Neurovascular Mechanisms of Layer-specific fMRI

层特异性功能磁共振成像的神经血管机制

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT High-resolution functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an essential tool to non-invasively study human brain function. To fully utilize high-resolution fMRI application, it is crucial to establish the detailed cellular and signaling pathways for neurovascular coupling. Although our understanding of the signaling pathways has been significantly improved over the last few years, the pathways responsible for producing fMRI signal changes have not been fully clarified yet. The objective in this particular application is to determine the roles of astrocytes, a strong candidate as a neurovascular mediator, to high-resolution fMRI signal evoked by excitatory and inhibitory neuronal activity. To attain this objective, we will apply well-established multimodal techniques, including electrophysiology and fMRI, to the in vivo olfactory bulb model. The olfactory bulb is ideal to address neurovascular coupling issues since each bulb layer contains distinctive neuronal types and specific synapses, and individual layers can be preferentially activated unlike other brain regions. Our results are expected to contribute to the neural-specific interpretation of fMRI maps by revealing the roles of astrocytes in excitatory and inhibitory neuronal activity in sensory stimulation-evoked fMRI responses. Such findings should also provide insight into how neurovascular coupling is impaired in pathological conditions. Since astrocyte functions are impaired in certain diseases, defects in blood flow control may be caused by abnormal astrocyte function rather than from malfunction in neurons and vessels.
项目总结/摘要 高分辨率功能磁共振成像(fMRI)是无创性研究的重要工具 人脑功能为了充分利用高分辨率fMRI应用,建立详细的 神经血管耦合的细胞和信号通路。虽然我们对信号的理解 在过去的几年里,fMRI信号通路已经得到了显著的改善, 信号变化尚未完全明确。本特定应用的目的是确定 星形胶质细胞作为一种强有力的神经血管介质,对高分辨率fMRI信号的作用, 兴奋性和抑制性神经元活动。为了实现这一目标,我们将采用行之有效的多式联运 技术,包括电生理学和功能磁共振成像,在体内嗅球模型。嗅球是理想的 由于每个球层包含不同的神经元类型和特定的神经元类型, 突触和各个层可以优先激活,而不像其他大脑区域。我们的结果是 通过揭示星形胶质细胞在脑内的作用,有望有助于对功能磁共振成像图的神经特异性解释。 感觉刺激诱发的fMRI反应中的兴奋性和抑制性神经元活动。这些调查结果应 还提供了神经血管耦合如何在病理条件下受损的见解。由于星形胶质细胞 在某些疾病中,功能受损,异常的星形胶质细胞可能导致血流控制缺陷。 而不是神经元和血管的功能障碍。

项目成果

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Time-dependent spatial specificity of high-resolution fMRI: insights into mesoscopic neurovascular coupling.
高分辨率fMRI的时间依赖性空间特异性:对介质神经血管耦合的见解。
Three-dimensional visual feature representation in the primary visual cortex.
初级视觉皮层中的三维视觉特征表示。
Functional Connectivity of Resting Hemodynamic Signals in Submillimeter Orientation Columns of the Visual Cortex.
视觉皮层亚毫米方向柱中静息血流动力学信号的功能连接。
  • DOI:
    10.1089/brain.2015.0414
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Vasireddi,AnilK;Vazquez,AlbertoL;Whitney,DavidE;Fukuda,Mitsuhiro;Kim,Seong-Gi
  • 通讯作者:
    Kim,Seong-Gi
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  • DOI:
    10.1002/nbm.3191
  • 发表时间:
    2014-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Jin, Tao;Kim, Seong-Gi
  • 通讯作者:
    Kim, Seong-Gi
Inhibitory Neuron Activity Contributions to Hemodynamic Responses and Metabolic Load Examined Using an Inhibitory Optogenetic Mouse Model.
使用抑制性光遗传学小鼠模型检查抑制性神经元活动对血流动力学反应和代谢负荷的贡献。
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