Project 3: Dissecting the neural and neuromodulatory control mechanisms of arterial dynamics during sleep
项目3:剖析睡眠期间动脉动力学的神经和神经调节控制机制
基本信息
- 批准号:10673165
- 负责人:
- 金额:$ 45.49万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-08-01 至 2027-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AreaArteriesAstrocytesBiosensorBlood VesselsBlood VolumeBrainCalcium SignalingCerebrospinal FluidComplementDataDiameterElectroencephalographyFiberGeneticGoalsHumanImageLinkLiquid substanceMeasurementMeasuresMicroscopicMicrospheresModelingMotionMovementMusNeurogliaNeuronsNitric Oxide Synthase Type IParvalbuminsPatternPhotometryPopulationPumpRoleSensorySignal TransductionSleepSomatostatinSpeedTestingTransgenic MiceVascular Smooth MuscleVasodilationVisualizationWorkawakebasal forebraincell typecerebrospinal fluid flowcholinergiccomparativeconstrictionexperimental studyfluorescence imaginghemodynamicshippocampal pyramidal neuronlocus ceruleus structuremouse modelneuralneural circuitneuroimagingneuromechanismneuroregulationneurovascular couplingneurovascular unitnon rapid eye movementnoradrenergicoptical imagingoptogeneticsresponsesolutespatiotemporaltooltwo photon microscopytwo-photonvasoconstriction
项目摘要
Abstract, Project 3
Sleep is accompanied by large changes in neural activity, modulatory state, and hemodynamics. The large
arterial dilations and contractions during sleep could drive perivascular pumping of CSF, which would help clear
fluid and solutes from the brain. We hypothesize that during NREM sleep, the large oscillations of arterial
diameter are driven by local neural activity and coordinated globally across the cortex by noradrenergic (NE) and
cholinergic (ACh) neuromodulatory drive. We will test this idea by optically imaging the cortical vasculature of
sleeping mice while perturbing neural activity and neuromodulation. In Aim 1, we will alter the activity of defined
neuronal populations during sleep using opto-and chemogenetic tools to determine the role of local neural activity
in controlling vascular dynamics. In Aim 2, we will use fluorescent biosensors, optogenetics, and chemogenetics
to understand the role of cholinergic and noradrenergic modulation in coordinating the global cortical vascular
dynamics during sleep. We will measure the temporal relationship between ACh and NE modulation, and dissect
their respective roles in controlling hemodynamics during sleep. In Aim 3, we will use multiplane two-photon
imaging to visualize the directions of propagation of arterial constrictions and dilations and widefield imaging of
neural and vascular signals to visualize how vascular activity is coordinated across multiple spatial scales during
sleep.
Project 3 will contribute to the overall U19 proposal by dissecting the neural mechanisms controlling
arterial dilations and constrictions during NREM sleep. Our measures of arterial dynamics at both the local and
global scales during sleep will provide important data for the modeling in Project 1. Our use of the mouse model
will complement the measurements in Project 2. It will also help bridge the detailed mechanistic studies relating
arterial diameter changes of CSF movement in Project 2 with the other Projects by making corresponding arterial
dynamics measures during sleep. Our determination of causal relationships among neuromodulation, neuronal
subtype activity, and vascular dynamics will be applied to understand the simultaneous EEG and neuroimaging
data in Project 4.
摘要,项目 3
睡眠伴随着神经活动、调节状态和血流动力学的巨大变化。大的
睡眠期间的动脉扩张和收缩可能会驱动脑脊液的血管周围泵送,这将有助于清除
来自大脑的液体和溶质。我们假设在 NREM 睡眠期间,动脉的大幅振荡
直径由局部神经活动驱动,并由去甲肾上腺素能 (NE) 和整个皮质进行全局协调
胆碱能(ACh)神经调节驱动。我们将通过对大脑皮层脉管系统进行光学成像来测试这个想法
睡眠小鼠同时扰乱神经活动和神经调节。在目标 1 中,我们将改变定义的活动
使用光和化学遗传学工具在睡眠期间的神经元群体来确定局部神经活动的作用
控制血管动力学。在目标 2 中,我们将使用荧光生物传感器、光遗传学和化学遗传学
了解胆碱能和去甲肾上腺素能调节在协调整体皮质血管中的作用
睡眠期间的动态。我们将测量 ACh 和 NE 调制之间的时间关系,并剖析
它们在睡眠期间控制血流动力学方面各自的作用。在目标 3 中,我们将使用多平面双光子
成像以可视化动脉收缩和扩张的传播方向以及宽场成像
神经和血管信号,以可视化血管活动在多个空间尺度上的协调情况
睡觉。
项目 3 将通过剖析控制神经机制来为 U19 整体提案做出贡献
NREM 睡眠期间的动脉扩张和收缩。我们对本地和本地动脉动态的测量
睡眠期间的全局尺度将为项目1中的建模提供重要数据。我们对小鼠模型的使用
将补充项目 2 中的测量。它还将有助于弥合相关的详细机制研究
通过制作相应的动脉,项目 2 中脑脊液运动的动脉直径变化与其他项目
睡眠期间的动态测量。我们确定神经调节、神经元之间的因果关系
亚型活动和血管动力学将用于了解同步脑电图和神经影像
项目 4 中的数据。
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)
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