胡须刺激诱发的时空脑血流动力学反应的功能性超声表征

功能超声成像（functional ultrasound imaging，fUS）能够以精细的时空采样测量与任务相关的脑血容量（cerebral blood volume，CBV）变化，并已应用于功能定位和脑信号解码。其可获取的空间和时间信息可能同时取决于成像参数，以及神经输入经由神经血管耦合和血管动力学转换后的结果。因此，有必要通过受控的刺激—反应测量，对fUS的功能工作范围进行经验性表征。本研究采用小鼠胡须桶状皮层系统，考察感觉刺激所具有的明确空间和时间特征如何在fUS CBV信号中得到表征。在清醒、头部固定的小鼠中，系统改变胡须种类与数量、刺激持续时间以及脉冲间隔。单侧全部胡须刺激在初级躯体感觉桶状皮层区和腹后内侧丘脑核诱发了对侧优势的fUS CBV反应。不同胡须刺激条件对应于可区分的皮层反应分布，而涉及更多胡须的刺激则与更广泛的皮层募集相关。在0.5至10 s的不同刺激持续时间下，短时刺激即可产生可测量的反应，且反应强度及其时空演变会随刺激持续时间而变化。对于连续施加的2 s刺激，当脉冲间隔为1 s时，反应常常发生重叠；当间隔为2 s时，大多数记录中的反应可以分离；而当间隔达到3 s或更长时，四只小鼠的反应均能得到稳定分辨。研究进一步将这些观察结果整合为一个初步的低参数框架，用于关联选定的刺激因素与空间激活模式及时间反应特征。本研究系统表征了fUS CBV信号的时空反应模式及其界限，为开发基于fUS的解码模型，以及设计适用于可靠fUS解码的刺激范式提供了实验基础。

功能性超声成像（fUS）能够以精细的时空采样测量与任务相关的脑血容量（CBV）变化，并已应用于功能定位和脑信号解码。其可获取的空间和时间信息可能同时取决于成像参数，以及神经输入经由神经血管耦合和血管动力学转化的过程。因此，需要开展受控的刺激—反应测量，以通过经验方式表征 fUS 的功能工作范围。本研究采用小鼠胡须桶状皮层系统，考察感觉刺激所具有的明确空间和时间特征如何反映在 fUS 的 CBV 信号中。在清醒、头部固定的小鼠中，系统改变胡须的身份与数量、刺激持续时间以及脉冲间隔。单侧全部胡须刺激在初级躯体感觉桶状皮层区和腹后内侧丘脑核引发了以对侧为主的 fUS CBV 反应。不同胡须刺激条件对应着可区分的皮层反应分布，而涉及更多胡须的刺激则与更广泛的皮层募集相关。在 0.5～10 s 的刺激持续时间范围内，短时刺激即可产生可测量的反应，且反应强度及其时空演变均随刺激持续时间而变化。对于连续施加的 2 s 刺激，当脉冲间隔为 1 s 时，反应经常发生重叠；当脉冲间隔为 2 s 时，大多数记录中能够将其区分开来；而当间隔达到 3 s 或更长时，四只小鼠的反应均能被稳定分辨。进一步地，本研究将这些观察结果整合为一个初步的低参数框架，将选定的刺激因素与空间激活模式及时间反应特征联系起来。本研究系统表征了 fUS CBV 信号的时空反应模式及其局限性，为开发基于 fUS 的解码模型，以及设计适用于可靠 fUS 解码的刺激范式提供了实验基础。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.30.748086v1?rss=1

🏷️ 功能性超声成像 脑血流动力学 神经血管耦合 胡须感觉刺激 躯体感觉皮层 功能脑成像