脑成像领域著名学术期刊NeuroImage（中科院大类2区，影响因子4.5）于2025年9月发表了tcy8722太阳集团杜小霞教授课题组题为《Neuroplastic differentiation in motor cortex subregions induced by basketball training: A multimodal diffusion MRI investigation》的研究论文。该研究首次采用概率纤维束追踪结合多模态弥散磁共振成像（dMRI）技术，系统揭示了长期篮球训练诱导初级运动皮层（Primarymotor cortex,M1）亚区特异性微结构可塑性变化及其与认知-运动整合表现的关联，为理解开放式运动技能训练的脑可塑性机制提供了新的理论框架。

研究内容

长期运动训练可诱导大脑运动皮层的结构与功能重组，但运动强度和认知训练需求是影响神经适应性结果的关键调节因素。篮球作为一项高强度、间歇性、开放式、对抗性运动，要求运动员具备高爆发力、快速变向能力以及良好的认知-运动整合能力。现有研究已揭示篮球运动员在运动相关脑区存在结构适应，但这些研究大多将初级运动皮层（M1）视为同质性结构，忽视了近期证据揭示的M1功能二分性：效应器亚区（effector subregions）负责精细的肢体运动控制，而效应器间亚区（inter-effector subregions）则参与运动计划、心身协调以及通过躯体-认知动作网络（SCAN）实现的生理调节。这一功能二分性引发了一个关键科学问题：M1的不同亚区对长期运动训练是否存在差异性的神经可塑性响应？

针对这一科学问题，本研究纳入34名精英篮球运动员和35名年龄、性别匹配的非运动员健康对照。在影像层面，研究基于M1与不同皮层靶区（初级感觉皮层S1、辅助运动区SMA和岛叶IA）的连接概率，采用概率纤维束追踪技术在体素水平对M1进行效应器与效应器间亚区的精准分割（见图1）。

图1初级运动皮层亚区分割示例。

（红色：效应器间亚区；蓝色：效应器亚区。）

多模态扩散MRI分析发现：

（1）亚区特异性可塑性改变：与非运动员相比，篮球运动员在M1效应器间亚区表现出显著的平均弥散率（MD）、轴向弥散率（AD）、径向弥散率（RD）、方向分散指数（ODI）和自由水分数（FWF）降低，同时轴向峰度（AK）和神经突密度指数（NDI）显著增加（见图2）。这些差异在效应器亚区中均未达到统计学显著性。这一模式提示运动员效应器间亚区存在轴突完整性增强、髓鞘化优化以及神经突密度增加的微结构精细化改变。

图2篮球运动员 M1 区效应器间亚区的 DTI、DKI和NODDI参数变化。

（DTI：弥散张量成像；DKI：弥散峰度成像；MD：平均弥散率；AD：轴向弥散率；RD：径向弥散率；AK：轴向峰度。NODDI：神经突取向分散与密度成像；ODI：取向分散指数；NDI：神经突密度指数；FWF：自由水分数。*，P < 0.05；**，P < 0.01。所有 P 值均经过 FDR 校正。）

（2）行为学评估：研究采用Swimmy范式评估被试的认知-运动整合表现（见图3）。相关分析揭示，运动员在M1效应器间亚区的MD、AD、RD和FWF与反应时差异（ΔRT）呈显著负相关，NDI与ΔRT呈显著正相关，且上述相关经FDR校正后仍然显著。这些发现表明，效应器间亚区的微结构精细化与运动员在冲突情境下的抑制控制能力提升密切相关，提示优化神经基础设施可能是运动员增强认知-运动表现的潜在机制。

图3实验流程示例

总结

本研究首次揭示了篮球训练诱导的M1可塑性具有显著的亚区特异性。效应器间亚区作为SCAN网络的重要组成部分，在整合信息以进行决策和协调运动执行方面发挥关键作用，其微结构适应性变化反映了开放式运动技能训练对高阶运动协调和整合脑区的优先塑造效应。此外，研究为运动神经调控干预提供了理论基础：既然复杂运动技能训练主要影响参与高阶运动协调的效应器间区域而非直接负责运动执行的效应器亚区，这提示在制定运动康复方案时应充分考虑认知功能在运动技能习得中的关键作用，通过针对性的认知-运动双任务训练优化神经康复效果。

本研究得到教育部人文社会科学项目（23A10277004）和国家自然科学基金（81571658）的资助。

论文信息

论文信息：Tang W, Wang Y, Qi Y, Fang W, Li X, Liu B, Ning J, Du J, Du X. Neuroplastic differentiation in motor cortex subregions induced by basketball training: A multimodal diffusion MRI investigation.NeuroImage. 2025;321:121493.https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2025.121493

该论文第一作者为tcy8722太阳集团硕士研究生唐文霜和王一涵（共同第一作者），通讯作者为tcy8722太阳集团杜小霞教授。