功能性超声显微镜：在微米尺度上感知全脑神经元活性
在过去的十年中，超声正在通过物理学实验室（Inserm，ESPCI Paris-PSL，CNR）实现的技术进步来改变神经影像的领域。2009年的功能性超声（FUS）的引言为神经科学家提供了独特的技术（可移植，易于使用，成本效益），以高灵敏度可视化大脑活动。2015年，另一种方法创造的超声定位显微镜（ULM）产生了脑血管网络的独特图像，揭示了微米大小的血管。在2022年，医学物理学研究人员通过结合两全其美的最佳成绩获得了更加壮观的结果：功能性超声定位显微镜（FULM）捕获了微米尺度上的大脑活性。该研究发表在自然方法。它为诊断脑血管病理学的诊断提供了主要的未来临床观点，例如中风，所有小血管的疾病，动脉瘤破裂的风险或在阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病中非常早期存在的风险。
超声扫描仪可以通过皮肤观察器官，因此在医学成像中广泛使用，主要是在妇产科或心脏病学中。到目前为止，使用超声来进行神经影像学仍然限于检测大型（直径几毫米）血液船只脑。然而，人们对更精确地查看大脑血管有很大的兴趣，因为许多神经退行性疾病- 阿尔茨海默氏症，痴呆症 - 小脑血管的功能障碍。
神经血管耦合：神经和血管网络之间的对话
脑血管和神经元活性之间发生紧密相互作用：血管在氧气和养分中提供神经元，因此支持神经元活性。这种称为神经血管耦合的基本相互作用在神经影像学中被利用：检测血流变化可以检测脑激活。
功能性超声（FUS）的灵敏度非常高：它能够检测出大脑血容量的微妙变化。它提供了使用超声波的固有的成像性能，即覆盖整个大脑的大视野以及数百微米的分辨率。
为了区分较小的血管，医学实验室物理学的研究人员开发了一种称为超声定位显微镜（ULM）的技术，其空间分辨率比标准超声更好。想象一下，您尝试捕捉狭窄道路的卫星景观。将狭窄的道路与远处区分开来可能具有挑战性。现在，如果摩托车在那条路上沿着大灯开着，您可能会看到它的光环和光环的中心将准确地通知您摩托车的位置，因此揭示了狭窄的道路位置。定位显微镜依赖于相同的原理：可以通过确定其光环的中心来准确地定位一个明亮的点状物体。在ULM中，“明亮”的物体是生物相容性的微米大小气泡，并注入了血液循环中。跟踪这些微米大小的气泡在血液中传播时，会发现血管具有微米大小的精度，并使用超声成像在大型视野中。通过累积数百万个微泡的轨道，研究人员在啮齿动物和啮齿动物的全脑尺度上重建了微脉管解剖结构的独特图片人类患者，如先前的研究所述（Demené等人，科学翻译医学2017;Demeulenaere等人，ebiomedicine2022）。但是，该技术的快速和敏感性不足以动态地捕获神经元活性引起的血流的局部变化。
无创探测微观水平的脑活动
在当前的研究中，发表在自然方法，研究人员解决了这一问题，并在分析Microbubbles穿越大鼠脑脉管系统的过程中进一步发展。它们不仅会成像脑微脉管系统，而且还通过计算每个血管中通过的微泡的数量和速度来检测局部大脑的激活：当大鼠脑的一个区域激活时，由于神经血管造成的血容量，血液体积在局部增加耦合，扩张容器并允许更多的微泡通过。换句话说，可以从ULM数据中提取动态信息。跟踪微泡不仅可以用于定位微容器，但它也可以感觉到微型的功能活动血管规模。所有的技术发展都产生了一种新的神经影像学方法，即造成的功能超声定位显微镜（FULM），具有三个主要优势的独特组合 - 在显微镜分辨率和整个器械量表上，无创脑活动的定量定量以易于使用和成本效益超声扫描器。
展示富尔姆的概念是一个关键的科学飞跃，但这只是迈入神经科学新的新研究领域的第一步。在FULM采集期间捕获的数百万微泡中的每一个都带有许多与生物学相关的信息。科学家的即将到来的任务将是利用，处理并将这些大量信息与脑血管和神经退行性疾病所涉及的机制联系起来。
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