Whole-brain mapping of effective connectivity by fMRI with cortex-wide patterned optogenetics

光遗传学 光刺激 神经科学 功能磁共振成像 大脑定位 沟道视紫红质 体感系统 生物神经网络 计算机科学 心理学
作者
Seonghoon Kim,Hyun Seok Moon,Thanh Tan Vo,Chang‐Ho Kim,Geun Ho Im,Sungho Lee,Myunghwan Choi,Seong‐Gi Kim
出处
期刊:Neuron [Cell Press]
卷期号:111 (11): 1732-1747.e6 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.neuron.2023.03.002
摘要

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) with optogenetic neural manipulation is a powerful tool that enables brain-wide mapping of effective functional networks. To achieve flexible manipulation of neural excitation throughout the mouse cortex, we incorporated spatiotemporal programmable optogenetic stimuli generated by a digital micromirror device into an MRI scanner via an optical fiber bundle. This approach offered versatility in space and time in planning the photostimulation pattern, combined with in situ optical imaging and cell-type-specific or circuit-specific genetic targeting in individual mice. Brain-wide effective connectivity obtained by fMRI with optogenetic stimulation of atlas-based cortical regions is generally congruent with anatomically defined axonal tracing data but is affected by the types of anesthetics that act selectively on specific connections. fMRI combined with flexible optogenetics opens a new path to investigate dynamic changes in functional brain states in the same animal through high-throughput brain-wide effective connectivity mapping.
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