《NeuroImage》：Effects of Strength and Balance Training on the Structure of the Aging Brain
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本研究在纵向研究框架下，采用多模态神经影像学方法，对老年人群的大脑结构可塑性进行了研究。采用先进的定量影像学方法，评估了脑微结构的改变。结果发现，力量训练诱发了主要联络纤维束的白质微结构重塑。两个训练组均减缓了胼胝体与放射冠中与年龄相关的轴突衰退。力量训练和平
本研究在纵向研究框架下，采用多模态神经影像学方法，对老年人群的大脑结构可塑性进行了研究。采用先进的定量影像学方法，评估了脑微结构的改变。结果发现，力量训练诱发了主要联络纤维束的白质微结构重塑。两个训练组均减缓了胼胝体与放射冠中与年龄相关的轴突衰退。力量训练和平衡训练可能有助于抵御与衰老相关的脱髓鞘改变，并支持神经健康。
**一、研究背景与目的**
随着年龄增长，感觉运动控制功能衰退成为老年人面临的重大挑战，常导致活动能力降低、跌倒风险增加以及生活质量下降。中枢神经系统退化、感觉受体、肌肉及外周神经功能改变等因素均与老龄化相关的运动功能衰退有关。研究提示，身体训练可通过增强神经肌肉功能和诱导大脑可塑性来缓解老年人运动功能衰退。其中，力量训练和平衡训练分别针对肌力下降和姿势控制这两个制约老年人运动能力的关键问题。然而，将二者进行比较并观察其对老年大脑结构可塑性影响的影像学研究仍十分有限。已有研究表明，力量训练和平衡训练在青年人群中可引起截然不同的神经生理学适应，例如对脊髓反射和皮层内抑制产生相反方向的调节作用，但其相应的脑结构变化尚不清楚。因此，本研究旨在利用7T多模态磁共振成像技术，纵向比较12周力量训练和平衡训练对老年人大脑灰质（GM）和白质（WM）结构可塑性的影响，并揭示两种运动模式潜在的差异化神经机制。
**二、研究方法概要**
本研究纳入来自瑞士弗里堡地区的60名健康老年人（64–82岁），按2:1比例随机分配至平衡训练组、力量训练组和对照组（各组20人，每组16名完成MRI分析）。两组均接受每周3次、共12周、每次45分钟的监督训练。MRI在7T扫描仪上采集T1加权MP2RAGE和多壳弥散加权成像。T1数据采用基于体素的形态测量（VBM）分析；弥散数据经预处理后计算各向异性分数（FA）、平均扩散率（MD）、径向扩散率（RD）、轴向扩散率（AD）及弥散峰度成像（DKI）参数，并利用白质束完整性（WMTI）模型估计轴突水分数（f）、轴突外轴向扩散率（D
e,∥）等指标。基于纤维束的空间统计（TBSS）用于全脑白质骨架的体素分析。行为评估包括踝背屈肌的力矩发展速率（RTD）和平衡板上的压力中心（COP）摆动面积。
**三、研究结果**
**3.1 行为表现结果**：LME分析显示，力量训练组RTD存在显著的组别×时间交互效应（z=3.31，p=0.001），组内比较呈接近显著的增长（校正后p=0.06）；平衡训练组COP摆动面积表现出显著的交互效应趋势（z=-1.952，p=0.051），组内配对t检验显示其摆动面积显著减小（t(17)=3.69，校正后p=0.005），提示平衡训练有效改善了平衡表现。
**3.2 VBM结果**：在三组间进行时间×组别交互分析后，未发现显著的GM或WM体积变化。
**3.3 TBSS结果**：TBSS分析发现两个显著的白质改变簇。其一，轴向峰度（AK）差异出现在双侧下额枕束和纵束，事后Tukey检验表明该效应源于对照组AK增幅显著大于两个训练组（平衡vs对照校正后p=0.003；力量vs对照校正后p<0.001）。其二，轴突水分数（f）改变簇主要位于胼胝体压部及右侧后放射冠，对照组f降低幅度显著大于两个训练组（平衡vs对照校正后p<0.001；力量vs对照校正后p<0.001）。排除头部运动影响后结果保持一致。未发现其他弥散参数或R1的显著组间差异。
**3.4 WMTI分析**：在AK差异簇内进一步分析WMTI参数，发现力量训练组较对照组表现出显著的轴突外轴向扩散率（D
e,∥）相对增加（校正后p=0.0009，Cohen’s d=1.26），而平衡训练组未显示该效应。
**3.5 相关性分析**：未发现TBSS显著簇的结构改变值与力量或平衡表现变化值之间存在显著相关。
**四、讨论**
本研究表明，对照组在双侧下额枕束和纵束内AK的增加方向与此前横断面衰老研究报告的趋势一致，提示这两个训练组可能对上述白质区域随年龄出现的微结构改变起到了调节作用。力量训练组在AK簇内观察到的D
e,∥增加，符合力量训练引起轴突外空间变化从而影响轴向扩散特性的解释，这可能有助于维持该通路的高效神经信号传递。鉴于下额枕束和纵束在视觉运动整合和运动规划中的关键作用，该发现提示力量训练可能通过优化这些通路的微结构环境来支持老年人群的复杂运动功能。
在胼胝体和放射冠区域，两个训练组的f降低幅度均小于对照组。f被认为是反映轴突密度的指标，其降低通常与衰老相关的轴突丢失和脱髓鞘过程相关。因此，两种运动训练可能均起到了延缓白质退行性进程的作用。值得强调的是，本研究的白质效应在使用常规扩散张量成像（DTI）指标时并未显现，而是通过更先进的DKI和WMTI生物物理模型得以揭示，凸显了多壳弥散采集和微观结构模型在检测适应性髓鞘改变方面的优势。
研究未发现结构与行为间的显著相关，可能与12周训练窗口较短、行为变化变异有限以及样本量较小有关，但该结果提示运动训练引发的白质微结构保护效应可能不直接等同于行为表现的同步提升。未来研究可结合更长的追踪时间、主动对照组及行为学细化评估来进一步验证和扩展当前发现。
**五、结论**
本研究表明，平衡训练和力量训练均可减缓老年大脑胼胝体压部及右侧放射冠中与年龄相关的轴突水分数下降，提示它们在减轻轴突退化和脱髓鞘方面具有潜在保护作用。此外，力量训练通过增加轴突外轴向扩散率，诱导了双侧下额枕束和纵束的白质微结构重塑，可能有助于提升神经信号传导效率。总体而言，本研究揭示了不同训练模式对老年人大脑白质微观结构具有差异化和互补性的调节效应，为通过针对性运动干预维持老年神经健康提供了影像学证据。该论文发表于《NeuroImage》。
