蔡嘉鑫,郁 磊*,關(guān) 博,任 璐,李 陽

(1山西大學復雜系統(tǒng)研究所,太原 030006;2山西大學疾病防控的數(shù)學技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析山西省重點實驗室;3山西醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院;4山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科;*通訊作者,E-mail:yulei@sxu.edu.cn)

許多日?；顒又卸即嬖谥鴶?shù)學計算任務(wù),正常情況下的計算能力不僅需要理解數(shù)字概念,還需要概念能力和其他認知技能[1]。認知功能是由多個認知域組成,包括計算力、記憶力、執(zhí)行能力、語言能力等多個方面[2]。其中,計算是一項復雜的認知活動,也是人類的一項基本認知機能,言語能力、空間能力、記憶力、執(zhí)行功能等多項認知活動都參與計算過程。實際上,計算能力對于中老年人的日常生活十分重要,以往研究已經(jīng)證實數(shù)字的加工和計算功能的損害是阿爾茲海默癥核心特征之一[3],老年癡呆患者存在計算能力損害也得到公認,如Rosselli等[4]指出AD的計算能力與非語言記憶、注意力得分有顯著相關(guān),Martin等[5]也認為計算能力受損是AD認知損害的特征之一,張拉艷等[6]研究發(fā)現(xiàn)計算能力與工作記憶有較高相關(guān)性,所以計算能力可以作為AD患者一般智力能力的優(yōu)良預測因子。然而,目前很少有神經(jīng)心理學研究一般中老年人群的計算能力問題,對一般中老年人群的計算力分布情況尚不清楚。所以,對中老年人的計算力情況進行統(tǒng)計分析是有必要的。關(guān)于計算力情況的測量評估以往大多采用的是串行減法,關(guān)于這一方法的有效性,已有很多研究者做了深入研究,結(jié)論認為可以通過心算串行減法來評估中老年人計算力水平[7]。1942年,Hayman等[8]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)心算串行減法不僅需要記憶、學習能力,還需要邏輯思維能力。實驗通過對580位精神科患者進行心算串行減法測試并總結(jié)規(guī)律,最后得出結(jié)論:心算串行減法對于智力效率以及心理狀態(tài)的評估是簡便易行且有效的。接著在20世紀60年代,串行減法出現(xiàn)在了特里爾社會壓力檢測的心算項目中,通過連續(xù)減法來反映被測者的心理狀態(tài)[9]。在1966年,Charlton[10,11]發(fā)現(xiàn)串行減法對人類的第二信號系統(tǒng)的處理能力提出了較高要求,即在大部分情況下,串行減法在神經(jīng)系統(tǒng)問題診斷中是行之有效的。

以上方法都是對計算能力的定量評估,但值得我們注意的是,以上研究都是建立在被測者靜止不動的前提下的。然而在現(xiàn)實生活中,更多情況是處于雙任務(wù)的前提下的,這里的雙任務(wù)具體是指運動任務(wù)與認知任務(wù)同時進行,例如:在行走的過程中接聽電話以及與人交流[12-15],這就對中老年人運動系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)提出了更高的要求[16-18]。事實上非純粹的運動任務(wù)(即雙任務(wù)),老年人會呈現(xiàn)出一定的認知能力下降[19,20],所以建立在雙任務(wù)前提下的測試更能反映出被測者在日常生活中的真實水平。目前來說,尚未有關(guān)于雙任務(wù)下我國中老年人計算力水平的統(tǒng)計分析研究成果發(fā)表,是衛(wèi)生統(tǒng)計領(lǐng)域的一研究空白。本研究旨在通過對受試者進行雙任務(wù)測試,使用多種統(tǒng)計方法多維度地分析研究我國50歲以上中老年人的計算力水平情況,以及計算力水平與其性別、年齡、受教育程度之間的關(guān)系。

1 資料和方法

1.1 受試者

受試者是來源于某中西部城市某醫(yī)療中心且符合研究納入標準的中老年人,共計472位,其中男性153位,女性319位。納入標準:①被測者可以獨立正常行走;②無視力、聽力等感知功能方面的疾病;③被測者年齡在50-90歲之間,受教育年限在0-20年之間,男女不限;④被測者主動愿意參加本科研活動,對此次研究知情同意。

1.2 采集數(shù)據(jù)

雙任務(wù)下計算力測試數(shù)據(jù):實驗于該醫(yī)療中心的一條無障礙走廊進行(兩旁無任何阻擋物,實驗過程中也無其他人員走動),被測者從設(shè)定的起點開始測試,聽到實驗人員的“開始”指令后向前出發(fā),同時進行100-3的串行減法,記時1 min,每正確一題計一分,錯誤不計分。在走廊的兩端設(shè)置兩名實驗人員,負責記錄每一位被測者的回答記錄,以保證記錄的準確性。同時,錄音錄像設(shè)備全程開啟。

簡易智力狀態(tài)檢查量表(MMSE)得分數(shù)據(jù):通過調(diào)取被測者在該醫(yī)療中心近期進行的MMSE測試的存檔結(jié)果來獲得。

1.3 統(tǒng)計學分析

本文通過Matlab軟件進行統(tǒng)計學分析,內(nèi)容上主要分為以下6個部分。

(1)分組:本研究從年齡、性別、受教育程度這3個維度對受試者進行分組。以年齡為50-60歲、60-70歲、70-80歲、80-90歲將中老年人劃分為4組;以性別為男、女將中老年人劃分為兩組;以受教育程度為0-5年、6-10年、11-15年、16-20年將受教育水平劃分為四組,分別命名為文盲組、較低文化水平組、中等文化水平組、較高文化水平組。

(2)整理出每位受試者雙任務(wù)計算總數(shù)、雙任務(wù)計算正確數(shù)(定義為雙任務(wù)計算力得分)、雙任務(wù)計算錯誤數(shù)、雙任務(wù)嚴重錯誤個數(shù)(錯誤幅度超過20視為嚴重錯誤)以及MMSE得分。

(3)通過多項式擬合等方法定性判斷中老年人計算力水平可能的影響因素。

(4)通過非參數(shù)假設(shè)檢驗方法,對以上可能因素進行定量分析,給出影響中老年人計算力水平的準確因素。

(5)給出每個年齡段計算力得分的參考分布情況。

(6)給出MMSE得分的分布特征,分析中老年人雙任務(wù)計算力得分與其MMSE得分之間的關(guān)系。

2 結(jié)果

2.1 受試者基本信息分布

本次測試共有472名中老年人參與,其中男性153名,女性319名;年齡50-90歲,平均(65.782±8.538)歲;受教育程度0-19年,平均(10.064±3.586)年。分組后的具體分布情況見表1。

2.2 雙任務(wù)場景下中老年人計算力統(tǒng)計分析

2.2.1 中老年人雙任務(wù)計算力得分隨性別的變化規(guī)律 男性平均雙任務(wù)計算力得分為(17.39±8.49)分,女性平均雙任務(wù)計算力得分為(16.34±7.86)分,當同時考慮年齡分組及性別因素時,在50-60歲、70-80歲、80-90歲3個年齡組中,男性的計算力得分都高于女性,而在60-70歲年齡組中,女性的計算力得分卻稍高于男性。

2.2.2 中老年人雙任務(wù)計算力得分隨年齡的變化規(guī)律 結(jié)果顯示,在全部受試者中,計算力得分最低為0分,分別為71歲受教育程度為0年的女性與56歲受教育程度為11年的男性;最高為39個,為68歲受教育程度為12年的女性。50-60歲年齡組計算力得分為0-34分,平均(18.01±7.69)分,60-70歲年齡組計算力得分為(1-39)分,平均(16.98±8.43)分,70-80歲年齡組計算力得分為0-33分,平均(15.54±7.11)分,80-90歲年齡組計算力得分為1-33分,平均(14.00±8.26)分。隨后將年齡作為自變量,每個年齡下對應(yīng)的受試者的雙任務(wù)計算力得分均值作為因變量,進行多項式擬合,結(jié)果見圖1。在雙任務(wù)場景下,中老年人平均雙任務(wù)計算力得分整體上隨著年齡的增長呈下降趨勢。

圖1 雙任務(wù)計算力得分隨年齡的變化趨勢Figure 1 The trend of dual-task computing power score with age

如果固定受教育程度分組來研究計算力得分隨年齡的變化規(guī)律,結(jié)果顯示,在文盲組、較低文化水平組的中老年人計算力得分均值受年齡影響并不是很大,而在中等文化水平組、較高文化水平組中,分組后呈現(xiàn)出明顯的隨年齡變化趨勢(見圖2)。

2.2.3 中老年人雙任務(wù)計算力得分隨受教育程度的變化規(guī)律 類似地,將受教育程度作為自變量,每個受教育程度下對應(yīng)的受試者的雙任務(wù)計算力得分均值作為因變量,進行多項式擬合,結(jié)果顯示,中老年人雙任務(wù)計算力得分隨其受教育年限的增長而逐漸升高(見圖3),說明受教育程度對中老年人的計算力可能會產(chǎn)生影響。

圖2 雙任務(wù)計算力得分在不同受教育程度組中隨年齡的變化規(guī)律Figure 2 The trend of dual-task computing power score with age in different educational level groups

圖3 雙任務(wù)計算力得分隨受教育程度的變化趨勢Figure 3 The trend of dual-task computing power score with education level

接著固定年齡分組,來研究計算力得分隨受教育程度的變化規(guī)律。從圖4可以看出50-60歲組、60-70歲組、70-80歲組中,隨著受教育年限的增加,中老年人雙任務(wù)計算力得分均值均有明顯的上升趨勢,在80-90歲組中也可看出較為緩慢的上升趨勢。說明受教育程度對每一固定年齡組的中老年人計算力得分影響較大。

2.3 性別、年齡、受教育程度對中老年人計算力的影響

2.3.1 性別對中老年人計算力的影響 通過Wil-coxon檢驗男女總體之間的雙任務(wù)計算力得分是否有顯著差異,結(jié)果P=0.265>0.05,表明計算力得分在男女兩組之間差異無統(tǒng)計學意義。結(jié)合2.2.1中的結(jié)果可知,男性和女性總體上計算力得分雖然有些差異,但性別因素并未對中老年人計算力產(chǎn)生顯著影響。

2.3.2 年齡對中老年人計算力的影響 不同年齡分組的雙任務(wù)計算力得分箱線圖見圖5?？梢钥闯?雙任務(wù)計算力得分隨年齡的增加呈現(xiàn)出一定的降低趨勢,通過Kruskal-WallisH檢驗進行判斷,結(jié)果顯示H=10.32,P=0.016<0.05,說明年齡對中老年人計算力產(chǎn)生顯著影響。

為進一步研究兩兩年齡組之間的差異,對數(shù)據(jù)進行多重比較,結(jié)果見表2?？梢园l(fā)現(xiàn),50-60歲與70-80歲組、50-60歲與80-90歲組、60-70歲與80-90歲組之間進行假設(shè)檢驗的顯著性水平均小于0.05,說明以上組之間的差異存在統(tǒng)計學意義,且以上多重對比組合中,年齡較大的組相較于年齡較小的組來說,總體上計算力得分偏低。然而對于年齡相近的兩個組來說,如50-60歲與60-70歲組、60-70歲與70-80歲組以及70-80歲與80-90歲組中,假設(shè)檢驗的顯著性水平均大于0.05,則可以認為年齡相近的兩組計算力得分的差異不存在統(tǒng)計學意義。

圖4 雙任務(wù)計算力得分均值在不同年齡中老年人中隨受教育程度的變化規(guī)律Figure 4 The trend of dual-task computing power score with education level in different age groups

圖5 不同年齡分組的雙任務(wù)計算力得分箱線圖Figure 5 Box plot of dual-task computing power scores in different age groups

表2 不同年齡組之間雙任務(wù)計算力得分多重比較結(jié)果

2.3.3 受教育程度對中老年人計算力的影響 不同受教育程度分組的雙任務(wù)計算力得分箱線圖見圖6。從圖6可以看出,計算力得分隨受教育程度的增加而呈現(xiàn)出一定的增加趨勢。通過Kruskal-WallisH檢驗進行判斷,得到H=64.95,P=5.129 4×10-14<0.05,說明受教育程度對中老年人計算力產(chǎn)生顯著影響。

進一步研究不同受教育程度分組之間的差異,對數(shù)據(jù)進行多重比較,結(jié)果顯示,在5%的顯著性水平下,除中等文化水平組與較高文化水平組外,其他每兩組之間計算力得分的差異都存在統(tǒng)計學意義(P<0.05,見表3),且受教育程度越高,計算力得分也越高,由此可以進一步認為受教育水平可對中年人計算力產(chǎn)生顯著影響。

2.3.4 多元回歸分析 通過多元逐步回歸法,對中老年人計算力得分與年齡、性別及受教育年限進行回歸分析,結(jié)果顯示3個影響因素同時被包含時F=737.289,達到最大,P=0.001<0.05,模型通過檢驗且擬合優(yōu)度較高,各影響因素均對模型有顯著意義。各影響因素按其影響力從小到大排序為性別、年齡、受教育年限(見表4)。

2.4 不同年齡組中老年人雙任務(wù)計算力得分參考范圍分析

以下通過bootstrap抽樣方法進行抽樣,給出各個年齡組男性及女性雙任務(wù)計算力得分的分布情況,結(jié)果見表5。根據(jù)此表可以大致判斷某位新受試者的計算力在相同年齡組及同性別組中所處的位置,尤其對計算力得分處于50%以后的受試者具有較強的指導意義。

圖6 不同受教育程度組雙任務(wù)計算力得分箱線圖Figure 6 Box plot of double-task computing power score in different education level groups

2.5 中老年人雙任務(wù)計算力得分與認知能力間的相關(guān)性分析

2.5.1 中老年人認知能力(MMSE得分)的統(tǒng)計分析 在全部受試者中,MMSE的最低得分為8分,共2人,分別為85歲受教育年限為6年的男性與68歲受教育年限為0年的女性;最高得分為30分,共有30人,占總?cè)藬?shù)的7%。

表3 不同受教育程度組之間雙任務(wù)計算力得分多重比較結(jié)果

表4 中老年人計算力得分影響因素分析

表5 各個年齡組男性及女性的雙任務(wù)計算力得分分位數(shù)分布情況

據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示,年齡在50-60歲的受試者MMSE的分值為20-30分,平均(27.26±2.19)分,60-70歲的受試者MMSE的分值為8-30分,平均(26.37±3.09)分,70-80歲的受試者MMSE的分值為13-30分,平均(26.30±2.85)分,80-90歲的受試者MMSE的分值為8-30分,平均(25.16±4.16)分。由此認為隨著年齡的增加,受試者MMSE得分的平均值逐漸下降,年齡會對MMSE得分產(chǎn)生影響(P<0.05)。

從性別角度來看,男性MMSE的分值為8-30分,平均(26.42±2.89)分,女性MMSE的分值為8-30分,平均(26.47±3.10)分,二者MMSE得分差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

受教育程度為文盲組受試者MMSE的分值為8-29分,平均(23.07±4.52),較低文化水平組受試者MMSE的分值為8-30分,平均(26.14±3.05)分,中等文化水平組受試者MMSE的分值為16-30分,平均(27.33±2.00)分,較高文化水平組受試者MMSE的分值為22-30分,平均(27.50±1.98)分,可以明顯看出隨著受教育年限的逐漸增加,受試者MMSE得分的平均分數(shù)逐漸升高,由此可認為MMSE得分受受教育程度影響(P<0.05)。

MMSE得分在不同分組的受試人群中分布條形圖見圖7,可以看出MMSE得分也隨著年齡的增加呈現(xiàn)出下降趨勢,隨著受教育水平的升高呈現(xiàn)出升高趨勢,以上兩點趨勢無論在男性還是女性中都普遍存在。

圖7 MMSE得分均值在受試人群中的分布Figure 7 Distribution of the mean MMSE scores in the included population

2.5.2 中老年人雙任務(wù)計算力得分與認知能力之間的關(guān)系 對中老年人認知力(MMSE得分)與雙任務(wù)計算力得分做Spearman相關(guān)性檢驗,得到二者之間Spearman相關(guān)系數(shù)為0.675,P=0.001<0.05,說明中老年人認知力與計算力之間有較強的相關(guān)性。

3 討論

以往相關(guān)的研究成果中,大部分是關(guān)于MMSE得分[21]、MoCA得分[22]在中老年人群中的分布情況分析,而關(guān)于單獨剖析我國中老年人計算力情況的研究尚未進行深入探索。本研究單獨分析我國中老年人的計算力情況,并創(chuàng)新性地引入雙任務(wù)條件,以分析在更接近實際的情況下,各種因素對中老年人計算力水平的影響,從而對提高中老年人群計算力水平、保持認知健康等方面提出建設(shè)性意見,彌補在我國中老年人計算力情況統(tǒng)計分析方面的研究空白。結(jié)果顯示,從整體上看,雙任務(wù)計算力得分在全部受試者性別之間的差異不大,這同以往關(guān)于中老年人MMSE得分的研究結(jié)果略有差別。除此之外,根據(jù)擬合曲線來看,雙任務(wù)計算力得分隨年齡的增加而逐步下降,且隨受教育年限的增加不斷增加。從檢驗結(jié)果來看,年齡與受教育年限對中老年人計算力有著顯著影響。這些結(jié)論同彭丹濤等[23]的研究結(jié)果相同,都認為年齡和受教育程度是影響中老年人認知狀態(tài)的顯著因素。

本研究結(jié)果在以下兩個方面有一定的參考價值。首先,本文對中老年人的年齡、性別、受教育程度與計算力得分的關(guān)系做了深入定量分析研究,給出了多元回歸方程,可在臨床工作中為中老年人計算力水平的解讀提供一定的參考。另外,本研究給出了受試者不同年齡組計算力得分的分布情況,這對判斷中老年人認知狀態(tài)是否正常以及預警中老年人的神經(jīng)系統(tǒng)問題有一定的重要意義。但值得注意的是,此測試只能是判斷中老年人計算力情況是否出現(xiàn)異常的非特異性指標,不能取代臨床診斷。以70-80歲為例,根據(jù)計算力分布情況結(jié)果可知,有50%的男性受試者計算力得分超過了16分,而有50%的女性受試者計算力得分超過了14分。換個角度來看,假設(shè)有一位新的年齡在70-80歲的男性受試者,其計算力得分低于16分,那么就可以認為此人的計算力水平低于全國50%的中老年男性的平均計算力水平,這時應(yīng)該引起本人及其家人的重視,其應(yīng)主動前往醫(yī)院進行全面的精神狀態(tài)檢測,以防患于未然。

最后,關(guān)于本研究人群的選擇,我們所選擇的醫(yī)療中心參與實驗人群的人口學特征各異。經(jīng)過調(diào)查,其年齡、受教育程度、職業(yè)類型、社會階層等具有很大的變異性,故我們認為其具有一定的代表性。但是除年齡、性別、受教育程度以外還有何因素會影響中老年人計算力水平,未來還需要擴大樣本量以探討更多因素對我國中老年人計算力的影響情況。