功能超聲成像 (fUS) 技術的運用
fUS是一種超快速超聲成像技術，可高靈敏地檢測腦血容量（CBV）的變化，反映神經元活動引起的神經血管耦合。與fMRI相比，fUS具備時間分辨率更高（毫秒級）、空間分辨率更細（微米級）、可在麻醉或清醒動物中進行、能檢測微血管水平的血流變化等優(yōu)勢，并適合小動物腦功能研究。本研究首次將fUS用于脫髓鞘小鼠模型的功能血流測定，驗證其檢測血管功能障礙的潛力。

成像設置​

1. 成像平面定位于Bregma -1.60 mm處，對應初級軀體感覺皮層（S1BF）。
2. 使用Iconeus One掃描儀（法國Iconeus公司），15 MHz線陣探頭（128換能器）。
3. 采用超快采樣（500 Hz），每幀由11個傾斜平面波合成。
4. 采集速率2.5 Hz（每幀由200張濾波圖像平均）。
5. 通過奇異值分解（SVD）濾波區(qū)分組織信號與血流信號。

刺激范式​

1. 采用Arduino控制機械觸須刺激器，以4 Hz頻率機械刺激小鼠胡須。
2. 每次實驗包含10個刺激周期（每周期：20秒刺激 + 20秒休息）。
3. 全程420秒記錄血流信號。

​數據分析

1. 通過GLM模型計算激活圖（Z-score, Bonferroni校正p<0.05）。
2. 提取三個血流動力學指標：活躍像素數（number of active pixels）、穩(wěn)態(tài)CBV變化率（ΔCBV）、上升時間（rise time）。
3. 在Matlab中擬合信號曲線（“stepinfo”函數）。
4. 對所有參數進行重復測量方差分析及事后多重比較（Tukey檢驗）。

(A) 四組小鼠的實驗設計圖；(B)(C) 不同組的體重變化和周體重增長；說明Cuprizone影響體重增長且停藥后恢復。(D) 胡須刺激下fUS成像原理；(E) 激活圖（Z-score）顯示S1BF和丘腦的CBV升高區(qū)域；(F) 定義了三項血流動力學指標（活躍像素數、ΔCBV、rise time）。

​02研究結果
Results
Cuprizone成功誘導脫髓鞘
對照組體重增長穩(wěn)定（0.61±0.13 g/周）；Cuprizone組在3–15天內平均體重下降（−0.88±0.19 g），停藥后體重恢復并出現顯著超量增長（+3.5±0.23 g），與文獻一致。說明脫髓鞘模型建立成功。

皮層（S1BF）血流動力學反應變化

1. 對照組：在3、5、7周時間點中，CBV變化率和上升時間保持穩(wěn)定，表明測量的可重復性。僅在第7周活躍像素略有下降，屬于自然波動。
2. 進行性脫髓鞘組：隨脫髓鞘進展（3至5周），活躍像素數顯著增加（p=0.03），提示激活范圍擴大；ΔCBV逐步升高，說明血流反應增強；上升時間在第3周即已延長，顯示神經血管耦合動力學早期改變。
3. 再髓鞘化組：在5周Cuprizone后（5W）表現出與前組相同的血流增強特征；停藥2周（5W+2W）后，活躍像素與ΔCBV輕度下降，提示部分恢復，但個體差異較大，可能反映自發(fā)再髓鞘程度不一。

A-B：展示健康對照動物在不同時間點的CBV激活圖與定量曲線，說明fUS測量重復性良好。C-D：展示Cuprizone喂養(yǎng)3 周與5 周小鼠的CBV空間分布圖及三項參數變化趨勢。E-F：5 周脫髓鞘后恢復普通飼料2 周的小鼠，其CBV反應部分減弱，個體差異較大。

丘腦（VPM/VPL）血流反應變化
在早期脫髓鞘（3周）時，丘腦的ΔCBV與上升時間均增加；到5周脫髓鞘晚期，丘腦血流反應恢復至正常，無顯著改變。說明血流改變主要發(fā)生在皮層層面，而非丘腦傳入環(huán)節(jié)，提示皮層特異性血管反應異常。

比較對照、進行性脫髓鞘、再髓鞘化三組在丘腦的ΔCBV與rise time變化，顯示早期短暫增強，后期無變化。

髓鞘水平與血流指標的相關性
三個fUS指標（活躍像素、ΔCBV、rise time）與S1BF及丘腦區(qū)域MBP水平呈相關。多元回歸結果顯示，這些指標的組合可預測組織MBP水平，說明功能性超聲（fUS）信號變化可作為髓鞘完整性與血管功能障礙的潛在替代指標。

03
功能性超聲fUS
揭示Cuprizone模型中
脫髓鞘相關的皮層血管反應異常
fUS Reveals Cortical Vascular Abnormalities 
Associated with Demyelination in the Cuprizone Model

本研究利用高靈敏度的功能超聲成像（fUS）技術，首次在 Cuprizone 誘導的中樞脫髓鞘小鼠模型中系統(tǒng)評估了感覺皮層對胡須刺激的腦血流動力學反應變化，從而揭示脫髓鞘過程中潛在的血管功能障礙。研究結果顯示，Cuprizone 處理引發(fā)動物體重下降、髓鞘蛋白表達減少及腦功能反應的動態(tài)重塑：在進行性脫髓鞘階段，皮層的血流反應顯著增強，表現為活躍像素數和穩(wěn)態(tài)腦血容量（CBV）增加以及反應上升時間（rise time）延長；進入再髓鞘化階段后，這些參數部分恢復，但仍存在個體差異。相較之下，丘腦的血流反應僅在早期出現輕度波動，提示該異常主要體現為皮層特異性的血管反應增強。

髓鞘堿性蛋白（MBP）免疫熒光定量進一步確認了皮層、胼胝體、海馬與丘腦的顯著脫髓鞘�；貧w分析結果揭示，功能性超聲（fUS）檢測到的血流動力學參數與髓鞘水平之間存在顯著相關性，表明功能性超聲（fUS）可作為反映髓鞘完整性與神經血管耦合變化的非侵入性功能指標。

值得注意的是，研究中觀察到的皮層血流過度反應與既往 fMRI 研究中多發(fā)性硬化（MS）早期患者的皮層高反應現象一致，提示這種異常可能代表神經血管單元的代償性或病理性重塑。進一步分析發(fā)現，血流反應幅度與髓鞘水平之間并無直接線性關系，意味著該現象更可能反映一種獨立的血管功能障礙，而非僅由神經活動改變所致。

總體而言，本研究通過功能性超聲（fUS）在時間與空間層面實現了對脫髓鞘進程中神經血管反應動態(tài)變化的精確追蹤，充分展示了功能性超聲（fUS）在檢測微血管層面血流變化、量化神經血管耦合異常及評估再髓鞘過程恢復潛力方面的獨特優(yōu)勢。憑借高時空分辨率、無創(chuàng)性及可重復縱向成像等特性，功能性超聲（fUS）為脫髓鞘性疾病的早期功能評估、藥效監(jiān)測與新療法篩選提供了一種前景廣闊的影像工具。

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