聽(tīng)力損失是老年人最普遍的慢性健康問(wèn)題之一，80歲以上老年人中約有90%存在不同程度的聽(tīng)力下降。聽(tīng)力損失會(huì )嚴重影響到老年人的生活質(zhì)量和社會(huì )交往能力。日常生活中，我們不乏處于噪音環(huán)境，比如嘈雜的餐館。研究表明，即使是聽(tīng)力正常的老年人在噪音環(huán)境下也會(huì )經(jīng)歷不同程度的言語(yǔ)理解困難。然而目前我們還不清楚，老年人的大腦如何在聽(tīng)力下降和噪音環(huán)境的雙重挑戰下知覺(jué)和理解他人的言語(yǔ)。

　　隨著(zhù)年齡的增加，我們的聽(tīng)覺(jué)外周（包括耳蝸和聽(tīng)神經(jīng)）和聽(tīng)覺(jué)中樞系統（負責加工和理解聲音的腦區）出現功能衰退。但可喜的是，作為一個(gè)動(dòng)態(tài)的適應過(guò)程，老年人的大腦可能通過(guò)資源重組或認知策略改變以應對感知覺(jué)加工能力的下降。因此，老年人在噪音環(huán)境下加工和識別他人的言語(yǔ)時(shí)就需要調用更多的認知資源和腦區以作為一種代償。

　　通過(guò)與加拿大多倫多大學(xué)和羅德曼研究所的國際合作，中國科學(xué)院行為科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室的杜憶研究員運用功能性磁共振成像技術(shù)發(fā)現，位于大腦前額葉的言語(yǔ)運動(dòng)區（與言語(yǔ)的發(fā)音密切相關(guān)，包括布洛卡區和腹側前運動(dòng)皮層）對老年人在噪音環(huán)境下的語(yǔ)音分辨和識別具有重要的代償作用。該研究發(fā)現最新發(fā)表于Nature Communications (doi: 10.1038/ncomms12241)。

　　該研究分析了16名20-34歲的年輕人和16名65-75歲的老年人在不同背景噪音強度下進(jìn)行音節分辨時(shí)的大腦活動(dòng)。結果發(fā)現，老年人的言語(yǔ)運動(dòng)區比年輕人的言語(yǔ)運動(dòng)區激活程度更高。而且，老年人言語(yǔ)運動(dòng)區的激活程度與其任務(wù)成績(jì)顯著(zhù)正相關(guān)（Figure 1）。使用一種叫做多體素模式分類(lèi)的機器學(xué)習算法，他們進(jìn)一步發(fā)現，即使在沒(méi)有噪音干擾下，老年人的聽(tīng)覺(jué)皮層也無(wú)法對不同的音節形成特異性的神經(jīng)表征。即老年人的聽(tīng)覺(jué)皮層對語(yǔ)音信號的編碼呈現出同質(zhì)化的特點(diǎn)。然而，老年人言語(yǔ)運動(dòng)區的語(yǔ)音神經(jīng)表征（可能通過(guò)對說(shuō)話(huà)人發(fā)音姿勢的預測所產(chǎn)生）卻能在噪音干擾下保持一定程度的特異性（Figure 2）。這項研究證實(shí)了該團隊前期在年輕人上的發(fā)現，即言語(yǔ)運動(dòng)區比聽(tīng)覺(jué)皮層在噪音干擾下對語(yǔ)音信號的編碼具有更高的刺激特異性（Du et al., 2014 PNAS, doi: 10.1073/pnas.1318738111）。更重要的是，這項研究提示，老年人在噪音環(huán)境下理解他人的言語(yǔ)時(shí)會(huì )更多地依賴(lài)與發(fā)音相關(guān)的言語(yǔ)運動(dòng)腦區并采用一種預測性加工策略，即充分利用較少受到老年化和噪音影響的言語(yǔ)的發(fā)音知識和預期以代償受損的聽(tīng)覺(jué)加工。

　　該研究具有重要的臨床和工業(yè)意義，它為幫助聽(tīng)力受損的老年人設計和開(kāi)展言語(yǔ)康復訓練方案以及助聽(tīng)器等聽(tīng)力輔助設備的研發(fā)提供了新的視角和啟發(fā)。比如，在知道發(fā)音相關(guān)腦區對老年人的言語(yǔ)理解具有重要的代償作用后，研究人員可以針對該腦區設計相應的訓練方案以提高其功能以及與其他腦區的功能連接。

　　該研究獲得加拿大健康研究院基金支持。

　　Figure 1. Age difference in BOLD activity. Activity elicited by syllable identification at the NoNoise condition in young (a) and older adults (b). Activity in young adults vs. activity in older adults at the NoNoise condition (c) and conditions when two groups equaled in accuracy (average activity at -6 and -2 dB SNRs in young vs. average activity at -2 and 8 dB SNRs in older) (d). Results are thresholded at pFWE < 0.01. (e) Correlations between the mean activity across -12 to 8 dB SNRs in four ROIs (left POp, left preCG/postCG and bilateral STG/MTG) and the mean accuracy across those SNRs in older (red circles) and young adults (blue squares). The coordinates are in Talairach space. *, p < 0.05; **, p < 0.01 by Pearson’s correlations. POp, pars opercularis; preCG/postCG, precentral and postcentral gyrus; STG/MTG, superior and middle temporal gyrus.

　　Figure 2. Phoneme classification performance. (a) Regions with significant phoneme classification (area-under-the-curver (AUC) > 0.5, one-sample t test with false discovery rate corrected q < 0.05) at the NoNoise condition for each group. (b) Overview of ROIs and SNRs when significant classification was revealed in each group. SNRs at which each ROI showed significant classification are displayed on the y-axis, with ROI labels listed across the x-axis. The top half shows data from young adults and the bottom half shows data from older adults. 3, Heschl’s gyrus; 5, superior temporal gyrus; 8, planum temporale; 9, posterior lateral fissure; 10, supramarginal gyrus; 12, postcentral gyrus; 13, central sulcus; 14, precentral gyrus; 16, pars opercularis; 18, pars triangularis.

　　論文信息

　　Du Y, Buchsbaum B, Grady C, Alain C (2016). Increased activity in frontal motor cortex compensates impaired speech perception in older adults. Nature Communications, 7, 12241.

　　相關(guān)論文

　　Du Y, Buchsbaum B, Grady C, Alain C (2014) Noise differentially impacts phoneme representations in the auditory and speech motor systems. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111, 7126-7131.