Neurovascular Coupling in Aging--Optical Methods

衰老过程中的神经血管耦合——光学方法

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Common non-invasive methods for studying the human brain function, such as Positron Emission Tomography (PET) and functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), are based on imaging some of the consequences of neuronal activity (i.e., increased blood flow to active areas of the brain) rather than reflecting this activity directly. However, the relationship between neuronal activity and blood flow - neurovascular coupling - is not well understood. The assumption that this relationship is linear and similar across subjects, brain areas, and experimental conditions may not always be valid, especially when individuals of varying age and cardiopulmonary fitness levels are compared. One significant limitation of most studies testing the linearity assumption is that only the hemodynamic signal is manipulated and measured, without an independent measure of neuronal activity. In this proposal we intend to use a novel approach to the investigation of neurovascular coupling, based on recording non-invasive optical brain imaging data in young adults, and in older adults selected for being high or low in cardiopulmonary fitness. Optical methods provide simultaneously recorded but independent measures of hemodynamic (near-infra-red spectroscopy, or NIRS) and neuronal (the event-related optical signal, or EROS) activity. Event-related brain potentials (ERPs) and the BOLD fMRI response will also be recorded in the same subjects and conditions to provide an external validation to this approach. Our specific goals are to determine whether and under which conditions the overall relationship between neuronal and hemodynamic signals is linear; what are the parameters of this function, and whether they vary with age, fitness, area of the brain, and sensory, motor and cognitive load. This approach is intended to provide an empirical, systematic, and parametric methodology for describing the neurovascular coupling in different brain regions and subject populations. We believe that this approach will provide data that will help explicate the relationship between neuronal and vascular events and provide a bridge between neuronal and hemodynamic imaging methods.
描述(由申请人提供): 研究人脑功能的常见非侵入性方法,例如正电子发射断层扫描(PET)和功能性磁共振成像(fMRI),是基于成像神经元活性的某些后果(即增加了血液流向脑的活性区域),而不是直接反映这种活性。然而,神经元活动与血流之间的关系 - 神经血管耦合 - 尚不清楚。这种关系是在受试者,大脑区域和实验条件之间是线性且相似的假设可能并不总是有效的,尤其是当比较年龄和心肺适应水平的个人时。测试线性假设的大多数研究的一个重要局限性是,只能操纵和测量血液动力学信号,而无需独立的神经元活性测量。在此提案中,我们打算采用一种新的方法来研究神经血管耦合,基于记录年轻人的非侵入性光学脑成像数据,以及因心肺肺结核适应性高或低而被选为高年级成年人。光学方法提供了同时记录的但独立的血液动力学(接近红外光谱法或NIR)和神经元(事件相关的光学信号或EROS)活性的测量。事件相关的大脑电位(ERP)和BOLD FMRI响应也将在相同的受试者和条件下记录,以对此方法提供外部验证。我们的具体目标是确定神经元和血液动力学信号之间的总体关系是线性的以及是否条件。该功能的参数是什么,以及它们是否随着年龄,健身,大脑区域以及感觉,运动和认知载荷而变化。这种方法旨在提供一种经验,系统和参数方法,用于描述不同大脑区域和受试者种群中的神经血管耦合。我们认为,这种方法将提供有助于阐明神经元和血管事件之间关系的数据,并在神经元和血液动力学方法之间提供桥梁。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Optical imaging of temporal integration in human auditory cortex.
人类听觉皮层时间整合的光学成像。
  • DOI:
    10.1111/j.1460-9568.2006.05255.x
  • 发表时间:
    2007
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Sable,JeffreyJ;Low,KathyA;Whalen,ChristopherJ;Maclin,EdwardL;Fabiani,Monica;Gratton,Gabriele
  • 通讯作者:
    Gratton,Gabriele
Optical imaging of the intact human brain.
完整人脑的光学成像。
Neuroanatomical correlates of aging, cardiopulmonary fitness level, and education.
  • DOI:
    10.1111/j.1469-8986.2008.00676.x
  • 发表时间:
    2008-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Gordon BA;Rykhlevskaia EI;Brumback CR;Lee Y;Elavsky S;Konopack JF;McAuley E;Kramer AF;Colcombe S;Gratton G;Fabiani M
  • 通讯作者:
    Fabiani M
Neurovascular coupling in normal aging: a combined optical, ERP and fMRI study.
  • DOI:
    10.1016/j.neuroimage.2013.04.113
  • 发表时间:
    2014-01-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Fabiani, Monica;Gordon, Brian A.;Maclin, Edward L.;Pearson, Melanie A.;Brumback-Peltz, Carrie R.;Low, Kathy A.;McAuley, Edward;Sutton, Bradley P.;Kramer, Arthur F.;Gratton, Gabriele
  • 通讯作者:
    Gratton, Gabriele
Does white matter matter? Spatio-temporal dynamics of task switching in aging.
白色重要吗?
  • DOI:
    10.1162/jocn.2009.21093
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Gratton,Gabriele;Wee,Emily;Rykhlevskaia,ElenaI;Leaver,EchoE;Fabiani,Monica
  • 通讯作者:
    Fabiani,Monica
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