機能的超音波イメージング（fUS）は、脳血液量（CBV）の課題関連変化を高密度な空間サンプリングと高速取得によって測定し、機能マッピングおよび脳信号の解読を可能にする。神経活動の間接的指標であるfUS-CBV信号は、神経血管連関および血管動態によって形成され、これらは解読に利用できる刺激情報の空間的・時間的特性に影響を及ぼす。したがって、fUS-CBV信号から識別可能な機能的差異を、統制された実験条件下で明らかにする必要がある。本研究では、覚醒下で頭部を固定したマウスに統制されたヒゲ刺激を与え、解読に関連する応答特性を明らかにした。ヒゲの種類と本数、刺激時間、および刺激間間隔を系統的に変化させた。全ヒゲ刺激は、一次体性感覚野バレル領域および視床腹側後内側核において対側優位の応答を生じさせた。異なるヒゲからの入力は識別可能な皮質応答分布と関連し、より多くのヒゲを刺激すると、より広範な代表的活動パターンが生じた。0.5秒から10秒までの刺激時間では、短時間の刺激でも測定可能な刺激関連信号が生成され、応答の大きさ、持続性、および空間分布は刺激時間に応じて変化した。2秒間の刺激を対にして与えた場合、試行単位の分離可能性は、検証した中で最短の1秒間隔、すなわち刺激開始から次の刺激開始まで3秒の条件ですでに高く、間隔が3秒以上になると100％に達した。実験的に明らかにしたfUS-CBV信号の時空間応答特性に基づき、概念実証としてモデリングおよび解読の枠組みを構築した。この枠組みは、個体間の空間予測、刺激開始時刻が既知の場合における一次体性感覚野バレル領域のΔCBV時系列からの短時間刺激と長時間刺激の分類、および一対の事象の分離可能性のモデリングから構成された。以上の結果は、fUS-CBV信号が神経血管変換後にも、統制された感覚入力に関する構造化された空間的・時間的情報を保持することを示す。測定されたこれらの応答特性は、fUS-CBV信号を用いて神経活動を確実に識別できる時空間的限界を明らかにし、fUSに基づく解読モデルの開発、および信頼性の高いfUS解読に適した刺激パラダイムの設計に制約条件を与える。
https://doi.org/10.64898/2026.08.30.748086