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追求长寿的同时,我们也渴望保持心智的敏锐。然而,随着年龄的增长,记忆力、注意力和信息处理能力等认知功能的衰退似乎不可避免。
然而,有一群被称为“超级老人”的特别个体,他们的记忆力却能与年轻30岁的人相媲美,时间仿佛对他们更仁慈,在他们大脑的沙漏中流淌得更慢。
来自西班牙的学者们对64位超级老人和55位年龄相仿的典型老人的大脑白质结构进行了深入分析[1]。随着年龄的增长,大脑的白质会发生怎样的变化?超级老人的大脑是否拥有某种特殊的保护机制?他们的记忆能力为何能够抵挡岁月的侵蚀?
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超级老人记忆力比同龄人年轻30岁
研究人员选择了的两类同龄老人,超级老人和典型老人,他们的平均年龄均为80岁左右,但超级老人的受教育年数略高于典型老人。
两类老人最明显的差别在于,超级老人展现出了非凡的认知功能,特别是记忆能力,甚至与年轻30岁的人相当。
在神经心理学测试中,超级老人在多个认知领域的表现显著优于典型老人:
- 自由和提示选择回忆测试(Free and Cued Selective Reminding Test, FCSRT)
FCSRT用于评估个体在没有提示(自由回忆)和有提示(提示回忆)情况下的记忆能力,了解个体在不同情境下的记忆表现。
- 动物流畅性测试(Animal Fluency Test)
此测试要求受试者在限定时间(通常为60秒)内尽可能多地列举出不同的动物名称,主要评估语言流畅性和快速思维能力。
- 数字符号替换测试(Digit Symbol Substitution Test, DSST)
DSST用于评估处理速度、注意力和视觉运动协调能力。在测试中,受试者需要在限定时间内将数字和符号进行匹配。
- 波士顿命名测试(Boston Naming Test, BNT)
BNT用于评估命名能力和语言表达能力,受试者需要根据显示的图片说出相应的名称。
超级老人在这四项测试中的得分都高于典型老人,表明他们在记忆、语言能力、处理速度和注意力等多个认知领域表现更优异。其中,超级老人记忆相关能力得分是典型老人的2倍之多。
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图注:超级老人多项认知测试结果表现优于典型老人
这些测试数据说明相较典型老人,超级老人具有更强的抵抗年龄相关认知衰退的能力。他们用于集中处理这些能力的大脑是否具有独特的保护机制?
两种老人白质一样健康,但超级老人白质结构更优秀
研究人员将目光聚焦大脑白质,白质是大脑不同区域之间交换信息和通信的物质,由大脑中的大型神经纤维(轴突)网络组成。它之所以被称为“白质”,是因为神经纤维被称为髓磷脂的保护鞘覆盖,使得组织呈白色。[2]
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图注:大脑白质和灰质
认知功能,尤其是记忆、注意力和执行功能,都依赖于大脑不同区域之间的有效通信。白质包含神经纤维,负责大脑各区域之间的信息传递,因而白质的完整性对认知功能至关重要。
随着年龄的增长,白质会发生退化,包括体积减少、微观结构变化和白质病变的累积,这些变化可能导致认知功能的下降。
鉴于白质对认知功能的作用,研究人员首先通过横断面研究,综合评估了基线水平时超级老人和典型老人整个脑部白质健康水平及白质的微结构。
- 全脑白质健康水平
基线水平结果显示,超级老人和典型老人在大脑白质的整体健康状况上没有显著差异。
具体来说,研究者们评估了以下几个指标:总脑白质体积、白质病变体积及评估脑白质病变严重程度的Fazekas评分系统。
这些指标方面,研究没有发现超级老人和典型老人之间存在统计学上的显著差异,表明两组人群在这些特定的白质健康程度上是类似的。白质整体健康状况并非两类老人认知差异的形成因素。
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图注:超级老人和典型老人总脑白质体积、白质病变体积及评估脑白质病变严重程度评分
- 白质微结构完整性组织性更好
但当对比基线水平两组老人的白质微结构时,研究人员发现超级老人在特定脑区的白质微结构确实显示出更好的保护。
研究人员测量了衡量白质的各向异性分数(FA)和平均扩散性(MD),这两项指标帮助研究者评估大脑白质的微观结构和功能状态。
分数各向异性(FA)测量的是大脑白质中水分子沿神经纤维方向与垂直方向扩散的差异性,高FA值表示白质纤维排列有序,结构健康,完整性较好[3]。
平均扩散性(MD)反映水分子在所有方向上的扩散速率,高MD值可能代表白质组织结构出现损伤或退化,如水肿、炎症等[4]。
实验结果显示,超级老人的FA值更高,MD值也相对更低,表明超级老人的大脑白质的微结构更加紧密和有序,其脑白质的完整性和健康状况更好。
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图注:与典型老人相比,超级老人大脑白质微结构完整性和组织性更好
横向对比超级老人和典型老人大脑白质整体状况,虽然总脑白质体积及白质病变体积等方面没有明显差异,但超级老人脑白质微结构的完整性和组织性更优异。
超级老人白质结构具备更强抗衰老特性
上面的横向对比能提供两类老人大脑白质在某一时间点上的差异,但无法显示这些差异如何随年龄变化,研究人员进一步追踪了之后5年内两组老人脑白质结构的变化趋势,试图理解脑白质微结构和认知功能如何随着年龄增长而变化。
结果显示超级老人白质体积和病变体积随年龄变化都比典型老人小,但是同样不具有显著性。
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图注:超级老人和典型老人在白质体积和白质病变体积随时间的变化
虽然两类老人白质体积和病变体积随年龄变化差异不明显,但研究人员发现超级老人的白质微结构退化速度比典型老人慢,表现出显著的抗衰老特性。
具体来说,随年龄增加,超级老人的FA值下降速度和MD值上升速度都较慢,表明超级老人的白质微观结构具有更好的保护和维持能力。
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图注:超级老人FA下降速度和MD上升速度均比典型老人慢
通过对FA和MD值随年龄变化的分析,研究明确揭示了超级老人在白质微结构上的优势,结果支持了超级老人在白质微结构方面具有较强的抵抗年龄相关退化的能力。
横断面研究和纵向分析都显示了,超级老人的白质微结构得到更好地维持,能够更好支持其抵御与年龄相关大脑结构变化,相信这也是超级老人拥有卓越记忆的基础。
“最后成熟,最先衰老”,但超级老人自有抵御机制
研究人员在解释白质衰老原因时,提出了“最后成熟,最先衰退(last-in-first-out)”假设。该假设认为,大脑中那些发育最晚的区域在衰老过程中最早退化。
大脑白质的衰老过程符合这一理论,大脑前部区域的FA值较高,而MD值较低,显示了一个从前到后的梯度,表明白质微结构的变化存在从前到后的梯度变化,即前部白质束(如前额叶纤维)相比后部白质束所发生的衰老变化更显著。
这与“最晚成熟,最先衰老”理论一致,因为前额叶等前部区域在个体发育过程中是最后成熟的,因此在老化过程中最容易受到影响。
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图注:大脑前部FA值较高(红色区域);大脑前部MD值较低(蓝色区域)
虽然超级老人和典型老人都符合这一假设,但超级老人大脑前部区域的白质微结构得到了更好的保护,显示出对衰老的更强抵抗力,特别是在发育过程中最后成熟的白质区域。
超级老人的白质微结构在衰老过程中变化较小,表现为前部白质束(如前额叶纤维)中的更高的分数各向异性(FA)和较低的平均扩散率(MD)。
此发现表明了超级老人具有特殊的神经保护机制,使其在特定脑区能抵抗年龄相关的白质退化。
时光派点评
这项研究发现,拥有超强记忆力的超级老人,他们的大脑确实存在一些独特之处。虽然超级老人和普通老人在大脑白质的体积等方面没有明显差别,但超级老人的白质微结构,特别是在前额叶纤维区域,更加完整。
超级老人的白质微结构不但保持得更好,退化得也更慢。这种白质的优越保护可能解释了他们在记忆力、语言能力、处理速度和注意力方面的卓越表现。
不过,研究并未明确揭示超级老人这种白质保护机制的具体原因,本研究只纳入了教育背景,而遗传因素、生活方式、环境因素等都可能潜在影响。
期待未来能对这些保护机制有更深入的研究,从而帮助更多普通人群保持大脑健康,延缓衰老过程。
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参考文献:
[1]https://www.jneurosci.org/content/early/2024/04/18/JNEUROSCI.2059-23.2024
[2]https://my.clevelandclinic.org/health/diseases/23018-white-matter-disease
[3]https://pubs.rsna.org/doi/10.1148/radiol.2015150103
[4]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780444528926000209
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