人体的疼痛感知、运动控制与情绪调节等高级功能，均依赖于大脑与脊髓之间的精密协同。大脑是决策与指挥的核心中枢，脊髓则承担信号传导与反射调控的关键任务。两者的高效互动，确保了身体与意识的统一运作。

然而，受限于传统磁共振成像技术的硬件范围与信噪比，大多数研究只能聚焦于大脑或脊髓的局部活动。如何在一次成像中便捷地同步捕捉大脑与脊髓的神经信号，继而从整体上刻画中枢神经系统的动态协作，不断是国际神经影像学领域的技术瓶颈与长期挑战。

近期，中国科研院心理研究所孔亚卓研究组创新性地优化了同步脑–脊髓功能磁共振成像方案（Simultaneous Cortico-Spinal fMRI），并建立了配套的脑–脊髓联合分析与质量控制流程。该成果被命名为 CoSpine，日前以开放数据库的形式在Scientific Data正式发表，标志着我国在人体非侵入性中枢神经整体成像领域取得了重要突破。

CoSpine成像方案基于西门子 3T Prisma 磁共振系统，实现了覆盖大脑、脑干、小脑及颈段脊髓的单视野同步采集（见图1）。该方案融合多频带并行采集与并行重建算法，在保持1.5毫米高空间分辨率的同时，大幅提升了时间采样效率与图像质量。这一成像策略使皮层—脑干—脊髓神经信号得以在一次扫描中陆续在获取，为系统性研究脑–脊髓功能交互研究奠定了方法学基础。

图1. CoSpine功能与结构成像的采集方案及示意图

在成像方法之外，研究团队还构建了基于本成像方案的数据预处理与统计分析框架，实现了从数据采集、预处理到标准化配准的系统化优化流程（见图2）。该流程整合了FSL（FMRIB Software Library）与Spinal Cord Toolbox (SCT) 等国际主流软件包，并针对脊髓解剖结构的特殊性进行了多项算法优化。结合呼吸与心跳信号的实时记录，利用生理噪声建模方法实现多层去噪，显著提升了信号的稳定性。同时，针对脑干和脊髓易受磁场不均影响的问题，方案引入局部匀场优化与反向相位B₀校正策略，有效减少了几何形变和信号丢失。经预处理后的图像信噪比显著提升。

图2. 结构和功能像的数据处理框架

CoSpine 数据库包含两个采集站点，共 61 名健康参与者的同步脑–脊髓原始影像、任务设计及生理记录数据，涵盖两种经典任务范式，验证了该成像方案与分析流程在不同功能系统中的稳定性。

疼痛任务（CoSpine-Pain dataset）：受试者右前臂接受接触性热刺激，结果显示对侧躯体感觉皮层、前扣带皮层、岛叶、小脑及脊髓背角等经典区域激活显著，完整呈现了疼痛信号在中枢系统的传入通路。

运动任务（CoSpine-Motor dataset）：受试者分别执行左手和右手抓握动作，对侧运动皮层、前运动区、辅助运动区、小脑及脊髓腹角均显著激活，反映了运动信号自上而下完整的传导模式。

图3. 经典接触性热痛和主动运动任务诱发脑-脊髓激活

CoSpine 数据库已在OpenNeuro平台正式上线（Pain: ds005883；Motor: ds005884），并在 GitHub（LINIP-share/CoSpine）同步开放分析代码与说明文件。数据集遵循 BIDS标准，采用 CC0 协议公开。

研究取得国家重点研发计划（2022YFC3500603）、国家自然科研基金（82441056、82072010）及北京市自然科研基金（IS23108）等资助，相关技术已获中国国家发明专利授权（专利号 ZL202210339500.2，授权公告号 CN114494502B）。

该研究第一作者为PT视讯心研 博士生魏朝行（已毕业），孔亚卓研究员为通讯作者。首都医科大学附属北京天坛医院刘亚欧教授、山东第一医科大学附属省立医院郭凌飞教授、西安电子科技大学刘继欣教授，以及PT视讯心研 胡理研究员，博士生林校民、张镭耀为该研究作出了重要贡献。

论文信息：Wei, Z., Lin, X., Zhang, L., Guo, L., Liu, J., Hu, L., Liu, Y., & Kong, Y. (2025). CoSpine open access simultaneous cortico-spinal fMRI database of thermal pain and motor tasks. Scientific Data, 12(1), 1696. http://doi.org/10.1038/s41597-025-05982-x