心理所研究發現認知儲備通過“延緩上調”而非“促進代償”保護老年大腦

在衰老過程中，老年人普遍面臨認知功能的全面下降。此前研究發現，老年人在完成認知任務時，常表現出所謂的“功能代償”現象，即通過額外調動高級腦區來維持認知表現。而部分老年人憑借一生積累的知識、技能以及訓練形成的高效神經網絡，展現出更強的抗衰老能力，這被稱為“認知儲備”。然而，認知儲備如何在衰老過程中與功能代償機制相互作用以保護相關認知功能，仍有待闡明。

為回答上述問題，中國科學院心理研究所杜憶研究組在前期工作的基礎上（Zhang et al.,2021,2023；Jin et al.,2024），與加拿大羅特曼研究所Claude Alain教授合作，以長期音樂訓練者為“自然模型”，探討了認知儲備如何在衰老過程中保護噪音環境下的言語感知能力。

研究者提出兩種可能機制：

“促進代償”假設：認知儲備通過增強資源儲備，使大腦動員更多高級腦區來應對任務需求；

“延緩上調”假設：認知儲備減緩大腦老化，從而延遲出現代償性腦區活動上調，保持類似年輕時的高效模式（見圖1）。

圖1. “促進代償”假設與“延緩上調”假設圖示。符合兩種假設的神經活動強度與腦-行為相關模式。

此次研究招募了三組參與者：具有30年以上樂器練習經歷的老年音樂家（高認知儲備組）、無音樂訓練的老年人（低認知儲備組）以及年輕對照組。在功能磁共振成像（fMRI）中，參與者完成了噪音下的音節識別任務。結果發現，老年非音樂家在完成任務時，聽覺背側通路的高級腦區與語音感知區域之間的功能連接顯著增強，反映出代償性活動；而老年音樂家的功能連接模式更接近年輕人（圖2C），支持了“延緩上調”假設。腦-行為相關性分析進一步驗證了這一觀點：與年輕人更相似的腦活動強度，預示著更優的行為表現（負相關，圖2D、F）。

圖2. 聽覺背側通路的功能連接分析結果支持“延緩上調”假設

在進一步的跨被試空間相關分析中，研究者將老年參與者在任務中的多體素功能連接模式與年輕組進行比對（圖3A）。結果發現，老年音樂家在左側前中央回上部的腦活動模式與年輕人更為相似（圖3B），且這種相似性與連接的年輕化程度顯著相關（圖3C）。組內分析還顯示，老年非音樂家之間的腦活動模式更為一致（圖3F），提示其老化過程更加統一。而老年非音樂家的功能連接峰值更偏向頂葉方向（Z軸坐標上移，圖3D、E），進一步印證了其代償性上調的特征。

圖3. 跨被試空間相關分析結果

綜上，這項研究首次從神經影像學角度清晰揭示了認知儲備的保護機制：不是通過“加人手”式的代償，而是通過延緩任務相關腦區的“上調”，從而保留更接近年輕態的腦功能模式。長期的音樂訓練為該機制提供了自然模型支持，也為非藥物干預手段（如社區合唱、樂器學習）促進人口健康老齡化的推廣應用提供了科學依據與實踐啟示。

該研究獲得科技創新2030“腦科學與類腦研究”重大項目（2021ZD0201500），加拿大自然科學與工程研究基金與健康研究院（RGPIN-2021-02721， PJT 183614）支持。

研究成果已發表在PLOS Biology。心理所博士生張磊（已畢業）為第一作者，心理所杜憶研究員與羅特曼研究所Claude Alain教授為共同通訊作者。

論文信息：Zhang L, Ross B, Du Y, Alain C (2025). Long-term musical training can protect against age-related upregulation of neural activity in speech-in-noise perception. PLoS Biology, 23(7): e3003247. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003247

相關論文：

ZhangL, WangX, AlainC, DuY. (2023). Successful aging of musicians: Preservation of sensorimotor regions aids audiovisual speech-in-noise perception. Science Advances, 9(17):eadg7056. https://doi.org/10.1126/sciadv.adg7056?(Cover Story)

Jin, X.H., Zhang, L., Wu, G.W., Wang, X.Y., Du, Y. (2024). Compensation or preservation? Different roles of functional lateralization in speech perception of older non-musicians and musicians. Neuroscience Bulletin, https://doi.org/10.1007/s12264-024-01234-x

Zhang L, Fu X, Luo D, Xing L, Du Y. (2021). Musical experience offsets age-related decline in understanding speech-in-noise: type of training does not matter, working memory is the key. Ear & Hearing, 42(2):258–70. https://doi.org/10.1097/AUD.0000000000000921