功能性超聲(fUS)技術(shù)揭示小鼠飲水行為中的全腦神經(jīng)活動動態(tài)_abio生物試劑品牌網(wǎng)
功能超聲（functional ultrasound，fUS）是一種新興的腦功能成像以及超高分辨率血流成像（Ultrasound Localization Microscopy, ULM）技術(shù)，突破性地實現(xiàn)了清醒動物上非侵入式的全腦功能檢測以及中樞和外周的血流檢測，具有非常高的時間空間分辨率與靈敏度，深度可達(dá)2厘米。在腦功能成像方面，fUS能夠記錄癲癇等一過性現(xiàn)象的全過程；在血流成像方面，fUS-ULM能夠以5 μm的分辨率對血流密度及血流動力學(xué)信息進(jìn)行成像。
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利用fUS成像技術(shù)研究小鼠飲水行為中的全腦神經(jīng)響應(yīng)模式
我們搭建了一個簡單的小鼠飲水裝置，每隔一段時間讓小鼠喝一次水，在給水前3秒給出一個聲音提示，在這個過程中采用法國ICONEUS公司研發(fā)的功能性超聲成像系統(tǒng)采集小鼠全腦的功能成像。
視頻1. 頭部固定小鼠飲水的視頻。視頻來源：禮智生物科技
圖1. 飲水實驗中小鼠全腦功能成像。圖來源：禮智生物科技
實驗結(jié)果十分有趣，飲水這個行為可以穩(wěn)定地激活全腦多個特異性的腦區(qū)。
我們將小鼠8次飲水的圖像做了多種處理，可以清晰地看到飲水這個行為激活的區(qū)域。
首先，應(yīng)用軟件計算各個像素點與給水的相關(guān)性，得到飲水行為的全腦激活地圖。
圖2. 飲水行為的全腦激活地圖。圖來源：禮智生物科技
對 8 個 trial 給水時間段作平均的相對CBV圖，得到相似的結(jié)果。
圖3. 平均給水時間段內(nèi)的相對CBV圖。圖來源：禮智生物科技
可以看到給水時間段內(nèi)，嘴部和鼻子相關(guān)的感覺皮層明顯的激活，除此以外，初級、次級運動皮層、紋狀體、丘腦、中腦內(nèi)側(cè)膝狀體, p1Rt網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等均出觀察到明顯激活，再往后腦橋網(wǎng)狀核也出現(xiàn)從前至后的大范圍激活。另外也有很多腦區(qū)出現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，包括前扣帶回皮層、背側(cè)紋狀體、背側(cè)海馬、下丘腦等等。
為了更加直觀地看到小鼠飲水中各腦區(qū)的變化過程，我們制作了平均 trial 的相對CBV動圖，這里展示有代表性的幾個位置切片。
視頻2. 平均trial的相對CBV動圖_slice 2。視頻來源：禮智生物科技
視頻3. 平均trial的相對CBV動圖_slice 6。視頻來源：禮智生物科技
視頻4. 平均trial的相對CBV動圖_slice 8。視頻來源：禮智生物科技
視頻5. 平均trial的相對CBV動圖_slice 11。視頻來源：禮智生物科技
視頻6. 平均trial的相對CBV動圖_slice 16。視頻來源：禮智生物科技
在這里可以看到，很多腦區(qū)的活動增加在給水之前的cue聲音出現(xiàn)時就出現(xiàn)了。
接下來，為了能夠看到激活腦區(qū)之間是否存在時間上的先后關(guān)系，我們提取了大量腦區(qū)的CBV曲線，得到了8個trial平均的相對CBV條帶熱圖。
圖4. 100多個腦區(qū)的條帶熱圖。圖來源：禮智生物科技
圖5. 300多個腦區(qū)的條帶熱圖。圖來源：禮智生物科技
將腦區(qū)分得更細(xì)后可以更加清晰地看到不同腦區(qū)的激活之間存在明顯的時間先后。
總結(jié)
利用fUS技術(shù)研究小鼠飲水時的全腦活動，發(fā)現(xiàn)飲水行為可引發(fā)多腦區(qū)激活，包括感覺/運動皮層、紋狀體、丘腦等，部分區(qū)域（如海馬、下丘腦）則抑制。動態(tài)分析顯示不同腦區(qū)激活存在時序差異，揭示飲水行為的神經(jīng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
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