BRAIN CONNECTS: Center for Mesoscale Connectomics

大脑连接:中尺度连接组学中心

基本信息

  • 批准号:
    10664257
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 390.57万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-15 至 2028-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY To understand complex neural pathways and networks and their remarkable ability to generate human behaviors, it is critical to precisely map brain connectomics in vivo. We propose to make significant advances in such brain mapping by founding the Center for Mesoscale Connectomics (CMC). We will first map the mesoscale connections between the frontal and parietal cortices. These connections likely subserve higher-order functions such as attention, decision-making, prospection, and executive control. One key, underappreciated feature of cortical connectivity is its specific variations within a given brain region, further supporting the critical need for descriptions of connectivity at a finer scale. Unfortunately, there has traditionally been a major gap in our pursuit of creating a human brain “wiring diagram” at high spatial resolution, especially since the gold standard for mesoscale brain connectivity, anatomical tract-tracing, cannot be performed in humans. Moreover, techniques that can be applied to humans, such as diffusion MRI tractography, may not recapitulate anatomical connectivity at this scale. Due to this gap, we are lacking an accurate wiring diagram of the human brain that can only be obtained through a multi-modal, cross-species, multi-scale approach. Here, we propose to combine advanced anatomical tract-tracing (Aim 1), polarization-sensitive optical coherence tomography (PS-OCT) (Aim 2), and ultra-high field diffusion tractography (Aim 3) to create such accurate wiring diagrams of human and macaque brains while bridging spatial resolutions and species. Importantly, we will computationally bridge species, methods, and spatial scales via state-of-the art registration and joint (multimodal) modeling of fiber orientations. Subsequently, the remarkable amount of information available in each dataset will be further enhanced using optimized tractography methods. At the end of the proposed funding period, we expect to have complete maps of the mesoscale organization of fronto-parietal connections. We will be poised to apply our multimodal, cross-species methods brain-wide, including both cortical and subcortical circuits. Importantly, the foundation will be laid for computing noninvasive, in vivo, accurate, mesoscale connectivity maps of whole human brains through dMRI tractography, which will allow researchers to link brain connectivity with cognition, behavior, and disease.
项目概要 了解复杂的神经通路和网络及其产生人类的卓越能力 行为,精确绘制体内大脑连接组学至关重要。 通过建立中尺度连接组学中心(CMC)来绘制这样的大脑图 我们将首先绘制中尺度图。 额叶和顶叶皮质之间的连接可能有助于高阶功能。 例如注意力、决策、前景和执行控制等一项未被充分认识的关键特征。 皮质连接性是其在给定大脑区域内的特定变化,进一步支持了以下关键需求: 不幸的是,传统上我们的追求存在很大差距。 以高空间分辨率创建人脑“接线图”,特别是因为黄金标准 中尺度大脑连接、解剖束追踪无法在人类身上进行。 可应用于人类的技术,例如扩散 MRI 纤维束成像,可能无法概括解剖连接性 由于这种差距,我们缺乏准确的人脑接线图。 在这里,我们建议结合先进的方法来获得。 解剖束追踪(目标 1)、偏振敏感光学相干断层扫描 (PS-OCT)(目标 2)和 超高场扩散纤维束成像(目标 3)创建人类和猕猴如此精确的接线图 大脑,同时弥合空间分辨率和物种。 重要的是,我们将通过最先进的配准计算连接物种、方法和空间尺度 以及纤维取向的联合(多模态)建模,随后获得了大量的信息。 每个数据集中的可用信息将使用优化的纤维束成像方法得到进一步增强。 在拟议的资助期结束时,我们期望获得完整的中尺度组织图 我们将准备好在全脑范围内应用我们的多模式、跨物种方法, 重要的是,这将为非侵入性计算奠定基础。 通过 dMRI 纤维束成像在体内准确地绘制整个人脑的中尺度连接图,这将 允许研究人员将大脑连接与认知、行为和疾病联系起来。

项目成果

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