不同认知任务对早期认知障碍患者步态时空参数的影响

贾瑞冬 钟 倩 周秋敏 高雅新 吴 含 孙翠云 田慧芳 杨 茜 Nawab Ali 王 彤 朱 奕(通讯作者)

( 1 南京医科大学第一附属医院康复医学中心 ， 江苏 南京 210029 ； 2 南京大学医学院附属鼓楼医院康复医学科 ；3 南京医科大学附属苏州医院康复医学科 ； 4 南京医科大学第一临床医学院 )

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是临床常见的老年神经退行性疾病，是失智症最常见的类型，患病后可导致进行性认知障碍，随着疾病的发展，患者逐渐丧失日常生活能力[1]。主观认知下降(subjective cognitive decline, SCD)阶段和轻度认知障碍(mild cognitive impairment, MCI)作为AD临床前期，在最新的AD诊断标准中，已被纳入AD疾病谱的不同阶段[2-3]。SCD指个体主观自觉存在记忆能力或其他领域认知功能的下降，但神经心理学评估结果未出现异常[4]；MCI患者认知功能介于正常老年人与失智症之间，60岁及以上老年人MCI的患病率为15.5%[5]，年失智症转化率可达28%，并且随着年龄的增加，MCI患病率及失智症转化率也呈上升趋势。因此，SCD及MCI的早期诊断和治疗近年来备受关注。MCI患者认知功能的下降常与步态异常同时出现，并且MCI跌倒率的增加与双重任务(dual task)下的步行能力下降密切相关，有研究提示，SCD患者在双重任务下姿势控制也表现出异常[6-7]。双重任务是同时执行原发任务和继发任务[8]。因此有学者提出在步行的过程中给予患者一定的认知干扰能够预测其运动能力丧失以及失智症进展[9]，但哪种认知干扰对步行能力的影响最为显著，目前尚不明确。因此，本研究采用三维运动捕捉系统来评价早期认知障碍老年人单双任务下的步行能力，旨在探索不同认知任务对早期认知损害老年人双重任务步态时空参数的影响，为提高老年人认知能力提供可行的双重任务评定方案。报告如下。

资料与方法

1 一般资料：本课题组于2019年6月-10月通过报纸等方式公开向社会招募老年人180余例，通过初步筛查和认知评估最终纳入83例符合条件的受试者。本研究已通过南京医科大学第一附属医院伦理委员会的批准(批准号：2019-SR-105)，且所有受试者均自愿签署知情同意书。(1)入组标准：MCI组。①符合美国国立老化研究院(National Institute on Aging, NIA)和阿尔茨海默病协会(Alzheimer's Association, AA)2018年最新MCI诊断标准，并且患者病情稳定[4]；②存在≥6个月的记忆障碍主诉，且日常生活不受影响；③满足以下条件中任意1条：记忆、语言、执行功能中至少1个认知域的2个神经心理测评分都低于正常范围的1个标准差(1.0 SD)；三大认知域中，均有1个神经心理测评分都低于1.0 SD。SCD组。①符合2014年SCD协作组提出的诊断标准，且病情稳定[10]；②同时满足以下条件者：神经心理测评尚未达到MCI诊断标准，存在记忆主诉，存在≥6个月的记忆下降担忧。NC组。①神经心理学测评尚未达到MCI诊断标准；②不存在认知受损主诉。(2)排除标准：①年龄≤55周岁或>85周岁者；②诊断为血管性痴呆症者，即改良的Hachinski缺血量表(modified ischemic scale, MHIS)评分>4分；③因其他严重疾病无法配合认知功能测评者；④合并严重的糖尿病足，心血管疾病，骨关节等运动系统疾病或平衡功能障碍影响步行者。

2 方法

2.1 认知功能评估：根据《中国阿尔茨海默病临床前期主观认知下降的诊治策略》[11]，记忆功能评估采用华山版听觉词语学习测验[12](verbal learning Huashan version，AVLT-H)，评估延时记忆(N5)和再认(N7)功能，测试内容包含3组不同类别的词语共12个，回忆及再认词语正确的个数越多，表明记忆功能越好；语言功能评估采用动物词语流畅性[13]和波士顿命名测试(Boston Naming Test, BNT)[14]，动物流畅性测试要求受试者在1分钟内尽可能多且不重复地说出动物的名称，个数越多提示语言功能越好；波士顿命名要求受试者对30幅日常生活常见物品进行识别，正确个数越多提示语言功能越好；执行功能评估采用形状连线测验 A (A,TMT-A)和 B (A,TMT-B)[15]，完成时间越短，提示执行功能越好。根据以上评估结果，将受试者分为NC组、SCD组及MCI组。见表2。

2.2 步行能力评估：3组受试者的步行能力评估在南京医科大学第一附属医院(江苏省人民医院)钟山康复分院三维步态分析实验室进行，测试环境安静且地面平整。受试者统一着实验室提供的测试服装并自备日常步行的鞋袜。测试开始前，先由实验人员引导受试者在测试区域步行数个来回适应测试环境，并了解测试内容。正式开始时，先进行单任务测试，受试者以自选速度步行，再进行4种不同类型双重任务步行能力测试。测试过程由实验人员全程监护避免受试者摔倒。单任务与双重任务测试方案均重复进行3次，保证至少采集10个完整步行周期参与数据分析，2次试验之间间隔适当休息时间，为排除步行启动时加速及结束时减速的加速度影响，开始与结束时1米内的步行周期不纳入计算分析。

2.2.1 试验方案：(1)单任务步行。受试者自选最舒适的步行速度进行步行。(2)双重任务步行。①步行+计算任务：步行时执行100连续减7的计算任务；②步行+说动物名任务：步行时执行连续说动物名字的任务，且动物名不重复；③步行+故事回忆任务：步行前由实验人员读给受试者听一个简短的小故事，然后开始步行，步行时回忆并说出故事的主要内容；④步行+词语回忆任务：步行前由实验人员读给受试者听5个不同中文词语，然后开始步行，步行时回忆并说出这5个词语，顺序无要求。

2.2.2 数据采集及分析：采用三维运动捕捉系统(Vicon Nexus2.8, Oxford Metrics, Oxford, UK)对受试者步态数据进行采集，系统共配备12部红外线摄影机(Vantage5, Vicon Nexus2.8, Oxford Metrics, Oxford, UK)。数据采集前先进行环境校准、系统定标，见图1。本实验采用100Hz采样频率，CGM2.3(Conventional Gait Model2.3)运动捕捉模型[16]，见图2。数据分析采用Visual 3D建模仿真分析软件(Visual 3D Professional V6, C-Motion Incorporation USA)，步态时空参数滤波截止频率为7Hz，采用基于模型数据的计算命令对数据进行运算分析。

3 观察指标：采集并分析受试者步行单任务与双重任务下步长、步速、步态周期时空参数。步长为一侧脚跟触地到对侧脚跟触地之间的距离，步长越大提示步行能力越好；步速为一侧脚跟触地到同侧脚跟触地之间的距离除以经过的时间，步速越快提示步行能力越好；步态周期为一侧脚跟触地到同侧脚跟再次触地所经历的时间，步态周期越短提示步行能力越好[17]。

5 结果

5.1 3组受试者一般资料对比：本研究共纳入受试者83例，其中NC组26例，SCD组34例，MCI组23例。3组受试者的性别、年龄等一般临床资料无显著性差异(P>0.05)，见表1。

表1 3组受试者一般资料比较

5.2 3组受试者认知功能评估结果对比:NC组、SCD组和MCI组记忆、执行及语言功能均呈依次下降趋势。3组N5评分(x2=15.191,P<0.001)、 N7评分(x2=24.76,P<0.001)、TMT-A测试评分(x2=23.86,P<0.001)和波士顿命名测试评分(x2=6.77,P=0.034)均有显著性差异；TMT-B测试(P=0.013,P<0.001)和动物流畅性评分(P=0.004,P<0.001)NC组与SCD组、MCI组两两比较均有显著性差异。见表2。

表2 3组受试者认知功能评估结果对比

5.3 3组受试者步态时空参数:(1)3组受试者步态时空参数组内比较。3组受试者在不同双重任务下较单任务相相比步长变短、步行速度变慢，步态周期变长。其中，NC组在报动物名任务下，步行速度和步态周期与单任务相比有显著性差异(P<0.005)；在故事回忆任务下，步行速度和步长与单任务相比存在显著性差异(P<0.001)；在词语回忆任务下，步长与单任务相比有显著性差异(P<0.005)。SCD组在报动物名任务下，步行速度和步态周期与单任务相比，有显著性差异(P<0.001)；在故事回忆和词语回忆任务下，步行速度与单任务相比有显著性差异(P<0.001)。MCI组在故事回忆任务下，步行速度与单任务相比有显著性差异(P<0.001)；在报动物名、故事回忆和词语回忆任务下，步态周期与单任务相比有显著性差异(P<0.001)。但3组受试者中的计算双重任务下的步行速度、步长和步态周期与单任务相比没有差异(P>0.005)。另外，3组受试者的两两双重任务之间的步态时空参数组内比较无显著性差异(P>0.005)。见表3。(2)3组受试者步态时空参数组间比较。计算任务下，MCI组步态周期大于NC组和SCD组，差异均有显著性(P<0.017)；故事回忆任务下，MCI组步行速度小于SCD组，步态周期大于SCD组，差异均有显著性(P<0.017)；词语回忆任务下，MCI组步态周期大于NC组，差异具有显著性(P<0.017)。见表3。

表3 3组受试者单、双重任务下步行时空参组内和组间比较

讨 论

迄今为止，药物治疗并不能有效逆转AD的病情，因此，早期筛查与诊断AD临床前期患者尤为关键。如能在SCD及MCI阶段及时干预，有望降低AD的发病率，因此，SCD及MCI阶段的筛查与诊断非常重要。既往的研究表明，双重任务测试可用于认知功能的评估，但哪种认知任务干扰对于早期认知障碍的老年人最为敏感，目前尚不明确。本课题组对早期认知损害的老年人进行不同双重任务下步行能力测试，收集与分析单任务以及双重任务下步行时空参数，探索不同类型双重任务对于早期认知障碍老年人步态时空参数的影响。

本研究发现，3组受试者在不同类型双重任务下步速较单任务相比减慢，步长减小，步态周期变大。除计算任务外，其他3种认知任务干扰对不同时空参数存在显著性改变，这与以往的研究结果并不一致[8,21]可能与本研究入组的人群有关，我们主要纳入以记忆损害为主的遗忘型MCI和有记忆力下降主诉的SCD，受试者可能不存在显著的计算能力损害，因此，计算任务可能对于本试验人群不敏感。除此之外，我们发现说动物名双重任务下步态时空参数与单任务相比存在显著差异，同时我们还发现，在认知功能评估结果中，SCD与MCI波士顿命名以及言语流畅度测试均有下降表现，能够解释说动物名双重任务表现下降；在故事回忆任务下，步行速度最慢，可以说明言语流畅度和记忆任务对于认知损害老年人来说难度最大。而在不同类型双重任务下步态时空参数组间比较中，故事回忆双重任务下SCD组步速大于MCI组，步态周期小于MCI组；在报动物名任务下，3组受试者两两比较步态时空参数均无显著性差异，同样说明故事回忆任务难度最高，用于区分不同组别最敏感，而报动物名任务则不推荐作为区分不同组别的双重任务。本课题组既往研究结果表明，不同类型认知任务对MCI患者认知消耗程度不同，其中步行+记忆故事任务最大，对于区分不同认知损害老年人具有较好的敏感性，与本研究结果一致[18]。研究表明，步速下降是认知损害的早期表现，且双重任务下步速下降是MCI向失智症进展的高危因素[19]。因此，双重任务下步速检测可作为认知损害老年人重要的评估指标。本研究结果显示，在单任务、计算任务、报动物名任务以及词语记忆任务下，3组受试者步速两两比较无显著性差异，可能是因为认知任务难度较小，对于区分不同组别不敏感。另有研究指出，言语任务(如自主报动物名称)由于节奏感及韵律较强，且言语流畅性主要与语义记忆相关，而MCI认知损害主要体现在工作记忆上，所以导致结果差异不明显[20]。除不同类型认知任务影响测试结果以外，测试步行的距离及时间较短也是重要的影响因素[21-22]。既往的研究提示海马以及前额叶与记忆和执行功能是密切相关的[23]，同时这两个脑区都参与了步行控制[24]，因此表现为认知能力越好，步行能力也越好[25]。研究表明，步态周期与MCI患者海马的神经活动呈负相关[26]，说明海马也可能参与了步行控制[24]，而内侧前额叶(medial prefrontal cortex，mPFC)参与瞬时和延迟记忆过程[27]，因此我们发现，采用故事回忆双重任务时，3组受试者步态时空参数差异最大，对于区分不同组别更为有效。但其具体的的发生机制尚需更多的研究来证实。

本研究创新之处在于采用不同类型双重任务来评价受试者的步行能力，探索性地发现故事回忆双重任务较其他双重任务更能敏感区分MCI、SCD和NC。本研究尚存在不足之处，如步行能力评价只局限于时空参数，未来研究应结合步行运动学以及动力学参数进行研究，更应进一步探索任务与相关功能脑区之间的关系。

结论:不同类型双重任务下早期认知障碍老年人步态时空参数与正常老年人相比存在差异，故事回忆双重任务难度最高，用于区分不同组别最为敏感。