脊髓是连接大脑与外周系统的关键通道，负责传递感觉信息和控制自主运动。然而，长期以来，脊髓在神经科学研究中相对被忽视，尤其是在大规模、跨生命周期的研究中。人们对脊髓如何随年龄变化、其功能架构如何与大脑互动，以及这些变化与衰老的关系知之甚少。2026年4月16日发表于 Nature Communications 的一项研究中，麦吉尔大学的Caroline Landelle及同事，利用独特的脊髓和脑联合成像数据集，在成年生命周期中绘制了脊髓的结构和功能架构，并确定了其与大脑共享的组织原则。研究发现，衰老相关的变化主要集中在躯体感觉通路，表现为随年龄增长的微结构衰退，并与功能连接和局部自发活动的变化相耦合。将分析扩展到大脑，他们发现了跨中枢神经系统的收敛性衰老机制，包括灰质丢失、功能分离性降低和自发活动增加。该研究提供了一个系统层面的视角来描述年龄相关的中枢神经系统变化，为未来研究感觉运动功能障碍的潜在影像学标志物奠定了基础。

研究亮点速览

1. 独特的多模态数据集：结合了脊髓和脑的结构（T1/T2加权、弥散张量成像）和静息态功能磁共振成像（fMRI），覆盖成年生命周期（18-78岁）。
2. 脊髓的结构与功能架构：
   • 结构：使用基于脊髓灰质概率图谱的弥散张量成像指标（各向异性分数FA、平均弥散率MD、轴向弥散率AD、径向弥散率RD）评估微观结构健康。
   • 功能：使用静息态功能磁共振成像评估低频振幅（ALFF）反映局部自发活动，以及全脑-脊髓功能连接。
3. 年龄相关变化模式：
   • 在脊髓后柱（背柱/躯体感觉）中，微结构完整性的年龄相关下降最显著（FA↓，MD/RD/AD↑）。
   • 而脊髓前柱（运动）显示出较强的年龄弹性。
   • 这种结构与年龄相关的感觉退化（如振动觉、触觉下降）非常吻合。
4. 结构与功能的耦合变化：
   • 在老年人中，局部自发活动（ALFF）在后柱中增加，而在前柱中稳定或略有下降（尽管不显著）。
   • 这可能反映了感觉通路的代偿反应（需要更多神经活动来维持功能）或兴奋/抑制失衡。
   • 功能连接（FC）变化与微结构衰退相关：更差的微观结构健康与更强的脊髓-大脑连接相关（可能为代偿性）。
5. 与大脑共享的跨中枢神经系统机制：
   • 在衰老大脑中也一致观察到结构完整性↓，局部自发活动↑，功能分离（网络模块化）↓。
   • 躯体感觉/运动网络受影响最严重。
   • 主题：跨中枢神经系统的“去分化”（de-differentiation）：随年龄增长，脑区和脊髓节点的功能特化程度降低。

背景：被忽视的脊髓

基本解剖/功能区别：

• 脊髓后柱（背柱/后索）：包含上行感觉纤维（携带触觉、本体感觉、振动觉），是衰老中最常受影响的部分（老年人感觉下降）。
• 脊髓前柱（前索/外侧索）：包含下行运动纤维（皮质脊髓束），对运动控制至关重要。

脊髓磁共振成像的挑战：

• 细小的直径（~1 cm）、脑脊液流动、心脏/呼吸运动伪影使其难以进行结构/功能成像。
• 最近的进展（脊髓工具箱、专用线圈）使得体素分辨率各向异性弥散张量成像和静息态功能磁共振成像成为可能。

研究问题：

• 脊髓的微观结构和功能架构如何随年龄变化？
• 这些变化在大脑中是平行的吗？
• 局部自发活动（ALFF）与微结构完整性之间有何关系？

核心结果

1. 脊髓结构组织与年龄相关的变化

指标：

• 各向异性分数（FA）：反映白质纤维束的微观结构完整性（水分子定向扩散程度）。降低指示组织损伤。
• 平均弥散率（MD）/轴向弥散率（AD）/径向弥散率（RD）：反映总/沿轴突/垂直轴突的弥散。升高指示脱髓鞘、轴突变性或水肿。

发现：

• 后柱（感觉）：随着年龄增长，FA显著降低（最强相关性），MD、AD、RD显著增加。表明跨生命周期的进行性微观结构退化。
• 前柱（运动）：FA、MD、AD、RD与年龄无显著相关性或相关性较弱。表明对年龄相关的退化的相对恢复力。
• 区域差异：颈膨大（C5-C6）显示最显著的变化；这与需要精细运动控制的老年人手部功能障碍一致。

解释：感觉通路的微观结构完整性与年龄相关的下降比运动通路更明显。这与已知的感觉变化趋势（振动觉下降、触觉敏锐度下降）相匹配。

2. 脊髓自发活动和功能连接与年龄相关的变化

局部自发活动（低频振幅，ALFF）：

• 后柱：随年龄增加。较强的ALFF可能反映代偿机制（需要更多的神经活动来维持正常的感觉传递）或抑制减少（兴奋/抑制失衡）。
• 前柱：随着年龄增长，ALFF略有下降或稳定（不显著）。
• 不同区域：后柱的效应最大。

脊髓功能连接（FC）：

• 后柱与感觉运动皮层区域（如中央后回）表现出最强的连接性。
• 老年参与者：后柱与感觉运动皮层的功能连接增强，且与后柱微结构完整性呈负相关（即微结构越差，连接越强），提示代偿性连接增强。

3. 跨中枢神经系统的收敛性衰老机制

将分析扩展到大脑，研究者发现：

• 灰质体积：全脑灰质体积随年龄下降，尤其是感觉运动皮层。
• 局部自发活动（ALFF）：感觉运动皮层ALFF随年龄增加，与脊髓后柱变化一致。
• 功能分离：感觉运动网络内功能连接强度随年龄下降，网络模块化降低，反映功能去分化。

这些结果表明，脊髓和大脑在衰老过程中表现出共享的神经生物学机制，即结构退化伴随局部活动增加和功能连接重组，可能为代偿性反应或去分化过程。

结论与展望

该研究首次在成年生命周期中系统描绘了脊髓的结构和功能架构及其与大脑的关联，揭示了感觉通路在衰老中的脆弱性，以及跨中枢神经系统的收敛性变化。这些发现为理解感觉运动功能衰退的神经基础提供了新视角，并为开发针对年龄相关感觉运动障碍的影像学标志物奠定了基础。未来研究可进一步探索这些变化与行为表现（如步态、平衡）的关系，并评估干预措施（如运动训练）对脊髓可塑性的影响。