Noninvasive imaging-based electrophysiology using microelectronic devices

使用微电子设备进行基于无创成像的电生理学

基本信息

  • 批准号:
    8658488
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39.22万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2016-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The goal of this project is to establish a strategy that will make neuronal electrical signaling detectable via magnetic resonance imaging (MRI) at a whole-brain level. Our approach is built on the novel concept of using cell-adhesive micron-scale electronic devices to transduce neuronal potentials across the brain into magnetic field fluctuations. As part of our validation of these voltage-sensing microprobes, we also propose to implement a new, scalable method for simultaneous recording of MRI and electrophysiological data. The methods we propose to develop will be broadly applicable to problems in neurobiology, and will transform neuroscientists' ability to study integrative functions of the brain. Our microprobe approach will also help establish a new paradigm in diagnostic medicine and molecular imaging, where tiny machines, rather than conventional chemical contrast agents, will report on aspects of cellular physiology. Recent work has dem- onstrated that micron-scale electrodes, coated with cell-adhesive molecules and juxtaposed against cultured cells allow recording of millivolt-scale action potentials, comparable to intracellular recordings. The current induced in a microelectrode can be converted into a modest, transient magnetic field if it is channeled into an inductor. In Specific Aim 1, we will model the magnetic fields produced by feasible currents in spiral or solenoidal microcoils of defined geometry, compute predicted effects on MRI signal amplitude and phase as a function of microprobe distribution, and fabricate the microprobes themselves. Preliminary calculations indicate that localized, transient fields of about 10 nT could be produced in individual 10-turn microcoils of 1 5m diameter. Magnetic fields of this order are greater than endogenous neuronal fields detected in tech- nologies like magnetoencephalography, and have been shown previously to be measurable by MRI in some contexts. In Specific Aim 2, we will test the ability of our microprobes to report action potentials from neu- ronal populations in MRI. The microdevices wil first be applied to cultured neurons or neural tissue slices and placed in an MRI scanner. Data series will be obtained using multiple protocols to detect variations of MRI signal due to variations in neuronal activity. If experiments in culture are successful, microprobes will be site-specifically injected into the cerebral cortex of anesthetized rats, and tested in an somatosensory stimu- lation paradigm. In Specific Aim 3, we will establish a simultaneous MRI and conventional electrophysiology approach to validate the novel MRI voltage probes directly. Performing electrophysiology in an MRI scanner is complicated by artifacts induced by the scanning hardware, in particular due to switched gradient fields. To circumvent this problem, we will measure neuronal potentials using differential recording from pairs of channels on tetrodes or modified tetrodes. Once the in-scanner recording method has been refined, MRI- based and conventional electrophysiology data will be obtained and compared to assess performance of the voltage-sensing microprobes, and to guide further improvements, if necessary.
描述(由申请人提供):该项目的目的是建立一种策略,该策略将通过磁共振成像(MRI)在整个脑水平上检测到神经元电信号传导。我们的方法建立在新的概念上,即使用细胞粘附的微米尺度电子设备将跨大脑的神经元电位转移到磁场波动中。作为对这些电压感应微探针的验证的一部分,我们还建议实施一种新的可扩展方法,以同时记录MRI和电生理数据。我们建议开发的方法将广泛适用于神经生物学的问题,并将改变神经科学家研究大脑综合功能的能力。我们的微探针方法还将有助于建立诊断医学和分子成像方面的新范式,在该诊断医学和分子成像中,微型机器(而不是常规的化学对比剂)将报告细胞生理学方面。最近的工作表明,用细胞粘附分子涂覆并与培养细胞并置的微米尺度电极可以记录与细胞内记录相媲美的毫伏型尺度的动作电位。如果将微电极中诱导的电流转换为适度的,瞬态磁场,如果将其引导到电感器中。在特定的目标1中,我们将对定义几何形状的螺旋或螺线管微线圈中可行电流产生的磁场进行建模,计算对MRI信号振幅和相位的预测影响,并根据微探针分布的函数,并构成微propoprobers本身。初步计算表明,可以在直径1 5m的单个10扭转微型机构中产生局部的瞬态瞬时场。该顺序的磁场大于在磁脑电图等技术学中检测到的内源性神经元场,并且在某些情况下已显示MRI可以测量。在特定的目标2中,我们将测试微探测报告在MRI中报告的动作电位的能力。该微发行版将首先应用于培养的神经元或神经组织切片,并放置在MRI扫描仪中。由于神经元活性的变化,将使用多种方案使用多种方案来检测MRI信号的变化。如果培养中的实验成功,则将微探针特异性地注射到麻醉大鼠的大脑皮层中,并在体感刺激范式中进行测试。在特定目标3中,我们将建立同时的MRI和常规电生理方法,以直接验证新型MRI电压探针。在MRI扫描仪中执行电生理学,这是由于扫描硬件引起的伪像,特别是由于切换梯度场。为了解决这个问题,我们将使用从四极管或修饰的四极管上的一对通道的差异记录来测量神经元电位。一旦完善了扫描仪记录方法,将获得基于MRI的和常规的电生理学数据并进行比较以评估电压感应微探针的性能,并在必要时指导进一步的改进。

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 }}

Alan Jasanoff其他文献

Alan Jasanoff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('Alan Jasanoff', 18)}}的其他基金

Analysis of integrated brain functions using hemogenetic imaging
使用血遗传学成像分析大脑的综合功能
  • 批准号:
    10365025
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Analysis of Integrated Brain Functions Using Hemogenetic Imaging
使用血遗传学成像分析大脑的综合功能
  • 批准号:
    10553193
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Multimodal probes for multiscale calcium imaging
用于多尺度钙成像的多模态探针
  • 批准号:
    10154098
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Hemogenetic imaging technology for circuit-specific analysis of primate brain function
用于灵长类大脑功能电路特异性分析的血遗传学成像技术
  • 批准号:
    10652546
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Hemogenetic imaging technology for circuit-specific analysis of primate brain function
用于灵长类大脑功能电路特异性分析的血遗传学成像技术
  • 批准号:
    10271639
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Hemogenetic imaging technology for circuit-specific analysis of primate brain function
用于灵长类大脑功能电路特异性分析的血遗传学成像技术
  • 批准号:
    10478067
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Neurobiological Engineering Training Program
神经生物工程培训项目
  • 批准号:
    10205813
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Nanosensors for sensitive brain-wide neurochemical imaging
用于敏感全脑神经化学成像的纳米传感器
  • 批准号:
    10154138
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Toward functional molecular neuroimaging using vasoactive probes in human subjects
在人类受试者中使用血管活性探针进行功能性分子神经成像
  • 批准号:
    10253338
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Neurobiological Engineering Training Program
神经生物工程培训项目
  • 批准号:
    10385784
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:

相似国自然基金

基于短肽诱导蚕丝蛋白组装的可控粘附生物粘合剂的制备及粘附性能研究
  • 批准号:
    52303272
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
氮杂环丙烷基聚多硫化物可逆粘合剂的分子设计与制备
  • 批准号:
    22378080
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
多酚功能化壳聚糖基组织粘合剂构建及其能量耗散机制探究
  • 批准号:
    82302389
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
多尺度低表面能粘合剂的构筑及织物基传感器稳定性提升机制研究
  • 批准号:
    22302110
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

CORTICOSPINAL MECHANISMS FOR HIGH FAT DIET IMPEDING STROKE RECOVERY
高脂肪饮食阻碍中风恢复的皮质脊髓机制
  • 批准号:
    10534142
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
CORTICOSPINAL MECHANISMS FOR HIGH FAT DIET IMPEDING STROKE RECOVERY
高脂肪饮食阻碍中风恢复的皮质脊髓机制
  • 批准号:
    10065530
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
CORTICOSPINAL MECHANISMS FOR HIGH FAT DIET IMPEDING STROKE RECOVERY
高脂肪饮食阻碍中风恢复的皮质脊髓机制
  • 批准号:
    10265993
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
CORTICOSPINAL MECHANISMS FOR HIGH FAT DIET IMPEDING STROKE RECOVERY
高脂肪饮食阻碍中风恢复的皮质脊髓机制
  • 批准号:
    10317070
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
Flexible Ion-Mediated Artificial Retina
柔性离子介导人工视网膜
  • 批准号:
    8710818
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 39.22万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了