心理所研究揭示長期音樂經驗通過促進大腦“年輕態”來保護老年人言語加工
人類社會正在以前所未有的速度經歷老齡化過程。因為老化常伴隨多種認知障礙，所以開發有效的干預方法來延緩老化并揭示其背后的認知神經機制以應對老齡化的挑戰具有重大意義。已有研究發現，老年人在噪音環境下的言語知覺能力普遍下降，而音樂訓練能夠增強老年人在嘈雜環境下的言語知覺能力，提示音樂訓練能夠對抗老化。但由于技術手段的限制，目前尚無研究系統揭示音樂訓練經驗對抗老化、保護言語加工的神經機制。
為回答上述問題，中國科學院心理研究所杜憶研究組近期開展了一項功能磁共振研究，首次證實老年音樂家采用兩種相互依賴的機制“功能保持和功能代償”來延緩其在噪音環境下視聽言語知覺的老化。該研究成果于2023年4月26日以封面論文刊發于Science Advances。
Science Advances封面圖描繪了一位年邁的音樂家演奏著大提琴在年齡的河流上逆流而上，音樂訓練使老年人比同齡人的大腦更年輕。
來源：Science Advances雜志網站，創作者：汪詩雨
該研究招募了25名老年音樂家、25名老年非音樂家和24名年輕非音樂家。老年音樂家均在23歲前開始學習樂器或聲樂（平均起始年齡：10.90±4.56歲），受過32年以上的音樂訓練（平均訓練年限：50.88±8.75歲），在近三年依然保持練習（每日>1小時，平均每周訓練時長：12.70±8.75小時）。而非音樂家的音樂訓練經歷不足兩年。老年人都通過了蒙特利爾認知能力測試以確保無認知障礙。參與者在磁共振儀器中完成噪音環境下的視聽音節辨別任務。結果發現老年音樂家區分音節的能力和年輕人相當，都要優于老年非音樂家，證實了音樂訓練經驗能夠增強老年人在嘈雜環境下的言語知覺能力（圖1）。
圖1. 在輕度至中度噪音水平下，老年音樂家比老年非音樂家有更好的言語識別成績，和年輕人相當
通過分析這三組參與者的腦活動，研究人員揭示了老年音樂家對抗老化采用的兩種機制——功能保持和功能補償。具體來說，老年非音樂家在雙側感覺運動腦區對音節的表征能力顯著弱于年輕人（圖2的藍色區域），而老年音樂家在感覺運動腦區能夠很好地表征這些音節，且表征能力不亞于年輕人（圖2的橙色腦區）。相比較老年非音樂家，老年音樂家在感覺運動腦區的神經激活模式更像年輕人，且最近三年音樂訓練強度越大，其神經激活模式越像年輕人（圖3）。并且，對于老年非音樂家，感覺運動腦區神經激活模式越像年輕人，在噪音環境下對音節區分能力就越好。這證實了老年音樂家采用感覺運動腦區功能保持的機制對抗老化。
圖2. 在感覺運動腦區，老年音樂家對音節的表征比老年非音樂家好，和年輕人相當。而在這些區域，老年非音樂家對音節的表征比年輕人差
圖3. 相比較老年非音樂家，老年音樂家音節在感覺運動區的神經激活模式更像年輕人。且最近三年的訓練強度越大，和年輕人的神經激活模式越像。神經激活模式更像年輕人的老年非音樂家對音節的表征能力也越好
此外，老年音樂家還采用了功能代償的機制來抗老化。具體來說，相比較老年非音樂家，老年音樂家能夠更好征用參與多種任務的額頂區域，以及更好抑制與當前任務無關的默認網絡區域來抗干擾。對默認網絡的抑制越強，對音節的區分越好。進一步發現，這兩種機制是相互依賴的，能夠更好征用額頂區域以及更好抑制默認網絡區域的老年人，神經激活模式跟年輕人更像（圖4）。
圖4. 相比較老年非音樂家，老年音樂家在額頂腦區有更強的正激活，在默認網絡腦區有更強的負激活。在默認網絡腦區的負激活強度越強，對音節的區分能力越好。額頂腦區的激活和默認腦區的負激活越強，感知運動腦區的神經激活模式與年輕人更像
該研究揭示了長期音樂訓練經驗通過同時促進功能保持和功能代償機制對抗腦認知老化的負面影響，保護老年人的噪音下言語加工。并提供了實驗證據支持了音樂訓練可以使老年人的大腦更敏銳、更專注和更年輕，這對于促進人口健康老齡化提供了重要且可行的策略。
該封面論文的第一作者是中科院心理所博士生張磊，中科院心理所杜憶研究員為通訊作者。研究獲得科技創新2030“腦科學與類腦研究”重大項目（2021ZD0201500），國家自然科學基金（31671172，31822024），中國科學院戰略性先導科技專項（XDB32010300），中科院心理研究所科學基金（E2CX3625CX，E1CX4725CX）支持。
論文信息：
Zhang, L., Wang, X.Y., Alain, C., Du, Y*.Successful aging of musicians: Preservation of sensorimotor regions aids audiovisual speech-in-noise perception. Science Advances 9, eadg7056 (2023).DOI:10.1126/sciadv.adg7056
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