第一節 老化對認知神經系統的影響
大腦儲備 (brain reserve) 與認知儲備 (cognitive reserve) 這二個專有名詞︽被學者 描述為是心智與身體活動的保護作用(Graves et., 1996; Mortimer, 1997; Stern, 2002; Stern, Albert, Tang, & Tsai, 1999)〈而現今在大腦與認知儲備中最廣泛的腦疾病就是阿茲海默症 (Alzheimer’s disease, AD) ( Nithianantharajah & Hannan, 2009)〈在大腦神經科學的發展︽
學者 (Gur et al., 1991) 以fMRI測量發現︽大腦皮質神經元灰質區�第一眼看到人類����������������������������������大 腦︽我們首先會注意到的就是那縱橫交錯的隆起和溝壑︽這些有著彎曲皺摺的膠狀組織 即為大腦皮質�又稱為灰質︽約2~4毫米厚︽裡面佈滿了神經元︽負責調控認知︾思想︾
情緒和行為 ︽且會隨年齡增長而日漸萎縮〈腦部伴隨年紀老化︽除了腦部型態上和功 能上的改變︽也會影響樹突 (dentritic trees) 及突觸 (synapses)︾神經傳遞物質︾腦部循 環 (brain circulation)及腦新陳代謝 (metabolism) ︾記憶和學習以及脂褐素的累積 (lipofuscin accumulation)〈老化的大腦在各種形態︾神經生物學及功能的改變︽可能造
成認知障礙 (Martina, Özgür, & Gereon, 2010)〈如︽白質代謝物的損害及改變 (Nordahl et al., 2006)︽特別是老化在前額葉皮質區 (prefrontal cortex, PFC) 多巴胺神經傳遞的改 變︽對於工作記憶造成衰退〈隨著年紀的增加︽腦部細胞的複製和再生能力逐漸衰退︽
認知功能減損︽雖然每個個體之間都有不同的差異性︽但腦部老化是必然的趨勢〈過去 老化相關研究指出︽人類����������������������������������的知覺速度︾工作記憶︾思路︾判斷決定與多重作業歷程能力 受老化現象影響︽隨著年齡增加而衰退 (Kramer, Martin-Emerson, Larish, & Andersen, 1996; Polich, 1996)〈
上述所指之工作記憶是指心智對於短暫時間出現的相關訊息維持處理過程的能力 (Baddeley & Hitch, 1974)︽在工作記憶裡有二個獨立儲存訊息的緩衝器�口語與�視 覺空間〈而中央執行管理訊息時︽會介於不同的緩衝器之間 (Baddeley, 2000)〈在本研 究中︽只聚焦於工作記憶中的視覺空間︽因為︽視覺空間記憶密切連結了工作記憶與視 覺注意力︽若在工作記憶中保留一個位置︽對於刺激出現時的處理過程較優於其他位置 (Awh & Jonides, 2001)〈學者也指出視覺注意力分配的位置在視覺空間︽可以增強訊息 的處理過程 (Munneke, Heslenfeld, & Theeuwes, 2008)〈Der 與 Deary (2006) 認為隨著年 齡的增長︽反應時間變得更慢︽且認知功能的測驗︽大多需要利用反應時間︽且年齡與 反應時間有著非常顯著的差異性〈因此︽在老年人個別表現中︽環境與遺傳因素也可能 造成表現的差異性〈伴隨著老化對於學習與記憶產生的問題︽老化造成大腦神經元密度 的減少︽密度的減少與海馬體的損害有關︽而海馬體又與記憶力相關︽此將會造成大腦 對於明確指示的功能降低〈
第二節 身體活動對大腦認知功能︾老化的影響
透過適度的身體活動來維持或強化心血管疾病︽藉此來維持老年人腦部認知功能是 個不錯的選擇�林志懋︽2008 〈身體活動對大腦神經系統運作有正面影響︽可提昇大 腦血流量︾改善心血管循環功能︾促進腦神經細胞新陳代謝速度︾調節神經傳遞物分泌 量�如「血清素︾兒茶酚胺︾多巴胺 ︾刺激海馬體中的大腦神經營養因子 (brain derived neurotrophic factor, BDNF) 及神經成長因子分泌︽以促進神經營養因子發展︽其中以海 馬體主導合成分泌的BDNF 是協助維持神經細胞的生命力與功能︽也促進其他腦神經細 胞增殖與突觸間的訊息傳遞 (Molteni et al., 2004)〈此外︽van Praag 等學者 (2007) 指出 提昇工作記憶與認知功能︽可攝取含腦神經細胞營養物︾合成神經傳遞物︾保護腦神經 細胞的食物︽如葡萄糖︾膽鹼︾維生素 B 群︾維生素 C 與 E︾DHA︾從事動腦作業︾
提升睡眠品質︾規律身體活動︾保持正面情緒︾聽音樂〈從事較高層次的身體活動︾教 育︾職業與休閒︽有較低風險得到阿茲海默症 (Alzheimer’s disease) 或其他類����������������������������������似的疾病 (Nithianantharajah & Hannan, 2009)〈如果身體活動可以富涵策略性︾計劃謀略性或技巧 性�如「桌球︾羽球等 ︽會使我們在身體活動過程中不斷的修正動作與對敵策略�石 恒星︾洪聰敏︽2006 ︽以改善或維持認知功能〈
身體活動能提升執行控制認知功能︽能夠降低在前扣帶迴 (ACC) 的活化︽並且能 降低外在行為的不一致性︽且對大腦神經功能有正面影響︽能夠提升大腦血流量︽改善 大腦及心血管循環功能︽促進腦神經細胞新陳代謝速度︽以獲得足夠的營養成分︽是促 進大腦認知功能的重要關鍵之一 (Colcombe et al., 2004)〈
學者以動物實驗證實︽身體活動能提升腦神經細胞的抗氧化酶活性︽減少體內的自 由基�分子游離狀態 ︽進而降低大腦因氧化作用所造成的功能損傷(Radák et al., 2001)﹀
也有許多證據表示︽一些營養因子(如「BDNF 與 IGF-1) 可參與調節腦發育與髓鞘︽且 在 海 馬 齒 狀 廻 (dentate gyrus) 可 增 加 新 的 神 經 元 數 量 (Aberg, Brywe, & Isgaard, 2006)〈另外︽身體活動調節神經傳遞物分泌量︽而影響大腦神經系統的運作︽此類����������������������������������物 質皆為單胺類����������������������������������︽包括血清素 (serotonin, 5-HT)︾兒茶酚胺 (catecholamines)︽其中多巴胺 (dopamine)︾腎上腺素 (epinephrine) 及正腎上腺素 (norepinephrine) 皆為兒茶酚胺類����������������������������������的 神經傳導物〈身體活動促進大腦神經營養物生成︽身體活動增加大量的基因轉譯量︽有 助於神經活動︾突觸結構及神經可塑性 (Tong, Shen, Perreau, Balazs, & Cotman, 2001)〈
Cotman 與 Berchtold (2002) 以整合分析研究指出︽身體活動能刺激海馬體中的 BDNF 之 mRNA︾纖維組織母細胞成長因子-3︾及神經成長因子分泌 (Gómez-Pinilla, Ying, Opazo, Roy, & Edgerton, 2001)︽以促進神經細胞發展〈而 BDNF 除維持神經細胞生命與 功能外︽亦促進其他腦神經細胞增殖與突觸間的訊息傳遞︽使腦神經細胞減緩萎縮︽並 維持腦神經網絡運作︽因而產生的長期增益效果 (long-term potentiation, LTP)直接影響 記憶及學習工作表現︽也是神經可塑性的關鍵 (Cotman & Engesser-Gesar, 2002)〈而 Colcombe 等人 (2003) 以整合分析研究指出︽有氧運動對執行控制︽與規劃︾協調︾抑 制︾工作記憶等認知歷程有正面效益︽由上述推知︽身體活動經由刺激 BDNF 分泌︽
對神經系統的訊息傳遞與網絡運作有正面影響︽提高認知功能的運作〈
當老年人執行各項認知作業時︽前額葉需動員雙側半腦神經細胞以達作業目標
(Reuter-Lorenz & Stanczak, 2000) ︽異於年輕成年人執行相同作業時所產生的側化現 象〈學者也指出身體活動益於減緩認知功能衰退︽且體適能對計畫︾協調︾抑制︾工作 記憶等執行控制的處理能力有正面效益 (Colcombe et al., 2003)﹀在腦波研究中︽老年人 相較於年輕成年人︽其辨識訊息速度慢且較難以專注於目標作業 (Dustman, Shearer, &
Emmerson, 1993; Polich, 1996)︽而 Hillman等學者證實︽高或中等身體活動量的老年人 於進行訊息處理之際︽其辨別訊息的速度快於身體活動量較低之老年人︽且投入作業的 注意力資源亦較多︽所以身體活動對工作記憶有提升之效果 (Hillman et al., 2006)〈
第三節 事件關聯電位之特性
事件關聯電位 (event-related potential, ERP) 是經由內在事件�如「時間點的估計 或外在事件�如「視覺︾聽覺及體感覺 所誘發的腦電位波變化︽可用來探討大腦處理 認知過程的情況 (Cacioppo & Tassinary, 1990)〈由於 ERP 只計算反應時間中的中樞神經 運作期︽不計算周圍肌肉執行收縮動作時間︽因此是觀察中樞訊息處理過程的時間變化 及神經資源投入的最佳測量方法〈ERP 是腦波時間面分析的主要方式︽除可直接將腦部
活動客觀量化資料︽並可從時間面的觀點︽探討訊息傳導路徑的機轉︽同時經由 ERP
成分 (component) 分析︽提供腦部基本電位的變化情形︽以作為個體中樞神經運作期認 知階段功能表現的參考�洪聰敏︽1998 〈ERP 資料的判讀是經由測量時間面︽某波段 的最大振幅 (amplitude) 或潛伏時間 (latency) 來推測大腦在訊息處理過程中各階段的 功能表現〈而ERP 中的 P300︽可作為測量認知老化的評估 (Polich, 1996)︽當參與者接
受目標刺激時︽經過訊息選擇︾輸入︾比對︾評估的過程︽會使腦波激發一個與事件關 聯的電位變化︽此變化在目標刺激出現後約300~700 毫秒時出現︽在顱頂骨 (parietal) 區 域測得之正極最大振幅︽P300 的振幅可反映注意力容量的處理能力〈N100 的潛伏時間 則可反映刺激分類����������������������������������的速度指刺激呈現後70~150 毫秒在 葉 (temporal) 區左側或大腦枕 葉 (occipital) 位置出現的一個負極 (negative polarity) 最大振幅〈可用來代表訊息處理 過程中�專注力的表現︽常被用來研究人類����������������������������������感知機制的一項指標 (Hillyard & Picton, 1987 )〈N100 振幅代表投入作業的專注力﹀潛伏時間代表大腦對訊息處理的速度〈