基于功能超声成像(fUS)的单试次解码：揭示物理自运动在灵长类全脑血流动力学信号中的神经表征

本研究创新性地采用高时空分辨率功能超声成像(fUS)技术，在猕猴物理自运动范式下首次实现前庭系统激活模式的单试次解码。通过6自由度运动平台精确控制平移(translation)与旋转(rotation)刺激，发现包括V3A、M1、7m等新前庭相关脑区的激活特征，并利用线性判别分析(LDA)算法实现运动方向(准确率74-78%)与类型(93%)的解码。相较传统fMRI和电生理技术，fUS兼具毫米级空间分辨率(100×100×400 μm)与亚秒级采样(400 ms)，为研究自然状态下多感觉整合(如视觉-前庭交互)提供全新工具。

　　

技术突破与实验设计

功能超声成像(fUS)技术以15.6 MHz探头捕捉猕猴全脑血流容积(CBV)变化，在6自由度运动平台提供的物理自运动刺激下（0.5 Hz正弦平移/旋转），实现100×100 μm空间分辨率与400 ms时间分辨率的信号采集。实验采用完全黑暗环境排除视觉干扰，通过颅窗植入技术实现长达30个月的稳定观测。

前庭信号的全脑图谱

相关分析(Pearson r, FDR校正q<0.05)揭示前庭信号广泛分布于经典区域如顶岛前庭皮层(PIVC)、2v区、3a区，同时首次在灵长类中发现V3A、初级运动皮层(M1)、7m等新激活区。CBV信号变化幅度达8.9-58.6%，深层皮层响应显著强于浅层（如V3A区深层相关系数提高37%）。与半规管电刺激(GVS)对比显示，物理运动诱发的CBV变化强度高出42%，峰值响应延迟缩短3秒。

单试次解码的里程碑

采用线性判别分析(LDA)算法：

• 运动方向解码：左右vs前后平移的峰值准确率达78.5%（猴W），跨时间解码显示特异性存在于刺激期
• 运动类型解码：平移vs旋转准确率高达93%，训练集达75试次后进入平台期
• 眼动信号对照：解码性能(63.3%)显著低于fUS数据，排除VOR主导假说

多感觉交互的新证据

视觉光流刺激实验发现12个双模态脑区：

1. 传统视觉区如MSTd、VIP呈现前庭-视觉信号共存
2. 体感区1-2与运动区5的空间响应异质性（前部PE区仅前庭激活，后部PEa区双模态响应）
3. 初级运动皮层(M1)的跨模态激活暗示其在运动-感觉整合中的新角色

技术优势与临床展望

相比fMRI，fUS突破性地实现：

• 自然运动状态下的神经监测
• 4D探头未来可扩展至全脑三维成像
  当前局限包括1.5 cm成像深度限制（影响深部核团观测）及人类应用需颅骨减薄。该技术为前庭功能障碍、运动失调等疾病的机制研究开辟新途径，尤其对空间定向障碍患者的康复评估具有转化潜力。

（注：全文数据均来自原文Fig1-4及补充图表，技术参数如15.6 MHz探头、400 ms采样率等均与原文实验方法部分一致）