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名古屋大学的研究人员发现，与年龄相关的认知衰退主要是由某些神经元随时间过度激活引起的，而非传统认为的神经元活动减少。该研究发表在《美国国家科学院院刊》上，表明旨在限制神经元过度激活的干预措施——如饮食调整——可能有助于减缓与衰老相关的认知衰退。

健康的大脑功能依赖于一个连接良好、高效沟通的神经元网络。传统上，与年龄相关的认知衰退被归因于神经元活动的逐渐减少。然而，这项研究挑战了这一观点，强调过度激活是神经衰老的关键因素。

在人类中，已有报道称某些类型的神经元会随着年龄增长而变得过度活跃。名古屋大学的助理教授Kentaro Noma领导的研究小组对线虫进行了实验，以确定神经元过度激活与年龄相关的大脑功能衰退之间的因果关系。

使用线虫研究认知衰退

“在这项研究中，我们使用了秀丽隐杆线虫，它只有一毫米长，寿命只有两周。线虫用它们的302个神经元表现出各种行为，”Noma说。“秀丽隐杆线虫与人类共享许多基因和机制。因此，我们认为秀丽隐杆线虫中大脑功能随时间衰退的原因可能适用于人类。”

这项研究利用了秀丽隐杆线虫在一种称为趋热性的行为中通过联想学习的能力。在这种行为中，在23摄氏度有食物的环境中饲养的秀丽隐杆线虫，当被放置在17到23度的温度梯度环境中时，会向23度移动。然而，如果饲养在没有食物的环境中，它们会选择不这样做。这表明秀丽隐杆线虫学会了将食物的存在与否与其环境的温度联系起来。

“我们先前的研究发现，秀丽隐杆线虫联想学习的大脑功能随时间衰退，我们认为这是由于神经元活动随着年龄增长而下降，”该研究的第一作者Binta Maria Aleogho说。“然而，在我们最新的研究中，我们发现AFD感觉神经元和AIY中间神经元的活动（两者都被认为对联想学习至关重要）随着年龄增长几乎没有变化。”

神经元过度激活在衰老中的作用

研究人员随后研究了当六种被认为参与联想学习的神经元中的每一种被从线虫大脑中移除时，秀丽隐杆线虫的行为。令人惊讶的是，在从大脑中移除AWC或AIA后，线虫能够移动到23度的位置。

研究人员还测量了老年线虫中神经元的活动。他们发现，AWC和AIA会随着年龄增长而自发地、过度地激活。“这一发现表明，这两种神经元随着年龄增长的过度激活破坏了正常的神经元网络，使它们无法执行趋热性行为，”Noma说。

“此外，我们通过改变作为它们食物来源的细菌类型，能够抑制老年线虫的神经元过度激活并防止行为衰退。因此，我们人类可能能够通过改变饮食来防止大脑衰老。”

他总结道：“到目前为止，我们倾向于关注神经元活动随年龄增长的下降。我们的发现可能会引导人们关注神经元的过度激活。我们将继续研究秀丽隐杆线虫，以确定如何减少神经元的过度激活来改善大脑功能。我们相信这将有助于我们理解大脑功能衰老的基础。”

参考原文： Binta Maria Aleogho, et al. “Aberrant neuronal hyperactivation causes an age-dependent behavioral decline in Caenorhabditis elegans”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 31 December 2024. DOI: 10.1073/pnas.2412391122.