梁雷超，呂嬌嬌，黃靈燕，劉宇

認知-姿勢控制雙任務(wù)在老年人跌倒研究中的應(yīng)用進展①

梁雷超，呂嬌嬌，黃靈燕，劉宇

認知-姿勢控制雙任務(wù)研究范式關(guān)注認知與神經(jīng)肌肉行為控制的相互影響。與傳統(tǒng)的單任務(wù)步態(tài)測試相比，認知-姿勢控制雙任務(wù)測試在評估老年人，尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的跌倒風險方面更加敏感、有效。認知-姿勢控制雙任務(wù)訓練對老年人的運動和認知能力都有積極效應(yīng)，但是否比單純的認知或者運動訓練更為有效，仍存在爭議。

認知-姿勢控制雙任務(wù)；老年；跌倒；認知；步態(tài)；平衡；綜述

[本文著錄格式] 梁雷超，呂嬌嬌，黃靈燕，等.認知-姿勢控制雙任務(wù)在老年人跌倒研究中的應(yīng)用進展[J].中國康復理論與實踐,2016,22(11):1289-1293.

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跌倒是影響老年人健康的重要因素，它會造成老年人肌肉骨骼系統(tǒng)損傷，獨立生活能力喪失，甚至威脅生命安全。有研究顯示，超過65歲的老年人，約30%每年至少經(jīng)歷一次跌倒[1]。針對老年人跌倒多發(fā)現(xiàn)象，運動生物力學工作者通過步態(tài)、功能性活動測試等方法，從肌肉力量、平衡穩(wěn)定性、本體感覺等身體功能下降的角度探討該現(xiàn)象發(fā)生的可能機制[2-3]；認知心理學領(lǐng)域的研究則從衰老對注意、執(zhí)行功能等認知的影響進行探討[4]。但越來越多的研究者意識到上述方法在解釋老年人跌倒問題時存在不足[4-5]。首先，運動并不僅僅是機體對肌肉控制的結(jié)果，還包括知覺、認知和運動系統(tǒng)的交互作用[3-4]。老年人除了肌肉骨骼系統(tǒng)功能下降外，還伴隨一定程度神經(jīng)功能退化[4]，純粹的步態(tài)或心理學測試無法同時反映上述兩方面功能，尤其是它們之間交互作用的變化[6]。其次，傳統(tǒng)的研究手段，如步態(tài)、腦電等測試只能在實驗室內(nèi)進行，測試、分析方法復雜，測試場景與現(xiàn)實之間有較大差異，研究的樣本量相對較小。這導致傳統(tǒng)研究在解答老年人跌倒的某些問題時顯得片面，說服力不足。

考慮到傳統(tǒng)測試在研究老年人跌倒問題時所存在的不足，有研究者提出雙任務(wù)研究范式(dual-task paradigm)的概念，即同時執(zhí)行姿勢控制任務(wù)和認知任務(wù)。雙任務(wù)研究范式關(guān)注認知與神經(jīng)肌肉行為控制的相互影響問題，因此被看作是研究它們之間相互關(guān)系的有效手段[7]。此外，雙任務(wù)研究方法還可以有效模擬現(xiàn)實生活中的多任務(wù)情景[8]。結(jié)合近年來不斷發(fā)展、完善的便攜式測試設(shè)備及測試手段，雙任務(wù)范式使進行大樣本老年人跌倒問題研究成為可能。近年來，國內(nèi)外研究者將雙任務(wù)范式應(yīng)用于老年人的跌倒預防訓練以及跌倒后損傷的康復當中，也取得良好效果。

1 認知-姿勢控制雙任務(wù)的發(fā)展

認知-姿勢控制雙任務(wù)研究的基礎(chǔ)理論假設(shè)是，中樞的信息處理能力是有限的，在完成一項任務(wù)時需要一定比例的信息

處理能力；同時執(zhí)行兩項任務(wù)則有更多需求，因此會造成一種或兩種任務(wù)績效的下降[9]。

早期雙任務(wù)研究中的姿勢任務(wù)主要為站立、邁步等相對較簡單的動作。如今研究者將日?；顒?，如平地行走[10]，上、下樓梯[11]，跨越障礙[12]等應(yīng)用到雙任務(wù)測試中。這一方面使研究的內(nèi)容更貼近生活；另一方面，可以與傳統(tǒng)的步態(tài)研究相結(jié)合，更加深入地反映老年人的姿勢控制和運動障礙問題。

雙任務(wù)研究所采用的認知任務(wù)大多為與某項認識活動高度相關(guān)的任務(wù)活動[6]。大量研究證實，雙任務(wù)執(zhí)行當中最易受到干擾的認知功能是注意以及工作記憶[13]。很多研究證實，老年人，尤其是認知功能損傷的老年人，有不同程度的注意分配能力不足[4]。

雙任務(wù)研究的測試流程已逐步趨于規(guī)范。一些測試方法如10m直線行走的認知-步態(tài)測試已為大多數(shù)研究者所認可并采用[14-15]。近些年出現(xiàn)的測試設(shè)備，如GAITRite RR電子步道等，能夠快速、實時測量受試者行走的步速、步長、步頻等常用步態(tài)時空參數(shù)，降低對測試場地的需求，簡化了測試流程，其有效性也得到國內(nèi)外學者的證實[16-17]。上述條件使進行大樣本老年人跌倒問題的追蹤研究成為可能。

2 認知-姿勢控制雙任務(wù)測試在老年人跌倒研究中的應(yīng)用

認知-姿勢控制雙任務(wù)測試在老年人研究方面，主要應(yīng)用于跌倒風險的預測以及預防跌倒的訓練等方面。國外研究者針對不同認知功能水平以及患有中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的老年人開展大量橫斷面和干預研究[1,18-19]，而國內(nèi)研究者對此主題的關(guān)注度還較低，僅見一些綜述[9]及少量的橫斷面[11]或干預研究[20]。

2.1 老年人跌倒風險預測

2.1.1 理論依據(jù)

在日常生活中，單獨進行姿勢任務(wù)或運動任務(wù)很少，多同時發(fā)生認知活動，如聽音樂、聊天等。有研究顯示，人們在同時進行兩項或兩項以上活動時，發(fā)生跌倒的可能性較高[21]。與年輕人相比，老年人伴有認知活動的行走，跨越障礙，上、下樓梯等行為中，存在更高的跌倒風險[12,18,22]。

基于上述現(xiàn)象，有研究者嘗試采用雙任務(wù)測試的方法探討老年人跌倒發(fā)生的機制。其理論依據(jù)在于人體對姿勢和步態(tài)的控制，不僅受大腦皮質(zhì)、脊髓等運動中樞的調(diào)控，還涉及認知和感覺加工過程[8]，是知覺、認知和運動系統(tǒng)交互作用的結(jié)果。人在執(zhí)行雙任務(wù)時，對注意、執(zhí)行功能等有較高要求，而老年人這方面能力有限。與年輕人相比，老年人即使在相對簡單的情境下，姿勢控制也需要更多的注意力[4]。老年人在執(zhí)行雙任務(wù)時，注意資源的占用以及分配能力常會達到極限，表現(xiàn)出任務(wù)優(yōu)先策略，即優(yōu)先保證一個任務(wù)[7]。在這種情況下，注意資源可能集中在認知任務(wù)上，而減少對姿勢控制的注意分配，導致姿勢控制水平下降[23]。注意資源也可能集中在姿勢任務(wù)上，即優(yōu)先完成姿勢任務(wù)避免跌倒。上述兩種情況一定程度上可以解釋那些感覺運動或認知損傷的老年人跌倒多發(fā)的原因[4]。此外，只有在雙任務(wù)情形下，對注意有較高要求的姿勢變化才能夠更加明顯地表現(xiàn)出來[24]，這就使采用雙任務(wù)測試來預測跌倒發(fā)生的風險成為可能。

2.1.2 應(yīng)用

Lundin-Olsson較早注意到老年人在進行邊走邊交談(walkingwhile talking,WWT)測試時，有些人會出現(xiàn)停止行走來完成交談的現(xiàn)象；他對這些人之后一段時間的跌倒發(fā)生情況進行觀察，發(fā)現(xiàn)相比于繼續(xù)行走的受試者，有停止行為的老年人在隨訪期間更易發(fā)生跌倒[25]。Verghese的前瞻性群組研究對60名社區(qū)老年人分別進行行走和WWT測試，并對受試者的跌倒發(fā)生情況進行12個月隨訪調(diào)查。他發(fā)現(xiàn)WWT測試中表現(xiàn)較差(OR=7.02,95%CI=1.7～29.4)和單任務(wù)測試中表現(xiàn)較差(OR= 13.7,95%CI=2.3～83.6)，都是更高跌倒風險的危險因子，證實了WWT測試在預測老年人跌倒發(fā)生方面的有效性[26]。但并不是所有研究都支持雙任務(wù)測試在跌倒預測中的有效性，如Smulders等的類似研究中并沒有發(fā)現(xiàn)雙任務(wù)測試表現(xiàn)和跌倒發(fā)生之間有聯(lián)系[27]。

2.1.3 單、雙任務(wù)測試預測的有效性

在預測老年人跌倒發(fā)生方面，雙任務(wù)測試是否比純粹的步態(tài)測試更為有效，目前研究者仍存有一定爭議。Herman等認為，雙任務(wù)測試的表現(xiàn)與未來跌倒的發(fā)生有更高關(guān)聯(lián)性，相比于步態(tài)測試，對跌倒發(fā)生的預測更為有效[10,28-29]。而Beauchet等人卻認為在對跌倒進行預測時，與單任務(wù)測試相比雙任務(wù)測試并不能提供更多的有效信息[30-31]。之所以存在上述爭議，可能與下述因素有關(guān)。

首先，研究在測試指標的選取上存有差異。其中，步速因為其測量的簡便性，是雙任務(wù)研究用于預測跌倒發(fā)生最為常用的指標，多數(shù)研究也證實其有效性，如Hyndman等發(fā)現(xiàn)，雙任務(wù)測試中步速下降較為顯著的受試者，在隨訪階段發(fā)生跌倒的風險相對于步速下降較小的受試者要高[28]。但Menant等的Meta分析顯示，以步速作為指標，雙任務(wù)測試并沒有比單任務(wù)步態(tài)測試表現(xiàn)出更好的敏感性和有效性[14]。步速可能并不是雙任務(wù)測試中用于預測跌倒發(fā)生的最佳指標。

有研究者認為，步態(tài)參數(shù)的變異性在跌倒的預測方面比步速更加有效。這種方法假設(shè)步態(tài)參數(shù)的變異性與步態(tài)穩(wěn)定性之間呈現(xiàn)一種逆向關(guān)系，較小的變異性說明行走的自動化程度高，需要較少的中樞控制，行走更為高效、安全；較大的變異性則意味著生活中發(fā)生跌倒的風險較高[32]。Kressig等發(fā)現(xiàn)，雙任務(wù)步態(tài)測試中單步時間的變異性能夠辨別受試者是否經(jīng)歷過跌倒[15]。Herman的研究顯示，雙任務(wù)測試中的步長變異性能對受試者之后2年的跌倒進行有效預測，而步速則不能[29]。

雙任務(wù)測試預測跌倒發(fā)生有效性受測試人群的影響。盡管很多研究證實，雙任務(wù)測試可以有效預測健康老年人的跌倒風險[29]。但Beauchet等的研究則發(fā)現(xiàn)，對身體較弱的老年人[24]以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如帕金森病、阿爾茨海默病和腦卒中患者[27-28]，它可能更為有效。因為相比于健康人群，這類人群在執(zhí)行雙任務(wù)中的步態(tài)參數(shù)，如步速、步寬、單步時間以及變異性的變化更為明顯，發(fā)生跌倒的可能性也更大[32]。

由此可見，認知-姿勢控制雙任務(wù)測試在老年人跌倒風險

預測的有效性受測試人群和測試指標的影響。應(yīng)用認知-姿勢控制雙任務(wù)測試進行跌倒風險預測，對活動能力較差以及患有中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的老年人更加有效；選用步態(tài)的變異性指標要比步速、步寬、步長等單純步態(tài)指標更加有效。

2.2 跌倒預防訓練

2.2.1 理論依據(jù)

認知功能和身體活動能力下降是導致老年人活動能力下降、跌倒多發(fā)的兩個主要因素[32]。大多數(shù)訓練主要圍繞這兩方面能力的提高展開。認知水平的提高主要通過認知訓練實現(xiàn)。已有大量研究證實，認知訓練可以提高老年人的認知功能，如注意、記憶、推理、信息處理速度及執(zhí)行功能等[33-35]。運動鍛煉除了可以提高老年人肌肉力量、平衡、柔韌等身體素質(zhì)外，還可以提高大腦的新陳代謝水平及皮層可塑性[36]，改善老年人認知能力，如注意、執(zhí)行功能等[37]。認知和運動訓練都能提高大腦老化過程中神經(jīng)元和認知功能的可塑性[38]。有鑒于此，有研究者嘗試采用運動與認知訓練相結(jié)合的方法指導老年人鍛煉，取得良好效果[39-40]。

2.2.2 常用的訓練方式

認知-姿勢控制雙任務(wù)訓練被定義為同時或交替性進行兩項或兩項以上的認知和運動訓練[19]。認知訓練包括一系列記憶或注意任務(wù)(涉及工作記憶和執(zhí)行功能)，如數(shù)字計算、視覺尋找、言語流暢性及反饋訓練等。常見的運動訓練包括平衡、肌力訓練和有氧運動等，訓練形式包括走路、平衡板、太極拳等[35,41-42]。其中，交互式認知-運動訓練(interactive cognitive-motor training,ICMT)是目前較為流行且模式相對統(tǒng)一的方法。它要求訓練者在完成一些大幅度的運動，如邁步、晃動等的同時，與電腦界面進行人機交互，并從顯示屏獲得即刻的視覺回饋[41]。ICMT涉及個體加工信息、選擇信息以及運動執(zhí)行的能力等，能夠促進老年人產(chǎn)生相關(guān)的運動性生理適應(yīng)[43]。

2.2.3 訓練效果

多數(shù)雙任務(wù)訓練對老年人的認知和運動功能都產(chǎn)生了一定的積極效應(yīng)。認知方面表現(xiàn)為老年人的注意、記憶、中央執(zhí)行功能以及語言等認知功能的改善。Bam idis等進行的多中心干預研究選取認知健全以及不同程度認知功能損傷的老年人共322人，隨機分為兩組，一組接受2個月認知-運動雙任務(wù)訓練，另一組不進行任何干預。發(fā)現(xiàn)干預組的整體認知水平，如工作記憶、情景記憶和執(zhí)行功能等與對照組相比都有顯著提高[5]。有研究指出，雙任務(wù)訓練對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如輕度認知功能障礙、阿爾茨海默病、癡呆、腦卒中、帕金森病等老年患者認知功能的積極效應(yīng)更為顯著[33,40,44]。

雙任務(wù)訓練對老年人的身體素質(zhì)和運動能力也有一定作用，其中步態(tài)能力的提高以及跌倒風險的降低尤其受到研究者關(guān)注。van HetReve等的研究選取182名老年受試者，隨機分配到力量-平衡訓練組和力量-平衡-認知聯(lián)合訓練組，接受為期12周訓練，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合訓練組雙任務(wù)行走當中的注意分配能力、步態(tài)都有較大改善，常規(guī)的力量-平衡附加認知訓練可以提高訓練者的活動能力，減少跌倒發(fā)生[45]。

2.2.4 與單任務(wù)訓練的效果比較

認知-姿勢控制雙任務(wù)訓練是否比單純的認知或運動訓練更為有效，這一點目前仍有爭議。一些研究者認為，認知-運動雙任務(wù)訓練效果要優(yōu)于傳統(tǒng)的訓練。一方面雙任務(wù)訓練能夠獲取更大的訓練效益[46]和更長的效益持續(xù)時間[42]。Theill等將63名老年人隨機分為單獨的工作記憶訓練組、認知-運動訓練組及不接受任何干預的對照組，進行10周訓練干預，發(fā)現(xiàn)兩個訓練組相比對照組執(zhí)行任務(wù)能力顯著提高，認知-運動訓練組在雙任務(wù)中的步態(tài)表現(xiàn)更加良好[46]。Rahe等對比了老年人認知-運動訓練與認知訓練1年后的注意力的保持，發(fā)現(xiàn)雙任務(wù)組的訓練效應(yīng)能夠保持得更久[42]。另一方面，盡管認知或運動訓練對認知功能都有一定改善作用，但它們對認知功能的改善具有高度的任務(wù)特異性[47-48]，某種形式的訓練僅限于提高與干預手段相似或相近的認知任務(wù)完成能力[34]，無法[49]或僅有很小部分轉(zhuǎn)移到其他認知任務(wù)中。雙任務(wù)訓練效果則對整體認知功能都能產(chǎn)生一定的改善效果[46,50]，對某些特定的認知功能，如注意、執(zhí)行功能，則會產(chǎn)生更加顯著的作用[42]。

也有研究未發(fā)現(xiàn)認知-姿勢控制雙任務(wù)訓練比單純認知或運動訓練的效果更加顯著[51-52]。如Linde等將70名健康老年人分為4組，分別接受16周認知、運動、認知-運動訓練以及不進行任何干預的對照組，發(fā)現(xiàn)認知和認知-運動訓練組的認知速度和注意集中都有較大提高，且兩組訓練效果相同[51]。Schoene等的研究也發(fā)現(xiàn)，ICMT訓練可以改善老年人與跌倒有關(guān)的身體和認知功能，但訓練效果與傳統(tǒng)的平衡、力量或有氧運動相似[43]。之所以存在上述爭論，可能與各研究所采用的訓練方案、選用的人群、測試手段以及關(guān)注的訓練效果側(cè)重點等方面的差異有關(guān)[38]。

由此可見，認知-姿勢控制雙任務(wù)訓練對老年人的認知和運動能力有積極效應(yīng)，但是否優(yōu)于單一的運動或者認知訓練，目前尚沒有定論，值得關(guān)注。

3 總結(jié)與展望

盡管認知-姿勢控制雙任務(wù)在對跌倒預測的敏感性，以及訓練效果是否更為有效等方面還存在爭議，但認知-姿勢控制雙任務(wù)研究范式作為一種相對新穎的科學研究及訓練方法，在老年人跌倒問題研究中還是為大多數(shù)研究者所接受。認知-姿勢控制雙任務(wù)在評估老年人，尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者跌倒發(fā)生的風險方面更加有效。在訓練方面，認知-姿勢控制雙任務(wù)訓練對老年人的運動和認知能力都有一定的改善作用?？紤]到我國數(shù)目龐大的老年人口數(shù)量，以及阿爾茨海默病、腦卒中等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的高發(fā)病率，挖掘雙任務(wù)研究范式在老年人研究中的科研、醫(yī)療及訓練價值，將其作為醫(yī)學診斷或治療的補充、輔助手段，以及老年人的認知或者身體功能恢復、鍛煉的訓練方法，有著較大的價值及潛在的社會、經(jīng)濟效益。

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Advance in Cognitiveand PosturalControlDual-task in FallsofOlder People(review)

LIANG Lei-chao,LüJiao-jiao,HUANG Ling-yan,LIU Yu
Schoolof Kinesiology,ShanghaiUniversity of Sport,Shanghai200438,China

Dual-task diagram focuses on the interaction between cognition andmotor control,and has been applied in falls predictor and training in old people.Itwas found thatdual-task diagram isamore sensitive and usefulmethod than gait test to predict the risk of falls in the older people,especially for thosewith centralnervous system disease.The dual-task training can improve the cognitive and physical abilitiesof theolderadults,but itisargued thatcombined cognitiveand physicalexercise ismorebeneficial than eitherone individually.

cognitive and posturalcontroldual-task;old;fall;cognition;gait;balance;review

10.3969/j.issn.1006-9771.2016.11.010

R592

A

1006-9771(2016)11-1289-05

2016-03-22

2016-08-29)

1.國家自然科學基金項目(No.81572213)；2.上海體育學院研究生教育創(chuàng)新計劃項目(No.yjscx2015008)。

上海體育學院運動健身科技省部共建教育部重點實驗室，上海市200438。作者簡介：梁雷超(1986-)，男，河南洛陽市人，博士研究生，主要研究方向：運動生物力學。通訊作者：劉宇(1959-)，男，河北張家口市人，博士，博士后，教授，主要研究方向：運動生物力學的理論與方法、體育工程等。E-mail:yuliu@sus.edu.cn。