Die Sommerforschung bietet ein Sprungbrett für weiterführende Studien

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Ein Doktoratsstudium am MIT ist nicht jedermanns Sache, aber es kann für jeden sein, der die Gelegenheit hatte zu entdecken, dass Wissenschafts- und Technologieforschung seine Leidenschaft ist, und die Erfahrung und Fähigkeiten aufzubauen, um erfolgreich zu sein. Für Taylor Baum, Josefina Correa Menéndez und Karla Alejandra Montejo, drei Doktoranden in nur einem Labor des Picower Institute for Learning and Memory, ergab sich durch das MIT Summer Research Program in Biology and Neuroscience (MSRP-Bio) eine entscheidende Chance. Wenn ein Student MSRP-Bio findet, hilft es ihm, seine Zukunft in der Forschung zu finden.

Im Rahmen des Programms verbringen MINT-Studierende von außerhalb des MIT den Sommer mit Vollzeitforschung in den Abteilungen Biologie, Gehirn- und Kognitionswissenschaften (BCS) oder dem Center for Brains, Minds and Machines (CBMM). Sie erwerben Laborkenntnisse, Mentoring, bereiten sich auf die Graduiertenschule vor und knüpfen Kontakte, die vielleicht ein Leben lang halten. In den letzten zwei Jahrzehnten haben insgesamt 215 Studenten aus unterrepräsentierten Minderheitengruppen, die aus wirtschaftlich benachteiligten Verhältnissen stammen, Studenten der ersten Generation oder nicht-traditionelle College-Studenten oder Studenten mit Behinderungen an der Forschung in BCS- oder CBMM-Laboren teilgenommen.

Wie Baum, Correa Menéndez und Montejo absolvieren die meisten ein weiterführendes Studium, sagt Mandana Sassanfar, Koordinatorin für Vielfalt und Öffentlichkeitsarbeit, die das Programm leitet. Beispielsweise haben von den 91 Studenten, die in den Laboren des Picower Institute gearbeitet haben, 81 ihr Grundstudium abgeschlossen. Davon waren 46 in PhD-Programmen am MIT oder an anderen Schulen wie den Universitäten Cornell, Yale, Stanford und Princeton sowie dem University of California System eingeschrieben. Weitere 12 haben ein Medizinstudium absolviert, weitere sieben absolvieren MD/PhD-Programme und drei haben einen Master-Abschluss erworben. Der Rest studiert als Nachdiplomstudent oder ist nach dem Bachelor-Abschluss direkt ins Berufsleben eingestiegen.

Nach ihrer Teilnahme am Programm wurden Baum, Correa Menéndez und Montejo jeweils Doktoranden in der Forschungsgruppe von Emery N. Brown, dem Edward Hood Taplin-Professor für Computational Neuroscience und Medical Engineering am Picower Institute und am Institute for Medical Engineering and Science . Das Labor kombiniert statistische, computergestützte und experimentelle neurowissenschaftliche Methoden, um zu untersuchen, wie sich eine Vollnarkose auf das Zentralnervensystem auswirkt, um letztendlich die Patientenversorgung zu verbessern und das Verständnis des Gehirns zu verbessern. Brown sagt, dass die Studenten jeweils „außergewöhnliche“ Arbeiten geleistet haben, was der Exzellenz entspricht, die er im Laufe der Jahre von den MSRP BIO-Studenten gesehen hat. Beispielsweise wurden Baum und Correa Menéndez am 10. August mit MathWorks Fellowships geehrt.

„Ich finde den UVP fantastisch. Mandana leistet hervorragende Arbeit und bringt sehr talentierte Studenten dazu, ans MIT zu kommen und zu erkennen, dass sie ihr Spiel auf die nächste Stufe bringen können. Sie haben die Kapazität dazu. Sie brauchen einfach die Möglichkeiten“, sagt Brown. „Diese Studenten werden den Erwartungen gerecht, die Sie an sie stellen. Und jetzt, als Doktoranden, nehmen sie sich schwierigen Problemen an und lösen sie.“

Wege zum Doktoratsstudium

Ein Doktortitel ist kaum selbstverständlich. Viele junge Studenten haben nie über ein Graduiertenstudium oder bestimmte Studienbereiche wie Neurowissenschaften oder Elektrotechnik nachgedacht. Aber Sassanfar engagiert Studenten im ganzen Land, um ihnen die Möglichkeit vorzustellen, die MSRP-Bio bietet, um in fortgeschrittenen Bereichen Bekanntheit, Erfahrung und Mentoring zu erlangen. Jeden Herbst, nachdem die Studenten des Programms an ihre Grundstudieneinrichtungen zurückgekehrt sind, besucht sie Schulen an so weit entfernten Orten wie Florida, Maryland, Puerto Rico und Texas und nimmt an Konferenzen für verschiedene Wissenschaftsgemeinschaften wie ABRCMS und SACNAS teil, um die Nachricht zu verbreiten.

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Als Baum 2017 zum ersten Mal mit dem Programm in Kontakt kam, fand sie ihren Weg an der Penn State University. Sie hatte Biologie und Musikkomposition als Hauptfächer studiert, wechselte dann aber gerade zu Ingenieurwissenschaften, nachdem sie sich bei einem Kaffeegespräch mit der Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie vertraut gemacht hatte, bei der die Erkennung von Gehirnsignalen von Menschen mit Ganzkörperlähmungen deren Lebensqualität verbessern könnte Ermöglicht die Steuerung von Computern oder Rollstühlen. Baum war begeistert von der Möglichkeit, ähnliche Systeme zu bauen, doch als junge Ingenieursstudentin hatte sie Schwierigkeiten, Sommerpraktika und Forschungsmöglichkeiten zu finden.

„Ich wurde von jedem einzelnen Programm abgelehnt, außer vom MSRP des MIT Center for Brains, Minds and Machines“, erinnert sie sich lachend.

Baum blühte bei MSRP-Bio auf und arbeitete drei aufeinanderfolgende Sommer in Browns Labor. Sie sagte, dass sie in jeder Phase mehr Forschungskompetenz, Erfahrung und Unabhängigkeit erlangte. Als sie ihren Abschluss machte, war sie sich sicher, dass sie eine Graduiertenschule besuchen wollte und bewarb sich an vier ihrer Traumschulen. Sie nahm das Angebot des MIT an, an die Fakultät für Elektrotechnik und Informatik zu wechseln, wo sie von dortigen Fakultätsmitgliedern und Brown gemeinsam beraten wird. Sie arbeitet derzeit an der Entwicklung eines Systems, das auf der kardiovaskulären Physiologie basiert und das Blutdruckmanagement verbessern kann. Das System ist ein Werkzeug für praktizierende Anästhesisten und automatisiert die Dosierung von Medikamenten, um den Blutdruck eines Patienten im Operationssaal oder auf der Intensivstation auf einem sicheren Niveau zu halten.

Darüber hinaus leitet Baum nicht nur eine Organisation, die die MINT-Ausbildung in Puerto Rico vorantreibt, sondern hilft auch dabei, einen aktuellen MSRP-Bio-Studenten im Brown-Labor zu betreuen.

„MSRP bindet definitiv alle, die daran teilgenommen haben“, sagt Baum. „Wenn ich jemanden sehe, von dem ich weiß, dass er an MSRP teilgenommen hat, könnten wir sofort ein Gespräch führen. Ich weiß, dass die meisten von uns, wenn sie Hilfe bräuchten, gerne jemanden von MSRP um Hilfe bitten würden. Durch diese gemeinsame Erfahrung entwickeln wir ein Gefühl der Kameradschaft und Gemeinschaft.“

Als sich vor einigen Jahren eine ehemalige MSRP-Bio-Studentin namens Karla Montejo am MIT bewarb, gab Baum tatsächlich wichtige Ratschläge und Feedback zum Bewerbungsprozess, sagt Montejo. Als Doktorandin sei Montejo nun selbst zur Mentorin des Programms geworden, bemerkt Sassanfar. Montejo ist beispielsweise Mitglied in Programm-Alumni-Gremien, die neue MSRP-Bio-Studenten beraten.

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Montejos Familie wanderte als Kind aus Kuba nach Miami aus. Die Magnet High School, die sie besuchte, war so neu, dass die Schüler ermutigt wurden, beim Aufbau der Schulprogramme mitzuhelfen. Sie ebnete den Weg in die Forschung.

„Ich wusste nicht einmal, was Forschung ist“, sagt sie. „Ich wollte Ärztin werden und dachte, das würde mir vielleicht bei meinem Lebenslauf helfen. Ich dachte, es wäre ein bisschen wie Schatten, aber nein, es war wirklich anders. Als ich in der Highschool war, hat mich die Forschung wirklich fasziniert.“

Obwohl Montejo an der Florida International University weiterhin forschte, scheiterte sie beim ersten Versuch an der Graduiertenschule, weil sie noch nicht gelernt hatte, wie sie sich bei ihrer Bewerbung fokussieren sollte. Aber Sassanfar hatte die FIU besucht, um Studenten zu rekrutieren, und durch diese Beziehung hatte Montejo bereits den damit verbundenen Quantitative Methods Workshop (QMW) des MIT durchlaufen. Also schrieb sich Montejo bei MSRP-Bio ein und arbeitete im CBMM-angegliederten Labor von Gabriel Kreiman am Boston Children's Hospital.

„Ich habe das Gefühl, dass Mandana mir wirklich geholfen hat, mir eine Pause verschafft hat und die MSRP-Erfahrung ziemlich deutlich gemacht hat, dass ich unbedingt zum MIT kommen wollte“, sagt Montejo.

Im QMW lernte Montejo, dass sie die Computational Neuroscience wirklich mochte, und in Kreimans Labor konnte sie sich an der rechnerischen Modellierung der Kognition versuchen, die bei der Wahrnehmungsverständlichkeit komplexer Szenen eine Rolle spielt. Montejo erkannte, dass sie an eher biologisch basierten neurowissenschaftlichen Problemen arbeiten wollte. Als der Sommer zu Ende ging, fand sie, weil sie vorerst nicht im normalen Graduiertenschulzyklus war, ein zweijähriges Post-Abitur-Programm an der Mayo Clinic, in dem die Rolle untersucht wurde, die ein Gehirnzelltyp namens Astrozyten bei der Behandlung der Parkinson-Krankheit (tiefe Hirnstimulation) spielen könnte.

Als es an der Zeit war, sich erneut an Graduiertenschulen zu bewerben (mit Hilfe von Baum und anderen im BCS Application Assistance Program), bewarb sich Montejo am MIT, stieg ein und trat dem Brown-Labor bei. Jetzt arbeitet sie an der Modellierung der Rolle von Stoffwechselprozessen bei der Veränderung des Gehirnrhythmus unter Narkose und nutzt dabei die vorhersehbare Veränderung der Gehirnzustände durch eine Vollnarkose. Die Auswirkungen von Anästhetika auf den Zellstoffwechsel und die Art und Weise, wie sie sich letztendlich auf die Bewusstseinsebenen auswirken, offenbaren wichtige Aspekte, wie sich der Stoffwechsel auf Gehirnschaltkreise und -systeme auswirkt. Anfang dieses Monats war Montejo beispielsweise Co-Leiter eines Artikels, den das Labor in „The Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlichte und in dem er die Neurowissenschaften des Übergangs eines Patienten in einen besonders tiefen Zustand der Bewusstlosigkeit, genannt „Burst-Unterdrückung“, detailliert beschreibt.

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Ein Markenzeichen der Arbeit des Brown-Labors sind strenge statistische Analysen und Methoden, beispielsweise um Gehirnerregungszustände anhand von EEG-Messungen des Gehirnrhythmus zu erkennen. Als Doktorandin im interdisziplinären Doktorandenprogramm für Statistik des MIT treibt Correa Menéndez die Verwendung bayesianischer hierarchischer Modelle für die Analyse neuronaler Daten voran. Diese statistischen Modelle bieten eine prinzipielle Möglichkeit, Informationen über Datensätze hinweg zu bündeln. Eines ihrer Modelle kann Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie Neuronen mit elektrischer Aktivität „ansteigen“ können, wenn dem Gehirn ein Reiz präsentiert wird. Die Stärke des anderen liegt darin, aus elektrophysiologischen Aufzeichnungen kritische Merkmale wie Erregungszustände des Gehirns unter Vollnarkose zu erkennen.

Obwohl sie jetzt als Doktorandin in Neurowissenschaften und Statistik mit komplexen Gleichungen und Berechnungen arbeitet, interessierte sich Correa Menéndez als Gymnasiastin an der Academia María Reina in San Juan hauptsächlich für Musikkunst und dann an der Universität von Puerto Rico für Architektur Río Piedras. Es waren Diskussionen an der Schnittstelle von Erkenntnistheorie und Kunst während eines Kunsttheoriekurses, die Correa Menéndez dazu inspirierten, ihr Hauptfach auf Biologie zu wechseln und auch Informatikkurse zu belegen.

Als Sassanfar 2017 Puerto Rico besuchte, schlug eine Informatikprofessorin (Patricia Ordóñez) Correa Menéndez vor, sich um eine Teilnahme am QMW zu bewerben. Das tat sie, und das führte dazu, dass sie auch an MSRP-Bio im Labor von Sherman Fairchild-Professor Matt Wilson (Fakultätsmitglied am BCS, CBMM und am Picower Institute) teilnahm. Sie beteiligte sich an den Untersuchungen des Labors darüber, wie räumliche Erinnerungen im Hippocampus dargestellt werden und wie das Gehirn diese Erinnerungen nutzt, um die Welt um es herum zu verstehen. Mit der Betreuung durch die damalige Postdoktorandin Carmen Varela (heute Fakultätsmitglied an der Florida State University) machte diese Erfahrung sie nicht nur mit den Neurowissenschaften bekannt, sondern half ihr auch, Fähigkeiten und Erfahrungen mit Laborexperimenten, dem Aufbau von Forschungsinstrumenten und der Durchführung statistischer Analysen zu erwerben. Schließlich arbeitete sie ein Jahr lang als Forschungswissenschaftlerin im Wilson-Labor und begann im September 2018 ihr Graduiertenstudium.

Kurse, die sie als Forschungswissenschaftlerin bei Brown besuchte, inspirierten sie dazu, als Doktorandin in sein Labor einzusteigen.

„Durch den Unterricht bei Emery und die Durchführung von Experimenten wurde mir die Rolle der Statistik im wissenschaftlichen Prozess bewusst: von der Interpretation der Ergebnisse bis zur Analyse und dem Design von Experimenten“, sagt sie. „Statistik wird in der Wissenschaft oft zu einer Nebensache – dieser ‚lästigen‘ Sache, die die Leute tun müssen, um ihre Arbeit zu veröffentlichen. Aber Statistik als Fachgebiet ist eigentlich viel mehr. Es ist eine Art, über Daten nachzudenken. Insbesondere bietet die Bayes'sche Modellierung einen prinzipiellen Inferenzrahmen für die Kombination von Vorwissen in einer Hypothese, die Sie mit Daten testen können.“

Sicherlich hat niemand zu Beginn eine solche Inspiration für wissenschaftliche Forschung, aber MSRP-Bio hilft Studenten, diese Leidenschaft für die Forschung und die Wege, die sich ihnen eröffnen, zu entdecken.

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