Simultaneous head-mounted imaging of neural and hemodynamic activities at high spatiotemporal resolution in freely behaving mice

神经血管束 血流动力学 神经科学 神经影像学 运动前神经元活动 功能成像 生物医学工程 解剖 生物 医学 麻醉
作者
Ningbo Chen,Zhiqiang Xu,Zheng Song,Jiuling Liao,H. Y. Zhang,Jiahao Li,Tao Wu,Weixin Ma,T. T. Lei,Liangjian Liu,Guangying Ma,Hui Liao,Shiwei Ye,Jing Meng,Liang Song,Puxiang Lai,Yingjie Zhu,Kenneth K. Y. Wong,Hairong Zheng,Wei Zheng
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (12): eadu1153-eadu1153 被引量:10
标识
DOI:10.1126/sciadv.adu1153
摘要

Exploring the relationship between neural activity and cerebral hemoglobin-oxygenation responses in freely behaving mice can advance our understanding of neurovascular coupling. Head-mounted microscopes enable neuroimaging in freely behaving mice; however, investigating neurovascular dynamics remains challenging because of a lack of hemodynamic information, especially blood oxygenation, or insufficient resolution. Here, we report a head-mounted microscope for neurovascular imaging that enables the simultaneous recording of neuronal burst firing and multiparametric hemodynamics such as vascular oxygen saturation at high spatiotemporal resolution. The 1.7-gram lightweight microscope integrates confocal fluorescence and photoacoustic microscopy, allowing recordings at 0.78 hertz with 1.5-micrometer lateral resolution across a field of view of 400 micrometers by 400 micrometers. We identified cell type–specific neurovascular responses to hypoxic challenges, observed active regulation of arterioles during sensory stimuli, and detected abnormal oxygen depletion and vasodilation preceding burst neuronal discharges in epileptic disorders. This technique provides valuable insights into neurovascular coupling and holds potential for studying the pathology of neurological brain diseases.
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