随着年龄的增长，大多数老年人的情景记忆都会出现衰退，模式分离（pattern separation）能力作为情景记忆加工过程的重要成分随增龄的下降十分显著。模式分离可以理解为对非常相似的信息进行区分的能力，因此也可称为相似记忆辨别能力。这种能力的下降会导致老年人分辨在一些时间、地点等相似性非常高的记忆信息时出现困难，例如将今天吃药的具体情景信息与昨天吃药的情景信息混淆，对老年人的日常生活造成种种不便。相似记忆辨别能力高度依赖于大脑中的海马体，而随着年龄增加出现的海马体结构萎缩与功能的变化可能是行为表现下降背后的神经基础。
现阶段有大量的研究尝试利用老年人仍然保留的大脑可塑性进行训练，以期延缓老年人的认知下降过程甚至提高认知表现。已有研究发现，针对情景记忆，尤其是相似记忆辨别能力，有氧运动训练和3D电子游戏训练有十分不错的前景。同时，在动物实验中也发现，有氧运动与丰富环境中的认知刺激可以通过不同的通路提高小鼠的记忆辨别能力：有氧运动能够提升海马体中的神经元新生数量，而丰富环境有利于这些新生神经元的成熟与存活。3D电子游戏具有开放环境特征及自由探索特征，与前文提到的丰富环境有相似性。那么，在老年人中进行3D电子游戏同时结合有氧运动的训练是否能比单一的认知或运动训练取得更好效果，是一个有待考察的问题。
为此，中国科学院心理健康重点实验室老年心理研究中心李娟研究组开展了一项为期4个月的联合干预研究，对社区老年人同时进行有氧单车运动结合3D视频游戏的训练，并设置单一有氧运动训练组、单一3D视频游戏训练组与消极控制组（不接受任何训练）作为对照（具体干预设计见图1）。
图1. 干预训练流程图
在干预前后，各组老年人都会完成一系列标准神经心理学测验（包含总体认知功能，以及执行控制、记忆等分领域认知测验，抑郁、焦虑自评测验等），有氧适能水平测验，用于测量记忆辨别能力的计算机任务（相似记忆辨别任务，示意图见图2a），结构像与功能像的磁共振扫描及静脉血采集。研究通过倾向性分数加权克服非随机分配可能造成的影响，通过意向性分析发现单一3D游戏训练组、单一有氧运动组及联合干预组较消极对照组都表现出干预后记忆辨别能力的提高，而其中联合干预组提升效果最大（见图2b）。
图2.(a)相似记忆辨别任务示意图；(b)四组在前、后测时记忆辨别能力分数的变化
受已有研究启示，该研究对机制的探索锚定在对海马体积及包含海马在内的默认网络（DMN）内部功能连接的分析。研究结果发现，进行了单一有氧训练的老年人及联合干预的老年人都表现出了左侧海马体积的显著提升，且路径分析支持在进行了有氧训练的老年人中，有氧训练带来的有氧适能水平提高使得海马体积提升，海马体积提升进一步带来记忆分辨能力的提高（见图3）。
图3.海马体积变化相关结果及其相关路径分析
在功能网络结果中，通过ICA分析识别出前部DMN与后部DMN，功能连接结果发现相较于对照组，单一3D游戏训练组与联合干预组都表现出的网络内部功能连接的保持，且前部DMN与后部DMN之间的功能连接提升与记忆辨别能力的升高之间存在显著的正相关关系（见图4）。
图4.前部默认网络与后部默认网络示意图(a)及其功能连接随干预的变化(b-c)
该研究首次探讨了同时开展有氧运动和3D电子游戏干预对社区老年人记忆辨别能力的协同作用。研究发现，与单一有氧运动干预或单一3D电子游戏干预相比，同时性联合干预在提高记忆辨别能力方面表现出更优的效果。研究揭示了有氧运动诱发的海马结构可塑性和3D频游戏诱发的DMN网络功能可塑性可能是协同作用的神经基础，提示了人类大脑可塑性机制的复杂性。研究证实了同时性联合干预模式的高依从性和良好的可行性，这有助于设计更有效的干预方案及开发更有针对性的干预设备，以改善随增龄下降的认知功能，预防及延缓痴呆的发生。
本研究受到国家重点研发计划（2020YFC2003000, 2018YFC2000300, 2018YFC2001701, 2016YFC1305900, 2017YFB1401203）、国家自然科学基金（32271121，32071079, 31861133011）及中国科学院心理研究所科学基金（E2CX3715CX）的支持。
研究成果近期在线发表于The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences，由李娟研究组的崔晓宇（第一作者）、李娟（通讯作者）及多名研究人员共同完成。
论文信息：
Cui, X., Gui, W., Miao, J., Liu, X., Zhu, X., Zheng, Z., ... & Li, J. (2022). A combined intervention of aerobic exercise and video game in older adults: the efficacy and neural basis on improving mnemonic discrimination. The Journals of Gerontology: Series A. https://doi.org/10.1093/gerona/glac232