双任务步行对缺血性卒中患者认知－运动干扰的影响研究

赵依双，周亚楠，公维军，张玉梅

卒中后会表现出步行能力降低，影响患者的日常生活活动能力和社会生活能力[1]。研究表明，认知因素在卒中后步行运动中发挥重要作用[2]。日常生活中，卒中患者需要在步行的同时执行另一项认知任务，这被认为是双重任务（dual-task，DT）。在双任务步行（dual-task walking，DTW）时，通常会表现出任务性能的变化，被称为认知-运动干扰（cognitivemotor interference，CMI）[3]。DTW时，执行不同认知任务涉及的机制不同，干扰的程度也不同[4]。Plummer等[2]根据任务性能的变化，提出了9种CMI模式。目前，越来越多的研究关注CMI在行走过程中的机制，以满足对卒中患者更符合“日常生活”的功能评估和康复需求[5]。目前对DTW的研究中，并未明确认知任务性能的变化以及缺乏健康对照组的比较，且对急性缺血性卒中患者CMI研究较少[6-7]。本研究旨在讨论不同认知任务对急性缺血性卒中患者和健康人在DTW时步态的影响，以及CMI模式的探索。

1 对象与方法

1.1 研究对象 前瞻性连续入组2020年6-11月于首都医科大学附属北京天坛医院脑血管病区住院的急性缺血性卒中患者。选取与卒中组性别、年龄、受教育程度相匹配的健康人16例为对照组。本研究已通过北京天坛医院伦理委员会的批准（批准文号：KY2020-069-01），所有受试者均签署知情同意书。

卒中组纳入标准：①年龄≥18周岁；②首次缺血性卒中，符合《中国急性缺血性脑卒中诊治指南2014》诊断标准[8]，并经头颅CT或MRI证实，且病情稳定；③卒中病程1个月内；④未使用助行器辅助能独立行走1 min以上；⑤Holden步行功能分级≥3级；⑥Berg平衡量表≥40分；⑦改良Ashworth分级≤2级；⑧意识清楚，能沟通配合，可以独立完成本研究的测试任务。对照组纳入标准：无神经系统缺损及肌肉骨骼系统损伤的症状和体征。

两组排除标准：①有明显认知障碍，MoCA≤22分[9]；②存在影响自然步态的运动系统和其他外科疾病；③合并严重的心、肺等全身性疾病；④有严重失语或构音障碍，不能完成本研究的测试任务；⑤合并严重的视、听觉障碍；⑥有严重的情感行为异常及精神异常。

1.2 步行任务 采用Codamotion三维动作捕捉系统，以主动红外捕捉的方式，采集受试者在单任务步行（single-task walking，STW）和DTW中步速、步频、跨步长和跨步时间等步态参数。为了记录稳定步行模式，嘱受试者在进入红外捕捉范围前约1 m距离开始行走。

1.3 认知任务 受试者需完成2种不同类型的认知任务[10-11]：①工作记忆任务：选择连续减法任务（serial subtraction，SS），在390～399之间随机选取一个数字，要求受试者用其连续减7，并大声说出结果，记录1 min内正确回答的次数。②言语流畅任务：使用单词生成任务（word list generation，WLG）来评估语义记忆功能，该测试要求受试者对语义存储进行有效和系统地搜索和检索。在这项任务中，要求受试者在1 min内尽可能多地说出动物名字，记录不重复动物名字的数量。

1.4 实验流程 首先受试者在坐位下随机执行两项认知单任务（single-task，ST），每项认知任务进行1 min，向患者说明执行上述两项认知任务的具体要求。然后在步态实验室以其习惯的步速完成1 min的STW。然后完成连续减法时双重任务步行（SS-DTW）和单词生成时双重任务步行（WLG-DTW），其认知任务执行顺序与坐位时相同，每项试验进行1 min，每组测试间隔2 min。为了减少认知任务的练习效应，每项任务只进行1次，并且认知ST和DTW之间间隔30 min以上。

受试者没有得到任何关于行走或认知任务优先顺序的指示。为了避免研究者的信息偏倚，所有受试者的数据均由没有参与数据分析的研究员收集。

步速双重任务成本（dual-task cost，DTC）和认知DTC计算公式如下：DTC=|（DT-ST）/ST|×100%[12]。较高的DTC表示完成单个任务的性能较差，而较低的DTC表示完成单个任务的性能更好。

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0软件进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以表检验；计数资料采用校正的χ2检验进行组间比较。分析不同任务下对步态参数的影响，非正态分布资料采用Friedman检验，两两比较采用Bonferroni法。检验标准为α=0.05，以P＜0.05为差异有统计学意义。示，不符合正态分布的用M（P25～P75）表示，计数资料用率（%）表示。正态分布的计量资料组间比较采用独立样本t检验；任务间比较采用配对t检验；非正态分布的计量资料采用秩和

表1 卒中组和对照组基线资料

2 结果

2.1 基线资料 本研究纳入卒中组24例，对照组16例。卒中组发病时间为14（7～17）d，其中左侧偏瘫13例（54.2%），基线NIHSS评分2（1～5）分、Berg平衡量表50.75±3.01分、Fugl-Meyer下肢运动功能评定量表32（28.25～33.00）分。卒中组与对照组一般临床资料，包括年龄、性别、身高、体重、既往病史和MoCA评分差异均无统计学意义（表1）。

2.2 不同任务步行时步态参数变化 STW时，卒中组较对照组步速降低、步频减慢、跨步长变短和跨步时间延长，差异有统计学意义（表2）。

SS-DTW及WLG-DTW时，卒中组较对照组的步速降低、步频减慢、跨步长变短和跨步时间延长，差异均有统计学意义（表2）。

卒中组不同任务时运动参数的变化有整体差异（步速、步频及跨步时间：均P＜0.001，跨步长：P=0.015），两两比较结果显示，WLGDTW较STW时步速降低（P=0.028）、步频变慢（P=0.004）、跨步时间延长（P=0.007），但跨步长差异无统计学意义（P=0.389）；SS-DTW较STW时步速（P＜0.001）、步频（P=0.001）、跨步长（P=0.015）和跨步时间（P=0.001）均有统计学意义；但SS-DTW和WLG-DTW时步行的各项步态参数差异均无统计学意义（表2）。对照组不同任务时运动参数的变化有整体差异（步速、步频及跨步时间：均P＜0.001，跨步长：P=0.004），两两比较显示，WLG-DTW较STW时步速降低（P=0.004）、步频变慢（P=0.004）、跨步长更短（P=0.014）、跨步时间延长（P=0.002）；SSDTW较STW时步速降低（P=0.001）、步频变慢（P=0.001）、跨步长更短（P=0.018）、跨步时间延长（P＜0.001）；但SS-DTW和WLGDTW时步行的各项步态参数差异均无统计学意义（表2）。

2.3 不同任务时认知表现 与认知ST相比，卒中组在两种DTW中，认知任务正确回答次数均减少，差异有统计学意义。对照组在SS-DTW中，正确回答较ST次数减少，差异有统计学意义；但在WLG-DTW中，正确回答次数虽有减少趋势，但差异无统计学意义（表3）。

2.4 两组双重任务成本比较 在SS-DTW与WLG-DTW的条件下，卒中组和对照组的步速DTC和认知DTC任务间和组间比较，均无统计学意义。但在两种DTW中，可以观察到卒中组DTC比对照组的DTC呈更高的趋势（表4）。

表2 卒中组和对照组步态参数比较

表3 单双任务中两组的认知表现

3 讨论

本研究比较工作记忆任务和语义记忆任务对DTW时步态的影响，并探讨在不同认知任务下DTW时CMI模式的差异。结果发现，与STW相比，在WLG-DTW和SS-DTW时，卒中组和对照组的步速均降低，与既往研究结果一致[13]。DTW时对步速的调节通常是通过延长跨步时间、缩短跨步长和加快步频来实现[14]。最近的脑成像研究表明，步速依赖于前额叶皮层的激活（prefrontal cortex activation，PFC），PFC也参与步行任务的准备过程[15-16]。PFC在执行功能中起核心作用，可在DT期间有效地分配注意力[17]。中心容量共享理论认为注意力资源的容量是有限的，认知任务与步行同时执行时，对注意力资源产生竞争性需求，注意力资源被分配到两项任务，就会导致至少一项任务性能下降[18]。因此，DTW时步速减慢表明，步速控制区域与执行功能网络相互关联，当并发任务竞争这些共享神经网络时，就会出现CMI[19]。与Patel等[14]的研究结果一致，本研究中两种DTW时步态参数的比较，两组均无统计学意义。同时，运动DTC和认知DTC组间和任务间的比较也无统计学意义，这说明两项认知任务注意资源的利用量可能是相似的，也说明WLG和SS对步行干扰程度相似。

表4 不同双重任务下DTC任务间与组间比较

本研究中卒中组步态表现明显低于对照组，由于卒中组步行能力比对照组差，需要额外的注意力资源来处理具有挑战性的DTW[20]。而且缺血性卒中患者脑损伤后执行功能下降，执行DTW时在步行和认知任务间，分配注意力的能力较差，整体可用注意力资源较少，导致卒中组在步速降低的情况下仍不能很好地执行认知任务[14，17]。

本研究表明，卒中组在两种DTW中均表现为相互干扰模式。与本研究结果相反的是，一项美国的研究选择发病10个月以上的卒中患者进行SS-DTW时，其CMI为无干扰模式[5]。由于本研究所选的是急性期卒中患者，所以这种差异可能与所选卒中组人群个体特征不同有关。有研究表明，CMI会随恢复时间推移而降低，慢性卒中患者已经获得较好的步态自动性能力，进而对CMI的敏感性较低[16]。Plummer等[2]认为卒中后步态自动性的再获得可能存在一个连续的CMI模式，从相互干扰到认知相关运动干扰，再到无干扰，这可以解释本研究的结果。

对照组在SS-DTW时CMI为相互干扰模式，而在WLG-DTW时CMI为认知相关运动干扰模式。这种差异与不同认知任务类型有关。执行SS时激活双侧下顶叶神经网络的活动，确保记忆信息被保存到再检索；而执行WLG是在长期记忆空间中进行单词搜索，只激活左下额叶皮质和辅助运动区的神经网络，因此SS比WLG需要更多的注意力资源[21-22]。WLG的相对优先化可以用任务优先化的综合模型来解释，一个人无意识的任务优先化策略，部分取决于使相对更吸引人的任务优先化，WLG比步行更吸引人，因此，言语任务被优先化，而步态性能下降，出现认知相关运动干扰模式[23]。

综上所述，执行额外的认知任务会导致卒中患者和健康人步态表现下降，卒中患者在DTW时更易出现步态障碍。考虑到认知对步行的干扰作用，DTW更能反映日常生活活动能力及跌倒风险。本研究中，工作记忆任务和语义记忆任务对步态干扰程度是相似的。卒中发病时间和认知任务类型都会影响CMI模式。虽然传统的步行康复训练能改善患者的步行能力，但没有考虑认知对步行的干扰。因此，关于CMI模式的探索将为选择合适的DT训练提供理论依据，并为评估DT训练效果提供一种有效的方法。

本研究的不足之处：①研究样本数较少；②所选的认知任务类型不能全面揭示DTW对步态干扰和注意力分配。未来应考虑社区生活的复杂性以及影响CMI的多种因素，选择更适合卒中患者的DT评估范式和DT训练，以减少CMI，提高患者在任务干扰下的步行能力。

【点睛】本研究探讨了急性缺血性卒中患者在进行连续减法或单词生成双任务步行时，步速、步频、跨步长和跨步时间等步态参数的变化，认知任务完成的变化以及双重任务成本的情况。