衰老是生活中不可避免的一个方面，但这一现实背后的生物学仍然知之甚少。尽管影响了身体的每一个器官，但衰老不能简单地归因于单一途径，围绕大脑重大变化的机制也不太清楚。
近几十年来，老龄化的原因和机制已成为重要问题，因为死亡率下降增加了预期寿命，从2000年到2019年增加了6岁，从66.8岁增加到73.4岁。因此，与年龄相关疾病负担显着增加。正常衰老和病态衰老之间的界限很模糊，因为所有成年人都会随着时间的推移经历生理和认知变化。然而，驱动这些变化超过神经退行性阈值的遗传、生物和环境因素仍有待阐明。
大脑结构的变化
40岁以后，脑容量减少，70岁以后继续加速下降。脑萎缩是总容量减少的原因，也可归因于脑室容量增加和浅表沟扩大。导致这种细胞死亡的机制尚不清楚。
有争议的是，除了突触数量减少外，细胞体积的减少可能比细胞数量本身的贡献更大。这一过程可能会因受伤、感染或神经退行性疾病而加速，一些研究已将性别确定为一种调节因素。
除了脑容量减少外，灰质体积（主要由神经元细胞体组成）在整个成年期都会下降，尽管白质体积（有髓轴突）在中年时达到峰值，但此后也会减少。
表现为白质病变 (WML) 的异常髓鞘形成可以通过MRI识别，也是衰老的常见标志。它们反映了小血管疾病，并且与阿尔茨海默病 (AD)、痴呆症和帕金森氏症等几种神经退行性疾病密切相关。
大脑结构的结构变化与实际年龄相关性非常好，以至于最近使用MRI图像与机器学习相结合的研究成功地预测了年龄，平均绝对误差小于5岁。这提供了神经影像学的潜在用途，可将结构变化识别为衰老的生物学标志，并可用于识别“加速”或神经退行性变化。
代谢和遗传老化
细胞、组织和有机体功能的内在衰退，这也导致生理缺陷。这种下降代表了分子损伤和修复之间的不平衡，并涉及线粒体功能、蛋白质降解和氧化应激反应中的功能失调过程。
大脑中的代谢改变包括线粒体碎裂、电子传递受损和线粒体DNA氧化损伤增加，这最终导致NAD+等能量产物的减少和活性氧的有害影响。还有证据表明抗氧化作用降低和氧化损伤分子的清除受损。
由于线粒体、抗氧化剂和淋巴系统的清除减少，这些衰老途径导致废物和神经毒性蛋白质的积累。蛋白质的聚集是AD的特征，其特征是淀粉样蛋白斑块和神经原纤维缠结，导致突触传递的功能性后果。
衰老还具有遗传特征，包括未修复的DNA损伤的积累和基因组完整性的相应丧失，导致RNA和蛋白质产品生产过程中的错误增加。
与年龄相关的DNA损伤在大脑中具有显着影响，因为神经元无法进行双链断裂修复，因为它们是永久性的有丝分裂后。相反，神经元细胞专注于修复通过同源重组主动转录的基因，而不是修复整个基因组。
目前尚不清楚某些DNA损伤模式是否可能导致与年龄相关的疾病，或者受损DNA的积累是否只是随着时间的推移而发生，因此是年龄的读数。
随着年龄的增长认知能力下降
衰老过程中大脑结构和化学成分的改变会产生行为后果。随着年龄的增长，认知功能最均匀的变化是记忆力。在工作记忆、注意力和执行功能任务中也发现了与年龄相关的差异。
这些“非病理性”认知变化被认为是由于在任务执行期间对分心的敏感性增加和处理速度降低。然而，了解区分老年人表现好坏的机制一直是一个挑战。脑萎缩可能是导致神经退行性疾病中致病性认知衰退的一种机制。
一项荟萃分析发现，海马和内嗅皮层等不同区域的体积减少与轻度认知障碍 (MCI) 相关。此外，其他研究已经确定了同时发展为 AD诊断的MCI患者的海马萎缩率的变化。考虑到这些大脑结构在记忆中起关键作用，它们与与记忆丧失相关的疾病有关也就不足为奇了。
我们能阻止衰老吗？
虽然实足老化对每个人来说都是普遍的，但生物老化存在个体差异，也许可以减缓生物过程以更好地保护大脑。有几种生活方式的改变可能对与年龄相关的认知衰退起到保护作用，例如锻炼、限制能量和补充抗氧化剂。
然而，有趣的是，与戒酒相比，适度饮酒（每周 1-6 杯）与较低的痴呆风险相关，这表明减缓衰老过程可能比逆转与年龄相关的损害更复杂。