Neurovascular Mechanisms of Layer-specific fMRI

层特异性功能磁共振成像的神经血管机制

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT High-resolution functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an essential tool to non-invasively study human brain function. To fully utilize high-resolution fMRI application, it is crucial to establish the detailed cellular and signaling pathways for neurovascular coupling. Although our understanding of the signaling pathways has been significantly improved over the last few years, the pathways responsible for producing fMRI signal changes have not been fully clarified yet. The objective in this particular application is to determine the roles of astrocytes, a strong candidate as a neurovascular mediator, to high-resolution fMRI signal evoked by excitatory and inhibitory neuronal activity. To attain this objective, we will apply well-established multimodal techniques, including electrophysiology and fMRI, to the in vivo olfactory bulb model. The olfactory bulb is ideal to address neurovascular coupling issues since each bulb layer contains distinctive neuronal types and specific synapses, and individual layers can be preferentially activated unlike other brain regions. Our results are expected to contribute to the neural-specific interpretation of fMRI maps by revealing the roles of astrocytes in excitatory and inhibitory neuronal activity in sensory stimulation-evoked fMRI responses. Such findings should also provide insight into how neurovascular coupling is impaired in pathological conditions. Since astrocyte functions are impaired in certain diseases, defects in blood flow control may be caused by abnormal astrocyte function rather than from malfunction in neurons and vessels.
项目摘要/摘要 高分辨率功能磁共振成像(fMRI)是非侵入性研究的重要工具 人脑功能。要充分利用高分辨率功能磁共振成前的应用程序,建立详细信息至关重要 神经血管耦合的细胞和信号通路。尽管我们对信号的理解 在过去的几年中,途径得到了显着改善,导致fMRI的途径 信号变化尚未完全澄清。此特定应用程序的目的是确定 星形胶质细胞的作用,是一个强大的候选人作为神经血管介质的角色,是由高分辨率fMRI信号引起的。 兴奋性和抑制性神经元活性。为了实现这一目标,我们将应用良好的多模式 在体内嗅球模型中,包括电生理学和fMRI在内的技术。嗅球是理想的 解决神经血管耦合问题,因为每个灯泡层都包含独特的神经元类型和特定 与其他大脑区域不同,突触和各个层可以优先激活。我们的结果是 有望通过揭示星形胶质细胞在 在感觉刺激引起的fMRI反应中,兴奋性和抑制性神经元活性。这样的发现应该 还可以洞悉神经血管耦合如何在病理条件下受损。自星形胶质细胞 功能在某些疾病中受到损害,血流控制中的缺陷可能是由异常星形胶质细胞引起的 功能而不是来自神经元和血管中的故障。

项目成果

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Time-dependent spatial specificity of high-resolution fMRI: insights into mesoscopic neurovascular coupling.
Functional Connectivity of Resting Hemodynamic Signals in Submillimeter Orientation Columns of the Visual Cortex.
视觉皮层亚毫米方向柱中静息血流动力学信号的功能连接。
  • DOI:
    10.1089/brain.2015.0414
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Vasireddi,AnilK;Vazquez,AlbertoL;Whitney,DavidE;Fukuda,Mitsuhiro;Kim,Seong-Gi
  • 通讯作者:
    Kim,Seong-Gi
Three-dimensional visual feature representation in the primary visual cortex.
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  • 发表时间:
    2014-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Jin, Tao;Kim, Seong-Gi
  • 通讯作者:
    Kim, Seong-Gi
Inhibitory Neuron Activity Contributions to Hemodynamic Responses and Metabolic Load Examined Using an Inhibitory Optogenetic Mouse Model.
使用抑制性光遗传学小鼠模型检查抑制性神经元活动对血流动力学反应和代谢负荷的贡献。
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