心理所研究揭示電子游戲同時聯合有氧運動提升老年人記憶辨別能力的有效性及其腦神經機制

　　隨著年齡的增長，大多數老年人的情景記憶都會出現衰退，模式分離（pattern separation）能力作為情景記憶加工過程的重要成分隨增齡的下降十分顯著。模式分離可以理解為對非常相似的信息進行區分的能力，因此也可稱為相似記憶辨別能力。這種能力的下降會導致老年人分辨在一些時間、地點等相似性非常高的記憶信息時出現困難，例如將今天吃藥的具體情景信息與昨天吃藥的情景信息混淆，對老年人的日常生活造成種種不便。相似記憶辨別能力高度依賴于大腦中的海馬體，而隨著年齡增加出現的海馬體結構萎縮與功能的變化可能是行為表現下降背后的神經基礎。 

　　現階段有大量的研究嘗試利用老年人仍然保留的大腦可塑性進行訓練，以期延緩老年人的認知下降過程甚至提高認知表現。已有研究發現，針對情景記憶，尤其是相似記憶辨別能力，有氧運動訓練和3D電子游戲訓練有十分不錯的前景。同時，在動物實驗中也發現，有氧運動與豐富環境中的認知刺激可以通過不同的通路提高小鼠的記憶辨別能力：有氧運動能夠提升海馬體中的神經元新生數量，而豐富環境有利于這些新生神經元的成熟與存活。3D電子游戲具有開放環境特征及自由探索特征，與前文提到的豐富環境有相似性。那么，在老年人中進行3D電子游戲同時結合有氧運動的訓練是否能比單一的認知或運動訓練取得更好效果，是一個有待考察的問題。 

　　為此，中國科學院心理健康重點實驗室老年心理研究中心李娟研究組開展了一項為期4個月的聯合干預研究，對社區老年人同時進行有氧單車運動結合3D視頻游戲的訓練，并設置單一有氧運動訓練組、單一3D視頻游戲訓練組與消極控制組（不接受任何訓練）作為對照（具體干預設計見圖1）。 

圖1. 干預訓練流程圖 

　　在干預前后，各組老年人都會完成一系列標準神經心理學測驗（包含總體認知功能，以及執行控制、記憶等分領域認知測驗，抑郁、焦慮自評測驗等），有氧適能水平測驗，用于測量記憶辨別能力的計算機任務（相似記憶辨別任務，示意圖見圖2a），結構像與功能像的磁共振掃描及靜脈血采集。研究通過傾向性分數加權克服非隨機分配可能造成的影響，通過意向性分析發現單一3D游戲訓練組、單一有氧運動組及聯合干預組較消極對照組都表現出干預后記憶辨別能力的提高，而其中聯合干預組提升效果最大（見圖2b）。 

圖2.(a)相似記憶辨別任務示意圖；(b)四組在前、后測時記憶辨別能力分數的變化 

　　受已有研究啟示，該研究對機制的探索錨定在對海馬體積及包含海馬在內的默認網絡（DMN）內部功能連接的分析。研究結果發現，進行了單一有氧訓練的老年人及聯合干預的老年人都表現出了左側海馬體積的顯著提升，且路徑分析支持在進行了有氧訓練的老年人中，有氧訓練帶來的有氧適能水平提高使得海馬體積提升，海馬體積提升進一步帶來記憶分辨能力的提高（見圖3）。 

圖3.海馬體積變化相關結果及其相關路徑分析 

　　在功能網絡結果中，通過ICA分析識別出前部DMN與后部DMN，功能連接結果發現相較于對照組，單一3D游戲訓練組與聯合干預組都表現出的網絡內部功能連接的保持，且前部DMN與后部DMN之間的功能連接提升與記憶辨別能力的升高之間存在顯著的正相關關系（見圖4）。 

圖4.前部默認網絡與后部默認網絡示意圖(a)及其功能連接隨干預的變化(b-c) 

　　該研究首次探討了同時開展有氧運動和3D電子游戲干預對社區老年人記憶辨別能力的協同作用。研究發現，與單一有氧運動干預或單一3D電子游戲干預相比，同時性聯合干預在提高記憶辨別能力方面表現出更優的效果。研究揭示了有氧運動誘發的海馬結構可塑性和3D頻游戲誘發的DMN網絡功能可塑性可能是協同作用的神經基礎，提示了人類大腦可塑性機制的復雜性。研究證實了同時性聯合干預模式的高依從性和良好的可行性，這有助于設計更有效的干預方案及開發更有針對性的干預設備，以改善隨增齡下降的認知功能，預防及延緩癡呆的發生。 

　　本研究受到國家重點研發計劃（2020YFC2003000, 2018YFC2000300, 2018YFC2001701, 2016YFC1305900, 2017YFB1401203）、國家自然科學基金（32271121，32071079, 31861133011）及中國科學院心理研究所科學基金（E2CX3715CX）的支持。　 

　　研究成果近期在線發表于The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences，由李娟研究組的崔曉宇（第一作者）、李娟（通訊作者）及多名研究人員共同完成。 

　　論文信息： 

　　Cui, X., Gui, W., Miao, J., Liu, X., Zhu, X., Zheng, Z., ... & Li, J. (2022). A combined intervention of aerobic exercise and video game in older adults: the efficacy and neural basis on improving mnemonic discrimination. The Journals of Gerontology: Series A. https://doi.org/10.1093/gerona/glac232