心理所研究发现认知储备通过“延缓上调”而非“促进代偿”保护老年大脑

在衰老过程中，老年人普遍面临认知功能的全面下降。此前研究发现，老年人在完成认知任务时，常表现出所谓的“功能代偿”现象，即通过额外调动高级脑区来维持认知表现。而部分老年人凭借一生积累的知识、技能以及训练形成的高效神经网络，展现出更强的抗衰老能力，这被称为“认知储备”。然而，认知储备如何在衰老过程中与功能代偿机制相互作用以保护相关认知功能，仍有待阐明。

为回答上述问题，中国科学院心理研究所杜忆研究组在前期工作的基础上（Zhang et al.,2021,2023；Jin et al.,2024），与加拿大罗特曼研究所Claude Alain教授合作，以长期音乐训练者为“自然模型”，探讨了认知储备如何在衰老过程中保护噪音环境下的言语感知能力。

研究者提出两种可能机制：

“促进代偿”假设：认知储备通过增强资源储备，使大脑动员更多高级脑区来应对任务需求；

“延缓上调”假设：认知储备减缓大脑老化，从而延迟出现代偿性脑区活动上调，保持类似年轻时的高效模式（见图1）。

图1. “促进代偿”假设与“延缓上调”假设图示。符合两种假设的神经活动强度与脑-行为相关模式。

此次研究招募了三组参与者：具有30年以上乐器练习经历的老年音乐家（高认知储备组）、无音乐训练的老年人（低认知储备组）以及年轻对照组。在功能磁共振成像（fMRI）中，参与者完成了噪音下的音节识别任务。结果发现，老年非音乐家在完成任务时，听觉背侧通路的高级脑区与语音感知区域之间的功能连接显著增强，反映出代偿性活动；而老年音乐家的功能连接模式更接近年轻人（图2C），支持了“延缓上调”假设。脑-行为相关性分析进一步验证了这一观点：与年轻人更相似的脑活动强度，预示着更优的行为表现（负相关，图2D、F）。

图2. 听觉背侧通路的功能连接分析结果支持“延缓上调”假设

在进一步的跨被试空间相关分析中，研究者将老年参与者在任务中的多体素功能连接模式与年轻组进行比对（图3A）。结果发现，老年音乐家在左侧前中央回上部的脑活动模式与年轻人更为相似（图3B），且这种相似性与连接的年轻化程度显著相关（图3C）。组内分析还显示，老年非音乐家之间的脑活动模式更为一致（图3F），提示其老化过程更加统一。而老年非音乐家的功能连接峰值更偏向顶叶方向（Z轴坐标上移，图3D、E），进一步印证了其代偿性上调的特征。

图3. 跨被试空间相关分析结果

综上，这项研究首次从神经影像学角度清晰揭示了认知储备的保护机制：不是通过“加人手”式的代偿，而是通过延缓任务相关脑区的“上调”，从而保留更接近年轻态的脑功能模式。长期的音乐训练为该机制提供了自然模型支持，也为非药物干预手段（如社区合唱、乐器学习）促进人口健康老龄化的推广应用提供了科学依据与实践启示。

该研究获得科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目（2021ZD0201500），加拿大自然科学与工程研究基金与健康研究院（RGPIN-2021-02721， PJT 183614）支持。

研究成果已发表在PLOS Biology。心理所博士生张磊（已毕业）为第一作者，心理所杜忆研究员与罗特曼研究所Claude Alain教授为共同通讯作者。

论文信息：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

相关论文：

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