Neuroimaging은 뇌 기능에 대한 이해를 높였습니다. 이러한 기술은 종종 뇌의 혈관 활동과 신경 활동 사이의 근본적인 상호 작용을 이용하여 뇌 활성화를 감지하기 위해 혈류 변화를 측정하는 것을 포함합니다. 이 소위 신경혈관 결합의 모든 변화는 대뇌 기능 장애와 강하게 연결되어 있습니다. 치매 및 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환은 작은 대뇌 혈관의 기능 장애를 포함하기 때문에 대뇌 미세 순환을 이미지화하는 능력이 특히 중요합니다.
연구원 Institute Physics For Medicine 파리 (Inserm/ESPCI PSL 대학/CNRS)는 이제 미크론 규모에서 대뇌 활동을 포착할 수 있는 기능적 초음파 국소화 현미경(fULM)이라는 방법을 개발했습니다. 이 팀은 설치류 혈관 활동에 대한 최초의 미크론 규모의 전체 뇌 이미지를 발표했습니다. 자연 방법, fULM 이미지 획득 및 분석 절차에 대한 자세한 설명과 함께.
현미경적 규모에서 뇌 기능을 연구하기 위한 침습적 전기생리학적 또는 광학적 접근법과 달리 초음파 국소화 현미경(ULM)은 비침습적일 수 있습니다. 이미징 기술은 혈액 순환에 주입된 생체 적합성 마이크론 크기의 미세 기포를 추적하고 수백만 개의 미세 기포 트랙을 축적함으로써 재구성된 이미지는 넓은 시야에서 마이크론 크기의 정확도로 뇌 혈액량의 미묘한 변화를 드러낼 수 있습니다.
연구자들은 이전에 ULM을 사용하여 설치류와 인간의 전체 뇌 규모에서 미세혈관 해부학을 밝혀냈습니다. ULM의 공간 분해능은 기능적 초음파 이미징으로 얻은 것보다 16배 더 좋습니다. 그러나 획득 프로세스가 느리기 때문에 ULM은 신경 활동에 의해 유도된 혈류의 정적 지도만 생성할 수 있습니다.
fULM 기술은 이러한 한계를 극복합니다. 뇌 미세혈관을 이미징하는 것 외에도 이 기술은 각 혈관을 통과하는 미세기포의 수와 속도를 계산하여 국소 뇌 활성화를 감지합니다. 뇌 영역이 활성화되면 신경혈관 결합으로 혈액량이 국소적으로 증가하여 혈관이 확장되고 더 많은 미세 기포가 통과할 수 있습니다. fULM은 미세 기포 흐름, 속도 및 혈관 직경을 포함하여 이러한 혈관 역학을 특징짓는 여러 매개변수의 로컬 추정치를 제공합니다.
수석 연구원에 따르면 미카엘 탠터 그리고 동료들은 fULM을 비용 효율적이고 사용하기 쉬운 초음파 스캐너에 통합하여 "뇌 전체 공간 범위를 현미경 해상도 및 1초 시간 해상도와 결합하여 대뇌 미세 순환 네트워크 및 혈류역학적 변화에 대한 정량적 보기를 제공합니다. 신경 기능 이미징과 호환 가능”.
생체 내 연구
fULM 개념을 입증하기 위해 연구자들은 먼저 기능성 초음파(조영제 없음)로 실험실 쥐를 촬영한 다음 동일한 이미징 평면에서 ULM을 수행했습니다. 그들은 지속적인 미세 기포 주입으로 마취된 쥐에서 감각 자극(수염 편향 또는 시각적 자극)을 결합했습니다. ULM의 경우, 쥐는 20분 이미징 세션 동안 마이크로버블을 지속적으로 천천히 주입하여 초음파 프레임당 약 30개의 마이크로버블을 생성했습니다.
ULM 처리 중에 연구원들은 각 미세 기포 위치와 해당 시간 위치로 모든 트랙을 저장했습니다. 그들은 픽셀 크기를 선택하고 각 픽셀 내의 각 미세 기포를 분류하여 ULM 이미지를 구성했습니다. 총 수집 시간 동안 최소 XNUMX개의 서로 다른 미세 기포 감지가 있는 픽셀만 분석에 사용되었습니다.
이 기술을 통해 연구원들은 6.5μm 해상도로 피질 및 피질 하부 영역 모두에서 기능적 충혈(혈관 내 혈액 증가)을 매핑할 수 있었습니다. 그들은 미세기포 플럭스와 속도를 측정하여 XNUMX마리의 쥐에 대한 수염 자극과 XNUMX마리의 쥐에 대한 시각적 자극 동안 시간적 혈류역학 반응을 정량화했습니다.
팀은 기능적 충혈 동안 혈관의 침범을 정량화했습니다. 그들은 대조군 동물이 어떤 변화도 나타내지 않았다는 점에 주목하면서 대표적인 세동맥 및 세정맥(모세혈관으로 들어오고 나가는 매우 작은 동맥/정맥)에 대한 미세기포 수, 속도 및 직경의 증가를 관찰했습니다. 그들은 또한 각각의 개별 혈관의 침범을 정량화하기 위해 "관류" 및 "배수 면적 지수"를 도입했습니다. 이들은 소동맥과 세정맥에 대한 자극 동안 각각 28%와 54% 증가했습니다.
시야가 넓기 때문에 연구원들은 수염 자극을 위한 시상과 시각적 자극을 위한 상구와 같은 깊은 구조에서도 전체 쥐 뇌 슬라이스 이미지에 걸쳐 모든 혈관에 대해 동시에 정량 분석을 수행할 수 있었습니다.
"획득된 시공간적 해상도는 fULM이 전체 뇌의 다양한 혈관 구획을 이미지화하고 특히 신경 활동 중 혈관 변화에 주요한 기여를 하는 것으로 알려진 전모세혈관 소동맥에서 각각의 기여를 구별할 수 있도록 합니다."라고 저자는 썼습니다.
초고속 초음파는 인간의 뇌 깊숙이 있는 작은 혈관을 매핑합니다.
“fULM은 미세기포 흐름의 상대적인 증가가 세동맥보다 실질 내부 혈관에서 더 크다는 것을 보여줍니다. fULM은 또한 기준선에서 관통 세동맥의 혈류 및 속도에 대한 깊이 의존적 특성을 확인하고 활성화 동안 혈액 속도의 깊이 의존적 변화를 강조합니다. 또한 활성화 동안 미세 기포 플럭스, 혈액 속도 및 세정맥 직경의 큰 증가를 정량화합니다.”
새로운 이미징 연구 도구인 fULM은 뇌 활성화 중 동적 변화를 추적하는 방법을 제공하고 신경 뇌 회로에 대한 통찰력을 제공합니다. 기능적 연결성, 층별 피질 활동 및/또는 뇌 전체 규모의 신경혈관 결합 변경 연구에 도움이 될 것입니다.
Tanter는 Institute Physics for Medicine의 연구원들이 파리에 기반을 둔 의료 기술 회사와 협력하고 있다고 언급했습니다. 이코네우스, 이 기술을 신경과학 커뮤니티와 임상 이미징에 매우 빠르게 사용할 수 있도록 합니다.
