功能性超声成像技术助力揭示大脑在空间导航中感知速度的神经血管机制
2026-02-27 来源:本站 点击次数:108
注：本文转载自公众号“超声前沿”。
你有没有想过，当你散步、逛街或寻找目的地时，大脑是如何精准感知自己的移动速度？2025.12.29，巴黎高等物理化工学院（ESPCI Paris）Mickaël Tanter 教授团队《Cell Reports》发表的一项重磅研究，用功能性超声（fUS）成像揭开了大脑导航系统的隐藏机制 —— 我们的神经血管里，竟然藏着一套专门编码 “速度” 的密码！为了破解这个密码，研究选择了和人类导航系统高度相似的大鼠作为研究对象，利用Iconeus One 功能超声扫描仪进行分析。想象一下，大鼠戴着特制的 “超声头盔”，在 1 平方米的开阔空间里自由探索、奔跑。这个头盔就像一台高分辨率的 “大脑摄像头”，能以 100 微米的精度和 80 毫秒的速度，捕捉大鼠大脑里的脑血容量（CBV）变化。同时，还利用 AI 技术实时追踪大鼠的速度、方向、位置等一举一动，让大脑活动和行为精准对应。
对清醒自由活动的大鼠进行功能性超声成像的全集成平台，该平台与行为信号同步，用于研究空间探索过程中的血管动态反应
核心发现：血管里的 3 个导航 “小秘密”① 血管是 “速度传感器”，反应比雷达还敏锐：大鼠跑得越快，大脑海马体-内嗅皮层区域的血管就越 “活跃” —— 脑血容量。更神奇的是，即使是头部转动的角速度，也能在丘脑区域的血管中找到对应信号。这意味着，我们的大脑不需要依赖视觉、触觉，单靠血管和神经的联动，就能精准感知移动速度。② 导航信号有 “专属通道”，层层传递不迷路：通过分析血管活动的时间差，研究发现了一条清晰的信息传递路径：丘脑→海马旁回→海马体。信号从丘脑出发，经过海马旁回的 “中转”，最终到达海马体的不同分区。这种层级传递就像快递分拣系统，确保速度、方向等导航信息精准送达，让大脑实时更新位置认知。③ 能量消耗 “按平方增长”，跑越快大脑越 “费电”：大脑导航时的能量消耗会随速度呈二次方增长 —— 速度翻倍，能量消耗会变成原来的 4 倍。实验数据完美验证了这个预测：海马体的血管活动强度与速度的平方高度契合。这背后的逻辑是，大脑里编码位置的 “神经活动团” 会随速度扩大，既增加高度又拓宽宽度，导致能量需求急剧上升。难怪快速奔跑后，我们会感觉格外疲惫，原来大脑一直在 “高强度耗电”！
你有没有想过，当你散步、逛街或寻找目的地时，大脑是如何精准感知自己的移动速度？2025.12.29，巴黎高等物理化工学院（ESPCI Paris）Mickaël Tanter 教授团队《Cell Reports》发表的一项重磅研究，用功能性超声（fUS）成像揭开了大脑导航系统的隐藏机制 —— 我们的神经血管里，竟然藏着一套专门编码 “速度” 的密码！为了破解这个密码，研究选择了和人类导航系统高度相似的大鼠作为研究对象，利用Iconeus One 功能超声扫描仪进行分析。想象一下，大鼠戴着特制的 “超声头盔”，在 1 平方米的开阔空间里自由探索、奔跑。这个头盔就像一台高分辨率的 “大脑摄像头”，能以 100 微米的精度和 80 毫秒的速度，捕捉大鼠大脑里的脑血容量（CBV）变化。同时，还利用 AI 技术实时追踪大鼠的速度、方向、位置等一举一动，让大脑活动和行为精准对应。
fUS 成像与动物速度之间存在显著相关性
不同成像平面相对于动物速度的激活曲线
利用区域性 fUS 成像数据对动物速度进行动物间解码
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