综述：实施针对健康状况工人的就业能力干预措施：一项系统性回顾

本综述创新性地采用双机器学习模型（DML），揭示中国高速铁路（HSR）开通对中老年人认知健康的显著促进作用（效应系数0.198，95%CI [0.088, 0.309]），其机制涉及环境改善（PM2.5降低）、经济提升（收入增加）与心理健康（抑郁症状缓解）三条通路，为交通基础设施促进健康老龄化提供了高质量实证证据。

　　

2. 研究假设

认知障碍已成为全球健康老龄化的重大挑战，而交通基础设施被证明会影响老年人的认知健康。高速铁路（HSR）作为一种变革性的交通方式，通过提升连通性和可达性，可能从多个层面影响中老年人的认知功能。本研究提出一个整合了个人与环境保护因素的理论框架，假设HSR通过四条路径影响认知健康：环境改善、医疗可及性提升、经济状况改善和心理健康促进。

具体而言，HSR的运营有助于改善空气质量（如降低PM_2.5浓度），而环境效益与个人的认知健康正相关。其次，HSR改善了获得医疗设施的机会，使个人能够接触到更高质量的医疗服务，从而有助于减缓认知衰退。第三，HSR通过促进产业升级和经济增长，创造了更多就业机会并提高了收入水平。最后，HSR缩短的旅行时间不仅促进了流动性，还通过促进社会互动和参与来改善心理健康，这对支持认知健康至关重要。基于此，提出假设1：HSR可以改善中老年人的认知健康。

HSR对认知健康的影响在不同群体间可能存在显著的异质性，受性别、年龄、教育水平、城乡差异和地理区域等因素的影响。例如，女性通常比男性经历更高的认知衰退率，HSR的认知健康益处可能对中老年女性尤为明显。教育水平是认知健康的另一个重要决定因素，更高教育程度的个体可能更充分地利用改善的交通条件。此外，基础设施、医疗可及性和社会服务方面的地区差异可能会进一步加剧不同人群认知健康结果的差异。基于这些讨论，提出假设2：HSR对中老年人认知健康的影响存在异质性。

3. 数据与方法

3.1. 数据

3.1.1. 数据描述

本研究使用了2011、2013、2015和2018年进行的中国健康与养老追踪调查（CHARLS）的全国性纵向调查数据。CHARLS覆盖了150个县、450个村或居委会的超过17,500名45岁及以上的参与者。其问卷包含了丰富的人口统计学、家庭结构、健康状况与功能等信息模块。

本研究基于CHARLS数据构建了认知能力的指标。为了衡量HSR暴露，我们识别了CHARLS参与者所在的 prefecture-level 城市，并将该数据与HSR运营状态信息进行了整合。HSR数据是通过中华人民共和国国家铁路局和中国国家铁路集团有限公司的信息手动编制的。我们纳入了年龄≥45岁且从CHARLS第一波（2011年）到第四波（2018年）持续接受访谈的参与者，且因变量和自变量的缺失值少于30%。连续变量的缺失值使用中位数填补，分类变量的缺失值使用众数填补。

3.1.2. 测量

遵循先前研究，本研究通过将情景记忆得分和心理完好性得分相加来测量全局认知得分，总分范围0-30分。情景记忆得分是即时回忆和延迟回忆得分的平均值，范围0-20分。心理完好性得分是四个任务的总和，包括连续从100减7、重新绘制图片、说出星期几和说出当前日期（日、月、年、星期），得分范围0-10分。

我们创建了一组指标来衡量HSR的运营状态。参考先前研究，我们构建了一个二元变量‘HSR开通’，反映一个城市是否首次开通了HSR。该变量在城市开通HSR后赋值为1，开通前赋值为0。此外，为了全面衡量对HSR的可达性，我们还为本研究中的稳健性分析开发了另外两个指标：‘HSR服务频次’（通过HSR服务数量计算）和‘HSR网络中心性’（反映城市在HSR网络中的位置）。

强有力的证据表明，晚年认知健康与一系列生命历程因素有关。因此，研究纳入了广泛的生命历程因素作为控制变量，包括人口统计学特征（性别、年龄、婚姻、教育、居住在农村地区）、身体健康状况（自评健康、日常生活活动困难、移动活动困难）、健康行为（是否曾饮酒、是否曾吸烟）、家庭结构（与子女同住、住在子女附近、经历子女死亡）、社会联系（每周与子女联系、过去一个月的社会活动）和童年境况（父亲教育水平、父亲职业类型、母亲职业类型、童年自评健康、童年家庭财务状况）。此外，基于先前研究，我们选择了城市层面的控制变量，包括外商直接投资占GDP的百分比、人口密度以及教育支出占地方政府财政支出的百分比。

为应对潜在的内生性问题，我们进行了工具变量（IV）分析。理想的工具变量应与给定城市HSR建设的可能性相关，但不直接影响居民的认知健康，从而满足相关性和排他性约束条件。在我们的研究中，我们选择了三个地理因素和一个历史铁路变量作为工具变量。具体来说，我们使用了每个城市的地形起伏度、平均坡度和平均海拔，这些因素会影响铁路基础设施的可行性和成本，但不直接影响居民的认知健康。此外，遵循先前使用历史铁路变量作为HSR工具变量的研究，我们使用了1933年铁路开通作为工具变量。该变量捕捉了交通规划中的长期路径依赖，并与现代HSR布局密切相关，但不太可能与当前居民的认知健康直接相关。

为了研究HSR影响认知健康的机制，我们引入了五个潜在中介变量：PM_2.5暴露（空气污染物）、个人收入（经济状况）、抑郁症状（心理健康），以及两个医疗可及性指标——非本地医疗治疗和医疗机构类型。PM_2.5暴露通过年总PM_2.5浓度的自然对数来衡量。抑郁症状使用CES-D量表（范围0-30分）评估，分数越低表明心理健康越好。个人收入通过个人税后收入的自然对数来衡量。非本地医疗治疗根据获得医疗保健的地点定义，表明是否在个人所在县或市以外（省外、市外或县外）接受医疗，表明获得医疗服务的空间可及性。医疗机构类型分为低层级（如社区医疗中心、乡镇卫生院、卫生所等）和高层级机构（如综合医院或专科医院），作为获得更高质量医疗服务的代理变量。

3.2. 方法

双机器学习（DML）是由Chernozhukov等人（2018）开发的一种用于因果推断分析的新模型。该模型的基本思想是使用机器学习（ML）算法来实现无偏估计，同时考虑调整潜在的混杂因素和复杂的非参数函数。对于传统的统计模型来说，处理大量混杂因素具有挑战性，这被称为“维度的诅咒”，并可能导致多重共线和过拟合。参数函数可能难以满意地捕捉许多混杂变量对因变量的影响。通过将ML算法纳入DML，可以处理这两个潜在问题，从而在因果推断分析中更准确地估计处理效应。

来自不同学科的多项研究已采用DML来评估特殊补充营养计划、官方发展援助和绿色债券发行的影响。DML在推动政策评估发展方面的潜力已得到证明。因此，在本研究中使用DML将有助于在人口老龄化背景下进一步理解HSR开通对认知健康的影响。

在本研究中，我们考察了HSR对晚年认知健康的影响。由于大量控制变量之间存在潜在的多重共线性，以及控制变量与认知健康之间存在潜在的非线性关系，我们面临挑战。与传统的线性回归不同，DML可以有效地解决这些问题，使我们能够获得更稳健可靠的结果。因此，我们在本研究中使用DML。为了研究HSR对中国中老年人认知健康的影响，构建了一个部分线性的DML模型。我们使用3折交叉验证来确保模型的泛化能力。选择梯度提升模型（Gradient Boosting Model）作为进行因变量（中老年人认知健康）和处理变量（城市是否开通HSR服务）回归预测的主要模型。为进行稳健性检验，我们还使用了LASSO作为梯度提升的替代方法。这些ML模型可以捕捉非线性关系，从而提高预测性能。此外，我们通过对残差进行线性回归来获得估计系数，并在3折中重复该过程后得出最终的平均估计系数。这种方法整合了ML的预测能力和线性回归的准确估计能力。这些努力有助于减轻评估HSR对中老年人认知健康影响时的偏差。实证分析在Stata 18.0版中进行，置信区间为95%。

4. 结果

4.1. 描述性统计

基线调查（2011年）参与者的 demographic 特征如表1所示。全局认知得分的平均值为14.98，情景记忆平均得分7.20，心理完好性平均得分7.51。参与者年龄范围从45岁到75岁以上，其中61%为中年人（45-60岁），39%为老年人（60岁及以上）。大多数参与者为女性（54%），已婚或有伴侣（90%），教育水平为小学或以下（69%）。此外，67%的参与者从未饮酒，61%从未吸烟，65%居住在农村村庄，71%居住在中国东部和中部地区。此外，HSR覆盖率在调查期间稳步增长，从2011年24.36%的参与者生活在有HSR通达的城市，上升到2018年的73.77%，突显了这些年这种交通基础设施在中国的快速扩张。

4.2. HSR对认知的影响

表2显示了DML模型估计的HSR开通对全局认知的影响。在表2中，逐步加入了时间固定效应和个体固定效应。结果显示，HSR开通的系数为0.198，显著为正并通过了统计显著性检验。这表明HSR开通对开通HSR服务的城市居民的认知健康产生了有益影响。因此，我们证实了假设1：HSR可以增强中老年人的认知健康。

我们进一步考察了HSR开通对全局认知两个关键组成部分的影响：情景记忆和心理完好性，如表3所示。结果显示，HSR开通显著改善了心理完好性的表现。然而，引入HSR服务似乎对情景记忆没有显著影响。

为检验HSR对认知健康的滞后效应，我们测试了HSR开通的一期和两期滞后。如补充材料中的表S2所示，两个系数均保持正向且显著，表明结果稳健。此外，估计效应从第一期滞后的0.302（95% CI, [0.162, 0.442]）略微增加到第二期滞后（估计效应 = 0.303, 95% CI, [0.092, 0.514]），表明HSR通达带来的认知益处不仅持续，而且可能随着时间的推移而加强。

4.3. 稳健性分析

本研究采用了几种策略来检查结果的稳健性，详见表4。首先，我们通过使用四个工具变量来解决潜在的内生性问题。结果显示HSR的系数仍然显著，表明内生性不太可能使我们的发现产生偏差。其次，我们将交叉验证的折数从3增加到5和7。在这两种情况下，HSR的估计系数仍然显著为正，证实了我们发现的稳健性。第三，我们改变了研究中使用的ML方法，从梯度提升改为LASSO。LASSO的结果与梯度提升的结果一致。最后，我们用HSR服务频次和HSR网络中心性替换了关键自变量HSR开通，以更全面地衡量对HSR的可达性。结果表明系数仍然显著为正。总之，经过一系列稳健性分析，HSR对中国中老年人认知健康的影响保持稳健。

4.4. 异质性效应

考虑到不同性别、教育水平、年龄、城乡地区和区域之间的异质性，我们进一步检验了HSR开通的异质性效应，如图3所示。HSR开通对中国中老年人全局认知的影响存在性别特异性。HSR开通对男性和女性个体的全局认知都有积极影响。然而，效应量对于女性中老年人更大且仅在统计上显著。在考察HSR开通对全局认知的城乡异质性影响时，我们发现效应量对城市居民更大且仅显著。考虑地区异质性，HSR开通在三个地区都有积极影响，在中国东部个体中观察到的效应最大，其次是中部和西部地区的个体，但该效应仅对中国东部个体显著。不同年龄间也存在明显的异质性，HSR开通显著改善了年轻老人（60-74岁）的全局认知，但对中年人（45-59岁）和高龄老人（75岁及以上）的全局认知影响不显著。此外，考察教育异质性，我们发现，具有小学和初中教育程度的个体从HSR开通中显著受益，而教育水平较低（未完成小学）或较高（高中及以上）的个体的效应在统计上不显著。因此，我们证实了假设2，证明HSR对中老年人认知健康的影响在不同群体间存在异质性。

4.5. 中介效应

表5展示了PM_2.5暴露、个人收入、抑郁症状、非本地医疗治疗和医疗机构类型在HSR开通与中老年人认知健康之间的中介效应。通过减少PM_2.5暴露观察到显著的中介效应，间接效应为0.051 (p < 0.001)，表明HSR运营后空气质量的改善部分解释了观察到的认知健康益处。这支持了假设3，证明HSR通过减轻空气污染改善了中老年人的认知健康。相比之下，非本地医疗治疗和医疗机构类型没有表现出显著的中介效应，尽管它们的间接估计值为正，这不支持假设4。个人收入具有较小但在统计上显著的中介效应（间接效应 = 0.009, p < 0.05），暗示增强的经济状况也可能在促进认知健康中发挥作用。这支持了假设5，揭示HSR可以通过增强经济状况来改善中老年人的认知健康。抑郁症状也显著中介了该关联，间接效应为0.038 (p < 0.001)，表明抑郁症状的减轻可能是HSR支持认知功能的机制之一。因此，我们证实了假设6，证明HSR通过增强心理健康促进了中老年人的认知健康。这些结果强调了环境、经济和心理健康途径在塑造HSR认知益处方面的重要性。

我们通过估计滞后的中介模型进一步测试了稳健性（补充材料中的表S3）。HSR通过环境、经济和心理健康改善认知健康的主要发现仍然稳健，而特定中介变量的时间动态各不相同。中介变量PM_2.5暴露随时间推移显示出明显的衰减，表明空气质量的改善产生了相对直接的认知收益，随着开通后时间的延长而减弱。相比之下，个人收入渠道随着延迟而加强，这与累积的收入效应一致，因为支持认知的资源和投资随着时间的推移而积累。抑郁症状表现出非线性模式，暗示短期的心理缓解之后是更强的长期心理健康益处。通过非本地医疗治疗和医疗机构类型的中介在滞后结构中仍然统计不显著。这些结果强化了主要发现，同时突出了环境、经济和心理机制的不同时间特征。

为了进一步扩展我们对中介机制的分析，我们通过检查城乡子样本的异质性中介效应进行了额外的稳健性检验。如补充材料中的表S4所示，医疗机构类型的中介效应在城乡子样本中仍然统计不显著。相比之下，非本地医疗治疗的中介系数表现出更差异化的模式。在城乡地区，间接效应均为正，表明HSR扩张可能促进了对非本地医疗资源的更多获取。然而，统计显著性仅在农村样本中观察到（估计间接效应 = 0.027, 95% CI [0.002, 0.052]）。

5. 讨论

作为大型交通基础设施，HSR不仅改善了区域经济和创新发展，也提升了居民的健康水平。随着中国和其他国家人口老龄化的加剧，准确评估HSR对认知健康老龄化的影响变得越来越重要。我们的研究不仅有助于理解HSR对中老年人认知健康的影响，也例证了先进ML模型在健康与交通研究中的应用。

据我们所知，我们的研究是首个使用DML前瞻性估计HSR认知健康效应的研究，该模型结合了ML的预测能力和线性回归的准确估计能力。我们进一步理解了大型交通与中老年人认知健康之间的关系。首先，本研究揭示，在调整了大量混杂因素后，HSR在人口层面上显著改善了中国中老年人的全局认知和心理完好性。其次，在进行了一系列稳健性分析后，包括使用工具变量、改变ML方法、改变交叉验证折数以及用HSR频次和HSR中心性替换HSR开通，我们的结果保持稳健。第三，我们揭示了HSR与认知健康在性别、年龄、教育水平、城乡地区和地理区域之间的亚组水平异质性。最后，我们考察了HSR影响认知健康的机制，并确定了关键的中介路径。这些发现为理解和评估HSR在人口老龄化背景下的更广泛健康影响提供了强有力的证据。

通过利用2011年至2018年CHARLS第1波至第4波的纵向数据，我们估计了HSR对全局认知的效应系数为0.198。这与现有的相关研究指出其对自评健康、心理和身体健康具有积极影响相一致。发现的潜在机制是，HSR通过改善空气质量、增加个人收入和减少抑郁症状对中老年个体的全局认知产生促进作用。我们进一步考察了HSR对不同认知健康维度的影响。发现HSR开通显著改善了心理完好性的表现，但对情景记忆没有影响。HSR开通可能通过增加社会和经济联系来防止情景记忆恶化，但很难改善它。此外，使用一期和两期滞后模型的稳健性检验证实，这些积极效应不仅持续，而且随着时间的推移略有加强。

异质性分析发现，HSR开通对女性、城市居民、年轻老人（60-74岁）和受教育程度较低的个体（具有小学或初中教育程度者）有显著效应。一个可能的解释是女性更容易经历更高水平的抑郁症状。随着HSR有助于改善心理健康，这些心理益处可能会转化为对女性更 substantial 的认知健康收益。需要进一步的研究来完全理解这种性别差异的根本原因。相比之下，我们的发现表明HSR的认知健康益处在农村中老年人中尚不明显。一个可能的解释是HSR票价高于普通铁路，这可能对通常比城市同龄人收入水平较低的农村中老年人构成经济障碍。正如先前研究所示，票价在个人选择普通铁路和HSR时起着重要作用。我们发现具有小学和初中教育程度的个体从HSR开通中显著受益，而对于没有接受正规教育或教育程度较高（高中及以上）的个体，效应在统计上不显著。一个潜在的解释是天花板效应：受教育程度较高的个体可能已经拥有较高的基线认知功能，留给HSR相关渠道（如增强的流动性、社会互动和资源获取）带来的额外改善的空间有限。相比之下，具有小学或初中教育程度的个体通常可能具有较低的初始认知水平，这意味着HSR相关的连通性和资源改善转化为更 substantial 的认知收益。这一发现也与认知储备理论相一致，该理论强调受教育程度较高的个体积累了更大的认知弹性，使他们对边际环境变化不那么敏感。年轻老人（60-74岁）更可能从HSR中受益，因为他们有更多的闲暇时间和更好的身体功能，因为退休通常带来更多的时间资源和减少的角色压力，使他们能够更充分地利用HSR提供的机会。在区域上，HSR的认知健康益处从东部到中部和西部中国递减，仅在东部观察到显著效应。这种梯度可能反映了社会经济发展和获得认知健康支持资源方面的潜在地区差异。西部欠发达省份的居民报告更多地被排除在HSR之外，并且一项研究表明，与HSR相关的心理健康收益在东部比其他地区更为明显。

我们的发现确定了环境改善、经济收益和心理健康增强是HSR与认知健康之间关系的显著中介变量，而医疗可及性则不是。特别是，HSR诱导的空气质量改善似乎有益于认知健康，这与先前研究表明HSR扩张可以显著降低PM_2.5浓度相一致。这种环境益处与最近的证据表明HSR带来的更清洁空气有助于更健康的衰老相一致。我们的发现与先前的一项研究不同，该研究报告HSR相关的空气质量改善仅发生在核心城市和工业区。这种差异可能是由于研究时期的不同：先前的研究分析了2002-2012年，对应于HSD发展的早期阶段，而我们的研究聚焦于2011-2018年，当时HSR网络已经更广泛地扩展，其更广泛的环境和健康影响变得更加明显。类似地，增加收入的经济机制与先前发现HSR促进个人收入以及更高收入支持更好认知健康的发现一致。此外，我们发现抑郁症状减轻部分中介了HSR与认知健康之间的关系，强化了将HSR发展与较低抑郁风险联系起来的现有证据，并支持了晚年抑郁与较差认知功能之间已确立的关联。相比之下，医疗可及性机制在总样本中没有表现出显著的中介效应，尽管先前有研究发现HSR增强了获得医疗服务的机会。一个潜在的解释在于中老年人对认知障碍的公众意识和理解有限。认知衰退通常被视为衰老的自然部分，而不是一种需要医疗关注的状况，并且严重的认知障碍如痴呆在中国常常与污名相关联。这些因素可能减少针对认知问题的主动就医行为，从而削弱了医疗可及性在我们研究中作为中介途径的作用。此外，在我们的异质性分析中，我们发现非本地医疗治疗的中介系数估计值在城乡居民中均为正，但仅在农村居民中统计显著，他们先前在到达高质量医疗机构方面面临更高的障碍。这一发现强调了HSR通过改善历史上服务不足人群的连通性在减少城乡医疗不平等方面的作用。一个可能的解释涉及认知储备：农村居民由于有限的教育和社会经济机会，通常具有较低的基线认知储备，可能从改善获得高质量医疗保健中受益更多。HSR减少了非本地医疗治疗的交通障碍，使这些居民能够获得支持认知健康的及时干预和预防性护理。相比之下，城市居民通常具有较高的认知储备，并且已经更接近医疗设施，因此通过HSR额外改善可及性可能转化为最小的认知收益，导致不显著的中介效应。此外，使用滞后中介模型的稳健性检验证实了我们主要发现的稳健性，同时揭示了不同路径的独特时间模式。空气质量改善的环境益处随时间衰减，更高收入的经济效应随着延迟而加强，抑郁症状遵循非线性轨迹。

本研究为HSR发展的认知健康影响提供了新的实证证据。通过将认知老化置于结构性流动基础设施的背景下，我们促进了对交通如何塑造晚年认知健康的新兴跨学科理解。本研究的一个关键贡献在于识别了亚组间的异质性效应。我们的结果表明，与HSR相关的认知收益在女性、具有小学或初中教育程度的个体和年轻老人中更为明显。这些模式与先前的证据一致，表明由于基线流动性水平较低而在社会和空间上处于不利地位的群体更可能从改善的交通选择中受益。

本研究有几个优势。首先，本研究通过关注HSR与中老年人认知健康的关联，填补了现有研究中的一个关键空白。尽管老年人很脆弱，但他们在关于交通基础设施认知健康效应的研究中经常代表性不足。本研究通过考察HSR如何影响老龄化人群的认知健康来解决这一空白。其次，本研究通过采用DML模型来调查HSR与个体晚年认知健康之间的关系，对现有文献做出了独特贡献。利用ML方法允许更准确地检查复杂和非线性的关系，这对于传统的统计方法来说可能难以处理。此外，我们通过使用不同的工具变量加强了识别策略，这有助于应对潜在的内生性并提高因果推断的稳健性。最后，本研究产生的实证证据有可能为政策制定者、城市规划者和医疗保健专业人员提供信息。通过系统地探索HSR与认知健康之间的关系，政策制定者可以就HSR项目的开发和实施做出更明智的选择，考虑到其对老龄化人口健康的潜在益处或风险。

本研究也有一些局限性。认知健康是一个复杂的变量。本研究中的认知指标源自CHARLS，可能无法全面准确地反映认知健康，因为调查数据基于自我报告的信息，与临床认知测试相比具有一定程度的主观性。此外，本研究仅依赖于中国的数据，这限制了研究结果对日本和法国等其他HSR发达国家的普适性。另外，尽管社会互动是一个潜在的重要中介机制，但CHARLS数据集主要捕捉本地和常规活动（例如打麻将、参加社区俱乐部），而不是HSR可能促进的远距离互动。这种测量局限性可能低估了HSR通过增强社会互动带来的全部影响。未来的研究应考虑纳入来自医院或政府记录的注册认知相关数据以提高准确性，以及采用能捕捉更广泛社会联系维度（包括城际和远距离活动）的调查工具。

6. 结论

我们的研究结果表明，对HSR的投资不仅可以被视为经济举措，还可以被视为公共卫生干预措施。因此，政策制定者应考虑此类基础设施项目更广泛的社会效益。首先，HSR对认知健康的积极影响强调了将健康目标纳入交通和城市规划政策的必要性。本研究证明，HSR可以显著改善中老年人的认知功能，特别是在心理完好性方面，并且这种益处不仅持续，而且可能随着时间的推移而加强。

此外，本研究中观察到的异质性影响表明需要有针对性的干预措施。例如，对女性、年轻老人和具有小学或初中教育程度的个体更大的认知益处表明，如果HSR项目旨在满足这些群体的特定需求，则可能特别有益。量身定制的措施，例如确保低收入老年人负担得起HSR服务，以及在HSR车站开发支持性服务（例如移动辅助工具、医疗保健亭），可能会增强对认知健康的积极影响。

最后，研究结果表明，HSR可以在减少某些人口群体之间的认知健康差异方面发挥作用。政策制定者应确保城乡地区以及不同社会经济群体之间公平地获得HSR服务。为老年人，特别是来自低收入或农村背景的老年人补贴HSR车票，可能有助于缩小在获得交通和医疗服务方面的差距。