7T fMRI结合电微刺激揭示非人灵长类感觉运动系统的全脑有效连接不对称性

研究人员通过结合7T超高场功能磁共振成像(fMRI)与电微刺激(EM)技术，在麻醉猕猴模型中首次绘制了感觉运动系统的全脑有效连接图谱。研究发现初级运动皮层(M1)到初级感觉皮层(S1)的连接存在显著不对称性，M1→S1通路在运动信号传递中占主导地位，同时揭示了感觉与运动处理依赖的不同丘脑亚网络。该研究为理解运动预测(如传出拷贝)的神经环路机制提供了新证据，论文发表于《Progress in Neurobiology》。

　　

【研究背景】
感觉运动系统是大脑与外界交互的核心界面，其通过传出拷贝(efference copy)机制预测运动产生的感觉反馈，但相关神经环路至今未明。传统研究面临三大瓶颈：1）M1→S1通路是否在预测加工中起主导作用存疑；2）丘脑等亚皮层结构的功能贡献不清；3）缺乏全脑尺度的因果连接证据。

为解决这些问题，成均馆大学等机构的研究团队创新性地将7T超高场fMRI与精准电微刺激结合，在麻醉猕猴中首次构建了感觉运动系统的全脑有效连接图谱。研究发现M1→S1通路呈现显著功能不对称性，且感觉与运动信息通过分离的丘脑亚网络处理，相关成果发表于《Progress in Neurobiology》。

【关键技术】
研究采用7T fMRI搭配单晶氧化铁纳米颗粒(MION)增强的脑血容量(CBV)加权成像，在3只9-11岁猕猴中实施：1）前臂感觉电刺激定位S1/M1靶区；2）30秒间隔的S1/M1直接电微刺激(500 μA, 130Hz)；3）基于解剖连接的回归动态因果模型(rDCM)分析。

【研究结果】

1. 全脑激活模式

• 感觉刺激主要激活对侧S1(3b/1区最强)、VPL核和次级感觉区
• 电刺激S1(Stim-S1)重现感觉通路激活，而刺激M1(Stim-M1)引发更广泛的运动网络响应

1. 不对称有效连接

• M1→S1连接强度(0.82±0.20)显著高于反向通路(p<0.01)
• rDCM证实M1→S1连接权重(0.134)是S1→M1(0.046)的3倍

1. 丘脑功能分化

• Stim-S1选择性激活后部腹侧核(VPL)
• Stim-M1特异性激活前部腹侧核(VA/VL)和中央内侧核(CM)

1. 皮层层级传导

• S1主要通过区域5间接影响M1
• M1通过单突触直接支配S1，支持其作为传出拷贝的主要载体

【结论意义】
该研究首次在系统水平揭示：1）M1→S1的直接皮层通路(而非丘脑环路)是运动预测的核心通道；2）感觉与运动系统采用并行但分离的丘脑处理模块。这些发现为理解感觉运动整合的神经机制提供了全新框架，并为运动障碍疾病的环路靶向治疗提供理论依据。技术层面，建立的EM-fMRI-rDCM多模态研究范式为系统神经科学提供了新工具。