Project 4
项目4
基本信息
- 批准号:10294715
- 负责人:
- 金额:$ 19.27万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-08-16 至 2026-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAddressAnimalsArteriesBiologicalBiophysicsBloodBlood VesselsBlood capillariesBlood flowBrainCaliberCerebrovascular CirculationCerebrumCoupledDataEndothelial CellsEquilibriumExerciseFaceFoundationsFrequenciesFunctional Magnetic Resonance ImagingGap JunctionsGoalsHumanIndividualKnowledgeLinkLiquid substanceMagnetic Resonance ImagingMapsMathematicsMicrocirculationModelingNeuronsOxygenPatternPerfusionPeriodicityPhasePhysicsPhysiologicalPropertyRegulationResistanceRestSignal TransductionSmooth MuscleSmooth Muscle MyocytesSpecificitySurfaceTestingTissuesVascular blood supplyVasomotorWorkarteriolebaseconstrictionexperimental studyhemodynamicshuman subjectin vivomathematical modelneuroregulationneurovascularprogramsreconstructionresponsesimulationspatiotemporaltheoriestwo-dimensionalvasomotionvenule
项目摘要
PROJECT SUMMARY/ABSTRACT – PROJECT 4
We propose to leverage our state-of-the-art expertise in theoretical biological physics and computational
fluid dynamics to investigate fundamental aspects of the pial neurovascular circuit and its impact upon cortical
blood supply and oxygenation. Project 4 will provide a quantitative path from in vivo responses in animal
subjects (Projects 1 and 2) to the interpretation of fMRI data across human subjects (Project 3). This program
will establish a link between observable neurovascular responses and the internal brain state. In particular,
Project 4 will collaborate with Project 1 to integrate experimental knowledge of pial neurovascular circuit
oscillations; it will collaborate with Project 2 to incorporate knowledge on the modulation of neuronal and
vascular activity; finally, it will impact Project 3 by using blood oxygenation models to determine BOLD fMRI
signals in response to pial neurovascular patterns.
Project 4 features two specific aims: (ii) Capture the spatiotemporal neurovascular dynamics and the
patterns of the pial vascular network, that is, the dilation and constriction of arterioles driven by their smooth
muscle sheath; and (ii) Demonstrate the effects of the vasomotor dynamics onto the cortical blood supply and
tissue pO2, thereby establishing a causal link between BOLD/CBV fMRI signals and neuronal activity patterns.
For Aim 1, we shall rely on long standing experimental evidence for ultraslow, ~ 0.1 Hz oscillations of
individual arteriole segments, as well as preliminary data of Project 1 on the pial neurovascular network. Their
combination leads to our theoretical framework of brain arterioles forming a network of coupled oscillators that
control the flow of blood throughout the entire brain. Our first goal is to develop coupled-oscillator-based
mathematical models that capture the essence of the observed neurovascular and neuromodulatory dynamics
across the cortical mantle and propose experimental tests. Our second goal is to demonstrate how the
competition between modulatory drives and intrinsic oscillations of arterioles results in spatial parcellation and
formation of the different constellations of temporally coherent regions, as observed in Projects 1 to 3.
For Aim 2, we will use detailed hemodynamic simulations with an existing three dimensional reconstruction
of the cortical microcirculation to gauge the regulatory effect of vasomotor actuation, modeled in the first aim
and observed in experiments of Projects 1 and 2, on induced changes in cortical blood and oxygen supply.
The effects of rhythmic changes in pial arteriole diameter upon the cerebral blood flow and dynamic resistance
redistributions in microvessels will be specifically dissected to establish the feed forward regulation that
vasomotor exercises upon cortical blood supply and tissue pO2. Vasomotor-modulated blood flow will be
further used to compute spatiotemporal oxygenation maps throughout the depth of cortical layers and across
the pial surface. Those maps will provide the link between the dynamics of oxygenation and the pial network,
which will inform our inferences of the brain state and neuromodulatory inputs from BOLD fMRI signals.
项目摘要/摘要 – 项目 4
我们建议利用我们在理论生物物理学和计算方面最先进的专业知识
流体动力学研究软脑膜神经血管回路的基本方面及其对皮质的影响
项目 4 将提供动物体内反应的定量路径。
受试者(项目 1 和 2)对人类受试者的功能磁共振成像数据的解释(项目 3)。
将在可观察到的神经血管反应和内部大脑状态之间建立联系。
项目 4 将与项目 1 合作,整合软脑膜神经血管回路的实验知识
它将与项目 2 合作,整合有关神经和振动调制的知识。
最后,它将通过使用血氧模型来确定 BOLD fMRI 来影响项目 3
响应软脑膜神经血管模式的信号。
项目 4 有两个具体目标:(ii) 捕获时空神经血管动力学和
软脑膜血管网络的模式,即由其光滑的小动脉驱动的扩张和收缩
肌肉鞘;和 (ii) 展示血管舒缩动力学对皮质血液供应的影响和
组织 pO2,从而在 BOLD/CBV fMRI 信号和神经活动模式之间建立因果关系。
对于目标 1,我们将依靠长期存在的实验证据来证明超慢,约 0.1 Hz 的振荡
单个小动脉段,以及项目 1 关于软脑膜神经血管网络的初步数据。
组合导致我们的脑小动脉形成耦合振荡器网络的理论框架
我们的首要目标是开发基于耦合振荡器的血液流动。
捕捉所观察到的神经血管和神经调节动力学本质的数学模型
我们的第二个目标是展示如何跨越皮质地幔并提出实验测试。
调节驱动器和小动脉固有振荡之间的竞争导致空间分割和
时间相干区域的不同星座的形成,如项目 1 至 3 中所观察到的。
对于目标 2,我们将使用现有的三维重建进行详细的血流动力学模拟
皮质微循环的变化来衡量血管舒缩驱动的调节作用,以第一个目标为模型
并在项目 1 和 2 的实验中观察到皮质血液和氧气供应的诱导变化。
软脑膜小动脉直径节律性变化对脑血流量和动态阻力的影响
将专门剖析微血管中的重新分布,以建立前馈调节
血管舒缩运动取决于皮质血液供应和组织血氧饱和度。
进一步用于计算整个皮质层深度和跨度的时空氧合图
这些图将提供氧合动力学和软脑膜网络之间的联系,
这将帮助我们根据 BOLD fMRI 信号推断大脑状态和神经调节输入。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
ANDREAS A LINNINGER其他文献
ANDREAS A LINNINGER的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('ANDREAS A LINNINGER', 18)}}的其他基金
Image-based cerebrovascular network snythesis(iCNS) to model Alzheimer's Disease
基于图像的脑血管网络合成(iCNS)来模拟阿尔茨海默病
- 批准号:
10561232 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
A FLUID-STRUCTURE INTERACTION MODEL FOR CEREBRAL VASCULATURE, BRAIN TISSUE, AND
脑血管、脑组织和脑血管的流固耦合模型
- 批准号:
8364346 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
ANIMAL VALIDATION OF A NEW VOLUME SENSOR FOR FEEDBACK TREATMENT OF HYDROCEPHALUS
用于脑积水反馈治疗的新型容量传感器的动物验证
- 批准号:
8073574 - 财政年份:2010
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
ANIMAL VALIDATION OF A NEW VOLUME SENSOR FOR FEEDBACK TREATMENT OF HYDROCEPHALUS
用于脑积水反馈治疗的新型容量传感器的动物验证
- 批准号:
7963774 - 财政年份:2010
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
Modeling, Monitoring and Control of Hydrocephalus
脑积水的建模、监测和控制
- 批准号:
7210017 - 财政年份:2007
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
Modeling, Monitoring and Control of Hydrocephalus
脑积水的建模、监测和控制
- 批准号:
7418333 - 财政年份:2007
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
相似国自然基金
本体驱动的地址数据空间语义建模与地址匹配方法
- 批准号:41901325
- 批准年份:2019
- 资助金额:22.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
时空序列驱动的神经形态视觉目标识别算法研究
- 批准号:61906126
- 批准年份:2019
- 资助金额:24.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
针对内存攻击对象的内存安全防御技术研究
- 批准号:61802432
- 批准年份:2018
- 资助金额:25.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
大容量固态硬盘地址映射表优化设计与访存优化研究
- 批准号:61802133
- 批准年份:2018
- 资助金额:23.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
IP地址驱动的多径路由及流量传输控制研究
- 批准号:61872252
- 批准年份:2018
- 资助金额:64.0 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
A HUMAN IPSC-BASED ORGANOID PLATFORM FOR STUDYING MATERNAL HYPERGLYCEMIA-INDUCED CONGENITAL HEART DEFECTS
基于人体 IPSC 的类器官平台,用于研究母亲高血糖引起的先天性心脏缺陷
- 批准号:
10752276 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
Mitochondrial dysfunction and tau pathology in Alzheimer's disease
阿尔茨海默病中的线粒体功能障碍和 tau 病理学
- 批准号:
10805120 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
Modernization of 3-dimensional printing capabilities at the Aquatic Germplasm and Genetic Resource Center
水产种质和遗传资源中心 3 维打印能力的现代化
- 批准号:
10736961 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
SORDINO-fMRI for mouse brain applications
用于小鼠大脑应用的 SORDINO-fMRI
- 批准号:
10737308 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别:
Effects of 16p11.2 copy number variation on neuronal development and pathology
16p11.2 拷贝数变异对神经元发育和病理学的影响
- 批准号:
10659523 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 19.27万 - 项目类别: