轻度认知障碍中的练习中断效应及前额叶激活变化：一项基于斯特鲁普任务的fNIRS研究

《Brain and Behavior》：Disrupted Practice Effects and Altered Prefrontal Activation in Mild Cognitive Impairment: An fNIRS Study Using the Stroop Task

执行功能障碍，尤其是抑制控制，是轻认知障碍（MCI）的早期核心症状，本研究通过重复Stroop任务结合功能性近红外光谱（fNIRS）技术，比较MCI患者与健康对照组（HC）的执行功能及前额叶激活变化。结果显示，HC组在反应时间和准确性上显著改善，前额叶激活降低，而MCI组无明显变化，尤其在腹侧前额叶皮层（VLPFC）的适应性不足，提示神经可塑性受损。该研究为早期认知障碍诊断提供了神经影像学依据。

　　认知功能的下降是衰老过程中常见的现象，其中轻度认知障碍（MCI）作为痴呆症的前驱阶段，尤其值得关注。MCI不仅影响个体的日常功能，还可能导致情绪障碍、自我价值感降低以及生活质量的下降。本研究聚焦于MCI患者与认知健康的老年人在重复执行Stroop任务过程中表现出的行为和神经活动变化，旨在揭示早期执行功能障碍的神经机制，并探讨其在认知评估中的潜在应用。

### 一、研究背景与意义

随着人口老龄化的加剧，认知障碍相关疾病，如阿尔茨海默病，正成为全球公共卫生的重要议题。据韩国统计局（2019）数据显示，约22.7%的老年人受到MCI的影响，这一比例凸显了早期诊断和干预的迫切需求。MCI通常被视为正常老化与痴呆之间的过渡状态，虽然日常生活能力基本保持，但个体在特定认知领域，如记忆、注意力、执行功能和语言能力方面可能存在客观的缺陷。这些认知功能的损害不仅影响个体的独立性，还对家庭和社会带来沉重的负担。

执行功能是认知能力的重要组成部分，包括抑制控制、认知灵活性和任务切换能力。其中，抑制控制被认为是MCI早期表现的核心症状之一，与前额叶皮层（PFC）活动的变化密切相关。Stroop任务作为一种经典的神经心理学工具，能够有效评估个体在面对冲突时的执行功能，特别是通过观察语义冲突与反应冲突之间的干扰效应。研究显示，Stroop任务在执行功能的评估中具有高度的敏感性，特别是在前额叶皮层的激活模式上。

### 二、研究方法

本研究采用功能性近红外光谱（fNIRS）技术，结合重复执行的Stroop任务，评估MCI患者与健康对照组在认知适应方面的差异。fNIRS是一种非侵入性、便携式的神经影像技术，能够检测前额叶区域的血流动力学变化，从而间接反映神经活动。这种方法特别适用于老年人，因其安全性高、操作简便，且能够提供实时的神经反馈。

研究对象为65至85岁之间的老年人，共招募了40名参与者，其中17名被诊断为MCI，20名为认知健康对照组。所有参与者在实验前接受了详细的知情同意程序，并进行了包括MoCA-K在内的认知筛查，以确保研究对象的选取符合标准。研究设计采用了重复测量的实验结构，参与者在三个连续的Stroop任务块中完成任务，每个任务块包含18个试次，包括一致、不一致和中性条件。在任务执行期间，使用fNIRS系统持续监测前额叶皮层的血氧水平（HbO），以评估任务相关的激活变化。

### 三、研究结果

在行为表现方面，健康对照组（HC）的反应时间随着任务重复而显著减少，尤其是在第二和第三试次中表现出更快的反应速度，这可能反映了他们在任务执行中的适应能力。而MCI组则没有观察到显著的反应时间改善，仅在第三试次中表现出轻微的反应时间下降。这一结果表明，MCI患者在重复执行认知任务时，其执行功能的适应能力受到限制，可能与前额叶皮层的神经可塑性下降有关。

在神经激活方面，HC组在左侧前额叶皮层（VLPFC）中表现出HbO浓度的持续下降，这可能意味着随着任务熟悉度的提高，神经活动的效率得到了提升。相比之下，MCI组的HbO浓度变化较为有限，仅在第三试次中观察到显著的下降，但这种变化并不具有持续性。此外，HC组在任务执行中的准确性也呈现上升趋势，尽管未达到统计学显著性，但这一趋势与反应时间的改善相辅相成，表明其在执行功能上的适应性增强。然而，MCI组的准确性没有显著变化，这可能进一步说明他们在抑制控制方面的神经适应能力受损。

### 四、讨论与分析

研究结果表明，健康老年人在重复执行Stroop任务时能够有效提升任务效率，这可能与前额叶皮层的神经可塑性有关。前额叶皮层在执行功能中起着核心作用，特别是左侧VLPFC，它负责抑制不相关的信息，维持目标导向的行为。随着任务的重复，HC组的HbO浓度逐渐下降，说明他们的神经活动在适应过程中变得更加高效。这一现象与之前的fMRI研究结果一致，表明任务重复可以减少前额叶区域的激活，从而提升执行效率。

相比之下，MCI组在重复任务中的表现则显得滞后。尽管在第三试次中观察到HbO浓度的下降，但这种变化并不如HC组那样显著和持续。这可能反映了MCI患者在神经可塑性方面的不足，使得他们在面对重复的认知挑战时难以形成有效的适应机制。此外，MCI组的反应时间和准确性均未表现出显著改善，这进一步支持了他们执行功能受损的观点。

从理论角度来看，这些结果可以结合执行控制的框架进行解释。Aron（2011）区分了反应性控制和前瞻性控制，强调前额叶皮层在维持目标相关信息和提前调控反应中的作用。而VLPFC则更紧密地与选择性抑制相关，即在任务执行过程中抑制不相关的信息。本研究中HC组的VLPFC激活减少，可能表明他们在任务重复中更有效地利用了选择性抑制机制，从而提升了任务表现。这种神经效率的提升并未以牺牲准确性为代价，说明他们的执行功能在适应过程中保持了较高的精确性。

然而，MCI组的神经激活模式与HC组存在显著差异。尽管在第三试次中观察到一定的激活减少，但这种变化并未表现出持续性，且反应时间和准确性均未改善。这可能意味着MCI患者在执行功能的神经可塑性方面存在局限，使得他们难以通过重复训练提升认知表现。此外，研究中未对年龄、性别或其他认知领域（如处理速度、语言能力和工作记忆）进行控制，这可能影响结果的解释。因此，未来的研究需要考虑这些变量对执行功能的影响，以更全面地理解MCI的神经机制。

### 五、研究的局限性

尽管本研究提供了重要的见解，但仍存在一些局限性。首先，样本量相对较小，这可能限制了研究结果的普遍适用性。未来的研究应扩大样本规模，并涵盖更多样化的群体，以验证和扩展当前的结果。其次，性别分布存在明显不平衡，MCI组中女性比例较高，这可能影响性别相关的神经和行为差异的分析。因此，未来的实验设计应更加注重性别平衡，以更好地评估潜在的性别效应。

此外，虽然参与者接受了健康和认知状态的筛选，但研究未对可能影响Stroop任务表现的其他变量进行统计控制，如年龄、受教育年限、抑郁症状等。这些变量可能与执行功能的损害相关，从而影响任务表现和神经活动的解读。因此，未来的实验应考虑这些因素，以更准确地评估抑制控制和前额叶激活的变化。

研究还局限于前额叶皮层的监测，未能涵盖其他可能参与选择性抑制和认知控制的脑区。因此，观察到的神经活动可能仅反映了部分神经网络的动态变化。为了更全面地理解执行功能的神经机制，未来的研究应扩展神经记录的范围，包括更多的皮层和皮下区域，并考虑多模态成像技术的应用。

最后，本研究仅使用Stroop任务来评估选择性抑制，这可能无法全面反映抑制控制的复杂性和多样性。因此，未来的研究应引入更多种类的执行功能任务，以交叉验证选择性抑制的特征，并更准确地识别不同领域的认知障碍。

### 六、结论与展望

本研究揭示了健康老年人与MCI患者在重复执行Stroop任务时表现出的显著差异，特别是在反应时间和前额叶激活方面。这些结果支持了前额叶皮层在执行功能中的关键作用，并表明重复任务可能有助于评估和改善神经可塑性。此外，fNIRS技术在检测早期执行功能障碍方面具有较高的敏感性，为MCI的早期诊断提供了新的视角。

未来的研究应进一步扩展实验设计，采用更广泛的认知任务和多模态成像技术，以更全面地理解执行功能的神经机制。同时，考虑年龄、性别和其他认知领域的变量，有助于更准确地解释观察到的差异。此外，引入干预策略，如体育锻炼和认知训练，以及纵向研究设计，可以深入探讨重复任务对前额叶适应性和抑制控制的影响，为MCI的干预提供科学依据。通过这些努力，有望为认知障碍的早期检测和干预提供更加精确的工具和方法。