朱婷，鄭潔皎，丁建偉，沈利巖，楊寅

復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，上海市200040

平衡是指維持身體所處的一種姿態(tài)以及在自身運動或受到外力作用時能夠自動調(diào)整并維持姿勢的能力[1]。雙重任務(wù)[2]指同時執(zhí)行兩種任務(wù)，如維持平衡任務(wù)和計算認(rèn)知任務(wù)。認(rèn)知雙重任務(wù)能力是指同時處理認(rèn)知等兩種任務(wù)的能力。平衡的維持需要認(rèn)知過程的參與，而注意力是涉及平衡的主要認(rèn)知領(lǐng)域之一[3]，平衡任務(wù)越復(fù)雜，需要的注意力資源越多。處理雙重任務(wù)時，注意力資源需求增加，然而注意力資源有限，兩個任務(wù)之間會競爭注意力資源[4]，大腦會優(yōu)先分配注意力資源用于執(zhí)行第一任務(wù)，分配于第二任務(wù)的注意力資源較少，兩個任務(wù)或者第二任務(wù)完成表現(xiàn)較差，即注意力分配原則。

體育競技運動是青年人特征性的認(rèn)知雙重任務(wù)，運動員不僅要準(zhǔn)確、穩(wěn)定地完成任務(wù)，同時要考慮競技的戰(zhàn)略。日常生活中每天均可見認(rèn)知雙重任務(wù)，如步行時看報紙或者接聽電話等[5-6]。認(rèn)知雙重任務(wù)能力下降時會導(dǎo)致跌倒[7]，其中青年人跌倒主要發(fā)生于執(zhí)行雙重任務(wù)時[8]。跌倒除了導(dǎo)致死亡和殘疾外，還對個人、社會和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生驚人的負(fù)擔(dān)[9]。許多研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，我國青年人體質(zhì)有所下滑，跌倒后雖然死亡率低于老年人，但會對青年人的心理產(chǎn)生很大影響，甚至?xí)绊戇\動員的職業(yè)生涯[10]。良好的雙重任務(wù)能力可以有效應(yīng)對各種復(fù)雜環(huán)境(上坡、山路、賽場等)，避免跌倒的發(fā)生。既往研究表明，認(rèn)知雙重任務(wù)訓(xùn)練可以改善平衡能力和步行速度，降低跌倒的風(fēng)險[11-13]。對于有跌倒史的老年人，雙重任務(wù)訓(xùn)練甚至可以同時改善認(rèn)知功能和平衡能力[14]。

雙重任務(wù)能力評估可以有效檢測出運動員腦震蕩后的持續(xù)性認(rèn)知和運動功能受損，即使標(biāo)準(zhǔn)的腦震蕩評分已恢復(fù)正常；也可以用來預(yù)測老年人的跌倒風(fēng)險[15]。目前關(guān)于雙重任務(wù)訓(xùn)練前的認(rèn)知雙重任務(wù)能力評估的研究很少，我們建立一個計算-平衡雙重任務(wù)模型，通過觀察是否存在認(rèn)知-平衡的干擾，來評估認(rèn)知雙重任務(wù)能力[13]。認(rèn)知-平衡干擾[16-17]指同時執(zhí)行的計算任務(wù)和平衡任務(wù)間會相互干擾[18]，兩者競爭大腦的注意力資源導(dǎo)致平衡能力或者認(rèn)知能力下降[19]，又或者認(rèn)知任務(wù)促進(jìn)平衡能力的提高[20-21]。如果雙重任務(wù)間相互干擾，其干擾機(jī)制是否跟注意力分配原則相關(guān)，本研究進(jìn)行以下探索。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2016年10至2017年12月，在復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科招募健康青年志愿者。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①健康青年人；②年齡20~30歲；③大專及以上學(xué)歷；④簡易精神狀態(tài)檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)評分≥27分；⑤自愿參與本研究。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①單腿站立不能維持30 s；②不能聽懂或理解研究流程。

最終納入20例，其中男性9例，女性11例；年齡20~25歲，平均(21.8±1.5)歲；體質(zhì)量42~90 kg，平均(59.4±12.5)kg；身高(166.7±8.4)cm；腳長21~28 cm，平均(24.1±1.9)cm；MMSE評分27~30分，平均(29.2±0.9)分。

本研究經(jīng)過復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院倫理委員會批審，入選對象均簽署知情同意書。

1.2 方法

平衡測試正式開始前，囑試驗者站上測力臺，適應(yīng)試驗環(huán)境，并練習(xí)單腿站立，選出最適合單腿站立腿；每例受試者均在座椅上進(jìn)行2組計算任務(wù)：坐位+睜眼+計算；坐位+閉眼+計算。平衡測試采用MTD-Balance靜態(tài)平衡測試儀(德國MTD公司)，對20例健康青年人分別進(jìn)行4組平衡檢測：左/右腿站立+睜眼+計算；左/右腿站立+睜眼；左/右腿站立+閉眼+計算；左/右腿站立+閉眼。4組平衡測試的順序由電腦隨機(jī)選取。每位受試者測試3次，每次間隔5~7 d，每次測試6組(2組座椅上+4組平衡儀上)，每組測試30 s，組間間隔30 s，完成一次實驗需330 s。

計算任務(wù)采用連續(xù)逆序減7的計算，起始數(shù)字選用區(qū)間80~99，由電腦隨機(jī)取數(shù)。要求受試者大聲的說出每個答案，并計算正確率。重點要求計算的準(zhǔn)確性而不是速度，假如受試者30 s之內(nèi)完成計算任務(wù)，則重新從原始數(shù)字開始。實驗開始前每位受試者練習(xí)怎樣熟練逆序地大聲數(shù)數(shù)字。囑受試者雙重任務(wù)測試時，保證平衡穩(wěn)定的同時盡可能保證計算的正確性。

1.3 評定標(biāo)準(zhǔn)

平衡參數(shù)選用前后最大擺幅、外內(nèi)/內(nèi)外最大擺幅、外周面積、軌跡長；計算參數(shù)采用連續(xù)逆序減7計算的正確率。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析。所有參數(shù)采用3次測試平均值。正態(tài)分布數(shù)據(jù)以(xˉ±s)表示，采用配對t檢驗；非正態(tài)數(shù)據(jù)以M(Qu-Q1)表示，采用非參數(shù)檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

睜眼時，單項任務(wù)和雙重任務(wù)左右、前后最大擺幅，外周面積，軌跡長均顯著小于閉眼時(P<0.001)。雙重任務(wù)閉眼左右、前后最大擺幅，外周面積小于單項任務(wù)(P<0.05)；雙重任務(wù)睜眼時身體重心左右、前后最大擺幅，外周面積，軌跡長與單項任務(wù)相比無顯著性差異(P>0.05)。坐位睜眼組、坐位閉眼組、睜眼平衡測試組、閉眼平衡測試組計算正確率無顯著性差異(P>0.05)。見表1~表3。

3 討論

本研究采用的雙重任務(wù)模型為計算-平衡雙重任務(wù)，用連續(xù)逆序減7計算任務(wù)干擾受試者單腿靜態(tài)平衡的維持。連續(xù)減7計算的正確率不僅檢測受試者的計算能力，更是對受試者注意力持續(xù)性的檢測[22]。平衡能力與注意力持續(xù)性呈正相關(guān)，注意力在平衡控制及身體姿勢維持的過程中起到非常重要的作用。由此可見，減7計算和平衡維持均依賴注意力，但注意力有限，在執(zhí)行雙重任務(wù)時，平衡維持和計算任務(wù)共同競爭注意力資源。因此，雙重任務(wù)時平衡的表現(xiàn)取決于注意力的分配[23]，即注意力更多用于維持平衡時，受試者表現(xiàn)為更好的平衡功能，相反平衡功能表現(xiàn)較差。

視覺的傳入是維持平衡穩(wěn)定的重要因素，視覺的傳入對軀體直立、空間位置覺都有著補(bǔ)償作用。本研究也發(fā)現(xiàn)，視覺改善單腿靜態(tài)平衡穩(wěn)定性，不僅表現(xiàn)在單項任務(wù)，雙重任務(wù)同樣適用，與國內(nèi)外研究結(jié)果一致[24-27]。

本研究還發(fā)現(xiàn)，睜眼時雙重任務(wù)平衡穩(wěn)定性與單項任務(wù)之間無明顯差異；閉眼時雙重任務(wù)平衡穩(wěn)定性大于單項任務(wù)，即閉眼時計算任務(wù)改善了單腿靜態(tài)平衡穩(wěn)定性?？赡芤驗橐曈X中樞位于大腦枕葉，也是維持認(rèn)知功能的主要大腦中樞。因此，睜眼時，視覺感覺系統(tǒng)的傳入、計算任務(wù)和平衡維持三者共同競爭注意力資源[28]。由于視覺是維持平衡的最重要因素之一，且研究表明，視覺對姿勢控制的影響大于認(rèn)知任務(wù)[20]，視覺的傳入可以短時間內(nèi)快速糾正平衡的穩(wěn)定性。因此，大腦選擇優(yōu)先將注意力資源分配于視覺的傳入，從而快速維持平衡的穩(wěn)定性。所以睜眼時計算任務(wù)對平衡維持幾乎無影響，歸功于視覺的傳入對平衡的維持。此時計算任務(wù)分配到的注意力資源減少；或者大腦有充足的注意力資源，足夠分配于計算任務(wù)。

表1 睜眼和閉眼時單項和雙重任務(wù)平衡參數(shù)比較

表2 睜眼和閉眼時單項和雙重任務(wù)平衡參數(shù)統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)

表3 坐位與單腿站立睜眼和閉眼情況下的正確率比較(%)

相反，閉眼時因為視覺傳導(dǎo)被阻斷，受試者本能地尋求新的平衡，因而需要更多的注意力資源。此時用計算任務(wù)來干擾平衡，表面看是計算任務(wù)競爭了注意力資源，按照注意力分配原則，平衡穩(wěn)定性會降低以及計算任務(wù)完成較差。實際的研究結(jié)果表明，與閉眼單任務(wù)相比，平衡穩(wěn)定性更佳，計算任務(wù)表現(xiàn)無差異。即在缺少視覺傳入時，第二任務(wù)可以協(xié)助平衡的維持。因此，閉眼時，大腦并未啟用注意力分配原則來處理計算-平衡雙重任務(wù)。Vuillerme等[29]提出兩個假說來解釋這個結(jié)論。一種是計算任務(wù)將注意力焦點從姿勢控制轉(zhuǎn)移，防止受試者過度關(guān)注平衡的維持，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)對姿勢的控制更加隨意，從而降低足部移動，使得平衡更穩(wěn)定。另一種是下肢主動肌和拮抗肌的協(xié)同收縮，使身體僵硬程度增加而降低姿勢的擺動，但其實是增加擺動的頻率而降低振幅，平衡穩(wěn)定性更佳。該結(jié)論與國外研究結(jié)果一致[20,30-32]。但也有研究表明第二任務(wù)會影響平衡的穩(wěn)定性[12,19,33]，研究結(jié)果的差異可能與受試者的年齡以及第二任務(wù)占用注意力的程度相關(guān)。本研究的平衡維持和計算任務(wù)所占據(jù)的注意力資源小于受試者擁有的總負(fù)荷。隨著年齡增長注意力總負(fù)荷降低，計算任務(wù)就會降低平衡穩(wěn)定性，或者增加第二任務(wù)的難度，更多占用注意力資源同樣也會降低平衡穩(wěn)定性[34]。

本研究中，睜眼坐位組、閉眼坐位組、睜眼平衡測試組、閉眼平衡測試組計算正確率差異無統(tǒng)計學(xué)意義，說明平衡任務(wù)并沒有干擾計算能力。在計算正確率方面，前面描述睜眼執(zhí)行雙重任務(wù)時，大腦選擇犧牲計算任務(wù)占用的注意力資源或者有充足的注意力資源來維持平衡。前者引起計算正確率下降，后者則對正確率無影響。本研究的結(jié)論與后者相符，說明受試者大腦擁有足夠的注意力資源。Sweller[35]提出的認(rèn)知負(fù)荷理論為該研究結(jié)果提供了理論基礎(chǔ)，當(dāng)需要的認(rèn)知負(fù)荷未超出大腦擁有的認(rèn)知負(fù)荷時，會有多余的認(rèn)知負(fù)荷供其他任務(wù)使用。也有研究表明[36]，按照神經(jīng)環(huán)路重疊的原則，當(dāng)認(rèn)知和運動任務(wù)占用相同的神經(jīng)環(huán)路時，雙重任務(wù)間干擾較嚴(yán)重。目前關(guān)于雙重任務(wù)時統(tǒng)計計算正確率的研究較少，且結(jié)論與本研究相反[13]。可能是因為本研究計算任務(wù)過于簡單，并沒有占用過多的注意力資源；或者受試者較年輕，大腦擁有足夠的認(rèn)知負(fù)荷；或者是本研究的計算任務(wù)大腦神經(jīng)環(huán)路與平衡任務(wù)神經(jīng)環(huán)路重疊較少。

綜上所述，當(dāng)受試者所需的注意力資源小于擁有的總認(rèn)知負(fù)荷時，即受試者具備良好的認(rèn)知雙重任務(wù)能力，有足夠的注意力資源來完成所要執(zhí)行的任務(wù)，大腦不會啟用注意力分配原則來維持平衡的穩(wěn)定，就不會產(chǎn)生認(rèn)知-平衡干擾。在未來研究中，可以招募有注意力缺陷的受試者，或者增大認(rèn)知任務(wù)的難度，進(jìn)一步觀察注意力分配原則對平衡及認(rèn)知能力的影響。同樣考慮將注意力資源的負(fù)荷定量研究，制定不同年齡段的標(biāo)準(zhǔn)值，為提高雙重任務(wù)能力和預(yù)防跌倒提供新的思路及臨床價值。