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：FC增加与较差的微结构完整性（较低的FA） 相关。这可能意味着功能代偿：当白质退化时，大脑-脊髓回路增强其功能连接以维持功能。

3. 与大脑共享的跨中枢神经系统衰老机制

结构（基于体素的形态测量学， VBM） ：

• 年龄相关灰质体积减少：在初级感觉运动皮层以及默认模式网络区域中最为显著。

功能（大脑ALFF） ：

• 与脊髓类似，感觉运动皮层（中央前/后回）和丘脑在老年人中表现出ALFF增加。

功能分离（网络模块化） ：

• 模块化：一个良好的功能分离指标（网络内部连接vs. 网络之间连接）。

• 跨中枢神经系统，模块化随年龄降低。大脑感觉运动网络内部的连接强度降低（功能分离减少，去分化）。

• 脊髓后柱与默认模式网络之间出现异常跨网络连接。

收敛性：微观结构完整性（脊髓）+ 功能分离（大脑） 共同预测行为表现（如运动反应时间）。

解释性模型：感觉运动轴的“去分化”

统一原理：跨中枢神经系统（大脑和脊髓）的“感觉运动去分化”——结构和功能节点的特化程度降低，导致效率降低但可能通过代偿连接维持整体功能。

对衰老神经科学和临床研究的意义

1. 感觉系统脆弱性：尽管脊髓运动回路相对抵抗年龄相关的退化，但感觉回路表现出显著变化。这为老年人感觉障碍（平衡、跌倒风险、精细运动控制）提供了神经机制基础。

2. 潜在生物标志物：

   • 脊髓后柱的FA可以作为感觉通路年龄相关退化的敏感生物标志物。

   • 感觉运动皮层的模块化可以作为跨中枢神经系统功能完整性（“去分化”）的非侵入性标志物。

3. 代偿与储备：脊髓和大脑中观察到的ALFF和FC增加的发现，与“认知储备”概念相呼应；但在这里体现为“感觉运动储备”。老年人可能在不适当的任务需求下容易发生代偿失败。

4. 临床转化：在神经退行性疾病（如多发性硬化、肌萎缩侧索硬化、帕金森病）中经常观察到感觉和运动缺陷。脊髓磁共振成像标志物可能有助于监测疾病进展和治疗反应。

方法学亮点

局限性与未来方向

作者与资助

• 通讯作者：Caroline Landelle（麦吉尔大学蒙特利尔神经病学研究所）

• 核心资助：加拿大卫生研究院（CIHR， 13556932）；加拿大自然科学与工程研究理事会（NSERC， 248074）；Brain Canada平台（255934）。

论文信息

原文标题：Spinal cord structural and functional architecture and its shared organization with the brain across the adult lifespan
作者：Landelle, C., Kinany, N., St-Onge, S. et al.
期刊：Nature Communications (2026)
DOI：10.1038/s41467-026-71963-2
开放获取：CC BY 4.0

BIOGUIDER.COM 编辑按：
这项研究是多尺度、多模态衰老神经科学的一个示范。通过将脊髓——一个通常只在其“下游”效应中被研究的“管道”——带回分析中心，作者们揭示了一个清晰且生物学上合理的模式：感觉回路在衰老过程中比运动回路更脆弱，并且这种脆弱性与大脑中的“去分化”同时出现。对于研究健康老龄化、感觉运动障碍或神经退行性疾病的临床前生物标志物的人们来说，信息很明确：不要忽略脊髓。脊髓的弥散张量成像（FA）和功能（ALFF）指标可以作为中枢神经系统“感觉储备” 的敏感探针。接下来，纵向研究（捕捉个体内部的衰退速度）和跨诊断研究（例如，在帕金森病早期α-突触核蛋白病理中，脊髓感觉通路是否先于运动通路受损？）是合乎逻辑的下一步。

专业术语快速索引

• 脊髓后柱/背柱：传导触觉和本体感觉的上行感觉通路。

• 脊髓前柱/前索：传导运动指令的下行运动通路（皮质脊髓束）。

• 各向异性分数（FA） ：弥散张量成像指标，反映白质纤维束的微观结构定向性。

• 低频振幅（ALFF） ：静息态功能磁共振成像指标，反映局部神经元的自发活动强度。

• 功能分离/模块化：大脑网络被组织成专门（内部连接）与整合（跨网络）模块的程度。

• 去分化：随着年龄增长，神经特化程度降低的现象。