1. Time-resolved and spectral-resolved optical imaging to study brain hemodynamics in songbirds
- Author
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Stéphane Mottin, Bruno Montcel, Hugues Guillet de Chatellus, Stéphane Ramstein, Clémentine Vignal, Nicolas Mathevon, Laboratoire Hubert Curien [Saint Etienne] (LHC), Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), RMN et optique : De la mesure au biomarqueur, Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'Image pour la Santé (CREATIS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), OPTique et IMAgeries [Grenoble] ( OPTIMA-LIPhy), Laboratoire Interdisciplinaire de Physique [Saint Martin d’Hères] (LIPhy), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecologie et Neuro-Ethologie Sensorielles (ENES), Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM), Costrel De Corainville, Sylvie, Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut d'Optique Graduate School (IOGS), Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), LIPhy-OPTIMA, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM), Mottin, Stéphane, Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Neurobiologie de l'apprentissage, de la mémoire et de la communication (NAMC), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and SPIE
- Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics] ,bird ,FOS: Physical sciences ,Hemodynamics ,chemistry.chemical_element ,Stimulation ,Vasodilation ,Stimulus (physiology) ,01 natural sciences ,Oxygen ,Optical imaging ,010309 optics ,03 medical and health sciences ,0302 clinical medicine ,0103 physical sciences ,Mole ,medicine ,Tissues and Organs (q-bio.TO) ,Optical tomography ,[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics] ,Lasers ,Brain ,Quantitative Biology - Tissues and Organs ,Blood ,chemistry ,Quantitative Biology - Neurons and Cognition ,FOS: Biological sciences ,Forebrain ,Streak cameras ,Biophysics ,[SDV.NEU]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC] ,Neurons and Cognition (q-bio.NC) ,medicine.symptom ,030217 neurology & neurosurgery ,Vasoconstriction ,Physics - Optics ,Optics (physics.optics) - Abstract
International audience; Contrary to the intense debate about brain oxygen dynamics and its uncoupling in mammals, very little is known in birds. In zebra finches, picosecond optical tomography (POT) with a white laser and a streak camera can measure in vivo oxy-hemoglobin (HbO2) and deoxy-hemoglobin (Hb) concentration changes following physiological stimulation (familiar calls and songs). POT demonstrated sufficient sub-micromolar sensitivity to resolve the fast changes in hippocampus and auditory forebrain areas with 250 μm resolution. The time-course is composed of (i) an early 2s-long event with a significant decrease in Hb and HbO2, respectively -0.7 μMoles/L and -0.9 μMoles/L (ii) a subsequent increase in blood oxygen availability with a plateau of HbO2 (+0.3μMoles/L) and (iii) pronounced vasodilatation events immediately following the end of the stimulus. One of the findings of our work is the direct link between the blood oxygen level-dependent (BOLD) signals previously published in birds and our results. Furthermore, the early vasoconstriction event and post-stimulus ringing seem to be more pronounced in birds than in mammals. These results in bird, a tachymetabolic vertebrate with a long lifespan, can potentially yield new insights for example in brain aging.
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- 2011
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