語(yǔ)言認(rèn)知老化的神經(jīng)基礎(chǔ)

李庭韞

摘要：在生理老化的過(guò)程中，大腦結(jié)構(gòu)以及認(rèn)知功能會(huì)隨著生理老化產(chǎn)生一系列變化，因此，老年人的語(yǔ)言加工神經(jīng)基礎(chǔ)及其特點(diǎn)成為一個(gè)受到研究者廣泛關(guān)注的課題?，F(xiàn)目前對(duì)認(rèn)知老化的研究主要集中于一般認(rèn)知功能的研究，語(yǔ)言加工上的研究成果不多。本文首先從解剖學(xué)角度出發(fā)，介紹大腦生理老化后結(jié)構(gòu)性變化以及與之相對(duì)應(yīng)的行為上的改變。然后將一般認(rèn)知功能的理論與相關(guān)的語(yǔ)言加工實(shí)驗(yàn)相結(jié)合介紹了語(yǔ)言加工老化的主要研究成果;最后對(duì)語(yǔ)言加工老化的研究進(jìn)行總結(jié)提出展望。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)言加工;認(rèn)知老化;神經(jīng)機(jī)制;腦成像

語(yǔ)言認(rèn)知功能是人類特有的認(rèn)知活動(dòng)，語(yǔ)言加工過(guò)程的復(fù)雜性和人類精細(xì)的神經(jīng)系統(tǒng)緊密相連，因此研究語(yǔ)言認(rèn)知領(lǐng)域也是心理學(xué)研究以及相關(guān)交叉學(xué)科的重要領(lǐng)域。對(duì)語(yǔ)言認(rèn)知老化的神經(jīng)生理機(jī)制的探索，有助于深入了解語(yǔ)言加工原理和程序，也能通過(guò)語(yǔ)言功能考察認(rèn)知老化的生理機(jī)制，為腦功能障礙的研究提供有效支持。而20世紀(jì)70年代腦成像技術(shù)特別是正電子發(fā)射型計(jì)算PASA模型（posterior-anterior shift in aging），即老年人腦區(qū)激活由后部向前部轉(zhuǎn)移模式機(jī)斷層顯像（positron emission computed tomography，PET）和功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）的應(yīng)用，則為研究者提供了更為安全、精細(xì)的途徑來(lái)研究大腦在認(rèn)知過(guò)程中的活動(dòng)特征?，F(xiàn)如今，核功能成像技術(shù)已成為研究認(rèn)知老化神經(jīng)機(jī)制的重要手段，不斷推動(dòng)語(yǔ)言認(rèn)知老化研究的進(jìn)展。

一、生理老化對(duì)于語(yǔ)言加工行為成績(jī)的影響

然而，大腦結(jié)構(gòu)因老化而產(chǎn)生的變化對(duì)不同的認(rèn)知功能的影響是相同的嗎？語(yǔ)言功能和執(zhí)行工功能以及其他一般認(rèn)知功能是依賴同一套生理機(jī)制進(jìn)行加工的嗎？（過(guò)渡句）現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，雖然一般認(rèn)知功能會(huì)因?yàn)樯砝匣瘒?yán)重顯著萎縮，很多的語(yǔ)言加工功能在老年期仍能得到較好的保持。在語(yǔ)義加工和語(yǔ)言理解方面，年輕人和老年人都表現(xiàn)出相近的加工能力。例如，老年人比年輕人擁有更多詞匯積累量;老年人和年輕人在句子理解上都能利用字面和修飾性語(yǔ)境幫助理解句子。但在復(fù)雜句子加工中，老年人和年輕人在語(yǔ)言加工中有所差異，表現(xiàn)在生理老化與句子加工成績(jī)呈負(fù)相關(guān)。復(fù)雜句子的加工對(duì)工作記憶系統(tǒng)要求更高，例如歧義句的加工以及復(fù)雜句法的加工。已有的腦成像研究也發(fā)現(xiàn)老年人在額葉區(qū)出現(xiàn)的顯著老化，而額葉為工作記憶和執(zhí)行功能這兩種認(rèn)知加工提供生理基礎(chǔ)。因此，不同的加工任務(wù)中老年人和年輕人的行為成績(jī)則有不同程度上的差異。在難度不大的語(yǔ)言加工中，生理老化對(duì)于語(yǔ)言加工影響不顯著;任務(wù)難度較大時(shí)，老年人的加工成績(jī)便顯著低于年輕人的加工成績(jī)。

二、灰質(zhì)白質(zhì)增減情況

與老化同時(shí)發(fā)生的，還有大腦體積下降，這可能與某些認(rèn)知功能衰退相關(guān)?；屹|(zhì)面積早在青春期后期開(kāi)始下降，而白質(zhì)密度和面積在經(jīng)歷青少年時(shí)期的增加后，逐漸在30歲之后開(kāi)始減少。老化對(duì)腦白質(zhì)完整性造成影響，大腦結(jié)構(gòu)隨著老化發(fā)生的改變，額葉、左后顳葉等發(fā)展最遲的腦區(qū)的白質(zhì)和灰質(zhì)對(duì)衰老表現(xiàn)最為敏感。生理老化帶來(lái)的灰質(zhì)密度和面積的衰退在額葉最為明顯。大腦白質(zhì)的衰減也呈現(xiàn)相似的神經(jīng)生理結(jié)構(gòu)變化模式。這些腦區(qū)與認(rèn)知執(zhí)行功能和工作記憶等認(rèn)知功能有密切關(guān)系，它們的老化使得認(rèn)知執(zhí)行功能和工作記憶加工效率降低。

三、老年人生理腦區(qū)激活狀況及其相關(guān)理論

除了老年人和年輕人在大腦結(jié)構(gòu)中的差異，兩者在加工過(guò)程中的大腦激活模式也不同?，F(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)兩個(gè)方面的差異：（1）老年人語(yǔ)言加工過(guò)程中任務(wù)相關(guān)的腦區(qū)激活程度低于年輕人。（2）任務(wù)態(tài)功能影像學(xué)研究發(fā)現(xiàn)老年人局部腦區(qū)的過(guò)度“激活”現(xiàn)象，即老年人在語(yǔ)言加工過(guò)程中激活了更多其他腦區(qū)，例如雙側(cè)化腦區(qū)同時(shí)激活以及前額的額外激活。針對(duì)老年人在語(yǔ)言加工過(guò)程中過(guò)度“激活”現(xiàn)象，研究者們分別從補(bǔ)償理論和去分化理論兩個(gè)角度加以解釋。

（一）補(bǔ)償理論

補(bǔ)償觀點(diǎn)認(rèn)為，由于某些認(rèn)知加工功能衰退，老年人在語(yǔ)言加工上做出了策略調(diào)整，更多表現(xiàn)出自上而下的加工方式，與年輕人的語(yǔ)言加工模式有了質(zhì)的差異。這種差異反映到認(rèn)知加工的神經(jīng)機(jī)制當(dāng)中，表現(xiàn)為老年人募集其他腦區(qū)，對(duì)其加工激活以對(duì)抗認(rèn)知功能下降。

因此，為了產(chǎn)生和年輕人一樣多的認(rèn)知資源，老年人需要利用額外的大腦腦區(qū)。1994年Grady等在一項(xiàng)研究人臉感知和位置的研究中發(fā)現(xiàn)，在兩種任務(wù)條件下，和年輕人相比，老年人的枕顳區(qū)激活下降，而在前腦區(qū)包括前額葉的激活增強(qiáng)。他們認(rèn)為老年人通過(guò)激活更高級(jí)的認(rèn)知過(guò)程（前額葉活動(dòng)增強(qiáng)）以補(bǔ)償視覺(jué)加工的衰退（枕葉活動(dòng)減弱）。老年人語(yǔ)言加工的補(bǔ)償機(jī)制主要有以下幾種模式。以下將分別介紹HAROLD模型、PASA模型、CRUNCH模型和STAC模型。

1.HAROLD模型。第一種叫HAROLD模型（Hemispheric Asymmetry Reduction in OLDer Adults），則指出年輕人的腦激活在前額葉表現(xiàn)出單側(cè)化優(yōu)勢(shì)，老年人則在前額葉表現(xiàn)為雙側(cè)腦區(qū)激活模式。該模型由Cabeza和Grady于1997年提出，他們?cè)?997通過(guò)研究情景記憶的編碼和提取中的大腦老化現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)情景記憶的編碼和提取的大腦單側(cè)化優(yōu)勢(shì)，即年輕被試組的腦活動(dòng)呈現(xiàn)為前額葉半球不對(duì)稱性，編碼過(guò)程中左前額葉得到激活，在提取過(guò)程中右前額葉得到激活;而老年人在編碼過(guò)程中在提取過(guò)程了呈現(xiàn)出前額葉的雙側(cè)的激活。相關(guān)研究者認(rèn)為，這種隨著老化發(fā)生的改變是一種補(bǔ)償機(jī)制，為了彌補(bǔ)老化帶來(lái)的神經(jīng)萎縮和缺陷，老年人中會(huì)調(diào)動(dòng)兩側(cè)大腦來(lái)完成以前只需單側(cè)大腦完成的任務(wù)。Tyler等（2010）采用了fMRI技術(shù)研究老年人的句法加工情況。他們采用了詞匯監(jiān)測(cè)任務(wù)，該任務(wù)將對(duì)工作記憶的需求最小化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在句法加工中，老年人的右半球額顳區(qū)激活增強(qiáng)。而已有研究表明句法加工激活的典型腦區(qū)是左側(cè)額顳區(qū)。這一結(jié)果表明老年人的句法加工從左半球額顳區(qū)激活發(fā)展成了雙側(cè)額顳區(qū)激活模式，支持了補(bǔ)償假說(shuō)。以上研究成果表明，老年人語(yǔ)言加工過(guò)程中神經(jīng)系統(tǒng)的重新組織，即腦區(qū)的激活并不局限于語(yǔ)言加工涉及的腦區(qū)系統(tǒng)，也會(huì)對(duì)主管其他認(rèn)知功能腦區(qū)加以調(diào)用（例如涉及執(zhí)行功能、工作記憶的前額葉），以對(duì)抗認(rèn)知功能下降。老化減少了認(rèn)知加工資源，出現(xiàn)了認(rèn)知功能缺失和損害，因此，老化大腦需要利用其他的腦區(qū)進(jìn)行彌補(bǔ)，產(chǎn)生和年輕人同等的認(rèn)知資源。HAROLD 模型反映了增強(qiáng)對(duì)側(cè)腦區(qū)的激活以補(bǔ)償老化而帶來(lái)的認(rèn)知功能衰退。

2.PASA模型。PASA模型（posterior-anterior shift in aging），即老年人腦區(qū)激活由后部向前部轉(zhuǎn)移模式。該模型則認(rèn)為，老化導(dǎo)致腦區(qū)激活的重新組織，具體表現(xiàn)為由枕-顳區(qū)向前額葉的轉(zhuǎn)移，即如果執(zhí)行任務(wù)的低級(jí)腦區(qū)因老化而導(dǎo)致功能衰退，則會(huì)通過(guò)募集高級(jí)腦區(qū)作為代償。1994年Grady等人通過(guò)PET技術(shù)研究人臉匹配和位置匹配時(shí)發(fā)現(xiàn)，與年輕被試相比，老年被試在枕顳區(qū)的激活較弱而前部腦區(qū)包括前額葉皮質(zhì)的激活增強(qiáng)。研究者認(rèn)為，視覺(jué)加工中的因老化帶來(lái)的大腦激活變化表明，年輕被試只需調(diào)動(dòng)枕顳葉就能有效完成任務(wù)而老年人則更多依賴于前額葉腦區(qū)高級(jí)認(rèn)知功能來(lái)提高加工效率彌補(bǔ)由空間視覺(jué)的缺損。Grossman等（2002）采用fMRI對(duì)年輕被試和老年被試進(jìn)行言語(yǔ)理解實(shí)驗(yàn)，讓他們被試執(zhí)行句子理解任務(wù)，并且為了判斷被試是否理解句子含義，任務(wù)中設(shè)置探測(cè)性問(wèn)題。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，年輕被試和理解任務(wù)中成績(jī)優(yōu)秀的老年被試在腦區(qū)激活上存在差異，年輕被試的左頂葉激活強(qiáng)于老年被試，而成績(jī)優(yōu)秀的老年被試的大腦則表現(xiàn)出更強(qiáng)的前部激活，包括左前運(yùn)動(dòng)皮層、左下前額皮層的激活。在另一項(xiàng)言語(yǔ)理解的fMRI研究中，研究者采用了句法難度不同和呈現(xiàn)語(yǔ)速不同的短句，要求被試判斷句子的主語(yǔ)是男性還是女性，以檢查是否理解了句子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與年輕人相比，老年人的左額下回的激活減弱，但是前部腦區(qū)的激活增強(qiáng)，該結(jié)果與補(bǔ)償假說(shuō)相符。Shafto和Tyler （2014）在其研究中發(fā)現(xiàn)， 在句法加工任務(wù)中， 老年人被試的前額活動(dòng)明顯增強(qiáng)， 而且對(duì)句法任務(wù)成績(jī)較好的老年人分析發(fā)現(xiàn)， 其前額腦區(qū)和顳葉中部的兩側(cè)都有明顯激活。PASA 模式反映了募集前部腦區(qū)來(lái)補(bǔ)償后部腦區(qū)的感知加工缺損，其研究主要集中在視覺(jué)感知、注意、視空間加工、情景記憶編碼等領(lǐng)域，語(yǔ)言加工領(lǐng)域的研究證據(jù)還不夠充分。除此之外，現(xiàn)有大腦結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)展最晚的高級(jí)腦區(qū)前額葉、左后顳葉對(duì)衰老表現(xiàn)最為敏感，最早出現(xiàn)萎縮。也有研究發(fā)現(xiàn)，老年人在語(yǔ)言加工過(guò)程中激活前額葉等高級(jí)腦區(qū)不但無(wú)法彌補(bǔ)，反而會(huì)降低語(yǔ)言加工的正確率和延長(zhǎng)加工時(shí)間。由此，研究者在老年人語(yǔ)言加工的“補(bǔ)償學(xué)說(shuō)”基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出“去分化學(xué)說(shuō)”，認(rèn)為任務(wù)過(guò)程中對(duì)其他腦區(qū)的激活反映了老年人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在加工效率上的降低。

3. STAC模型。STAC模型是由Park和Reuter-Lorenz于2009年提出。該理論認(rèn)為，前額腦區(qū)的活動(dòng)增加代表了“補(bǔ)償性的腳手架”效應(yīng)。這種效應(yīng)能夠?qū)ι窠?jīng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上的老化，大腦會(huì)在進(jìn)行功能重組和功能修復(fù)，來(lái)支持認(rèn)知活動(dòng)。然而，腳手架效應(yīng)不是對(duì)認(rèn)知老化才會(huì)產(chǎn)生一種反應(yīng)，而是認(rèn)知任務(wù)挑戰(zhàn)性的一種反應(yīng)，因此年輕人也會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償性腳手架效應(yīng)。

4.CRUNCH模型。更有研究者認(rèn)為，年輕人和老年人在腦激活模式上的差異與認(rèn)知任務(wù)相關(guān)。2008年，Reuter-Lorenz和Cappell等人提出代償相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路利用假說(shuō)（compensation-related utilisation of neural circuits hypothesis，CRUNCH）。根據(jù)CRUNCH理論，年輕人和老年人在語(yǔ)言加工過(guò)程中都會(huì)激活前額腦區(qū)，老年人的在執(zhí)行難度較低的任務(wù)時(shí)便會(huì)激活前額腦區(qū)，而年輕人在加工簡(jiǎn)單任務(wù)時(shí)一般只會(huì)激活枕顳葉等腦區(qū)只有在加工高難度任務(wù)時(shí)前額葉才會(huì)得到明顯激活。當(dāng)任務(wù)難度增加，達(dá)到神經(jīng)資源能承受的最大負(fù)荷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生因完成困難任務(wù)而出現(xiàn)的認(rèn)知加工效率下降以及年齡相關(guān)的認(rèn)知表現(xiàn)能力下降。認(rèn)知加工效率不足導(dǎo)致老化大腦募集更多的神經(jīng)資源以達(dá)到和年輕大腦同等的計(jì)算輸出。Eckert等人在2008年研究不同年齡組被試的詞匯再認(rèn)情況，采集了被試的再認(rèn)行為成績(jī)和大腦激活數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)要求老年組被試和年輕組被試學(xué)習(xí)不同難度的詞匯并進(jìn)行詞語(yǔ)再認(rèn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，老年人再認(rèn)最簡(jiǎn)單詞匯的時(shí)候便已經(jīng)激活了左額中回和前扣帶回，而年輕人再認(rèn)最困難詞匯的時(shí)候才會(huì)激活以上腦區(qū)。Meinzer等人在2012采用fMRI技術(shù)研究老年人和年輕人在有限時(shí)間完成詞語(yǔ)流暢性任務(wù)時(shí)的腦激活現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，兩組被試隨著人任務(wù)難度的增加，都會(huì)先后激活前額兩側(cè)的腦區(qū)，這種激活現(xiàn)象更多受到任務(wù)難度而非年齡的影響。以上研究表明，不同年齡人群都會(huì)采用CRUNCH理論進(jìn)行認(rèn)知加工，對(duì)腦區(qū)的激活由認(rèn)知任務(wù)的性質(zhì)、難度決定。

（二）去分化理論

與“補(bǔ)償理論”相對(duì)應(yīng)的就是去分化理論。在解釋老年人大腦泛化激活上，去分化理論認(rèn)為老年人腦區(qū)分工專門性減少甚至消失，與年齡相關(guān)的腦區(qū)活動(dòng)單側(cè)化減弱僅僅是老化的副產(chǎn)品而沒(méi)有任何補(bǔ)償功能。有研究者認(rèn)為，老年人大腦的過(guò)度激活現(xiàn)象體現(xiàn)了大腦半球間的抑制的減弱，例如抑制右半球活動(dòng)的能力缺失，會(huì)影響右腦的加工能力。

四、結(jié)論

語(yǔ)言加工老化是一個(gè)逐漸喪失的過(guò)程，同時(shí)也是一個(gè)對(duì)喪失的適應(yīng)過(guò)程?，F(xiàn)目前的研究集中于對(duì)老年人過(guò)度激活的探討，然而老年人在進(jìn)行認(rèn)知加工過(guò)程中的過(guò)度激活并不意味著不去激活任務(wù)相關(guān)腦區(qū)。即使老年人和年輕人相比，加工過(guò)程中存在激活泛化的現(xiàn)象，但是不同年齡段的被試在實(shí)驗(yàn)中依舊會(huì)激活相同的腦區(qū)，即認(rèn)知任務(wù)所需腦區(qū)。除此之外，現(xiàn)目前研究對(duì)語(yǔ)言加工老化的神經(jīng)機(jī)制研究主要還是依據(jù)一般認(rèn)知功能老化的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中主要以語(yǔ)言理解領(lǐng)域?yàn)橹魅〉孟嚓P(guān)成果，但在其他語(yǔ)言研究領(lǐng)域例如語(yǔ)音加工（例如語(yǔ)音輸入）和句法加工上取得的成果還十分有限。認(rèn)知老化的研究理論尚存在較多爭(zhēng)論，有待一個(gè)整合的理論在生物學(xué)、腦神經(jīng)激活以及行為表現(xiàn)三個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行解釋。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Antonenko，D.，J.Brauer，M.Meinzer，A. Fengler，L.Kerti，A.D. Friederici，&A. Fl?el.Functional and structural syntax networks in aging. NeuroImage.2003（83）：513-523.

[2]Arlinger，S.， T. Lunner， B. Lyxell， & M.K. Pichora-Fuller. The emergence of cognitive hearing science. Scandinavian Journal of Psychology，2009（50）：371-384.

[3]Aydelott， J.， R. Leech， & J. Crinion.Normal adult aging and the contextual influences affecting speech and meaningful sound perception. Trends in amplification，2010（144）：218-232.

[4]Baltes， P. B.， & U. Lindenberger.Emergence of a powerful connection between sensory and cognitive functions across the adult life span： A new window to the study of cognitive aging？. Psychology and Aging，1997（12）：12-21.

[5]Cabeza， R.Hemispheric Asymmetry Reduction in Older Adults： The HAROLD Model. Psychology and Aging，2002（171）：85-100.

[6]Davis， S. W.， N. A. Dennis， S. MDaselaar， M. S. Fleck & R. Cabeza.Que PASA？ The posterior–anterior shift in aging.Cerebral Cortex，2008（185）：1201-1209.

[7]Federmeier， K. D. Thinking ahead： The role and roots of prediction in language comprehension. Psychophysiology，2007（44）：491-505.

[8]Peelle， J. E.， V. Troiani， A. Wingfield & M. Grossman.Neural processing during older adultscomprehension of spoken sentences：Age differences in resource allocation and connectivity. Cerebral Cortex，2010（204）：773-782.

[9]Reuter-Lorenz，P. A. & K. A. Cappell. Neurocognitive aging and the compensation hypothesis.Current Directions in Psychological Science，2008（173）：177-182.

[10]Tyler， L.K.， M. A. Shafto， B. Randall， P. Wright.， W.D. Marslen-Wilson & E. A. Stamatakis.Preserving syntactic processing across the adult life span： the modulation of the frontotemporal language system in the context of age-related atrophy. Cerebral Cortex，2010（20）：352–364.

[11]Wingfield，A.，J.E.Peelle & M.Grossman.Speech rate and syntactic complexity as multiplicative factors in speech comprehension by young and older adults.Aging， Neuropsychology， and Cognition，2003（104）：310-322.