视空间工作记忆正常的老年人前额叶血流动力学特征

摘要：在老龄化人群中观察到记忆力下降，这是痴呆症后期发展的一个危险因素。了解老年人的记忆如何保存一直是一个重要的话题。本研究考察了记忆力与年轻人相当的老年人的血流动力学特征。在本研究中，45名年轻人和45名老年人执行了不同难度级别（即要记住的项目）的视觉记忆任务，并通过功能性近红外光谱（fNIRS）测量了他们在每个级别下的脑血流动力学。结果表明，在难度较高的情境下，老年人比年轻人表现出更高的激活。此外，表现与年轻人相当的老年人（即能够记住六个项目）表现出更多的右侧激活。然而，那些无法做到这一点的老年人表现出更多的左侧激活。结果表明，表现优异的老年人通过在特定的大脑区域招募认知资源而拥有成功的补偿机制。

关键词：衰老；记忆；功能性近红外光谱；脑血流动力学

引言

有充分的证据表明，正常的衰老与认知功能的逐渐下降有关，认知功能包括处理速度、选择性和分散注意力、情景记忆、语义记忆、视觉构建技能和执行功能。工作记忆是一种认知系统，可以临时存储和操纵信息，以进行广泛认知活动，也是衰老过程中下降的主要认知功能之一。然而，研究发现，一些老年人仍能保持稳定的认知功能。识别这些表现优异的老年人的特征，可能会为减缓与年龄相关的认知能力衰退提供见解。

功能性神经影像学研究报告称，与年轻人相比，老年人的激活模式不同。一些研究发现，老年人的激活程度较低，任务表现较差。一些研究表明，这种较低的激活反映受试者达到了认知能力的极限，并耗尽了满足认知任务的挑战性需求所需的神经资源。相反，在老年人中也观察到更大的激活。对此的主要解释之一是大脑衰老过程中的补偿处理。补偿假说认为，老年人花费额外的认知努力来补偿他们与年龄相关的神经效率下降。因此，当主观上任务需求较低时，老年人和年轻人的激活程度相当，因为这两组人都觉得任务毫不费力。然而，当任务需求较高时，在老年人中观察到更高的激活程度，这表明他们付出了更多的认知努力来处理任务。

研究调查了表现优异和表现不佳的老年人的激活模式，发现这两组人的偏侧激活程度存在差异，表明他们可能使用不同的补偿机制。然而，这些发现并不一致，不同研究报告了混合的偏侧化激活模式。具体而言，与表现不佳的老年人相比，表现优异的老年人表现出更多的双侧激活，或者在通常称为专门化的脑半球（即左半球用于语言任务，右半球用于视觉任务）上表现出或更多的单侧激活，但一些研究发现，激活在相反的一侧。这些不一致的发现可能归因于不同研究中两组人的认知表现差异。对于工作记忆，大多数研究都使用n-back任务表现的第50个百分位数作为区分两组的任意界限。然而，这种方法取决于n-back任务设计和招募样本的表现，使得两组之间的区别不明显。因此，一项研究中确定的两组可能在另一项研究中将以不同的方式分类，这可能会导致报告的混合结果。因此，一个具有标准化界限的实验范式可以更清楚地了解表现优异和表现不佳老年人之间的异质性，以便进行比较。

视觉记忆广度任务是一种常用的测量视觉空间工作记忆的实验范式。它是一种由Corsi木块敲击测试修改而来的标准化神经心理学测试，已广泛应用于研究和临床环境中。在其标准化版本中，演示者按顺序敲击板上的方块，受试者被要求立即重现该序列。正确再现的最长序列中的块数表明个体的视觉空间工作记忆容量。尽管开发了几种版本的视觉记忆广度任务，但性能相当。具体而言，认知正常的老年人通常获得5分，而轻度认知障碍或痴呆的老年人仅获得4分，甚至3分。相比之下，年轻人的得分为6-7分。

功能性神经影像学研究表明，背外侧前额叶皮层是在执行视觉记忆广度任务中发挥重要作用的大脑区域之一。最近，功能性近红外光谱（fNIRS）越来越多地用于神经影像学研究，以确定与任务相关的大脑激活。fNIRS是一种非侵入性光学神经成像技术，利用近红外光谱（650–950 nm）中的光来监测大脑活动引起的血流动力学反应。它测量神经元激活后脑组织内含氧（HbO）和脱氧（HbR）血红蛋白的浓度变化。已越来越多地用于研究健康老年人的血流动力学和视觉空间工作记忆处理。先前的研究表明，年轻人和老年人的HbO增加与认知需求增加有关，这表明fNIRS是估计认知努力的可靠且敏感的工具。此外，关于视觉记忆广度任务的fNIRS研究发现，双侧腹外侧和背外侧前额叶皮层的HbO浓度升高。此外，在年轻人和患有轻度认知障碍的老年人中，视觉记忆广度任务的较高认知需求与前额叶皮层更高的HbO浓度变化有关。这些发现表明，通过使用fNIRS测量视觉记忆广度任务期间前额叶血流动力学的变化，可以估计表现优异和表现不佳的老年人在不同认知任务负荷下认知努力程度的差异。

本研究旨在了解与年龄相关的工作记忆衰退背后的激活模式变化。当受试者执行视觉记忆广度任务时，使用fNIRS根据双侧前额叶区域的血流动力学估计认知努力。本研究首先比较了年轻人和老年人在认知努力方面的差异。据推测，老年人在视觉记忆广度任务中的得分低于年轻人，当任务的认知需求较高时HbO更高，这表明补偿性加工。本研究进一步探讨了表现优异和表现不佳的老年人激活模式的差异。预计在两组之间观察到两种不同的激活模式，分别代表成功和不成功的代偿反应。

方法

受试者

本研究共招募90名受试者。年轻组由45名年龄在18 - 22岁的本科生组成，而老年组由45名年龄在50 - 85岁的年轻-老年人和年老-老年人组成。受试者必须懂中文，且视力正常或已矫正至正常水平，才符合实验要求。参与者有任何报告的头部损伤史、神经或精神疾病史，或影响任务表现的身体残疾(如色盲，运动障碍)等，均不符合参加本研究的要求。所有受试者均无已知的脑血管并发症史。所有年轻人和21名更年老的受试者均未报告有可能影响血管系统的合并症。在剩下的24名受试者中，有6人报告患有糖尿病、11人患有高血压、11人患有高胆固醇血症、4人患有高血糖、2人患有心悸、1人患有冠状动脉疾病。在分析偏侧化模式时，老年组的2名受试者和年轻组的3名受试者被排除在外，因为他们的偏侧性指数超过了每组中平均偏侧性指数的±2SD。

所有招募的老年人在临床痴呆评定量表中得分低于1分，在功能活动问卷中得分低于9分，这证明了没有痴呆。此外，所有老年组的记忆能力均在正常范围内，根据一种在香港广泛使用的标准化语言记忆测试，即香港文字记忆学习测试（HKLLT）的10分钟延迟回忆分数和30分钟延迟回忆分数的年龄和教育程度调整标准平均值，z分数均在-1.5以上。本研究根据世界医学协会大会《赫尔辛基宣言》进行，并经香港中文大学-新界东联网临床研究伦理委员会批准。所有受试者在研究前都提供了书面知情同意书。

程序

在获得知情同意后，所有受试者都接受了fNIRS测试。在本次测试中，受试者被要求在fNIRS记录的背景下执行视觉记忆广度任务。他们被告知要坐着不动，尽量减少头部和身体运动，以避免运动伪影。还收集了他们的人口统计信息，包括年龄、性别和教育水平。

视觉记忆广度任务

视觉记忆广度任务范式改编自先前一项针对老年人的fNIRS研究，该研究中，当认知任务需求增加时观察到HbO增加。在这项任务中，每个试验都从持续10s的对照任务期开始。在此期间，受试者被要求注视电脑屏幕中央的十字架。对照任务完成后，电脑屏幕上呈现9个蓝色方块，持续1s。接下来，将一系列方块逐个变为黄色，持续1s。受试者被要求记住蓝色方块变为黄块的顺序。在此编码期后，将进入检索期。在此期间，右上角出现“开始”提示，右下角出现“完成”按钮。受试者被要求使用电脑鼠标按呈现顺序选择方块来重现序列（图1a），然后单击“完成”按钮。每个广度序列有两次试验，从两个区块开始到七个区块的序列（图1b）。为了让受试者熟悉这项任务，进行了两次练习试验。使用PsychoPy 2022.2.4版本进行刺激呈现。任务分数的计算是受试者在每个广度序列的两个试验中，任何一项试验正确回答的最长序列长度。还记录了每次试验的完成时间。与传统的任务版本不同，即使受试者达到最长的正确广度长度，任务也会继续。

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图1流程图显示A视觉记忆广度任务中广度级别为2的试验，B整个视觉记忆广度任务的流程

血流动力学测量

使用16通道OEG-SpO2系统（Spectratech Inc.,日本东京）记录视觉记忆广度任务期间的前额叶血流动力学活动。该设备利用波长为770和840 nm的近红外光，根据修正的比尔-朗伯定律估计受试者的相对HbO浓度。传感器由6个光源和6个探测器组成，以2×6矩阵交替排列（图2），光源-探测器的间距为3cm。根据国际10/20系统，底部探测器的中心放置在Fpz上。该设备的采样率为12.21Hz。

fNIRS数据预处理

将采集到的强度数据转换为HomER3数据格式，用于数据预处理。首先，使用hmR_Intensity2OD函数将强度信号转换为光密度变化。接下来，使用hmR_BandpassFilt函数应用0.1Hz低通滤波器来去除心脏伪影。然后，通过hmR_OD2Conc函数中修正的比尔-朗伯定律，将滤波后的光密度数据转换为HbO和HbR浓度变化，两个波长的差分路径长度因子的默认值为6。然后，基于HbO和HbR之间的负相关性，使用hmrR_MotionCorrectCbsi函数基于相关性的信号改进（CBSI）来改善信号质量并降低噪声。CBSI校正的HbO和HbR是使用hmrR_BlockAvg函数，利用任务开始前10s对照任务期间的数据校正基线。基线校正数据在每个试验的所有时间点上取平均值，然后在每个跨度的两个试验上取平均值。由于HbR信号反映了CBSI后的HbO，所以只分析了HbO数据。

鉴于视觉工作记忆在很大程度上依赖于双侧背外侧前额叶皮层，分析重点是该区域的fNIRS通道。根据先前的研究，该通道分为左侧（通道1-3）和右侧（通道14-16）前额叶区域。对左右区域内每个通道的HbO数据进行平均，以提高信噪比。

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图2当前fNIRS系统的光电极、通道排列和投影皮层位置。红点和蓝点分别表示光源和探测器。黄线表示16个fNIRS测量通道

此外，使用偏侧性指数的修改版本（即（AL–AR）/（|AL|+|AR|））计算偏侧性指标，以量化额叶激活的偏侧化，其中AL表示左侧的HbO变化，AR表示右侧的HbO变化。偏侧性指数是一种比率指标，反映了两个半球之间激活水平与整体激活水平成比例的差异，范围从-1到1。正值表示左侧化，负值表示右侧化。首先计算每个同源通道对（例如，通道1-通道16、通道2-通道14、通道3-通道15）的偏侧性指数。然后，对各对进行平均，以表示每个受试者额叶激活的偏侧化。

统计分析

首先，比较年轻组和老年组的人口统计学信息。使用卡方检验比较分类变量。对于连续变量，首先进行Kolmogorov-Smirnov检验以确定变量是否违反正态性假设。如果支持正态性，则进行独立样本t检验，如果违反正态性，则进行Mann-Whitney U检验。

比较视觉记忆广度任务的行为表现，包括分数和反应。采用Mann-Whitney U检验来检验分数的组间差异。进行卡方检验以确定该组与每个广度水平通过率之间的相关性。对于完成时间，进行混合方差分析以评估组（年轻组、老年组）×广度（广度2至广度7）的相互作用。计算Spearman的rho相关系数以确定反应时间和广度水平之间的关联。进行事后独立t检验以比较完成时间的组间差异。

对于HbO数据，进行混合方差分析以确定组（年轻组、老年组）×区域（左、右前额叶区域）×广度（广度2至广度7）的相互作用。与完成时间分析类似，进行Spearman的rho相关分析评估广度对HbO的影响，并进行事后独立样本t检验以评估不同广度水平下HbO的组间差异。

为了比较表现优异和表现不佳的老年人之间激活模式的差异，首先用单样本t检验分析了偏侧性指数，该检验在每组中与零进行比较，以确定两组在任务期间是否均被显著激活。采用独立样本t检验来评估组间差异。最后，在每组中进行配对样本t检验，以确定一侧的HbO是否大于另一侧。在该分析中，只分析了广度6级别中的偏侧性指数和HbO，因为该级别在这两组之间存在差异。

使用SPSS 28.0（IBM Corporation，Armonk，NY，USA）进行上述分析。所有检验（双尾）的显著性水平均设定为0.05。

结果

样本特征

样品特性如表1所示。老年组的年龄明显大于年轻组。两组在性别（p=0.052）和惯用手（p=0.31）方面没有显著差异，研究发现，老年组的受教育程度低于年轻组。

表1样本特征

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注：进行卡方检验来检验组间的差异

视觉记忆广度任务性能

平均而言，老年组的平均得分为5.4（SD=0.9），而年轻组的平均分数为6.9（SD=0.5）。两组的任务表现与先前研究一致，即健康老年人通常平均得分为5分，健康年轻人通常平均得分为6至7分。在目前的样本中，年轻组的表现明显优于老年组（Mann-Whitney U=243.0，p<0.001）。表2显示了通过不同广度级别受试者的百分比。卡方检验结果显著，χ2（5）=613.3，p<0.001，表明年龄与广度的不同通过频率有关。具体来说，研究发现大多数年轻人都能记住七个广度；只有四名受试者没有通过这一级别。然而，有37名老年人没有通过这个级别。此外，只有不到一半的老年人（n=16）通过了广度6级，超过一半的人（n=29）没有通过。进一步的分析以检查与这种任务表现差异相关的HbO激活模式，结果将显示在结果部分的末尾。

表2通过各广度级别的受试者百分比

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还分析了每个广度级别的完成时间。混合方差分析用于评估组×广度的相互作用。结果如图3所示。结果表明，广度的主效应显著，F（2.6，228.5）=182.8，p＜0.001，ηp2 =0.68。研究发现，年轻组在完成时间上表现出显著的线性（F（1，44）=393.44，p＜0.001，ηp2 =0.90）和二次趋势（F（1,44）=20.60，p＜0.001，ηp2=0.32）。老年组也出现了显著趋势（线性对比：F（1，44）=211.08，p＜0.001，ηp2=0.83；二次趋势对比：F（1，44）=15.66，p＜0.001，ηp2＝0.26）。此外，组间主效应显著，F（1，88）＝46.0，p＜0.001，ηp2=0.34，老年组的完成时间明显慢于年轻组（老年组：M=9.3s，SD=2.5s；年轻组：M=6.5s，SD=1.1s；p<0.001）。最后，组×广度的相互作用也很显著，F（2.6，228.5）=15.3，p<0.001ηp2 =0.15。组间比较显示，老年人在所有广度级别上的完成时间都明显更长（t=5.1–6.2，p<0.001，d=1.1–1.3）。显著的交互作用表明，完成时间的组间差异随着广度级别的增加而增加。老年人必须付出额外的努力才能完成任务，尤其是在需求量很大的时候。

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图3年轻组（n=45）和老年组（n=45）在每个广度级别上视觉记忆广度任务的完成时间。误差条表示均值的±标准差。星号表示完成时间组间差异的显著性水平。***p<0.001

年轻人和老年人的HbO变化

接下来，比较两组在视觉记忆广度任务期间各广度级别的HbO变化。采用混合方差分析研究组间、区域间和广度级别在HbO变化中的交互作用。结果表明，区域有显著主效应，组×区域、组×广度以及组×区域×广度的交互作用均不显著，p = 0.22-0.54。因此，为了进一步解释组×广度的交互作用，对各区域的HbO进行平均。广度有显著主效应，F(5, 84) = 38.3, p < 0.001，ηp2= 0.70。研究发现，老年组的HbO呈显著线性(F(1,44) = 114.21, p < 0.001，ηp2= 0.72)，二次趋势(F(1,44) = 7.59, p = 0.008，ηp2 = 0.15)。年轻组也观察到这些显著趋势(线性对比：F(1,44) = 60.08, p < 0.001，ηp2 = 0.58;二次趋势：F(1,44) = 6.87, p = 0.012，ηp2 = 0.14)。此外，组×广度的交互作用显著，F(5,84) = 5.8, p < 0.001，ηp2= 0.26。事后比较发现，老年组在6个广度水平的HbO均高于年轻组(老年组：M = 1.4µM, SD = 1.0µM；年轻组：M = 1.0µM, SD = 0.87µM；t(88) = 2.4，p = 0.020，d = 0.50)，广度7级别(老年组：M = 1.9µM, SD = 1.2µM；年轻组：M = 1.2 μ M，SD = 0.94 μM；t(81.8) = 2.9，p = 0.005，d = 1.1，图4)。左、右前额叶区域的HbO有显著差异。具体来说，老年组在广度6级别的左侧区域表现出较高的HbO，t(88) = 2.59，p = 0.011，d = 0.55，在广度7级别上，t(88) = 2.78, p = 0.007, d = 0.59，在广度7级别的右侧区域内，t(88) = 2.67，p = 0.009，d = 0.56。其他广度级别(级别2 ~级别5)的HbO变化无显著的组间差异，p≥0.15。该组的主效应不显著，p = 0.51。结果表明，与年轻组相比，老年组仅在认知需求较高的试验中表现出更高的HbO，表明在困难水平时需要更多的努力。

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图4年轻组（n=45）和老年组（n=45）在每个广度级别上视觉记忆广度任务的双侧前额叶区域的平均HbO。误差条表示均值的±标准差。星号表示HbO组间差异的显著性水平。*p<0.05，**p<0.01

如前所述，研究发现，老年群体的教育水平较低。然而，在当前样本中，教育水平与广度6级别（ρ=0.006，p=0.96）或广度7级别（ρ=0.061，p=0.57）的HbO没有显著相关性，这表明教育水平不太可能解释广度6和广度7级别中HbO的显著组间差异。

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图5表现不佳（n=28）和表现优异老年人（n=15）的广度6级别的侧性指数。正值表示左侧化，而负值表示右侧化。每个误差条上方的星号表示单样本t检验与零相比的显著性水平。相反，方括号上方的星号代表两组之间的显著差异。误差条表示平均值±标准差。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001

表现优异和表现不佳老年人之间的激活模式

在广度6级别中，35.6%的老年人能记住6个级别，64.4%的老年人记不住。以该级别的准确性为分界点，将老年人分为表现优异的老年人，他们的视觉记忆广度任务表现与年轻人相似（即在广度6中回答正确），以及表现不佳的老年人（即未能正确完成广度6）。表现优异的老年人（n=28）和表现不佳的老年人（n=15）之间没有显著的年龄差异，p=0.13。

然后研究了这两组之间激活模式的差异。首先，比较偏侧性指数(图5)。单样本t检验显示，表现不佳的老年人有显著的左侧偏侧性，t(27) = 3.2，p = 0.004, d = 0.60，而表现良好的老年人有显著的右侧偏侧性，t(14) = 2.5，p = 0.026，d = 0.47。此外，独立样本t检验显示，表现良好的老年人的偏侧性指数明显小于表现不佳的老年人，t(41) = 3.9，p < 0.001，d = 1.2，表现良好的老年组比表现不佳的老年人有更大的右侧偏侧性。

接下来，我们还比较了广度6级别中左右前额叶区域的平均HbO变化。单样本t检验显示，两组HbO均显著高于0 (p < 0.001)，这表明两组的双侧前额叶皮层均显著激活。与偏侧性指数中观察到的结果一致，表现不佳的老年人左侧区域的HbO增加幅度大于右侧区域(右侧：M = 1.3µM，SD = 0.90µM；左侧：M = 1.6µM, SD = 1.1µM；t(27) = 2.4；p = 0.026，d= 0.45，图6a)。相比之下，表现优异的老年人在右侧区域的HbO增加幅度大于左侧区域 (右侧：M = 1.8µM，SD = 1.2µM；左侧：M = 1.5µM，SD = 1.0µM；t(14) = 2.6，p = 0.022，d= 0.67，图6b)。双侧前额叶皮层区域的平均HbO变化在组间无显著差异(p≥0.11)。结果表明，表现优异的老年人通过在右侧前额叶区域内表现出明显更高的侧化激活，证明了成功的代偿处理。

一致地，在广度6级别上，表现优异的老年人的反应比表现不佳的老年人更快（表现优异：M=9.7s，SD=2.0s；表现不佳：M=12.6s，SD=4.5s；t(41.8) =3.0，p=0.004，d=0.84），这提供了一致的证据，表明表现优异老年人的认知效率高于表现不佳老年人。值得注意的是，两组在记忆能力方面没有差异。具体而言，HKLLT的10分钟延迟回忆（表现优异：M=9.6，SD=3.8；表现不佳：M=8.9，SD=2.7；t（23.8）=0.62，p=0.54）和30分钟延迟回忆的组间差异（表现优异∶M=9.1，SD=3.6；表现不佳∶M=8.7，SD=2.8；t（43）=0.42，p=0.68）不显著。因此，由于记忆能力的群体差异，表现优异和表现不佳的老年人在右侧区域的侧化激活方面不太可能有显著差异。

年轻人的激活模式

在了解表现优异和表现不佳的老年人之间的激活模式后，对年轻人进行了相同的分析，以确定在年轻组中是否也观察到偏侧化。单样本t检验显示，年轻组具有显著的右偏侧化，t（41）=2.73，p=0.009，d=0.42。此外，在广度6级别中，右侧区域的HbO增加明显大于左侧区域（右侧：M=1.17µM，SD=0.84µM；左侧：M=0.98µM，SD=0.97µM；t（41）=2.05，p=0.047，d=0.32，图6c）。因此，表现优异的老年人的激活模式与年轻人更相似，但与表现不佳的老年人激活模式不同。

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图6 前额叶皮层激活图展示A表现不佳的老年人（n=28）、B表现优异的老年人（n=15）和C年轻人（n=42）在视觉记忆广度任务中广度6级别时的HbO浓度变化（单位为µM）。在创建所有激活图时使用了来自各个通道的数据。红色表示激活程度较高，而蓝色表示激活程度较低。研究发现，表现不佳的老年人左前额叶区域的激活程度明显高于右前额叶区域（p=0.026），而表现优异的老年人右前额叶区的激活程度显著高于左前额叶区域（p=0.022）。年轻组右侧脑区也显示出明显更大的激活（p=0.047）。

讨论

本研究利用fNIRS通过测量视觉记忆广度任务中的前额叶血流动力学，来研究与年龄相关的代偿机制。研究发现，与年轻人相比，老年人的表现较差。此外，只有当试验的认知负荷较高时（即广度为6和7的级别，其中只有不到一半的受试者回答正确），老年人才会比年轻人表现出更高的前额叶激活。年长的受试者表现出一种补偿性尝试，即通过付出大量的认知努力来应对高认知任务需求，这与先前的研究结果一致。更重要的是，本研究进一步探讨了与老年人较高的视觉空间工作记忆表现相关的激活模式差异。结果发现，当认知需求较高时，表现与年轻人相似的表现优异的老年人具有更多的右侧激活。相反，表现不佳的老年人在左半球表现出更多的偏侧激活。鉴于视觉空间工作记忆通常被称为在右半球特有记忆，偏侧化模式的显著差异表明，表现优异的老年人通过将认知资源分配到专门的大脑区域而表现更好。相比之下，表现不佳的老年人由于有效地调动了相反区域的认知资源而没有付出太多的认知努力。因此，再加上表现优异的老年人反应时间更短，通常称为认知效率指数，人们认为表现优异的老年人认知效率更高。

与之前的研究利用n-back成绩的第50百分位数作为界限分数，区分表现优异和表现不佳的老年人不同，本研究试图使用视觉记忆广度任务来区分两组，该任务是根据临床环境中使用的标准化神经心理学测试修改而来的。考虑到年轻人在任务中的得分通常为6至7，表现优异的老年人被认为与年轻人一样保持了完整的工作记忆功能，因为这些老年人可以正确地完成广度6级别。有些人甚至可以正确地回忆起七个广度。因此，视觉记忆广度任务可以强制要求一个绝对的界限来区分表现优异和表现不佳的老年人，从而使研究结果具有可比性。此外，当招募的样本包括广泛的工作记忆能力时，n-back任务容易产生天花板或地板效应。相反，视觉记忆广度任务适用于具有不同工作记忆能力水平的样本，如认知正常、轻度认知障碍和痴呆的年轻人和老年人。因此，本研究采用视觉记忆广度任务。目前的研究结果支持使用这种实验范式来理解个体如何在认知负荷增加的情况下处理认知任务。

fNIRS测量的血流动力学反应依赖于神经血管耦合机制，该机制描述了神经元活动和血流之间的关系。先前的一项研究报告了与年龄相关的神经血管耦合下降；目前尚不清楚本研究中观察到的老年人中较高的HbO水平，是由于与任务相关的神经活动的差异还是与年龄相关的神经血管耦合的减少。如果观察到的差异是由于神经血管耦合的差异，那么在神经血管耦合保持和下降的老年人之间应该存在差异。假设患有可能影响血管系统合并症的老年人与没有合并症的老年人相比，神经血管耦合性相对下降，这两组在视觉记忆广度任务得分（p=0.41）和任务相关的血流动力学反应得分（p=0.23–0.65）方面没有显著差异。因此，本研究中观察到的神经血管耦合对年轻人和老年人之间任务相关的血流动力学反应差异的影响很小，甚至可以忽略不计。尽管如此，未来的研究在理解年龄对大脑激活的影响时，可能会考虑神经血管耦合中与年龄相关的差异。

关于与年龄相关的大脑激活变化，一直存在相互矛盾的结果。虽然一些报告称老年人的激活增加，但另一些报告称激活减少。此外，关于与补偿相关的神经回路假说（CRUNCH）模型也存在争议。这种补偿模型假设，当认知任务需求较低时，老年人表现出更高的激活，以补偿与年龄相关的认知处理能力下降。此外，当认知任务需求过高，超过了他们的认知能力时，他们表现出较低的激活。先前的研究报告了支持该模型的结论。然而，与CRUNCH模型的预测不一致，本研究发现，老年人在最困难的水平（即广度7级别）表现出明显更高的HbO，这具有足够挑战性，因为只有17.8%的老年受试者可以正确表现。这一发现与之前一项未能复制CRUNCH效应的fMRI研究一致。关于年龄相关的激活和不同补偿模型的混合研究结果表明，可能存在影响与年龄相关的大脑激活的调节因子，如前所述，年轻人和老年人之间神经血管耦合的差异。

老龄化已成为一个严重的全球健康问题，因为老年人的人口一直在加速增长。据估计，世界60岁及以上人口将从2020年的10亿增加到2030年的14亿，到2050年将翻一番，达到21亿。因此，制定有效的干预措施，减缓老年人的认知能力衰退或维持其认知功能，将有利于减轻老龄化问题带来的社会和经济负担。在本研究中，在表现优异的老年人中观察到更高的神经效率表明，通过提高老年人的神经效率来改善认知功能的可能性。大脑刺激技术，如经颅直流电刺激、经颅交流电刺激和经颅光生物调节，最近被认为是改变大脑功能的潜在有效干预措施。未来的工作可能会探索这些方法是否可以提高神经效率，减缓健康老年人与年龄相关的认知能力下降。

本研究指出了几个局限性。例如，本研究包括年龄在50岁至85岁之间的广泛老年受试者。此外，本研究中的老年组被评估为可能的痴呆症和记忆障碍。未来的研究可能会考虑招募一个更同质的年龄组，年龄范围更窄，认知评估更全面，可区分不同认知功能水平的受试者（例如，正常认知、轻度认知障碍和痴呆）。

总之，本研究表明，当执行任务对认知需求很高时，衰老与工作记忆的退化和额外的认知努力有关。此外，还发现，表现优异的老年人通过在右前额叶区域表现出更高的激活，来成功地进行代偿处理，该区域专门用于研究视觉空间工作记忆。然而，表现不佳的老年人在左前额叶区域表现出更高的激活，这表明将大量认知努力投入到非特定区域是一种失败的代偿性尝试。

参考文献：Prefrontal hemodynamic features of older adults with preserved visuospatial working memory function.