基于计算机认知训练技术在改善老年认知功能中的应用与展望

刘智岚，贾杰

2019年我国流行病学调查显示，65岁及以上老年人群轻度认知障碍患病率高达20.8%，痴呆总患病率为5.14%[1]。认知功能低下不仅影响患者的日常生活能力，还给患者家庭和社会造成了沉重的经济负担，已成为导致我国老年人进入养老机构和死亡的主要原因之一[2]。认知功能训练作为非药物治疗，为改善老年认知功能提供了有效的干预手段。随着科技的进步发展，近年来认知训练不再拘泥于传统治疗师的人工干预。基于计算机认知训练技术作为一种非侵入性的认知训练干预措施，已在老年认知训练中发挥重要作用。该技术是利用电脑、平板、手机等多媒体电子设备，结合特定的硬件系统和软件，通过不同感官及多种形式和内容的训练任务对老年患者进行干预，包括计算机辅助认知康复（computer-assisted cognitive rehabilitation，CACR）、运动游戏（exergames，EGs）、虚拟现实（virtual reality，VR）等技术。本文就基于计算机认知训练技术在老年认知功能康复中的应用概况、局限性及未来展望进行综述，为临床提供参考。

1 计算机辅助认知康复

CACR训练自20世纪90年代开始应用于欧美等国家，在国外已普遍运用于临床治疗。我国从21世纪初也开始研究应用，目前在国内经济条件中上等地区的三级、二级医疗机构中已普遍实施运用。CACR是基于运行在计算机设备上的特定认知训练程序，通过听、说、读、写等方面感知觉任务的反复刺激，激活患者原有的认知储备或建立新的神经网络，激发认知储备的释放及促进神经环路建立。传统认知训练通常采用纸笔式训练方式，受训练材料的制约，在训练内容上不能做到多种多样，形式较单一，缺乏趣味性，患者容易感觉枯燥及疲劳，且要求治疗师“一对一”进行指导。而CACR训练内容更丰富多彩，训练程序在不同的认知领域内包含了各种类型及形式的训练内容，治疗师可根据患者认知障碍程度和兴趣爱好，选择恰当的认知训练程序和内容，达到简便易行、经济有效、灵活多样的康复效果，并可以实现“一对多”的训练模式，节约人力成本，提高训练效率，为认知干预的大规模推广提供了可能性[3]。

有研究显示CACR可改善患者多个领域的认知功能，如执行能力、记忆力、注意力、处理速度等。我国学者韩晔等[4]对脑梗死后有执行功能障碍的老年患者进行CACR的干预，采用德国Rehacom认知康复系统，并与传统认知训练组相比较，其两组训练内容相同，包括类概念训练、序列思维训练、推理训练、问题解决训练、组织和计划、时间分配训练、决策训练等，结果显示CACR在老年人群中接受度良好，在改善执行能力以及提高日常生活活动能力方面均显著优于传统认知康复训练。Gooding等[5]使用专为老年人设计的CACR系统（BrainFitness 2.0.1版本）对认知下降的老年患者进行特定认知领域的训练，结果提示患者在言语学习与记忆方面有明显提升，并指出在训练目标上应根据个体化设定，而不是以临床医师的设定为目标。目前，临床上还将CACR与重复经颅磁刺激和经颅直流电刺激等不同的中枢神经刺激相结合，形成“中枢-外周-中枢”闭环康复[6]，促进损伤脑区的神经可塑性，从而更好地恢复认知功能。

虽然很多研究指出CACR能改善老年患者的认知功能，但由于研究方案不同，其得出的结果也不完全统一。并且在能否有效预防痴呆或延缓痴呆进程方面证据不足。Hill等[7]对17项随机对照试验进行了meta分析，指出在老年轻度认知障碍患者中，CACR对改善整体认知有效，但是对于老年痴呆患者作用是有限的。并且现存的随机对照试验样本量均偏小，研究方法以及干预方案之间存在差异，干预时间较短，证据的整体质量偏低[8]。

CACR在改善老年人的认知功能方面，受到训练方案的选择、老年患者的接受程度及功能障碍严重程度等多方面因素的影响。临床上如何对患者进行训练，包括训练内容、训练时长、训练频率没有明确的统一标准。目前我国的研究，老年人群的平均年龄都偏小，且多为住院患者，认知损伤程度较小，在不同年龄层次上的接受度是否有差异，以及不同文化程度和地域差异上的训练效果是否一致还不明确。在未来的临床研究中，应密切关注制定CACR的干预方案标准，此外，还需进行更多的随机对照临床试验，以确定CACR在预防和延缓老年人认知能力下降方面的有效性。

2 运动游戏

自21世纪初，随着对EGs（如任天堂Wii和XBox Kinect）研究的逐渐增加，EGs在医学领域的应用也越来越多，除研究改善年轻人的心血管反应及运动功能外，对老年认知功能的干预研究也在运用推广。EGs是将体育锻炼和视频游戏结合起来，该设备可实时捕捉患者的身体运动或反应，并反馈到视频游戏中，由计算机屏幕显示出游戏进程[9]。EGs的形式与内容是多种多样的，可以是双重任务导向性训练，也可以结合VR技术。EGs具有多元化的互动方式，可吸引、激励年龄较大的参与者进行练习。国外EGs已大部分运用于老年社区和家庭，而我国在这领域还处于萌芽阶段。目前国内社区的活动器材很少结合视频游戏，在形式上比较单一，这就为我国未来在社区及家庭环境中实施及开展EGs提升了发展空间。

研究指出EGs可刺激与认知相关的大脑区域，改善执行功能，刺激机体释放脑源性神经营养因子、血管内皮生长因子等相关营养因子，从而促进神经的可塑性，改善轻度认知障碍或痴呆症患者的认知功能[10]；并且还可以作为改善老年人的平衡能力和预防摔倒的干预措施[11]。Bamidis等[12]运用基于电脑的EGs项目，包括健美操、原地跑步、骑自行车、耐力训练、动态平衡训练（如滑雪跳台、钓鱼、高尔夫）等，对老年人进行干预，结果显示通过EGs可提高老年人认知的总体水平。此外，意大利学者对13项研究进行了meta分析，调查了EGs对患有神经系统疾病的老年患者认知功能的影响，结果表明，在一些特定的认知领域，如执行功能（包括双重任务的表现）和视空间感知能力，EGs干预有明显改善[13]。但是2020年一项meta分析指出，更长时间及频繁的训练并不会对认知功能有更大的改善，并且很难确定哪种EGs对提高认知功能最好[14]。

EGs被认为是一种老年人可以接受的锻炼方法，应用简单且有趣[15]。关于老年人使用EGs的安全性方面，一些研究指出了不良事件为轻度不适或肌肉骨骼疼痛，尚无研究报道锻炼过程中有任何严重的不良事件[16]，但这并不能表明EGs对老年人是完全安全的。老年人处于多病共存的状态，尤其是对于心肺适能较低的患者，能否耐受EGs的运动量且达到改善认知的效果需进一步研究。

虽然EGs无法替代传统的由治疗师进行的认知功能训练，但一些学者认为作为辅助训练项目能减少家庭及社会支出，并且从公共卫生的角度来看，这种训练模式能普及到社区，适合更多的老年居民，而且将来可以进行益智游戏与社交网络等其他技术的创新集合，使老年人与他人共享经验并相互激励。

3 虚拟现实

既往VR多用于神经心理学领域，随着现代科技的发展，VR还可用于外科手术训练、卒中后干预、缓解疼痛等。目前，VR在老年认知评估及训练领域中的使用处于新兴且不断发展的阶段。VR设备是采用桌面平台或PC显示器，键盘和鼠标或操纵杆、游戏手柄、触觉手套，甚至头戴式显示器等更先进的技术，人工创造一个接近真实世界的环境，让一个或多个人与虚拟环境及其3D实体进行交互的技术。由于VR能够呈现三维物体并创建复杂的多感官虚拟环境，带给患者进行日常活动的身临其境的感觉，这种非侵入式的多源刺激能更有效提升受损脑区的神经重塑水平，有利于患者进行康复训练[17]。与传统的认知训练方法相比，VR可以通过在有效的虚拟环境中精确控制和操纵呈现给人们刺激，来提高认知评估的可靠性、敏感性、安全性和生态有效性。此外，可以通过使用虚拟环境来训练情景和语言记忆、注意力、执行能力等，提高日常生活能力[18]。系统按照沉浸式级别可分为非沉浸式，半沉浸式以及完全沉浸式[19]，这三个层次的区别在于现实模拟的真实性。

国外的探索研究显示VR技术在老年认知诊断和治疗方面有效[19-20]。Mathews等[21]使用VR环境活动任务训练，对15名平均年龄65岁的卒中患者进行干预，结果显示参与者的前瞻记忆均显著提高。Serino等[22]招募了8名健康的老年人和20名痴呆患者，使用自行设定的虚拟城市环境，让受试者记住列表中的物品，并随之在虚拟环境中将这些物品按顺序逐一找出，结果表明健康老人和痴呆患者的空间记忆均得到了有效改善。Foloppe等[23]制作了一套非沉浸式烹饪认知任务，以增强痴呆患者烹饪活动的自主性，使一名79岁的痴呆患者恢复了烹饪的能力。

目前我国大部分VR多依赖于2D显示器和控制器，如操纵杆和鼠标设备。头戴式显示器或洞穴式自动虚拟环境运用较少，沉浸式VR在认知领域无论是国内或国外都处于萌芽时期[24]，并且在评估认知功能以及老年人群中的使用结果还不明确。国外相关研究表明，与正常年轻人使用头戴式VR体验相比较，健康老年人的用户体验较差，出错率比平台式的设备要高，这与设备熟悉程度及使用经验相关。高度沉浸式技术在老年人群中会出现恶心、头晕、眼睛疲劳等“网络头晕”[25]，故如何克服这种不良反应有待于进一步研究。

有资料显示用户依从性与体验相关[26]，患者在训练中体验趣味性强、接受度好，在后续训练过程中更易接纳该训练模式。然而VR设备技术可能导致的系统故障，使受试者专注于设备技术本身，而不是训练过程，影响老年人的情绪和训练效果。故为了能使VR技术在老年认知下降人群中发挥更好的作用，首先要稳定设备，并且需要工程师、程序员、治疗师和临床医师的多学科团队共同努力，以解决特定的临床问题及治疗方法，为设计出安全、有趣味性、老年人易接受的VR应用程序和训练任务。

4 总结

现今老年人在日常生活中已离不开网络以及电脑、手机等电子设备，对计算机技术的认知程度更高，接受度更强。基于计算机认知训练技术作为非侵入式的干预措施，有趣味性强、内容丰富、易被老年人群接受、安全性高等优点，在改善老年认知功能方面有很大的应用价值及发展前景，是认知康复训练发展的有利趋势，并且随着底层技术的进步以及软件的不断升级开发，系统硬件成本将不断降低，可减少患者及家庭的支出。随着5G时代的到来，还可嵌入远程信息处理系统，如上指导及追踪、监视、电子外部辅助设备，甚至是远程训练，为社区和居家老人提供便捷服务。

计算机认知训练技术对改善老年认知功能障碍有积极的效果，但是无论是哪种训练技术，目前都缺乏统一的训练标准及运动方案，且缺乏长期的随访研究。现有研究多为轻度认知功能障碍的老年人群，干预效果较好。而对于中重度痴呆症患者的研究较少，其中原因可能是由于痴呆患者配合度欠佳，难以进行干预。未来，需要大样本的高质量研究及循证医学证据确定患者的训练类型、频率和强度，从而使认知下降的老年群体能有更大的获益。

【点睛】基于计算机认知训练技术在改善老年认知功能方面有很大的应用价值及发展前景，是认知康复训练发展的有利趋势。