Back to Search Start Over

Transfer functions linking neural calcium to single voxel functional ultrasound signal

Authors :
Ali-Kemal, Aydin
William D, Haselden
Yannick, Goulam Houssen
Christophe, Pouzat
Ravi L, Rungta
Charlie, Demené
Mickael, Tanter
Patrick J, Drew
Serge, Charpak
Davide, Boido
Institut de la Vision
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Optique et Biosciences (LOB)
École polytechnique (X)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Pennsylvania State University (Penn State)
Penn State System
Institut de Recherche Mathématique Avancée (IRMA)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Mathématiques Appliquées Paris 5 (MAP5 - UMR 8145)
Institut National des Sciences Mathématiques et de leurs Interactions (INSMI)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Physique pour la médecine (PhysMed Paris)
Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Service NEUROSPIN (NEUROSPIN)
Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
ANR-15-NEUC-0003,NEURO-COUP,US-French Research Proposal- CRCNS- Neurovascular coupling - democracy or oligarchy(2015)
ANR-16-RHUS-0004,TRT-cSVD,TRT-cSVD(2016)
ANR-18-IAHU-0001,FOReSIGHT,Enabling Vision Restoration(2018)
European Project: 339513,EC:FP7:ERC,ERC-2013-ADG,IMAGING-INTHE-MAGNET(2014)
Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National des Sciences Mathématiques et de leurs Interactions (INSMI)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Physique des ondes pour la médecine
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Institut Langevin ondes et images
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)
Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris)
Source :
Nature Communications, Nature Communications, 2020, 11 (1), pp.2954. ⟨10.1038/s41467-020-16774-9⟩, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2020, 11 (1), ⟨10.1038/s41467-020-16774-9⟩, Nature Communications, Vol 11, Iss 1, Pp 1-10 (2020)
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

Functional ultrasound imaging (fUS) is an emerging technique that detects changes of cerebral blood volume triggered by brain activation. Here, we investigate the extent to which fUS faithfully reports local neuronal activation by combining fUS and two-photon microscopy (2PM) in a co-registered single voxel brain volume. Using a machine-learning approach, we compute and validate transfer functions between dendritic calcium signals of specific neurons and vascular signals measured at both microscopic (2PM) and mesoscopic (fUS) levels. We find that transfer functions are robust across a wide range of stimulation paradigms and animals, and reveal a second vascular component of neurovascular coupling upon very strong stimulation. We propose that transfer functions can be considered as reliable quantitative reporters to follow neurovascular coupling dynamics.<br />Neurovascular coupling refers to changes in cerebral blood flow in response to neuronal stimulation, but to what extent this change can report neuronal activation is not known. Here the authors develop transfer functions between neural calcium signals and functional ultrasound changes in blood volume in co-registered single voxel brain volumes.

Details

Language :
English
ISSN :
20411723
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Communications, Nature Communications, 2020, 11 (1), pp.2954. ⟨10.1038/s41467-020-16774-9⟩, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2020, 11 (1), ⟨10.1038/s41467-020-16774-9⟩, Nature Communications, Vol 11, Iss 1, Pp 1-10 (2020)
Accession number :
edsair.pmid.dedup....8919e2bd7d55b950dec764b77282ce89
Full Text :
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16774-9⟩