2025年12月31日 09:26:07 来源：上海玉研科学仪器有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：1
大脑作为生物体神经控制的核心器官，在行为活动、感知反馈和心理活动等方便具有至关重要的作用。对大脑的功能和结构的研究一直是研究人员重点关注的方向，传统的研究工具主要有核磁共振成像（MRI）和脑电图（EEG）等。
然而MRI成像的空间分辨率和时间分辨率较低，且设备成本高昂，测试条件受限等因素，难以对脑神经活动进行实时、准确的成像。EEG测试在大小鼠实验中通常为有创测试，且缺乏直观的空间立体评估。随着材料技术和硬件的发展，脑功能成像正逐渐成为弥补以上不足的一种新型脑科学研究工具。
在三维图表上（时间分辨率、空间分辨率、便携性）展示的主要大脑功能成像技术（分为局部成像和全脑成像两类）。脑功能成像技术全脑成像与显微镜观察之间的空白，同时也功能性磁共振成像与光学技术之间的空白。
脑功能超声作为新一代脑科学研究工具，具有百微米级的成像分辨率以及快速的时间分辨率，可以对全脑神经活跃情况进行探测和长期检测。其具备的易用性、便携性、空间和时间分辨率使其成为用于临床前成像中大脑活动功能性成像的有吸引力的工具。
在各种从小型到大型的动物模型中，大量且仍在迅速增多的研究已证明了其在神经科学研究中的潜力。常见的研究应用包括：中风、癫痫等脑疾病研究，脑区功能连通性研究，快速瞬变事件的神经反馈研究，高灵敏度空间功能映射，多模态成像等。
fUS脑功能超声成像通过超快超声和超灵敏血流成像技术，获取脑部组织微小血流变化，根据神经血管耦合机制，可实时获取脑功能活动状态。 2024年Seongyeon等人针对聚焦超声（FUS）神经调节中“原位靶向确认”与“功能效果监测”这两个核心问题，开展了聚焦超声与脑功能超声成像（fUS）在小鼠脑血流调控中的联合应用研究。 该研究通过整合位移成像（用于确认FUS靶向位置）、FUS（负责调节神经元活动）与功能超声（fUS，用于监测血流动力学变化），构建起“靶向-调节-监测”的完整闭环。借助fUS，研究团队成功完整捕捉到FUS调控区域的血流动力学变化，实现了全超声介导的FUS神经调节闭环研究，传统方法在原位靶向确认与实时功能监测上的空白，为FUS神经调节提供了具备高时空分辨率的可视化工具。 研究进一步证实，FUS诱导的脑组织位移是驱动血流动力学响应的关键机械因素，且这种效应与FUS参数呈剂量依赖关系，为“声辐射力-位移-神经血管耦合”的作用机制提供了在体证据，助力阐明FUS神经调节的生物物理基础。 该成果不仅为神经退行性疾病、脑卒中等模型的非侵入性干预研究提供了调控方案，更为FUS在临床神经调控中的参数优化与安全性评估奠定了重要基础。 聚焦超声（FUS）和脑功能（fUS）超声应用示意图 FUS刺激的功能反应。fUS显示FUS引起皮层和皮层下结构的血流动力学反应 2024年Théo Lambert等人研究了功能性超声成像（fUS）与神经元活动在时空匹配上的准确性。通过在小鼠视觉通路的三个区域（丘脑LGN、中脑SC或皮层V1）进行同步 fUS 成像与Neuropixels高密度电极记录神经元放电，揭示了fUS 信号与神经元spike rate的时空关联特性，为fUS信号的解读提供依据。 研究证实 fUS 信号可作为局部神经元活动的可靠估计，其振幅、空间范围和时间特征的变化均与spike rate呈比例关联，这些发现为fUS在全脑功能网络研究、神经假体控制等领域的应用提供了关键依据，也为更解读 fUS 信号奠定了基础。 脑功能超声成像fUS与视觉通路的Neuropixels记录 SonoRover fUS是一款专为实验动物打造的高分辨率脑功能超声成像系统，搭配高性能处理器和微血管血流成像算法，可以以高时间分辨率和高空间分辨率对大小鼠等实验动物的全脑功能进行成像。 具备多种高频换能器，可以针对不同深度、不同规格的实验动物进行准确匹配，且具有独特的诊疗一体化探头，可以同步实现神经调控和成像。在神经科学领域，如脑功能疾病研究、神经反馈调节、脑疾病药物筛选、神经精神疾病研究以及脑机接口等领域具有巨大的应用潜力。 全脑深脑成像：能够同时捕捉全脑及深层脑区的详细信息，扩展了成像的覆盖范围； 高帧频脑成像：支持快速动态成像，捕捉脑功能活动的快速变化，适合实时监测； 高空间分辨率：具备精细的空间分辨率，确保脑部微小结构清晰呈现提高诊断准确度； 高时间分辨率：具备的时间分辨率，能够精确捕捉脑功能活动的瞬时波动，支持动态分析 诊疗一体：集成超声成像与神经调控功能，支持同步或独立工作模式； 高性能硬件：配备128阵元探头，5-10MHz宽频范围，兼顾成像分辨率与调控深度； 模块化扩展：灵活适配多场景需求，为科研与临床提供更多创新应用 神经疾病模型研究 用于小动物神经疾病模型的功能评估，帮助探索脑损伤、脑卒中、癫痫、帕金森病等疾病的发生机制； 脑功能网络与行为研究 分析小动物在进行特定行为任务时的脑功能活动，探究神经网络在认知、情感及运动等行为中的作用； 药物筛选与疗效评估 用于评估药物或治疗手段对脑功能的影响，提供实时脑功能变化的监测； 基因编辑与神经调控研究 结合基因编辑技术，研究特定基因对小动物脑功能的影响； 脑-机接口技术研究 在小动物实验中探索脑-机接口技术的应用，研究大脑信号与外部设备的交互，为未来脑-机接口的临床应用奠定基础 Qiu, Weibao, et al. "Ultrasound for the brain: a review of physical and engineering principles, and clinical applications." IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 68.1 (2020): 6-20. Deffieux, Thomas, et al. "Functional ultrasound neuroimaging: a review of the preclinical and clinical state of the art." Current opinion in neurobiology 50 (2018): 128-135. Deffieux, Thomas, Charlie Demené, and Mickael Tanter. "Functional ultrasound imaging: a new imaging modality for neuroscience." Neuroscience 474 (2021): 110-121. Attwell, David, et al. "Glial and neuronal control of brain blood flow." Nature 468.7321 (2010): 232-243. Montaldo, Gabriel, Alan Urban, and Emilie Macé. "Functional ultrasound neuroimaging." Annual Review of Neuroscience 45.1 (2022): 491-513. Kim, Seongyeon, et al. "Displacement and functional ultrasound (fUS) imaging of displacement-guided focused ultrasound (FUS) neuromodulation in mice." NeuroImage 298 (2024): 120768. Lambert, Théo, et al. "Functional ultrasound imaging and neuronal activity: how accurate is the spatiotemporal match?." bioRxiv (2024).
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