羅啟航，吳羽皙，張嘉璇，黎婉穎，歐海寧，林強，梁俊杰

1.廣州醫(yī)科大學附屬第五醫(yī)院康復醫(yī)學科，廣東高校生物靶向診治與康復重點實驗室，廣東廣州市 510700；2.廣州醫(yī)科大學，廣東廣州市 511436；3.廣州醫(yī)科大學康復實驗室，廣東廣州市 510700

0 引言

年齡增長可引起腦灰質和白質萎縮，突觸變性，血流減少，神經化學改變，腦網絡連接模式也發(fā)生改變，出現(xiàn)記憶力衰退、注意力不集中、執(zhí)行功能下降、運動和平衡控制退化等[1-3]。平衡控制功能下降導致老年人跌倒風險增加[4-5]，可能與前額葉激活改變相關[1]。上肢運動功能的腦網絡研究發(fā)現(xiàn)，老年人通過任務特異性運動網絡的過度激活，維持運動性能和任務準確性[6]。目前腦老化的研究主要以基礎研究、跌倒風險或功能性磁共振相關研究為主[7-9]。

功能性近紅外光譜(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)是一種腦成像技術，可以實時監(jiān)測大腦脫氧血紅蛋白(deoxyhemoglobin,DHb)和氧合血紅蛋白(oxyhemoglobin,HbO2)的含量變化，具有便攜和長時間監(jiān)測的優(yōu)勢，廣泛應用于運動康復、認知功能、腦功能研究等領域[10-14]。由于具有良好的抗運動干擾性，可在平衡控制任務過程中同步、實時采集感興趣區(qū)(region of interest,ROI)血流動力學數(shù)據(jù)。額葉、小腦、枕葉等腦區(qū)參與動靜態(tài)平衡調控[9]；正常成年人額葉中央前回和后回在動態(tài)平衡中激活明顯。中央前回和后回屬運動和感覺控制區(qū)，與初級運動區(qū)(primary motor cortex,PMC)有一定重疊。老年人前額葉皮質(prefrontal cortex,PFC)參與動靜態(tài)平衡調控[15]。

本研究采用fNIRS，探討老年人平衡控制中PFC和PMC的腦網絡變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2022 年1 月至2022 年4 月，于廣州醫(yī)科大學附屬第五醫(yī)院康復醫(yī)學科門診和社區(qū)招募健康老年人20例，為社區(qū)居民或陪護，其中男性8 例，女性12 例；平均年齡(59.55±8.40)歲；于廣州醫(yī)科大學附屬第五醫(yī)院學生中招募健康年輕人22 例，其中男性11 例，女性11例；平均年齡(21.45±0.91)歲。

受試者均無運動功能障礙、言語障礙，生活自理；無腦病、精神病、下肢骨折、腰椎間盤突出等病史。

本研究經廣州醫(yī)科大學附屬第五醫(yī)院倫理委員會審批(No.KY01-2021-03-20)，所有受試者均簽署知情同意書。

本研究在中國臨床試驗中心注冊(No.ChiCTR2200058088)。

1.2 方法

1.2.1平衡任務測試

采用FreeMed 足底壓力分析測試板(意大利SENSORMEDICA 公司)，傳感面積160×40 cm，傳感器密度4個/cm2，傳感器總數(shù)25 600個。

采用Romberg 靜態(tài)平衡能力測試法采集受試者睜閉眼站立足底壓力數(shù)據(jù)。在安靜環(huán)境中囑受試者面向空白墻面站立，雙腳并攏，雙手放置于身體兩側，目視前方站立。囑受試者睜眼，目視前方，在測試板上穩(wěn)定站立，記錄足底壓力數(shù)據(jù)20 s；然后囑受試者閉眼，經過5 s穩(wěn)定期后，記錄足底壓力數(shù)據(jù)20 s。記錄球長度、橢圓面積、平均速度、平均X、平均Y、橢圓傾斜角度、橢圓偏心角度、最大擺動和最小擺動[16]。重復3次，取平均值。

1.2.2fNIRS數(shù)據(jù)采集

在平衡任務測試同時，采用NirSmart 便攜式近紅外成像設備(丹陽慧創(chuàng)醫(yī)療設備有限公司)進行數(shù)據(jù)采集。NirSmart由12個光源和10個探頭組成24個通道，探頭和光源間距離3 cm，采樣頻率11 Hz，紅光波長730 nm 和850 nm。光源和探頭放置參照國際10-20 腦電圖系統(tǒng)。采集前檢驗所有通道均為有效通道。先采集靜息站立狀態(tài)10 s，作為基線；然后采集睜眼站立20 s和閉眼站立20 s，重復3次，共170 s。

檢測過程中避免肢體活動、語言交流、外界環(huán)境等干擾。

1.2.3fNIRS數(shù)據(jù)處理

fNIRS 數(shù)據(jù)采過NirSpark 軟件進行預處理：①去除無關的時間間隔和運動偽跡；②將原始光信號轉化為光密度曲線；③采用帶通濾波(0.1～0.2 Hz)過濾心跳、呼吸等生理噪聲[17]。

采用功能性腦網絡分析模塊，確定ROI 分別為左前額葉皮質(left prefrontal cortex,LPFC)、右側前額葉皮質(right prefrontal cortex,RPFC)、左初級運動區(qū)(left primary motor cortex,LPMC)和右側初級運動區(qū)(right primary motor cortex,RPMC)，左右PFC 區(qū)各分布4個通道，左右PMC區(qū)各分布8通道。見圖1。

圖1 fNIRS的通道和ROI定位

Hemo 模塊計算ROI 的HbO2、DHb 濃度，將ROI所包含的通道信號進行平均；通過Pearson 相關性分析計算同源腦區(qū)和異源腦區(qū)的功能連接，前者為ROI內不同通道之間相關性系數(shù)的均值，后者為不同ROI之間的相關性系數(shù)。

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 22.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析。計量資料符合正態(tài)分布，以()表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；不符合正態(tài)分布，采用兩獨立樣本Wilcoxon符號秩和檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 足底壓力測試

睜眼狀態(tài)下，兩組各參數(shù)均無顯著性差異(P＞0.05)。閉眼狀態(tài)下，老年人橢圓面積和最大擺動范圍大于年輕人(P＜ 0.05)；其余參數(shù)無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組足底壓力平衡參數(shù)比較

2.2 功能連接

老年人RPFC 和LPFC 內部功能連接明顯低于年輕人(P＜ 0.01)，RPMC-LPFC 和RPFC-LPFC 間功能連接低于年輕人(P＜ 0.05)。見表2。

表2 兩組不同ROI功能連接比較

3 討論

腦老化可引起運動功能控制能力下降，出現(xiàn)運動功能退化表現(xiàn)[18]。隨年齡增加，老年人跌倒風險增加[19]。腦老化具有一定適應性和彈性，退化進展因人而異[20]。Tabara 等[21]的橫斷面研究顯示，姿勢控制不良與大腦退化、功能下降相關。

平衡由視覺、前庭覺、本體感覺共同調控[16]。本研究顯示，老年人左右PFC 內部功能連接低于年輕人，而PMC 的內部功能連接與年輕人無顯著性差異。Seidel 等[22]認為，PMC 在姿勢控制和平衡中起重要作用，PFC 也可能參與平衡控制[23]。本研究顯示，老年人執(zhí)行視覺剝奪平衡控制任務時，軀干擺動頻率和幅度加大，平衡表現(xiàn)更差。Teo 等[24]發(fā)現(xiàn)，雙側PFC 激活程度與平衡表現(xiàn)正相關。與本研究結果一致。

Fujita 等[25]發(fā)現(xiàn)，老年人在維持單腳站立和認知雙任務時，右PFC 激活明顯，雙側PMC 激活無顯著性差異，考慮存在PFC 代償激活。本研究顯示，老年人RPMC-LPFC 和RPFC-LPFC 的功能連接低于年輕人，提示認知區(qū)和運動區(qū)的交互減弱。Lehmann 等[26]發(fā)現(xiàn)，PFC對PMC存在一定調控作用，在執(zhí)行低難度平衡任務時，認知負荷較低，PFC 激活程度與平衡能力正相關；在執(zhí)行高難度平衡任務時，認知負荷增大，平衡能力下降，PFC 激活程度與平衡能力負相關，神經活動發(fā)生競爭性抑制。

本研究樣本量較少，未能涉及年齡、認知水平分層。未來可擴大樣本量，并開展縱向研究，深入探討腦老化對于平衡調控腦網絡的作用。

4 結論

腦老化相關研究一直是老年康復的熱點。本研究顯示，與年輕人相比，老年人在平衡控制任務中出現(xiàn)平衡功能減退和腦功能連接強度降低，可能屬于早期腦老化的腦網絡特征改變。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。