综述：整合计算建模、神经影像和神经调控以分解健康老龄化中的感知决策：方法、发现与空白的综述

《Frontiers in Aging Neuroscience》：Integrating computational modeling, neuroimaging, and neuromodulation to decompose perceptual decision-making in healthy aging: a review of methods, findings, and gaps

　　

感知决策（PDM）——将感觉输入转化为行为选择的过程——在健康老龄化中下降，导致反应变慢、准确性改变以及对生活质量的负面影响。基于模型的认知神经科学的最新进展，特别是漂移扩散模型（DDMs），能够将PDM分解为潜在成分（例如，证据积累、决策谨慎、非决策时间），并有助于识别与每个成分相关的神经回路。这种分解为旨在减轻与年龄相关的认知衰退的靶向神经调控干预（例如，经颅磁刺激（TMS））奠定了基础。尽管大量文献已成功地将DDM与神经调控相结合以增强年轻成年人的不同PDM成分，但在老年人群中的证据仍然严重不足。由于年龄相关形态、生理和连接性的变化，年轻成年人的发现不能直接推广到老年人。本综述强调了这一研究空白，并呼吁在认知模型和神经调控的交叉领域进行系统研究，以选择性地改善老龄化中感知决策的不同成分。

### 1 引言
感知决策（PDM）是受老龄化影响最基础的过程之一，涉及从环境中提取感觉信息并转化为分类判断。大量行为研究表明，健康老龄化与PDM表现下降相关，通常表现为反应时间（RT）延长和准确性降低。传统上，年龄相关的RT增加被归因于一般性减慢假说，但RT作为聚合结果无法区分PDM中的不同认知过程。漂移扩散模型（DDM）为分解PDM的潜在成分（如漂移率、决策阈值、非决策时间）提供了框架，从而克服了传统行为指标的局限性。尽管已有研究将DDM应用于老龄化研究，但认知成分下降与脑区活动之间的关系仍是重要问题。神经调控技术（如经颅磁刺激（TMS）和经颅电刺激（tES））为测试脑区活动与PDM成分下降之间的因果假设提供了工具，但大多数研究基于年轻成年人样本，其发现不能直接推广到老年人，因为脑老化伴随结构、神经化学和血流动力学等根本性变化。本综述旨在整合过去二十年关于年龄相关PDM变化的证据，重点关注计算建模、神经影像和神经调控的综合方法，并指出研究空白和未来方向。

### 2 方法学
本综述聚焦于健康老龄化相关研究，排除病理条件。搜索在Google Scholar和PubMed中进行，纳入标准包括：关键词相关性（如“感知决策”、“老年人”、“顺序抽样模型”、“DDM”、“fMRI”、“NIBS”等）、同行评审文章、2010-2025年发表、涉及健康老年和年轻成年人。仅关注视觉任务，因为视觉系统是PDM最常用的模型，可减少不同感觉模态衰老速率带来的异质性。对于行为数据和顺序抽样模型（SSM）参数部分，要求直接比较年轻和老年成年人的平均RT、准确性和SSM参数估计。对于神经影像和NIBS部分，纳入使用SSM分析行为数据或作为解释fMRI数据理论框架的研究。

### 3 年龄诱导的脑部生理变化
年龄相关的认知测试表现下降与结构、生理和神经化学变化相关。老年人大脑的灰质和白质萎缩始于约50岁，包括额顶叶皮层变薄和白质完整性降低，这与执行功能和信息处理速度下降相关。代谢层面，线粒体功能障碍、氧化应激和自噬受损影响神经元完整性和血脑屏障。神经化学层面，多巴胺系统改变尤为关键，多巴胺受体密度降低与行为变异性增加相关，多巴胺合成水平与任务切换效率相关，但关系因年龄而异。胆碱能系统完整性下降与注意力和情景记忆表现降低相关。这些神经生物学变化转化为PDM所需的感觉、运动和认知功能下降。感觉衰老导致噪声更大的感知表征，运动衰老导致运动输出变异性增加和运动执行时间延长。高级认知功能如执行控制、注意力和工作记忆也显示可靠下降，影响决策质量和速度。

### 4 感知决策过程有效性的年龄相关变化
年龄相关PDM的主要行为标志是RT增加，几乎所有任务中老年人都比年轻人更慢。RT增加可能源于脑功能（如执行控制、注意力、工作记忆、感觉系统）的衰退和中枢神经系统结构变化（如白质退化、皮质-皮质和皮质下-皮质连接减弱）。准确性方面的年龄差异不一致，有些研究未发现显著差异，有些则仅在特定刺激或指令下出现，且效应量通常较小。总体而言，健康老龄化与RT的强烈增加相关，而准确性模式变化较大，具有任务特异性。

### 5 感知决策与顺序抽样模型
感知决策被定义为基于噪声感觉信息在备选方案间选择的过程，常用顺序抽样模型（SSM）形式化。SSM假设决策时观察者积累噪声感觉样本直到达到阈值。DDM是最广泛验证的框架，能同时解释正确反应比例、正确和错误反应的RT分布，并将行为分解为有意义的潜在参数：漂移率（μ，反映证据积累效率）、边界分离（b，反映反应谨慎性）、起始点（X₀，反映初始偏向）和非决策时间（τ₀，包含感觉编码和运动输出）。这些参数具有选择性影响，如任务难度主要影响漂移率，速度-准确性指令主要影响边界分离。DDM的变体包括EZ-DDM、层次漂移扩散模型（HDDM）和线性弹道积累模型（LBA）等。

### 6 证据积累模型的年龄依赖性差异
#### 6.1 漂移率
大多数综述研究未发现年轻和老年成年人在不同认知任务中漂移率的显著差异，但在亮度辨别和面孔-物体分类任务中观察到下降，而在随机点运动任务中观察到增加。这些结果表明漂移率对年龄的依赖性因任务而异，无普遍下降，提示基本感知处理速度在健康老龄化中可能相对保持。

#### 6.2 边界分离
边界分离（决策阈值）在老年人中通常更宽，除少数研究无差异外。更大边界分离支持年龄相关反应保守性增加的假设，即倾向于积累更多证据再决策，往往以速度为代价。但练习可使老年人阈值显著降低，接近年轻人，表明保守性可能部分是一种适应性策略。

#### 6.3 非决策时间
大多数研究中非决策时间随年龄增加，但个别任务中年轻成人更高或无差异。非决策时间的增加支持年龄相关RT减慢部分源于外周阶段延长。练习不能改善该参数，提示其相对稳定且与基本生理变化紧密相关。总体而言，计算模型表明老年人通常采用更谨慎的策略（更高决策边界）和更长的非决策时间，而漂移率无一致年龄相关下降，反映了决策过程的重新配置而非简单衰退。

### 7 感知决策的fMRI相关
#### 7.1 证据积累的神经相关
fMRI研究主要关注与证据积累相关的脑区，包括顶内沟（IPS）、前脑岛（aINS）、背外侧前额叶皮层（DLPFC）、前辅助运动区（pre-SMA）和额下沟/回（IFS/IFG）。IPS被认为是猴LIP区同源物，常用于证据积累，但不同亚区功能不同。aINS是最一致的积累器，但确切角色仍有争议。DLPFC的作用存在变异，有的与证据积累相关，有的与元认知或冲突解决相关。其他前额叶亚区如IFS/IFG也被识别为积累器。类别选择性视觉区（如梭状回、海马旁回）也表现出刺激特异性积累样活动。pre-SMA和前扣带皮层（ACC）与证据积累和速度-准确性权衡相关。

#### 7.2 与PDM相关的其他过程
早期感觉处理区域（如舌回、楔叶、MT+）活动反映刺激属性而非决策过程。pre-SMA被认为参与设置决策阈值，IFG参与反应抑制以防止过早决策。皮质下结构（如尾状核、苍白球、小脑）也表现出积累信号，但角色未完全确定。

#### 7.3 使用SSM识别的PDM不同成分的神经相关
部分fMRI研究将SSM直接应用于行为数据以预测BOLD信号或解释神经活动。例如，Ho等使用LBA模型预测了BOLD波形，确认右侧aINS为跨模态积累器。Liu和Pleskac使用DDM验证了刺激相干性主要影响漂移率，并在IPS、FEF、aINS和IFS中观察到低相干性产生更高BOLD。Kayser等拟合DDM发现IPS中BOLD与相干性呈反比。Krueger等使用DDM显示错误惩罚增加决策阈值，并识别出双侧aINS、小脑和尾状核为积累候选区。Tremel和Wheeler使用HDDM将颞下回BOLD斜率与漂移率正相关。SSM在fMRI中起双重作用：理论层面解释BOLD动态，定量层面生成可检验预测。

#### 7.4 感知决策神经相关的年龄差异
研究老年PDM神经相关的文献稀缺，原因包括BOLD信号受血管健康影响、脑萎缩导致空间标准化困难、感觉衰退等。研究发现老年人BOLD信号变异性降低，尤其在默认模式和额顶区域。任务难度增加时，ACC活动在老年人中增加，而年轻人无此关系。老年人可能表现出更广泛的额叶激活，如Premotor和中额叶回，但有时缺乏额叶招募。额顶网络过度激活和默认模式网络抑制减弱被视为神经认知衰老标志，但过度激活可能与血管变化有关。元分析表明老年人在认知任务中前额叶激活增加，感知任务中枕叶激活减少，符合补偿或分化说。

#### 7.5 年轻和老年成人之间模型参数与神经相关关联的差异
少数研究连接神经影像和建模来理解年龄差异。Kühn等发现DDM参数与脑活动的关系在年龄组间保留：纹状体活动仍与决策阈值相关，IPL活动仍跟踪漂移率。Forstmann等结合LBA和扩散加权成像发现老年人采用更高反应阈值，且灵活性降低，与pre-SMA-纹状体白质连接减弱相关。

### 8 非侵入性脑刺激对PDM的因果映射
非侵入性脑刺激（NIBS）如TMS和经颅直流电刺激（tDCS）可用于测试脑区与行为之间的因果关系。TMS通过诱导电流直接触发动作电位，具有高时空精度，而tDCS仅调节神经元兴奋性，便携且安全。在PDM研究中，结合SSM可以确定刺激影响的具体成分。大多数NIBS研究在年轻成年人中进行，老年人证据极少。TMS研究中，低频rTMS或连续θ爆发刺激（cTBS）抑制皮层兴奋性，间歇θ爆发刺激（iTBS）增强兴奋性。刺激靶点常选DLPFC（与证据积累相关）和pre-SMA（与决策阈值相关）。Philiastides等对左侧DLPFC施加1Hz rTMS降低了漂移率。Tosun等对右侧pre-SMA施加cTBS增加了边界分离和漂移率。Berkay等使用双向TBS证实pre-SMA控制决策阈值。Rahnev等展示了额叶皮层沿头尾轴的层级组织。tDCS研究（如Hollander等）未观察到对DDM参数的显著影响。NIBS的因果证据应视为区域、任务和协议特异性的。唯一一项直接比较年龄组的研究（Fujiyama等）使用tDCS刺激rIFG或pre-SMA，发现年龄依赖效应：年轻人在两种刺激下Go RT均加快，老年人仅pre-SMA刺激有效；反应抑制方面，年轻人仅rIFG有效，老年人仅pre-SMA有效。但该研究未估计DDM参数。

### 9 结论
本综述表明，整合数学建模、神经影像和神经调控为分解PDM的认知和神经成分提供了强大框架。SSM特别是DDM能够分离潜在过程，克服传统行为指标的局限。在年轻成年人中已取得进展，但老龄化脑研究严重不足。现有证据表明老龄化伴随决策过程的系统性重新配置，而非均匀衰退。老年人通常表现出增加的反应谨慎性和延长的非决策时间，漂移率效应不一致。神经层面，结构退化、神经化学改变和网络重组可能改变决策相关区域的功能。NIBS在年轻成年人中提供了初步因果见解，但证据强度不均，且未在老年人中验证。未来需在老年人群中系统结合计算模型、神经影像和神经调控，以确定哪些成分可被选择性靶向改善认知衰退，并桥接实验模型与临床干预。