Plasticizing the cortex to enhance stroke recovery

塑化皮质以促进中风恢复

基本信息

  • 批准号:
    10819906
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 52.5万
  • 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:
    2023-05-01 至 2026-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT Stroke is the leading cause of long-term disability, affecting almost 800,000 patients per year in the US. Most stroke survivors have some degree of spontaneous recovery, but this recovery is unpredictable and in many cases incomplete. Successful recovery requires plasticity at the synaptic and cellular level to collectively “rewire” damaged brain networks, in a process called remapping. On a global scale, plasticity in brain networks can be observed in the restoration of functional connectivity (fc) between repaired circuits and distant brain networks. Fc likely contributes to recovery of more complex. However, little is known about the mechanisms underlying network plasticity in remapping and fc. The overarching goal of this proposal is to understand mechanisms of plasticity in brain networks after stroke. Enhancing these mechanisms of repair may be key to designing therapies to improve recovery and attenuate disability after stroke. Many of the processes underlying plasticity in the injured brain mirror those that occur in the developing brain. Most saliently demonstrated in the visual cortex (V1) during development, binocular vision leads to balanced segregation of eye inputs into ocular dominance (OD) columns in V1. Monocular deprivation (MD, suturing one eye shut) during development leads the OD columns of the spared eye to competitively take over the OD columns of the deprived eye, similar to remapping after stroke. This plasticity dissipates in adulthood due to the maturation of inhibitory parvalbumin interneurons (PV-INs) in V1. PV-INs are the most prevalent inhibitory neurons in the brain, and act as ‘brakes’ to close critical periods of developmental plasticity, cementing in place mature spatial/temporal patterns of brain activity. However, recent studies have shown that juvenile-like OD plasticity can be restored in adult mice by selectively reducing firing rates in PV-INs, or by weakening the strength of excitatory synapses onto PV-INs (thus weakening their feed-forward inhibitory activity). PV-INs have been further implicated in restricting plasticity in the hippocampus, striatum, prefrontal cortex, and auditory cortex. Given the prevalence of PV-INs throughout the brain, these findings invite the exciting possibility that PV-INs are “gate-keepers” of neuronal plasticity, and potential targets for therapeutic intervention in the injured brain. The central hypothesis of this grant is that activity in PV-INs regulates network plasticity during sensory deprivation and after stroke. We will employ cutting edge non-invasive optical neuroimaging of cortical calcium dynamics in mice to probe changes in local sensory maps and global fc, in combination with viral gene transfer targeted to PV-INs, to understand the role of activity (Aim 1) and synaptic inputs onto PV-INs (Aim 2) in mediating deprivation-induced cortical plasticity and recovery from stroke. Aim 1: To determine if modulating PV-IN activity can enhance cortical plasticity during whisker sensory deprivation and recovery after ischemic injury. Aim 2: Todetermine the mechanistic role of excitatory synapses onto PV-INs in regulating cortical plasticity during whisker sensory deprivation and recovery after ischemic injury. Aim 3: To identify the translatome of plasticity in PV and Pyramidal neurons during whisker deprivation and after ischemic injury.
抽象的 中风是导致长期残疾的主要原因,在美国每年影响近 800,000 名患者。 中风幸存者有一定程度的自发恢复,但这种恢复是不可预测的,并且在许多情况下 成功的恢复需要突触和细胞水平的可塑性。 在全球范围内,“重新连接”受损的大脑网络,即大脑网络的可塑性。 可以在修复后的电路和远端大脑之间功能连接(fc)的恢复中观察到 Fc 可能有助于更复杂的恢复,但对其机制知之甚少。 重映射和 FC 中的基础网络可塑性 该提案的首要目标是理解。 增强这些修复机制可能是中风后大脑网络的可塑性机制。 设计治疗方法以改善中风后的康复并减轻残疾。 受伤大脑中可塑性的许多过程反映了发育中大脑中发生的过程。 在发育过程中,最明显的是视觉皮层(V1),双眼视觉会导致 将眼睛输入平衡分离到 V1 中的眼优势 (OD) 列中。 在发育过程中缝合一只眼睛(闭上一只眼睛)会导致幸存的眼睛的 OD 列竞争性地接管 被剥夺的眼睛的 OD 列,类似于中风后的重新映射,这种可塑性在成年后消失。 由于 V1 中抑制性小白蛋白中间神经元 (PV-IN) 的成熟,PV-IN 最为普遍。 大脑中的抑制性神经元,并充当关闭发育可塑性关键时期的“刹车”, 然而,最近的研究表明,大脑活动的成熟空间/时间模式。 通过选择性降低 PV-IN 的放电率,或通过 削弱 PV-IN 上兴奋性突触的强度(从而削弱其前馈抑制 PV-IN 还进一步限制了海马体、纹状体、前额叶的可塑性 鉴于 PV-IN 在整个大脑中的普遍存在,这些发现引起了人们的注意。 令人兴奋的可能性是 PV-IN 是神经元可塑性的“看门人”,也是治疗的潜在靶点 对受伤的大脑进行干预。 这项资助的核心假设是 PV-IN 的活动在感觉过程中调节网络可塑性 我们将采用最先进的皮质钙非侵入性光学神经成像技术。 小鼠动态,结合病毒基因转移,探测局部感觉图和全局 FC 的变化 针对 PV-IN,了解活动(目标 1)和突触输入到 PV-IN(目标 2)的作用 介导剥夺引起的皮质可塑性和中风恢复 目标 1:确定是否具有调节作用。 PV-IN 活性可以增强胡须感觉剥夺和缺血后恢复期间的皮质可塑性 目标 2:确定 PV-IN 上的兴奋性突触在调节皮质中的机制作用。 胡须感觉剥夺期间的可塑性和缺血性损伤后的恢复 目标 3:确定胡须感觉剥夺期间的可塑性。 胡须剥夺期间和缺血性损伤后PV和锥体神经元可塑性的翻译组。

项目成果

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