帕金森病患者在进行单任务和双任务跑步机步行运动时前额叶皮层的血流动力学变化

《NPG Neurologie - Psychiatrie》：Prefrontal cortex hemodynamics in patients with Parkinson's disease during single- and dual-task treadmill walking exercises

帕金森病（PD）患者与健康对照（HC）在强制步速和自选步速下的前额叶皮层（PFC）激活差异及认知控制机制研究。采用功能近红外光谱（fNIRS）技术，比较两组在静态认知任务、单任务和双任务步行中的PFC血氧水平。结果显示PD患者强制步速下PFC激活显著高于HC，但双任务时激活水平与HC无差异。研究揭示了步态约束对认知资源分配的影响，以及PFC在PD运动补偿中的作用机制。

　　在本研究中，科学家们探讨了帕金森病（Parkinson's Disease, PD）患者在固定速度和自主选择速度下进行单任务和双任务 treadmill（跑步机）行走时，前额叶皮层（Prefrontal Cortex, PFC）的激活情况。研究共招募了24名参与者，包括12名PD患者和12名健康对照组（Healthy Controls, HC）。PD患者的诊断标准为符合英国脑库标准的原发性PD，并且疾病严重程度为Hoehn和Yahr分期的I-II期，同时无跌倒史、过去一个月内抗帕金森药物稳定，且无明显的认知损伤。健康对照组则需排除任何其他神经系统或骨骼疾病。

研究设计中，参与者完成了六项2分钟的任务：两项静态认知任务、两项单任务行走测试和两项双任务行走测试。每项行走测试均在固定速度和自主选择速度下进行。通过功能性近红外光谱（functional Near-Infrared Spectroscopy, fNIRS）技术持续监测前额叶皮层的血流动力学变化，以评估其激活程度。同时，研究还评估了任务的感知难度、认知表现和步态参数。结果显示，在行走任务中，健康对照组仅在双任务时激活前额叶皮层，而在单任务时不激活，这与PD患者不同。PD患者在固定速度下进行单任务和双任务时，前额叶皮层的激活水平相似，但在自主选择速度下则没有明显的激活。

感知难度方面，PD患者的任务难度显著高于健康对照组，并且在执行双任务时的难度也高于单任务。步态参数的变异性方面，PD患者的步态节奏波动明显大于健康对照组。这些结果表明，对于PD患者而言，固定速度的行走任务比自主选择速度的行走任务需要更多的认知控制资源，从而增加了前额叶皮层的激活。然而，当双任务被加入到固定行走速度中时，PD患者的前额叶皮层激活并没有进一步增加，这可能意味着他们的认知控制资源已经达到了一个上限，无法再通过增加任务复杂度来提升激活水平。

在讨论部分，研究者指出，固定速度的行走任务对PD患者来说是一个有效的认知挑战，能够促进前额叶皮层的激活，而健康对照组则没有表现出这种趋势。这可能是因为PD患者在行走时依赖更多的认知控制机制，以补偿运动自动性的下降。然而，当双任务被加入时，PD患者的前额叶皮层激活并没有进一步增加，这可能意味着在这些情况下，他们的认知资源已经达到了饱和状态，无法再进行更多的调节。这种现象可能反映了PD患者在进行双任务时，注意力资源的分配受到了限制，导致无法有效提升前额叶皮层的激活水平。

此外，研究者还提到，PD患者在自主选择速度下进行行走任务时，前额叶皮层的激活水平低于在地面行走时的水平。这可能表明，外部节奏的设定会降低PD患者的认知需求，从而减少前额叶皮层的激活。相比之下，固定速度的行走任务可能会增加PD患者的运动控制需求，进而促进前额叶皮层的激活。这种现象对于理解PD患者在不同行走条件下前额叶皮层的激活模式具有重要意义。

研究还指出，PD患者在进行行走任务时，步态的不稳定性较高，这可能与他们对运动控制的依赖有关。在固定速度下进行行走任务，PD患者需要更多的注意力资源来维持步态的稳定性，这可能导致前额叶皮层的激活增加。然而，当双任务被加入时，这种增加并没有进一步发生，这可能意味着双任务对PD患者的运动控制需求已经超过了他们的认知调节能力，导致无法有效提升前额叶皮层的激活水平。

总的来说，本研究揭示了PD患者在不同行走条件下前额叶皮层的激活情况，以及这种激活与任务难度和步态参数之间的关系。这些发现对于理解PD患者的运动控制机制以及开发有效的康复策略具有重要意义。同时，研究还强调了固定速度和自主选择速度对PD患者的影响差异，以及双任务对认知资源的挑战。这些结果可能为未来的临床研究和干预措施提供理论支持。