The stages of integration leading from local feature analysis to object recognition were explored in human visual cortex by using the technique of functional magnetic resonance imaging. Here we report evidence for object-related activation. Such activation was located at the lateral-posterior aspect of the occipital lobe, just abutting the posterior aspect of the motion-sensitive area MT/V5, in a region termed the lateral occipital complex (LO). LO showed preferential activation to images of objects, compared to a wide range of texture patterns. This activation was not caused by a global difference in the Fourier spatial frequency content of objects versus texture images, since object images produced enhanced LO activation compared to textures matched in power spectra but randomized in phase. The preferential activation to objects also could not be explained by different patterns of eye movements: similar levels of activation were observed when subjects fixated on the objects and when they scanned the objects with their eyes. Additional manipulations such as spatial frequency filtering and a 4-fold change in visual size did not affect LO activation. These results suggest that the enhanced responses to objects were not a manifestation of low-level visual processing. A striking demonstration that activity in LO is uniquely correlated to object detectability was produced by the "Lincoln" illusion, in which blurring of objects digitized into large blocks paradoxically increases their recognizability. Such blurring led to significant enhancement of LO activation. Despite the preferential activation to objects, LO did not seem to be involved in the final, "semantic," stages of the recognition process. Thus, objects varying widely in their recognizability (e.g., famous faces, common objects, and unfamiliar three-dimensional abstract sculptures) activated it to a similar degree. These results are thus evidence for an intermediate link in the chain of processing stages leading to object recognition in human visual cortex.

Genetic deletion of the mitochondrial deacetylase sirtuin-3 (Sirt3) results in increased mitochondrial superoxide, a tumor-permissive environment, and mammary tumor development. MnSOD contains a nutrient- and ionizing radiation (IR)-dependent reversible acetyl-lysine that is hyperacetylated in Sirt3−/− livers at 3 months of age. Livers of Sirt3−/− mice exhibit decreased MnSOD activity, but not immunoreactive protein, relative to wild-type livers. Reintroduction of wild-type but not deacetylation null Sirt3 into Sirt3−/− MEFs deacetylated lysine and restored MnSOD activity. Site-directed mutagenesis of MnSOD lysine 122 to an arginine, mimicking deacetylation (lenti-MnSODK122-R), increased MnSOD activity when expressed in MnSOD−/− MEFs, suggesting acetylation directly regulates function. Furthermore, infection of Sirt3−/− MEFs with lenti-MnSODK122-R inhibited in vitro immortalization by an oncogene (Ras), inhibited IR-induced genomic instability, and decreased mitochondrial superoxide. Finally, IR was unable to induce MnSOD deacetylation or activity in Sirt3−/− livers, and these irradiated livers displayed significant IR-induced cell damage and microvacuolization in their hepatocytes.

Motivation: While responses to feedforward inputs have been well-observed in layer-specific fMRI studies, our understanding of responses to feedback projections within the ongoing functional processing remains limited. Goal(s): Our study aimed to investigate how synaptic onset and strength contribute to specificity of laminar fMRI responses. Approach: We performed the ultrahigh resolution CBV-weighted laminar fMRI by modulating thalamocortical and corticocortical projections with stimulus onset asynchrony in mice. Results: We observed that the laminar response is highly sensitive to the strength of synaptic inputs, shifting from early to later input sites with increased strength. Impact: Laminar CBV responses are highly regulated by micro-vessels coupled with earlier synaptic input activity, but potentially driven by the most synchronous activity within neural circuits.

Abstract To further advance functional magnetic resonance imaging (fMRI)-based brain science, it is critical to dissect fMRI activity at the circuit level. To achieve this goal, we combined brain-wide fMRI with neuronal silencing in well-defined regions. Since focal inactivation suppresses excitatory output to downstream pathways, intact input and suppressed output circuits can be separated. Highly specific cerebral blood volume-weighted fMRI was performed with optogenetic simulation of local GABAergic neurons in mouse somatosensory regions. Brain-wide spontaneous somatosensory networks were found mostly in ipsilateral cortical and subcortical areas, which differed from the bilateral homotopic connections commonly observed in resting-state fMRI data. The evoked fMRI responses to somatosensory stimulation in regions of the somatosensory network were successfully dissected, allowing the relative contributions of spinothalamic (ST), thalamocortical (TC), corticothalamic (CT), corticocortical (CC) inputs and local intracortical circuits to be determined. The ventral posterior thalamic nucleus (VPL) receives ST inputs, while the posterior medial thalamic nucleus (POm) receives CT inputs from the primary somatosensory cortex (S1) with TC inputs. The secondary somatosensory cortex (S2) receives mostly direct CC inputs from S1 and a few TC inputs from the VPL. The TC and CC input layers in cortical regions were identified by laminar-specific fMRI responses with a full width at half-maximum of <150 µm. Long-range synaptic inputs in cortical areas were amplified approximately 2-fold by local intracortical circuits, which is consistent with electrophysiological recordings. Overall, whole-brain fMRI with optogenetic inactivation revealed brain-wide, population-based long-range circuits, which could complement data typically collected in conventional microscopic functional circuit studies.

Retinal diabetic neuropathy (RDN) precedes retinal microvascular pathology in diabetic retinopathy (DR), but the therapy by antagonizing RDN to stall DR is rare. Emerging evidence including ours suggest that serine racemase (SRR) drives DR at least by promoting RDN. Thus, we explore the therapy by antagonizing SRR to stall and treat DR. We herein indicate that inhibition of SRR by oral gavage of l-aspartic acid beta-hydroxymate (L-ABH), a competitive inhibitor of SRR, mitigated photoreceptor dysfunction, loss of retinal ganglion cells (RGC) and retinal endothelial cell and pericyte in db/db mice, a type II diabetes model. To dissect the mechanism, intravitreal injection of L-ABH mitigates glutamate-induced neurotoxicity in the retina. In the whole body, gastrointestinal-based delivery of L-ABH maintained euglycemia and improved glucose tolerance either in db/db mice or in diet-induced obesity mice. In conclusion, inhibition of SRR prevented retinal neurovascular abnormalities in diabetic animals through executing neuroprotection in the retina and maintaining glucose homeostasis in the system. Our study reveals a novel strategy to prevent DR.

Sepsis-induced skeletal muscle atrophy is accompanied by complex physiological and biochemical changes that negatively affect clinical outcomes, lead to prolonged hospitalization, and even increase mortality. However, few studies have been performed on the mechanisms of the disease, and effective treatments are still lacking. This study is aimed to research the molecular mechanisms of sepsis-induced skeletal muscle atrophy and to develop new therapeutic strategies.