認知老化中的抑制控制行為及神經活動模式改變

宣 賓 袁學松 (安徽師范大學教育科學學院，安徽 蕪湖 24000)

認知老化是認知發展研究中的熱點和難點問題之一。老年人認知功能的改變幾乎涉及認知加工操作的各個方面，直接影響著老年人及其家人的生活質量。先前的研究中，學者們關注的焦點主要集中于對認知老化的主要原因和早期表現的分析，并提出了相關的理論解釋認知老化效應，如加工速度理論、抑制衰退理論、工作記憶理論以及融合了相關理論后提出的執行衰退假說〔1，2〕。事實上成功的認知加工不僅需要激活任務相關的信息，對之進行有效地操作，更需要對任務無關或干擾的信息進行抑制，因此對抑制控制能力的爭論在認知老化的研究中一直占有重要的一席之地。從抑制控制角度分析認知老化的行為學效應，探索伴隨老化出現的神經活動模式改變，有助于理解認知老化的深層機制，為早期檢測、延緩和控制認知老化提供理論基礎和實踐干預的思路。

1 抑制控制及抑制衰退理論

簡而言之，抑制控制是一種個體為實現特定目標對干擾性優勢反應進行抑制的能力〔3〕。研究者發現這是一種為人類和非人靈長類動物所共享的基本認知能力，同時也是個體認知發展的重要指標之一。從種系的比較研究來看，抑制控制能力表現出伴隨物種進化而發展的趨勢;而在同一種系之內，特別是對人類個體的發展研究表明，抑制控制能力表現出與年齡相關的、從逐漸成熟到逐步衰退的總體趨勢。兒童的抑制控制較為低下，這種能力在整個兒童期和青少年期隨年齡增長而提高〔4〕。老年人在日常生活中言語和行為常常脫離目標，較容易受到環境干擾;在實驗情境中則表現為比年輕人更難抑制與當前任務無關的干擾信息，提示老年人的抑制控制能力出現了衰退和老化〔5〕。Hasher和Zacks等基于一系列的研究，提出了認知老化的抑制衰退理論，指出抑制控制能力的衰退是導致認知老化的主要原因。主要表現為隨著年齡的增加，個體抑制無關信息進入工作記憶、從工作記憶中刪除與當前任務無關信息以及抑制優勢反應的能力下降，從而導致了整個認知過程的衰退。該理論提出后分別得到了來自行為學、神經心理學以及神經生物學等相關研究結果的支持。

2 抑制控制的老化效應

2.1 抑制控制的行為老化表現 抑制控制作為執行功能的核心成分，其諸多亞型，如干擾控制、行為抑制、認知抑制和眼動抑制等功能在老化過程中均表現出不同程度的改變〔6〕。在刺激-反應一致性任務中比較被試在靶刺激與反應匹配條件和不匹配條件下的反應。為了在不匹配條件下做出正確的反應，被試需要抑制當前占優勢的自動加工反應，以此探測抑制控制加工的效率。研究結果表明老年人的沖突效應量顯著高于年輕人，老年人更難及時有效地抑制優勢反應〔7〕;在經典的Stroop色詞干擾任務中，當詞的顏色和詞義不一致時，老年人表現出高于年輕人的Stroop干擾效應，他們在沖突條件下反應時更長，錯誤率更高〔8〕;此外，老年人工作記憶成績下降，比年輕人在忘記無關信息時存在更多困難;當目標文本中插入干擾文本時，老年人因不能抑制無關刺激干擾出現的閱讀理解成績下降和反應時延長的程度遠高于年輕人;通過反向眼跳范式測查老年人正向眼跳與反向眼跳產生的潛伏期差異來研究認知老化中優勢反應抑制能力，由于反向眼跳要求被試注視與閃爍刺激相反的鏡像位置，很多研究結果一致表明老年人更難抑制住優勢的、反射性的朝向眼跳，在反向眼跳任務中出現更多的方向性錯誤，正確眼跳的反應時明顯長于年輕，支持認知老化中的抑制衰退假說〔9〕。

特別引起研究者關注的是老年人在選擇性注意中表現出的負啟動和返回抑制效應。這兩者都涉及自動抑制控制加工，在一定程度上反映了個體認知的靈活性和適應性，也是最早支持抑制衰退假說的研究證據之一。早期的研究表明老年人的負啟動效應顯著弱于年輕人〔2〕，但進一步對特性負啟動、位置負啟動以及兩者結合的負啟動效應發現，特性負啟動效應容易受年齡的影響，40歲之后伴隨年齡增長開始減小，60～80歲逐漸消失;但老年人仍表現出顯著的位置負啟動效應〔10〕。對老年人返回抑制的研究同樣存在很多不一致的爭論。已有的結果表明〔11〕：(1)老年人和年輕人返回抑制量是否不同，目前尚存爭論，與實驗中設置的任務難度和時間參數有關;(2)返回抑制的時程表現出年齡效應，老年人的返回抑制比年輕人出現晚至少50 ms;(3)任務范式對老年人與年輕人返回抑制效應的影響不同?；诳腕w的返回抑制因年老化而受損，但基于位置的返回抑制則相對完好。此外，簡單檢測任務中老年人的返回抑制受影響較小，而難度較大的歸類任務中，老年人的返回抑制效應小于年輕人。這些結果提示可能需要通過更為敏感方式探測老年人自動抑制控制能力的改變。

2.2 抑制控制老化的神經活動模式 在抑制控制的研究中，最被關注的2個腦區是前額葉，特別是背外側前額葉和前扣帶回。額葉在個體的發展階段最晚成熟卻最早出現衰退，前額葉相對于其他腦區更容易受到年齡的影響，伴隨老化出現皮層萎縮、神經元喪失、樹突分枝減少、軸突髓鞘結構破壞、一些神經遞質濃度降低和受體數量的減少等變化〔12〕。前扣帶回(anterior cingulated cortex，ACC)常常在具有沖突情境的任務中被激活。腦成像研究表明被試在Stroop、GO/No-go、WCST等抑制控制任務中，抑制優勢反應導致前額葉和扣帶回的激活明顯增加。當這兩個腦區受損后，個體表現出較難抑制不適宜行為，面對沖突的控制能力下降，表明它們在抑制加工中具有極為核心的作用〔13〕。

老年人抑制控制能力的衰退在其神經活動上表現出特別的模式。一是老年人在完成抑制控制任務的過程中，相關腦區表現得更為活躍。與年輕人相比，老年人右側前額葉和頂葉部分腦區表現出更大程度的激活，且高齡老年比低齡老年人激活水平更高，成績差的比成績好的激活程度更高;在一些任務中，通過行為監測的方式發現老年人和年輕人的行為學成績并沒有差異，或者在行為水平上對老年人和年輕人的成績進行了匹配，但老年人的腦區的激活程度明顯大于年輕人〔14〕，提示老年人為達到同樣的行為學成績付出了更多的努力，腦區的活動也更為活躍。

除了相關腦區的激活程度更高之外，研究發現老年人在完成抑制控制任務中的激活范圍更大，可能征募了一些年輕人在同樣任務中并不激活的腦區，表現出激活的泛化現象。老年人在任務中的激活模式往往更多地表現為雙側化。Langenecke等發現老年人在GO/No-go任務中表現出的腦激活模型比年輕人更傾向于雙側激活，表現出HAROLD(Hemisphere Asymmetry Reduction in Older Adults)現象〔15〕。一種可能的解釋是老年人傾向于征用更多的腦區來達到和年輕人一樣的抑制水平。有研究發現老年人在完成WCST威斯康星卡片分類任務中，老年人在任務相關的腦區激活下降，無關腦區的激活卻增強，表明老年人在任務中抑制一些不該激活腦區的能力也明顯衰退。

2.4 老化進程中抑制控制的認知和神經可塑性 雖然老年人的抑制控制能力總體出現隨齡衰退的趨勢，但有趣的是，研究者發現通過一定的訓練之后，抑制控制能力在老化的進程中還表現出一定的可塑性。在Stroop任務中，經過練習后老年人表現出比年輕人更大的獲益，色詞干擾效應比年輕人減小更多〔16〕;注意轉換任務要求被試抑制當前的優勢任務，以便成功地進行任務轉換。研究表明老年人的注意轉換代價明顯高于年輕人，但經過5天的訓練之后，這種年齡差異可逐漸降低或消除〔17〕。還有研究發現老年人通過停止信號、任務轉換等認知訓練之后，在其他的抑制控制任務中也表現出成績的改善〔18〕，提示抑制控制作為一種基礎的認知能力，在訓練之后出現整體的改善，在不同類型的任務中還表現出一定的遷移能力。此外還有證據顯示老年人甚至僅僅通過身體鍛煉，就可以在諸如Stroop等抑制控制任務中較大幅度的改善行為學成績。腦成像研究進一步支持了上述行為學結果。研究發現認知訓練可以改變任務相關的腦區功能，使腦的激活更趨于年輕人的激活程度，尤其是在可塑性最強的前額葉〔19〕。這提示抑制功能的衰退可以通過認知甚至身體訓練有效減緩甚至逆轉，腦功能衰退并不是老化的必然結果，這為老年人抑制控制的可塑性提供了來自神經機制的證據〔20〕。

3 抑制控制解釋認知老化的理論困境

3.1 抑制衰退能否解釋整體認知老化 在認知老化的研究中，一個核心的問題是認知老化的主要原因何在?或者說在老化進程中，哪些認知功能的老化更為敏感，表現為率先老化并影響其他的認知功能。不同的理論對此有不同的觀點，加工速度理論認為可以用加工速度的降低解釋普遍的認知老化效應，作為一個傳統的影響較大的理論，得到了很多行為實驗證據的支持〔1〕;而很多研究者指出抑制控制能力的衰退可能在認知老化進程中率先出現衰退，是認知老化的主要原因，可以用于解釋老年人在記憶、理解、思維等多方面的行為改變，而且有著深厚的神經生物學基礎。然而對于抑制控制的老化是否可以解釋整個認知老化問題還存在很多爭議。有研究表明老年人在抑制加工并未受損的情況下，已經出現了工作記憶和語篇加工成績的下降，提示這些認知能力的下降并非由于抑制控制所致。因此抑制控制在老化中的作用還需要進一步考慮，融合相關的理論共同對認知老化做出解釋是一種可行的出路。

3.2 抑制衰退是喪失還是適應 老年人的知覺、記憶、思維、學習等諸多認知能力均表現出隨年齡增長而衰退的趨勢，然而研究表明，盡管總體而言認知功能退行性變化的趨勢不可避免，但在正常的老化進程中，老年人的整體認知能力仍維持在一個相對穩定的水平，在決策等一些復雜的認知能力方面和日常的實際生活中并未觀察到明顯的改變。這提示認知老化的過程不只是喪失的過程，也包括對這種喪失的適應。對于成功的認知加工而言，加工速度越快，要求的抑制控制能力也越強，否則個體就容易表現出較多的沖動和錯誤行為。抑制衰退可能恰恰是老年個體在加工速度減緩之后出現的一種適應性表現。在認知老化的進程中，一方面由于年齡的增加，認知加工速度將隨神經噪音干擾加大、細胞凋亡數目增多、神經傳導效率減緩等改變逐步降低，導致老年人認知能力的整體下降;而另一方面，老年人的抑制控制能力表現為與認知加工速度相一致的衰退，這可能使老年人在認知加工操作中維持一個相對的動態平衡。

1 Salthouse TA.The processing-speed theory of adult age differences in cognition〔J〕.Psychol Rev，1996;103：403-28.

2 West RL.An application of prefrontal cortex function theory to cognitive aging〔J〕.Psychol Bull，1996;120：272-92.

3 張 真，蘇彥捷.非人靈長類的抑制控制能力〔J〕.心理科學進展，2004;12(5)：752-61.

4 趙笑梅，陳英和.認知發展領域的抑制研究〔J〕.心理科學進展，2006;14(2)：216-22.

5 杜 新，陳天勇.老年執行功能的認知可塑性和神經可塑性〔J〕.心理科學進展，2010;18(9)：1471-80.

6 Nigg JT.Inhibition/disinhibition in developmental psychopathology：view from cognitive and personality psychology and a working inhibition taxon-omy〔J〕.Psychological Bulletin，2000;126(2)：220-46.

7 王敬欣，吳 捷，田 靜，等.SRC任務中大學生和老年人的反應抑制〔J〕. 心理科學，2010;33(2)：349-52.

8 Troyer A，Leach L，Strauss E.Aging and response inhibition：normative data for the Victoria Stroop test〔J〕.Aging，Neuropsychology and Cognition，2006;21(3)：638-43.

9 Larry AA，Jacinta D.Effect of age on latency and error generation in internally mediated saccades〔J〕.Neurobiol Aging，2007;28：627-37.

10 甘 甜，羅躍嘉.選擇性注意的兩種負啟動效應研究〔J〕.心理與行為研究，2009;7(4)：312-8.

11 姚 茹，李壽欣，董立達，等.老年人返回抑制之特征分析〔J〕.寧波大學學報(教育科學版)，2007;29(2)：44-7.

12 陳天勇，韓布新，羅躍嘉，等.認知年老化與執行衰退假說〔J〕.心理科學進展，2004;12(5)：729-31.

13 Collette F，van der Linden M.Brain imaging of the central executive component of working memory〔J〕.Neurosci Biobehavior Rev，2002;26：105-25.

14 Park DC，Welsh RC，Marshuetz C，et al.Working memory for complex scenes：age differences in frontal and hippocampal activations〔J〕.J Cogn Neurosci，2003;15(8)：1122-34.

15 Langenecker SA，Nielson KA.Frontal recruitment during response inhibition in older adults replicated with fMRI〔J〕.Neuroimage，2003;20：1384-92.

16 Davidson DJ，Zacks RT，Williams CC.Stroop interference，practice，and aging〔J〕.Aging Neuropsychol Cogn，2003;10(2)：85-98.

17 Buchler NG，Hoyer WJ，Cerella J.Rules and more rules：the effects of multiple tasks，extensive training，and aging on task-switching performance〔J〕.Memory Cogn，2008;36(4)：735-48.

18 Karbach J，Kray J.How useful is executive control training?Age differences in near and far transfer of task-switching training〔J〕.Developmental Sci，2009;12(6)：978-90.

19 Greenwood PM.Functional plasticity in cognitive aging：Review and hypothesis〔J〕.Neuropsychology，2007;21(6)：657-73.

20 Colcombe S，Erickson K，Scalf P，et al.Aerobic exercise training increases brain volume in aging humans〔J〕.J Gerontol：Series A：Biol Sci Med Sci，2006;61(11)：1166-70.