浙江大学刘军团队：老年人神经连接与平衡控制：基于感觉冲突条件下皮层定向网络的研究
1.研究背景
平衡控制是维持日常活动中身体稳定性的核心能力，其实现依赖视觉、前庭与躯体感觉等多模态信息的整合，并由中枢神经系统对这些信息进行融合、加权与动态调节。然而，随着年龄增长，感觉与运动系统的功能均会出现不同程度的衰退，使老年人在多感官环境中维持稳定姿态的能力明显下降，尤其在视觉线索与躯体感觉线索不一致时，这种下降更加突出。既往研究虽然揭示了老化会导致多感官整合效率下降，但具体神经机制仍不清晰，尤其是大脑在出现感觉冲突时如何在不同感官之间调整权重、如何调节皮层间的信息流方向，以及这种神经灵活性是否受到年龄影响等问题仍缺乏直接证据。
针对这一问题，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院刘军团队在国际知名学术期刊NeuroImage上发表研究论文“Neural connectivity and balance control in aging: Insights from directed cortical networks during sensory conflict”。本研究利用VR–旋转平台平衡扰动范式结合EEG定向功能连接分析，从皮层网络角度探讨老年人在视觉—自运动冲突情境下平衡能力下降的神经基础，旨在揭示老年人是否存在感官重加权能力的削弱，以及其网络效率与皮层信息交互模式是否体现出神经灵活性的下降。
2. 研究方法
2.1 被试
研究共招募96名健康参与者，其中包括47名老年人(平均年龄65±3岁)与49名年轻人(平均年龄23±2.3岁)。所有被试均视力正常或矫正正常、无认知损伤、无神经系统、肌肉骨骼系统或心血管疾病史，且为右手优势与右腿优势个体。行为数据来自全部样本，但EEG数据经设备维护及伪迹排除后，最终纳入31名年轻人和41名老年人用于神经连接分析。
2.2 实验流程
参与者进入实验室后首先接受统一的任务说明，随后脱去鞋袜站立于旋转平台中央的Wii平衡板上，双手交叉于胸前，保持自然直立并注视VR视野中心。实验采用VR头显与计算机控制的旋转平台联合呈现两种姿态扰动情境。两种条件下平台均以30°/s的顺时针方向旋转，其中感觉一致条件通过将VR场景以等速逆时针旋转来提供与自运动相匹配的视觉线索；而在感觉冲突条件中，VR场景与平台同向顺时针旋转，从而产生视觉—本体感觉的不一致体验。每个条件持续30秒，间隔5分钟休息以减轻疲劳，两条件顺序在被试间随机化。每个试次结束后，参与者需报告自感运动方向并判断是否存在感觉冲突。平衡表现通过Wii平衡板记录COP轨迹，并以95%包络面积量化姿态稳定性。
图1 实验装置与安装示意图
脑电信号由ANT Neuro 64导EEG系统采集，采样率为1000 Hz，电极按国际10–20系统布置并将阻抗控制在5 kΩ以下。
图2 ANT Neuro eegoTM mylab
3. 实验结果
行为结果显示，老年人在多感官冲突下的平衡和感知能力均明显下降。COP分析表明，老年人在冲突条件下的姿态摆动显著大于年轻人，且年龄与感官条件存在显著交互，说明视觉—自运动不一致对老年人的影响更为强烈。在知觉任务中，93.48%的老年人误判自运动方向，只有8.70%能感知到冲突；相比之下，年轻人中有46.94%能准确觉察冲突。能够检测冲突的年轻人也表现出更稳定的姿态，提示冲突觉察能力在平衡维持中具有关键作用，而该能力在老年人几乎缺失。
神经连接分析显示，两年龄组在皮层信息处理策略上存在显著差异。年轻人在感觉一致条件下主要依赖视觉网络，而在冲突条件下会主动降低视觉皮层输出、增强躯体感觉与运动区域的信息流动，体现出典型的感官重新加权。然而，老年人在两种情境中的连接模式几乎不变，缺乏必要的网络调整能力。整体网络效率和局部聚类结果同样表明，年轻人的皮层网络更高效、更具模块化，而老年人网络效率普遍降低，且视觉网络在冲突情境下缺乏应有的适应性调节。
图3 不同感觉条件下与年龄相关的功能连接性和网络效率差异
脑—行为关联结果进一步表明，在感觉冲突情境下，老年人的视觉网络效率越高，其姿态控制越稳定；而在感觉一致情境中，运动网络效率反而与更大的姿态摆动相关，可能反映老年人依赖低效的皮层代偿机制。总体来看，老年人的平衡能力下降不仅体现在行为表现中，也源于皮层网络效率降低、连接模式缺乏灵活调整。
图4 老年组中姿态摆动面积与运动网络及视觉网络全局效率的相关性
4. 结论
本研究结合VR姿态扰动与EEG定向功能连接分析，系统揭示了老年人在视觉—自运动冲突情境下平衡能力下降的神经机制。结果表明，老年人在姿态稳定性、方向判断及冲突觉察方面均显著劣于年轻人，其中多感官冲突觉察能力的缺失是导致其平衡控制受损的重要行为表现。在神经层面，老年人的皮层网络呈现整体效率降低、局部聚类减少及感觉—运动整合网络缺乏情境依赖的动态调节，表现出适应性感官重加权能力的削弱。相比之下，年轻人能够在视觉信息不可靠时主动降低视觉网络输出，并增强躯体感觉相关的皮层连接，从而维持冲突情境下的稳定姿态。综上，本研究加深了对老龄个体多感官整合衰退的理解，并提示提升视觉加工能力、强化感觉整合策略或利用神经反馈等方法，或可作为未来干预的潜在方向，以改善老年人的平衡控制并降低跌倒风险。
5.文献名称及DOI号
Wang, G., Yang, Y., Liu, X., Hua, A., Luo, X., Cai, Y., ... & Liu, J. (2025). Neural connectivity and balance control in aging: Insights from directed cortical networks during sensory conflict. NeuroImage, 312, 121218.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2025.121218
