皮层特异性衰老：跨物种揭示感觉皮层分层结构退化的关键机制

本研究通过7T功能磁共振成像(fMRI)和双光子钙成像技术，揭示了老年人群和小鼠初级体感皮层(SI)分层结构的特异性改变：输入层IV增厚且髓鞘化增强，深层V/VI变薄但髓鞘增加。该发现为理解感觉系统退行性变提供了新的分层视角，对阿尔茨海默病和多发性硬化等神经退行性疾病的机制研究具有重要启示。

随着年龄增长，人类感觉系统会出现功能减退和结构退化，但皮层分层结构如何参与这一过程始终是未解之谜。传统观点认为皮层退化是均匀发生的，然而德国神经退行性疾病中心(DZNE)和奥托·冯·古里克大学的研究团队在《Nature Neuroscience》发表的最新研究，通过跨物种多模态成像技术，首次揭示了感觉皮层衰老具有显著的分层特异性。

研究采用7T高分辨率磁共振成像(7T MRI)对年轻和老年志愿者的初级体感皮层(SI)进行分层分析，结合小鼠双光子钙成像和免疫组化。关键技术包括：1)人类队列分层定位采用定量T1(qT1)和定量磁化率成像(QSM)；2)小鼠Thy1-GCaMP6f转基因系进行单神经元活动记录；3)跨物种比较年轻(2-6月)与老年(12-20月)个体的皮层厚度、髓鞘含量和抑制性神经元变化。

年龄相关皮层厚度变化具有分层特异性

通过数据驱动的分层方法，发现老年组SI整体变薄(减少0.12mm)，但呈现"中间厚、深层薄"的特征：输入层IV增厚11%，而输出层V/VI变薄15%。贝叶斯分析显示深层变薄的证据强度达BF₁₀=2.05×10²⁶，彻底否定了"皮层均匀退化"的假说。

稳定的低髓鞘边界与功能改变

开发自动边界检测算法分析发现，老年组仍保留年轻时的低髓鞘边界(qT1>1783ms)，但索引指表征的空间选择性变粗(pRF尺寸增大48%，BF₁₀=11.47)。有趣的是，这种功能改变未伴随抑制功能降低的明确证据。

微结构分层组成的年龄差异

QSM显示老年组全层铁沉积增加(pQSM:+35%)，而髓鞘变化呈现分层特异性：中间层IV和深层V/VI的髓鞘含量分别增加7%和5%。小鼠实验证实这种改变可能与抑制性神经元(Parvalbumin⁺)密度增加相关。

跨物种验证的输入信号增强

小鼠钙成像显示老年组在空气喷射刺激时神经元活动增强(ΔF/F增加58%，P<0.001)，且抑制性反应比例从13%升至23%。组织学发现老年小鼠PV⁺神经元在IV层增加最显著，与人类MRI发现的髓鞘化模式相互印证。

这项研究建立了皮层分层退化与感觉功能障碍的直接联系，提出"输入通道重塑"和"调制改变"两个核心机制：1)增厚的IV层可能补偿外周信号损失；2)深层变薄但髓鞘增加反映了抑制性网络的代偿性重组。这些发现为理解阿尔茨海默病(AD)的早期皮层改变和多发性硬化(MS)的髓鞘异常提供了新视角，提示未来治疗策略需要针对特定皮层分层进行精准干预。Peng Liu和Juliane Doehler等研究者开创的分层分析方法，为神经退行性疾病的机制研究设立了新范式。