认知老化中的抑制控制行为及神经活动模式改变

宣 宾 袁学松 (安徽师范大学教育科学学院，安徽 芜湖 24000)

认知老化是认知发展研究中的热点和难点问题之一。老年人认知功能的改变几乎涉及认知加工操作的各个方面，直接影响着老年人及其家人的生活质量。先前的研究中，学者们关注的焦点主要集中于对认知老化的主要原因和早期表现的分析，并提出了相关的理论解释认知老化效应，如加工速度理论、抑制衰退理论、工作记忆理论以及融合了相关理论后提出的执行衰退假说〔1，2〕。事实上成功的认知加工不仅需要激活任务相关的信息，对之进行有效地操作，更需要对任务无关或干扰的信息进行抑制，因此对抑制控制能力的争论在认知老化的研究中一直占有重要的一席之地。从抑制控制角度分析认知老化的行为学效应，探索伴随老化出现的神经活动模式改变，有助于理解认知老化的深层机制，为早期检测、延缓和控制认知老化提供理论基础和实践干预的思路。

1 抑制控制及抑制衰退理论

简而言之，抑制控制是一种个体为实现特定目标对干扰性优势反应进行抑制的能力〔3〕。研究者发现这是一种为人类和非人灵长类动物所共享的基本认知能力，同时也是个体认知发展的重要指标之一。从种系的比较研究来看，抑制控制能力表现出伴随物种进化而发展的趋势;而在同一种系之内，特别是对人类个体的发展研究表明，抑制控制能力表现出与年龄相关的、从逐渐成熟到逐步衰退的总体趋势。儿童的抑制控制较为低下，这种能力在整个儿童期和青少年期随年龄增长而提高〔4〕。老年人在日常生活中言语和行为常常脱离目标，较容易受到环境干扰;在实验情境中则表现为比年轻人更难抑制与当前任务无关的干扰信息，提示老年人的抑制控制能力出现了衰退和老化〔5〕。Hasher和Zacks等基于一系列的研究，提出了认知老化的抑制衰退理论，指出抑制控制能力的衰退是导致认知老化的主要原因。主要表现为随着年龄的增加，个体抑制无关信息进入工作记忆、从工作记忆中删除与当前任务无关信息以及抑制优势反应的能力下降，从而导致了整个认知过程的衰退。该理论提出后分别得到了来自行为学、神经心理学以及神经生物学等相关研究结果的支持。

2 抑制控制的老化效应

2.1 抑制控制的行为老化表现 抑制控制作为执行功能的核心成分，其诸多亚型，如干扰控制、行为抑制、认知抑制和眼动抑制等功能在老化过程中均表现出不同程度的改变〔6〕。在刺激-反应一致性任务中比较被试在靶刺激与反应匹配条件和不匹配条件下的反应。为了在不匹配条件下做出正确的反应，被试需要抑制当前占优势的自动加工反应，以此探测抑制控制加工的效率。研究结果表明老年人的冲突效应量显著高于年轻人，老年人更难及时有效地抑制优势反应〔7〕;在经典的Stroop色词干扰任务中，当词的颜色和词义不一致时，老年人表现出高于年轻人的Stroop干扰效应，他们在冲突条件下反应时更长，错误率更高〔8〕;此外，老年人工作记忆成绩下降，比年轻人在忘记无关信息时存在更多困难;当目标文本中插入干扰文本时，老年人因不能抑制无关刺激干扰出现的阅读理解成绩下降和反应时延长的程度远高于年轻人;通过反向眼跳范式测查老年人正向眼跳与反向眼跳产生的潜伏期差异来研究认知老化中优势反应抑制能力，由于反向眼跳要求被试注视与闪烁刺激相反的镜像位置，很多研究结果一致表明老年人更难抑制住优势的、反射性的朝向眼跳，在反向眼跳任务中出现更多的方向性错误，正确眼跳的反应时明显长于年轻，支持认知老化中的抑制衰退假说〔9〕。

特别引起研究者关注的是老年人在选择性注意中表现出的负启动和返回抑制效应。这两者都涉及自动抑制控制加工，在一定程度上反映了个体认知的灵活性和适应性，也是最早支持抑制衰退假说的研究证据之一。早期的研究表明老年人的负启动效应显著弱于年轻人〔2〕，但进一步对特性负启动、位置负启动以及两者结合的负启动效应发现，特性负启动效应容易受年龄的影响，40岁之后伴随年龄增长开始减小，60～80岁逐渐消失;但老年人仍表现出显著的位置负启动效应〔10〕。对老年人返回抑制的研究同样存在很多不一致的争论。已有的结果表明〔11〕：(1)老年人和年轻人返回抑制量是否不同，目前尚存争论，与实验中设置的任务难度和时间参数有关;(2)返回抑制的时程表现出年龄效应，老年人的返回抑制比年轻人出现晚至少50 ms;(3)任务范式对老年人与年轻人返回抑制效应的影响不同。基于客体的返回抑制因年老化而受损，但基于位置的返回抑制则相对完好。此外，简单检测任务中老年人的返回抑制受影响较小，而难度较大的归类任务中，老年人的返回抑制效应小于年轻人。这些结果提示可能需要通过更为敏感方式探测老年人自动抑制控制能力的改变。

2.2 抑制控制老化的神经活动模式 在抑制控制的研究中，最被关注的2个脑区是前额叶，特别是背外侧前额叶和前扣带回。额叶在个体的发展阶段最晚成熟却最早出现衰退，前额叶相对于其他脑区更容易受到年龄的影响，伴随老化出现皮层萎缩、神经元丧失、树突分枝减少、轴突髓鞘结构破坏、一些神经递质浓度降低和受体数量的减少等变化〔12〕。前扣带回(anterior cingulated cortex，ACC)常常在具有冲突情境的任务中被激活。脑成像研究表明被试在Stroop、GO/No-go、WCST等抑制控制任务中，抑制优势反应导致前额叶和扣带回的激活明显增加。当这两个脑区受损后，个体表现出较难抑制不适宜行为，面对冲突的控制能力下降，表明它们在抑制加工中具有极为核心的作用〔13〕。

老年人抑制控制能力的衰退在其神经活动上表现出特别的模式。一是老年人在完成抑制控制任务的过程中，相关脑区表现得更为活跃。与年轻人相比，老年人右侧前额叶和顶叶部分脑区表现出更大程度的激活，且高龄老年比低龄老年人激活水平更高，成绩差的比成绩好的激活程度更高;在一些任务中，通过行为监测的方式发现老年人和年轻人的行为学成绩并没有差异，或者在行为水平上对老年人和年轻人的成绩进行了匹配，但老年人的脑区的激活程度明显大于年轻人〔14〕，提示老年人为达到同样的行为学成绩付出了更多的努力，脑区的活动也更为活跃。

除了相关脑区的激活程度更高之外，研究发现老年人在完成抑制控制任务中的激活范围更大，可能征募了一些年轻人在同样任务中并不激活的脑区，表现出激活的泛化现象。老年人在任务中的激活模式往往更多地表现为双侧化。Langenecke等发现老年人在GO/No-go任务中表现出的脑激活模型比年轻人更倾向于双侧激活，表现出HAROLD(Hemisphere Asymmetry Reduction in Older Adults)现象〔15〕。一种可能的解释是老年人倾向于征用更多的脑区来达到和年轻人一样的抑制水平。有研究发现老年人在完成WCST威斯康星卡片分类任务中，老年人在任务相关的脑区激活下降，无关脑区的激活却增强，表明老年人在任务中抑制一些不该激活脑区的能力也明显衰退。

2.4 老化进程中抑制控制的认知和神经可塑性 虽然老年人的抑制控制能力总体出现随龄衰退的趋势，但有趣的是，研究者发现通过一定的训练之后，抑制控制能力在老化的进程中还表现出一定的可塑性。在Stroop任务中，经过练习后老年人表现出比年轻人更大的获益，色词干扰效应比年轻人减小更多〔16〕;注意转换任务要求被试抑制当前的优势任务，以便成功地进行任务转换。研究表明老年人的注意转换代价明显高于年轻人，但经过5天的训练之后，这种年龄差异可逐渐降低或消除〔17〕。还有研究发现老年人通过停止信号、任务转换等认知训练之后，在其他的抑制控制任务中也表现出成绩的改善〔18〕，提示抑制控制作为一种基础的认知能力，在训练之后出现整体的改善，在不同类型的任务中还表现出一定的迁移能力。此外还有证据显示老年人甚至仅仅通过身体锻炼，就可以在诸如Stroop等抑制控制任务中较大幅度的改善行为学成绩。脑成像研究进一步支持了上述行为学结果。研究发现认知训练可以改变任务相关的脑区功能，使脑的激活更趋于年轻人的激活程度，尤其是在可塑性最强的前额叶〔19〕。这提示抑制功能的衰退可以通过认知甚至身体训练有效减缓甚至逆转，脑功能衰退并不是老化的必然结果，这为老年人抑制控制的可塑性提供了来自神经机制的证据〔20〕。

3 抑制控制解释认知老化的理论困境

3.1 抑制衰退能否解释整体认知老化 在认知老化的研究中，一个核心的问题是认知老化的主要原因何在?或者说在老化进程中，哪些认知功能的老化更为敏感，表现为率先老化并影响其他的认知功能。不同的理论对此有不同的观点，加工速度理论认为可以用加工速度的降低解释普遍的认知老化效应，作为一个传统的影响较大的理论，得到了很多行为实验证据的支持〔1〕;而很多研究者指出抑制控制能力的衰退可能在认知老化进程中率先出现衰退，是认知老化的主要原因，可以用于解释老年人在记忆、理解、思维等多方面的行为改变，而且有着深厚的神经生物学基础。然而对于抑制控制的老化是否可以解释整个认知老化问题还存在很多争议。有研究表明老年人在抑制加工并未受损的情况下，已经出现了工作记忆和语篇加工成绩的下降，提示这些认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还需要进一步考虑，融合相关的理论共同对认知老化做出解释是一种可行的出路。

3.2 抑制衰退是丧失还是适应 老年人的知觉、记忆、思维、学习等诸多认知能力均表现出随年龄增长而衰退的趋势，然而研究表明，尽管总体而言认知功能退行性变化的趋势不可避免，但在正常的老化进程中，老年人的整体认知能力仍维持在一个相对稳定的水平，在决策等一些复杂的认知能力方面和日常的实际生活中并未观察到明显的改变。这提示认知老化的过程不只是丧失的过程，也包括对这种丧失的适应。对于成功的认知加工而言，加工速度越快，要求的抑制控制能力也越强，否则个体就容易表现出较多的冲动和错误行为。抑制衰退可能恰恰是老年个体在加工速度减缓之后出现的一种适应性表现。在认知老化的进程中，一方面由于年龄的增加，认知加工速度将随神经噪音干扰加大、细胞凋亡数目增多、神经传导效率减缓等改变逐步降低，导致老年人认知能力的整体下降;而另一方面，老年人的抑制控制能力表现为与认知加工速度相一致的衰退，这可能使老年人在认知加工操作中维持一个相对的动态平衡。

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