老年可能需要更注重平衡

人的老化伴隨著認知功能的下降，從神經網路的角度看來，認知功能下降起因於神經網路原本的恆定性遭到破壞。一篇於2023年發表在Nature Neuroscience的研究，分別在年輕與老年小鼠上展示其視覺皮質在受到過度刺激後，腦部神經網路產生的變化，結果顯示年輕小鼠產生的變化為嘗試抵銷過度刺激帶來的影響，朝向回復原本平衡的方向變化，相反的，老年老鼠的腦部變化則是過度刺激帶來後果的延伸。

為了在小鼠的視覺皮質產生遠超正常的刺激，研究人員將在小鼠的周圍放置以40 Hz閃爍的燈光，對小鼠主要活動的8小時進行1小時休息、1小時閃爍的輪流刺激。結果顯示3個月大的年輕小鼠只要經過1天的過度刺激，視覺皮質平均神經活性就會顯著低於對照的小鼠，證實視覺皮質的神經活性會因為過度刺激而改變。之後，研究人員也將同樣的實驗對8個月與12個月大的小鼠進行相同的實驗，並觀察其視覺皮質神經活性的變化。實驗結果顯示過度刺激後，3個月大的小鼠視覺皮質降低活性的神經比例顯著多於12個月的小鼠，8個月的小鼠則居中。視覺皮質神經平均活性在之前的實驗中已知3個月的小鼠活性會顯著下降，然而12個月的小鼠活性卻不降反升。

研究人員進一步觀察視覺皮質神經突觸的變化，發現該腦區經過過度刺激後，突觸E:I比例(激發性與抑制性神經活動的比例)變化有明顯差異，3個月小鼠顯著降低，8個月小鼠沒有明顯變化，而12個月小鼠則顯著上升。進一步探討產生此現象的原因，發現突觸連結強度發生改變，如圖所示，在年輕小鼠中，受到過度刺激神經加強與下游抑制性神經的連結，反過來抑制自身或相關神經的活性，這個變化抵銷過度活化帶來的影響，並維持該區域神經活性的恆定性；相反的，在年長小鼠中，受到過度刺激神經反而加強與下游興奮性神經的連結，使得該區域的神經活性愈來愈強，無法維持神經活性的恆定性。

視覺皮質神經的恆定性對認知功能是否有影響呢？研究者對過度刺激老鼠與其對照組進行學習測試，發現12個月小鼠視覺皮質受到過度刺激後，學習速度顯著不如其他測試小鼠。總而來說，年紀較大的小鼠損失了維持恆定性的能力，遇到破壞平衡的刺激後，無法如年輕小鼠往抵銷破壞的方向轉變，反而進入活性越來越大的惡性循環中。

撰文：張誌元

參考資料：

Radulescu, C.I., Doostdar, N., Zabouri, N. et al. Age-related dysregulation of homeostatic control in neuronal microcircuits. Nat Neurosci 26, 2158–2170 (2023).