Science子刊：封面！杜忆团队发现热爱音乐能保持大脑敏锐並缓解大脑视听感知能力下降

音乐经验可以缓解与年龄相关的噪音中语音感知的视听下降。

2023年4月26日，中国科学院心理研究所杜忆在Science Advances在线发表了题为“Successful aging of musicians: Preservation of sensorimotor regions aids audiovisual speech-in-noise perception”的研究论文，该研究通过比较老年音乐家、老年非音乐家和年轻非音乐家识别噪声掩盖的视听音节的fMRI反应，测试了这种益处是来自功能保存还是功能补偿。老年音乐家表现优于老年非音乐家，并与年轻的非音乐家表现相当。

该研究结果发现老年音乐家在感觉运动区域保留了与年轻非音乐家相似的语言表征的神经特异性，而老年非音乐家则表现出退化的神经表征。在同一区域，老年音乐家比老年非音乐家表现出更高的神经排列，这与他们的训练强度有关。在老年非音乐家中，神经排列的程度预示着更好的表现。此外，老年音乐家在额顶叶、语言运动和视觉运动区域表现出更大的激活，在角形脑回中表现出更大的失活，这预示着在感觉运动区域有更高的神经排列。总之，该研究揭示了长期音乐训练经验通过同时促进功能保持和功能代偿机制对抗脑认知老化的负面影响，保护老年人的噪音下言语加工。并提供了实验证据支持了音乐训练可以使老年人的大脑更敏锐、更专注和更年轻，这对于促进人口健康老龄化提供了重要且可行的策略。

衰老与认知缺陷有关。根据修正的衰老与认知理论模型(STAC-r)，衰老和生命经历都会影响大脑结构和功能(如皮质厚度、白质完整性和神经特异性)以及代偿的发展。积极的生活方式选择，如长期音乐训练，有助于神经资源的丰富，可以减轻衰老的负面影响(如结构和功能衰退)，并进一步增强代偿支架过程。然而，尚不清楚音乐是通过功能保存还是功能补偿来减轻认知衰老，这是STAC-r模型的关键组成部分。

老年音乐家与老年非音乐家脑部活动比较（图源自Science Advances ）

在与年龄相关的认知缺陷中，在嘈杂环境中理解语言的困难是最普遍的一种，即使在听力正常的老年人中也是如此。尽管音乐家在噪音中言语感知的优势在年轻人和中年人中并不明显，但越来越多的证据表明，与年龄相关的噪音中言语感知的下降可以通过长期或短期的音乐训练来缓解。然而，这样的好处还没有在老龄人口的视听噪音语音场景中得到证明。根据重叠、精确、情感、重复和注意力假说，音乐家在语音处理方面的优势是由处理音乐和语音的大脑网络的组织学重叠以及在音乐训练期间大脑网络更精确、情感、重复和专注的参与所驱动的。在老年音乐家(OM)中，用于语音和音乐处理的共享大脑网络可能提供了一种方法，通过这种方法，音乐性可以在处理噪声中的视听语音时产生跨域转移效益。

Science Advances封面图描绘了一位年迈的音乐家演奏着大提琴在年龄的河流上逆流而上，音乐训练使老年人比同龄人的大脑更年轻（图源自Science Advances ）

音乐经验知识对老年人在噪音中语音感知的好处可能与功能保存有关。例如，与老年非音乐家(ONM)相比，OM的中央听觉处理功能得到了增强，并保留了听觉注意力和工作记忆等认知能力，这可能有助于他们的表现与年轻人相当。音乐训练还提高了年轻人在听觉和言语运动区域(即额下回(IFG)和腹侧中央前回(prCG))的言语表征的神经特异性。值得注意的是，在语音噪声感知过程中，老年人的言语运动区比听觉区更少观察到神经去分化，即神经表征特异性下降。因此，与年轻人一样，OM似乎保持着相对完整的语音表征，尤其是在语言运动区域，而ONM可能会遭受语音神经表征的退化。

该研究通过功能性磁共振成像(fMRI)测试了三种关于终身音乐体验如何减轻与年龄相关的噪音中言语感知缺陷的假设：(i)音乐表现出与年轻人相似的保留语音表征模式，(ii)音乐招募额外的感觉和额叶言语运动区域作为补偿，以及(iii)音乐在更大程度上使DMN区域失活作为补偿。25名OM、25名ONM和24名YNM(在三种信噪比(SNRs)下识别噪声中的音节。研究结果显示，ONM的表现比YNM差，但OM的表现比ONM好，与YNM一样好。该研究使用多变量模式分析(MVPA)和最近发展的神经排列测量，该测量由每个老年人和年轻人大脑平均水平之间的主体间空间模式相关性定义，以检查ONM的神经去分化和OM的青年样大脑活动模式。

结果显示，与YNM相比，ONM的双侧感觉运动区域的言语表征下降，但在OM的相同区域则保留了言语表征的神经特异性和高度的神经一致性。感觉运动区较高的神经排列显著预测了OM中更好的噪声语音表现。接下来，该研究进行了单变量分析，发现OM比ONM在额顶叶区域有更强的激活，在左角形脑回（AG，DMN区域一部分）有更大的失活。

AG的失活程度越高，ONM的行为表现越好，而额顶叶区域的激活程度越高，AG的失活程度越高，支持了OM感觉运动区域的青春样活动模式。因此，该研究结果提供了衰老和音乐可塑性背后的功能保存和补偿之间的紧密联系，并强调了在年轻人的双侧感觉运动区域中保存类似的活动模式是支持OM在噪音中感知语音的核心机制。

该封面论文的第一作者是中科院心理所博士生张磊，中科院心理所杜忆研究员为通讯作者。研究获得科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目（2021ZD0201500），国家自然科学基金（31671172，31822024），中国科学院战略性先导科技专项（XDB32010300），中科院心理研究所科学基金（E2CX3625CX，E1CX4725CX）支持。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg7056