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推荐阅读！本文通过脑电图（EEG）、功能磁共振成像（fMRI）和行为学实验，研究发现健康衰老会延迟物体表征形成，且该延迟出现在高级腹侧视觉皮层，同时伴随神经分化降低。研究还证实相关神经表征与视觉行为有关，为认知衰老研究提供重要依据。
研究背景
衰老常伴随着认知能力下降，影响老年人日常能力。即便在无病理性脑变化的健康衰老情况下，处理速度、执行功能、情景和工作记忆等也会降低。视觉皮层信息处理的改变不仅影响老年人对世界的感知，如运动检测、方向识别和速度感知等，还会对高级认知功能产生影响。以往研究虽表明健康衰老会影响视觉处理，但对潜在神经表征的变化了解甚少。本研究旨在揭示老年人视觉物体处理背后的神经表征本质，探究大脑衰老对物体识别相关神经表征的影响。
研究方法
研究招募了 21 名年轻参与者（19 - 33 岁）和 22 名认知健康的老年参与者（60 - 73 岁）。通过三个独立实验，包括 EEG、fMRI 和行为实验进行研究。实验中采用 64 张自然图像作为刺激，涵盖面孔、动物、场景和物体四个类别。EEG 实验中，图像呈现 500ms，刺激间隔（ISI）在常规试验中为 400 - 500ms，在捕捉试验中为 1400 - 1500ms；fMRI 实验采用 750ms 开 - 关 - 开 - 关设计。行为实验通过多次排列任务，让参与者根据感知相似性排列图像。同时，运用多种分析技术，如多元模式分析、时间分辨分类、表征相似性分析（RSA）等对数据进行处理和分析。
研究结果
- 物体表征的时间动态
- 老年人视觉处理延迟：通过 EEG 电极模式的时间分辨分类发现，老年人在物体信息分类时，峰值潜伏期比年轻人延迟约 16 - 30ms，且在早期（60 - 160ms）分类准确率较低，这表明老年人的前馈处理延迟。在晚期（700 - 900ms），年轻人在类别和超类别分类上的准确率更高，可能与年轻人更高的持续注意力有关。
- 年龄组间相似的持续和瞬态动态：时间泛化分析（TGA）显示，年轻人和老年人的视觉物体处理中，瞬态和持续动态贡献相似，但老年人早期持续动态延迟，年轻人则有额外的晚期持续动态。
- 年轻人和老年人依赖相似但时间偏移的表征：RSA 分析表明，老年人的物体表征与年轻人相似，但在时间上有所偏移，较早时间点的年轻人表征与较晚时间点的老年人表征相关。
- 稳健的年龄组分类依赖于时间处理延迟：基于时间分辨的 EEG RDMs 对年龄组进行分类，结果显示在 90 - 335ms 的连续时间窗口内可以区分年龄组。当考虑年龄相关的时间偏移时，年龄组分类在年轻人峰值分类时间点（约 160ms）会失效，进一步证明时间延迟是区分年轻人和老年人物体处理时间动态差异的特征。
- 衰老延迟高级腹侧视觉皮层的物体处理：利用基于 RSA 的 EEG - fMRI 融合技术，研究发现与年龄相关的处理延迟发生在高级腹侧视觉皮层，如梭状回面孔区（FFA）、海马旁回场景区（PPA）和外侧枕叶复合体（LOC），而非低级到中级的腹侧视觉皮层（V1、V2 和 V3）。
- 老年人物体表征的独特性降低：在 PPA 和 LOC 区域，老年人的物体表征独特性显著低于年轻人，这表明健康老年人高级腹侧视觉皮层中的物体表征不如年轻人清晰，可能是由于神经去分化导致。在 FFA 区域，虽然年轻人的独特性分数在数值上更高，但统计结果并不稳健。
- 视觉物体表征与年轻人和老年人的行为相关：通过多次排列任务评估图像刺激的感知相似性，发现年轻人和老年人对图像集的感知相似。将行为 RDMs 与 EEG 和 fMRI 数据进行 RSA 分析，结果表明，通过 EEG 识别的视觉物体表征在年轻人和老年人中都与行为相关，但在老年人中出现的时间较晚。在高级腹侧视觉皮层的 FFA 和 LOC 区域，物体表征与判断感知相似性的行为相关，而早期视觉皮层的表征与该行为无关。
讨论
- 衰老延迟视觉物体表征的形成：研究表明，健康衰老会延迟视觉表征的形成，在所有研究的抽象水平上都存在延迟。TGA 分析揭示了持续动态对延迟的贡献，RSA 分析则证实了年轻人和老年人的表征相似但形成速度不同。此外，老年人在刺激呈现后 700 - 900ms 的分类准确率较低，可能与持续注意力降低有关。从 EEG 数据对年龄组的分类成功，为病理衰老的生物标志物研究提供了潜在方向。
- 年龄相关的处理延迟表现在高级腹侧视觉皮层：研究明确了年龄相关处理延迟的功能位点在高级腹侧视觉皮层，这对衰老高级认知研究和临床应用具有重要意义。同时，该结果与腹侧视觉皮层的年龄相关解剖变化相呼应，如 fusiform cortex 的灰质减少。
- 衰老降低类别选择性脑区的神经分化：研究发现健康衰老会导致高级腹侧视觉皮层区域（LOC 和 PPA）的神经分化降低，这一现象在不同分析方法和数据处理方式下都较为稳健。神经递质 γ - 氨基丁酸（GABA）可能是潜在的神经机制，年龄相关的 GABA 减少可能导致神经元侧抑制降低，从而使神经独特性降低。
- 年龄相关延迟与神经去分化之间的关系：研究推测，健康衰老主要通过改变视觉过程的时间计量影响视觉物体识别，且这些年龄相关的延迟可能部分导致神经独特性的降低。未来研究可对中年成年人进行分类，验证这一假设。
- 评估的神经表征与视觉行为相关：研究证实了评估的神经表征与视觉行为相关，确定了年龄相关皮层变化对行为的生态相关性，但这种关系是间接的，且可能因任务而异。研究是基于单独的实验会话将神经表征与行为联系起来的，未来研究需要解释这一过程中的变异性。
- 研究结果的普遍性：本研究结果为评估更高级和严重的衰老过程、探索依赖视觉输入的更高认知功能以及将研究结果推广到其他刺激提供了关键基线。
- 样本特征和效应大小：研究选取的是相对同质的老年样本，这限制了研究结果对一般老年人群的普遍性。预计在更异质的老年样本中，年龄相关处理延迟的效应会更明显。
- 视觉信息处理的阶段：本研究聚焦于无视觉病理且对比敏感度正常的同质老年样本，观察到年龄相关的峰值潜伏期延迟与高级而非低级视觉处理相关。在现实生活场景中，如驾驶，早期延迟可能会影响动态视觉输入的整合，导致决策和行动延迟。未来需要进一步研究年龄相关的感觉输入变化如何影响视觉处理延迟以及这些延迟在复杂认知任务中的行为影响。
- 刺激集：研究使用的刺激集涵盖了关键视觉类别，但未来研究需要用更大规模的刺激集来验证结果是否适用于其他类别或更精细的视觉内容。
结论
本研究全面阐述了健康衰老中视觉表征的本质，包括其时间计量、位点、机制和生态相关性。揭示了衰老对核心视觉处理的影响，强调在研究衰老高级认知时考虑感知相关延迟的重要性。
