与年龄相关的运动学习、感觉运动神经化学以及皮质反应性的差异同时存在，但彼此之间又相互独立

《Neurobiology of Aging》：Age-related differences in motor learning, sensorimotor neurochemistry, and cortical reactivity co-occur but are dissociated

【字体：大中小】 时间：2026年07月02日 来源：Neurobiology of Aging 4.0

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REVAL——康复研究中心，哈瑟尔特大学康复科学学院，比利时迪彭贝克

摘要

运动学习能力随年龄增长而下降，这一现象通常归因于感觉运动神经生理学的变化。然而，神经化学、电生理学与行为表现之间的直接关联却很少见。本研究旨在探究GABA能抑制作用及皮质反应性的年龄差异是否会导致简单和复杂运动学习的衰退。为此，我们对20名年轻人和18名老年人进行了磁共振波谱分析以及经颅磁刺激-脑电图检测。所有测量指标都显示出与年龄相关的变化，运动学习能力、GABA水平以及TMS-EEG反应方面存在显著差异。但分析结果并未表明GABA能抑制作用和皮质反应性是导致运动学习能力下降的根源。实际上，这两种神经生理学指标在特定任务中会相互关联，但总体上与运动学习结果并无紧密联系。总体而言，研究结果表明，局部抑制性神经化学、皮质反应性以及运动学习能力的年龄差异虽同时存在，但并非由单一因果路径决定。这些发现说明，局部神经生理指标与行为衰退之间的关联可能比人们通常认为的更为间接，同时也凸显出需要采用综合网络分析法来研究与年龄相关的行为变化。

引言

2024年全球出生时预期寿命达到73.3岁，较1995年增长了8.4岁（世界卫生组织，2025年）。这一数字反映了深刻的人口结构变化，带来了重大的社会经济影响。人口老龄化的一个重要后果就是对感觉运动系统的影响（Zapparoli等人，2022年）。尤其是运动学习能力，即通过练习和经验不断优化动作的能力，会在人生不同阶段发生显著变化，其中复杂精细动作技能更容易受到年龄影响的损害（Pixa等人，2025年；Voelcker-Rehage，2008年）。这类技能关乎众多日常活动，从维持独立生活所必需的动作到从事职业工作所需的能力皆包括在内（Maes等人，2017年）。因此，运动学习能力随年龄下降会带来严重的功能和社会问题。

运动学习能力随年龄下降的同时，中枢神经系统也会出现诸多变化，涉及结构、功能以及神经化学等多个层面（Seidler等人，2010年）。其中尤为重要的是皮质抑制功能。抑制性神经化学物质，尤其是γ-氨基丁酸，对运动学习起着关键作用（Buzsáki等人，2007年）。多项研究表明，运动学习过程中感觉运动区域内的GABA水平会出现短暂下降，这一现象与“短暂的去抑制有助于神经可塑性重组”的观点相符（Floyer-Lea等人，2006年；Hehl等人，2025年；King等人，2020年；Kolasinski等人，2019年；Li等人，2024年）。值得注意的是，GABA能系统本身也容易受到年龄影响的损害，多个皮质区域，包括与运动功能相关的初级感觉运动皮层，其GABA水平都会随年龄增长而下降（Chalavi等人，2018年；Cuypers等人，2019年；Hermans等人，2018年）。

虽然运动学习能力和抑制性神经化学物质的年龄相关变化已被广泛证实，但这些神经化学差异究竟如何导致运动学习能力下降仍不清楚。将磁共振波谱分析与经颅磁刺激-脑电图技术结合使用，可为解决这一疑问提供有效的多层面分析框架。

磁共振波谱分析能够无创地测定不同区域的GABA浓度，从而反映限制皮质兴奋性和可塑性的局部抑制程度（Stagg等人，2011年）。由于磁共振波谱分析是对数分钟内的神经化学活动进行整合，因此在静息状态或运动学习过程中获得的测量结果主要反映的是持续存在的、与状态相关的抑制作用。而经颅磁刺激-脑电图则能够以毫秒级精度直接检测皮质反应。通过一次经颅磁刺激脉冲来干扰大脑活动，由此产生的经颅诱发电位会以相位锁定的电压变化形式出现在脑电图中（Ilmoniemi等人，1997年；Ziemann等人，2026年）。这些经颅诱发电位既反映了局部抑制性中间神经元的活动，也体现了整体神经网络的响应，有助于了解兴奋与抑制之间的动态平衡（Ilmoniemi和Kici?，2010年；Siebner等人，2022年）。已有研究表明，SM1区域中的一些典型经颅诱发电位成分与GABA能机制有关（Darmani和Ziemann，2019年；Nuyts等人，2026年；Premoli等人，2014年），并且这些成分能够反映皮质反应性的年龄差异（Ferreri等人，2017年；Guerra等人，2021年；Noda等人，2021年；Opie等人，2018年）。

在我们团队之前的研究中，我们已经证明静息状态下通过磁共振波谱分析得到的GABA浓度与个体运动学习能力的差异存在关联（Rodriguez Nieto等人，2026年）。同时，我们还发现，在年轻人中，早期到中期的感觉运动经颅诱发电位与运动任务相关的GABA水平密切相关，但却无法完全解释其变异情况（Nuyts等人，2026年）。综合这些研究结果可以看出，磁共振波谱分析和经颅磁刺激-脑电图技术能够分别从不同角度反映与运动行为相关的感觉运动神经生理学特征。不过，目前尚不清楚这些特征会受到年龄影响的程度有何不同，也不清楚运动学习能力随年龄下降在多大程度上是由于局部抑制性神经化学物质的改变，还是由于皮质反应性的阶段性变化所致。

为了解决这些问题，我们将经颅磁刺激-脑电图技术与静息状态及任务相关的磁共振波谱分析相结合，通过简单和复杂的运动学习实验来研究年轻人与老年人的运动学习能力，这两种实验所要求的动作模式有所不同。我们假设，运动学习能力随年龄下降部分是由于GABA水平降低所致，而GABA水平降低又会进一步影响皮质反应性，进而表现为经颅诱发电位幅度的下降。鉴于复杂运动学习任务更依赖于抑制控制机制来维持更高阶的动作模式，我们预计这种影响在复杂运动学习任务中会更加明显。

章节节选

参与者

共有46名成年人参与了这项研究（详见表1）。所有参与者均为右利手（根据Oldfield利手性量表判定；Oldfield，1971年），均未出现经颅磁刺激或磁共振成像的禁忌症，没有神经系统疾病或精神障碍病史，且通过蒙特利尔认知评估问卷检测，其认知功能均正常（Nasreddine等人，2005年）。所有参与者均签署了符合《赫尔辛基宣言》要求的书面知情同意书。

研究结果

图2展示了各年龄组对应的磁共振波谱分析、经颅磁刺激-脑电图数据以及BTT运动学习数据，同时还展示了一个电流模型，用于说明经颅磁刺激在SM1区域产生的电场分布。

为探究运动学习能力中的年龄差异是否由静息状态和任务相关的GABA能抑制作用以及经颅磁刺激-脑电图反应所介导，我们对简单和复杂的运动学习任务分别进行了路径分析（见图3）。在两种分析模型中，我们都采用了包含P30、N45和P60波幅的复合经颅诱发电位指标。

讨论

我们研究了SM1区域的局部神经生理学特征是否会影响年龄带来的运动学习能力变化。具体来说，我们分析了静息状态和任务状态下的GABA+浓度，以及通过经颅诱发电位反映的皮质反应性。所有测量指标都显示出明显的年龄差异：与年轻人相比，老年人的经颅磁刺激-脑电图皮质反应性特征存在差异，其磁共振波谱分析显示的GABA+浓度更低，运动学习能力也更弱，尤其是在完成复杂任务时表现得更为明显。

结论

年龄增长会导致运动学习能力、抑制性神经化学物质以及经颅磁刺激诱发的皮质反应性出现显著且一致的差异。然而，这些变化并未形成一条连贯的中介路径，将SM1区域的抑制性神经生理学特征与行为学习结果联系起来。实际上，GABA+浓度和经颅诱发电位成分的年龄相关变化虽然与运动学习能力下降同时出现，但两者之间并无密切关联。因此，基于磁共振波谱分析和经颅磁刺激-脑电图技术得出的各项指标

CRediT作者贡献说明

Geraldine Rodriguez-Nieto： 文章撰写——审阅与编辑，数据验证，数据整理。Raf Meesen： 文章撰写——审阅与编辑，研究指导。Stephan P. Swinnen： 文章撰写——审阅与编辑，研究指导，资源协调，项目管理，方法设计，资金申请，概念构思。Sybren Van Hoornweder： 文章撰写——审阅与编辑，初稿撰写，结果可视化，数据验证，研究指导，软件应用，正式数据分析，数据整理，概念构思。Sima Chalavi： 文章撰写——审阅与

资金支持说明

本研究得到了弗兰德斯研究基金会向Marten Nuyts（项目编号：11PBG24N）和Sybren Van Hoornweder（项目编号：G1129923N）提供的科研资助。此外，Marten Nuyts（项目编号：BOF23INCENT18）和Sybren Van Hoornweder（项目编号：BOF22INCENT19）还获得了哈瑟尔特大学特殊研究基金的支持。同时，这项研究还得到了弗兰德斯研究基金会（项目编号：G039821N）、卓越科学计划EOS 30446199项目（MEMODYN项目）以及鲁汶大学研究基金（项目编号：C16/15/070）的资助，后者是由Stephan P. Swinnen及其团队申请的。

真实性声明

利益冲突声明

我们确认，所有作者均不存在与本研究相关的已知利益冲突或竞争性利益关系。我们与任何可能对本研究产生不当影响的其他个人或组织之间均不存在任何财务或个人层面的关联。

摘要

引言