隨著醫(yī)學物理實驗室(Inserm、ESPCI Paris-PSL、CNRS)在過去十年中取得的技術進步，超聲正在改變神經(jīng)影像學領域。2009 年，功能性超聲 (fUS) 的推出為神經(jīng)科學家提供了一種獨特的技術——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)絡的獨特圖像，揭示了微米級的血管。2022 年，醫(yī)學物理學的研究人員通過結合兩全其美，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、所有小血管疾病、動脈瘤破裂的風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)學成像，主要用于產(chǎn)科或心臟病學。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，實現(xiàn)了比標準超聲更好的空間分辨率。假設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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