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尧德中教授团队在Annals of the New York Academy of Sciences发表封面文章
文:卢竞 来源:生命学院 时间:2022-11-25 1484

  近日,我校生命科学与技术学院尧德中教授团队与多伦多大学Claude Alain教授团队合作在JCR一区杂志《Annals of the New York Academy of Sciences》发表题为“Music training modulates theta brain oscillations associated with response suppression”的研究论文,并被选为封面文章。电子科技大学神经信息教育部重点实验室为第一作者单位,卢竞副教授为第一作者。

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  认知衰老可以延缓吗?有没有简单易行的保持健康并延缓认知衰老的方法?近年来的众多研究表明,合理饮食、体育活动、双语学习、正念训练、游戏化益智训练、演奏乐器或参加合唱团等均可以帮助老年人保持身体和认知健康,但这些方法有效性背后的脑机制都有待进一步明确。本研究针对音乐训练对认知老化的干预效果展开研究,发现老年人参与音乐训练可通过调节前额叶脑区的theta节律振荡来改善其抑制控制这一重要的认知能力。同时,研究还发现想要通过音乐训练延缓认知老化可不能半途而返,只有持续的训练(即定期“剂量”),才可能维持音乐训练的益处。

  本研究招募了一批健康的老年受试者,分为音乐组、绘画组和对照组,音乐组和绘画组分别由专业的音乐或美术教师进行为期3个月的集中教学课程训练,而对照组则不开展训练。各组在训练前后,利用脑电设备和经典的GoNoGo认知范式采集相关数据。

  研究发现,在开展训练之前,与Go试次相比,NoGo试次在大脑前额叶区域产生的theta和beta节律能量更为显著,尤其是theta节律,这反映了执行控制参与的脑机制(图1)。进一步分析Go和NoGo试次之间的节律能量,发现3个月的音乐训练可显著减少Go和NoGo试次间theta节律能量的差异,而绘画组和对照组无显著差异(图2)。上述结果表明了前额叶脑区的theta节律振荡可能代表了对“意外信号”的编码(更强的theta振荡代表更易出错的反应抑制),而音乐训练后theta振荡减弱反映出音乐训练减少了易出错反应抑制的发生(即“惊讶”的减少)。theta节律振荡是一个潜在的指标,表明短期音乐训练可能不同于其他训练机制,可提升老年人的冲突检测和抑制控制能力。

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图1 训练前所有受试者前额叶脑区的脑电时频表征

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  图2 (A)Go和NoGo试次theta节律能量差异在训练前后的各组情况;(B)Go和NoGo试次beta节律能量差异在训练前后的各组情况

  为测试音乐训练效应到底能维持多久,在集中训练后的3个月(期间未开展训练)对同一批受试者开展了相同的测试,结果发现,音乐训练结束后3个月,在完成GoNoGo任务时,音乐组受试者NoGo和Go试次的差异在theta节律振荡上的表现有所反弹(图3),表明之前音乐训练对抑制控制能力改善的效果有所减弱,说明老年人需要持续训练(即定期“剂量”),才可能得以保持音乐训练带来的益处。

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  图3  Go和NoGo试次theta节律能量在训练前(pre)、训练后(post)和训练后3个月(follow-up)中的表现

本研究进一步从脑网络的视角,利用锁相值(Phase-locking value)开展了注意脑网络分析,揭示了上述theta节律变化是由于前额叶和感知觉区域之间连接的变化导致,这表明音乐训练可通过调节老年人的前额叶与视听觉等感知觉区域来改善老年人的执行控制功能(图4)。

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  图4 音乐组基于PLV的注意网络功能连接。(A)训练前测注意脑网络;(B)训练后测注意脑网络;(C)训练前测与后测注意脑网络间的差异;(D)训练后3个月注意脑网络

  本研究为音乐训练延缓认知老化提供了一些脑机制证据,有望为认知老化甚至阿尔兹海默症的早期干预提供新的策略。


  论文链接:https://nyaspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nyas.14861


编辑:林坤  / 审核:林坤  / 发布:陈伟