李庭韞

摘要：在生理老化的過程中，大腦結(jié)構(gòu)以及認(rèn)知功能會(huì)隨著生理老化產(chǎn)生一系列變化，因此，老年人的語言加工神經(jīng)基礎(chǔ)及其特點(diǎn)成為一個(gè)受到研究者廣泛關(guān)注的課題?，F(xiàn)目前對(duì)認(rèn)知老化的研究主要集中于一般認(rèn)知功能的研究，語言加工上的研究成果不多。本文首先從解剖學(xué)角度出發(fā)，介紹大腦生理老化后結(jié)構(gòu)性變化以及與之相對(duì)應(yīng)的行為上的改變。然后將一般認(rèn)知功能的理論與相關(guān)的語言加工實(shí)驗(yàn)相結(jié)合介紹了語言加工老化的主要研究成果;最后對(duì)語言加工老化的研究進(jìn)行總結(jié)提出展望。

關(guān)鍵詞：語言加工;認(rèn)知老化;神經(jīng)機(jī)制;腦成像

語言認(rèn)知功能是人類特有的認(rèn)知活動(dòng)，語言加工過程的復(fù)雜性和人類精細(xì)的神經(jīng)系統(tǒng)緊密相連，因此研究語言認(rèn)知領(lǐng)域也是心理學(xué)研究以及相關(guān)交叉學(xué)科的重要領(lǐng)域。對(duì)語言認(rèn)知老化的神經(jīng)生理機(jī)制的探索，有助于深入了解語言加工原理和程序，也能通過語言功能考察認(rèn)知老化的生理機(jī)制，為腦功能障礙的研究提供有效支持。而20世紀(jì)70年代腦成像技術(shù)特別是正電子發(fā)射型計(jì)算PASA模型（posterior-anterior shift in aging），即老年人腦區(qū)激活由后部向前部轉(zhuǎn)移模式機(jī)斷層顯像（positron emission computed tomography，PET）和功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）的應(yīng)用，則為研究者提供了更為安全、精細(xì)的途徑來研究大腦在認(rèn)知過程中的活動(dòng)特征?，F(xiàn)如今，核功能成像技術(shù)已成為研究認(rèn)知老化神經(jīng)機(jī)制的重要手段，不斷推動(dòng)語言認(rèn)知老化研究的進(jìn)展。

一、生理老化對(duì)于語言加工行為成績(jī)的影響

然而，大腦結(jié)構(gòu)因老化而產(chǎn)生的變化對(duì)不同的認(rèn)知功能的影響是相同的嗎？語言功能和執(zhí)行工功能以及其他一般認(rèn)知功能是依賴同一套生理機(jī)制進(jìn)行加工的嗎？（過渡句）現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，雖然一般認(rèn)知功能會(huì)因?yàn)樯砝匣瘒?yán)重顯著萎縮，很多的語言加工功能在老年期仍能得到較好的保持。在語義加工和語言理解方面，年輕人和老年人都表現(xiàn)出相近的加工能力。例如，老年人比年輕人擁有更多詞匯積累量;老年人和年輕人在句子理解上都能利用字面和修飾性語境幫助理解句子。但在復(fù)雜句子加工中，老年人和年輕人在語言加工中有所差異，表現(xiàn)在生理老化與句子加工成績(jī)呈負(fù)相關(guān)。復(fù)雜句子的加工對(duì)工作記憶系統(tǒng)要求更高，例如歧義句的加工以及復(fù)雜句法的加工。已有的腦成像研究也發(fā)現(xiàn)老年人在額葉區(qū)出現(xiàn)的顯著老化，而額葉為工作記憶和執(zhí)行功能這兩種認(rèn)知加工提供生理基礎(chǔ)。因此，不同的加工任務(wù)中老年人和年輕人的行為成績(jī)則有不同程度上的差異。在難度不大的語言加工中，生理老化對(duì)于語言加工影響不顯著;任務(wù)難度較大時(shí)，老年人的加工成績(jī)便顯著低于年輕人的加工成績(jī)。

二、灰質(zhì)白質(zhì)增減情況

與老化同時(shí)發(fā)生的，還有大腦體積下降，這可能與某些認(rèn)知功能衰退相關(guān)?；屹|(zhì)面積早在青春期后期開始下降，而白質(zhì)密度和面積在經(jīng)歷青少年時(shí)期的增加后，逐漸在30歲之后開始減少。老化對(duì)腦白質(zhì)完整性造成影響，大腦結(jié)構(gòu)隨著老化發(fā)生的改變，額葉、左后顳葉等發(fā)展最遲的腦區(qū)的白質(zhì)和灰質(zhì)對(duì)衰老表現(xiàn)最為敏感。生理老化帶來的灰質(zhì)密度和面積的衰退在額葉最為明顯。大腦白質(zhì)的衰減也呈現(xiàn)相似的神經(jīng)生理結(jié)構(gòu)變化模式。這些腦區(qū)與認(rèn)知執(zhí)行功能和工作記憶等認(rèn)知功能有密切關(guān)系，它們的老化使得認(rèn)知執(zhí)行功能和工作記憶加工效率降低。

三、老年人生理腦區(qū)激活狀況及其相關(guān)理論

除了老年人和年輕人在大腦結(jié)構(gòu)中的差異，兩者在加工過程中的大腦激活模式也不同。現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)兩個(gè)方面的差異：（1）老年人語言加工過程中任務(wù)相關(guān)的腦區(qū)激活程度低于年輕人。（2）任務(wù)態(tài)功能影像學(xué)研究發(fā)現(xiàn)老年人局部腦區(qū)的過度“激活”現(xiàn)象，即老年人在語言加工過程中激活了更多其他腦區(qū)，例如雙側(cè)化腦區(qū)同時(shí)激活以及前額的額外激活。針對(duì)老年人在語言加工過程中過度“激活”現(xiàn)象，研究者們分別從補(bǔ)償理論和去分化理論兩個(gè)角度加以解釋。

（一）補(bǔ)償理論

補(bǔ)償觀點(diǎn)認(rèn)為，由于某些認(rèn)知加工功能衰退，老年人在語言加工上做出了策略調(diào)整，更多表現(xiàn)出自上而下的加工方式，與年輕人的語言加工模式有了質(zhì)的差異。這種差異反映到認(rèn)知加工的神經(jīng)機(jī)制當(dāng)中，表現(xiàn)為老年人募集其他腦區(qū)，對(duì)其加工激活以對(duì)抗認(rèn)知功能下降。

因此，為了產(chǎn)生和年輕人一樣多的認(rèn)知資源，老年人需要利用額外的大腦腦區(qū)。1994年Grady等在一項(xiàng)研究人臉感知和位置的研究中發(fā)現(xiàn)，在兩種任務(wù)條件下，和年輕人相比，老年人的枕顳區(qū)激活下降，而在前腦區(qū)包括前額葉的激活增強(qiáng)。他們認(rèn)為老年人通過激活更高級(jí)的認(rèn)知過程（前額葉活動(dòng)增強(qiáng)）以補(bǔ)償視覺加工的衰退（枕葉活動(dòng)減弱）。老年人語言加工的補(bǔ)償機(jī)制主要有以下幾種模式。以下將分別介紹HAROLD模型、PASA模型、CRUNCH模型和STAC模型。

1.HAROLD模型。第一種叫HAROLD模型（Hemispheric Asymmetry Reduction in OLDer Adults），則指出年輕人的腦激活在前額葉表現(xiàn)出單側(cè)化優(yōu)勢(shì)，老年人則在前額葉表現(xiàn)為雙側(cè)腦區(qū)激活模式。該模型由Cabeza和Grady于1997年提出，他們?cè)?997通過研究情景記憶的編碼和提取中的大腦老化現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)情景記憶的編碼和提取的大腦單側(cè)化優(yōu)勢(shì)，即年輕被試組的腦活動(dòng)呈現(xiàn)為前額葉半球不對(duì)稱性，編碼過程中左前額葉得到激活，在提取過程中右前額葉得到激活;而老年人在編碼過程中在提取過程了呈現(xiàn)出前額葉的雙側(cè)的激活。相關(guān)研究者認(rèn)為，這種隨著老化發(fā)生的改變是一種補(bǔ)償機(jī)制，為了彌補(bǔ)老化帶來的神經(jīng)萎縮和缺陷，老年人中會(huì)調(diào)動(dòng)兩側(cè)大腦來完成以前只需單側(cè)大腦完成的任務(wù)。Tyler等（2010）采用了fMRI技術(shù)研究老年人的句法加工情況。他們采用了詞匯監(jiān)測(cè)任務(wù)，該任務(wù)將對(duì)工作記憶的需求最小化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在句法加工中，老年人的右半球額顳區(qū)激活增強(qiáng)。而已有研究表明句法加工激活的典型腦區(qū)是左側(cè)額顳區(qū)。這一結(jié)果表明老年人的句法加工從左半球額顳區(qū)激活發(fā)展成了雙側(cè)額顳區(qū)激活模式，支持了補(bǔ)償假說。以上研究成果表明，老年人語言加工過程中神經(jīng)系統(tǒng)的重新組織，即腦區(qū)的激活并不局限于語言加工涉及的腦區(qū)系統(tǒng)，也會(huì)對(duì)主管其他認(rèn)知功能腦區(qū)加以調(diào)用（例如涉及執(zhí)行功能、工作記憶的前額葉），以對(duì)抗認(rèn)知功能下降。老化減少了認(rèn)知加工資源，出現(xiàn)了認(rèn)知功能缺失和損害，因此，老化大腦需要利用其他的腦區(qū)進(jìn)行彌補(bǔ)，產(chǎn)生和年輕人同等的認(rèn)知資源。HAROLD 模型反映了增強(qiáng)對(duì)側(cè)腦區(qū)的激活以補(bǔ)償老化而帶來的認(rèn)知功能衰退。

2.PASA模型。PASA模型（posterior-anterior shift in aging），即老年人腦區(qū)激活由后部向前部轉(zhuǎn)移模式。該模型則認(rèn)為，老化導(dǎo)致腦區(qū)激活的重新組織，具體表現(xiàn)為由枕-顳區(qū)向前額葉的轉(zhuǎn)移，即如果執(zhí)行任務(wù)的低級(jí)腦區(qū)因老化而導(dǎo)致功能衰退，則會(huì)通過募集高級(jí)腦區(qū)作為代償。1994年Grady等人通過PET技術(shù)研究人臉匹配和位置匹配時(shí)發(fā)現(xiàn)，與年輕被試相比，老年被試在枕顳區(qū)的激活較弱而前部腦區(qū)包括前額葉皮質(zhì)的激活增強(qiáng)。研究者認(rèn)為，視覺加工中的因老化帶來的大腦激活變化表明，年輕被試只需調(diào)動(dòng)枕顳葉就能有效完成任務(wù)而老年人則更多依賴于前額葉腦區(qū)高級(jí)認(rèn)知功能來提高加工效率彌補(bǔ)由空間視覺的缺損。Grossman等（2002）采用fMRI對(duì)年輕被試和老年被試進(jìn)行言語理解實(shí)驗(yàn)，讓他們被試執(zhí)行句子理解任務(wù)，并且為了判斷被試是否理解句子含義，任務(wù)中設(shè)置探測(cè)性問題。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，年輕被試和理解任務(wù)中成績(jī)優(yōu)秀的老年被試在腦區(qū)激活上存在差異，年輕被試的左頂葉激活強(qiáng)于老年被試，而成績(jī)優(yōu)秀的老年被試的大腦則表現(xiàn)出更強(qiáng)的前部激活，包括左前運(yùn)動(dòng)皮層、左下前額皮層的激活。在另一項(xiàng)言語理解的fMRI研究中，研究者采用了句法難度不同和呈現(xiàn)語速不同的短句，要求被試判斷句子的主語是男性還是女性，以檢查是否理解了句子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與年輕人相比，老年人的左額下回的激活減弱，但是前部腦區(qū)的激活增強(qiáng)，該結(jié)果與補(bǔ)償假說相符。Shafto和Tyler （2014）在其研究中發(fā)現(xiàn)， 在句法加工任務(wù)中， 老年人被試的前額活動(dòng)明顯增強(qiáng)， 而且對(duì)句法任務(wù)成績(jī)較好的老年人分析發(fā)現(xiàn)， 其前額腦區(qū)和顳葉中部的兩側(cè)都有明顯激活。PASA 模式反映了募集前部腦區(qū)來補(bǔ)償后部腦區(qū)的感知加工缺損，其研究主要集中在視覺感知、注意、視空間加工、情景記憶編碼等領(lǐng)域，語言加工領(lǐng)域的研究證據(jù)還不夠充分。除此之外，現(xiàn)有大腦結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)展最晚的高級(jí)腦區(qū)前額葉、左后顳葉對(duì)衰老表現(xiàn)最為敏感，最早出現(xiàn)萎縮。也有研究發(fā)現(xiàn)，老年人在語言加工過程中激活前額葉等高級(jí)腦區(qū)不但無法彌補(bǔ)，反而會(huì)降低語言加工的正確率和延長(zhǎng)加工時(shí)間。由此，研究者在老年人語言加工的“補(bǔ)償學(xué)說”基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出“去分化學(xué)說”，認(rèn)為任務(wù)過程中對(duì)其他腦區(qū)的激活反映了老年人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在加工效率上的降低。

3. STAC模型。STAC模型是由Park和Reuter-Lorenz于2009年提出。該理論認(rèn)為，前額腦區(qū)的活動(dòng)增加代表了“補(bǔ)償性的腳手架”效應(yīng)。這種效應(yīng)能夠?qū)ι窠?jīng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上的老化，大腦會(huì)在進(jìn)行功能重組和功能修復(fù)，來支持認(rèn)知活動(dòng)。然而，腳手架效應(yīng)不是對(duì)認(rèn)知老化才會(huì)產(chǎn)生一種反應(yīng)，而是認(rèn)知任務(wù)挑戰(zhàn)性的一種反應(yīng)，因此年輕人也會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償性腳手架效應(yīng)。

4.CRUNCH模型。更有研究者認(rèn)為，年輕人和老年人在腦激活模式上的差異與認(rèn)知任務(wù)相關(guān)。2008年，Reuter-Lorenz和Cappell等人提出代償相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路利用假說（compensation-related utilisation of neural circuits hypothesis，CRUNCH）。根據(jù)CRUNCH理論，年輕人和老年人在語言加工過程中都會(huì)激活前額腦區(qū)，老年人的在執(zhí)行難度較低的任務(wù)時(shí)便會(huì)激活前額腦區(qū)，而年輕人在加工簡(jiǎn)單任務(wù)時(shí)一般只會(huì)激活枕顳葉等腦區(qū)只有在加工高難度任務(wù)時(shí)前額葉才會(huì)得到明顯激活。當(dāng)任務(wù)難度增加，達(dá)到神經(jīng)資源能承受的最大負(fù)荷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生因完成困難任務(wù)而出現(xiàn)的認(rèn)知加工效率下降以及年齡相關(guān)的認(rèn)知表現(xiàn)能力下降。認(rèn)知加工效率不足導(dǎo)致老化大腦募集更多的神經(jīng)資源以達(dá)到和年輕大腦同等的計(jì)算輸出。Eckert等人在2008年研究不同年齡組被試的詞匯再認(rèn)情況，采集了被試的再認(rèn)行為成績(jī)和大腦激活數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)要求老年組被試和年輕組被試學(xué)習(xí)不同難度的詞匯并進(jìn)行詞語再認(rèn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，老年人再認(rèn)最簡(jiǎn)單詞匯的時(shí)候便已經(jīng)激活了左額中回和前扣帶回，而年輕人再認(rèn)最困難詞匯的時(shí)候才會(huì)激活以上腦區(qū)。Meinzer等人在2012采用fMRI技術(shù)研究老年人和年輕人在有限時(shí)間完成詞語流暢性任務(wù)時(shí)的腦激活現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，兩組被試隨著人任務(wù)難度的增加，都會(huì)先后激活前額兩側(cè)的腦區(qū)，這種激活現(xiàn)象更多受到任務(wù)難度而非年齡的影響。以上研究表明，不同年齡人群都會(huì)采用CRUNCH理論進(jìn)行認(rèn)知加工，對(duì)腦區(qū)的激活由認(rèn)知任務(wù)的性質(zhì)、難度決定。

（二）去分化理論

與“補(bǔ)償理論”相對(duì)應(yīng)的就是去分化理論。在解釋老年人大腦泛化激活上，去分化理論認(rèn)為老年人腦區(qū)分工專門性減少甚至消失，與年齡相關(guān)的腦區(qū)活動(dòng)單側(cè)化減弱僅僅是老化的副產(chǎn)品而沒有任何補(bǔ)償功能。有研究者認(rèn)為，老年人大腦的過度激活現(xiàn)象體現(xiàn)了大腦半球間的抑制的減弱，例如抑制右半球活動(dòng)的能力缺失，會(huì)影響右腦的加工能力。

四、結(jié)論

語言加工老化是一個(gè)逐漸喪失的過程，同時(shí)也是一個(gè)對(duì)喪失的適應(yīng)過程。現(xiàn)目前的研究集中于對(duì)老年人過度激活的探討，然而老年人在進(jìn)行認(rèn)知加工過程中的過度激活并不意味著不去激活任務(wù)相關(guān)腦區(qū)。即使老年人和年輕人相比，加工過程中存在激活泛化的現(xiàn)象，但是不同年齡段的被試在實(shí)驗(yàn)中依舊會(huì)激活相同的腦區(qū)，即認(rèn)知任務(wù)所需腦區(qū)。除此之外，現(xiàn)目前研究對(duì)語言加工老化的神經(jīng)機(jī)制研究主要還是依據(jù)一般認(rèn)知功能老化的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中主要以語言理解領(lǐng)域?yàn)橹魅〉孟嚓P(guān)成果，但在其他語言研究領(lǐng)域例如語音加工（例如語音輸入）和句法加工上取得的成果還十分有限。認(rèn)知老化的研究理論尚存在較多爭(zhēng)論，有待一個(gè)整合的理論在生物學(xué)、腦神經(jīng)激活以及行為表現(xiàn)三個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行解釋。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Antonenko，D.，J.Brauer，M.Meinzer，A. Fengler，L.Kerti，A.D. Friederici，&A. Fl?el.Functional and structural syntax networks in aging. NeuroImage.2003（83）：513-523.

[2]Arlinger，S.， T. Lunner， B. Lyxell， & M.K. Pichora-Fuller. The emergence of cognitive hearing science. Scandinavian Journal of Psychology，2009（50）：371-384.

[3]Aydelott， J.， R. Leech， & J. Crinion.Normal adult aging and the contextual influences affecting speech and meaningful sound perception. Trends in amplification，2010（144）：218-232.

[4]Baltes， P. B.， & U. Lindenberger.Emergence of a powerful connection between sensory and cognitive functions across the adult life span： A new window to the study of cognitive aging？. Psychology and Aging，1997（12）：12-21.

[5]Cabeza， R.Hemispheric Asymmetry Reduction in Older Adults： The HAROLD Model. Psychology and Aging，2002（171）：85-100.

[6]Davis， S. W.， N. A. Dennis， S. MDaselaar， M. S. Fleck & R. Cabeza.Que PASA？ The posterior–anterior shift in aging.Cerebral Cortex，2008（185）：1201-1209.

[7]Federmeier， K. D. Thinking ahead： The role and roots of prediction in language comprehension. Psychophysiology，2007（44）：491-505.

[8]Peelle， J. E.， V. Troiani， A. Wingfield & M. Grossman.Neural processing during older adultscomprehension of spoken sentences：Age differences in resource allocation and connectivity. Cerebral Cortex，2010（204）：773-782.

[9]Reuter-Lorenz，P. A. & K. A. Cappell. Neurocognitive aging and the compensation hypothesis.Current Directions in Psychological Science，2008（173）：177-182.

[10]Tyler， L.K.， M. A. Shafto， B. Randall， P. Wright.， W.D. Marslen-Wilson & E. A. Stamatakis.Preserving syntactic processing across the adult life span： the modulation of the frontotemporal language system in the context of age-related atrophy. Cerebral Cortex，2010（20）：352–364.

[11]Wingfield，A.，J.E.Peelle & M.Grossman.Speech rate and syntactic complexity as multiplicative factors in speech comprehension by young and older adults.Aging， Neuropsychology， and Cognition，2003（104）：310-322.