基于計算機認知訓練技術在改善老年認知功能中的應用與展望

劉智嵐，賈杰

2019年我國流行病學調查顯示，65歲及以上老年人群輕度認知障礙患病率高達20.8%，癡呆總患病率為5.14%[1]。認知功能低下不僅影響患者的日常生活能力，還給患者家庭和社會造成了沉重的經(jīng)濟負擔，已成為導致我國老年人進入養(yǎng)老機構和死亡的主要原因之一[2]。認知功能訓練作為非藥物治療，為改善老年認知功能提供了有效的干預手段。隨著科技的進步發(fā)展，近年來認知訓練不再拘泥于傳統(tǒng)治療師的人工干預。基于計算機認知訓練技術作為一種非侵入性的認知訓練干預措施，已在老年認知訓練中發(fā)揮重要作用。該技術是利用電腦、平板、手機等多媒體電子設備，結合特定的硬件系統(tǒng)和軟件，通過不同感官及多種形式和內容的訓練任務對老年患者進行干預，包括計算機輔助認知康復（computer-assisted cognitive rehabilitation，CACR）、運動游戲（exergames，EGs）、虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）等技術。本文就基于計算機認知訓練技術在老年認知功能康復中的應用概況、局限性及未來展望進行綜述，為臨床提供參考。

1 計算機輔助認知康復

CACR訓練自20世紀90年代開始應用于歐美等國家，在國外已普遍運用于臨床治療。我國從21世紀初也開始研究應用，目前在國內經(jīng)濟條件中上等地區(qū)的三級、二級醫(yī)療機構中已普遍實施運用。CACR是基于運行在計算機設備上的特定認知訓練程序，通過聽、說、讀、寫等方面感知覺任務的反復刺激，激活患者原有的認知儲備或建立新的神經(jīng)網(wǎng)絡，激發(fā)認知儲備的釋放及促進神經(jīng)環(huán)路建立。傳統(tǒng)認知訓練通常采用紙筆式訓練方式，受訓練材料的制約，在訓練內容上不能做到多種多樣，形式較單一，缺乏趣味性，患者容易感覺枯燥及疲勞，且要求治療師“一對一”進行指導。而CACR訓練內容更豐富多彩，訓練程序在不同的認知領域內包含了各種類型及形式的訓練內容，治療師可根據(jù)患者認知障礙程度和興趣愛好，選擇恰當?shù)恼J知訓練程序和內容，達到簡便易行、經(jīng)濟有效、靈活多樣的康復效果，并可以實現(xiàn)“一對多”的訓練模式，節(jié)約人力成本，提高訓練效率，為認知干預的大規(guī)模推廣提供了可能性[3]。

有研究顯示CACR可改善患者多個領域的認知功能，如執(zhí)行能力、記憶力、注意力、處理速度等。我國學者韓曄等[4]對腦梗死后有執(zhí)行功能障礙的老年患者進行CACR的干預，采用德國Rehacom認知康復系統(tǒng)，并與傳統(tǒng)認知訓練組相比較，其兩組訓練內容相同，包括類概念訓練、序列思維訓練、推理訓練、問題解決訓練、組織和計劃、時間分配訓練、決策訓練等，結果顯示CACR在老年人群中接受度良好，在改善執(zhí)行能力以及提高日常生活活動能力方面均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)認知康復訓練。Gooding等[5]使用專為老年人設計的CACR系統(tǒng)（BrainFitness 2.0.1版本）對認知下降的老年患者進行特定認知領域的訓練，結果提示患者在言語學習與記憶方面有明顯提升，并指出在訓練目標上應根據(jù)個體化設定，而不是以臨床醫(yī)師的設定為目標。目前，臨床上還將CACR與重復經(jīng)顱磁刺激和經(jīng)顱直流電刺激等不同的中樞神經(jīng)刺激相結合，形成“中樞-外周-中樞”閉環(huán)康復[6]，促進損傷腦區(qū)的神經(jīng)可塑性，從而更好地恢復認知功能。

雖然很多研究指出CACR能改善老年患者的認知功能，但由于研究方案不同，其得出的結果也不完全統(tǒng)一。并且在能否有效預防癡呆或延緩癡呆進程方面證據(jù)不足。Hill等[7]對17項隨機對照試驗進行了meta分析，指出在老年輕度認知障礙患者中，CACR對改善整體認知有效，但是對于老年癡呆患者作用是有限的。并且現(xiàn)存的隨機對照試驗樣本量均偏小，研究方法以及干預方案之間存在差異，干預時間較短，證據(jù)的整體質量偏低[8]。

CACR在改善老年人的認知功能方面，受到訓練方案的選擇、老年患者的接受程度及功能障礙嚴重程度等多方面因素的影響。臨床上如何對患者進行訓練，包括訓練內容、訓練時長、訓練頻率沒有明確的統(tǒng)一標準。目前我國的研究，老年人群的平均年齡都偏小，且多為住院患者，認知損傷程度較小，在不同年齡層次上的接受度是否有差異，以及不同文化程度和地域差異上的訓練效果是否一致還不明確。在未來的臨床研究中，應密切關注制定CACR的干預方案標準，此外，還需進行更多的隨機對照臨床試驗，以確定CACR在預防和延緩老年人認知能力下降方面的有效性。

2 運動游戲

自21世紀初，隨著對EGs（如任天堂Wii和XBox Kinect）研究的逐漸增加，EGs在醫(yī)學領域的應用也越來越多，除研究改善年輕人的心血管反應及運動功能外，對老年認知功能的干預研究也在運用推廣。EGs是將體育鍛煉和視頻游戲結合起來，該設備可實時捕捉患者的身體運動或反應，并反饋到視頻游戲中，由計算機屏幕顯示出游戲進程[9]。EGs的形式與內容是多種多樣的，可以是雙重任務導向性訓練，也可以結合VR技術。EGs具有多元化的互動方式，可吸引、激勵年齡較大的參與者進行練習。國外EGs已大部分運用于老年社區(qū)和家庭，而我國在這領域還處于萌芽階段。目前國內社區(qū)的活動器材很少結合視頻游戲，在形式上比較單一，這就為我國未來在社區(qū)及家庭環(huán)境中實施及開展EGs提升了發(fā)展空間。

研究指出EGs可刺激與認知相關的大腦區(qū)域，改善執(zhí)行功能，刺激機體釋放腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、血管內皮生長因子等相關營養(yǎng)因子，從而促進神經(jīng)的可塑性，改善輕度認知障礙或癡呆癥患者的認知功能[10]；并且還可以作為改善老年人的平衡能力和預防摔倒的干預措施[11]。Bamidis等[12]運用基于電腦的EGs項目，包括健美操、原地跑步、騎自行車、耐力訓練、動態(tài)平衡訓練（如滑雪跳臺、釣魚、高爾夫）等，對老年人進行干預，結果顯示通過EGs可提高老年人認知的總體水平。此外，意大利學者對13項研究進行了meta分析，調查了EGs對患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病的老年患者認知功能的影響，結果表明，在一些特定的認知領域，如執(zhí)行功能（包括雙重任務的表現(xiàn)）和視空間感知能力，EGs干預有明顯改善[13]。但是2020年一項meta分析指出，更長時間及頻繁的訓練并不會對認知功能有更大的改善，并且很難確定哪種EGs對提高認知功能最好[14]。

EGs被認為是一種老年人可以接受的鍛煉方法，應用簡單且有趣[15]。關于老年人使用EGs的安全性方面，一些研究指出了不良事件為輕度不適或肌肉骨骼疼痛，尚無研究報道鍛煉過程中有任何嚴重的不良事件[16]，但這并不能表明EGs對老年人是完全安全的。老年人處于多病共存的狀態(tài)，尤其是對于心肺適能較低的患者，能否耐受EGs的運動量且達到改善認知的效果需進一步研究。

雖然EGs無法替代傳統(tǒng)的由治療師進行的認知功能訓練，但一些學者認為作為輔助訓練項目能減少家庭及社會支出，并且從公共衛(wèi)生的角度來看，這種訓練模式能普及到社區(qū)，適合更多的老年居民，而且將來可以進行益智游戲與社交網(wǎng)絡等其他技術的創(chuàng)新集合，使老年人與他人共享經(jīng)驗并相互激勵。

3 虛擬現(xiàn)實

既往VR多用于神經(jīng)心理學領域，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，VR還可用于外科手術訓練、卒中后干預、緩解疼痛等。目前，VR在老年認知評估及訓練領域中的使用處于新興且不斷發(fā)展的階段。VR設備是采用桌面平臺或PC顯示器，鍵盤和鼠標或操縱桿、游戲手柄、觸覺手套，甚至頭戴式顯示器等更先進的技術，人工創(chuàng)造一個接近真實世界的環(huán)境，讓一個或多個人與虛擬環(huán)境及其3D實體進行交互的技術。由于VR能夠呈現(xiàn)三維物體并創(chuàng)建復雜的多感官虛擬環(huán)境，帶給患者進行日?；顒拥纳砼R其境的感覺，這種非侵入式的多源刺激能更有效提升受損腦區(qū)的神經(jīng)重塑水平，有利于患者進行康復訓練[17]。與傳統(tǒng)的認知訓練方法相比，VR可以通過在有效的虛擬環(huán)境中精確控制和操縱呈現(xiàn)給人們刺激，來提高認知評估的可靠性、敏感性、安全性和生態(tài)有效性。此外，可以通過使用虛擬環(huán)境來訓練情景和語言記憶、注意力、執(zhí)行能力等，提高日常生活能力[18]。系統(tǒng)按照沉浸式級別可分為非沉浸式，半沉浸式以及完全沉浸式[19]，這三個層次的區(qū)別在于現(xiàn)實模擬的真實性。

國外的探索研究顯示VR技術在老年認知診斷和治療方面有效[19-20]。Mathews等[21]使用VR環(huán)境活動任務訓練，對15名平均年齡65歲的卒中患者進行干預，結果顯示參與者的前瞻記憶均顯著提高。Serino等[22]招募了8名健康的老年人和20名癡呆患者，使用自行設定的虛擬城市環(huán)境，讓受試者記住列表中的物品，并隨之在虛擬環(huán)境中將這些物品按順序逐一找出，結果表明健康老人和癡呆患者的空間記憶均得到了有效改善。Foloppe等[23]制作了一套非沉浸式烹飪認知任務，以增強癡呆患者烹飪活動的自主性，使一名79歲的癡呆患者恢復了烹飪的能力。

目前我國大部分VR多依賴于2D顯示器和控制器，如操縱桿和鼠標設備。頭戴式顯示器或洞穴式自動虛擬環(huán)境運用較少，沉浸式VR在認知領域無論是國內或國外都處于萌芽時期[24]，并且在評估認知功能以及老年人群中的使用結果還不明確。國外相關研究表明，與正常年輕人使用頭戴式VR體驗相比較，健康老年人的用戶體驗較差，出錯率比平臺式的設備要高，這與設備熟悉程度及使用經(jīng)驗相關。高度沉浸式技術在老年人群中會出現(xiàn)惡心、頭暈、眼睛疲勞等“網(wǎng)絡頭暈”[25]，故如何克服這種不良反應有待于進一步研究。

有資料顯示用戶依從性與體驗相關[26]，患者在訓練中體驗趣味性強、接受度好，在后續(xù)訓練過程中更易接納該訓練模式。然而VR設備技術可能導致的系統(tǒng)故障，使受試者專注于設備技術本身，而不是訓練過程，影響老年人的情緒和訓練效果。故為了能使VR技術在老年認知下降人群中發(fā)揮更好的作用，首先要穩(wěn)定設備，并且需要工程師、程序員、治療師和臨床醫(yī)師的多學科團隊共同努力，以解決特定的臨床問題及治療方法，為設計出安全、有趣味性、老年人易接受的VR應用程序和訓練任務。

4 總結

現(xiàn)今老年人在日常生活中已離不開網(wǎng)絡以及電腦、手機等電子設備，對計算機技術的認知程度更高，接受度更強?；谟嬎銠C認知訓練技術作為非侵入式的干預措施，有趣味性強、內容豐富、易被老年人群接受、安全性高等優(yōu)點，在改善老年認知功能方面有很大的應用價值及發(fā)展前景，是認知康復訓練發(fā)展的有利趨勢，并且隨著底層技術的進步以及軟件的不斷升級開發(fā)，系統(tǒng)硬件成本將不斷降低，可減少患者及家庭的支出。隨著5G時代的到來，還可嵌入遠程信息處理系統(tǒng)，如上指導及追蹤、監(jiān)視、電子外部輔助設備，甚至是遠程訓練，為社區(qū)和居家老人提供便捷服務。

計算機認知訓練技術對改善老年認知功能障礙有積極的效果，但是無論是哪種訓練技術，目前都缺乏統(tǒng)一的訓練標準及運動方案，且缺乏長期的隨訪研究?，F(xiàn)有研究多為輕度認知功能障礙的老年人群，干預效果較好。而對于中重度癡呆癥患者的研究較少，其中原因可能是由于癡呆患者配合度欠佳，難以進行干預。未來，需要大樣本的高質量研究及循證醫(yī)學證據(jù)確定患者的訓練類型、頻率和強度，從而使認知下降的老年群體能有更大的獲益。

【點睛】基于計算機認知訓練技術在改善老年認知功能方面有很大的應用價值及發(fā)展前景，是認知康復訓練發(fā)展的有利趨勢。