Il laboratorio McKenzie studia come vengono creati i ricordi, come si formano e si propagano i modelli di attività neurale e come controllare la diffusione delle convulsioni.
Nonostante sia una delle regioni cerebrali più studiate, la funzione principale dell'ippocampo rimane sconosciuta. Il mio lavoro si è basato sul modello della memoria relazionale applicata alla funzione ippocampale. Secondo questa teoria, eventi separati nel tempo e nello spazio possono essere correlati tra loro grazie a connessioni associative nei circuiti ippocampali. Questo ponte spazio-temporale permette la scoperta di nuove regole e categorie, che considero la funzione principale di questo sistema mnemonico.
In qualche modo, l'ippocampo è in grado di legare insieme regioni corticali che altrimenti avrebbero una debole associatività. Nel gergo dell'apprendimento automatico, questa coerenza dipendente dall'ippocampo espande lo spazio delle caratteristiche su cui può verificarsi l'apprendimento. Mi interessa sapere come vengono estratte le regolarità dai particolari. Nello specifico, il mio laboratorio studia come l'apprendimento delle categorie sia influenzato dallo spazio esteso delle funzionalità offerto dalle interazioni ippocampo/corticale.
Nel corso della vita, 1 americano su 26 riceverà una diagnosi di epilessia. I trattamenti farmacologici disponibili presentano effetti collaterali significativi e non sono efficaci nel 30% della popolazione, che spesso soffre per anni prima di cercare trattamenti alternativi, come la resezione chirurgica del focolaio epilettico. Nei casi in cui il focolaio non è noto, in presenza di focolai multipli o quando la resezione è troppo rischiosa, la stimolazione cerebrale profonda può rappresentare un'opzione. Attualmente esistono due opzioni approvate dalla FDA: la stimolazione cronica del nucleo anteriore del talamo e la stimolazione a circuito chiuso, "responsiva", della zona di insorgenza delle crisi. Nessuno sa perché questi protocolli di stimolazione siano efficaci, quali pazienti possano trarne maggior beneficio o quale sia la strategia migliore per stabilire quando e come stimolare.
Il mio laboratorio sta lavorando allo sviluppo di algoritmi di previsione delle crisi per rilevare le crisi prima che inizino. Questo avvertimento avanzato verrà utilizzato per perturbare l'attività neurale per desincronizzare il cervello e, si spera, fermare l'attività ictale diffusa dalla zona di insorgenza a regioni del cervello altrimenti sane.
Nessuno sa quale caratteristica dell'attività neurale il cervello usa per comunicare con se stesso. Potrebbe essere l'identità di quale neurone si attiva, la velocità con cui quei neuroni si attivano in una certa finestra temporale, il modello di attività sincrona all'interno di una certa finestra temporale, o anche l'ordine in cui i neuroni si attivano l'uno rispetto all'altro. Penso che lo schema dell'attività sincrona sia importante e che l'apprendimento sia supportato dai cambiamenti in cui i neuroni si attivano insieme in una determinata circostanza. Il mio laboratorio studia come i neuroni eccitatori competono tra loro per essere attivi insieme in finestre temporali brevi. Voglio sapere se la plasticità nell'inibizione laterale può dettare chi può sparare con chi e in quali circostanze si applicano quelle regole di convivenza.
Schemi di correlazione complessi e sincronia finemente bilanciata contano solo se quei picchi possono guidare attività divergenti nelle regioni efferenti del cervello. Come vengono letti i modelli di attività sincrona? In che modo i segnali in entrata interagiscono con l'attività in corso emersa attraverso la connettività ricorrente all'interno della regione? Possiamo prendere in giro il contributo unico degli input da una regione del cervello all'attività in un'altra per capire una regola di trasferimento sinaptico in qualsiasi sinapsi in questi circuiti di memoria centrali.