摘要
研究表明肠道与大脑通过双向沟通通路"肠脑轴"相连接，其中肠道菌群作为主要调节因子。临床证据显示肠道菌群改变与神经系统疾病相关，但其如何影响大脑活动仍未知。本研究发现健康老年人的不同肠道菌群特征与内侧后部皮层区域自发活动差异相关。这些区域涉及记忆、语言和情绪处理功能。结果表明，正常肠道菌群特征与认知功能相关的自发皮层活动存在关联，提示早期营养干预可能延缓自然衰老导致的认知衰退。
引言
近几十年来，肠脑轴的双向关系得到广泛证实。本研究聚焦于健康状态下肠道菌群与大脑活动的关系。肠道菌群作为肠道环境中的微生物集合，其通过营养、免疫等多重生理过程影响宿主健康。菌群通过短链脂肪酸等代谢物和迷走神经信号影响大脑活动，这种机制在帕金森病和抑郁症等研究中得到验证。
根据菌群特征可将健康成年人分为三种肠型：拟杆菌为主型、普雷沃氏菌为主型和瘤胃球菌为主型。本研究首次探索健康老年人的肠道菌群特征与自发脑电活动的关系，并分析相关认知功能，为通过调节肠道菌群预防认知障碍提供理论依据。
结果
菌群分型
通过X-Means聚类算法将54名参与者分为三组（A/B/C组，分别26/22/6人）。三组在年龄、BMI、抑郁评分等方面无显著差异，但平均红细胞体积和血红蛋白浓度存在差异。C组肾上腺素水平显著高于B组。
菌群差异
B组拟杆菌比例高于A/C组，C组普雷沃氏菌9型、分枝杆菌等比例最高。A组月形单胞菌丰度较高。根据肠型分类标准，A/B组符合肠型1（拟杆菌为主），C组符合肠型2（普雷沃氏菌为主）。
大脑活动差异
在闭眼和睁眼状态下，比较三组的脑电活动：
- A/B组差异：右额下沟（BA9/46区）低α波活性（睁眼时B组更活跃）
- C组差异：楔前叶和后扣带皮层双侧θ波活性更高（闭眼时）；左后扣带区和左侧楔前叶在睁眼时活性更高
认知功能关联
通过激活似然估计分析，发现：
- A/B组差异区域主要与疼痛感知和工作记忆相关
- C组差异区域涉及情景记忆、语言和社会认知，也与动作感知和情绪处理相关
线性建模
θ波闭眼状态下，普雷沃氏菌9型对模型贡献最大（调整R²=0.846），提示其与楔前叶等区域活动差异密切相关。
讨论
研究首次揭示健康老年人的肠道菌群特征与自发脑电活动的关系。可能机制包括：
- 菌群通过迷走神经直接调节大脑活动
- 短链脂肪酸等代谢物影响神经递质合成
- 激活蓝斑/中缝背核等脑干核团调节去甲肾上腺素和5-羟色胺释放
主要发现：
- 菌群组成影响大脑默认模式网络的核心区域（楔前叶/后扣带皮层）
- 这些区域活动差异可能反映不同的健康衰老模式
- 普雷沃氏菌9型丰度与特定脑区活动呈负相关
研究局限：
- C组样本量较小（仅6人）
- 未分析菌群代谢物
- 未完全排除混杂因素
未来需进一步研究菌群代谢物（如丙酸盐）对大脑代谢和认知功能的影响，以及迷走神经刺激对不同菌群特征人群的效果差异。
方法
参与者招募
通过IMDEA食品研究所的GENYAL临床试验平台招募54名55岁以上健康参与者（男21/女33）。纳入标准：BMI 27-35 kg/m²。排除标准：认知功能减退、慢性病等。
数据采集
收集粪便样本进行16S rRNA基因V3-V4区测序，使用DADA2流程处理数据，SILVA数据库分类至属水平。
脑电记录
使用32导湿电极采集闭眼和睁眼状态下的静息态脑电数据，采用eLORETA算法计算210个脑区的源密度。
统计分析
使用X-Means聚类算法确定最优分组，采用MANOVA和Kruskal-Wallis检验组间差异，p<0.05为显著水平。
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