摘要 工作記憶，作為大腦的"備忘錄"，具有類似小黑板的功能，能夠暫時存儲信息，在使用后迅速清除。沒有工作記憶，高效的日常生活將變得困難。大腦的前額葉承擔著工作記憶的主要功能，尤其是稱為前額前葉(PFC)的區(qū)域，這一區(qū)域更容易受到老化引起的功能障礙的影響。老年人的健忘或忘記做某事，被認為是由前額前葉的工作記憶執(zhí)行系統(tǒng)的某些功能障礙所引起的，盡管個體差異(工作記憶容量)很大。然而，通過不同的任務(wù)的測試結(jié)果，探討伴隨老化的工作記憶在認知(認知)方面的一般性功能失調(diào)， 發(fā)現(xiàn)某些功能在老年人中并未明顯下降的情況。

關(guān)鍵詞：老年人、工作記憶、大腦的備忘錄、前額前葉、執(zhí)行系統(tǒng)

一， 工作記憶的容量

1.1 工作記憶

伴隨全球深度老齡化的發(fā)展趨勢，衰退中老年人的大腦能否適應(yīng)社會發(fā)展的問題變得預(yù)發(fā)重要。老化過程中老年人意識到自己年齡增長的原因往往是健忘，而這種經(jīng)驗多半源于老化引起的工作記憶功能下降，工作記憶是一種能夠同時執(zhí)行信息的臨時存儲和處理的暫時性記憶，某些健忘或忘記做某事實際上并非完全遺忘，而是無法順利檢索，恰恰是工作記憶的障礙表現(xiàn)。但是另一方面也研究發(fā)現(xiàn)了，并非所有的工作記憶任務(wù)都會老化出現(xiàn)成績下降，某些認知功能的下降也并不明顯。為了促進老年人在社會中的適應(yīng)性，有必要努力保持或通過訓(xùn)練增強老年人的工作記憶功能。

1.2 工作記憶容量

工作記憶是日常生活中必不可少的心理功能。若無法順利執(zhí)行這些功能會對日常生活帶來困惑，比如，記不起人名導(dǎo)致對話進展不順利，或者忘記帶錢包而無法購物等，這些現(xiàn)象即便在健康的成年人中也偶有發(fā)生。由于工作記憶的容量限制，信息暫時超載時，處理或存儲功能可能無法正常運作，從而出現(xiàn)所謂的健忘或遺忘性行為障礙。通常情況下，由于工作記憶的容量限制，因某種原因負荷暫時增加時會更易發(fā)生這些現(xiàn)象。工作記憶也被稱為大腦的"備忘錄"，是日常生活中不可或缺的，能夠保持信息數(shù)秒至數(shù)天。盡管老年人的工作記憶存在顯著的個體差異，但總體趨勢是"備忘錄"變小，為了記錄新的內(nèi)容，往往需要刪除并替換之前的信息。對老年人而言，添加新信息或完全檢索以前存儲的信息往往更加困難。即使是健康的青年人，最新的研究數(shù)據(jù)表明，工作記憶能夠同時存儲的容量僅限于三個信息。例如，在工作記憶測試(閱讀廣度測試)中，同時進行句子含義處理并保持(記憶)的詞語平均僅為三個左右。這類要求同時執(zhí)行保持與處理任務(wù)，被稱為雙重任務(wù)。

二， 工作記憶的未來導(dǎo)向性

記憶包括存儲知識的陳述性記憶、存儲運動技能等的程序性記憶以及存儲個人經(jīng)驗的情景記憶等，這些都是長期記憶，而非如工作記憶般的短期記憶。工作記憶通過將這些長期記憶與短期記憶連接，在實現(xiàn)目標的過程中扮演了時間上的粘合角色。也就是說，工作記憶將記憶中的知識連接到實際行動中，從而達到目標。此外，工作記憶還包括支撐制定計劃并考慮優(yōu)先順序來執(zhí)行的心理能力，稱為執(zhí)行功能。工作記憶多成分模型表明，工作記憶由中樞執(zhí)行系統(tǒng)控制和控制下的音韻循環(huán)和事件(情景)緩存區(qū)以及視覺空間模式畫板(視空板)子系統(tǒng)共同協(xié)作。這個模型中，通過音韻循環(huán)與語言性工作記憶鏈接、長期記憶性事件與事件(情景)緩存區(qū)鏈接，視覺意義記憶與視覺空間模式畫板連接來控制著人類的認知和行為或志向性意識(圖-1)。

工作記憶具有面向近未來的積極導(dǎo)向。該模型中的中樞執(zhí)行系統(tǒng)主要在大腦的前額前葉背外側(cè)區(qū)域(dorsolateral prefrontal cortex; DLPFC)中工作，其功能在前額前葉最成熟的青年時期達到頂峰。研究顯示，由于幼兒在4歲之前前額葉尚未成熟或65歲以上前額葉功能衰退時，該功能較為薄弱。

圖-1工作記憶的多成分模型

三，工作記憶與認知老化(cognitive aging)

伴隨大腦老化會影響老年人的工作記憶并且波及到行為。從行為數(shù)據(jù)來看，老年人由于工作記憶功能的衰退導(dǎo)致的健忘或行動遺忘在60歲以后逐漸增多。然而，個體差異顯著，有些人到80歲時仍與青年時期相差無異。還有些人卻因患上認知癥，在執(zhí)行工作記憶任務(wù)時出現(xiàn)了對任務(wù)理解問題。在腦科學(xué)上，工作記憶測試的成績下降或輕度認知障礙(mildcognitive impairment;MCI)檢測得分降低的時間節(jié)點，比單純年齡(65歲以上的高齡)更重要，因為這些變化在65歲及以后(或更早)發(fā)生會因人而異。健忘與記憶測試得分密切相關(guān)，并且MCI得分降低可能提高了認知癥的風(fēng)險，因此必須引起足夠重視。被稱為適應(yīng)社會生活的大腦基礎(chǔ)功能的社會大腦功能的衰退，往往與前額葉廣泛的功能下降有關(guān)。前額葉皮質(zhì)對工作記憶尤為重要，涉及高級思維、學(xué)習(xí)、自我認知等多種心理功能。

從老年期的更廣闊視角，觀察中青年期以后的整體認知功能變化，許多認知功能隨著年齡增加逐漸下降，但也有些認知功能在老年期仍能維持與中青年期相似的水平。例如，雖然工作記憶任務(wù)中要求快速反應(yīng)的部分確實有所下降，但并非所有認知功能都在老年人中表現(xiàn)較差，例如，保持著穩(wěn)定的心智理論(theory of mind)[4]功能，尤其是理解他人心理狀態(tài)的功能，對社會適應(yīng)性至關(guān)重要。只要社會大腦的中心區(qū)域內(nèi)側(cè)前額葉(MPFC)未受到嚴重損害，這一功能便可持續(xù)保持穩(wěn)定。因此，心智理論作為形成于幼兒期后的社會大腦功能，可能是終生維持最穩(wěn)定的部分。

近些年來，工作記憶領(lǐng)域的研究更多是從認知老化(cognitive aging)的角度廣泛展開，研究重點放在為何某些人工作記憶和記憶功能衰退較快，而另一些人則表現(xiàn)相對穩(wěn)定。工作記憶的多樣功能如何與健康老年人認知功能的個體差異相關(guān)也是研究重點。在很多研究測試中，涉及反應(yīng)速度的任務(wù)可能導(dǎo)致老年人的表面成績下降，但發(fā)現(xiàn)，調(diào)整反應(yīng)速度或按鈕按下的時間后，健康老年人與青壯年人的表現(xiàn)差異減少。這表明信息處理的效率與速度相關(guān)，信息處理速度的下降是老年人工作記憶表現(xiàn)不佳的原因之一。有關(guān)個體差異性的實驗表明，高容量工作記憶的老年人在高負荷任務(wù)下表現(xiàn)優(yōu)于低容量工作記憶的老年人(例如色彩視覺工作記憶任務(wù))。

圖-2 6種工作記憶任務(wù)的平均值(z得分)和年齡

(Salthouse TA: Individual differences in working memory and aging. In Working Memory and Ageing, ed. by LogieRH, Morris RG,1-20, Psychology Press, London,2015)

關(guān)于老年人普遍成績下降的許多研究數(shù)據(jù)表明，在不同年齡段中，包括老年人在內(nèi)的健康成人的工作記憶均表現(xiàn)了下降。研究了操作跨度(OSpan)、閱讀跨度(RSpan)和運行記憶跨度(Running memory)等任務(wù)，分別對724名、1460名和1563名25至85歲的被試者進行了測試，結(jié)果顯示在所有記憶測試中，成績隨年齡呈線性下降(z得分)(圖-2)。另一項對55753名8至75歲人群的視覺工作記憶的測試結(jié)果也表明，老年人的成績是下降的。此外，包含推理的烏鴉彩色矩陣檢測和記憶(詞語再生)以及需要速度的數(shù)字符號測試各任務(wù)同樣表現(xiàn)出下降趨勢(圖-3)。

工作記憶任務(wù)包含多種保持與處理任務(wù)，如n-Back任務(wù)、反向數(shù)字跨度任務(wù)、閱讀跨度任務(wù)和更新任務(wù)等。所有需要速度的任務(wù)中，老年人均表現(xiàn)出成績下降的趨勢。

圖-3 推理(烏鴉彩色矩陣檢測)、記憶(詞語再生)及速度(數(shù)字符號)任務(wù)的平均值(得分)與年齡

(Salthouse TA:Individual differences in working memory and aging. In Working Memory and Ageing, ed. by Logie RH, Morris RG, 1-20, Psychology Press, London, 2015)

四，前額葉的功能

在人體的生理發(fā)育發(fā)展過程中，例如將年齡(橫坐標軸)和體重(橫縱坐標軸)的曲線被稱為生長曲線，這一曲線從出生到成年期急速上升，隨后穩(wěn)定，最終在老年期逐漸下降。若測量腦重量，初生嬰兒的腦重量約為400克，一年后翻倍，在4至5歲時增至約3倍，到20歲時達到約1300克，此后從中年到老年逐漸減少。尤其是工作記憶的核心區(qū)域前額葉的體積數(shù)據(jù)更為有趣。研究者大極等人對457名從新生兒到老年人的健康者的腦部圖像研究顯示，前額葉皮質(zhì)在出生后至10歲迅速增長，至此與成人比率相近。然而，從30歲起體積比逐漸下降，60歲后緩慢減少，80歲后急劇下降。前額葉中，特別是前額前葉(PFC)包含重要的社會腦區(qū)域，如背外側(cè)前額葉(DLPFC)、腹外側(cè)前額葉(VLPFC)、內(nèi)側(cè)前額葉(MPFC)、眶額葉皮質(zhì)(OFC)和前扣帶皮質(zhì)(ACC)。這些區(qū)域形成的網(wǎng)絡(luò)參與控制社會適應(yīng)所需的認知與行為的執(zhí)行功能。老年人工作記憶的普遍下降可能與前扣帶皮質(zhì)(ACC)和背外側(cè)前額葉(DLPFC)中的執(zhí)行功能衰退有關(guān)。

五，執(zhí)行功能

執(zhí)行功能包括制定計劃并預(yù)測結(jié)果的能力、認知并評價當前行為的能力、抑制行為的能力，以及在特定情境下進行社會性抑制的能力。這些能力涉及信息更新和注意力的適當轉(zhuǎn)換。執(zhí)行功能的障礙會引起多種社會不適應(yīng)癥狀。前述的心智理論的基礎(chǔ)形成需要社會腦在4至5歲這一關(guān)鍵期的成熟，這也與前額前葉成熟后的執(zhí)行功能相關(guān)聯(lián)。同時，在執(zhí)行功能障礙的老年人中，心智理論功能也會下降。伴隨頻繁健忘的記憶障礙可能與老年期前額前葉功能衰退帶來的執(zhí)行功能下降相關(guān)。前額前葉的成熟與衰退對個體一生中的社會適應(yīng)發(fā)揮著重要作用。前額葉的內(nèi)外側(cè)以及頂葉、顳葉和枕葉的社會腦相關(guān)區(qū)域從出生到5至6歲間快速發(fā)展，并加速至20歲左右達到頂峰，隨后在中年期保持活躍，最終在老年期逐漸進入功能性衰退(圖-4)。

圖-4 衰老與額葉功能升降示意圖 [3]

六， 老年人中下降較緩的工作記憶任務(wù)

如圖9-4所示，前額葉的功能在青年期達到頂峰，并在老年期逐漸下降，但并非所有功能都會下降。圖9-5展示了年齡對五種工作記憶任務(wù)得分變化的影響。此數(shù)據(jù)由英國廣播公司(BBC)協(xié)助，通過互聯(lián)網(wǎng)收集了11萬名8至80歲參與者的得分(縱向條形圖表示數(shù)據(jù)的分布)。任務(wù)包括：數(shù)字跨度(按順序視覺呈現(xiàn)的數(shù)字再現(xiàn))、工作記憶跨度測試(閱讀跨度測試：一邊閱讀理解一系列句子的含義，一邊再現(xiàn)句末單詞)、特征綁定測試(顏色、形狀與位置特征的組合再現(xiàn))、視覺模式跨度測試(在矩陣上的視覺模式再現(xiàn))和空間方位測試(識別持桿的手的方向)。多數(shù)任務(wù)在20歲初期表現(xiàn)較高，數(shù)字跨度在30歲后期達到峰值，并在老年期幾乎不下降，而視覺模式和特征綁定的得分從20歲起便持續(xù)下降。這表明前額前葉參與的五種工作記憶任務(wù)受年齡影響不同(圖-5)。在數(shù)字跨度測試中，60多歲老年人與年輕人得分相差不大，空間方位和工作記憶跨度測試等任務(wù)的得分下降也較為緩慢。成績下降較緩的原因可能在于所使用的策略，若能運用語言策略，某些認知功能的下降便不那么顯著。

圖-5 隨年齡變化的五項工作記憶任務(wù)得分變化(以20歲得分為基準顯示z得分)

(Logie RH, Horne MJ, Pettit LD: When cognitive performance does not decline across the lifespan. In Working Memory and Ageing, ed. by Logie RH, Morris RG, 21-47, Psychology Press, London, 2015)

不同的任務(wù)對年齡的影響差異表明，工作記憶是由一系列不同的認知功能集合組成的，這需要修正老齡化導(dǎo)致所有認知功能下降的消極假設(shè)。此外，雙重任務(wù)(同時執(zhí)行兩個任務(wù))中老年人的表現(xiàn)通常會下降，但實際情況顯示，在數(shù)字跨度測試中年齡影響并不顯著，這也與傳統(tǒng)假設(shè)有所不同。數(shù)據(jù)的誤差分布顯示，老年人在數(shù)字跨度任務(wù)中更傾向于使用適合該任務(wù)的策略(特別是語言策略)，而年輕人則多使用單一策略(在視覺模式跨度任務(wù)中則往往相反)。另一個顯示老年人認知功能未下降的實驗是進行一項雙重任務(wù)，即在使用操縱桿追蹤電腦上隨機移動的目標的同時，重復(fù)聽到的一系列數(shù)字。對于健康者來說，雖然與單任務(wù)相比成績會下降20-30%，但老年人(28人，57-72歲)與年輕人(20人，20-31歲)相比成績并未顯著下降(圖-6)，而阿爾茨海默病患者成績則大幅下降(Baddeley A.等，1986)。

大腦前額前葉不僅與工作記憶有關(guān)還與"自我"意識有關(guān)，在幼兒期，大腦前額前葉逐步成熟過程中，個體對"自我"的意識開始萌芽，而在老年期，前額前葉功能下降的預(yù)兆則是對"自我喪失"的意識。老年人對健忘的認知可能帶有對自我意識喪失的潛在恐懼。若這種情況從輕度認知障礙(MCI)發(fā)展到前額前葉和海馬萎縮，便會導(dǎo)致自我崩潰。但由于年輕人和老年人間的個體差異較大，許多老年人仍然能夠維持與年輕人相似的社會大腦功能。此外，通過訓(xùn)練、其他腦區(qū)的重構(gòu)或補償機制，年輕人和老年人都可能進行認知功能的康復(fù)。

圖-6 健康年輕人與健康老年人在執(zhí)行單任務(wù)和雙重任務(wù)中的成績比較

(Baddeley A, Logie R, BressiS, Della Sala S, et al.: Dementia andworking memory. Q J Exp PsycholA, 38 (4):603-618,1986)

綜上以認知功能的差異和個體差異為例，老年人工作記憶功能就平均而言確實存在下降趨勢，但是"老年人工作記憶功能全面下降"的觀念并不完全正確，。為防止老年人認知功能衰退，亟需發(fā)展福祉與照護機器人等服務(wù)機器人。此外，通過腦機接口技術(shù)的進展，提高老年人身體功能和前額前葉功能的技術(shù)有望成為新的社會系統(tǒng)，同時防止社會大腦衰退的各種手段也急需得到了開發(fā)。工作記憶訓(xùn)練也有望提高前額前葉的活性值來提高認知成績，同時希望融合社會大腦領(lǐng)域的研究得到發(fā)展，以助力這一目標的實現(xiàn)。

楊金宇 初稿(健康界): 2024.11.11

引用資料：

[1] 最新老年心理學(xué) 単行本 2018/7/10 松田 修 (編集) 出版社: ワールドプランニング

[2] ワーキングメモリとコグニティブエイジング 苧阪直行 最新老年心理學(xué) P125

松田 修 (編集) 出 :ワールドプランニング

[3] 苧阪直行編:社會脳シリ一ズ8成長し衰退する脳;神経発達學(xué)と神経加齢學(xué).新曜社，東京，2015

[4] 心智理論(theory of mind)是一種理解他人心理狀態(tài)的能力，即能夠推測他人的信念、意圖、情感和觀點，并意識到這些可能與自己不同。

[5] ChatGPT 4.0

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