编辑推荐：
本研究利用MEG（脑磁图）对576名18-87岁成年人进行分析，揭示了健康衰老过程中静息态功能连接（rs-FC）的频率特异性变化，并发现β波段（13-30 Hz）rs-FC的降低与增龄相关的运动感觉衰减（sensorimotor attenuation）相关，为理解脑老化机制及其行为学意义提供了新视角。
1 引言
健康人类大脑会经历广泛的结构和功能改变，这些改变在老年相关的神经病理学中会被进一步修饰，例如帕金森病和阿尔茨海默病。虽然功能连接（Functional Connectivity）的破坏与脑部疾病相关，但其在健康人群中随年龄变化的轨迹及其行为相关性证据仍然有限。既往基于脑磁图（Magnetoencephalography, MEG）对静息态功能连接（Resting-State Functional Connectivity, rs-FC）随健康老龄化变化的研究有限且结论不一。方法论上的差异，如样本量有限、易受源泄露影响的连接度量方法（如相干性、PLV）的使用、传感器层面的分析、粗糙的脑区分割以及并发的振荡源功率变化带来的混杂等，可能是导致研究结果不一致的主要原因。此外，年龄增长通常伴随感觉敏感性下降，导致对感觉运动整合（sensorimotor integration）中预测机制的依赖增加，从而引起运动感觉衰减（sensorimotor attenuation）。尽管β振荡在感觉运动控制中作用突出，但其与年龄相关的运动感觉衰减增加的电生理基础尚不明确。
本研究旨在阐明健康成年人生命周期中rs-FC的变化趋势，并探索rs-FC在年龄相关运动感觉衰减增加中可能的作用。为此，研究团队分析了来自剑桥老龄化与神经科学中心（Cambridge Centre for Ageing and Neuroscience, Cam-CAN）的交叉截面样本，共计576名18至87岁的健康参与者，采集其静息态MEG数据。
2 材料与方法
数据采集自MRC认知与脑科学单元的Cam-CAN研究。参与者接受了认知和健康筛查，确保认知健康、无严重精神疾病、无MRI禁忌症。用于功能连接分析的主要样本包含576名参与者。为了研究功能连接与运动感觉衰减的关系，额外纳入300名参与者的力匹配任务数据。静息态MEG记录在闭眼状态下进行，持续8分40秒。
MEG数据预处理包括使用时-空信号空间分离（tSSS）去除外部干扰和补偿头动，进行1–100 Hz带通滤波和50 Hz工频及其谐波陷波滤波。使用独立成分分析抑制眼动和心电伪迹。将数据分割为30秒的时期，选取每个受试者的前10个良好时期（总计5分钟）用于后续分析。使用动态统计参数映射（dSPM）方法估计神经元源时间过程。为了降低计算复杂度并提高可解释性，采用Khan等人定义的aparc_sub分区方案将数据组织成448个亚区，并通过空间平均获得每个分区的代表时间序列。使用Morlet小波滤波获得窄带解析信号，并计算每对亚区之间的加权相位滞后指数（Weighted Phase-Lag Index, WPLI）以量化功能连接。WPLI量化了两个信号之间相位差分布的不对称性，能最大程度减少源泄漏和噪声的影响。分析中关注了标准的Delta（1–4 Hz）、Theta（4–8 Hz）、Alpha（8–13 Hz）、Beta（13–30 Hz）和Gamma（40–90 Hz）频段。
为了量化年龄相关的rs-FC变化，研究采用分层线性回归来评估参与者年龄与连接强度之间的线性和二次（非线性）关联，并使用置换检验评估统计显著性。同样方法也用于分析平均源功率的年龄变化轨迹。为了探究rs-FC与运动感觉衰减的关系，分析了力匹配任务中平均力过补偿（overcompensation）与各区域β波段平均连接之间的线性关联，并通过标准化的多元线性回归模型，将年龄和平均过补偿作为解释变量来预测平均连接，以区分感觉运动效应和年龄相关效应。
3 结果
3.1 整个成人生命周期的功能连接
研究发现，rs-FC随年龄增长呈现出频率特异性的变化模式。在所有脑区间连接的分析中，Delta和Theta波段的rs-FC普遍随着年龄增长而增加，而Alpha波段的rs-FC普遍减少。Beta波段的rs-FC显示出复杂的模式：在后部和顶叶区域观察到线性下降，而在额叶区域有适度的增加趋势；此外，在中央-顶叶和中央-后部区域，还发现了负的二次关联（即呈倒U形轨迹，在中年达到顶峰后下降）。Gamma波段的rs-FC也随着年龄增长而增加，但效应一般弱于其他频段。连接层面的线性与二次关联效应如图所示。
3.2 整个成人生命周期的平均连接
研究进一步分析了每个脑区域的平均连接（即与该区域相关的所有连接强度的平均值）与年龄的关系。Delta波段：所有脑区的平均连接均显著增加，效应最强的是左侧岛叶。Theta波段：额叶、颞叶和枕叶区域的平均连接随年龄增加，效应最强的区域是双侧内侧眶额叶皮层。Alpha波段：平均连接与年龄呈负相关，效应最大的区域是双侧梭状回。Beta波段：呈现更复杂的模式，后部和顶叶区域的连接性下降，而额叶区域呈微弱的正趋势，效应最强的区域是双侧顶上小叶。Gamma波段：大多数脑区（顶叶除外）的平均连接呈正线性趋势，效应最强的区域包括左侧额下回三角部和眶部、右侧外侧枕叶皮层。各频段平均连接变化显著的脑区及其效应如图所示。
3.3 整个成人生命周期的全局连接和源功率
为了量化全脑范围rs-FC随年龄的变化，研究计算了1-100 Hz频率范围内全局连接（即网络中所有连接的平均值）与年龄的线性和二次关联谱。结果显示，年龄与全局连接在低频（低于7 Hz）和高频（高于40 Hz）呈正线性关联，而在中频（11-14 Hz 和 20-23 Hz）呈负关联，最大的效应量出现在12 Hz。此外，在Beta波段内一个狭窄的17-20 Hz范围内观察到年龄与全局连接呈负二次关联，最强的效应出现在17 Hz。同时，分析发现全局源功率（局部同步性指标）的年龄变化轨迹与全局连接显著不同。在Theta和Alpha频段，尽管全局连接存在显著的年龄相关变化，但全局功率并未显示出显著的线性变化趋势。这些结果表明，rs-FC和振荡功率包含非冗余的信息，前者并非后者变化的简单反映。全局连接和源功率的变化趋势如图所示。
3.4 Beta波段连接与运动感觉衰减
为了探究rs-FC与运动感觉衰减（通过力匹配任务中的平均力过补偿来量化）的关系，研究分析了β波段平均连接与平均过补偿之间的线性关联。结果显示，在涵盖感觉运动皮层的中央-顶叶区域，平均连接与过补偿呈显著负相关，表明运动感觉衰减越大（过补偿越多），这些区域的连接性越低。在左侧，效应最强的区域是缘上回；在右侧，是中央后回。为确保结果不受极端值影响，研究者排除了离群值后重新计算，结果基本一致。
为了区分这种与感觉运动任务表现相关的连接变化与年龄相关的β波段连接性下降，研究者进一步识别了那些与过补偿的关联强度显著超过与年龄关联强度的脑区。分析发现了覆盖双侧感觉运动皮层的集群，这表明β波段rs-FC与运动感觉衰减的关联可以与观察到的年龄相关的β波段rs-FC下降区分开来。此外，标准化的多元线性回归分析结果也表明，年龄相关效应与感觉运动效应在空间上是分离的：年龄主要影响后部和颞叶区域的平均连接，而过补偿则主要影响与感觉运动控制相关的罗兰多区域。这些关联如图所示。
4 讨论
本研究揭示了健康成人生命周期中静息态功能连接的频率依赖性变化轨迹，并表明β波段rs-FC与运动感觉衰减存在线性关系，这意味着β波段中持续的脑区间同步化参与了感觉运动整合过程。此外，rs-FC与源功率具有不同的频率依赖性轨迹，表明rs-FC提供了独立于局部同步性（即源功率）之外的额外信息。
在β波段，研究中观察到的年龄相关“倒U形”二次趋势与先前在静息态fMRI功能连接、白质体积和结构连接中报告的模式相似。β波段振荡活动是感觉运动控制的核心，与维持当前感觉运动状态有关。研究发现，静息时β波段功能连接水平较低与力匹配任务中更大的过补偿（即更强的运动感觉衰减）相关，这提示较高的基线β波段功能连接可能标志着高效的感觉信息处理，从而导致不太明显的运动感觉衰减。
在α波段，研究结果显示rs-FC随年龄增长而整体下降，特别是在额叶、颞叶和枕叶区域之间。在区域水平上，年龄与平均连接最强的负相关出现在内侧颞叶的梭状回和海马旁回。这种α波段rs-FC的下降与视觉短期记忆精度的下降有关，并且被认为是轻度认知障碍和阿尔茨海默病的标志。尽管可以观察到健康老龄化与神经病理学之间的模式相似性，但研究指出，在没有直接机制证据的情况下，解释衰老背后潜在的神经生理机制仍具挑战性。研究还指出，个体α峰频率随年龄降低（从年轻成年人的约10 Hz降至老年人的不足9 Hz）以及源功率的变化，可能是功能连接分析的混杂因素，但本研究发现α波段的全局功率并未随年龄发生显著线性变化，而全局连接却显著下降，这表明观察到的α波段rs-FC变化并非仅仅是源功率改变的反映。
在低频的Delta和Theta波段，研究观察到老年人的rs-FC增加，特别是在额叶-颞叶和额叶-枕叶区域之间，且半球间连接贡献显著。Theta波段连接，尤其是内侧前额叶皮层的连接，被认为在认知控制和工作记忆中通过远距离脑区的锁相发挥核心作用。尽管这些效应主要在任务执行中被观察到，但有证据表明，静息态Theta波段功能连接的水平可能反映了注意机制的功能。
在Gamma波段，虽然观察到了随年龄增长的rs-FC增加，但效应普遍较弱且空间模式不清晰。早期模型研究表明，Gamma振荡主要发生在局部神经元回路中，可能无法支持涉及长传导延迟的长距离连接。近期研究则观察到在视觉注意任务期间，视觉皮层区域之间存在长距离Gamma波段相干性增加。然而，关于自发长距离Gamma同步的功能性证据仍然缺乏，因此，老年人Gamma波段rs-FC增加的神经基础及其后果尚不明确。
研究也承认了一些局限性。首先，存在多种功能连接度量方法，它们的结果常常存在差异。本研究也使用了振幅包络相关性（Amplitude Envelope Correlation, AEC）重复了分析，发现AEC和WPLI的结果既有相似之处也有差异。因此，在比较使用不同度量方法的研究结果时应保持谨慎。其次，虽然WPLI对瞬时同步不敏感且抗噪性强，但真正相互作用源附近的虚假相互作用可能仍会残留于结果中，这在解释观察到的空间模式时应予以考虑。此外，静息态测量的不可控性（如参与者的内部认知状态和警觉度）也是潜在的混杂因素。最后，研究中观察到的巨大个体间差异可能会限制在个体层面对rs-FC分析的解读。尽管如此，利用大型MEG数据集能够对功能连接中的正常健康变异进行建模，这可能有助于改进脑部疾病的诊断和预后。本研究展示的rs-FC随年龄的变异强调了年龄分层的规范建模的重要性。
另一个限制是，研究无法排除老年组中存在无症状的神经病理学改变（如β-淀粉样蛋白或Tau蛋白沉积）的潜在影响。尽管队列中的个体认知正常（MMSE分数>24，无神经学诊断），但不能排除临床前β-淀粉样蛋白沉积在老年组中的潜在贡献，因为它可能在临床症状出现前数十年就开始积累，并且先前与β-淀粉样蛋白沉积相关的功能变化与本研究的年龄相关发现存在重叠。因此，未来关于rs-FC年龄相关效应的研究应考虑控制淀粉样蛋白沉积。
总之，本研究对健康老龄化领域有三个主要贡献：首先，证明了静息态功能连接在健康衰老过程中发生改变，且不同频段变化的空间模式不同；其次，证明了rs-FC的全局变化趋势与振荡源功率不同，缓解了rs-FC的年龄相关变化可能被源功率变化所混淆的担忧；最后，结果表明感觉运动区域β波段rs-FC的降低与运动感觉衰减的增加有关，提示rs-FC可能在感觉信号与内部预测模型的整合中发挥作用。这些结果增进了我们对脑振荡在健康衰老中作用的理解，并为未来研究将观察到的rs-FC变化与行为、认知联系起来，以及进一步阐明β波段rs-FC在感觉运动整合中的潜在作用开辟了新途径。
