轻度认知障碍老年人在双任务站立中的姿势控制复杂性、前额叶激活与认知任务表现

《Frontiers in Neuroscience》：Dual-task standing in older adults with mild cognitive impairment: postural control complexity, prefrontal activation, and cognitive task performance

　　

背景： 本研究旨在量化轻度认知障碍（MCI）老年人在单任务站立和双任务站立平衡条件下的前额叶皮层（PFC）激活与姿势控制复杂性，并探讨这些指标之间的关联。 方法： 这项二次分析纳入了来自先前报告队列的21名MCI老年人（71.19±3.36岁）和19名认知正常对照组（70.16±4.54岁）。结局指标包括认知表现、压力中心位移的样本熵（SampEn-COP）、四个双侧功能区域的前额叶皮层（PFC）激活，以及前额叶皮层（PFC）激活与样本熵-压力中心位移（SampEn-COP）之间的探索性相关性。 结果： 在内外侧方向的样本熵-压力中心位移（SampEn-COPml）上观察到显著的组别效应，MCI组的数值低于对照组（p=0.002, η2p=0.217, q=0.007）。前后方向的样本熵-压力中心位移（SampEn-COPap）在双任务条件下显著高于单任务条件（p=0.005, η2p=0.187, q=0.016）。在未校正水平上，背外侧前额叶皮层（DLPFC；p=0.041, η2p=0.106, q=0.073）和眶额皮层（OFC；p=0.039, η2p=0.107, q=0.073）中观察到了组别×任务的交互作用。MCI组在所有任务条件下的认知准确率和响应率均低于对照组（两者q<0.01）。在MCI组的单任务条件下，眶额皮层（OFC）激活与前后方向的样本熵-压力中心位移（SampEn-COPap）之间存在负相关（r=?0.469, p=0.032, q=0.256）。 结论： 与认知正常的老年人相比，患有MCI的老年人表现出更不复杂的内外侧姿势控制模式。在双任务站立期间，姿势复杂性的变化伴随着MCI组背外侧前额叶皮层（DLPFC）和眶额皮层（OFC）激活任务相关增加的初步证据，这表明在处理并发认知和姿势需求时前额叶参与度更高。

论文解读文章

研究背景与目的

轻度认知障碍（MCI）是介于正常衰老与痴呆之间的过渡阶段，其特征是客观认知能力下降但日常生活功能尚未受损。MCI老年人群的跌倒风险约为认知正常同龄人的两倍。姿势控制是一个需要认知资源参与的复杂过程，认知功能的下降可能损害平衡控制从而增加跌倒风险。传统的压力中心（COP）测量方法主要描述姿势晃动的幅度，而对姿势控制的时间组织信息提供有限。样本熵（SampEn）作为一种非线性时间序列规律性测量指标，被广泛用于表征COP动力学的复杂性，较低的SampEn-COP值反映了更刻板、适应性较差的姿势控制模式。此外，双任务干扰会进一步挑战MCI老年人的姿势控制，而前额叶皮层（PFC）在执行控制和注意力分配中发挥关键作用。然而，在MCI老年人群中，双任务条件下的PFC激活与姿势控制复杂性之间的关系尚不清楚。因此，本研究旨在量化MCI老年人在单任务和双任务站立平衡条件下的PFC激活与姿势控制复杂性，并探究两者间的关联。

研究方法与技术

这是一项基于Xu等人（2024）原始研究数据的二次分析。研究采用横断面混合设计，纳入21名MCI老年人（平均年龄71.19岁）和19名认知正常对照组（平均年龄70.16岁），所有参与者均为社区居住且能独立行走。实验条件包括单任务站立（仅站立）和双任务站立（站立同时进行连续减3的串行减法计算）。主要技术方法包括：（1）使用测力台（Kistler 9281CA）以1000Hz采样频率采集60秒的COP位移数据，并计算三个方向（前后向AP、内外侧ML、合成total）的样本熵（SampEn）作为姿势控制复杂性的指标；（2）使用便携式功能性近红外光谱成像系统（fNIRS，LIGHTNIRS，岛津公司）以13.3Hz频率测量PFC的血流动力学响应，将22个通道划分为四个感兴趣区域（ROI）：额极皮层（FPC）、背外侧前额叶皮层（DLPFC）、腹外侧前额叶皮层（VLPFC）和眶额皮层（OFC），以氧合血红蛋白浓度变化（ΔHbO₂）作为皮质激活指标；（3）通过准确率和响应率评估认知任务表现，并计算双任务代价（DTC）。统计分析采用双因素混合设计方差分析（ANOVA），以组别（MCI vs. 对照）为被试间因素，任务条件（单任务vs.双任务）为被试内因素，并进行探索性Pearson相关分析。

研究结果

3.1 认知任务表现

研究发现，MCI组的认知准确率显著低于对照组（p<0.001, η²_p=0.401），且双任务条件下的准确率整体低于单任务条件（p=0.007, η²_p=0.177）。响应率方面存在显著的组别×任务交互作用（p=0.018, η²_p=0.139），事后检验显示对照组在双任务条件下的响应率显著高于单任务条件（p=0.001, d=0.86），而MCI组无显著差异。然而，两组间的准确率DTC和响应率DTC均无显著差异，表明MCI组整体认知表现较差，但并未表现出更大的双任务干扰易感性。

3.2 样本熵-压力中心位移（SampEn-COP）测量

在SampEn-COPap上观察到未校正水平的组别×任务交互作用（p=0.047, η²_p=0.100），事后分析显示对照组在双任务条件下的SampEn-COPap显著高于单任务条件（p=0.001, d=0.69），而MCI组无显著变化。任务主效应显著，双任务条件下的SampEn-COPap整体高于单任务条件（p=0.005, η²_p=0.187）。关键的组别效应体现在SampEn-COPml上，经FDR校正后仍显著，MCI组的数值显著低于对照组（p=0.002, η²_p=0.217），表明MCI老年人表现出更低的内外侧姿势控制复杂性。

3.3 前额叶激活水平

在DLPFC和OFC中发现了未校正水平的组别×任务交互作用（DLPFC: p=0.041, η²_p=0.106; OFC: p=0.039, η²_p=0.107）。事后检验显示，MCI组在双任务条件下这两个区域的ΔHbO₂均显著高于单任务条件（DLPFC: p=0.002, d=0.68; OFC: p=0.003, d=0.76）。此外，在单任务条件下，对照组的DLPFC激活显著高于MCI组（p=0.013, d=0.82）。在FPC、DLPFC和OFC中还观察到了未校正水平的任务主效应，双任务条件下的激活程度更高。

3.4 探索性相关分析

在MCI组的单任务条件下，OFC激活与SampEn-COPap之间存在未校正水平的负相关（r=?0.469, p=0.032），表明较大的OFC参与可能与更规律的姿势控制模式相关。其他条件下的相关分析均未达到统计学意义。

讨论与结论

本研究表明，MCI老年人在双任务站立时表现出独特的神经生理和行为特征。讨论部分指出，MCI组认知准确率较低但双任务代价与对照组无差异，提示其整体认知能力较差而非对双任务干扰更敏感。对照组在双任务下SampEn-COPap增加，结合响应率提高，可能反映了对自动姿势控制的更大依赖；而MCI组未出现此变化，表明其在双任务下向自动姿势控制的转变受限。MCI组SampEn-COPml显著降低，提示其姿势控制系统灵活性减弱，可能导致适应变化的感知或认知需求能力受限。尽管未通过多重比较校正，MCI组在双任务下DLPFC和OFC激活增加，这可能反映了为应对并发认知和姿势需求而进行的额外前额叶资源招募，但这种招募是否代表成功的代偿机制仍需进一步研究。研究局限性包括fNIRS系统缺乏短距离通道以排除浅层血流贡献、MCI分类缺乏全面神经心理学评估、以及串行减法任务可能无法完全反映日常生活中的非定量双任务需求。

研究结论翻译： 与认知正常的老年人相比，患有MCI的老年人表现出更低的内外侧姿势控制复杂性，而双任务站立增加了前后方向的姿势控制复杂性。在未校正水平上，两组间也观察到了DLPFC和OFC激活的任务相关差异，这为MCI老年人在双任务执行过程中前额叶反应改变提供了初步证据。未来的研究应进一步探索分布式脑网络对姿势控制的贡献。