《Clinical and Translational Neuroscience》：Physiological Signals and Demographic-Driven Prediction for Older Adults’ Cognitive Functions Under Complex Indoor Thermal and Lighting Environments
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背景：近期研究强调了热环境与照明条件联合作用对人类舒适性的显著影响。然而，关于这些因素如何影响老年人认知表现的认识仍十分有限。本研究探讨了复杂热环境与照明条件对老年人多种认知功能及生理反应的影响，并基于生理指标与人口统计学因素开发了认知预测模型。方法：22名老
背景：近期研究强调了热环境与照明条件联合作用对人类舒适性的显著影响。然而，关于这些因素如何影响老年人认知表现的认识仍十分有限。本研究探讨了复杂热环境与照明条件对老年人多种认知功能及生理反应的影响，并基于生理指标与人口统计学因素开发了认知预测模型。方法：22名老年人参与了不同热环境与照明组合下的受试者内设计实验。研究设置了两个温度条件（18 °C和28 °C）和两个照明条件（480 nm/5500 K和644 nm/3200 K）。结论：研究发现，男性在18 °C、480 nm照明下表现显著更优，而女性在28 °C、644 nm照明下表现更佳。皮肤电活动（EDA）在较温暖的环境和暖色照明下升高，瞳孔大小呈现相似扩张趋势，但在较冷条件下减小。男性EDA与认知表现呈负相关，而女性瞳孔大小和体质指数（BMI）与认知表现呈正相关。采用分类回归树（CART）算法构建的预测模型准确率达89.7%。这些发现强调了优化热环境与照明条件以增强老年人认知功能并预测其表现的潜力。
**论文解读：复杂室内热与照明环境下老年人认知功能的预测研究**
随着全球人口老龄化进程加速，维持老年人认知健康已成为本世纪的核心挑战之一。流行病学数据显示，每3.2秒即有一例新发痴呆病例，全球痴呆患者人数已超过5500万，预计到2050年将增至1.39亿。尽管药物干预尚无法逆转年龄相关的认知衰退，但基于建成环境的非药物干预策略日益受到关注。老年人约有90%的时间在室内度过，室内温度与照明作为最基础的环境物理因素，已被证实能显著影响人体的热舒适、警觉性及认知表现。然而，以往研究多聚焦于单一环境因素对年轻成人的舒适性影响，关于温度与照明联合作用如何影响老年人认知功能的研究仍十分有限。同时，老年人因视觉系统老化、体温调节能力下降及代谢差异，对环境刺激的反应模式与年轻人大相径庭。因此，有必要系统探究复杂热-光环境对老年人认知功能和生理信号的影响，并结合人口统计学因素建立个性化预测模型，为优化老年友好型室内环境提供依据。
在该研究中，研究人员在亚利桑那州立大学开展了受试者内设计的对照实验，招募22名年龄≥65岁的老年人（平均年龄75.15岁，SD=5.25；其中男性9名，女性13名；平均BMI 26.28，SD=5.10），样本通过2024年1月至6月期间的宣讲和传单招募。实验设置了两种温度（18 °C和28 °C）与两种照明（峰值波长480 nm/5500 K和644 nm/3200 K）的四种组合，照度统一为300 lux。参与者每人在四种条件下各完成一次50分钟的实验，包括30分钟环境适应和20分钟认知测试。认知测试采用平板电脑认知电池（Joggle Research），涵盖工作记忆（NBack）、视觉学习与空间工作记忆（VOLT）、抽象归纳（AM）、空间定向（LOT）、复杂扫描与视觉追踪（DSST）、警觉注意（PVT）、感觉运动速度（MPT）和风险决策（BART）八项任务，并按认知域分为记忆、视觉与空间知觉、注意与集中、运动技能与构造、执行功能五类。实验过程中同步记录皮肤电活动（EDA）和瞳孔大小，并收集年龄、性别、BMI等人口统计学信息。数据分析采用混合效应模型（以受试者ID为随机效应，实验条件为固定效应，年龄为协变量）进行方差分析与Tukey事后检验，并运用相关分析探索变量间关系。预测模型采用分类回归树（CART）算法，输入变量包括生理信号（EDA、瞳孔大小）、人口统计学因素（性别、BMI）和室内条件（温度与照明的组合），以10折交叉验证评估模型性能。
研究结果部分如下：
**3.1 热与照明条件对认知表现的影响**
针对个体认知域的分析显示，不同认知任务对温度与照明组合的敏感性存在差异。记忆域中，NBack得分在28 °C/480 nm条件下显著高于18 °C/480 nm（男性差异尤为显著）；VOLT仅在男性组中表现出显著差异，18 °C/644 nm条件下得分最低。视觉与空间知觉域中，AM得分在18 °C/480 nm条件下显著高于28 °C/644 nm；LOT在男性组中于18 °C/480 nm条件下显著优于其他条件。注意与集中域中，PVT在男性组中于28 °C/644 nm条件下显著高于18 °C/644 nm；DSST在女性组中于18 °C/644 nm及28 °C/644 nm条件下均显著高于28 °C/480 nm，而男性组则在28 °C/480 nm条件下表现更优。运动技能与构造域中，MPT仅男性组表现出显著差异，28 °C/480 nm及28 °C/644 nm条件显著优于18 °C/480 nm。执行功能域中，BART在28 °C/644 nm条件下显著高于28 °C/480 nm，女性组中这一趋势更为明显。总体认知表现方面，环境条件对所有老年人的总体认知得分无显著主效应，但性别分层后显示，男性在18 °C/480 nm条件下总体得分显著高于18 °C/644 nm，女性则在28 °C/644 nm条件下显著高于28 °C/480 nm。这表明照明条件对老年人整体认知表现的影响比温度更突出，且性别调节了这种效应。
**3.2 热与照明条件对生理信号的影响**
皮肤电活动（EDA）在不同条件间差异显著，28 °C/644 nm条件下EDA最高（1.87），18 °C/480 nm条件下最低（0.31）；温度升高显著增加了EDA，且女性对温度与照明的变化更为敏感。瞳孔大小同样受条件影响，28 °C/644 nm条件下瞳孔最大（2.64 mm），18 °C/480 nm条件下最小（2.55 mm）；女性在18 °C/644 nm与18 °C/480 nm间存在显著差异，而男性未见显著变化。
**3.3 室内环境、生理信号、BMI与认知任务之间的关系**
相关分析显示，总体认知得分与瞳孔大小呈弱正相关（r=0.198, p=0.013），温度与EDA呈中度正相关（r=0.290, p<0.001）。按性别分层后，男性总体认知得分与EDA呈中度负相关（r=?0.390, p=0.001），且BMI与EDA呈负相关（r=?0.307, p=0.014）；女性总体认知得分与瞳孔大小（r=0.284, p=0.007）及BMI（r=0.242, p=0.014）均呈正相关。这些结果提示性别差异在生理信号与认知关联中的重要性。
**3.4 预测模型**
在个体认知任务预测模型中，CART算法所得各输入变量的相对重要性随任务不同而变化，模型准确率与AUC因任务而异。在总体认知表现预测模型中，BMI为最重要变量（相对重要性100%），其次为EDA（78.9%）和瞳孔大小（66.3%），室内条件（13.5%）和性别（2.8%）贡献较低。不同变量组合中，BMI+瞳孔大小的组合实现了最高准确率89.7%，优于仅含条件与性别的基线组合（54.0%）。加入室内条件、EDA或性别并未稳定提升准确率，某些组合反而略有下降。最优模型的ROC曲线显示训练集AUC为0.9812，测试集AUC为0.9285，表明模型具有良好判别能力和泛化性能。
讨论部分指出，照明条件对老年人认知表现的影响强于温度，且冷光（480 nm）在男性中普遍有利，而女性在暖温（28 °C）下对暖光（644 nm）有更好响应，这与视觉系统老化及性别相关的进化适应假说相符。BMI作为最强预测因子，与女性认知表现正相关，与既往研究一致，可能涉及代谢保护机制。EDA作为交感神经激活指标，与男性认知表现负相关，提示过高觉醒水平可能损害认知。瞳孔大小与女性认知表现正相关，反映认知负荷状态。该研究基于CART算法开发了仅需少数输入即可达到高准确率的预测模型，优于仅考虑单一环境因素的既有模型。研究局限性包括样本量小（n=22）、地域气候单一，未来需在更大、更多样化样本及不同气候区进行外部验证，并纳入噪音、空气质量等更多环境变量。
结论部分（翻译）：本研究探讨了复杂的室内热环境与照明条件组合如何影响老年人的认知表现和生理反应，并利用生理信号（EDA和瞳孔大小）及人口统计学因素（性别和BMI）开发了认知表现预测模型。结果显示，男性在18 °C冷光（480 nm）条件下表现显著更优，而女性在28 °C暖光（644 nm）条件下表现更佳。八项不同认知任务的表现随特定的热-光组合和参与者性别而变化。在较暖环境和暖光条件下EDA显著升高，瞳孔大小在较冷环境中缩小、在较暖环境中扩大。男性中EDA与认知表现呈负相关，而女性中瞳孔大小和BMI与认知表现呈正相关。采用CART算法识别出BMI+瞳孔大小或包含室内环境条件的组合，可预测认知表现的准确率高达89.7%。这些发现凸显了考虑性别和生理差异的个性化环境策略在支持老龄化人群认知健康方面的潜力，所识别的预测因子也为实时自适应系统提供了基础，可用于预测和增强老年人认知功能。该论文发表于《Clinical and Translational Neuroscience》。
