功能性超聲成像技術(shù)助力揭示大腦在空間導(dǎo)航中感知速度的神經(jīng)血管機(jī)制
注：本文轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)“超聲前沿”。
你有沒有想過，當(dāng)你散步、逛街或?qū)ふ夷康牡貢r(shí)，大腦是如何精準(zhǔn)感知自己的移動(dòng)速度？2025.12.29，巴黎高等物理化工學(xué)院（ESPCI Paris）Mickaël Tanter 教授團(tuán)隊(duì)《Cell Reports》發(fā)表的一項(xiàng)重磅研究，用功能性超聲（fUS）成像揭開了大腦導(dǎo)航系統(tǒng)的隱藏機(jī)制 —— 我們的神經(jīng)血管里，竟然藏著一套專門編碼 “速度” 的密碼！為了破解這個(gè)密碼，研究選擇了和人類導(dǎo)航系統(tǒng)高度相似的大鼠作為研究對(duì)象，利用Iconeus One 功能超聲掃描儀進(jìn)行分析。想象一下，大鼠戴著特制的 “超聲頭盔”，在 1 平方米的開闊空間里自由探索、奔跑。這個(gè)頭盔就像一臺(tái)高分辨率的 “大腦攝像頭”，能以 100 微米的精度和 80 毫秒的速度，捕捉大鼠大腦里的腦血容量（CBV）變化。同時(shí)，還利用 AI 技術(shù)實(shí)時(shí)追蹤大鼠的速度、方向、位置等一舉一動(dòng)，讓大腦活動(dòng)和行為精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)。
對(duì)清醒自由活動(dòng)的大鼠進(jìn)行功能性超聲成像的全集成平臺(tái)，該平臺(tái)與行為信號(hào)同步，用于研究空間探索過程中的血管動(dòng)態(tài)反應(yīng)
核心發(fā)現(xiàn)：血管里的 3 個(gè)導(dǎo)航 “小秘密”① 血管是 “速度傳感器”，反應(yīng)比雷達(dá)還敏銳：大鼠跑得越快，大腦海馬體-內(nèi)嗅皮層區(qū)域的血管就越 “活躍” —— 腦血容量。更神奇的是，即使是頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，也能在丘腦區(qū)域的血管中找到對(duì)應(yīng)信號(hào)。這意味著，我們的大腦不需要依賴視覺、觸覺，單靠血管和神經(jīng)的聯(lián)動(dòng)，就能精準(zhǔn)感知移動(dòng)速度。② 導(dǎo)航信號(hào)有 “專屬通道”，層層傳遞不迷路：通過分析血管活動(dòng)的時(shí)間差，研究發(fā)現(xiàn)了一條清晰的信息傳遞路徑：丘腦→海馬旁回→海馬體。信號(hào)從丘腦出發(fā)，經(jīng)過海馬旁回的 “中轉(zhuǎn)”，最終到達(dá)海馬體的不同分區(qū)。這種層級(jí)傳遞就像快遞分揀系統(tǒng)，確保速度、方向等導(dǎo)航信息精準(zhǔn)送達(dá)，讓大腦實(shí)時(shí)更新位置認(rèn)知。③ 能量消耗 “按平方增長”，跑越快大腦越 “費(fèi)電”：大腦導(dǎo)航時(shí)的能量消耗會(huì)隨速度呈二次方增長 —— 速度翻倍，能量消耗會(huì)變成原來的 4 倍。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完美驗(yàn)證了這個(gè)預(yù)測：海馬體的血管活動(dòng)強(qiáng)度與速度的平方高度契合。這背后的邏輯是，大腦里編碼位置的 “神經(jīng)活動(dòng)團(tuán)” 會(huì)隨速度擴(kuò)大，既增加高度又拓寬寬度，導(dǎo)致能量需求急劇上升。難怪快速奔跑后，我們會(huì)感覺格外疲憊，原來大腦一直在 “高強(qiáng)度耗電”！
你有沒有想過，當(dāng)你散步、逛街或?qū)ふ夷康牡貢r(shí)，大腦是如何精準(zhǔn)感知自己的移動(dòng)速度？2025.12.29，巴黎高等物理化工學(xué)院（ESPCI Paris）Mickaël Tanter 教授團(tuán)隊(duì)《Cell Reports》發(fā)表的一項(xiàng)重磅研究，用功能性超聲（fUS）成像揭開了大腦導(dǎo)航系統(tǒng)的隱藏機(jī)制 —— 我們的神經(jīng)血管里，竟然藏著一套專門編碼 “速度” 的密碼！為了破解這個(gè)密碼，研究選擇了和人類導(dǎo)航系統(tǒng)高度相似的大鼠作為研究對(duì)象，利用Iconeus One 功能超聲掃描儀進(jìn)行分析。想象一下，大鼠戴著特制的 “超聲頭盔”，在 1 平方米的開闊空間里自由探索、奔跑。這個(gè)頭盔就像一臺(tái)高分辨率的 “大腦攝像頭”，能以 100 微米的精度和 80 毫秒的速度，捕捉大鼠大腦里的腦血容量（CBV）變化。同時(shí)，還利用 AI 技術(shù)實(shí)時(shí)追蹤大鼠的速度、方向、位置等一舉一動(dòng)，讓大腦活動(dòng)和行為精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)。
fUS 成像與動(dòng)物速度之間存在顯著相關(guān)性
不同成像平面相對(duì)于動(dòng)物速度的激活曲線
利用區(qū)域性 fUS 成像數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)物速度進(jìn)行動(dòng)物間解碼
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