Abstract Oligodendrocytes continue to differentiate from their precursor cells even in adulthood, a process that can be modulated by neuronal activity and experience. Yet, our understanding of the functional role of adult oligodendrogenesis remains limited. Previous work has indicated that conditional ablation of oligodendrogenesis in adult mice can lead to learning and memory deficits in a range of behavioural tasks. Our results, reported here, have replicated a key finding that learning to run on a complex wheel with unevenly spaced rungs is disrupted by ablation of oligodendrogenesis. However, using ex vivo MRI (MTR and DTI), we also found that ablating oligodendrogenesis by itself alters brain microstructure, independent of behavioural experience. Furthermore, in vivo EEG recording in behaviourally naïve mice with ablated oligodendrogenesis revealed altered brain activity in the form of increased EEG power density across a broad frequency range. Together, our data indicate that disrupting the formation of new oligodendrocytes directly alters brain microstructure and activity. This suggests a role for adult oligodendrogenesis in the maintenance of brain function and indicates that task-independent changes to brain structure and function might contribute to the learning and memory deficits associated with oligodendrogenesis ablation.

Abstract An improved understanding of the structure-function relationship in the brain is necessary to know to what degree structural connectivity underpins abnormal functional connectivity seen in many disorders. We integrated high-field resting-state fMRI-based functional connectivity with high-resolution macro-scale diffusion-based and meso-scale neuronal tracer-based structural connectivity, to obtain an accurate depiction of the structure-function relationship in the rat brain. Our main goal was to identify to what extent structural and functional connectivity strengths are correlated, macro- and meso-scopically, across the cortex. Correlation analyses revealed a positive correspondence between functional connectivity and macro-scale diffusion-based structural connectivity, but no correspondence between functional connectivity and meso-scale neuronal tracer-based structural connectivity. Locally, strong functional connectivity was found in two well-known resting-state networks: the sensorimotor and default mode network. Strong functional connectivity within these networks coincided with strong short-range intrahemispheric structural connectivity, but with weak heterotopic interhemispheric and long-range intrahemispheric structural connectivity. Our study indicates the importance of combining measures of connectivity at distinct hierarchical levels to accurately determine connectivity across networks in the healthy and diseased brain. Distinct structure-function relationships across the brain can explain the organization of networks and may underlie variations in the impact of structural damage on functional networks and behavior.

Abstract Task-free functional connectivity in animal models provides an experimental framework to examine connectivity phenomena under controlled conditions and allows comparison with invasive or terminal procedures. To date, animal acquisitions are performed with varying protocols and analyses that hamper result comparison and integration. We introduce StandardRat , a consensus rat functional MRI acquisition protocol tested across 20 centers. To develop this protocol with optimized acquisition and processing parameters, we initially aggregated 65 functional imaging datasets acquired in rats from 46 centers. We developed a reproducible pipeline for the analysis of rat data acquired with diverse protocols and determined experimental and processing parameters associated with a more robust functional connectivity detection. We show that the standardized protocol enhances biologically plausible functional connectivity patterns, relative to pre-existing acquisitions. The protocol and processing pipeline described here are openly shared with the neuroimaging community to promote interoperability and cooperation towards tackling the most important challenges in neuroscience.

The effects of skill acquisition on whole-brain structure and functional networks have been extensively investigated in humans but have yet to be explored in rodents. Forelimb reaching training in rodents results in well-established focal functional and structural reorganization within the motor cortex (M1) and cerebellum, indicating distributed alterations in both structure and function. However, it is unclear how local alterations in structure and function relate to distributed learning-related changes across motor networks. Here we trained adult rats in skilled reaching and used multimodal whole-brain in vivo MRI to assess both structural and functional plasticity over time. We detected increases in a myelin-related MRI metric in white matter, cortical areas, and to a lesser extent in the cerebellum, paralleled by strengthened functional connectivity between M1 and cerebellum, possibly reflecting a decrease in cerebellum inhibition over M1. Skill learning therefore leads to myelin increases in pathways that connect sensorimotor regions, and in functional connectivity increases between areas involved in motor learning, all of which correlate with performance. These findings closely mirror previous reports of network-level changes following motor learning in humans and underlines the correspondence between human and rodent brain circuits for motor learning, despite important differences in the anatomy of physiology of movement circuits between species.

Abstract Futile recanalization hampers prognoses for ischemic stroke patients despite successful recanalization therapy. Allegedly, hypertension and reperfusion deficits contribute, but a better understanding is needed of how they interact and mediate disease outcome. We assessed data from spontaneously hypertensive and normotensive Wistar-Kyoto rats (male, n=6-7/group) that were subjected to two-hour embolic middle cerebral artery occlusion and thrombolysis in preclinical trials. Serial MRI allowed lesion monitoring and parcellation of regions-of-interest that represented infarcted (core) or recovered (perilesional) tissue. Imaging markers of hemodynamics and blood-brain barrier (BBB) status were related to tissue fate and neurological outcome. Despite comparable ischemic severity during occlusion between groups, hypertensive rats temporarily developed larger lesions after recanalization, with permanently aggravated vasogenic edema and BBB permeability. One day post-stroke, cerebral blood flow (CBF) was variably restored, but blood transit times were consistently prolonged in hypertensives. Compared to the core, perilesional CBF was normo-to- hyperperfused in both groups, yet this pattern reversed after seven days. Volumes of hypo- and hyperperfusion developed irrespective of strain, differentially associating with final infarct volume and behavioral outcome. Incomplete reperfusion and cerebral injury after thrombolysis were augmented in hypertensive rats. One day after thrombolysis, hypoperfusion associated with worsened outcomes, while regional hyperperfusion appeared beneficial or benign.