Добавить новость
smi24.net
News in English
Ноябрь
2023

Behind the paper: neuronal activity can drive cerebrospinal fluid flow in the human brain

0
PLoS 

In this ‘behind the paper’ post, Stephanie Williams discusses how the new equipment, techniques and methods developed in her lab helped them find out what drives cerebrospinal fluid flow in the human brain.

I am a 3rd year Psychology PhD student in the Lewis Lab, which is a human brain imaging lab in the departments of Electrical Engineering and Computer Science at Boston University. One of the great advantages to doing psychology research within an engineering environment is having access to the latest brain imaging methods! My labmates are always working on new hardware and software projects that increase the quality of brain imaging data we can collect, which in turn broadens the type of questions we can ask using concepts from cognitive psychology. Some of the tools that Lewis lab members are developing help with post-processing of brain imaging data, while other hardware projects actually improve incoming data as it is collected. For example, some of my labmates have built devices to improve the way electroencephalography data is collected inside the scanner, and are collaborating with scientists at the Athinoula A. Martinos Center to test new equipment to help us collect cleaner signals.

One of these novel imaging methods, developed by Dr. Lewis in 2019, actually served as the inspiration for the current project! Dr. Lewis and her team developed a new, non-invasive way to measure cerebrospinal fluid (CSF) flow in the human brain. Previously, it had been possible to measure fluid flow in the human brain but it was typically done with a special type of brain scan that was designed to only measure flow signals, which couldn’t capture hemodynamic signals from blood vessels simultaneously. Lewis lab members realized that they could take advantage of what is traditionally viewed as an artifact in MRI scans, called the “inflow effect” or “time of flight” artifact. Instead of treating the information as an artifact, they could extract information from the signals to track the inflow of CSF at the bottom edges of their images, while simultaneously collecting traditional hemodynamic signals using the traditional blood oxygen level dependent (BOLD) contrast.

Cerebrospinal fluid surrounding the brain
Image credit

Stephanie Williams, CC BY 4.0

Lewis lab members then applied this imaging technique to a sleep study to measure how CSF moved through the brain. Volunteers arrived to the lab around midnight, had an electroencephalography cap placed on their heads to measure their neural activity, and then slept inside an MRI machine for a couple of hours. Lewis lab members then tested whether the CSF flow in the brain was locked to neural activity and blood vessel changes during sleep to better understand what was driving the CSF flow. Ultimately, they observed a really tight relationship between neural activity and waves of fluid flow. Waves of neural activity seemed to be driving pulses of CSF upwards into the brain. This was a really intriguing finding, as it suggests that neurons themselves might be controlling fluid flow. This 2019 work pioneered a new technique to capture flow signals in humans, provided a new way to track fluid flow in the brain non-invasively, and suggested that neurons were drivers of a neurovascular mechanism that regulates fluid flow in the human brain.

There were of course many interesting questions we wanted to ask next using this new methodology. The most basic question we were interested in answering first was whether it would be possible to drive waves of CSF flow during wakefulness, using the neurovascular coupling mechanism that Dr. Lewis identified. That’s the question we addressed in our new paper: can neurons drive CSF flow during wakefulness?

A typical day for this project involved meeting a research volunteer and scanning them inside of an MRI machine for 2 hours. Our volunteers played an intense flashing 4-minute game, repeating the game 12 to 16 times in a row and staying very still while we took images of their brain. We attached sensors to their hands to measure their pulse, and put a belt around their waist to measure their breath during the intense visual stimulation. We then downloaded the images from the MRI scanner, preprocessed them, manually traced each individual’s fourth ventricle, and extracted the CSF time series from those data. We were pleasantly surprised at how large the evoked CSF flow pulses were during wakefulness — although it didn’t match the scale of the flow that Dr. Lewis had observed during sleep, it was a significant amount of flow that was larger than what we observed when subjects were just resting quietly while awake.

We were curious next about whether the amount of neural activity could regulate the magnitude of CSF flow on a finer-grain scale. The neurovascular coupling that we observed during both sleep and wakefulness suggested that large, fast changes in neural activity — periods of intense activity followed by periods of low activity — should drive larger CSF inflow than tonic or constant levels of neural activity. To test whether larger changes in neural and hemodynamic signals could drive larger CSF waves, we changed the length of the intense periods of neural activity by making our intense visual stimulus longer. When we kept the intense flashing stimuli on the screen for longer periods of time, we observed larger pulses of CSF inflow than we did for shorter periods. This suggests that the magnitude of neural activity may tightly control the amount of fluid that circulates in the brain. The implication of this finding is that neurons may change activity patterns specifically to drive the circulation of fluids in the brain.                 

Looking forward, we are planning a new set of experiments in an older cohort to test how neurally driven flow might change across the lifespan. Previous imaging work in aging populations has shown that there are distinct neural and hemodynamic changes in older brains, like blood vessel stiffening. It’s possible that these age-related differences could lead to reduced inflow of CSF into large fluid filled cavities in the brain, which we would be able to detect as reduced neurally driven flow during wakefulness. We are interested in knowing whether driving neural activity and blood vessel dilations in older adults can also drive the same flow patterns that we observed in our young cohort, or whether there might be reduced or altered flow patterns. Unobstructed CSF circulation is critical for brain health, so identifying age-related changes in flow could provide insight about why brain health may deteriorate with brain age.

About the author

Stephanie Williams is a Psychology PhD student in Laura Lewis’s lab at Boston University. 0000-0003-1904-4874 @stephaniedwill 

The post Behind the paper: neuronal activity can drive cerebrospinal fluid flow in the human brain appeared first on PLOS Biologue.








Героическое участие армян в СВО. Часть шестнадцатая

«Прошли два удара»: Гребенщиков рассказал свою версию драки с Пирцхалавой

Вывод песни для продвижения в Импульсе Яндекс Музыка.

Карточка Артиста. Карточка артиста яндекс. Карточка артиста яндекс музыка.


Man Utd have agreed deal with AC Milan for £40m star's exit, await player decision - report

Trump’s threatened 40% tariff on ‘transshipped’ goods tries to target China and its manufacturing strength

Report: AC Milan’s Christian Pulisic set to team up with $87 million Manchester United star

OpenAI launches GPT-5, its most powerful AI yet—will it be enough to stay ahead in today’s ruthless AI race? 


Героическое участие армян в СВО. Часть шестнадцатая

Персиковые дожди Колымы...

Гранатометчика ВСУ приговорили к 16 годам за преступления в Курской области

По подозрению в мошенничестве задержали замдиректора департамента мэрии Екатеринбурга


Steam for Chromebooks is getting axed in 2026 instead of exiting its 4-year beta

Находи идеальные места для персонажей-фигурок в «Is This Seat Taken?»

The US Air Force wants to test blowing up Cybertrucks because 'it is likely the type of vehicles used by the enemy may transition to Tesla Cyber trucks'

Modders are trying their hardest to add an NVMe SSD to the Switch 2, which is both impressive and something I'm not going to do



«Бежим за Мечту — Ходить»: подростки на протезах пробегут марафон в Екатеринбурге

Без знаний не останутся: дети звёзд поступили в самые престижные вузы Москвы

Генерал МО Галимуллин получил условный срок за растрату и служебный подлог

Роднина: «Жить люблю и хочу в Москве. Вы меня перепутали с другим поколением, которое всегда ищет, где лучше»


У гиревиков — праздник...

ГК «КОРТРОС» — в числе лидеров страны по объему ввода жилья

Стало известно, как выглядит любимая квартира Татьяны Булановой

Героическое участие армян в СВО. Часть шестнадцатая


МО России оформило гособоронзаказ на модернизированные автоматы АК-15К и АК-15СК

Каждый пятый грамм золота в России нелегальный: эксперт Вязовский назвал причины

Мигранты устроили бордель в Московской квартире на Профсоюзной

Стала известна причина гибели Юрия Бутусова


Александрова снизилась в рейтинге в борьбе за титул WTA

Уровень «мастерса»: как Хачанов вышел в финал супертурнира в Торонто

Теннисист номер один мира прошёл отбор на итоговое соревнование ATP

Самсонова уступила 125-й ракетке мира во втором раунде турнира в Цинциннати


Олимпийский Мишка: Как восьмиметровый талисман покорил небо Москвы в 1980

«На примирение всегда Димка первый идёт». Бойкова — о кризисах в паре

МО России оформило гособоронзаказ на модернизированные автоматы АК-15К и АК-15СК

Мама Таня и гитара. О чем пели барды в Мелекесском районе


Музыкальные новости

Джек Осборн показал редкие трогательные фотографии с Оззи Осборном

Вадим Самойлов рассказал, что завершает работу над новым альбомом

Поклонники заподозрили, что Валентина Иванова родила дочь от Тимати

Карточка Артиста. Карточка артиста яндекс. Карточка артиста яндекс музыка.


Без знаний не останутся: дети звёзд поступили в самые престижные вузы Москвы

Генерал МО Галимуллин получил условный срок за растрату и служебный подлог

Будут ли магнитные бури сегодня, 10 августа 2025 года?

День физкультурника отметили спортивными шествиями по всей стране


На фоне массовой раздачи паспортов России таджикам очередного русского лишают гражданства и отправляют на судилище в Таджикистан

Вылетевший из Стамбула в РФ самолет вернулся обратно из-за недомогания у пилота

Казанцы дадут бой армейцам в Москве? ЦСКА — «Рубин»: прогноз и ставка

Ротенберг про Кубок Овечкина: «Спасибо Александру, Правительству Московской области и организаторам. Такие события вдохновляют детей, дают веру в свои силы и желание двигаться вперед»


Штрафы за ночной шум от авто вырастут в 10 раз — до 5 тысяч рублей

Процесс сошел с рельсов // Верховный суд определил пересмотреть дело о наезде Kia на трамвай

Участники АНО «СВОй спорт» организовали открытую тренировку по боксу на стадионе «Москвич» в День физкультурника

На северо-востоке Москвы из-за ДТП задержали рейсы пяти трамваев


МИД РФ: Киев может устроить провокации перед встречей Путина и Трампа на Аляске

Эксперт отметил, что встреча Путина и Трампа во время саммита пройдет по ином сценарию, чем раньше

Путин выразил поздравления Адабашяну по случаю юбилея

Медиа сообщили о планах Зеленского в ответ на встречу Путина и Трампа




Будут ли магнитные бури сегодня, 10 августа 2025 года?

Участники АНО «СВОй спорт» организовали открытую тренировку по боксу на стадионе «Москвич» в День физкультурника

День физкультурника отметили спортивными шествиями по всей стране

«Бежим за Мечту — Ходить»: подростки на протезах пробегут марафон в Екатеринбурге


В Киеве заявили о тайном приказе Зеленского перед Аляской

В Киеве раскрыли тайный приказ Зеленского перед саммитом США и РФ на Аляске

NYT: своими заявлениями Зеленский может разозлить Трампа и навлечь на себя

Раскрыто, что ждет Киев после утреннего "нет" Зеленского


Роднина: «Жить люблю и хочу в Москве. Вы меня перепутали с другим поколением, которое всегда ищет, где лучше»

Участники АНО «СВОй спорт» организовали открытую тренировку по боксу на стадионе «Москвич» в День физкультурника

Akon в Москве: полная арена и феерия хитов на главном концерте года

Хет-трик Батракова: «Локомотив» обыграл «Спартак» со счётом 4:2 в Москве



Сергей Собянин поздравил строителей Москвы с профессиональным праздником

Собянин сообщил об уничтожении второго беспилотника над Москвой

Собянин рассказал о московских НКО, помогающих участникам СВО и их семьям

Собянин поздравил московских строителей с профессиональным праздником


Специалист указал необходимое количество редкоземельных металлов для производства электромобиля

Площадь пожара в Ялтинском заповеднике достигла двух гектаров

Площадь возгорания в Ялтинском заповеднике составила два гектара

Без морщин. Эксперты рассказали о плюсах изменения климата в Москве


Олимпийский Мишка: Как восьмиметровый талисман покорил небо Москвы в 1980

Жительницу Подмосковья наказали за езду по тротуару на Невском проспекте

Shot: Юрий Бутусов, предположительно, утонул во время отпуска

У киберпреступников новая бизнес-модель


В Алтайском крае не будут проводить проверку на предмет чрезмерного роста тарифов на ЖКУ

Льготные ипотеки на Дальнем Востоке активно получают участники СВО и сотрудники ОПК

Более 165 тысяч пассажиров перевезли пригородные поезда с начала года

Коми, Камчатку, Архангельскую, Иркутскую, Калужскую, Костромскую, Курскую, Свердловскую и Оренбургскую области эксперты отнесли к регионам, где на осенних выборах "протестный потенциал выше среднего", говорится в докладе...


Подросток на Мersedes сбил пешехода на трассе в Керчь

Анастасия Гридчина: В Симферополе, в стенах гостеприимного Дома дружбы народов, состоялась торжественная презентация военно-патриотических изданий, увидевших свет в 2025 году благодаря усилиям Медиацентра им. И. Гаспринского

Прогноз погоды в Крыму на 10 августа

Сергей Карякин: 7 августа на поезде из Москвы в Симферополь выехали участники специальной спортивно-образовательной программы «Шахматный лагерь Сергея Карякина», которая стартует в Международном детском центре «Артек»


Shot: Юрий Бутусов, предположительно, утонул во время отпуска

Каждый пятый грамм золота в России нелегальный: эксперт Вязовский назвал причины

«На примирение всегда Димка первый идёт». Бойкова — о кризисах в паре

В возрасте 63 лет умер российский театральный режиссёр Юрий Бутусов














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *