握异质性在老年人口作为一个整体也在他们选择研究样本。他们必须能够设计和解释他们的相应研究。理解这些原则不仅是最终生产个性化的干预的关键,也是研究的基础是可再生的和严格的。在这方面,有一个最重要的需要培训科学家流行病学方法最大化严密性和再现性(埃尼迪斯,2017;穆纳佛et al ., 2017)。

为什么火车神经成像的研究人员数量和数据科学?

小说在人口神经影像培训项目必须制定一个令人信服的理由为什么学者需要独特的知识和技能在其主题区域,并确保标准培训神经影像从一个部门的项目已经不满足这些需求。机构培训项目是专门关注老年痴呆症,但类似问题存在多学科关注其他主题的程序。一般来说,一个多学科项目训练神经成像研究原因,介绍,和大脑的疾病应该地址:(1)人口的影响(年龄、性别、种族、种族,文化、教育、发展、环境),和生物因素(遗传学、表观遗传学、蛋白质组学、或其他生物/生理过程);(2)战略识别人口的风险感兴趣的条件;和(3)足够的分析工具整合这些数据,考虑复杂的相互作用,得出生物解释是合理的,并生成新颖的假设。作为一个整体,程序应该教群体数据资源的优化利用。例如,研究人员应该意识到大数据,很多协会可能成为统计学意义,但是他们可能不是相关的临床结果。进一步,尽管也出现在较小的数据资源,偏见成为越来越重要的问题在使用人口规模的数据。这个培训项目不仅帮助学员识别这些领域的问题,但也给了他们的工具来解决这些问题。

对于ADRD,学员在神经影像专业知识需要了解人口科学确定人口ADRD的风险;使用数据科学量化的影响衰老表型对神经成像结果的多方面的方面,并获得在老年学专业知识的内容。该通用模型后,T32培训机构为神经成像研究人员提供了三个主要方面的培训。首先,学员学习人口科学方法设计研究,以确定风险的个体;这包括学习计划和评估人口抽样,解释偏见,并解释变化的措施。第二,培训数据科学提供了必要的知识整合大量的数据,测试适度(交互),混淆和中介效应。最后,老年医学提供了内容区域的专业知识培训,特别是在与年龄相关的基本生物学和生理过程基础ADRD;这种基础知识有助于解释如何在生理变化与衰老引起特异表达系统和疾病进而可以驱动ADRD风险。当然,实习生也需要开发工具包的专业技能最常见调查人员(参见下面的部分能力)。

定义能力

一个有效的培训计划必须有明确的目标和可测量的能力,所有学员都必须实现为了成为成功的调查人员在话题区。一些目标和能力将具体培训计划,而另一些则相关的所有人员。机构项目4个目标:(1)招募和培养高素质的学者来自不同背景的领域机构;(2)在机构提供基础知识;(3)火车在进行严格的研究机构;(4)促进专业发展领导机构的多学科的研究小组。

表2所需的能力提供了一个夏天的机构学员完成培训计划。学员应该能够整合关键概念和技术从流行病学、神经影像和数据科学方法的跨学科合作。他们的目标是设计、实现和解释神经成像研究ADRD回答问题相关的病因和病理生理学。成功的研究者将这些概念和方法融入小说研究问题和严谨的研究项目。总的来说,人口神经成像研究人员能够更早、更精确的神经认知特征进行ADRD表型。这反过来可以改善痴呆的观察性流行病学研究的因果推论,使开发的生物标记物早期检出率,并允许精确的监测对治疗的反应。小说的例子研究项目由机构学员更新包括:

•数据科学的应用方面(例如,生物信息学和生物统计学)神经成像研究广告;

•开发神经成像研究健康差异在广告/ ADRD;

•跨国痴呆研究使用协调神经影像数据和认知功能;

•分析多层次数据(如生物、行为、社会环境)公开和/或鉴定来源。

一旦建立了关键技能,接下来的两个步骤:建筑与其他部门协作和学校和创建一个制定课程明确选择标准和里程碑。

与部门建立协作相关的学科

基于能力的集合,项目领导人在给定机构应该确定个人调查人员参与学科组织/部门和相关的正式课程。

流行病学培训教师提供先进的流行病学研究设计和方法方面的专长。这组教师赞赏理解大脑疾病流行病学方法必须与先进的集成方法量化中枢神经系统。教师专业知识在数据科学教学员如何集成定量方法与基础条件的理解和严格的研究设计。他们的工作与机器学习、神经网络建模和非线性动力学方法来理解大脑和行为。神经科学培训教师运用多种措施的研究,包括神经解剖学的和神经影像学方法来评估神经结构和连接通路,opto-genetic方法连接分子,神经和行为水平的分析,神经生理学方法来评估神经功能在清醒,表现动物,neuropharmacological方法来测量和控制神经递质系统。关注老年医学的培训教员提供专业“正常”的光谱和加速与年龄相关的生理变化,生物过程的底层老化,和新的潜在目标进行预防与年龄有关的慢性疾病和功能障碍。集体,机构教员的研究项目涉及人类和非人类衰老的规范性和无序行为,链接到相应的神经结构、功能和行为,分析策略来整合这些数据,对优化研究设计的影响。

开发课程和经验学习实现能力

基于一组所需的能力,项目领导人应该寻找相关的现有的正式课程在他们的机构,然后计划一个新课程以填补空白。需要,安排应早期创建访问课程和任何其他跨部门/校际协议。由机构课程的策略4个组件,见图2。

个人发展计划(IDP)和多学科辅导团队。每个实习生都被指定了一个主导师和指导小组根据具体学科专业知识可能是相关的。博士后学员进入程序,其主要的导师已经确定。这些指导团队是为了保证学员获得强大的多学科视角重要研究空白和各种设计的优点和缺点,实现和解释的挑战。与团队输入,每个学员选择一个或多个研究问题,他们将领导的某些方面实现以及分析和手稿准备。所有博士后和博士实习生都必须为独立开发并提交研究计划资助。国内流离失所者是精心培训和指导团队定制每个实习生的项目,确保课程之间的协同作用,实习,和其他专业发展活动,设定里程碑,并监控进展,至少每年两次会见指导团队。像所有研究生和研究生科研训练,最有效的学习来自课外的经验。国内流离失所者包括专业发展活动;学员必须参加,铅,并提出多学科活动从杂志俱乐部、研讨会、工作坊、科学闪电战,读书俱乐部等等。 Some are specific to the PNA, and many are hosted in other departments, thus these activities continually infuse an integrative research perspective into PNA trainee experiences, facilitate inter-disciplinary networking and provide first-hand experience to bridge between separate disciplines and department-centric cultures. A key part of the process is to encourage all trainees to provide constructive feedback to one another. To increase exposure to the PNA disciplines, trainees are required to attend at least 1 seminar/ month outside their home department. Training in research conduct and reporting ensures that trainees are ethically and morally responsible scientists who conduct and report rigorous, transparent, and reliable research.

机构的机构课程提供了基础知识和学习具体的技能的机会(数据收集、数据协调、数据管理、统计、研究设计、格兰特审查),提高再现性的方法,科学写作,多通道方法测量大脑与年龄相关的变化(神经影像学、认知和事后评估)。此外,现有的研究生项目提供相关课程互补的学科。在“人口神经科学”课程将帮助学生熟悉现有neuro-epidemiological研究和公开的数据集。通过“多通道神经影像概论”课程学员学习神经成像技术的原理,包括数据建模和可视化,识别模式设计的主要原则,神经影像数据的收集和处理,以及批判性评估每个模式的优势和局限性。这门课的内容是用来完成“在人口神经科学”课程;本课程的目的是编写一份手稿或拨款提案主题与人口相关神经科学。现有课程gero-science、流行病学在研究设计和数据科学解决的观点,影响ADRD多种并发症的老化,先进的分析方法。

研究实习补充机构课程,它扩展了学员的项目通过指导旋转在研究设计、科学推理、数据收集、分析和解释和报告的结果。在研究实习,学员在课堂上教应用概念。所有学员旋转通过几个参与实验室和研究项目,他们面临一系列正在进行的流程和方法,他们可以使用自己的新收集的数据,以及现有neuroepidemiological数据集从多中心国家与国际研究。学员使用机构课程和研究实习发布1^圣撰写稿件;博士后提交拨款提案。

匹兹堡大学的广泛资源:机构程序是由三个学校和八个部门:公共卫生部门的流行病学,生物统计学,医学(精神病学、神经学、老年医学、生物医学信息学),艺术与科学(神经科学、心理学)。机构导师与小学教师任命的其中一个部门,二次约会与至少一个其他部门和所属单位的研究生课程。集体,机构导师提供机构学员40 + neuroepidemiological研究(正在进行的和现有的研究)进行二次数据分析和设计新颖的原始辅助试点研究。机构计划利用许多跨学科的卓越中心和研究院:阿尔茨海默病研究中心,中心的神经基础认知、大脑研究所中心老化,人口和健康,老化研究所。这些卓越中心和研究机构提供空间诊所考试,大脑扫描仪,生物标志物实验室基金试点数据收集和分析,和额外的教育机会(研讨会,杂志俱乐部,研讨会)。学术职业发展办公室提供格兰特在写作上的研讨会/专业发展。教务长办公室支持学员来自不同背景的招聘。

确定选择标准

主要选择标准进入机构项目有:(a)研究经验(> 2博士学生,博士后学者> 4),(b)一份研究计划与机构的主题区域,包括至少一个机构的导师;(c)明确承诺扩大的基础知识基础;和(d) > 2第一作者出版博士后。额外的标准是:强烈的推荐信,并计划提交一个独立的拨款提案。尽管GPA > 3.6最初的选择标准之一,后来被移除,因为证据可能影响公平预约(维纳,2014;大厅et al ., 2017)。没有人禁止应用的基础上,他们的家他们的主要教师培训项目或关系顾问。然而,作为应用程序的一部分,学员必须注明承诺机构项目的目标和需求,提供证据表明,他们已经批准在国内培训项目,并展示他们的主要教师顾问的支持。相同级别的承诺预计博士后申请者。最后,被认为是额外的因素,如参与部门的代表,表示未被充分代表的少数民族和残疾学员,并在我们的专题研究领域的平衡。作为机构招聘的结果努力和选择标准,在最初的几年机构计划招募了一个多样化的群体的科学背景和身份/人口统计,有50%的开始(在皮特的比例高于13%),所有有超过3年的研究经验,许多出版物和经验出版资助。

建立里程碑

因为它的多学科性质、机构培训必须被小心地从每个学科导师之间的协调。最初的定向阶段之后,每个学员准备一个个人发展计划(IDP)基于提出的框架的结果临床研究所和教育。这个计划确定短期和长期的职业目标和评价程序的能力,以确定哪些培训已经完成,哪些是在培训开发。正式课程的实习还列出了时间表和经验的研究活动,包括手稿和拨款提案。一年两次的国内流离失所者的导师和πT32服务回顾时间表,并评估培训是否有望实现他们的目标。国内流离失所者被设计成灵活和适应不断变化的需求和机遇。学员必须至少写一个first-authored手稿,清楚地表明,他们实现了机构的能力。鼓励他们在格兰特写作训练,编写和提交一个拨款提案作为首席研究员。

经验教训

最初设想的大部分工作。在最初的4年,机构招收7博士前的学员和3博士后学员来自不同学科背景包括心理学、神经科学和流行病学。在程序中的6个学员一直超过1年,所有完成的核心和跨学科课程,研讨会,并制作了小说的研究成果并生成小说思想ADRD多学科视角的基础上,证明了他们的科学生产力机构学员(阿尔伯et al ., 2019;班et al ., 2019 a,b,c,2021年,2022年;崔et al ., 2020;Johnson et al ., 2020;林et al ., 2020;Ly et al ., 2020 a,b,2021年;班和Molad, 2020;田et al ., 2020,2022年;Aghjayan et al ., 2021;夏英et al ., 2021;Ehrenkranz et al ., 2021;释放et al ., 2021;斯普拉格,2021;斯普拉格et al ., 2021 a,b;Yu et al ., 2021;Donofry et al ., 2022;Mielke et al ., 2022;席尔瓦et al ., 2022)。6四个学员提交了一份NIH在训练,表明利用机构资源使他们能够进行独立和严谨的研究机构学员致力于从事学术研究。

有迹象表明,这些努力不仅影响学员的职业,但也刺激文化和科学合作部门内变化。在一些情况下,学员本身启动了新的跨部门和校际合作。例如,教师行为研究从实验和临床神经科学项目现在在人口科学与教师合作。此外,在机构的规划课程,新的协作之间形成流行病学,生物统计学,信息科学学院,生物医学信息学。这些协作翻译成新的机构学员教学模块,包括机构组成的“旅游研讨会,”客人现有的神经科学课程和研讨会系列讲座中,和在数据科学在线研讨会主办机构和建立机构。

定位机构培训项目的环境丰富匹兹堡大学,也有挑战。我们的教师面临困难找时间从事机构活动跨部门和学校。旅游研讨会将使教师更容易参与。

学员的反馈表示强烈支持PNA-specific训练组件,包括课程要求,每周工作进展,指导团队,经验旋转。他们欣赏机会相互交流和工作人员在许多学科。对于任何新项目,有许多经验教训。例如,一些学员必须采取相当多的正式课程之外,自己部门的程度(例如,在流行病学博士生上课在神经科学);可以吃到时间及时开展研究项目。要解决这个问题,学员可以选择扩展培训3年,根据推荐的主要导师。

最后,招聘工作必须适应这一代的首选通信媒体。除了传统招聘模式通过国家宣传学校、会议和国家协会专业学科与我们项目相关机构计划在Twitter和Facebook上社交媒体。由于这些新的社交媒体策略,一个新的挑战是产生;在哪里找到的时间、精力和沟通技巧来维持社会媒体平台。

结论

人口与特殊神经成像是一个有力的和令人兴奋的领域突破性发现未来的机会。这里描述的类型的多学科培训可以应用于许多其他项目相关人口ADRD之外的神经影像。人口neuroimagers有一个非常及时的机会投资于创新的培训模式培养一批新的多学科的发展转化研究人员。多学科培训项目符合国家和机构委托平移和多学科的研究。这样的项目可能加强和培养文化致力于人口神经影像学综合多学科的培训。

作者的贡献

作者证实了这项工作的唯一贡献者和已批准出版。

资金

这里的工作报告的部分支持由格兰特# 1 T32 AG055381,从国家衰老研究所,国立卫生研究院、美国卫生和人类服务部。

确认

作者希望感谢玛丽Ganguli博士和斯蒂凡尼·司徒登斯基博士的见解和反馈在本教程做准备。

的利益冲突

作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

引用