老龄化对大脑可塑性的影响:健康老年人和青年人视皮层早期加工机制的比较研究

This project aims to investigate the effect of aging on early stages of visual cortical processing and its relationship with cognitive performance. Using event-related potential (ERP) technique, we will compare the differences of early visual processing between healthy older and younger adults. Behavioral methods, such as cognitive measures and visual training, will also be adopted. Throung well-controlled experiments and careful data analysis, we will extract different ERP components in early stages of visual cortical processing, such as perceptual components and attentional components. We will focus on the following questions: (1) How does aging affect early sensory processing in visual cortex? (2) How does aging affect the attentional modulaton on early stages of visual cortical processing, such as the modulation by spatial attention, feature attention and attentional capture? Furthermore, we will investigate (3) the correlation between age-related early visual cortical mechanisms and behavioral performance in various cognition tests, and (4) the influence of visual training on aging-induced deficits in early visual cortial processing. This project will have both theorical importance for revealing the early cortical mechanisms of aging and practial significance for improving the cognitive performance and mental health of older adults.

本项目以ERP技术为主要研究手段，结合行为认知功能测量和视觉训练，深入系统地比较健康老年人和青年人的视皮层早期信息处理时间进程，研究正常老化对于成熟大脑感知皮层可塑性和行为认知能力的影响机制。本项目通过严格精细的ERP实验设计和数据分析，区分不同的早期视皮层加工成分（感知成分和注意成分），并研究以下具体问题：(1) 老龄化对视皮层早期感知信息处理机制的影响；（2）老龄化对视皮层选择性注意（空间注意，特征注意和注意捕获等）加工机制的影响。在此基础上，探索性地研究（3）老龄化相关早期视皮层活动变化与个体行为认知能力的关系（4）能否通过视觉训练改变老化引起的视皮层早期加工功能衰退。本项目对于深入理解成熟感知皮层的老化机制，以及早期视皮层加工在认知老化中的作用具有重要的理论意义，对提高老年人认知功能和身心健康具有重要现实意义。

本项目以ERP技术为主要研究手段，结合行为认知功能测量和视觉训练，深入系统地比较健康老年人和青年人的视皮层早期信息处理时间进程，研究正常老化对于成熟大脑感知皮层可塑性和行为认知能力的影响机制。研究发现，（1）与年轻人相比，老年人的早期感觉ERP成分C1振幅下降，但是P1成分显著增强；这些老化效应不受实验任务注意负载的影响，可能分别反映了老化伴随的早期外周感觉通路的退化，以及由于长期经验导致的早期感知皮层信息传导通路的增强（代偿）机制；（2）与年轻人相比，老年人对于无关视觉刺激的注意抑制能力减弱，这种注意抑制功能缺损机制，最早体现在刺激出现后110-130ms的后部P120成分和前部N1成分，可能反映了老化伴随的腹侧枕区皮层和顶区皮层之间的交互作用减弱；（3）与注意抑制功能密切相关的“返回抑制起始时间（IOR-OT）”指标可以解释约25%的健康老年人综合认知功能个体差异，说明对于无关信息的注意抑制能力缺损是老年人认知衰退的关键因素之一；（4）通过长期（8-10天）的视觉搜索训练，复杂的训练目标图形可以自动捕获人们的注意资源，该效应由ERP成分N2pc表征（发生于复杂刺激呈现后180-280毫秒，源自大脑视觉腹侧通路下枕叶皮层的脑电活动），在训练结束3-5月之后依然保持，体现了知觉学习对于成年人大脑皮层可塑性的强大影响；这种可塑性不仅发生在青年人，而且可能存在于老年人群体中。此外，我们通过青年人研究建立了简单有效的适合探讨 “特征选择性注意及其与空间选择性注意的关系”、“朝向对比度早期自动检测”和“熟悉面孔识别的认知神经机制”的ERP实验范式，为今后进一步开展老年人的视觉注意机制研究奠定了基础。 .以上研究成果部分已经发表在国际权威认知神经期刊和老年心理学研究期刊上（Cerebral Cortex 2017；JGPS 2018；Frontiers in Human Neuroscience 2018；Cognitive Neuroscience 2018； International Journal of Psycholphysiology 2017；Psychophysiology 2016等）,还有很多研究成果正在论文撰写过程中，拟向国际顶级期刊（如PNAS和Journal of Neuroscence）投稿。