功能性超聲成像技術助力揭示大腦在空間導航中感知速度的神經(jīng)血管機制
注：本文轉載自公眾號“超聲前沿”。
你有沒有想過，當你散步、逛街或尋找目的地時，大腦是如何精準感知自己的移動速度？2025.12.29，巴黎高等物理化工學院（ESPCI Paris）Mickaël Tanter 教授團隊《Cell Reports》發(fā)表的一項重磅研究，用功能性超聲（fUS）成像揭開了大腦導航系統(tǒng)的隱藏機制 —— 我們的神經(jīng)血管里，竟然藏著一套專門編碼 “速度” 的密碼！為了破解這個密碼，研究選擇了和人類導航系統(tǒng)高度相似的大鼠作為研究對象，利用Iconeus One 功能超聲掃描儀進行分析。想象一下，大鼠戴著特制的 “超聲頭盔”，在 1 平方米的開闊空間里自由探索、奔跑。這個頭盔就像一臺高分辨率的 “大腦攝像頭”，能以 100 微米的精度和 80 毫秒的速度，捕捉大鼠大腦里的腦血容量（CBV）變化。同時，還利用 AI 技術實時追蹤大鼠的速度、方向、位置等一舉一動，讓大腦活動和行為精準對應。
對清醒自由活動的大鼠進行功能性超聲成像的全集成平臺，該平臺與行為信號同步，用于研究空間探索過程中的血管動態(tài)反應
核心發(fā)現(xiàn)：血管里的 3 個導航 “小秘密”① 血管是 “速度傳感器”，反應比雷達還敏銳：大鼠跑得越快，大腦海馬體-內(nèi)嗅皮層區(qū)域的血管就越 “活躍” —— 腦血容量。更神奇的是，即使是頭部轉動的角速度，也能在丘腦區(qū)域的血管中找到對應信號。這意味著，我們的大腦不需要依賴視覺、觸覺，單靠血管和神經(jīng)的聯(lián)動，就能精準感知移動速度。② 導航信號有 “專屬通道”，層層傳遞不迷路：通過分析血管活動的時間差，研究發(fā)現(xiàn)了一條清晰的信息傳遞路徑：丘腦→海馬旁回→海馬體。信號從丘腦出發(fā)，經(jīng)過海馬旁回的 “中轉”，最終到達海馬體的不同分區(qū)。這種層級傳遞就像快遞分揀系統(tǒng)，確保速度、方向等導航信息精準送達，讓大腦實時更新位置認知。③ 能量消耗 “按平方增長”，跑越快大腦越 “費電”：大腦導航時的能量消耗會隨速度呈二次方增長 —— 速度翻倍，能量消耗會變成原來的 4 倍。實驗數(shù)據(jù)完美驗證了這個預測：海馬體的血管活動強度與速度的平方高度契合。這背后的邏輯是，大腦里編碼位置的 “神經(jīng)活動團” 會隨速度擴大，既增加高度又拓寬寬度，導致能量需求急劇上升。難怪快速奔跑后，我們會感覺格外疲憊，原來大腦一直在 “高強度耗電”！
你有沒有想過，當你散步、逛街或尋找目的地時，大腦是如何精準感知自己的移動速度？2025.12.29，巴黎高等物理化工學院（ESPCI Paris）Mickaël Tanter 教授團隊《Cell Reports》發(fā)表的一項重磅研究，用功能性超聲（fUS）成像揭開了大腦導航系統(tǒng)的隱藏機制 —— 我們的神經(jīng)血管里，竟然藏著一套專門編碼 “速度” 的密碼！為了破解這個密碼，研究選擇了和人類導航系統(tǒng)高度相似的大鼠作為研究對象，利用Iconeus One 功能超聲掃描儀進行分析。想象一下，大鼠戴著特制的 “超聲頭盔”，在 1 平方米的開闊空間里自由探索、奔跑。這個頭盔就像一臺高分辨率的 “大腦攝像頭”，能以 100 微米的精度和 80 毫秒的速度，捕捉大鼠大腦里的腦血容量（CBV）變化。同時，還利用 AI 技術實時追蹤大鼠的速度、方向、位置等一舉一動，讓大腦活動和行為精準對應。
fUS 成像與動物速度之間存在顯著相關性
不同成像平面相對于動物速度的激活曲線
利用區(qū)域性 fUS 成像數(shù)據(jù)對動物速度進行動物間解碼
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