Simultaneous fMRI and fast-scan cyclic voltammetry bridges evoked oxygen and neurotransmitter dynamics across spatiotemporal scales

神经化学 神经递质 神经科学 多巴胺 神经影像学 功能磁共振成像 化学 血氧水平依赖性 核磁共振 心理学 物理 中枢神经系统
作者
Lindsay R. Walton,Matthew D. Verber,Sung-Ho Lee,Tzu-Hao Harry Chao,R. Mark Wightman,Yen‐Yu Ian Shih
出处
期刊:NeuroImage [Elsevier BV]
卷期号:244: 118634-118634 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.neuroimage.2021.118634
摘要

The vascular contributions of neurotransmitters to the hemodynamic response are gaining more attention in neuroimaging studies, as many neurotransmitters are vasomodulatory. To date, well-established electrochemical techniques that detect neurotransmission in high magnetic field environments are limited. Here, we propose an experimental setting enabling simultaneous fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) and blood oxygenation level-dependent functional magnetic imaging (BOLD fMRI) to measure both local tissue oxygen and dopamine responses, and global BOLD changes, respectively. By using MR-compatible materials and the proposed data acquisition schemes, FSCV detected physiological analyte concentrations with high temporal resolution and spatial specificity inside of a 9.4 T MRI bore. We found that tissue oxygen and BOLD correlate strongly, and brain regions that encode dopamine amplitude differences can be identified via modeling simultaneously acquired dopamine FSCV and BOLD fMRI time-courses. This technique provides complementary neurochemical and hemodynamic information and expands the scope of studying the influence of local neurotransmitter release over the entire brain.
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