延緩腦衰老，音樂有妙招
不管是什么年紀，如果能盡快開始學習一門樂器，甚至開始唱歌，可能都會讓大腦衰老得更慢。所以我們鼓勵中老年朋友學習一門樂器或聲樂，什么時候開始都不算晚。一些研究表明，從未學過音樂的老年人在接受短期音樂訓練后，言語加工能力也有一定的提高。
杜憶
中國科學院心理研究所研究員
大腦是人體中最先開始衰老的器官之一，大腦的老化常常伴隨著多種認知障礙，其中聽力下降對老年人的生活質(zhì)量有較為明顯的影響。過往研究發(fā)現(xiàn)，老年人在噪聲環(huán)境下的言語感知能力會普遍下降。在嘈雜環(huán)境中，老年人聽不清楚他人的話，這不僅會影響老年人的社交和情緒，甚至還可能導致癡呆早發(fā)。
積極的生活方式有益于延緩這種情況的發(fā)生。已有研究認為，音樂訓練可以有效增強老年人在嘈雜環(huán)境下的言語感知能力，這表明音樂訓練在對抗老化方面有潛在作用。
日前，中國科學院心理研究所杜憶研究員團隊開展了一項功能磁共振研究，首次證實了老年音樂家能采用功能保持和功能代償兩種相互依賴的機制，來延緩其在噪聲環(huán)境下視聽言語知覺的老化，證明長期音樂訓練可增強老年人的言語感知能力。4月26日，相關成果論文以封面論文的形式發(fā)表在《科學進展》上。
噪聲環(huán)境下言語感知過程復雜
“從腦科學的角度來看，在正常的衰老過程中，我們大腦的結(jié)構(gòu)和功能都會隨著年齡增大而發(fā)生一系列改變。”杜憶解釋，從整體結(jié)構(gòu)上看，大腦的老化主要表現(xiàn)為大腦體積下降。在大腦的不同區(qū)域中，額葉和頂葉腦區(qū)往往是最先開始萎縮的，并且比顳葉和枕葉萎縮的程度更高。而在功能方面，老年人在進行認知加工時，顳葉和枕葉的感知覺區(qū)域神經(jīng)活動下降，需要利用更多的額葉、頂葉腦區(qū)和對側(cè)半球腦區(qū)來進行代償性加工。
噪聲環(huán)境下的言語感知過程不僅僅有聽覺系統(tǒng)參與其中，還涉及多感覺通道和多認知能力的復雜認知過程。杜憶表示，在噪聲環(huán)境下，老年人的言語感知能力普遍下降是多種因素共同造成的結(jié)果。首先是由于老年人的外周聽力水平下降，其次是大腦結(jié)構(gòu)和功能的退化使得老年人的聽覺中樞對聲音的編碼能力顯著下降。此外，一些支持噪聲下言語加工的高級認知能力也會隨著老化而顯著下降，如聽覺工作記憶能力、選擇性注意能力等。
2016年，杜憶團隊發(fā)表于《自然·通訊》的一篇文章稱，盡管老年人的感知覺加工能力下降，但他們會更多地調(diào)用一些額外的腦區(qū)，特別是跟發(fā)音相關的言語運動腦區(qū)，以此來主動預測別人下一步要說什么。“這種主動的、自上而下的預測，可以幫助老年人更好地對抗自身感知覺的下降，同時幫助他們在復雜的環(huán)境中更好地理解對方的言語。”杜憶表示。
2017年，該研究團隊發(fā)表在《美國科學院院刊》的一篇研究論文顯示，年輕人特別是年輕音樂家，更擅長在復雜環(huán)境中進行言語理解。研究表明，年輕音樂家具有更強的感知運動整合能力，他們不僅依賴聽，也依賴預測、補償發(fā)音運動以及跨模態(tài)的信息整合，幫助自身在復雜環(huán)境中進行言語理解。
綜合兩項研究結(jié)論，團隊開始探究老年人經(jīng)過系統(tǒng)的音樂訓練后，是否也能夠提升跨模態(tài)的信息整合能力，并幫助他們在復雜環(huán)境中進行言語理解。杜憶團隊在2021年發(fā)表的論文中首次揭示，接受過長期音樂訓練的老年音樂家在噪聲下的言語加工能力比老年非音樂家更好。“此次的最新研究是我們過往結(jié)論的延續(xù)，在證明噪聲下老年音樂家比老年非音樂家有更好的言語感知能力以后，我們繼續(xù)考察其背后的神經(jīng)機制。”杜憶說。
兩種功能機制共同對抗大腦老化
此項研究共招募了三組被試，分別是接受了長期音樂訓練的老年音樂家、普通老年人以及作為對照組的普通年輕人，來探究音樂訓練如何影響老化的進程。該論文第一作者、中國科學院心理研究所博士研究生張磊表示，這項研究的難點之一就在于招募被試。
“研究要求老年音樂家在最近3年內(nèi)保持每周至少訓練1個小時的頻率，至少有30年的連續(xù)音樂訓練經(jīng)歷，且要在20歲之前就開始音樂訓練。此外，他們還要通過一系列基本聽覺與認知能力篩查，身體要能進行磁共振掃描等。因此，符合研究入組條件的老年音樂家比較稀缺。”張磊說。
通過分析大腦活動，研究團隊發(fā)現(xiàn)老年音樂家采用兩種機制來對抗大腦老化，分別是功能保持和功能代償。功能保持具體表現(xiàn)為老年非音樂家在雙側(cè)感覺運動腦區(qū)對音節(jié)的表征能力顯著弱于年輕人，而老年音樂家在感覺運動腦區(qū)能夠很好地表征這些音節(jié)，且表征能力不亞于年輕人。
在考量被試對音節(jié)的表征能力時，研究團隊采用了一種常用的技術手段，即采用多體素模式分析結(jié)合機器學習的方法，訓練音節(jié)分類器，通過輸入神經(jīng)活動模式來預測被試聽到的音節(jié)是什么，這樣的預測正確率能夠體現(xiàn)大腦區(qū)域?qū)τ谝艄?jié)的神經(jīng)表征能力。“我們在研究中發(fā)現(xiàn)，普通老年人在加工言語時，雙側(cè)感知運動腦區(qū)對言語音節(jié)的差異性神經(jīng)表征能力顯著下降，但是我們在老年音樂家身上沒有發(fā)現(xiàn)這樣的退化。”張磊補充道。
相較于老年非音樂家，老年音樂家在感覺運動腦區(qū)的神經(jīng)激活模式更像年輕人，且最近3年音樂訓練強度越大，其神經(jīng)激活模式越像年輕人，在噪聲環(huán)境下對音節(jié)的區(qū)分能力就越好。這證明老年音樂家采用感覺運動腦區(qū)功能保持的機制對抗老化。
在功能代償方面，老年音樂家能夠比老年非音樂家更好地征用參與多種任務的額頂區(qū)域，以及更好地抑制與當前任務無關的默認網(wǎng)絡區(qū)域來抗干擾。大腦的額頂區(qū)域與持續(xù)性注意、工作記憶等高級認知功能相關，默認網(wǎng)絡區(qū)域則是與額頂區(qū)域相反的腦網(wǎng)絡。在執(zhí)行外部任務時，額頂網(wǎng)絡會被激活，而默認網(wǎng)絡在執(zhí)行外部任務時會處于去激活狀態(tài)，即活動幅度小于基線水平。
“對默認網(wǎng)絡的抑制越強，對音節(jié)的識別就越好。我們的研究發(fā)現(xiàn)，老年音樂家比老年非音樂家的額頂腦區(qū)激活更強，同時默認網(wǎng)絡腦區(qū)的去激活更強，這代表他們更好地利用了這些高級腦區(qū)以代償行為成績。”張磊表示。
音樂訓練保護認知功能前景廣闊
杜憶認為，這項新研究的不同之處在于，能在大腦的機制上同時發(fā)現(xiàn)功能的保持和代償這兩種相互支撐的認知神經(jīng)機制，并從機制的層面回答為什么老年音樂家在行為成績上有更好的表現(xiàn)。
“我們發(fā)現(xiàn)，在老年人中，額頂區(qū)域和默認網(wǎng)絡的神經(jīng)活動強度，與感覺運動腦區(qū)神經(jīng)激活模式的年輕化程度有顯著的相關性。”杜憶和研究團隊據(jù)此推測，老年音樂家在額頂區(qū)域和默認網(wǎng)絡額外的激活與抑制，共同體現(xiàn)了他們能更好地注意和加工外部刺激，以支持感覺運動腦區(qū)等關鍵腦區(qū)更年輕化的言語表征水平，這表明大腦的功能代償與功能保持是相互支撐的。而這兩種機制具體是如何相互作用的，則是值得進一步探索的研究方向。
在音樂訓練過程中，音樂家們需要高強度地整合多感覺和運動信息。老年音樂家們在感覺運動腦區(qū)、言語運動腦區(qū)具有言語加工優(yōu)勢，說明長期訓練帶來的音樂加工優(yōu)勢也遷移到了言語加工上，這為今后對抗言語老化、保護大腦功能、實現(xiàn)健康老齡化等訓練策略的制定提供了重要啟示。“音樂訓練是一種令人愉悅且容易推廣的訓練策略，我們也可以嘗試應用其他涉及多感覺運動整合功能的訓練方式。”杜憶表示。
相比花費時間和精力學習演奏樂器，人們更期待單純地聆聽音樂就能達到效果。遺憾的是，杜憶表示，目前已有的研究結(jié)果暫時無法得出這個結(jié)論。
“不管是什么年紀，如果能盡快開始學習一門樂器，甚至開始唱歌，可能都會讓大腦衰老得更慢。所以我們鼓勵中老年朋友學習一門樂器或聲樂，什么時候開始都不算晚。”杜憶說。一些研究表明，從未學過音樂的老年人在接受短期音樂訓練后，言語加工能力也有一定的提高。因此，即使沒有過多演奏樂器的基礎，臨時進行音樂訓練也可能起作用。
杜憶還介紹，類似“節(jié)奏大師”這種訓練節(jié)奏感的音樂類游戲也能起到一定的效果，這種方法被稱為數(shù)字療法，在未來有很好的發(fā)展前景。對老年人而言，這種游戲化的訓練更加有趣，也更能吸引他們投入其中。此外，研究團隊也希望探索音樂訓練更多的臨床價值，如嘗試在治療阿爾茨海默病等老年人的認知衰退疾病上采用一些音樂療法，以改善患者的記憶能力和語言能力。
