老年时期神经可塑性的证据证明了人类大脑的终身适应性

人类大脑的衰老速度比思维速度要慢，而且是分层的——至少在负责触觉的大脑皮层区域是如此。德国脑神经科学中心（DZNE）、马格德堡大学和图宾根大学赫蒂临床脑研究所的研究人员基于对年轻人和老年人的脑部扫描以及小鼠研究得出了这一结论。

他们的研究结果发表在《自然神经科学》杂志上，也为处理感官信息的能力如何随着年龄的变化提供了新的见解。

人类的大脑皮层厚度仅为几毫米，并由无数褶皱构成。这种组织通常会随着年龄增长而变薄。“这是衰老的标志。其原因之一是神经元的损失。”

结果，一些能力会退化。无论如何，人们普遍认为，脑容量减少意味着功能下降，”德国脑神经病学和神经科学研究所（DZNE）和赫蒂临床脑研究所的神经科学家埃丝特·库恩教授解释道。

然而，人们对大脑皮层究竟是如何衰老的知之甚少。考虑到我们的许多日常活动都依赖于大脑皮层的功能，这一点非常了不起。因此，我们利用高分辨率脑部扫描来研究这一情况。

触觉输入处理器

埃丝特·库恩与来自图宾根和马格德堡的同事们一起，重点研究了大脑皮层中处理触觉信号的区域。这个“初级体感皮层”位于头顶的左右两侧，沿着一条约一指宽的带状区域向左右耳方向延伸。

这位神经科学家解释说：“这个大脑区域与人对自己身体的感知以及与环境的互动有关。”

“当我拿起钥匙、抓住门把手甚至走路时，我不断需要触觉反馈来控制我的动作。相应的刺激会汇聚在这个区域，并在这里进行处理。”

意外的发现

利用磁共振成像（MRI），研究人员能够以前所未有的精度绘制大脑皮层的这一区域。

为了进行这项研究，他们使用了一台磁场强度高达7特斯拉的超灵敏扫描仪，能够对沙粒大小的微小脑结构进行成像。总共约有60名年龄在21岁至80岁之间的男性和女性接受了检查。

“到目前为止，人们还没有考虑到初级体感皮层是由几层极薄的组织堆叠而成，每层都有自己的结构和功能。

我们现已发现，这些层级的衰老方式有所不同。尽管大脑皮层整体变薄，但其中一些层级仍然保持稳定，甚至令人惊讶地随着年龄增长而变得更厚。这可能是因为它们受到特别的关注，从而保留了其功能。因此，我们看到了神经可塑性的证据，即即使在老年人中也具有适应性。

堆叠架构

初级体感皮层的分层结构也以类似的形式出现在人类大脑的其他区域，甚至其他生物体中。

“从进化的角度来看，以这种方式处理感官信息显然已被证明是有益的，”库恩说。

这项研究不仅发现大脑皮层中层，而且其上层区域也被发现具有显著的抗衰老能力。不同的皮层是根据髓鞘（一种神经信号传递所必需的物质）的含量来区分的。

“中间层实际上是触觉刺激的入口。在上面的几层中，会进行进一步的处理。”Kühn 说道。

例如，在手部感觉刺激的情况下，上层皮质尤其参与相邻手指之间的相互作用。这在抓握物体时非常重要。因此，我们还对研究参与者的手部触觉敏感度和运动能力进行了测试。此外，我们还进行了所谓的功能性核磁共振扫描，以捕捉接收信号的皮质中层的功能。

调节刺激

只有大脑皮层的深层表现出与年龄相关的退化：年长研究参与者的深层皮层比年轻参与者的更薄。在皮层的下层，会发生一种称为调制的过程：触觉信号会根据环境被放大或衰减。

“这与专注力和注意力有关，”库恩解释道。“比如，如果我手指上戴着一枚戒指，即使触觉刺激仍然存在，到某个时候我也会感觉不到它的存在。只有当我再次有意识地注意到戒指时，这种情况才会再次发生。”

用过的东西都会被保留

“大脑皮层的中层和上层最直接地暴露于外界刺激。它们一直处于活跃状态，因为我们与周围环境保持着持续的接触，”库恩继续说道。

“较低层的神经回路受到的刺激程度较小，尤其是在晚年。因此，我认为我们的发现表明大脑会保留那些被频繁使用的信息。

这是神经可塑性的特征。这也与我们对一位52岁研究参与者的观察结果一致。他天生缺少一条肢体，一生只能依靠一只手臂。而他大脑皮层中层，也就是接收感觉输入的那层，则相对较薄。

此外，大脑各层衰老的差异也许可以解释为什么某些能力会随着年龄的增长而下降，而其他能力则会减弱。

库恩说：“反复练习的感觉运动技能，例如在键盘上打字，即使在年老时也能保持很长时间的稳定。”

然而，如果有干扰刺激，例如嘈杂的环境，老年人通常会发现这些活动特别困难。这可能是因为大脑皮层深层的功能已经退化，从而损害了对感觉刺激的调节能力。

赔偿证据

然而，研究人员发现证据表明大脑皮层深层的机制在一定程度上抵消了与年龄相关的功能衰退。

“尽管深层皮质会随着年龄增长而变薄，但令人惊讶的是，其中的髓鞘含量却增加了。事实上，我们在小鼠研究中也观察到了这种现象，我们进行这些研究是为了进行比较。我们发现，髓鞘含量的增加是由于某些神经元数量的增加，”Kühn说道。

众所周知，这些物质对神经冲动的调节有积极作用。它们可以增强信号。显然，补偿机制可以抵消特定的细胞退化。就预防而言，研究这些机制是否可以得到特定的促进和维持将会很有趣。事实上，我们从小鼠身上获得的数据表明，这种补偿机制在非常高龄时就会消失。

对老龄化的乐观看法

“总而言之，我们的研究结果与一个普遍的观点相符，那就是通过适当的刺激，我们可以为大脑带来一些好处。我认为，我们能够在一定程度上影响衰老过程，这是一个乐观的想法。”库恩说道。

“但当然，每个人都必须找到自己的方式来挖掘这种潜力。”