# Breaking Spatiotemporal Barriers of MR Imaging Technologies to Study Human Brain Function and Neuroenergetics

> **NIH NIH U01** · UNIVERSITY OF MINNESOTA · 2022 · $1,314,972

## Abstract

PROJECT SUMMARY 
  Understanding how neural circuits operate and interconnect at mesoscopic (sub-­millimeter) scale, and how 
neuroenergetic  metabolism  and  neurotransmitters  support  brain  function  at  resting  and  working  state  is 
essential to brain research and BRAIN Initiative. Magnetic resonance (MR) imaging (MRI), including functional 
MRI  (fMRI)  and  in  vivo  MR  spectroscopic  imaging  (MRSI),  is  the  sole  modality  enabling  to  imaging  neural 
activity,  functional  connectivity  and  brain  structure  at  cortical  layer  and  column  level,  neuroenergetics  and 
neurotransmitters  in  human  brain.  However,  it  remains  challenging  to  address  fundamental  neuroscience 
questions requiring much higher sensitivity and spatiotemporal resolution currently unavailable. Increasing MR 
field  strength  has  been  the  prevailing  paradigm  to  tackle  the  challenge,  however,  beside  high  cost,  it  poses  a 
safety concern from elevated specific absorption rate (SAR) of radiofrequency (RF) power in the brain tissue.  
  To  address  the  technical  challenges  and  limitations  faced  by  the  MR-­based  imaging  techniques,  we  have 
pioneered  an  innovative  and  cost-­effective  engineering  solution  by  introducing  the  ultra-­high  dielectric  constant 
(uHDC)  former  incorporated  with  RF  coils  for  large  improvements  of  sensitivity  and  spatiotemporal  resolution  for 
fMRI and MRSI, and synergistically reducing SAR at ultrahigh field (UHF). With the NIH R24 funding support, we 
have  made  progress  with  promising  results  for  proof  of  concept.  In  this  U01  proposal,  we  will  further  develop 
and  integrate  three  advanced  technologies:  i)  fixed  and/or  tunable  uHDC  formers  incorporated  with  advanced 
RF coil technology for maximizing MR sensitivity and minimizing SAR;; ii) SPectroscopic Imaging by exploiting 
spatiospectral  CorrElation  (SPICE)  technique  for  significantly  boosting  signal-­to-­noise  ratio  (SNR)  and 
spatiotemporal  resolution;;  iii)  UHF  MR  technology  for  further  improving  sensitivity  and  spectral  resolution  of 
MRSI. The integration of these technologies will achieve cumulative and unprecedented improvements at UHF 
and  break  current  barriers  of  spatiotemporal  resolution,  ultimately  enable  i)  ultrahigh-­resolution  fMRI  mapping 
of neural activity, circuits and dynamics, and functional connectivity and networks at mesoscopic scale at 3 and 
7  tesla(T);;  and  ii)  very  high  resolution  and  whole-­brain  multinuclear  MRSI  for  functional  mapping  of 
neuroenergetic and neurotransmitter changes in response to brain stimulation at ultrahigh fields (7T and 10.5T) 
with  an  superior  (£5mm  isotropic)  resolution  comparable  to  conventional  fMRI.  The  technology  developments  
will  be  carried  out  by  a  consortium  among  interdisciplinary  researchers  from  University  of  Minnesota,  Penn 
State  University  and...

## Key facts

- **NIH application ID:** 10455036
- **Project number:** 5U01EB026978-05
- **Recipient organization:** UNIVERSITY OF MINNESOTA
- **Principal Investigator:** Wei Chen
- **Activity code:** U01 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2022
- **Award amount:** $1,314,972
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2018-09-22 → 2025-06-30

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/10455036

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 10455036, Breaking Spatiotemporal Barriers of MR Imaging Technologies to Study Human Brain Function and Neuroenergetics (5U01EB026978-05). Retrieved via AI Analytics 2026-06-11 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/10455036. Licensed CC0.

---

*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*