Aperiodic activity in the prefrontal cortex compensates for age-related decline in hippocampal theta and gamma oscillations during navigation
这项研究表明，导航过程中海马体 波和 振荡随年龄增长而出现的衰退，通过前额叶皮层非周期性谱斜率的变平进行了补偿，揭示了一种支持衰老过程中认知韧性的区域特异性神经动力学转变。
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随着年龄的增长，我们的大脑经历着一场悄无声息却又深刻的变革。其中最可靠的变化之一，便是我们导航空间和记忆事物位置的能力下降。几十年来，科学家们一直知道，大脑深处一个被称为海马体的小型海马状区域，是这种空间记忆的引擎。在年轻的大脑中，这个区域跳动着特定的电律，帮助我们构建周围环境的精神地图。然而，在年长的大脑中，这些律动往往会减弱，导致寻路能力受损。然而，并非所有人失去记忆的速度都相同。一些老年人尽管海马体在衰老，却依然保持着敏锐的导航能力，这表明大脑具有一种隐藏的适应能力，能够寻找解决旧问题的新方法。理解这一过程，可能揭示认知韧性的秘密，为如何随着年龄增长保持大脑健康提供线索。
一支研究团队致力于通过直接聆听人类大脑内部发生的电信号对话，来揭示这种韧性的机制。他们研究了69名年龄在19岁至61岁之间的癫痫患者。由于这些患者已经植入了电极以定位癫痫发作的来源，研究人员能够以非侵入性方法无法达到的精度记录神经活动。患者在笔记本电脑上执行一项虚拟现实导航任务，引导一个角色穿过迷宫以寻找隐藏物体。当他们移动时，电极捕捉到了大脑的电信号，使科学家能够将两种截然不同的活动区分开来：一种是被称为振荡的有节奏的波状模式，另一种是并不遵循特定节奏的稳定背景嗡鸣活动。
研究人员发现，随着患者年龄的增长，海马体中的节律性波（特别是慢速西塔波和快速伽马波）变得越来越弱。这些波对于编码空间信息至关重要，它们的衰退与导航任务表现的下降直接相关。那些西塔波和伽马波下降最明显的年长参与者，在尝试寻找隐藏目标时犯了更大的错误。这证实了长期以来的观点，即衰老的海马体难以产生进行空间记忆所需的特定电律。然而，故事并未就此结束。团队还分析了稳定的背景嗡鸣，他们通过观察大脑电谱的斜率来进行测量。他们发现了一个迷人的对比：虽然海马体的背景活动随着年龄增长变得更加僵化和陡峭，但负责规划和决策的前额叶皮层（大脑前部的区域）的背景活动却变得更加平坦且活跃。
前额叶皮层的这种转变似乎是一种补偿机制。研究人员观察到，那些即使在海马体律动微弱的情况下仍保持强大导航能力的年长者，其前额叶皮层具有明显的平坦电斜率。这仿佛是大脑的前部正在挺身而出，承担起衰老的海马体无法独自完成的工作。当研究人员根据大脑活动对参与者进行分组时，那些拥有微弱海马体律动但具有平坦前额叶斜率的人，表现得与年轻健康的导航者一样出色。相比之下，海马体律动微弱且前额叶斜率陡峭、僵硬的年长者则表现得非常吃力。这表明，当海马体开始功能不全时，大脑可以通过重新路由资源，更多地依赖前额叶皮层来维持空间记忆。
研究还表明，这种补偿作用是针对我们使用记忆的方式而言的。当任务要求参与者回忆他们曾经见过的场景时，年长者的表现比任务内容发生变化时更吃力。海马体律动的下降在这些熟悉场景中最为显著，表明衰老的大脑在基于场景的记忆检索方面存在特殊困难。研究人员排除了这些变化仅仅是由患者的癫痫或药物引起的可能性，因为即使在控制了这些因素并观察另一组处于静息状态的患者时，这些模式依然成立。研究结果表明，衰老的大脑不仅仅是功能的丧失，更是重组。海马体节律性波的下降是真实且可测量的，但大脑通过改变前额叶皮层电平衡来维持功能的能力，为保留记忆功能提供了路径。这一发现强调，认知韧性不仅在于预防衰退，更在于大脑动态调整其内部布线以让我们在世界中保持定向的能力。
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