聽錯、聽混、聽反=衰老徵兆？神經元衰老後，我們如何感知世界？_風聞

我們的皮膚細胞死了又長，身體機能得以維持，這似乎理所當然。但對於大腦——這個由幾乎不可再生的神經元組成的器官來説[1]，當腦細胞隨着衰老一個接一個永久死去時，我們的感知、記憶和思考能力，為何還能在幾十年裏依舊穩定持久？

近期，來自德國的科學家們，就在Nature子刊上的一篇研究，為我們揭開了這個謎團的一角[2]：即使部分腦細胞死亡，我們的大腦也能在短短幾天內自動修復，維持功能的穩定。

為了讓大家能夠吃透本文內容，這裏先介紹兩個關鍵的前置信息：1、大腦如何處理信息；2、神經元的工作方式。

以大腦理解聲音來舉個栗子：大腦並不會為每種聲音（如狗叫或鋼琴聲）都準備一個專屬神經元，相反，大腦會通過激活神經元羣體來識別。

它們有點像音樂庫中的標籤，如高音、人聲，甚至周杰倫風格（bushi）。當你聽到一首鋼琴曲時，其實是一大羣相關的神經元（標籤）被同時激活，它們被打上中音、節奏舒緩等一系列標籤，這個獨特的標籤組合，就構成了大腦對鋼琴曲的獨特神經編碼。

怎麼樣都不會想成一種聲音吧……

核心來了，通過分析這些組合之間的相似程度，我們就能為所有聲音建立一張聲音關係圖（表徵圖），它代表了大腦對整個聲音世界的理解。比如Do音和Re音，它們因為組合相似，所以在這張圖上的位置非常接近，而鳥叫和汽車喇叭……不用説你也懂——相隔甚遠。

圖注：來自本研究的34種不同聲音均會激活一個特定的神經元組合，構成了小鼠聽覺皮層的聲音地圖（對角線上的方格，對應的都是同一個聲音與它自身的比較，非對角線上的每一個方格，對應的都是兩種不同的聲音之間的比較）

另一個關鍵概念是神經元調諧（Tuning）。雖然聽起來很專業，但其實就是説，每個神經元都有自己的口味偏好。

就像收音機要調準頻道聲音才最清晰。一個神經元可能只對1000赫茲的音高反應最強烈，對500赫茲的聲音可能置若罔聞，這個偏好的精確度，決定了其調諧曲線是專一（高而尖）還是博愛（矮而胖）。

圖注：就像收音機，只有準確調到某頻道才會發出最清晰的聲音

有趣的是，即使在大腦完全健康的狀態下，每個神經元的偏好也並非一成不變，它總是在悄悄地變化和漂移。不過儘管單個神經元如此善變，整個大腦對聲音的理解（表徵圖）卻能保持驚人的穩定。

圖注：大腦能不斷地協調神經元的變化

好了，前菜上齊，現在讓我們正式進入這篇腦科學研究。

鑑於衰老過程中神經元損失的必然性，科學家們通過移除大腦聽覺皮層中30-40個對聲音反應最活躍、貢獻最大的神經元（約佔觀察區域的3%），來模擬功能性神經元隨着衰老發生不可逆損失的真實情景。而在移除這些核心神經元的第二天（Day 7）後，災難便發生了：

原本結構清晰、色彩分明的“聲音關係圖”（表徵圖）變得一片模糊，其內部相關性急劇下降（表現為圖片顏色對比度降低），大腦不僅喪失了識別單個聲音的能力，還失去了判斷不同聲音之間關係的能力，導致整個聲音分類體系陷入混亂。 

就像是一輩子和一杯子， 大腦不再能清晰地劃出“yī bèi zi”和“yī bēi zi”之間的界限。當聽到其中一個詞時，被激活的神經元羣體可能與另一個詞的羣體有大量的重疊，最終，大腦做出了一個最省力的判斷，將聽到的聲音錯誤地歸類到了那個相似但錯誤的詞上。

不過，這個受損的狀態並不是永久的。在接下來的幾天裏（Day 9, 11, 15），科學家們發現那張被破壞的、模糊的圖譜，結構一天天變得清晰，色彩對比度也慢慢增強，等到實驗結束時，這張圖的功能已經恢復到接近受損前的水平。

可別以為只是簡單的回到過去，在觀察恢復過程的時候，科學家們發現了一個直擊真相的反常現象：那些倖存下來的、原本活躍的神經元，它們的調諧曲線變得異常的狹窄和尖鋭，只對自己最喜歡的聲音產生強烈反應。

圖注：數值越小代表調諧曲線越窄、越尖鋭

這是否意味着大腦是靠這些倖存者老兵變得更專一來完成修復？並非如此，單靠這種收縮防禦的策略，並不足以“重建”整個大腦，真正扭轉乾坤的，是一股新生力量的崛起。

這股力量，正是那些先前在大腦網絡中沉睡的神經元。 它們並非沒有功能，只是在損傷前被調諧至其他任務從而保持沉默。當大腦網絡受損後，這些沉睡細胞（unresponsive neurons）被迅速激活，其反應強度隨着時間推移持續增強，最終主導了整個修復過程。

而且這些細胞，似乎還展現出驚人的“智能”：它們能感知到大腦網絡中功能上的缺失，並主動調整自身調諧特性，去模仿和繼承那些開頭被移除的精英神經元，最終重新穩定整個網絡迴路，填補了大腦因損傷而失去的功能。

不過，這個看似強大的自愈過程，也並非萬無一失。我們都知道，大腦中的神經元主要分成興奮性神經元（負責傳遞處理信息）和抑制性神經元（調節神經元活動、維持大腦網絡平衡），所以移除不同類型的神經元，所引發的自愈反應及其最終後果……可能天差地別。

先來移除一下興奮神經元，大腦的修復機制確實能夠被有效激活：沉睡細胞被喚醒，大腦網絡恢復。但在此過程中，倖存的抑制神經元細胞表現出更劇烈且持久的反應不穩定性，其響應穩定性也因此受到了影響。

圖注：抑制神經元對神經網絡的完整性極為敏感，它們是維持秩序的核心

換個目標，移除抑制神經元？那神經系統就會非常不穩定，聲音表徵圖陷入了持久的模糊和混亂，其功能在長時間內都無法恢復至正常水平，神經元響應狀態的穩定性遭到破壞，整個系統失去了有效的自我修復與引導，導致本應發生的修復過程未能成功啓動或完成。

在最後的總結性示意圖中，這兩種截然不同的修復命運形成了鮮明對比：移除興奮性神經元后，大腦網絡尚能恢復；移除抑制性神經元，網絡則會陷入持久且嚴重的功能障礙。所以想要這種修復機制的有效運作，還需抑制性神經元的持續調控。

大腦這種神奇的自我修復能力，並非憑空產生。在神經科學領域，科學家們將其稱為認知儲備（Cognitive Reserve）[3]——一種對抗大腦損傷和衰老效應的內在保護機制。

這份儲備從何而來？此前研究表明，它主要由兩部分構成：一是天生優勢，比如更大的腦容量（腦儲備，涉及遺傳、大腦的物理大小和神經元數量）；二是，也是更重要的，即個體通過後天生活經歷和學習所獲得的、靈活的補償與應對能力。

圖注：腦儲備、內層的認知儲備二者共同決定了我們對抗大腦損傷的能力

簡單來説，你一生中所有挑戰大腦、讓它保持忙碌和學習的活動，都在為你的認知儲備添磚加瓦。

圖注：認知儲備受教育、生活習慣和基因影響，可通過腦成像和腦電技術測量

比如更高的教育水平：賦予你更高效的思考模式和問題解決策略；

或是更復雜的職業（醫生、教師或工程師等）：強化了你的多任務處理與決策能力；

再比如豐富的休閒活動，無論是學一門樂器、掌握一門外語，還是堅持閲讀和社交等等。

雖然以上經歷，並不能讓你的腦細胞變得現不可摧，但它們會在你人生的不同階段，持續不斷塑造和優化你的神經網絡，讓它運作更高效、更具靈活性。當面對衰老帶來的神經元丟失時，一個擁有更高認知儲備的大腦，就能更快地定位問題所在，執行修復機制的能力自然更強，效率也更高。

圖注：高認知儲備人羣（橙紅線）的認知能力可以長期維持在較高水平；低認知儲備人羣（藍線）則會經歷更快速的認知衰退[4]

而我們今天深入解析的這項研究，則首次在細胞層面，為這個認知儲備理論提供了一個實驗論證：這個高效的補償過程，極度依賴於抑制性神經元的精準調控，這也説明認知儲備不僅是知識和技能的積累，更是一個健康、平衡的神經網絡生態。

所以，想要安然度過不可避免的衰老過程，關鍵或許不在於如何阻止每一個神經元的凋亡，而在於我們從年輕時起，為大腦儲備了多少應對風浪的資本。

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參考文獻

[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