孫立冬 張連成 鄭程浩

(天津體育學(xué)院研究生部,天津 300381)

目前，我國人口老齡化形勢十分嚴(yán)峻。隨著年齡的不斷增長，老年人的全身器官出現(xiàn)進(jìn)行性衰退，作為腦功能的一個(gè)重要指標(biāo)，認(rèn)知功能也會(huì)出現(xiàn)衰退〔1〕。認(rèn)知老化是指個(gè)體進(jìn)入老年期后認(rèn)知功能的衰退過程，即與年輕時(shí)相比，老年時(shí)的認(rèn)知功能出現(xiàn)的衰退現(xiàn)象〔2〕。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的努力，認(rèn)知老化研究取得了一定的進(jìn)展，但也出現(xiàn)了一些瓶頸，其中研究設(shè)計(jì)問題可能是改進(jìn)認(rèn)知老化研究的一個(gè)重要突破口。研究設(shè)計(jì)在認(rèn)知老化的發(fā)展中占據(jù)了極其重要的位置，推動(dòng)了認(rèn)知老化研究的發(fā)展。基于認(rèn)知老化研究問題解決的迫切性和研究設(shè)計(jì)的重要性，本文將探討認(rèn)知老化的研究設(shè)計(jì)問題，主要介紹觀察性研究和實(shí)驗(yàn)性研究的設(shè)計(jì)思路及其在認(rèn)知老化領(lǐng)域的運(yùn)用，并針對(duì)各研究設(shè)計(jì)的不足提出相應(yīng)的解決策略。

1 觀察性研究

觀察性研究又稱非實(shí)驗(yàn)性研究，是指沒有加入研究人員的任何干預(yù)(試驗(yàn)的或其他方面)措施，允許事件自然發(fā)展的研究過程〔3〕。盡管觀察性研究在循證醫(yī)學(xué)中曾被認(rèn)為是 “低質(zhì)量的”、“次優(yōu)的”，往往被處于邊緣化地位〔4〕，但這一研究設(shè)計(jì)在心理學(xué)的歷史上發(fā)揮了巨大作用。觀察性研究主要包括隊(duì)列研究、病例對(duì)照研究和橫斷面研究，下面就每種設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，并討論其在認(rèn)知老化研究中的應(yīng)用狀況。

1.1隊(duì)列研究 隊(duì)列研究亦被稱為縱向研究、隨訪研究、前瞻性研究或發(fā)病率研究，是跟蹤所研究人群一個(gè)時(shí)期，通過反復(fù)觀察，追蹤其中的變化。由于此研究多是采用于大型研究，其所追蹤的時(shí)期亦由數(shù)月到數(shù)十年，故研究多屬流行病學(xué)的范疇〔5〕。隊(duì)列研究的基本原理如圖1所示〔6〕。其依據(jù)研究對(duì)象進(jìn)入列隊(duì)和終止觀察的時(shí)間不同，尤其是獲取(隨訪)資料的方式不同，可以將隊(duì)列研究分為回顧性隊(duì)列研究、前瞻性隊(duì)列研究和雙向性隊(duì)列研究，如圖2〔6〕。

圖1 隊(duì)列研究示意圖

圖2 隊(duì)列研究的分類

1.1.1隊(duì)列研究在認(rèn)知老化領(lǐng)域中的運(yùn)用 隊(duì)列研究在認(rèn)知老化領(lǐng)域的運(yùn)用較為廣泛，其中最常見的是前瞻性隊(duì)列研究，回顧性隊(duì)列研究和雙向性隊(duì)列研究較少。

Chang等〔7〕的隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，包括老年癡呆(AD)患者在內(nèi)，身體鍛煉組比不鍛煉組在加工速度、記憶和執(zhí)行功能方面都有提高，且每周鍛煉≤5 h的人更不易罹患老年癡呆。Yaffe等〔8〕通過前瞻性列隊(duì)研究探討身體活動(dòng)與老年女性認(rèn)知能力老化之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)高身體活動(dòng)參與有益于老年女性的認(rèn)知功能，會(huì)減緩其認(rèn)知老化的速度。Abbott等〔9〕通過前瞻性列隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，每天步行少于0.4 km的老年人罹患AD的風(fēng)險(xiǎn)是每天步行大于3.2 km老年人的1.8倍，每天步行在0.4～1.6 km的老年人罹患AD的風(fēng)險(xiǎn)也比較大。Podewils等〔10〕的前瞻性列隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，休閑活動(dòng)的體能消耗與AD患病風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)，載脂蛋白(Apo)Eε4等位基因攜帶者患AD的風(fēng)險(xiǎn)更高。Singhmanoux等〔11〕前瞻性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，低體力活動(dòng)參與是中年人認(rèn)知功能(尤其是流體智力)的危險(xiǎn)因素。研究〔12〕對(duì)輕度認(rèn)知功能障礙(MCI)患者進(jìn)行隊(duì)列研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)身體活動(dòng)可以降低MCI發(fā)展為AD的可能性。

列隊(duì)研究在認(rèn)知老化領(lǐng)域一般用來探討影響認(rèn)知功能下降的因素或引發(fā)老年癡呆的患病因素。

1.1.2隊(duì)列研究的不足及解決策略 缺點(diǎn)：(1)研究結(jié)果可能受到高數(shù)據(jù)丟失率的影響〔7，11〕，有的研究因?yàn)殛?duì)列時(shí)間相對(duì)較短，數(shù)據(jù)損失率較低〔12〕；(2)研究耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，其組織和后勤工作相當(dāng)艱巨；(3)隨訪期間無關(guān)變量的控制較差，研究結(jié)果易受其他因素的影響；(4)樣本量較大，增加了數(shù)據(jù)收集和分析的難度。

針對(duì)隊(duì)列研究出現(xiàn)的這些問題，建議研究者做好以下工作：(1)在進(jìn)行隊(duì)列研究前對(duì)可能造成人員流失的可能進(jìn)行預(yù)測，先做好防范工作。(2)在隊(duì)列研究中積極了解被試的狀況，隨訪間隔時(shí)間不要太長，避免被試出現(xiàn)意外狀況。(3)在后期的數(shù)據(jù)處理中，不僅要使用重復(fù)測量方差分析、時(shí)間序列分析等傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)新的統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)如多層分析模型和潛變量增長曲線模型(LGM)也要合理運(yùn)用。

1.2病例對(duì)照研究 病例對(duì)照研究亦稱回顧性研究，是比較患某病者與未患某病的對(duì)照者暴露于某可能危險(xiǎn)因素的百分比差異，分析這些因素是否與該病存在聯(lián)系，是分析流行病學(xué)方法中最基本的、最重要的研究類型之一〔13，14〕，研究設(shè)計(jì)如圖3〔6〕。病例對(duì)照研究的證據(jù)級(jí)別在循證醫(yī)學(xué)里屬于三級(jí)證據(jù)，優(yōu)于無對(duì)照的病例系列和個(gè)案報(bào)告〔15〕。

圖3 病例對(duì)照研究設(shè)計(jì)示意圖

1.2.1病例對(duì)照研究在認(rèn)知老化領(lǐng)域中的運(yùn)用 由于病例對(duì)照研究多用于稀有疾病，所以在認(rèn)知老化領(lǐng)域的應(yīng)用較少，Andel等〔16〕進(jìn)行了病例對(duì)照研究，探討中年時(shí)期的身體鍛煉與老年期罹患AD風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，輕度身體鍛煉如園藝、步行等規(guī)律性身體鍛煉比幾乎不鍛煉老年人罹患AD風(fēng)險(xiǎn)下降；身體鍛煉參與較多人群比身體鍛煉較少人群罹患AD的風(fēng)險(xiǎn)更低。這表明，中年時(shí)期的身體鍛煉可以降低老年人時(shí)期患AD的風(fēng)險(xiǎn)，身體鍛煉干預(yù)應(yīng)該作為延緩AD發(fā)病的潛在策略。

由于病例對(duì)照研究多用于探討罕見疾病，所以在認(rèn)知老化領(lǐng)域中應(yīng)用得較少。但也正是這個(gè)特點(diǎn)，更有助于探究老年人的特殊疾病。

1.2.2病例對(duì)照研究的不足及解決策略 病例對(duì)照研究適用于罕見疾病的研究，具有省力、省時(shí)、省錢，容易組織實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)〔13〕。其不足是：(1)不適于研究人群中暴露比例很低的因素；(2)難以避免選擇性偏倚；(3)信息的真實(shí)性難以保證；(4)難以避免回憶性偏倚〔13〕。為了更好地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，避免其不足，可以將病例對(duì)照研究和隊(duì)列研究結(jié)合，即使用病例-隊(duì)列研究。病例-隊(duì)列研究又稱病例參比式研究，兼有病例對(duì)照研究和隊(duì)列研究兩者的優(yōu)點(diǎn)：因果關(guān)系清楚，資料可靠，論證強(qiáng)度高(隊(duì)列研究設(shè)計(jì))；省事省力省錢(病例對(duì)照研究的資料處理與分析)。

1.3橫斷面研究 橫斷面研究是在某一特定時(shí)間對(duì)某一定范圍內(nèi)的人群，以個(gè)人為單位收集和描述人群的特征及疾病或健康狀況，是描述流行病學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的方法。橫斷面研究的研究設(shè)計(jì)如圖4所示〔17〕。

圖4 橫斷面研究設(shè)計(jì)示意圖

1.3.1橫斷面研究在認(rèn)知老化領(lǐng)域中的運(yùn)用 由于橫斷面研究結(jié)果有較廣的推廣意義，其在認(rèn)知老化研究領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛。Hillman等〔18〕的橫斷研究發(fā)現(xiàn)，身體活動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的促進(jìn)作用具有一般性和選擇性，對(duì)老年人的益處更大。Middleton等〔19〕也進(jìn)行橫斷研究，發(fā)現(xiàn)在青少年期加強(qiáng)身體鍛煉會(huì)有效降低老年人認(rèn)知障礙發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。Weinstein等〔20〕通過橫斷研究發(fā)現(xiàn)，背外側(cè)前額葉皮質(zhì)(DLPFC)的特定區(qū)域與抑制功能、空間工作記憶相關(guān)，有氧健身可以有針對(duì)性地減少老年人的腦萎縮，提高相應(yīng)的認(rèn)知功能。Gajewski等〔21〕使用事件相關(guān)電位(ERPs)探討終身體育對(duì)老年人干擾處理的影響，發(fā)現(xiàn)長期的身體活動(dòng)可能會(huì)使額葉皮層表現(xiàn)出普遍增強(qiáng)的活動(dòng)，增強(qiáng)認(rèn)知功能，更有效的完成Stroop干擾任務(wù)。

橫斷面研究是用來探討某年齡段認(rèn)知能力狀況的影響因素或某階段身體鍛煉情況對(duì)老年認(rèn)知的影響。

1.3.2橫斷面研究的不足及解決策略 綜合以上認(rèn)知老化的橫斷研究，可以看出，橫斷研究的優(yōu)點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短，研究效率比較高。其缺點(diǎn)是：(1)無法清晰了解同一個(gè)個(gè)體發(fā)展的連續(xù)性；(2)只能研究相關(guān)性，不能確定因果關(guān)系，受逆向因果關(guān)系的影響〔20，22～24〕；(3)取樣程序較為復(fù)雜，研究結(jié)果可能會(huì)受到其他變量的影響，不能完全消除其他潛在因素的影響〔25〕。橫斷面研究最大的不足是不能確定事件發(fā)生的先后順序，無法得出因果關(guān)系。這可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)性研究來解決，進(jìn)行干預(yù)確定因果關(guān)系。除此之外，可以考慮采用小樣本的交叉滯后相關(guān)研究設(shè)計(jì)來進(jìn)行準(zhǔn)因果的考察〔1〕。

2 實(shí)驗(yàn)性研究

實(shí)驗(yàn)性研究是將一組隨機(jī)抽取的實(shí)驗(yàn)對(duì)象隨機(jī)分配到兩種或多種處理組(實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組)，實(shí)驗(yàn)組人為地給予或控制某因素，而對(duì)照組不給予該因素或給予安慰劑，然后觀察比較不同處理因素的效應(yīng)(或結(jié)果)〔26〕。實(shí)驗(yàn)性研究是心理學(xué)研究的主導(dǎo)方法，主要有實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和自然實(shí)驗(yàn)兩類〔27〕。

2.1實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)是借助各種實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，在對(duì)實(shí)驗(yàn)條件嚴(yán)加控制的情況下進(jìn)行的〔27〕，一般比較精確，但是由于對(duì)實(shí)驗(yàn)條件控制比較嚴(yán)格，與真實(shí)的生活或工作情境有較大的差異，因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的外部效度要差一些。

2.1.1實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)在認(rèn)知老化領(lǐng)域中的運(yùn)用 由于實(shí)驗(yàn)條件控制嚴(yán)格，所以認(rèn)知老化領(lǐng)域的純實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)比較少。Fortune等〔28〕進(jìn)行被試內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)急性有氧運(yùn)動(dòng)可以有效改善反應(yīng)時(shí)和記憶任務(wù)的表現(xiàn)。Chang等〔29〕用Stroop測驗(yàn)和事件相關(guān)去同步化(ERD)研究急性運(yùn)動(dòng)和心血管適能對(duì)老年人認(rèn)知功能的影響，發(fā)現(xiàn)急性運(yùn)動(dòng)可以提高認(rèn)知能力，心血管適能較高的老年人可以從急性運(yùn)動(dòng)中獲得更大的益處。文世林等〔30〕用近紅外光譜功能成像技術(shù)(fNIRS)，研究10 min中等強(qiáng)度自行車運(yùn)動(dòng)對(duì)老年人在Flanker任務(wù)中行為表現(xiàn)和腦激活模式的影響，發(fā)現(xiàn)10 min急性有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了老年人的行為表現(xiàn)，在Flanker任務(wù)過程中，急性有氧運(yùn)動(dòng)顯著提高了左側(cè)額極區(qū)(L-FPA)的神經(jīng)激活水平，且腦區(qū)神經(jīng)激活的增加與認(rèn)知表現(xiàn)的提高同步出現(xiàn)。

綜上，實(shí)驗(yàn)室研究雖然樣本量較小，但數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確，可以對(duì)因果關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，有助于控制認(rèn)知老化的影響因素。

2.1.2實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的不足及解決策略 陳立〔31〕曾指出：“只要用某種實(shí)驗(yàn)方法，好像結(jié)果就必然是科學(xué)的，我認(rèn)為現(xiàn)在許多心理學(xué)的研究，就不知不覺地進(jìn)入這一誤區(qū)……”。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)存在的不足主要有：(1)過分強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)，忽視了人的內(nèi)在心理活動(dòng)；(2)個(gè)別群體參加實(shí)驗(yàn)，樣本量比較小，結(jié)論并不能廣泛推廣；(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論各異，結(jié)果沒有得到整合；(4)難以從根本上消除“被試效應(yīng)”，無法達(dá)到自然科學(xué)中研究對(duì)象的“客體”標(biāo)準(zhǔn)；(5)主試急于求成可能出現(xiàn)“羅森塔爾效應(yīng)”，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不真實(shí)，掩蓋某些潛在變量的作用。建議：(1)將質(zhì)化研究與量化研究相結(jié)合，將研究與文化意識(shí)融合到一起，考慮與現(xiàn)實(shí)的擬合程度，思考對(duì)現(xiàn)實(shí)社會(huì)的貢獻(xiàn)程度，避免脫離社會(huì)而獨(dú)立存在。(2)盡可能在不同地區(qū)進(jìn)行隨機(jī)控制實(shí)驗(yàn)，使樣本更有代表性，數(shù)據(jù)更有說服力。(3)采用元分析，綜合多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)而得出更為廣泛的結(jié)論。

2.2自然實(shí)驗(yàn) 自然實(shí)驗(yàn)又稱現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，是以盡量接近現(xiàn)實(shí)的情形下，構(gòu)建出某種適合研究條件的環(huán)境，并在這一環(huán)境下對(duì)被試施以刺激因素，測量其所產(chǎn)生的結(jié)果或現(xiàn)象，以明確其間的因果關(guān)系的研究方法。一般自然實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與真實(shí)生活或工作情境比較接近，結(jié)果具有很好的推廣性。

2.2.1自然實(shí)驗(yàn)在認(rèn)知老化領(lǐng)域中的運(yùn)用 認(rèn)知老化領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)性研究大多是自然實(shí)驗(yàn)，對(duì)被試的活動(dòng)范圍沒有限制，只是對(duì)研究的變量(身體鍛煉的類型、每次持續(xù)時(shí)間、活動(dòng)的強(qiáng)度、每周鍛煉的次數(shù)等)進(jìn)行操縱，被試的生活環(huán)境沒有發(fā)生變化。

Colcombe等〔32〕探究發(fā)現(xiàn)，老化人群的心肺適能與腦組織相關(guān)，有氧健身訓(xùn)練可以維持和加強(qiáng)老年人中樞神經(jīng)系統(tǒng)的健康和認(rèn)知功能。Lautenschlager等〔33〕進(jìn)行為期24 w的隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，身體活動(dòng)會(huì)降低記憶障礙老年人認(rèn)知能力下降的風(fēng)險(xiǎn)。Erickson等〔34〕的自然實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)海馬回容量與空間記憶表現(xiàn)呈顯著正相關(guān)；心血管適能與海馬回容量存在顯著正相關(guān)；有氧健身運(yùn)動(dòng)組不僅提升腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)，還增加海馬回容量。Eggenberger等〔35〕的隨機(jī)控制實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)多樣性的認(rèn)知鍛煉比單一的身體鍛煉對(duì)執(zhí)行功能的積極影響更大。

自然實(shí)驗(yàn)比較適用于認(rèn)知老化研究，讓老年人在不受研究者過多干涉的環(huán)境中被觀察研究，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說服性。在以后的研究中，應(yīng)多發(fā)揮這一優(yōu)勢，盡可能原生態(tài)的研究認(rèn)知老化課題，幫助老年人過上更幸福的生活。

2.2.2自然實(shí)驗(yàn)的不足及解決策略 自然實(shí)驗(yàn)法具有真實(shí)性、自然性和靈活性的特點(diǎn)。但也存在相應(yīng)的不足：(1)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的背景難以控制和把握，易產(chǎn)生情境效應(yīng)；(2)樣本量較小，局限于某個(gè)地區(qū)，代表性較差。解決方法：(1)關(guān)于不易控制無關(guān)變量影響的問題，在前期的研究設(shè)計(jì)中盡可能考慮到這些因素，后期數(shù)據(jù)處理時(shí)平衡或者分析這些因素帶來的影響，確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。(2)關(guān)于樣本代表性問題，可以在不同地區(qū)選取被試，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，擴(kuò)大推廣性。(3)對(duì)所有自然研究的成果進(jìn)行元分析，以便獲得普遍性結(jié)論。

3 展 望

3.1對(duì)照-隊(duì)列研究 為了彌補(bǔ)隊(duì)列研究失訪偏倚的不足及病例對(duì)照研究回憶性偏倚的不足，可以將兩者結(jié)合，進(jìn)行對(duì)照-隊(duì)列研究。在探討老年人罹患AD這一課題時(shí)，可以將病例對(duì)照研究與隊(duì)列研究相結(jié)合：病例對(duì)照研究作為病因研究的第一階段，篩選可疑病因，建立假設(shè)；隊(duì)列研究作為第二階段，檢驗(yàn)假設(shè)。就像溫興祥等〔36〕提到的，神經(jīng)系統(tǒng)的小樣本研究得到的結(jié)論不能解釋沒有病理刺激下正常認(rèn)知能力的下降，社會(huì)科學(xué)通常用大樣本的調(diào)查數(shù)據(jù)和回歸分析可以研究認(rèn)知狀況。

3.2聚合式研究 將縱向研究與橫斷研究結(jié)合在一起(聚合式研究)，在縱向研究圖式中分段進(jìn)行橫斷面研究。既可以在短期內(nèi)了解各年齡階段中老年人心理特點(diǎn)的總體狀況，又可以從縱向發(fā)展的角度認(rèn)識(shí)老年人心理特征隨年齡增長而出現(xiàn)的變化和發(fā)展，還可以探討社會(huì)歷史因素對(duì)老年人心理發(fā)展產(chǎn)生的影響。

3.3觀察性研究與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合 以往研究只是單獨(dú)進(jìn)行觀察或者實(shí)驗(yàn)，并沒有兩者結(jié)合的情況。可以適當(dāng)對(duì)兩者進(jìn)行結(jié)合，先進(jìn)行觀察性研究確定相關(guān)性或因果關(guān)系，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)控制，可以更好地消除無關(guān)變量的干擾。以確定自變量與因變量的關(guān)系，使之更具說服力。

為了解決認(rèn)知老化的機(jī)制問題，可以開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行基礎(chǔ)研究。為了解決認(rèn)知老化的影響因素，比如身體鍛煉對(duì)認(rèn)知老化的減緩和預(yù)防作用，可以將縱向列隊(duì)研究與實(shí)驗(yàn)室研究相結(jié)合：列隊(duì)研究可以揭示隨時(shí)間變化身體鍛煉與認(rèn)知老化的關(guān)系，但不能揭示因果，此時(shí)應(yīng)選擇較小樣本的實(shí)驗(yàn)性研究，比如控制水平最高的隨機(jī)控制實(shí)驗(yàn)以及準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)等。為了更深入了解影響老年人認(rèn)知老化的各種因素，可以進(jìn)行自然實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，前者既可以對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行控制，又可以了解老年人的日常生活環(huán)境，后者在確定影響因素后可以進(jìn)行驗(yàn)證。