隨著醫(yī)學(xué)物理實驗室(Inserm、ESPCI Paris-PSL、CNRS)在過去十年中取得的技術(shù)進步，超聲正在改變神經(jīng)影像學(xué)領(lǐng)域。2009 年，功能性超聲 (fUS) 的推出為神經(jīng)科學(xué)家提供了一種獨特的技術(shù)——便攜、易于使用、具有成本效益——以高靈敏度可視化大腦活動。2015 年，另一種方法，創(chuàng)造的超聲定位顯微鏡 (ULM) 產(chǎn)生了腦血管網(wǎng)絡(luò)的獨特圖像，揭示了微米級的血管。2022 年，醫(yī)學(xué)物理學(xué)的研究人員通過結(jié)合兩全其美，獲得了更加驚人的成果：功能性超聲定位顯微鏡 (fULM) 以微米級捕獲大腦活動。該研究發(fā)表在《自然方法》上.它為腦血管疾病的診斷開辟了未來的主要臨床前景，例如中風(fēng)、所有小血管疾病、動脈瘤破裂的風(fēng)險或在阿爾茨海默氏癥等神經(jīng)退行性疾病中很早就出現(xiàn)的血管改變。
超聲波掃描儀可以通過皮膚觀察器官，因此廣泛用于醫(yī)學(xué)成像，主要用于產(chǎn)科或心臟病學(xué)。迄今為止，使用超聲波進行神經(jīng)成像仍僅限于檢測大腦中的大(直徑幾毫米)血管。然而，人們對更精確地觀察腦血管系統(tǒng)很感興趣，因為許多神經(jīng)退行性疾病——阿爾茨海默病、癡呆癥——都涉及小腦血管的功能障礙。
神經(jīng)血管耦合：神經(jīng)和血管網(wǎng)絡(luò)之間的對話
腦血管和神經(jīng)元活動之間發(fā)生緊密的相互作用：血管為神經(jīng)元提供氧氣和營養(yǎng)，因此支持神經(jīng)元活動。這種稱為神經(jīng)血管耦合的基本相互作用在神經(jīng)影像學(xué)中得到了利用：檢測血流變化可以檢測大腦激活。
功能性超聲 (fUS) 具有非常高的靈敏度：它能夠檢測到腦血容量的非常細微的變化。它提供了使用超聲波固有的成像性能，即覆蓋整個大腦的大視野和數(shù)百微米的分辨率。
為了區(qū)分較小的血管，醫(yī)學(xué)物理實驗室的研究人員開發(fā)了一種稱為超聲定位顯微鏡 (ULM) 的技術(shù)，實現(xiàn)了比標(biāo)準(zhǔn)超聲更好的空間分辨率。假設(shè)您嘗試捕捉一條狹窄道路的衛(wèi)星視圖。從遠處區(qū)分狹窄的路徑可能具有挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)在，如果一輛摩托車開著大燈在這條路上行駛，你可能會看到它的光暈，而光暈的中心會準(zhǔn)確地告訴你摩托車的位置，從而揭示狹窄道路的位置。定位顯微鏡依賴于同樣的原理：一個明亮的點狀物體可以通過精確定位其光暈的中心來準(zhǔn)確定位。在 ULM 中，“明亮”的物體是生物相容的微米級氣泡，注入血液循環(huán)。具有微米級精度的血管，并使用超聲成像跨越大視野。通過積累數(shù)百萬個微氣泡的軌跡，研究人員在嚙齒動物和人類患者的全腦范圍內(nèi)重建了獨特的微血管解剖圖，正如之前的研究所發(fā)表的那樣(Demené 等人，Science Translational Medicine2017;Demeulenaere 等人) ,eBioMedicine2022)。然而，這種技術(shù)不夠快速和靈敏，無法動態(tài)捕捉由神經(jīng)元活動引起的局部血流變化。
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