研究揭示：老年人脑电活动特征及其与认知能力的关系
研究揭示：老年人脑电活动特征及其与认知能力的关系
随着年龄的增长，大脑的结构和功能会发生哪些变化？这些变化如何影响我们的认知能力？最近一项发表在《Neuroimage》杂志上的研究，通过分析1703名老年人的静息态脑电图（EEG）数据，为我们揭示了衰老过程中大脑活动的复杂图景。
研究背景与目的
虽然许多大脑的结构和生化变化以前与年龄增长相关联，但关于神经网络功能属性的研究结果，反映在其电生理特征中，仍然相当有争议。这些差异可能源于多个原因，包括决定α频段总体频谱减慢的多种因素以及节律性和非节律性参数之间的振幅混合。我们使用一个大型数据集（N = 1703，平均年龄70岁）全面研究了多种EEG生物标志物中与年龄相关的变化，同时考虑了节律性和非节律性活动及其对认知表现的个体贡献。
主要发现
1. 老年人脑电活动特征
- 个体α峰频率（IAF）显著下降：研究发现，老年人的IAF随年龄显著下降，这一效应在整个皮质范围内稳健观察到，但在左颞叶最为显著。
- 1/f斜率随年龄变化：观察到功率谱密度（PSD）的1/f斜率随年龄变化，表明右额叶斜率趋平。
- 慢波功率未见显著变化：在慢波功率（α和θ频段）方面未见显著的与年龄相关的变化。
2. 脑电活动与认知的关系
- IAF与认知表现的关系：较高的IAF与更好的干扰抑制相关，特别是在工作记忆任务中。这一发现表明，较高的IAF可能促进老年期间干扰信息的分离。
- α功率与处理速度的关系：右额叶的α功率降低与较高的处理速度有差异性关联。这可能反映了右额叶区域的兴奋性增加，导致对刺激的更冲动反应。
- 1/f斜率与认知表现的关系：PSD的1/f频谱斜率的年龄相关变化可能表明右额叶兴奋性的增加，这可能导致对刺激的更冲动反应。
研究方法
研究采用了大规模双变量方法和基于簇的统计分析，以校正跨通道的多重比较。通过控制其他PSD变量以及性别和教育水平的影响，研究人员能够更准确地评估EEG参数与年龄之间的关系。
结论与意义
研究结果表明，在估计静息态EEG中与年龄相关的变化时，需要考虑PSD的节律性和非节律性成分。这对于不同频段的功率估计尤为重要。研究还支持了老年大脑功能重组的概念，特别是右额叶区域可能出现过度招募的现象。
这项研究不仅为理解大脑衰老过程提供了新的视角，也为开发针对老年人的认知干预措施提供了科学依据。
参考文献
本文发表在Neuroimage杂志。
关键词：EEG、衰老、周期性、非周期性、认知
亮点
• 大型数据集揭示了与年龄相关的EEG生物标志物和认知变化。
• 个体α峰频率显著下降，主要发生在颞叶。
• 个体α峰频率与工作记忆呈正相关。
• 在控制PSD的1/f衰减后，未见与年龄相关的α功率下降。
• 在老年样本中，α功率与处理速度呈负相关。
图1. 单个EEG通道的示例功率谱密度和静息态EEG参数的总平均拓扑图：θ和α功率、个体α峰频率（IAF）以及PSD衰减的1/f斜率（用虚线蓝线标出）。
图2. α和θ功率的与年龄相关的变化。拓扑图显示了相关系数，显著的传感器用黑色圈点标出。（A）α功率主要在额叶和枕叶区域随年龄下降，然而，当控制1/f频谱衰减后（即在去趋势后的PSD上测量），这种关系消失。（B）θ功率未观察到显著的与年龄相关的变化。
图3. 传感器空间和源空间中静息态EEG参数的与年龄相关的变化。形成显著簇的传感器用黑色圈点标出。散点图显示了显著EEG传感器的平均值。
（A）个体α峰频率（IAF）与年龄显著负相关，这一关系在传感器空间和源空间的整个皮质覆盖层上尤为显著。
（B）功率谱密度的1/f斜率在传感器空间的额中央通道和源空间的额叶与年龄呈负相关。
图4. 认知测验中提取的三个潜在因子，分别代表情节记忆、处理速度和干扰抑制。（A）相关矩阵显示认知测验中的大多数子量表彼此之间存在中等相关性。右侧的载荷强度表示特定量表对因子的贡献。（B）所有潜在因子均随年龄增加而下降。
图5. 静息态EEG参数与认知之间的关系。
（A）基于线性模型，个体α峰频率（IAF）与代表干扰抑制的因子显著相关。图中显示了标准化预测变量的估计值及其在不同区域由颜色指示的置信区间分布。交互项以冒号表示，显著效应以星号标出。
（B）图(A)中观察到的IAF与干扰抑制之间的正相关关系在源空间的皮质覆盖层上进行了绘制。
（C）α功率与另一个代表处理速度的因子呈负相关。这一效应在右额叶显著，但在其他区域不显著。
（D）图(C)中显著关系在源空间上的绘制。