Network response of brain microvasculature to neuronal stimulation
Notice bibliographique
Résumé
Neurovascular coupling (NVC), or the adjustment of blood flow in response to local increases in neuronal activity is a hallmark of healthy brain function, and the physiological foundation for functional magnetic resonance imaging (fMRI). However, it remains only partly understood due to the high complexity of the structure and function of the cerebrovascular network. Here we set out to understand NVC at the network level, i.e. map cerebrovascular network reactivity to activation of neighbouring neurons within a 500×500×500 μm3 cortical volume (∼30 high-resolution 3-nL fMRI voxels). Using 3D two-photon fluorescence microscopy data, we quantified blood volume and flow changes in the brain vessels in response to spatially targeted optogenetic activation of cortical pyramidal neurons. We registered the vessels in a series of image stacks acquired before and after stimulations and applied a deep learning pipeline to segment the microvascular network from each time frame acquired. We then performed image analysis to extract the microvascular graphs, and graph analysis to identify the branch order of each vessel in the network, enabling the stratification of vessels by their branch order, designating branches 1-3 as precapillary arterioles and branches 4+ as capillaries. Forty-five percent of all vessels showed significant calibre changes; with 85% of responses being dilations. The largest absolute CBV change was in the capillaries; the smallest, in the venules. Capillary CBV change was also the largest fraction of the total CBV change, but normalized to the baseline volume, arterioles and precapillary arterioles showed the biggest relative CBV change. From linescans along arteriole-venule microvascular paths, we measured red blood cell velocities and hematocrit, allowing for estimation of pressure and local resistance along these paths. While diameter changes following neuronal activation gradually declined along the paths; the pressure drops from arterioles to venules increased despite decreasing resistance: blood flow thus increased more than local resistance decreases would predict. By leveraging functional volumetric imaging and high throughput deep learning-based analysis, our study revealed distinct hemodynamic responses across the vessel types comprising the microvascular network. Our findings underscore the need for large, dense sampling of brain vessels for characterization of neurovascular coupling at the network level in health and disease.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».