陳　衍　劉香倩　符　虔　(貴州師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，貴州　貴陽(yáng)　550001)

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認(rèn)知老化模型及其腦成像研究進(jìn)展

陳衍劉香倩符虔(貴州師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550001)

〔關(guān)鍵詞〕認(rèn)知老化;腦成像;老年人大腦半球非對(duì)標(biāo)準(zhǔn)減弱( HAROLD) ;老化中由后向前轉(zhuǎn)移( PASA)

第一作者:陳衍( 1976－)，女，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事認(rèn)知發(fā)展研究。

認(rèn)知老化是指人們?cè)诔赡曛笳J(rèn)知能力隨年齡增長(zhǎng)而衰退的現(xiàn)象〔1〕。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，學(xué)者們愈加重視利用腦成像技術(shù)〔如正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像( PET)、功能磁共振成像( fMRI)〕對(duì)認(rèn)知老化神經(jīng)機(jī)制的研究。為了解釋老化過(guò)程中腦功能的變化特點(diǎn)，研究者們提出了認(rèn)知老化神經(jīng)機(jī)制的兩大模型，老年人大腦半球非對(duì)稱(chēng)性減弱( HAROLD)模型和老化中由后向前轉(zhuǎn)移( PASA)模型。目前大多數(shù)研究者都比較支持用這兩種模型來(lái)解釋大腦的老化現(xiàn)象，本文將介紹與這兩種模型相關(guān)的理論及其腦成像研究。

1 HAROLD模型

1. 1 HAROLD模型的相關(guān)理論HAROLD模型是由Cabeza〔2〕提出的，該模型的主要觀點(diǎn)是:進(jìn)行各種認(rèn)知操作時(shí)(即情節(jié)檢索、工作記憶、抑制)，健康年輕人的大腦區(qū)域往往表現(xiàn)出一側(cè)化活動(dòng)(大腦半球?qū)I(yè)化) ;而對(duì)于相同的操作及大腦區(qū)域健康老年人往往表現(xiàn)出左右對(duì)稱(chēng)的活動(dòng)模式(大腦半球非對(duì)稱(chēng)減弱)。HAROLD模型認(rèn)為在相同的條件下，老年人前額皮質(zhì)( PFC)激活的一側(cè)化程度比年輕人低。有研究〔3〕發(fā)現(xiàn)老年人在完成詞干線索回憶任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出雙側(cè)激活。

學(xué)者〔2〕提出了心因性和神經(jīng)源性的觀點(diǎn)來(lái)解釋現(xiàn)象。心因性觀點(diǎn)認(rèn)為此現(xiàn)象是由認(rèn)知結(jié)構(gòu)或者認(rèn)知過(guò)程的改變引起的，神經(jīng)源性觀點(diǎn)是由神經(jīng)功能、神經(jīng)聯(lián)結(jié)等神經(jīng)機(jī)制的變化引起的。然而有研究〔4〕指出，現(xiàn)實(shí)中很難判斷與年齡相關(guān)的腦區(qū)活動(dòng)差異反映的是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的變化還是神經(jīng)結(jié)構(gòu)的變化。

1. 2支持HAROLD模型的腦成像研究一方面，HAROLD模型得到了低級(jí)認(rèn)知加工的腦成像研究的支持。在面孔匹配的研究〔5〕中，年輕人在右半球PFC有激活，而老年人則激活了雙側(cè)半球的PFC。老年人與年輕人的大腦在饑餓或飽腹的情況下受到味覺(jué)刺激時(shí)表現(xiàn)出顯著的差異，老年人比年輕人表現(xiàn)出更強(qiáng)并且更多區(qū)域的激活〔6〕。

另一方面，來(lái)自高級(jí)認(rèn)知加工(情景記憶、語(yǔ)義記憶、工作記憶、知覺(jué)、語(yǔ)言認(rèn)知)的研究證據(jù)也支持HAROLD模型。在對(duì)情景記憶、語(yǔ)義記憶、工作記憶的研究中都發(fā)現(xiàn)了HAROLD的存在。Cabeza等〔7〕發(fā)現(xiàn)對(duì)于相同的任務(wù)，年輕人在詞對(duì)線索回憶任務(wù)中表現(xiàn)出右側(cè)PFC的激活，而老年人左右PFC都表現(xiàn)出顯著的激活。老年人在工作記憶和視覺(jué)注意任務(wù)上比年輕人表現(xiàn)出更多的前額葉激活的雙側(cè)模式。而且，有學(xué)者〔8〕通過(guò)比較再認(rèn)任務(wù)中記住的與遺忘的項(xiàng)目在學(xué)習(xí)階段引起的大腦激活差異發(fā)現(xiàn)，年輕人左側(cè)PFC有激活，但老年人雙側(cè)PFC都有激活。研究〔9〕發(fā)現(xiàn)不同的刺激條件下(字母或空間位置)年輕人的PFC激活有差異，而老年人不論刺激是言語(yǔ)還是空間位置，其雙側(cè)PFC都有顯著激活。Ensie等〔10〕研究了在語(yǔ)義記憶任務(wù)中老年人大腦半球的非對(duì)稱(chēng)性減弱，發(fā)現(xiàn)成績(jī)較好的老年人兩個(gè)半球有相同程度的激活，而年輕人有一個(gè)半球激活。

Lee等〔11〕對(duì)老年人和年輕人進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)－收益任務(wù)時(shí)腦活動(dòng)差異的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于年輕人來(lái)說(shuō)，老年人的對(duì)側(cè)前額葉，特別是前額腦區(qū)底部也出現(xiàn)了激活，并且老年人的右腦激活比年輕人的更強(qiáng)。③學(xué)者〔12，13〕對(duì)于語(yǔ)言認(rèn)知的研究發(fā)現(xiàn)，老年被試的語(yǔ)言認(rèn)知同年輕人相比并沒(méi)有明顯的減弱。另外有關(guān)抑制〔14〕的研究也驗(yàn)證了HAROLD模型。

1. 3 HAROLD模型的腦成像研究的爭(zhēng)議①任務(wù)的難度對(duì)HAROLD現(xiàn)象的表現(xiàn)有影響。研究〔15〕發(fā)現(xiàn)并非在所有的任務(wù)難度研究中都會(huì)出現(xiàn)HAROLD現(xiàn)象。此外，有學(xué)者〔16〕研究發(fā)現(xiàn)年輕人與老年人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)都出現(xiàn)了額葉腦區(qū)的雙側(cè)激活。而且，Cabeza等〔17〕發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)差的老年人沒(méi)有出現(xiàn)雙側(cè)激活。另外，其他學(xué)者〔18～20〕的研究也發(fā)現(xiàn)，年輕人的PFC激活程度與任務(wù)的難度有關(guān)。②有學(xué)者〔21〕認(rèn)為HAROLD模型只是在成功老化中觀察到的某種與年齡有關(guān)的腦活動(dòng)模式，可以看作是與年齡有關(guān)的代償過(guò)程的一種特殊表現(xiàn)。而且，對(duì)于完成任務(wù)時(shí)老化與腦區(qū)活動(dòng)增多這二者之間的關(guān)系，有研究〔22〕認(rèn)為可以用代償相關(guān)的神經(jīng)回路利用假說(shuō)( CRUNCH)來(lái)解釋。CRUNCH認(rèn)為，老年人的認(rèn)知加工效率低下，老化大腦需要募集更多的神經(jīng)資源來(lái)保持與年輕大腦相同的計(jì)算輸出〔23〕。Berlingeri等〔21〕要求年輕及健康老年被試完成兩種語(yǔ)言/語(yǔ)義任務(wù)和兩種情景長(zhǎng)時(shí)記憶再認(rèn)任務(wù)，利用fMRI技術(shù)分析的研究結(jié)果符合CRUNCH，HAROLD模式可以認(rèn)為是與年齡有關(guān)的代償過(guò)程的一種特殊表現(xiàn)。③健康被試與非健康被試完成任務(wù)時(shí)的大腦活動(dòng)可能存在差異。Grady等〔24〕使用PET測(cè)查輕度AD患者及健康控制組老年人在編碼任務(wù)和隨后的再認(rèn)記憶任務(wù)中的大腦活動(dòng)情況。在兩種任務(wù)中，AD被試都表現(xiàn)出雙側(cè)PFC的激活，并且雙側(cè)半球激活與成績(jī)呈正相關(guān)，而健康控制組未表現(xiàn)出這種激活模式。

2 PASA模型

2. 1 PASA模型的相關(guān)理論P(yáng)ASA模型是指在完成某種認(rèn)知任務(wù)時(shí)，老年人與年輕人的腦激活程度出現(xiàn)了差異〔23〕。有關(guān)工作記憶的研究〔25〕中，與年輕人相比，老年人枕區(qū)的活動(dòng)減弱而前部腦區(qū)的活動(dòng)增強(qiáng)。PASA是由Grady等〔24〕首次報(bào)道的，他們認(rèn)為，老年人募集前部腦區(qū)來(lái)補(bǔ)償枕顳區(qū)域的感覺(jué)處理功能的缺損。另外，Simon等〔26〕對(duì)執(zhí)行情景檢索和視覺(jué)感知任務(wù)的老年人與年輕人的大腦活動(dòng)進(jìn)行研究，在不同的任務(wù)難度中都發(fā)現(xiàn)了PASA的存在，表明PASA現(xiàn)象是老化現(xiàn)象。

2. 2支持PASA模型的腦成像研究PASA模型得到來(lái)自有關(guān)記憶(工作記憶、情景記憶)、注意、視空間加工等腦成像研究的支持。①自記憶和注意。Cabeza等〔25〕讓老年人和年輕人同時(shí)執(zhí)行工作記憶、視覺(jué)注意、情景檢索這三種不同的任務(wù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在三個(gè)任務(wù)上，老年人都比年輕人表現(xiàn)出較弱的枕部活動(dòng)和更強(qiáng)的前額葉和頂葉活動(dòng)。其他一項(xiàng)有關(guān)真實(shí)回憶年齡差異研究〔27〕發(fā)現(xiàn)回憶是真實(shí)的時(shí)候，老年人表現(xiàn)出與之前相同的研究結(jié)果，即枕部活動(dòng)減弱，前額葉皮質(zhì)活動(dòng)增強(qiáng)。②視覺(jué)及空間知覺(jué)。Madden等〔28〕對(duì)視覺(jué)目標(biāo)探測(cè)任務(wù)的fMRI研究發(fā)現(xiàn)，雖然老年人和年輕人對(duì)目標(biāo)刺激都有部分前額腦區(qū)的激活，但是老年人深部灰質(zhì)的激活較強(qiáng);而且，雖然新異刺激都激活老年人和年輕人的枕葉腦區(qū)，但是老年人的激活程度較弱。另外，有學(xué)者〔29〕對(duì)視空間加工的fMRI研究也發(fā)現(xiàn)了PASA現(xiàn)象。③語(yǔ)音再認(rèn)任務(wù)。研究〔30〕發(fā)現(xiàn)在完成簡(jiǎn)單的語(yǔ)音再認(rèn)任務(wù)時(shí)老年人對(duì)額葉腦區(qū)的募集，發(fā)現(xiàn)了老年人被試與年輕被試之間存在的差異。另外，其他研究〔29，31～33〕中也發(fā)現(xiàn)了PASA模式的存在。

2. 3對(duì)PASA模型的爭(zhēng)議很多研究都發(fā)現(xiàn)了PASA模式的存在，但有研究發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)好的老年人與表現(xiàn)差的老年人之間存在一定的差異。如Gutchess等〔34〕的研究發(fā)現(xiàn)，只有表現(xiàn)好的老年人表現(xiàn)出對(duì)額葉腦區(qū)募集的增加，而在表現(xiàn)較差的老年人和年輕人中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象。那么，在表現(xiàn)差的老年人中是否也會(huì)存在PASA模式，只是因?yàn)楸憩F(xiàn)差的老年人的這種募集程度比較弱，這需要更多的研究來(lái)進(jìn)行探討。另外，有部分研究結(jié)果不支持額葉激活的增強(qiáng)。研究〔35〕發(fā)現(xiàn)加工編碼與具體內(nèi)容無(wú)關(guān)的圖片時(shí)，老年人不能激活左腹側(cè)和背側(cè)PFC，并且編碼抽象的圖片時(shí)不能激活頂葉腦區(qū)。另外，有研究〔36〕讓老年人和年輕人對(duì)詞的語(yǔ)義和非語(yǔ)義進(jìn)行判斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于非語(yǔ)義判斷，年輕人對(duì)語(yǔ)義判斷時(shí)一些腦區(qū)表現(xiàn)出更大的激活，左額下回表現(xiàn)出最大的激活;老年人對(duì)語(yǔ)義判斷時(shí)在相同的腦區(qū)也表現(xiàn)出同樣大的激活，但是左前額葉區(qū)域的激活減弱。除了上述的研究以外，也仍有其他的研究〔37，38〕結(jié)果不支持額葉激活的增強(qiáng)。

3解釋HAROLD和PASA模型的功能作用的相關(guān)理論

研究者們提出了用代償和去分化的觀點(diǎn)來(lái)解釋HAROLD 和PASA模型〔2〕。代償說(shuō)〔7〕認(rèn)為在進(jìn)行認(rèn)知任務(wù)時(shí)，老年人為了抵抗認(rèn)知功能隨增齡的下降并維持以往的表現(xiàn)水平，從而增加了更多更廣泛的腦激活。為了區(qū)別因代償策略而增加的神經(jīng)活動(dòng)和神經(jīng)資源的低效率使用，通常認(rèn)為代償說(shuō)的證據(jù)存在于認(rèn)知任務(wù)中增加的神經(jīng)活動(dòng)都伴隨著同等或是更高的性能的研究中。相反，去分化說(shuō)〔39〕則認(rèn)為，與年齡相關(guān)的認(rèn)知缺陷導(dǎo)致了不太對(duì)應(yīng)的神經(jīng)機(jī)制來(lái)執(zhí)行該功能，而不是之前高度專(zhuān)一的神經(jīng)機(jī)制。雖然老年人為了較好地完成認(rèn)知任務(wù)而激活了更多的腦區(qū)，然而老化使老年人的腦區(qū)分工特異性降低甚至消失，這些被過(guò)多激活的腦區(qū)似乎只是老化的附帶物而并沒(méi)有實(shí)際作用。也就是說(shuō)，老年人由于老化而導(dǎo)致了神經(jīng)功能的下降，這種下降使與任務(wù)相關(guān)的腦功能活動(dòng)模式的特異性降低或分化減弱。代償和去分化的觀點(diǎn)均得到了實(shí)證研究〔9，39，40〕的支持，有關(guān)其理論尚需進(jìn)一步研究充實(shí)。

綜上，雖然大量研究發(fā)現(xiàn)老年人通過(guò)募集激活其他的腦區(qū)來(lái)維持自身的認(rèn)知功能這種現(xiàn)象，研究者們也提出了用HAROLD模型和PASA模型來(lái)解釋認(rèn)知老化的神經(jīng)機(jī)制。但是大腦的神經(jīng)活動(dòng)是十分復(fù)雜的，這些模型尚不足以概括描述大腦的整個(gè)變化過(guò)程。而且，目前仍然存在不支持這兩種模型的證據(jù)，關(guān)于認(rèn)知老化的神經(jīng)機(jī)制還有很多爭(zhēng)議。以后的研究應(yīng)從多種認(rèn)知領(lǐng)域，使用多種難度的任務(wù)對(duì)不同年齡的被試進(jìn)行研究，以期提出一個(gè)整合的理論來(lái)解釋認(rèn)知老化的神經(jīng)機(jī)制。

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〔2014－12－29修回〕

(編輯杜娟)

基金項(xiàng)目:貴州省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)一般課題( 13GZYB13) ;貴州省科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目〔黔科合J字( 2013) 51號(hào)〕

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕B844. 4

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1005-9202( 2016) 02-0492-04;

doi:10. 3969/j. issn. 1005-9202. 2016. 02. 114