多模态脑体分析揭示前额叶皮层活动与感觉操控下姿势摇摆的关联机制

本研究通过fNIRS和IMU技术，探究了不同感觉操控（视觉、前庭、体感）对年轻受试者前额叶皮层(PFC)亚区（DMPFC/DLPFC/VLPFC）激活模式及姿势摇摆的影响。结果显示DMPFC和DLPFC在感觉整合中起关键作用，且DMPFC激活与姿势稳定性呈正相关，为临床平衡障碍评估和康复设备研发提供了神经机制依据。

　　

论文解读

站立平衡看似简单，实则涉及复杂的神经感觉整合过程。当视觉、前庭或体感输入发生变化时，大脑如何动态调整各感觉通道的权重以维持平衡？这一问题对理解神经系统疾病导致的平衡障碍至关重要。既往研究虽证实前额叶皮层(PFC)参与平衡调控，但不同亚区（如背内侧DMPFC、背外侧DLPFC、腹外侧VLPFC）在特定感觉条件下的激活模式及其与姿势摇摆的关联仍不明确。

为解决这一科学问题，澳大利亚堪培拉大学的研究团队在《Computers in Biology and Medicine》发表研究，通过多模态监测手段揭示了PFC的功能架构。研究人员招募39名健康年轻受试者，设计8种站立测试（包括单/双重感觉操控：闭眼、泡沫垫、头动等），同步采用功能性近红外光谱(fNIRS)捕捉PFC亚区血红蛋白浓度变化（ΔHbO₂/ΔHHb），结合惯性测量单元(IMU)量化姿势摇摆参数，通过非参数检验和相关性分析解析神经-行为关联。

主要技术方法
研究采用功能性近红外光谱(fNIRS)监测PFC亚区激活，通过惯性测量单元(IMU)记录身体加速度数据，基于临床感觉整合平衡测试(CTSIB)设计8种感觉操控条件，运用Friedman检验比较不同条件差异，并计算Spearman相关系数分析脑活动与姿势参数的关联。

研究结果

PFC亚区激活特征
• 背内侧和背外侧PFC对感觉扰动最敏感：DMPFC在视觉操控下激活增强（χ²=41.19, p<0.001），而DMPFC和DLPFC在前庭、体感及双重操控中均显著激活（χ²=45.16, p<0.001），提示这两个亚区是感觉整合的核心枢纽。
• VLPFC激活无显著变化，可能反映其在平衡调控中的次要作用。

姿势摇摆变化
双重感觉操控导致姿势稳定性显著下降，表现为前后(AP)和内外(ML)方向摇摆幅度增加，证实感觉输入冲突会加剧平衡调控难度。

神经-行为关联
• DMPFC激活与体感/前庭条件下的姿势稳定性呈正相关，凸显其感觉代偿功能。
• DMPFC活动仅与AP方向摇摆负相关（非ML方向），表明其调控具有方向特异性。

结论与意义
该研究首次系统阐明PFC亚区在感觉整合中的分工机制：DMPFC作为"感觉仲裁者"负责视觉输入处理，而DMPFC与DLPFC协同应对前庭/体感挑战。发现神经激活与姿势参数的定向关联，为帕金森病等神经系统疾病的平衡障碍提供了精准评估靶点。研究成果对开发基于fNIRS的临床评估工具、个性化康复方案及智能助行设备具有重要指导价值。