Sensory stimulation is an attractive paradigm for studying brain activity using various optical-, ultrasound- and MRI-based functional neuroimaging methods. Optoacoustics has been recently suggested as a powerful new tool for scalable mapping of multiple hemodynamic parameters with rich contrast and previously unachievable spatio-temporal resolution. Yet, its utility for studying the processing of peripheral inputs at the whole brain level has so far not been quantified. We employed volumetric multi-spectral optoacoustic tomography (vMSOT) to non-invasively monitor the HbO, HbR, and HbT dynamics across the mouse somatosensory cortex evoked by electrical paw stimuli. We show that elevated contralateral activation is preserved in the HbO map (invisible to MRI) under isoflurane anesthesia. Brain activation is shown to be predominantly confined to the somatosensory cortex, with strongest activation in the hindpaw region of the contralateral sensorimotor cortex. Furthermore, vMSOT detected the presence of an initial dip in the contralateral hindpaw region in the delta HbO channel. Sensorimotor cortical activity was identified over all other regions in HbT and HbO but not in HbR. Pearson’s correlation mapping enabled localizing the response to the sensorimotor cortex further highlighting the ability of vMSOT to bridge over imaging performance deficiencies of other functional neuroimaging modalities.

中文翻译：

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用体积多光谱光声断层扫描监测刺激诱发的小鼠体感皮层血流动力学活动

感觉刺激是使用各种基于光学、超声和 MRI 的功能性神经成像方法研究大脑活动的有吸引力的范例。最近有人建议光声学作为一种强大的新工具，用于以丰富的对比度和以前无法实现的时空分辨率对多个血流动力学参数进行可扩展映射。然而，其在全脑水平研究外周输入处理的效用迄今尚未量化。我们采用体积多光谱光声断层扫描 (vMSOT) 来非侵入性地监测由电爪刺激引起的小鼠体感皮层的 HbO、HbR 和 HbT 动力学。我们表明，在异氟醚麻醉下，HbO 图（MRI 不可见）中保留了升高的对侧激活。大脑激活主要局限于躯体感觉皮层，对侧感觉运动皮层的后爪区域激活最强。此外，vMSOT 检测到 delta HbO 通道中对侧后爪区域存在初始下降。在 HbT 和 HbO 中的所有其他区域都发现了感觉运动皮层活动，但在 HbR 中没有。Pearson 的相关映射能够定位对感觉运动皮层的反应，进一步突出了 vMSOT 弥合其他功能性神经成像方式的成像性能缺陷的能力。在 HbT 和 HbO 中的所有其他区域都发现了感觉运动皮层活动，但在 HbR 中没有。Pearson 的相关映射能够定位对感觉运动皮层的反应，进一步突出了 vMSOT 弥合其他功能性神经成像方式的成像性能缺陷的能力。在 HbT 和 HbO 中的所有其他区域都发现了感觉运动皮层活动，但在 HbR 中没有。Pearson 的相关映射能够定位对感觉运动皮层的反应，进一步突出了 vMSOT 弥合其他功能性神经成像方式的成像性能缺陷的能力。