一、引言

工作记忆是一种核心认知能力^[1]，负责在认知任务过程中对信息的临时存储和加工，对于学习、推理、决策等复杂认知活动发挥着关键作用。健康老年人的工作记忆功能会随着年龄的增长而逐步衰退^[2]，其特征包括信息保持容量缩小、信息处理速率降低以及抗干扰能力下降。这种衰退不仅影响老年人的生活质量和处理日常事务与社交活动的能力，同时还加剧了罹患痴呆症等神经退行性疾病的风险。因此，探究有效提升老年群体工作记忆能力的方法具有重要实践价值。

无创神经调控技术通过在头皮施加微弱电流或磁场，非侵入性地调节大脑神经元的活动模式，进而诱导神经可塑性的变化。由于该技术操作相对简便且安全性较高，近年来其在提升老年人认知功能（特别是工作记忆）方面的应用成为了研究热点。本文旨在系统探讨无创神经调控如何影响健康老年人的工作记忆表现，重点分析其潜在的神经机制以及干预效果的长期持续性研究进展。

二、工作记忆的神经基础

工作记忆需要众多脑区的协同工作^[3]，前额叶皮层（PFC）在其中扮演关键角色。背外侧前额叶皮层（DLPFC）负责工作记忆里信息的维持、操作和执行控制。执行工作记忆任务期间，增强的神经元活动见于该区域，并且其活动强度随任务复杂度增强。举例来说，在n-back任务情景下，伴随记忆负荷提高，DLPFC的激活水平呈现出显著升高趋势。腹外侧前额叶皮层（VLPFC）的主要功能在于处理与检索工作记忆内的语义信息。相关研究证实，在涉及语义关联词汇的工作记忆任务过程中，VLPFC的激活效应尤其显著。

顶叶皮层同样是构成工作记忆神经回路的关键部分^[4]。顶下小叶（IPL）负责视觉空间信息工作记忆，其与前额叶皮层存在密集的神经联系，共同协作完成工作记忆操作。进行视觉空间工作记忆任务时，IPL和DLPFC两者间的功能耦合性增强，彼此协同，处理诸如空间定位、物体形态等信息。此外，在工作记忆中，颞叶皮层的作用体现在听觉信息处理上，特别是左侧颞上回对于言语工作记忆具有重要贡献。这些脑区通过神经纤维束彼此联结，构成了一个错综复杂的神经网络，该网络保障了工作记忆各个环节信息能够顺畅传输与整合处理。

三、无创神经调控技术概述

3.1经颅直流电刺激（tDCS）

tDCS通过头皮敷设阳极和阴极电极，释放微弱直流电（常为1-2mA），调节大脑皮质神经元静息膜电位，影响其兴奋性。阳极可致神经元去极化，提升兴奋性；阴极则引发超极化，降低兴奋性。其效应具有位点特异性，施加不同脑区可调控相关认知能力。例如刺激左侧DLPFC，能改善工作记忆、注意等。其作用机制或涉及调控神经递质释放、改变突触可塑性。研究发现，刺激后大脑局部区域递质（如多巴胺、谷氨酸）水平变化，同时调制突触后膜受体敏感性，促进长时程增强（LTP）或长时程抑制（LTD），从而调控神经连接强度。

3.2经颅磁刺激（TMS）

经颅磁刺激（TMS）的核心工作原理是电磁感应。具体表现为：施加于头皮线圈的高强度脉冲电流会在线圈附近瞬间产生强磁场（可达1-2特斯拉），该磁场无衰减穿透颅骨作用于目标皮层。磁场的快速变化会在目标皮层下方诱发感生电流（涡流），从而改变局部神经元的膜电位。依据不同刺激频率，TMS可对神经活动进行双向调控：高频刺激（如≥5Hz）倾向增强神经兴奋性，而低频刺激（如≤1Hz）则产生抑制效应。这些初级改变会进而调节神经递质（如谷氨酸、GABA、多巴胺、血清素）的活动、诱导突触可塑性（LTP/LTD），并影响神经网络的功能整合，最终实现特定脑功能（运动、感知、认知等）的干预或改变。

3.3经颅交流电刺激（tACS）

tACS经头皮电极将特定频率交流电导入大脑，调控神经元活动同步性。频率各异的tACS作用于不同脑区，能影响对应神经振荡。例如，4Hz tACS施加顶叶皮层，可调制θ波振荡，优化工作记忆。大脑神经元存有固有振荡节律，当输入的交流电频率与神经元固有振荡频率相谐时，可激发共振效应，增强神经元同步放电，优化神经信息传导。此外，tACS还可能借助调控神经递质系统、改变突触可塑性等机制作用于大脑功能。

四、无创神经调控增强健康老年人工作记忆的神经机制

4.1调节神经兴奋性

以tDCS为例，老年群体工作记忆衰退或与前额叶等相关脑区神经兴奋性下降存在关联。研究显示，对健康老年人左侧DLPFC施加阳极tDCS干预，可提升该区域神经兴奋性，增强工作记忆任务中神经元放电频率并改善行为学表现。功能磁共振成像（fMRI）数据表明，干预后DLPFC激活水平显著提高，且该变化与工作记忆成绩提升呈正相关。经颅磁刺激（TMS）亦能通过调节神经兴奋性优化老年工作记忆功能。对老年人DLPFC施加高频TMS干预，可增加该脑区神经元活动强度，强化其与其他脑区功能连接，促进工作记忆信息处理与整合效能。具体实验发现，针对60-75岁健康受试者左侧DLPFC实施高频TMS后，工作记忆任务中前额叶与顶叶间功能连接增强，被试工作记忆能力同步提升。

4.2重塑神经可塑性

无创神经调控能够诱导神经可塑性重塑以改善老年人工作记忆。tDCS干预后，大脑皮层神经递质水平发生改变，促进突触可塑性相关蛋白表达，强化神经元间突触连接强度。典型机制如tDCS可上调脑源性神经营养因子（BDNF）表达——该因子通过促进新突触形成及现有突触强化，在神经可塑性中发挥核心作用，利于工作记忆信息存储与提取。TMS同样具有调节神经可塑性效应。重复TMS刺激通过改变神经元放电模式，激活细胞内信号转导通路，促进神经可塑性相关基因表达，进而重构神经回路。长期低频TMS作用于老年群体时，可调控过度兴奋脑区，恢复神经活动稳态，优化神经回路功能结构，最终提升工作记忆能力。

4.3增强神经振荡同步性

tACS通过调控神经振荡同步性改善老年工作记忆功能。随着年龄增长，大脑神经振荡同步性降低将损害工作记忆信息传递与整合效率。研究发现，对健康老年人特定脑区施加频率匹配的tACS刺激，可显著提升多脑区神经振荡同步性。例如，采用4Hz tACS干预顶叶皮层时，能增强θ波振荡同步性，改善工作记忆信息维持与处理效能。行为学实验证实，干预后工作记忆任务中顶叶与前额叶间神经振荡同步性增强，促进脑区间信息高效传递，进而提升任务表现。此外，TMS亦可能通过调节神经元放电节律影响神经振荡，间接优化振荡同步性并重构工作记忆神经环路。

五、无创神经调控增强健康老年人工作记忆的长期效应

5.1单次刺激后效应持续时间

多项研究显示，单次施予无创神经调控后，对健康老年人工作记忆的改善可维持一段时间。例如，一项tDCS研究对老年人左侧背外侧前额叶皮层（DLPFC）施加20分钟阳极刺激，结果显示刺激结束30分钟后，工作记忆任务成绩仍高于基线水平^[5]。同样，针对老年人的TMS研究表明，单次高频TMS刺激左侧DLPFC后，工作记忆的提升效应约可持续1小时。单次tACS干预也报告了短期的工作记忆影响：以特定频率tACS作用于老年人顶叶皮层的实验发现，刺激结束后即刻及后续30分钟内，工作记忆任务的反应时缩短，同时正确率提高。然而，单次刺激产生的后效应持续时间相对较短，尚不能满足长期改善老年人工作记忆的要求^[6]。

5.2重复刺激的长期效果

为获得更持久的效益，研究采用了重复性无创神经调控干预方案。例如，对健康老年人执行连续10天、每日20分钟的左侧DLPFC阳极tDCS刺激^[7]，结果发现干预结束1周时，工作记忆能力仍显著高于干预前水平，部分提升效果甚至维持了1个月。重复TMS刺激同样表现出良好的长期增益效果：对老年人开展为期2周、每周5次的高频TMS（靶点为左侧DLPFC）^[8]，在干预结束2个月后，其工作记忆表现仍优于基线值。在tACS方面，对老年人进行连续4天、每天20分钟不同频率tACS作用于特定脑区后，其记忆改善效果至少可维持1个月。重复刺激的作用机制在于，其通过多次调节神经兴奋性、重塑神经可塑性以及增强神经振荡同步性，促使大脑神经功能产生更持久的适应性变化，最终实现工作记忆能力的长期改善。

5.3影响长期效应的因素

刺激参数（包含强度、频率、时长、间隔等）显著影响着无创神经调控的长期效应，不同参数组合可能带来不同的神经调控结果。总体上，适度提高刺激强度与延长作用时间可强化对神经活动的调节作用，从而增强长期效益。但需要警惕过高强度或过长时间可能引发负面反应，影响干预的安全性。在刺激频率上，针对不同脑区和认知功能，可能存在特定的最佳调节频率，例如对于改善工作记忆的高频DLPFC TMS刺激可能比低频更有效。个体差异是决定长期效应的重要因素。老年人基础认知功能水平、脑部结构与功能状态、遗传背景等因素的差异导致其对无创神经调控的反应各不相同。其中，基础认知水平较低的老年人可能从神经调控中获益更多。此外，拥有较完整脑结构和更高神经可塑性的个体，在受到刺激后更容易产生持久的神经功能改善。

六、神经机制的交互作用与分子基础深化

无创神经调控改善工作记忆的三大机制——神经兴奋性调节、神经可塑性重塑与神经振荡同步性提升——并非彼此独立，而是存在复杂的相互作用。

神经兴奋性变更是启动神经可塑性的先决条件。阳极tDCS导致的DLPFC神经元去极化，能够激活电压门控钙离子通道，致使细胞内钙离子浓度上升，随即激活脑源性神经营养因子（BDNF）的释放。BDNF不仅提高突触后膜受体敏感性（诸如NMDA受体），也能上调突触可塑性相关基因（如c-fos）的表达，奠定突触连接长期增强（LTP）的基石。同时，神经兴奋性增加会提升神经元放电频度，这与tACS诱导的神经振荡同步性具有协同作用——在神经元放电频率与振荡频率一致的情形下，信息在脑区间的传递效率明显增加，比如当DLPFC与IPL在θ振荡同步时，空间信息的编码与维持更为有效。

神经可塑性的重塑也会反向作用于神经振荡同步性。重复TMS引发的神经回路重组，可优化脑区间解剖连接（比如经由扩散张量成像观察到的前额叶-顶叶白质纤维束完整性增加），而结构连接的增强将促进功能连接的同步性。例如，持久高频TMS干预之后，年长者DLPFC与颞上回的功能连接在γ波段的同步性会得到提升，该现象与言语工作记忆的长期改善密切相关，表明结构与功能连接的协同优化构成了长期效应的关键。

另外，其他分子机制也参与其中。多巴胺系统对工作记忆的调控作用重要，研究指出tDCS可增强DLPFC区多巴胺转运体功能，提升突触间隙多巴胺含量，而多巴胺能增强前额叶神经元的持续放电效能，这对工作记忆信息维持意义重大。同时，5-羟色胺系统的调节可能参与抗干扰能力改善，作用于扣带回皮层的低频TMS或许通过调控5-羟色胺受体（如5-HT1A）的表达，降低无关信息对工作记忆的干扰。

七、研究现状与挑战

7.1研究现状概述

当下，无创神经调控技术在改善健康老年人工作记忆方面已获得实证支持。多种研究方法（包括行为学和神经影像学）从多层面阐述了其作用机制与效能。各类无创神经调控技术均展现出提升老年人工作记忆的增效作用，部分研究还观察到疗效的延续性。在应用层面，研究尝试将无创神经调控与认知训练策略融合，以更充分地增强老年认知能力。典型案例如同步应用tDCS与工作记忆训练，其效果超越了单一干预方案。此外，无创神经调控设备的便携性与空间定位精度不断提升，为其进入社区及家庭应用场景奠定了基础。

7.2面临的挑战

虽然取得进展，该技术的应用仍存诸多待解问题。首先，不同研究结论存在差异。受试对象差异、刺激参数选择与认知任务设计的不同，导致干预效果的不一致性，阻碍了结论的普适性与临床转化。其次，长期使用的安全边界需深入探查。尽管现有证据未显示严重不良事件，但反复、长期施加无创调控对大脑组织的潜在效应仍未明晰。例如，累积性刺激是否引致神经结构损伤或神经递质稳态系统改变等问题。再者，技术本身的定位精准度亟需优化。头皮电极难以高度特异地靶向深层神经环簇，可能导致弥散性刺激，影响疗效确定性并潜在增加副作用风险。最后，评估体系的标准化缺失。当下干预效果的评价方法多样（如神经心理测验、脑成像等），但缺乏统一规范，不利于跨研究的对比分析与结论整合。

八、结论与展望

无创神经调控技术为提升健康老年人工作记忆功能提供了新的有效途径。其作用机制主要包括调节神经兴奋性、重塑神经可塑性以及增强神经振荡同步性等，从而改善工作记忆表现。此外，重复刺激还被观察到能产生一定的长期效应。

然而，当前该领域研究仍面临多重挑战：不同研究结果存在差异；刺激的长期安全性尚未明确；刺激精准性有待提高；效果评估标准也尚不统一。

未来研究需要关注以下几个关键方向：

1.优化与验证方案：通过大规模、多中心、标准化的临床试验，进一步优化刺激参数组合，明确不同类型无创神经调控技术（如TMS、tDCS等）的最佳应用策略。

2.保障长期安全性：全面评估长期使用的安全性风险，建立完善的跟踪监测体系。

3.提升刺激精度：结合先进脑成像技术（如fMRI、EEG/MEG）引导，提高靶向刺激的精准度。

4.统一评估体系：推动制定统一、客观的工作记忆及认知功能评估标准，促进研究结果的整合与临床应用转化。

随着技术迭代和方法学深入，无创神经调控有望发展成为改善老年人群认知健康、延缓认知衰退的重要临床干预手段，为应对人口老龄化带来的认知健康问题提供关键支持。

参考文献：

[1]杨雨露.神经调控左侧背外侧前额叶皮层对工作记忆的影响[D].电子科技大学,2025.

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