基于“双脑”范式的老年人口语理解能力衰退神经基础研究

Verbal language is a tool for communication that arises from human social interaction. The ability to comprehend verbal speech declined significantly in elders, yet its neural mechanism is still unclear. Based on a “interactive brains” perspective and “two-brain” paradigm, recent studies uncover an important working property of human brain, that is, during information transfer a receiver’s brain activities are coupled to those of the sender. This inter-brain neural coupling is thought to be an important neural mechanism underlying information transfer across brains. In our prior study, we have observed that the speech comprehension difficulty in elders was accompanied with weakened neural coupling responses. In this project, we aim to further implore the neural mechanism underlying the decline of speech comprehension in elders from the “interactive brains” perspective, using functional MRI and the “two-brain” paradigm. The studies to be conducted include: 1) systematically describing the abnormal neural coupling pattern of elders; 2) identifying the causal relation between abnormality of neural coupling and speech comprehension decline in elders; 3) identifying the mechanism of how deficits of neural coupling working on speech comprehension; 4) comparing deficits revealed by the “two-brain” paradigm and those revealed by a “single-brain” paradigm. This project is expected to uncover the neural mechanism underlying the decline of speech comprehension from a new perspective. It will also deepen our understanding about the principle of aging brain, and provide important enlightenment for brain-inspired intelligence and the development of the aging-related cognitive interventions.

口语是人类在互动过程中发展出的交流工具。老年人的口语理解能力出现了明显的衰退，其神经基础尚不明确。近期研究基于“交互脑”视角和“双脑”范式，揭示了大脑的一种重要工作特征，即信息接收者对信息发出者的大脑产生神经耦合反应。该耦合功能被认为是信息在个体间高效传递的重要机制。申请人初步观察到，老年人的口语理解困难伴随其大脑神经耦合反应的减弱。本项目拟在此基础上，运用功能磁共振和“双脑”范式系统探索老年人口语理解功能衰退的神经基础。研究将：1)全面刻画老年人神经耦合反应的异常模式；2)确定老年人神经耦合异常与其口语理解困难的因果关联；3)阐明神经耦合功能缺陷作用于老年人口语理解困难的内在机制；4)分析“双脑”与“单脑”范式下老年人神经缺陷的关联和差异。本项目有望从新的角度揭示老年人口语理解能力衰退的神经基础，加深对于脑老化规律的认识，并为类脑智能和认知老化干预方案的制定提供重要启发。

进入老年阶段后，个体口语理解能力发生了明显的衰退。当环境中存在背景噪音（如“鸡尾酒会”情境下）时，老年人口语加工的困难尤其明显。口语理解老化效应的神经基础目前还不完全清楚。对于该问题的探究，当前的脑成像研究集中关注的是口语理解活动中个体内部的脑激活模式或功能连接模式。然而，自然情境下个体的口语理解活动不是―孤立地进行，而是与讲述者的言语产生活动存在密切联系，共享同一交流空间。本项目以“双脑”范式为核心研究方法，考察老年人口语能力衰退的神经基础，有以下主要成果： 1. 揭示了脑际神经耦合随个体老化而发生的变化模式，主要表现为, 与年轻组相比，老年组出现耦合强度减弱且消失更早, 且该功能模式的变化独立于脑结构（灰质密度）的变化。此外，在“鸡尾酒会”情境下，年轻组倾听者选择性地与目标讲述者产生神经耦合，但老年组则对目标与非目标讲述者都产生了较弱的神经耦合。2. 揭示了“脑际”神经耦合的变化与老年人口语理解能力衰退存在关联。随着个体老化，口语理解能力下降，同时与讲述者产生神经耦合的能力也下降。进一步的中介效应分析表明减弱的神经耦合反应对年龄与口语理解间的相关起着显著的中介效应。3. 揭示了老化相关补偿机制。尽管同质脑区间的神经耦合减弱，老年人作为倾听者其听觉皮层与讲述者的发音皮层的神经耦合效应增强，且该耦合效应与口语理解存在正相关。综上，这些结果表明老年人大脑对他人大脑产生“共鸣”的能力减弱，该功能的消退可能使得老年人不能有效地创建与讲述者相似的认知表征，进而影响了老年人对口语信息的加工和存储。作为补偿机制，老年人可能比年轻人更依赖对语音发音表征的“复原”来完成口语理解。 这些研究成果从新的角度揭示老年人口语理解能力衰退的神经基础，加深了脑老化规律的认识，并为认知老化干预方案的制定提供启发。