Resting state connectivity: Biophysical basis for and improved fMRI measurements

静息状态连接:功能磁共振成像测量的生物物理基础和改进

基本信息

  • 批准号:
    9353883
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 101.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-09-16 至 2021-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Principal Investigators(Last, first, middle):KLEINFELD, DAVID and ROSEN, BRUCE R. Functional magnetic resonant imaging (fMRI) is the only means to infer neuronal activity within the entire volume of the human brain. A powerful aspect of fMRI concerns coordinated fluctuations in the amplitude of blood oxygen level dependent (BOLD) signals across distant regions of the brain, which are interpreted as "resting-state functional connections". Here we address the underlying biophysical mechanism that underlies resting-state functional connectivity. Our hypothesis is that the natural ultra-low frequency oscillations in the smooth muscle of arteriole walls, termed vasomotion, acts as an intermediate oscillator that links oscillations in neuronal activity with the blood oxygenation and thus fMRI signals. Rodent models permit us to test this hypothesis through detailed two-photon imaging, advanced fMRI measurements, and manipulations of cortical vascular dynamics and blood oxygenation under controlled conditions. We then advance the spatial resolution of ultra high field MR imaging in humans to image single intracortical vessels, with 100 micrometer or better resolution, to test whether vasomotion may be a unifying mechanism for resting and task-driven fMRI signals. The results of these studies have two consequences. One is to provide the underpinnings for interpreting resting state connectivity relative to neuronal projections. The second is a new model of mapping functional connections via changes in arteriole volume. In particular, the strong homologies between the physiology of rodents and primates suggest that these methods can be extended to map resting- state functional connections in the human brain with higher resolution and greater precision than previously achieved. This new mechanistic insight will advance our use of fMRI to study cognition and a variety of neuropsychiatric disorders.
首席研究员(后、前、中):KLEINFELD、DAVID 和 ROSEN、BRUCE R. 功能磁共振成像(fMRI)是推断神经元活动的唯一方法 人脑的整个体积。功能磁共振成像的一个强大方面涉及协调波动 大脑远处区域的血氧水平依赖(BOLD)信号的幅度, 被解释为“静息态功能连接”。在这里我们讨论潜在的生物物理 静息态功能连接的基础机制。我们的假设是自然 小动脉壁平滑肌中的超低频振荡,称为血管舒缩,充当 将神经元活动的振荡与血液氧合联系起来的中间振荡器 因此功能磁共振成像信号。啮齿动物模型使我们能够通过详细的双光子来检验这一假设 成像、先进的功能磁共振成像测量以及皮质血管动力学和血液的操作 在受控条件下进行氧合。然后我们提高了超高场磁共振的空间分辨率 人体成像以 100 微米或更好的分辨率对单个皮质内血管进行成像 测试血管舒缩是否可能是静息和任务驱动的功能磁共振成像信号的统一机制。这 这些研究的结果有两个后果。一是为口译提供基础 与神经元投射相关的静息状态连接。二是新的测绘模式 通过小动脉体积变化的功能连接。特别是,之间的强同源性 啮齿动物和灵长类动物的生理学表明这些方法可以扩展到绘制静息图 比人脑中的功能连接具有更高的分辨率和精度 先前实现的。这种新的机制见解将推动我们使用功能磁共振成像来研究认知和 各种神经精神疾病。

项目成果

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