音乐训练对老年脑认知功能区可塑性影响的多模态磁共振影像研究

中国人口老龄化日趋严重，通过认知训练延缓脑老化，对于提高老年人生活质量，减轻社会和家庭负担具有重要的现实意义。音乐训练是目前改善老年人认知功能最重要的训练手段之一，其有效性已经有大量文献报道，然而，这种训练如何影响老年脑的结构和功能却尚未见报道，而这对认识老年脑的可塑机制，进而开发老年脑的潜能有重要的科学意义。本项目拟对健康老年被试进行钢琴训练，采用多模态磁共振成像，对训练前，训练3个月、9个月后进行结构、扩散张量、静息态功能磁共振影像数据采集，以认知功能区为感兴趣区，分析其结构和功能特征，同时进行认知功能评分，探讨音乐训练、老年脑认知功能状态、老年脑认知功能区结构与功能三者之间的相互关系，从而为理解老年脑认知功能可塑性变化的神经机制和优化老年人认知功能训练手段提供依据，有重要的现实意义，也为开发老年性神经精神疾病的认知功能康复训练策略提供新思路，有重要的临床应用价值。

本项目拟通过纵向研究，探讨音乐训练对人脑认知功能区结构与功能的可塑性影响，从而为理解老年脑认知功能可塑性变化的神经机制和优化老年人认知功能训练手段提供依据。本项目开展了：1）脑认知重要脑区海马的自动分割和形状分析方法的研究，提出的基于流行学习的海马自动分割方法显著提高了分割的准确性，基于形状分析的方法为认识海马子核团的功能及认知障碍疾病的机理提供重要工具。2）正常老年脑及轻度认知障碍病人脑结构形态的研究，a）采用脑皮层复杂形状分析的方法及多变量的方法，发现具有不同生理意义的曲面特征在区分正常脑和轻度认知障碍病人脑时的贡献是不一样的，为证明轻度认知障碍疾病是多源性病因引起的提供了新的证据。b）采用脑结构相关网络的方法，研究了正常脑在老化过程中拓扑结构的变化，为认识正常脑老化的规律提供了新的证据。我们还基于多种曲面度量构建了轻度认知障碍病人的脑结构相关网络，研究表明，除了体积度量外，几何度量如脑沟深度也可以构建大脑结构网络，并能够区分轻度认知障碍患者和正常人，为进一步认识脑的异常老化机制提供了新的视角。3）音乐训练对脑可塑性的影响，通过24周的密集训练，采集训练前，训练后，及训练结束12周后的影像数据和行为学数据，我们发现训练组训练前后认知能力中的数字记忆、数字符号、数字追踪 A 和数字追踪 B 以及音乐能力中的复合得分具有显著性差异。训练组和对照组左侧眶部额上回的灰质体积与训练有关，利用线性回归研究训练组训练时长与大脑灰质体积的改变，发现左侧中央旁小叶、中央前回等区域的灰质体积改变与训练时长呈正相关，这为音乐训练引起脑高级认知功能及运动功能的可塑提供了新的证据。