紧急提醒|还没有掌握一门外语的，赶紧学：双语能力可以增加认知储备，抵抗AD
流行病学研究表明，终生使用双语可以对认知能力起到保护的作用，并能够有效推迟阿尔茨海默病的发病年龄。然而，双语能力有效保护大脑功能的神经基础仍不清楚。
一项发表在国际顶级杂志《Proceedings of the National Academy of Sciences USA》上的研究，基于单语和双语AD患者的大脑FDG-PET影像数据，分析了两组患者大脑葡萄糖代谢强度和代谢连接的异同，探索了双语能力对AD患者大脑代谢水平的影响。
研究方法
1.被试
85名疑似AD患者，包括45名双语者和40名单语者。
2.神经心理测验
对所有患者进行了4项认知能力评估，包括语言输出，短时视觉空间记忆，短时与长时言语记忆以及注意功能；
针对双语患者，使用Bilingual Aphasia Test对其进行双语能力检测，获得双语能力指数BI，BI值越大双语能力越强。
3.基于FDG-PET影像的大脑代谢强度分析
（1）将每名患者的FDG-PET影像数据与一组大样本健康被试的影像数据（来自Nuclear Medicine San Raffaele Hospital and the European Alzheimer’s Disease Consortium数据库）进行比较，获得每名患者个体水平的对比图（SPM t-Map），该对比图反映了每名患者大脑中葡萄糖代谢（以下简称“代谢“）异常的脑区；
（2）对两组患者的对比图分别进行单样本t检验，获得单语患者组和双语患者组的代谢异常模式；
（3）对两组患者的对比图进行独立样本t检验，寻找两组患者存在代谢组间差异的脑区。
4.大脑代谢强度与双语能力的相关性分析
对双语患者组建立体素水平的多元线性回归分析模型，以每名患者的对比图为因变量，双语能力指数BI为自变量，受教育程度、总体认知程度（MMSE得分）和4项认知能力得分为协变量，探索双语患者的双语能力与大脑代谢异常的关系。
5.大脑代谢连接分析
对患者脑影像数据进行体素水平的种子点代谢连接分析，分别获得单语患者组和双语患者组的代谢网络连接图。
其中，种子点的选择包括：后扣带回和楔前叶作为背侧默认网络（DMN）的种子点，前扣带和内侧额叶作为前部DMN的种子点（Shirer et al. 2012 Cereb Cortex）;双侧尾状核、顶上和顶下皮层、额上回和额中回作为执行控制网络（ECN）的种子点（Abutalebi J et al. 2016 Biling Lang Cogn）。
研究结果
1.人口形态学和神经心理测验结果
双语患者的年龄显著高于单语患者，并且双语患者短时视觉空间记忆、短时和长时言语记忆得分显著高于单语患者；
简易智力测验（MMSE）、临床痴呆等级评估得分（CDR）、语言输出和注意功能无显著组间差异（表1）。
表1：人口形态学和神经心理测验结果
2.基于FDG-PET影像的大脑代谢强度分析结果
与正常人的葡萄糖代谢模型相比，两组患者均在颞顶联合皮层、后扣带和楔前叶表现出显著的代谢下降；而双语患者组额外地在左侧颞中、颞上、额下回、脑岛、前扣带区域具有显著的大脑代谢下降（图1）。
两组患者之间的比较发现，双语患者组较单语患者组更多地在左侧脑区表现出较低的代谢水平，包括左侧额下回、额部岛盖、眶额皮层、颞上回、顶下回、顶部岛盖、海马旁回、脑岛和小脑；而仅在右侧的壳核和小脑具有更低的代谢（图1）。
图1：单语和双语患者大脑代谢强度分析结果
3.大脑代谢强度与双语能力指数的相关性分析结果
对双语患者进行相关性分析发现，右侧额下回、双侧眶额皮层和左侧前扣带的代谢强度与双语能力指数得分呈正相关，即双语能力越强，这些脑区的代谢强度越高；
双侧楔前叶和楔叶、左侧感觉运动皮层和颞中回的代谢强度与双语能力指数得分呈负相关，即双语能力越强，这些区域的代谢强度越低（图2）。
图2：大脑代谢强度与双语能力的相关性分析结果
4. 大脑代谢连接分析结果
（1）ECN种子点
两组患者具有相似的代谢连接异常模式，但双语患者组具有显著高于单语患者的大脑前部-后部的代谢连接。具体来说：
双语患者的顶上和顶下皮层、角回与背外侧前额叶皮层的长距离连接，额上回和额中回与顶上皮层的连接，以及双侧尾状核与扣带前部、中部和后部以及右侧脑岛、右侧额下回、右侧顶叶岛盖区域的连接均显著高于单语患者（图3）。
图3：执行控制网络为种子点的大脑代谢连接分析结果
（2）DMN种子点
在背侧DMN中，两组患者均在后扣带和楔前叶内部存在代谢连接，但是只有双语患者的双侧前扣带、眶额皮层、尾状核和丘脑区域与该种子点区域存在代谢连接；在前部DMN中，只有双语患者具有前扣带皮层和内侧额叶与后扣带的代谢连接（图4）。
图4：默认网络为种子点的大脑代谢连接分析结果
研究结论和意义
该研究通过FDG-PET影像技术，探索了单语和双语AD患者大脑葡萄糖代谢强度和连接的异常模式。研究发现尽管双语AD患者的平均年龄较单语AD患者大5岁，且具有更严重的大脑代谢下降，但认知功能却显著高于单语患者，此外，其代谢强度与双语能力具有显著的相关。这些结果表明双语使用对患者的认知储备（cognitive reserve）和脑代偿机制具有重要增强作用，以抵抗AD带来的认知功能减退，延缓AD的发病时间。
该研究结果为终生双语使用可以保护神经退行性疾病的认知功能提供了有力的影像学依据，有助于加深对AD疾病的神经机制的进一步理解，同时表明教育或社会生活中合理选择双语或多语进行教学或交流具有重大的实践意义。
参考文献
Perani, D., M. Farsad, T. Ballarini, F. Lubian, M. Malpetti, A. Fracchetti, G. Magnani, A. March and J. Abutalebi (2017). The impact of bilingualism on brain reserve and metabolic connectivity in Alzheimer's dementia. Proc Natl Acad Sci USA, 114(7): 1690-1695.
图文编辑：贺永教授课题组
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