科学家发现随年龄增强的脑区结构

人类大脑皮层仅有几毫米厚，并排列成众多褶皱。该组织通常会随着年龄增长而变薄。“这是衰老的标志之一。除其他因素外，这归因于神经元损失。结果导致某些能力衰退。无论如何，人们普遍认为脑容量减少意味着功能下降，”神经科学家、DZNE及Hertie临床脑研究所的Esther Kühn教授解释道。“然而，关于皮层究竟如何衰老的具体过程却知之甚少。这很值得注意，因为我们日常的许多活动都依赖于功能正常的皮层。这就是为什么我们使用高分辨率脑部扫描来研究这一情况。”

触觉信息处理器

Esther Kühn与来自图宾根和马格德堡的同事们共同聚焦于大脑皮层中处理触觉信号的部分。这个“初级体感皮层”位于头顶左右两侧，沿着一条约手指宽度的带状区域向每侧耳朵方向延伸。“这一脑区对于感知自身身体和与环境互动至关重要，”这位神经科学家解释道。“当我拿起钥匙、抓住门把手甚至走路时，我时刻需要触觉反馈来控制动作。相应的刺激汇聚于此区域并在此进行处理。”

意外发现

研究人员利用磁共振成像（MRI）能够以前所未有的精度绘制该脑皮层区域图谱。为此，他们使用了磁感应强度为7特斯拉的极高灵敏度扫描仪，使其可分辨沙粒大小的细微脑结构。总计约60名年龄在21至80岁之间的男女接受了检查。“此前未曾认识到，初级体感皮层是由多层极薄的组织堆叠而成，每层都有其独特的结构和功能。我们发现这些皮层以不同方式衰老。尽管大脑皮层整体变薄，但其中某些层保持稳定，或者令人惊讶地甚至随年龄增长而增厚。这可能是因为它们被频繁调用，从而维持了功能。因此，我们观察到了神经可塑性——即适应性——的证据，甚至在老年人中亦然。”

堆叠式结构

初级体感皮层的分层结构也以类似形式存在于人类大脑的其他区域——甚至其他生物体中。“从进化角度看，以这种方式处理感觉信息显然具有优势，”Kühn说。在当前研究中，不仅皮层中层，其上方区域也显示出对衰老过程显著的抵抗性。不同层次根据所含髓磷脂（一种对神经信号传递至关重要的物质）含量加以区分。“中层实质上是触觉刺激的入口通道。其上层则进行进一步处理，”Kühn解释道。“例如，在处理来自手部的感觉刺激时，上层特别参与相邻手指间的相互作用。这在抓握物体时至关重要。因此，我们还对研究参与者进行了手部触觉敏感度和运动能力的测试。此外，我们进行了功能性MRI扫描，以捕捉皮层中层的功能——即接收信号的区域。”

被调制的刺激

唯有大脑皮层的深层显示出与年龄相关的退化：在年长参与者中，这些层比年轻者更薄。在皮质下层中，发生一种称为调制的处理：触觉信号会根据具体情境被放大或衰减。“这与专注力和注意力有关，”Kühn解释道。“例如，如果我手指上戴着戒指，一段时间后就不会再感觉到它，尽管触觉刺激仍然存在。只有当我再次有意识地注意到戒指时，这种感觉才会重现。”

用进废退

“皮层的中层和上层最直接暴露于外部刺激。由于我们持续与环境接触，它们处于永久活跃状态，”Kühn继续说道。“深层神经回路受到的刺激较少，尤其在晚年生活中。因此，我认为我们的发现表明：大脑会保存被密集使用的部分。这是神经可塑性的一个特征。这和我们观察一名52岁研究参与者的情况也相符：他因先天肢体缺失而终生仅能依赖单臂活动。其大脑皮层中接收感觉输入的相应中层相对较薄。”此外，脑层衰老的差异可能解释了为何某些能力随年龄衰退，而另一些衰退较少。“反复练习的感觉运动技能，如键盘打字，即使年老也能长期保持稳定，”Kühn说。“然而，若存在干扰刺激（如嘈杂环境），老年人通常觉得此类活动特别困难。这可能是因为皮质深层的功能退化，导致感觉刺激的调制受损。”

代偿机制的证据

然而，研究人员发现证据表明，大脑皮层深层的机制能在一定程度上对抗年龄相关的功能衰退。“尽管深层随年龄增长变薄，但令人惊讶的是，其髓磷脂含量反而增加。事实上，我们在小鼠对比研究中也观察到这些效应。随后发现髓磷脂增加源于特定神经元数量的增多，”Kühn指出。“已知这些神经元对神经冲动的调制具有积极作用。可以说它们能锐化信号。显然，代偿机制对抗着特定的细胞退化。就预防而言，研究能否特异性促进并维持这些机制将很有意义。实际上，我们的小鼠数据表明这种代偿在极高龄时会消失。”

对衰老的乐观视角

“综合来看，我们的发现符合普遍观点：通过适当刺激可为大脑带来益处。我认为这是一个乐观的理念：我们能在一定程度上影响自身衰老过程，”Kühn表示。“当然，每个人都需要找到自己的方式来挖掘这种潜力。”