Project 2
项目2
基本信息
- 批准号:10294713
- 负责人:
- 金额:$ 57.22万
- 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:AcetylcholineAddressAffectBRAIN initiativeBehavioralBloodBlood VesselsBrainCaliberCell NucleusCollaborationsDopamineElectrodesEnsureFoundationsFunctional Magnetic Resonance ImagingGenerationsGoalsHumanImageLinkMeasuresModelingMusNeuromodulatorNeuronsNeurotransmittersNorepinephrineOpticsPatternPerformancePhysiologicalPredictive ValueResearchRoleSerotoninSignal TransductionSystemTestingTimeTranslatingWorkarterioleawakebehavioral outcomecognitive performanceexperimental studyhemodynamicsmathematical modelmemberneuronal patterningneuroregulationneurovascularnoveloptical imagingoptogeneticsphenomenological modelsresponsescale upspatiotemporaltoolvasomotion
项目摘要
Abstract
We propose to investigate the role of neuromodulation in the phenomenon of “whole-cortex” activity of
the pial neurovascular circuit. This circuit is composed of a network of pial arterioles that integrate neuronal
activity with the intrinsic arteriolar vasomotion producing dynamic patterns of coherent oscillations in the
arteriolar diameter effectively parcellating the cortical mantle.
Prior research suggests that ascending neuromodulatory systems may work in parallel affecting the brain state
and processing capacity of large-scale cortical networks. In the majority of these studies, however, the
presence of neuromodulatory neurotransmitters in the cortex was not directly measured. Rather, their release
was inferred from stimulation of the corresponding subcortical nuclei or indirect measures. To overcome this
limitation, in the proposed project we will use direct, selective and sensitive optical probes for
acetylcholine, norepinephrine, dopamine and serotonin and track the presence of these neurotransmitters
in space and time across the cortical mantle in awake behaving mice. We will combine these probes with
optical imaging of neuronal Ca2+, blood oxygenation, optically transparent electrode arrays, optogenetic
manipulations and BOLD fMRI. Using these tools, including those pioneered by the members of our team, we
will address the role of neuromodulation in generation of (i) large-scale spontaneous cortical neuronal activity
observed with wide-field Ca2+ imaging, (ii) temporally coherent patterns of vasomotion in the pial neurovascular
circuit, and (iii) the resultant spatiotemporal pattern of hemodynamic fluctuations. Further, we ask whether
these spatiotemporal patterns of vasomotion and hemodynamics, which can be measured noninvasively, can
be used to infer the underlying internal brain state and/or activity of specific neuromodulatory systems.
We will collaborate with Project 1 to understand the rules of integration of the neuromodulatory drive with local
neuronal activity and intrinsic oscillatory dynamics within the pial neurovascular circuit. We will also collaborate
with Project 3 to ensure that our findings translate up the scale from mice to humans. A critical link to Project
3 will be simultaneous optical/fMRI studies in awake mice. Finally, we will work with Project 4 to devise a
phenomenological mathematical model that captures the essence of a brain state from the standpoint of the
vascular integrator producing large-scale patterns of coherent vascular/hemodynamic fluctuations.
This Project will provide a novel, unprecedented view on the role of neuromodulation in orchestrating large-
scale spontaneous neuronal and hemodynamic activity, explore the underlying mechanisms, and offer a strong
physiological foundation for the interpretation of large-scale fMRI signals and better understanding of the
mechanisms linking spontaneous neuronal activity to cognitive performance. In collaboration with other
Projects, we will deliver a predictive, conceptual model of local and global control of the pial
neurovascular circuit and inference of brain states and specific neuromodulatory circuits in humans.
抽象的
我们建议研究神经调节在“全皮质”活动现象中的作用
软脑膜神经血管回路该回路由整合神经元的软脑膜小动脉网络组成。
与内在小动脉血管舒缩的活动产生相干振荡的动态模式
小动脉直径有效地分割皮质套。
先前的研究表明,上行神经调节系统可能同时影响大脑状态
然而,在大多数这些研究中,大规模皮层网络的处理能力。
皮层中神经调节神经递质的存在并没有直接测量,而是它们的释放。
通过刺激相应的皮质下核或间接措施来克服这一点。
限制,在拟议的项目中,我们将使用直接、选择性和灵敏的光学探针
乙酰胆碱、去甲肾上腺素、多巴胺和血清素并追踪这些神经递质的存在
我们将把这些探针与清醒行为小鼠的皮质地幔的空间和时间结合起来。
神经元 Ca2+ 光学成像、血氧、光学透明电极阵列、光遗传学
使用这些工具,包括我们团队成员首创的工具,我们
将解决神经调节在产生(i)大规模自发皮质神经元活动中的作用
通过宽视野 Ca2+ 成像观察到,(ii) 软脑膜神经血管中血管运动的时间相干模式
电路,以及(iii)由此产生的血流动力学波动的时空模式。此外,我们询问是否。
这些可以无创测量的血管舒缩和血流动力学的时空模式可以
用于推断特定神经调节系统的潜在内部大脑状态和/或活动。
我们将与项目1合作,了解神经调节驱动与局部神经元的整合规则。
我们还将合作研究软脑膜神经血管回路内的神经元活动和内在振荡动力学。
与项目 3 合作,以确保我们的发现能够从小鼠扩展到人类,这是与项目的关键联系。
3 将在清醒小鼠中进行同步光学/功能磁共振成像研究 最后,我们将与项目 4 合作设计一个。
从现象学的角度捕捉大脑状态本质的数学模型
血管积分器产生大规模的连贯血管/血流动力学波动模式。
该项目将为神经调节在协调大规模神经调节中的作用提供一种新颖的、前所未有的观点。
衡量自发神经元和血流动力学活动,探索潜在机制,并提供强大的
为解释大规模功能磁共振成像信号和更好地理解功能奠定了生理基础
与其他人合作将自发神经活动与认知表现联系起来的机制。
在项目中,我们将提供局部和全局控制的预测性概念模型
神经血管回路以及人类大脑状态和特定神经调节回路的推断。
项目成果
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专著数量(0)
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专利数量(0)
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