健康老龄化、信息处理速度以及记忆脑状态的参与度

《Neurobiology of Aging》：Healthy aging, processing speed, and mnemonic brain state engagement

　　•时间限制降低了老年人参与与任务相关的记忆脑状态的程度。•较长的处理时间能够使所有参与者更有效地参与记忆状态。•对参与者自身的解码显示，存在与年龄相关的偏向，倾向于记忆检索状态。

引言
老年人之所以记不住近期事件，是因为他们根本没有注意到这些事件。记忆在形成之前就已经丧失了，因为他们过于专注于过去。 —— Kim Stanley Robinson，《Green Mars》

健康的老年人通常表现出选择性记忆能力下降，特别是在情景记忆方面——即对发生在特定时间和地点的事件的记忆能力相对于年轻人有所减弱（Tulving, 1983; Wingfield和Kahana, 2002; Golomb等人, 2008）。例如，老年人可能无法记住上周二去当地图书馆的具体经历。与年龄相关的情景记忆下降可能是由于更依赖语义记忆——即对一般知识或事实的记忆（Tulving, 1972; Brod和Shing, 2019; Wynn等人, 2020; Matijevic等人, 2024）。这种对语义记忆的依赖可能与年龄相关的偏向有关，即倾向于基于部分线索重新激活存储的记忆痕迹（McClelland等人, 1995; Vieweg等人, 2015）。先前的研究表明，老年人更多地使用检索状态这种支持内部处理以访问存储信息的脑状态，而较少使用编码状态这种支持形成新记忆的脑状态（Moore等人, 2025）。鉴于老年人在不同任务之间切换以及抑制与任务无关的信息（包括抑制语义信息的检索）方面存在困难（Hamm和Hasher, 1992; Kray和Lindenberger, 2000; Wynn等人, 2020），记忆状态参与的年龄相关变化可能是由于执行处理能力的改变（Reuter-Lorenz和Park, 2014）。通过改变用于参与任务相关记忆状态和抑制任务无关记忆状态的时间，可以揭示出这些变化。本研究的目的是确定刺激处理时间对老年人记忆状态参与程度的影响。

老年人的情景记忆障碍可能是由于对语义知识的偏好所致。整个生命周期中，人们对语义记忆的依赖总体上有所增加（Ofen和Shing, 2013），并且老年人更依赖于先前的知识（Wynn等人, 2020）。情景细节与语义细节的回忆呈负相关，这种效应随着年龄的增长而加剧（Devitt等人, 2017）。尽管依赖先前的知识或图式/语义信息可以帮助记忆（van Kesteren等人, 2012），但专注于语义信息的定向任务可能会导致年轻人的自由回忆表现下降，并特别减少对学习项目之间共享的情景（时间）信息的依赖（Long和Kahana, 2017）。与年轻人相比，老年人在自由回忆任务中对时间关联的依赖较少（Wingfield和Kahana, 2002; Golomb等人, 2008）。因此，对累积的语义知识的更大依赖可能是对改变的情景机制的一种补偿（Castel, 2005）；然而，当先前的知识与当前任务需求冲突时，对语义知识的依赖可能会变得不适应（Lalla等人, 2022）。

与年龄相关的认知变化与默认模式网络（DMN）的变化有关（Raichle等人, 2001），DMN是一个支持内在导向思维的脑网络（Buckner和DiNicola, 2019），包括语义处理（Binder等人, 2009）和访问先前知识（Rubin, 2021）。DMN内的活动和连接性随年龄变化，并与情景记忆表现的变化相关（Grady等人, 2006; Damoiseaux, 2017; Staffaroni等人, 2018）。过度依赖DMN进行内部处理会限制待记忆刺激的外部处理，从而导致情景记忆缺陷（Stevens等人, 2008; Kim, 2011）。根据衰老的默认-执行耦合假设（DECHA, Turner和Spreng, 2015; Spreng和Turner, 2019），在健康衰老过程中，DMN变得更加持续活跃，并与执行控制网络更紧密地耦合。实际上，默认-执行耦合已被证明有助于将新信息与现有表征整合，尤其是在新信息与先前知识一致的情况下（Amer等人, 2019）。然而，当先前的知识与当前任务无关时，这种不灵活的耦合可能会阻碍表现（Rieck等人, 2017; Turner和Spreng, 2015）。如果不能充分抑制DMN活动，任务无关的想法和内部过程可能会在编码过程中侵入，从而增加分心并导致记忆表现下降（Amer等人, 2016; Sambataro等人, 2010）。鉴于老年人倾向于过度依赖先前的知识，再加上DMN的过度活跃，他们更有可能进入与任务无关的检索状态，这会加剧情景记忆的形成。

老年人还表现出执行功能的下降——这是一组相互关联的认知过程，包括工作记忆、抑制控制和注意力——相对于年轻人而言。健康衰老与整体处理速度的下降有关（Salthouse, 1993; Park等人, 1996），这种效应通常随着任务难度的增加和任务之间的切换而加剧（Salthouse等人, 1998）。特别是，老年人在切换两个不同的任务并忽略之前相关但现在无关的信息时，表现出更高的任务切换成本，行为表现也更差（准确性更低，反应时间更慢）（Kray和Lindenberger, 2000）。老年人对抑制过程的控制能力受损，这可能导致检索和维持与任务无关的知识（Amer等人, 2022; Lustig等人, 2007），尤其是对语义信息的偏好（Wynn等人, 2020）。老年人过度维持之前激活但现在无关的信息，导致“杂乱”的记忆表征，更容易受到干扰，并在检索时产生竞争（Biss等人, 2013; Spreng和Turner, 2019）。这种减少的抑制也与持续的对干扰信息的处理有关，从而加剧了“杂乱”并使记忆表现恶化（Amer和Hasher, 2014）。与这些行为发现一致的是，神经影像学证据表明，与年龄相关的执行过程下降与支持认知控制的大规模脑网络的变化有关（Rieck等人, 2021）。特别是，随着任务需求的增加，老年人表现出前额叶-顶叶控制区域的调节能力减弱，以及对DMN的抑制减弱，同时在具有挑战性的控制任务中，外侧前额叶皮质与DMN之间的耦合增强（Grady等人, 2006; Stevens等人, 2008）。这些模式表明，与年龄相关的执行控制变化可能与记忆脑状态参与的变化有关，共同影响记忆表现。

记忆脑状态支持年轻人的记忆。记忆编码和记忆检索构成了神经上不同的脑状态——整个大脑的活动/连接模式（Harris和Thiele, 2011）——分别对应于形成新记忆和访问存储记忆的需求（Long和Kuhl, 2019; Smith等人, 2022）。编码和检索依赖于重叠但相反的神经回路机制（Hasselmo等人, 2002; Hasselmo, 2005），因此这两种记忆状态之间存在权衡。通过使用带有明确编码或检索指令的记忆状态任务，先前的研究表明，年轻人可以根据自上而下的指令选择性地参与编码和检索状态（Smith等人, 2022）。参与检索状态可能会损害后来要编码的项目的记忆（Long和Kuhl, 2019），并影响刺激的处理方式（Long和Kuhl, 2021）。此外，年轻人还会招募检索状态来支持语义和情景检索（Bair和Long, 2026），并且这种招募与DMN招募的模式一致（Hong等人, 2023）。因此，当年轻人选择性地参与检索状态时，他们会招募类似DMN的神经模式，这对行为有下游影响。

健康衰老过程中，记忆脑状态参与会发生变化。像年轻人一样，老年人也可以遵循明确的指令进行编码或检索（Moore等人, 2025）。此外，两个年龄组的记忆脑状态都可以被可靠地解码。然而，关键的是，老年人参与记忆脑状态的程度上与年轻人有所不同。在老年人中，与编码和检索相关的神经活动模式表达得不那么强烈，与年轻人相比，老年人在被提示编码时显示出短暂的类似检索的参与。我们的解释是，老年人可能会不顾目标的关联性而参与检索，并且需要最少的时间来从这种与目标无关的脑状态中切换出来。

我们的假设是，老年人既倾向于检索状态，又在从与任务无关的检索状态中切换出来方面存在障碍。为了验证我们的假设，我们进行了一项记忆状态任务，在该任务中，我们明确引导参与者参与记忆脑状态，同时记录了头皮脑电图（EEG）。重要的是，我们改变了刺激持续时间（刺激在屏幕上显示的时间长度），以确定不同的刺激处理时间如何影响每个年龄组的记忆脑状态参与程度。我们使用了跨研究多变量模式分析（MVPA）来评估随时间变化的记忆状态证据。我们预测，增加的刺激处理时间（即更长的刺激持续时间）将使老年人能够从与任务无关的状态中切换出来，并进入与任务相关的记忆状态。

参与者
共有五十名年轻的英语流利者（32名女性，年龄范围=18-32岁，平均年龄=20.34岁）和五十名老年人（38名女性，年龄范围=60-87岁，平均年龄=70.55岁）参与了这项研究（见表1中的自我报告的人口统计数据）。年轻的参与者是通过在社区内张贴的传单招募的。老年人是通过Virginia认知衰老项目招募的，这是一个关于成年人的纵向研究（Salthouse, 2011）。我们的样本大小是根据...

老年人和年轻人在根据指令进行编码和检索时之间的切换
首先，我们试图复制先前的发现，即年轻人和老年人都可以根据自上而下的指令选择性地参与记忆状态（Moore等人, 2025）。基于我们的假设，即检索过去会以牺牲编码现在为代价，我们预计会发现列表2的编码试验的识别准确率高于列表2的检索试验，列表1的检索试验的识别准确率高于...

讨论
本研究的目的是确定刺激处理时间对老年人记忆状态参与程度的影响。为了验证老年人既倾向于检索状态又在从与任务无关的检索状态中切换出来方面存在障碍的假设，我们在年轻人和老年人参与者明确编码和检索物体刺激时记录了头皮脑电图（EEG），同时改变了刺激持续时间。我们使用了独立验证的记忆...

作者贡献声明
Hannah R. Buras：写作——审稿与编辑、原始草案编写、可视化、验证、软件使用、调查、数据分析、数据管理。
Subin Han：写作——审稿与编辑、调查、数据分析、数据管理。
Nicole M. Long：写作——审稿与编辑、可视化、软件使用、资源管理、项目协调、方法论、资金获取、数据分析、概念化。

伦理声明
所有参与者或其法定代表均已签署知情同意书，同意参加本研究并发表文章。所有参与者的隐私权得到了保护。
本研究是在遵守相关法律、监管框架和指南的情况下进行的。本研究得到了健康科学研究机构审查委员会的批准（批准编号21706）。

利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。

致谢
本工作得到了对应作者获得的多个资助。由于双盲同行评审的要求，相关识别信息已被删除。

Hannah R. Buras
Subin Han
Nicole M. Long