Engineering neuroplasticity using volitional control of activity-dependent optogenetic stimulation in macaque sensorimotor cortex
利用意志控制猕猴感觉运动皮层活动依赖性光遗传学刺激来工程神经可塑性
基本信息
- 批准号:10523649
- 负责人:
- 金额:$ 5.43万
- 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:2021-08-15 至 2024-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AreaBehavioralBrainDiseaseEffectivenessElectrophysiology (science)EngineeringLearningLightMacacaMapsMeasuresMemoryMotorNeuronal PlasticityNeuronsParentsPatternPhysiologicalRecovery of FunctionRehabilitation therapyRoleSolidSomatosensory CortexStrokeStructureVolitionawakebasedesigninjury recoveryinsightischemic lesionnervous system disorderneurological rehabilitationnoveloptogeneticsrelating to nervous systemsensorimotor systemsomatosensorytool
项目摘要
Project summary
The brain shows marked plasticity across a variety of learning and memory tasks as well as during
recovery after injury. Many have proposed to leverage this innate plasticity using brain stimulation
to treat neural disorders. Implementing such treatments requires advanced engineering tools as
well as a solid understanding of how stimulation-induced plasticity drives changes in network
dynamics and connectivity at a large scale and across multiple brain areas. Here, we propose to
use our novel engineering tools to precisely manipulate neural activity in macaque sensorimotor
cortex to investigate and induce targeted cortical reorganization. I hypothesize that a closed-loop
optogenetic stimulation of somatosensory cortex based on the natural functional connectivity of
the sensorimotor system can drive cortical plasticity and induce functional recovery. The
functional connectivity maps of the somatosensory and motor cortical areas will be estimated as
a guide for targeted stimulation. In Aim 1 the effectiveness of activity-dependent stimulation
informed by the brain state and structure will be investigated to both strengthen the natural
existing connections and to induce new connections. In Aim 2 the same activity-dependent
stimulation as aim 1 will be evaluated to induce new connections in the presence of an ischemic
lesion. The results of these aims will be compared with the three stimulation paradigms proposed
in the parent R01 to evaluate the role of brain state and structure in stimulation-induced plasticity.
These aims are designed to provide us with both behavioral and electrophysiological measures
to assess the targeted cortical reorganization. The combination of these measures can shed light
on different aspects of brain plasticity and functional recovery mechanisms. The results of these
aims will be a proof of concept for the power of refined stimulation patterns for targeted
rehabilitation and rewiring of the brain that not only can be used for neurorehabilitation but also
can help understand the circuits and connectivity in these cortical areas.
项目摘要
大脑在各种学习和记忆任务以及期间显示出明显的可塑性
受伤后恢复。许多人建议使用大脑刺激利用这种先天的可塑性
治疗神经障碍。实施此类治疗需要高级工程工具为
以及对刺激诱导的可塑性如何驱动网络变化的深刻理解
大规模和多个大脑区域的动态和连通性。在这里,我们建议
使用我们的新型工程工具来精确操纵猕猴感觉运动的神经活动
调查和诱导靶向皮质重组的皮层。我假设闭环
基于自然功能连接的体感皮质的光遗传学刺激
感觉运动系统可以驱动皮质可塑性并诱导功能恢复。这
体感和运动皮质区域的功能连通图估计为
目标刺激指南。在AIM 1中,活动依赖性刺激的有效性
由大脑状态和结构告知,将被调查以增强自然
现有连接并诱导新连接。在AIM 2中相同的活动依赖性
将评估AIM 1的刺激以在缺血的情况下诱导新连接
病变。这些目标的结果将与提出的三个刺激范例进行比较
在母体R01中,评估脑状态和结构在刺激诱导的可塑性中的作用。
这些目标旨在为我们提供行为和电生理学措施
评估靶向的皮质重组。这些措施的结合可以散发出光线
在大脑可塑性和功能恢复机制的不同方面。这些结果
目的将是针对目标的精制刺激模式的概念证明
大脑的康复和重新布线不仅可以用于神经康复,还可以使用
可以帮助了解这些皮质区域的电路和连通性。
项目成果
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专著数量(0)
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