Project 3: Dissecting the neural and neuromodulatory control mechanisms of arterial dynamics during sleep

项目3:剖析睡眠期间动脉动力学的神经和神经调节控制机制

基本信息

  • 批准号:
    10516503
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 47.59万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-01 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract, Project 3 Sleep is accompanied by large changes in neural activity, modulatory state, and hemodynamics. The large arterial dilations and contractions during sleep could drive perivascular pumping of CSF, which would help clear fluid and solutes from the brain. We hypothesize that during NREM sleep, the large oscillations of arterial diameter are driven by local neural activity and coordinated globally across the cortex by noradrenergic (NE) and cholinergic (ACh) neuromodulatory drive. We will test this idea by optically imaging the cortical vasculature of sleeping mice while perturbing neural activity and neuromodulation. In Aim 1, we will alter the activity of defined neuronal populations during sleep using opto-and chemogenetic tools to determine the role of local neural activity in controlling vascular dynamics. In Aim 2, we will use fluorescent biosensors, optogenetics, and chemogenetics to understand the role of cholinergic and noradrenergic modulation in coordinating the global cortical vascular dynamics during sleep. We will measure the temporal relationship between ACh and NE modulation, and dissect their respective roles in controlling hemodynamics during sleep. In Aim 3, we will use multiplane two-photon imaging to visualize the directions of propagation of arterial constrictions and dilations and widefield imaging of neural and vascular signals to visualize how vascular activity is coordinated across multiple spatial scales during sleep. Project 3 will contribute to the overall U19 proposal by dissecting the neural mechanisms controlling arterial dilations and constrictions during NREM sleep. Our measures of arterial dynamics at both the local and global scales during sleep will provide important data for the modeling in Project 1. Our use of the mouse model will complement the measurements in Project 2. It will also help bridge the detailed mechanistic studies relating arterial diameter changes of CSF movement in Project 2 with the other Projects by making corresponding arterial dynamics measures during sleep. Our determination of causal relationships among neuromodulation, neuronal subtype activity, and vascular dynamics will be applied to understand the simultaneous EEG and neuroimaging data in Project 4.
摘要,项目3 睡眠伴随着神经活动,调节状态和血液动力学的巨大变化。大 睡眠期间的动脉扩张和收缩可能会驱动CSF的血管周围泵送,这将有助于清除 液体和大脑溶质。我们假设在NREM睡眠期间,动脉的大振荡 直径是由局部神经活动驱动的,并由甲肾上腺素能(NE)和 胆碱能(ACH)神经调节驱动。我们将通过光学成像的皮质脉管系统来测试这个想法 在扰动神经活动和神经调节的同时睡觉的小鼠。在AIM 1中,我们将改变定义的活动 睡眠过程中使用光和化学遗传学工具确定局部神经活动的作用的神经元种群 在控制血管动力学时。在AIM 2中,我们将使用荧光生物传感器,光遗传学和化学遗传学 了解胆碱能和去肾上腺素能调节在协调全球皮质血管中的作用 睡眠期间的动态。我们将测量ACH和NE调制之间的时间关系,并进行剖析 它们在睡眠期间控制血流动力学方面的作用。在AIM 3中,我们将使用多平台两光子 成像以可视化动脉收缩和扩张的传播方向 神经和血管信号可视化在多个空间尺度上如何协调血管活性的过程 睡觉。 项目3将通过解剖控制神经机制来促进整体U19提案 NREM睡眠期间的动脉扩张和收缩。我们在局部和 睡眠期间的全球尺度将为项目1中的建模提供重要数据。我们对鼠标模型的使用 将补充项目2中的测量结果。它还将有助于桥接有关的详细机械研究 通过制作相应的动脉,项目2中CSF运动的动脉直径变化 睡眠期间的动态措施。我们确定神经调节之间的因果关系 亚型活性和血管动力学将用于了解同时的脑电图和神经影像学 项目4中的数据。

项目成果

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