听错、听混、听反=衰老征兆？神经元衰老后，我们如何感知世界？

我们的皮肤细胞死了又长，身体机能得以维持，这似乎理所当然。但对于大脑——这个由几乎不可再生的神经元组成的器官来说[1]，当脑细胞随着衰老一个接一个永久死去时，我们的感知、记忆和思考能力，为何还能在几十年里依旧稳定持久？

近期，来自德国的科学家们，就在Nature子刊上的一篇研究，为我们揭开了这个谜团的一角[2]：即使部分脑细胞死亡，我们的大脑也能在短短几天内自动修复，维持功能的稳定。

为了让大家能够吃透本文内容，这里先介绍两个关键的前置信息：1、大脑如何处理信息；2、神经元的工作方式。

以大脑理解声音来举个栗子：大脑并不会为每种声音（如狗叫或钢琴声）都准备一个专属神经元，相反，大脑会通过激活神经元群体来识别。

它们有点像音乐库中的标签，如高音、人声，甚至周杰伦风格（bushi）。当你听到一首钢琴曲时，其实是一大群相关的神经元（标签）被同时激活，它们被打上中音、节奏舒缓等一系列标签，这个独特的标签组合，就构成了大脑对钢琴曲的独特神经编码。

怎么样都不会想成一种声音吧……

核心来了，通过分析这些组合之间的相似程度，我们就能为所有声音建立一张声音关系图（表征图），它代表了大脑对整个声音世界的理解。比如Do音和Re音，它们因为组合相似，所以在这张图上的位置非常接近，而鸟叫和汽车喇叭……不用说你也懂——相隔甚远。

图注：来自本研究的34种不同声音均会激活一个特定的神经元组合，构成了小鼠听觉皮层的声音地图（对角线上的方格，对应的都是同一个声音与它自身的比较，非对角线上的每一个方格，对应的都是两种不同的声音之间的比较）

另一个关键概念是神经元调谐（Tuning）。虽然听起来很专业，但其实就是说，每个神经元都有自己的口味偏好。

就像收音机要调准频道声音才最清晰。一个神经元可能只对1000赫兹的音高反应最强烈，对500赫兹的声音可能置若罔闻，这个偏好的精确度，决定了其调谐曲线是专一（高而尖）还是博爱（矮而胖）。

图注：就像收音机，只有准确调到某频道才会发出最清晰的声音

有趣的是，即使在大脑完全健康的状态下，每个神经元的偏好也并非一成不变，它总是在悄悄地变化和漂移。不过尽管单个神经元如此善变，整个大脑对声音的理解（表征图）却能保持惊人的稳定。

图注：大脑能不断地协调神经元的变化

好了，前菜上齐，现在让我们正式进入这篇脑科学研究。

鉴于衰老过程中神经元损失的必然性，科学家们通过移除大脑听觉皮层中30-40个对声音反应最活跃、贡献最大的神经元（约占观察区域的3%），来模拟功能性神经元随着衰老发生不可逆损失的真实情景。而在移除这些核心神经元的第二天（Day 7）后，灾难便发生了：

原本结构清晰、色彩分明的“声音关系图”（表征图）变得一片模糊，其内部相关性急剧下降（表现为图片颜色对比度降低），大脑不仅丧失了识别单个声音的能力，还失去了判断不同声音之间关系的能力，导致整个声音分类体系陷入混乱。 

就像是一辈子和一杯子， 大脑不再能清晰地划出“yī bèi zi”和“yī bēi zi”之间的界限。当听到其中一个词时，被激活的神经元群体可能与另一个词的群体有大量的重叠，最终，大脑做出了一个最省力的判断，将听到的声音错误地归类到了那个相似但错误的词上。

不过，这个受损的状态并不是永久的。在接下来的几天里（Day 9, 11, 15），科学家们发现那张被破坏的、模糊的图谱，结构一天天变得清晰，色彩对比度也慢慢增强，等到实验结束时，这张图的功能已经恢复到接近受损前的水平。

可别以为只是简单的回到过去，在观察恢复过程的时候，科学家们发现了一个直击真相的反常现象：那些幸存下来的、原本活跃的神经元，它们的调谐曲线变得异常的狭窄和尖锐，只对自己最喜欢的声音产生强烈反应。

图注：数值越小代表调谐曲线越窄、越尖锐

这是否意味着大脑是靠这些幸存者老兵变得更专一来完成修复？并非如此，单靠这种收缩防御的策略，并不足以“重建”整个大脑，真正扭转乾坤的，是一股新生力量的崛起。

这股力量，正是那些先前在大脑网络中沉睡的神经元。 它们并非没有功能，只是在损伤前被调谐至其他任务从而保持沉默。当大脑网络受损后，这些沉睡细胞（unresponsive neurons）被迅速激活，其反应强度随着时间推移持续增强，最终主导了整个修复过程。

而且这些细胞，似乎还展现出惊人的“智能”：它们能感知到大脑网络中功能上的缺失，并主动调整自身调谐特性，去模仿和继承那些开头被移除的精英神经元，最终重新稳定整个网络回路，填补了大脑因损伤而失去的功能。

不过，这个看似强大的自愈过程，也并非万无一失。我们都知道，大脑中的神经元主要分成兴奋性神经元（负责传递处理信息）和抑制性神经元（调节神经元活动、维持大脑网络平衡），所以移除不同类型的神经元，所引发的自愈反应及其最终后果……可能天差地别。

先来移除一下兴奋神经元，大脑的修复机制确实能够被有效激活：沉睡细胞被唤醒，大脑网络恢复。但在此过程中，幸存的抑制神经元细胞表现出更剧烈且持久的反应不稳定性，其响应稳定性也因此受到了影响。

图注：抑制神经元对神经网络的完整性极为敏感，它们是维持秩序的核心

换个目标，移除抑制神经元？那神经系统就会非常不稳定，声音表征图陷入了持久的模糊和混乱，其功能在长时间内都无法恢复至正常水平，神经元响应状态的稳定性遭到破坏，整个系统失去了有效的自我修复与引导，导致本应发生的修复过程未能成功启动或完成。 

在最后的总结性示意图中，这两种截然不同的修复命运形成了鲜明对比：移除兴奋性神经元后，大脑网络尚能恢复；移除抑制性神经元，网络则会陷入持久且严重的功能障碍。所以想要这种修复机制的有效运作，还需抑制性神经元的持续调控。

大脑这种神奇的自我修复能力，并非凭空产生。在神经科学领域，科学家们将其称为认知储备（Cognitive Reserve）[3]——一种对抗大脑损伤和衰老效应的内在保护机制。

这份储备从何而来？此前研究表明，它主要由两部分构成：一是天生优势，比如更大的脑容量（脑储备，涉及遗传、大脑的物理大小和神经元数量）；二是，也是更重要的，即个体通过后天生活经历和学习所获得的、灵活的补偿与应对能力。

图注：脑储备、内层的认知储备二者共同决定了我们对抗大脑损伤的能力

简单来说，你一生中所有挑战大脑、让它保持忙碌和学习的活动，都在为你的认知储备添砖加瓦。

图注：认知储备受教育、生活习惯和基因影响，可通过脑成像和脑电技术测量

比如更高的教育水平：赋予你更高效的思考模式和问题解决策略；

或是更复杂的职业（医生、教师或工程师等）：强化了你的多任务处理与决策能力；

再比如丰富的休闲活动，无论是学一门乐器、掌握一门外语，还是坚持阅读和社交等等。

虽然以上经历，并不能让你的脑细胞变得现不可摧，但它们会在你人生的不同阶段，持续不断塑造和优化你的神经网络，让它运作更高效、更具灵活性。当面对衰老带来的神经元丢失时，一个拥有更高认知储备的大脑，就能更快地定位问题所在，执行修复机制的能力自然更强，效率也更高。

图注：高认知储备人群（橙红线）的认知能力可以长期维持在较高水平；低认知储备人群（蓝线）则会经历更快速的认知衰退[4]

而我们今天深入解析的这项研究，则首次在细胞层面，为这个认知储备理论提供了一个实验论证：这个高效的补偿过程，极度依赖于抑制性神经元的精准调控，这也说明认知储备不仅是知识和技能的积累，更是一个健康、平衡的神经网络生态。

所以，想要安然度过不可避免的衰老过程，关键或许不在于如何阻止每一个神经元的凋亡，而在于我们从年轻时起，为大脑储备了多少应对风浪的资本。

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参考文献

[1] Huebner, E. A., & Strittmatter, S. M. (2009). Axon regeneration in the peripheral and central nervous systems. Results and problems in cell differentiation, 48, 339–351. https://doi.org/10.1007/400_2009_19

[2] Noda, T., Kienle, E., Eppler, J. B., Aschauer, D. F., Kaschube, M., Loewenstein, Y., & Rumpel, S. (2025). Homeostasis of a representational map in the neocortex. Nature neuroscience, 10.1038/s41593-025-01982-7. Advance online publication. https://doi.org/10.1038/s41593-025-01982-7

[3] Pappalettera, C., Carrarini, C., Miraglia, F., Vecchio, F., & Rossini, P. M. (2024). Cognitive resilience/reserve: Myth or reality? A review of definitions and measurement methods. Alzheimer's & dementia : the journal of the Alzheimer's Association, 20(5), 3567–3586. https://doi.org/10.1002/alz.13744

[4] Habich, A., Garcia-Cabello, E., Abbatantuono, C., Gonzalez-Burgos, L., Taurisano, P., Dierks, T., Barroso, J., & Ferreira, D. (2024). The effect of cognitive reserve on the cognitive connectome in healthy ageing. GeroScience, 10.1007/s11357-024-01328-4. Advance online publication. https://doi.org/10.1007/s11357-024-01328-4