fUS介绍
功能超声（functional ultrasound，fUS）是一种新兴的脑功能成像以及超高分辨率血流成像（Ultrasound Localization Microscopy, ULM）技术，突破性地实现了清醒动物上非侵入式的全脑功能检测以及中枢和外周的血流检测，具有非常高的时间空间分辨率与灵敏度，深度可达2厘米。在脑功能成像方面，fUS能够记录癫痫等一过性现象的全过程；在血流成像方面，fUS-ULM能够以5 μm的分辨率对血流密度及血流动力学信息进行成像。

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我们公众号会在实验分享版块定期分享礼智神经影像中心内部数据结果，以便大家更全面地了解fUS技术的特点和应用，欢迎持续关注！

利用fUS成像技术研究小鼠饮水行为中的全脑神经响应模式
我们搭建了一个简单的小鼠饮水装置，每隔一段时间让小鼠喝一次水，在给水前3秒给出一个声音提示，在这个过程中采用法国ICONEUS公司研发的功能性超声成像系统采集小鼠全脑的功能成像。

视频1. 头部固定小鼠饮水的视频。视频来源：礼智生物科技

图1. 饮水实验中小鼠全脑功能成像。图来源：礼智生物科技

实验结果十分有趣，饮水这个行为可以稳定地激活全脑多个特异性的脑区。
我们将小鼠8次饮水的图像做了多种处理，可以清晰地看到饮水这个行为激活的区域。
首先，应用软件计算各个像素点与给水的相关性，得到饮水行为的全脑激活地图。
 

图2. 饮水行为的全脑激活地图。图来源：礼智生物科技

对 8 个 trial 给水时间段作平均的相对CBV图，得到相似的结果。

图3. 平均给水时间段内的相对CBV图。图来源：礼智生物科技

可以看到给水时间段内，嘴部和鼻子相关的感觉皮层明显的激活，除此以外，初级、次级运动皮层、纹状体、丘脑、中脑内侧膝状体, p1Rt网状结构等均出观察到明显激活，再往后脑桥网状核也出现从前至后的大范围激活。另外也有很多脑区出现明显的负相关，包括前扣带回皮层、背侧纹状体、背侧海马、下丘脑等等。

为了更加直观地看到小鼠饮水中各脑区的变化过程，我们制作了平均 trial 的相对CBV动图，这里展示有代表性的几个位置切片。
 

视频2. 平均trial的相对CBV动图_slice 2。视频来源：礼智生物科技


视频3. 平均trial的相对CBV动图_slice 6。视频来源：礼智生物科技


视频4. 平均trial的相对CBV动图_slice 8。视频来源：礼智生物科技


视频5. 平均trial的相对CBV动图_slice 11。视频来源：礼智生物科技


视频6. 平均trial的相对CBV动图_slice 16。视频来源：礼智生物科技

在这里可以看到，很多脑区的活动增加在给水之前的cue声音出现时就出现了。
接下来，为了能够看到激活脑区之间是否存在时间上的先后关系，我们提取了大量脑区的CBV曲线，得到了8个trial平均的相对CBV条带热图。
 

图4. 100多个脑区的条带热图。图来源：礼智生物科技

图5. 300多个脑区的条带热图。图来源：礼智生物科技

将脑区分得更细后可以更加清晰地看到不同脑区的激活之间存在明显的时间先后。

总结
利用fUS技术研究小鼠饮水时的全脑活动，发现饮水行为可引发多脑区激活，包括感觉/运动皮层、纹状体、丘脑等，部分区域（如海马、下丘脑）则抑制。动态分析显示不同脑区激活存在时序差异，揭示饮水行为的神经调控网络。

希望我们的实验能为大家提供一些参考，如果您感兴趣，欢迎联系我们探讨！（联系方式见文末）