功能超声成像 (fUS) 技术的运用
fUS是一种超快速超声成像技术，可高灵敏地检测脑血容量（CBV）的变化，反映神经元活动引起的神经血管耦合。与fMRI相比，fUS具备时间分辨率更高（毫秒级）、空间分辨率更细（微米级）、可在麻醉或清醒动物中进行、能检测微血管水平的血流变化等优势，并适合小动物脑功能研究。本研究首次将fUS用于脱髓鞘小鼠模型的功能血流测定，验证其检测血管功能障碍的潜力。

成像设置​

1. 成像平面定位于Bregma -1.60 mm处，对应初级躯体感觉皮层（S1BF）。
2. 使用Iconeus One扫描仪（法国Iconeus公司），15 MHz线阵探头（128换能器）。
3. 采用超快采样（500 Hz），每帧由11个倾斜平面波合成。
4. 采集速率2.5 Hz（每帧由200张滤波图像平均）。
5. 通过奇异值分解（SVD）滤波区分组织信号与血流信号。

刺激范式​

1. 采用Arduino控制机械触须刺激器，以4 Hz频率机械刺激小鼠胡须。
2. 每次实验包含10个刺激周期（每周期：20秒刺激 + 20秒休息）。
3. 全程420秒记录血流信号。

​数据分析

1. 通过GLM模型计算激活图（Z-score, Bonferroni校正p<0.05）。
2. 提取三个血流动力学指标：活跃像素数（number of active pixels）、稳态CBV变化率（ΔCBV）、上升时间（rise time）。
3. 在Matlab中拟合信号曲线（“stepinfo”函数）。
4. 对所有参数进行重复测量方差分析及事后多重比较（Tukey检验）。

(A) 四组小鼠的实验设计图；(B)(C) 不同组的体重变化和周体重增长；说明Cuprizone影响体重增长且停药后恢复。(D) 胡须刺激下fUS成像原理；(E) 激活图（Z-score）显示S1BF和丘脑的CBV升高区域；(F) 定义了三项血流动力学指标（活跃像素数、ΔCBV、rise time）。

​02研究结果
Results
Cuprizone成功诱导脱髓鞘
对照组体重增长稳定（0.61±0.13 g/周）；Cuprizone组在3–15天内平均体重下降（−0.88±0.19 g），停药后体重恢复并出现显著超量增长（+3.5±0.23 g），与文献一致。说明脱髓鞘模型建立成功。

皮层（S1BF）血流动力学反应变化

1. 对照组：在3、5、7周时间点中，CBV变化率和上升时间保持稳定，表明测量的可重复性。仅在第7周活跃像素略有下降，属于自然波动。
2. 进行性脱髓鞘组：随脱髓鞘进展（3至5周），活跃像素数显著增加（p=0.03），提示激活范围扩大；ΔCBV逐步升高，说明血流反应增强；上升时间在第3周即已延长，显示神经血管耦合动力学早期改变。
3. 再髓鞘化组：在5周Cuprizone后（5W）表现出与前组相同的血流增强特征；停药2周（5W+2W）后，活跃像素与ΔCBV轻度下降，提示部分恢复，但个体差异较大，可能反映自发再髓鞘程度不一。

A-B：展示健康对照动物在不同时间点的CBV激活图与定量曲线，说明fUS测量重复性良好。C-D：展示Cuprizone喂养3 周与5 周小鼠的CBV空间分布图及三项参数变化趋势。E-F：5 周脱髓鞘后恢复普通饲料2 周的小鼠，其CBV反应部分减弱，个体差异较大。

丘脑（VPM/VPL）血流反应变化
在早期脱髓鞘（3周）时，丘脑的ΔCBV与上升时间均增加；到5周脱髓鞘晚期，丘脑血流反应恢复至正常，无显著改变。说明血流改变主要发生在皮层层面，而非丘脑传入环节，提示皮层特异性血管反应异常。

比较对照、进行性脱髓鞘、再髓鞘化三组在丘脑的ΔCBV与rise time变化，显示早期短暂增强，后期无变化。

髓鞘水平与血流指标的相关性
三个fUS指标（活跃像素、ΔCBV、rise time）与S1BF及丘脑区域MBP水平呈相关。多元回归结果显示，这些指标的组合可预测组织MBP水平，说明功能性超声（fUS）信号变化可作为髓鞘完整性与血管功能障碍的潜在替代指标。

03
功能性超声fUS
揭示Cuprizone模型中
脱髓鞘相关的皮层血管反应异常
fUS Reveals Cortical Vascular Abnormalities 
Associated with Demyelination in the Cuprizone Model

本研究利用高灵敏度的功能超声成像（fUS）技术，首次在 Cuprizone 诱导的中枢脱髓鞘小鼠模型中系统评估了感觉皮层对胡须刺激的脑血流动力学反应变化，从而揭示脱髓鞘过程中潜在的血管功能障碍。研究结果显示，Cuprizone 处理引发动物体重下降、髓鞘蛋白表达减少及脑功能反应的动态重塑：在进行性脱髓鞘阶段，皮层的血流反应显著增强，表现为活跃像素数和稳态脑血容量（CBV）增加以及反应上升时间（rise time）延长；进入再髓鞘化阶段后，这些参数部分恢复，但仍存在个体差异。相较之下，丘脑的血流反应仅在早期出现轻度波动，提示该异常主要体现为皮层特异性的血管反应增强。

髓鞘碱性蛋白（MBP）免疫荧光定量进一步确认了皮层、胼胝体、海马与丘脑的显著脱髓鞘。回归分析结果揭示，功能性超声（fUS）检测到的血流动力学参数与髓鞘水平之间存在显著相关性，表明功能性超声（fUS）可作为反映髓鞘完整性与神经血管耦合变化的非侵入性功能指标。

值得注意的是，研究中观察到的皮层血流过度反应与既往 fMRI 研究中多发性硬化（MS）早期患者的皮层高反应现象一致，提示这种异常可能代表神经血管单元的代偿性或病理性重塑。进一步分析发现，血流反应幅度与髓鞘水平之间并无直接线性关系，意味着该现象更可能反映一种独立的血管功能障碍，而非仅由神经活动改变所致。

总体而言，本研究通过功能性超声（fUS）在时间与空间层面实现了对脱髓鞘进程中神经血管反应动态变化的精确追踪，充分展示了功能性超声（fUS）在检测微血管层面血流变化、量化神经血管耦合异常及评估再髓鞘过程恢复潜力方面的独特优势。凭借高时空分辨率、无创性及可重复纵向成像等特性，功能性超声（fUS）为脱髓鞘性疾病的早期功能评估、药效监测与新疗法筛选提供了一种前景广阔的影像工具。

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