衰老、认知衰退与慢性前庭功能障碍对空间定向的选择性影响：水平面受损而垂直面保留的临床证据

本研究发现衰老、认知能力下降（MoCA评分降低）及慢性双侧前庭功能障碍（BVP）会选择性损害人体在水平面的空间定向能力，而对垂直面则无显著影响。研究通过三维实景指向任务（3D-RWPT）揭示了空间编码的各向异性现象，为理解人类三维空间认知的神经机制及临床前庭与认知障碍的评估提供了重要依据。

　　

引言

人类及其他脊椎动物在空间定向和导航能力上表现出明显的各向异性，即在水平面的表现优于垂直面。虽然水平导航准确性随年龄增长而下降，但年龄对垂直空间能力的影响尚不明确。同样，导致空间记忆缺陷的疾病（如认知障碍或慢性外周前庭功能丧失）对垂直空间的影响也缺乏研究。本研究旨在探讨三个主要问题：年龄对垂直空间能力的影响、认知衰退对水平与垂直空间准确性的差异影响，以及慢性外周前庭缺陷（单侧UVP或双侧BVP）对空间定向性能的影响。

材料与方法

研究对象为569名在三级眩晕与平衡障碍中心就诊的患者（女性302名，平均年龄62.77±14.13岁）。所有患者均接受了神经学、神经耳科学检查、认知筛查（蒙特利尔认知评估，MoCA）及三维实景指向任务（3D-RWPT）测试。3D-RWPT包括在被动全身偏航轴旋转前后的空间记忆范式，要求受试者进行（认知要求高的）自身位置相对于目标的心理转换，并正确整合前庭感觉信息。采用混合线性回归模型评估各变量对指向准确性的影响。

神经耳科学测试包括自发性及头摇性眼震检查、眼动检查、眼底摄影及主观视觉垂直（SVV）调整，以检测中枢前庭缺陷和急性前庭张力失衡。此外，还进行了双温水量热测试及标准化视频头脉冲测试（vHIT），以评估高频范围内的半规管功能。

在3D-RWPT中，患者从坐姿进行全臂指向运动，首先在面向前方的身体位置（再现任务），然后在被动身体旋转90°到一侧后（旋转过程中有视觉反馈，作为认知要求高的心理转换任务），最后被动旋转回起始位置（无视觉反馈，即依赖前庭感觉信息的正确整合；旋转后任务）。所有旋转以90°/s的速度进行，频率为0.25 Hz，处于前庭刺激的最佳范围低端。指向向量通过绑在优势前臂的指向设备记录，并与两组校准（自我中心/视网膜拓扑和世界中心/世界基准）比较，计算每个范式中每个平面的平均角度偏差。偏差越大表明指向准确性越低。

结果

在所有3D-RWPT范式中，年龄是水平面角度不准确的高度显著预测因子（p < 0.001），但在垂直面上不显著。MoCA评分（认知障碍患者n=178）对转换范式中的水平准确性有显著影响（p < 0.001）。在旋转后任务中，双侧外周前庭功能障碍（n=67）是水平面准确性受损的高度显著预测因子（p < 0.001），但对垂直面准确性无显著影响。男性患者在两个平面上的表现均优于女性患者。

在仅测试空间记忆的再现任务中，年龄仅对水平面准确性有显著预测作用（p < 0.001），对垂直面无影响。在认知要求高的转换范式中，年龄和MoCA评分对水平准确性有显著影响（p < 0.001），男性患者在两个平面上的表现均优于女性。在旋转后任务中，年龄和BVP对水平准确性有高度显著预测作用（p < 0.001），但对垂直面无影响；男性患者在垂直面上的表现优于女性。

亚组分析显示，在排除所有存在持续性外周前庭功能障碍（UVP、BVP）及疑似认知障碍（MoCA评分<26分）的患者后，年龄与水平面角度偏差呈正相关（Spearman’s rho 0.19, p=1.72×10^?3），但与垂直面角度偏差无显著相关。在转换和旋转后任务中，年龄均与水平面准确性负相关（p < 0.001），对垂直面无影响。年轻患者（年龄<50岁）在所有水平范式中的表现均优于老年患者（年龄>50岁），两组在垂直范式上无差异。

空间编码策略分析显示，认知障碍患者在所有3D-RWPT范式中均倾向于使用自我中心/视网膜拓扑编码策略（水平面p_Tukey=0.02，垂直面p_Tukey=0.05）。前庭功能异常患者中未观察到明显的空间编码策略模式。

讨论

本研究首次在大规模临床队列中证明，衰老、认知衰退及慢性前庭功能丧失会选择性损害水平面空间定向能力，而垂直面空间定向能力保持稳定。这一现象在3D-RWPT的所有范式中均一致出现，包括仅依赖空间记忆的再现任务。结果表明，水平与垂直空间感知存在不同的年龄关联：水平空间准确性随年龄增长下降，垂直准确性则否。

水平面空间定向的年龄相关性衰退可能与日常训练效应有关。年轻人通常比老年人更活跃，包括更多的日常（水平）运动。水平体育锻炼（如快走）与海马体积增加及空间记忆改善相关。而垂直面长期体育锻炼（如专业攀岩）则与小脑结构变化相关。日常 predominantly 水平训练偏差可能通过校准空间参考框架导致观察到的各向异性。

此外，空间编码的操作模式可能解释本研究结果。静态空间操作模式（如垂直面指向）可能依赖自我中心编码，而动态空间操作模式（如水平面空间更新）则需要世界中心编码。衰老显著损害世界中心导航，这与之前研究一致。认知障碍进一步扰乱了世界中心空间编码，导致患者即使在年龄校正后仍倾向于使用自我中心策略。这一转变在所有3D-RWPT子任务及水平与垂直面均可见，表明其为全局而非平面特异性现象。

本研究的局限性包括3D-RWPT仅使用水平身体旋转，未包括俯仰或滚动平面刺激。未来测试版本可考虑使用Space Curl系统进行三维身体位置变化。此外，UVP患者中未发现明确效应，可能与分析中合并左右侧UVP及左右侧全身旋转有关，需进一步研究。

抑郁筛查评分（PHQ-9）在所有回归模型中均不是角度准确性的显著预测因子，与之前关于抑郁与视觉空间记忆无关的meta分析一致。

总之，垂直面空间记忆在衰老、认知衰退及前庭功能障碍下保持稳定的结论基于单一三维指向测试。尽管数据与之前主要测试水平面空间能力的研究一致，仍需进一步研究以推广垂直定向在已知引起俯仰平面症状的神经条件下的可靠性。未来研究应结合动物模型和人类神经影像学，解释人类空间记忆各向异性的机制及个体差异对其的影响。