A deep learning pipeline for mapping in situ network-level neurovascular coupling in multi-photon fluorescence microscopy
Notice bibliographique
Résumé
Functional hyperemia is a well-established hallmark of healthy brain function, whereby local brain blood flow adjusts in response to a change in the activity of the surrounding neurons. Although functional hyperemia has been extensively studied at the level of both tissue and individual vessels, vascular network-level coordination remains largely unknown. To bridge this gap, we developed a deep learning-based pipeline that uses two-photon fluorescence microscopy images of cerebral microcirculation to enable automated reconstruction and quantification of the geometric changes across the microvascular network, comprising hundreds of interconnected blood vessels, pre and post-activation of the neighboring neurons. The pipeline’s utility was demonstrated in the Thy1-ChR2 optogenetic mouse model, where we observed network-wide vessel radius changes to depend on the photostimulation intensity, with both dilations and constrictions occurring across the cortical depth, at an average of 16.1±14.3 μm (mean ± SD) away from the most proximal neuron for dilations; and at 21.9±14.6 μm away for constrictions. We observed a significant heterogeneity of the vascular radius changes within vessels, with radius adjustment varying by an average of 24 ± 28% of the resting diameter, likely reflecting the heterogeneity of the distribution of contractile cells on the vessel walls. A graph theory-based network analysis revealed that the assortativity of adjacent blood vessel responses rose by 152 ± 65% at 4.3 mW/mm 2 of blue photostimulation vs . the control, with a 4% median increase in the efficiency of the capillary networks during this level of blue photostimulation in relation to the baseline. Interrogating individual vessels is thus not sufficient to predict how the blood flow is modulated in the network. Our pipeline, enables tracking of the microvascular network geometry over time, relating caliber adjustments to vessel wall-associated cells’ state, and mapping network-level flow distribution impairments in experimental models of 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 | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
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 ».