基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估工具研究

姜嵐莉，戴向唯，李鶴，張占軍*

(北京師范大學(xué)：1認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2老年腦健康研究中心，北京 100875；3中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)臨床基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所，北京 100700)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種以認(rèn)知功能下降和日常生活能力減退為核心癥狀的神經(jīng)退行性疾病。目前針對(duì)AD的臨床干預(yù)方法有限，藥物治療只能輕微改善AD病理癥狀，不能逆轉(zhuǎn)疾病的進(jìn)程，因此開展AD高風(fēng)險(xiǎn)人群的早期篩查至關(guān)重要[1]。然而傳統(tǒng)神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)因施測(cè)過程存在耗時(shí)長(zhǎng)、專業(yè)性強(qiáng)、人力成本高等局限性，并不適用于大規(guī)模社區(qū)篩查[2]。此外，當(dāng)前AD篩查測(cè)驗(yàn)多基于文字任務(wù)開展，其結(jié)果容易受到教育程度等因素的影響[3]。因此，研發(fā)對(duì)中老年人內(nèi)容友好，并且能夠準(zhǔn)確反映AD病理相關(guān)核心認(rèn)知狀態(tài)的評(píng)估工具非常重要。

執(zhí)行功能是指?jìng)€(gè)體對(duì)思想和行動(dòng)進(jìn)行有意識(shí)控制的心理過程，參與對(duì)各種具體認(rèn)知過程的控制和協(xié)調(diào)，是認(rèn)知結(jié)構(gòu)中最重要的組成部分[4]，個(gè)體在執(zhí)行功能領(lǐng)域的表現(xiàn)可以顯著預(yù)測(cè)其未來發(fā)展為AD的風(fēng)險(xiǎn)[5]。因此，本研究在對(duì)傳統(tǒng)篩查測(cè)驗(yàn)內(nèi)容和形式雙重創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，基于執(zhí)行功能經(jīng)典范式研發(fā)了一款認(rèn)知功能評(píng)估工具，并使用成套神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)量表對(duì)比檢驗(yàn)認(rèn)知功能評(píng)估工具的性能。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

2019年7月至2020年1月，于北京師范大學(xué)老年腦健康中心招募60名社區(qū)中老年人，所有受試者均來自北京老年腦健康促進(jìn)計(jì)劃(The Beijing Aging Brain Rejuvenation Initiative，BABRI)隊(duì)列研究[6]。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡≥50歲；(2)受教育年限≥6年。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)嚴(yán)重的神經(jīng)或精神類疾病或伴有精神障礙、失能；(2)有影響精神狀況的用藥史；(3)嚴(yán)重的心、肝、腎功能損害和呼吸系統(tǒng)損害。本研究已通過醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有調(diào)查對(duì)象均知曉并同意本次測(cè)驗(yàn)和調(diào)查。

1.2 方法

1.2.1 基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估工具 本研究研發(fā)的認(rèn)知功能評(píng)估工具基于任務(wù)切換范式改編。任務(wù)切換是執(zhí)行功能研究的常用范式，指隨機(jī)呈現(xiàn)預(yù)先刺激，并要求受試者對(duì)不同的刺激做出對(duì)應(yīng)的反應(yīng)[7]。該評(píng)估工具中的任務(wù)是要求受試者判斷屏幕中下落的物體是水果還是蔬菜，具體細(xì)節(jié)見圖1。評(píng)估時(shí)長(zhǎng)為2 min，評(píng)估完成后，根據(jù)受試者表現(xiàn)生成總分、正確率、平均反應(yīng)時(shí)、最高難度等級(jí)和總回合數(shù)結(jié)果指標(biāo)。

圖1 基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估內(nèi)容示意圖Figure 1 Procession of task switching paradigm-based cognitive testSubjects need to choose whether the object falling from the top of the screen is a fruit or a vegetable. For example: in the situation A,subjects need to press the “果” button, and When in the situation B,they need to press the“蔬”button. The difficulty of this test increases step by step with the correct response of the participants, and the total rounds reflects the number of reactions.

1.2.2 神經(jīng)心理學(xué)評(píng)估 由統(tǒng)一接受培訓(xùn)的社區(qū)醫(yī)院醫(yī)師在獨(dú)立安靜的環(huán)境下，面對(duì)面、一對(duì)一完成。所有受試者均完成如下6個(gè)方面的神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)[8]。(1)總體認(rèn)知能力：由簡(jiǎn)明精神狀態(tài)量表(mini-mental state examination, MMSE)測(cè)定；(2)記憶能力：由聽覺詞語(yǔ)記憶測(cè)驗(yàn)(Rey auditory verbal learning test, AVLT)和復(fù)雜圖形測(cè)驗(yàn)回憶部分(Rey-Osterrieth complex figure testdelay recall, ROCFT delay)測(cè)定；(3)視空間能力：由復(fù)雜圖形測(cè)驗(yàn)?zāi)７虏糠?Rey-Osterrieth complex figure test copy, ROCFT copy)和畫鐘測(cè)驗(yàn)(clock drawing test, CDT)測(cè)定;(4)注意能力：由數(shù)字符號(hào)轉(zhuǎn)換測(cè)驗(yàn)(symbol digit modalities test, SDMT)和連線測(cè)驗(yàn)A部分(trail-making test part A, TMT-A)測(cè)定；(5)言語(yǔ)能力：由詞語(yǔ)流暢性測(cè)驗(yàn)(verbal fluency test, VFT)測(cè)定；(6)執(zhí)行功能：由連線測(cè)驗(yàn) B部分(trail-making test part B, TMT-B)和顏色詞測(cè)驗(yàn)(stroop color word test, SCWT)測(cè)定，其中聽覺詞語(yǔ)記憶測(cè)驗(yàn)59人完成，顏色詞測(cè)驗(yàn)58人完成，其余測(cè)驗(yàn)60人均完成。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 受試者人口學(xué)信息及在認(rèn)知評(píng)估中的表現(xiàn)

本研究最終納入對(duì)象有男性20名(33.33%)，女性40名(66.67%)；年齡56～81(66.45±5.79)歲；受教育程度7～18(11.27±2.55)年。分別對(duì)神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)6個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域下的11項(xiàng)測(cè)驗(yàn)結(jié)果、認(rèn)知功能評(píng)估工具的5項(xiàng)結(jié)果指標(biāo)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)(表1)。

表1 2種評(píng)估方式結(jié)果指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)

2.2 基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估工具適用性檢驗(yàn)

2.2.1 2種評(píng)估方式性別差異檢驗(yàn) 使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析2種評(píng)估方式的結(jié)果在性別上的差異。在認(rèn)知功能評(píng)估工具結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)顯著性別差異，而在神經(jīng)心理學(xué)聽覺詞語(yǔ)記憶測(cè)驗(yàn)和顏色詞測(cè)驗(yàn)中，女性表現(xiàn)顯著優(yōu)于男性(表2)。

2.2.2 2種評(píng)估方式年齡差異檢驗(yàn) 依據(jù)年齡將受試者分為3組：<65歲(n=27)，65～75歲(n=26)，>75歲(n=7)。使用單因素方差分析檢驗(yàn)2種評(píng)估方式結(jié)果在不同年齡組間的差異。

在神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)中，連線測(cè)驗(yàn)A部分和B部分存在顯著年齡差異。經(jīng)事后檢驗(yàn)可知：在連線測(cè)驗(yàn)A部分，<65歲組和65～75歲組的成績(jī)均顯著優(yōu)于>75歲老人(t=-3.20、-3.31，P<0.05)。在基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估結(jié)果中，其總分、平均反應(yīng)時(shí)、最高難度等級(jí)和總回合數(shù)指標(biāo)上都存在顯著年齡差異。經(jīng)事后檢驗(yàn)可知：在總分上，<65歲組和65～75歲組成績(jī)都顯著優(yōu)于>75歲老人(t=2.83、3.06，P<0.05)，<65歲組與65～75歲組無顯著差異(P>0.05)；在平均反應(yīng)時(shí)、最高難度等級(jí)和總回合數(shù)指標(biāo)上也呈現(xiàn)了這樣的結(jié)果模式：<65歲組與65～75歲組無顯著差異，而這2組受試者的成績(jī)都顯著優(yōu)于>75歲組(表2)。

2.2.3 2種評(píng)估方式受教育程度差異檢驗(yàn) 依據(jù)受教育年限將受試者分為3組：<10年(n=25)，10～12年(n=20)，>12年(n=15)。使用單因素方差分析檢驗(yàn)2種評(píng)估方式的結(jié)果在不同受教育程度組別間的差異。

在認(rèn)知功能評(píng)估工具結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)顯著受教育程度差異。在神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)中，復(fù)雜圖形測(cè)驗(yàn)回憶部分、詞語(yǔ)流暢性測(cè)驗(yàn)和連線測(cè)驗(yàn)B部分存在顯著的受教育程度差異，整體趨勢(shì)為受教育程度越高，認(rèn)知測(cè)驗(yàn)得分越高。經(jīng)事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：復(fù)雜圖形測(cè)驗(yàn)回憶和連線測(cè)驗(yàn)B部分，受教育程度<10年組受試者的成績(jī)分別顯著差于10～12年組和>12年組(t=-2.45、-3.60、3.71、2.39，P<0.05)；在詞語(yǔ)流暢性測(cè)驗(yàn)中，受教育程度<10年組的受試者成績(jī)顯著差于>12年組(t=-2.99，P<0.05；表2)。

表2 人口學(xué)信息變量對(duì)2種評(píng)估方式結(jié)果指標(biāo)的影響分析

2.3 2種評(píng)估方式結(jié)果的相關(guān)性檢驗(yàn)

將基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估工具結(jié)果指標(biāo)與神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，結(jié)果顯示，該認(rèn)知功能評(píng)估工具的5項(xiàng)結(jié)果指標(biāo)都與執(zhí)行功能顯著相關(guān)(|r|: 0.281～0.508，均P<0.05)；除正確率外的4項(xiàng)結(jié)果指標(biāo)與視空間能力(|r|: 0.340～0.424，均P<0.05)、注意能力(|r|: 0.260～0.429，均P<0.05)都顯著相關(guān)。此外，總分和總回合數(shù)還與一般認(rèn)知功能顯著相關(guān)(|r|: 0.272～0.281，均P<0.05)，最高難度等級(jí)與非言語(yǔ)記憶力顯著相關(guān)(r=0.295,P<0.01；表3)。

表3 2種評(píng)估方式結(jié)果的相關(guān)性分析

2.4 2種評(píng)估方式結(jié)果的異質(zhì)性檢驗(yàn)

本研究進(jìn)一步對(duì)2種評(píng)估方式對(duì)人群認(rèn)知功能的區(qū)分能力進(jìn)行比較，將認(rèn)知功能評(píng)估工具總分和一般認(rèn)知功能測(cè)驗(yàn)與執(zhí)行功能測(cè)驗(yàn)得分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。結(jié)果差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(MMSE:t=-0.726，P=0.471；TMT-B:t=-0.530，P=0.598；SCWT time:t=-0.366，P=0.716；SCWT number:t=-0.544，P=0.588)。取認(rèn)知功能評(píng)估工具總分Z分?jǐn)?shù)的負(fù)絕對(duì)值和神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)結(jié)果Z分?jǐn)?shù)的絕對(duì)值畫對(duì)比柱狀圖(圖2)；根據(jù)受試者的得分繪制分?jǐn)?shù)累積分布圖，縱坐標(biāo)為給定分?jǐn)?shù)Z在認(rèn)知功能評(píng)估工具和神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)中的累積百分比(圖3)。如圖2、圖3所示，受試者在認(rèn)知功能評(píng)估工具上的總分與相關(guān)神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)的得分及分布情況無顯著差異(P>0.05)。

圖2 基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估工具與神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)得分對(duì)比柱狀圖Figure 2 Histogram of comparison between task switching paradigm-based cognitive test and neuropsychological testsMMSE: mini-mental state examination; TMT-B: trail-making test part B; SCWT: stroop color word test.

圖3 基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估工具與神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)分?jǐn)?shù)分布圖Figure 3 Score distribution of task switching paradigm-based cognitive test and neuropsychological testsMMSE: mini-mental state examination;TMT-B: trail-making test part B; SCWT: stroop color word test.

3 討 論

本研究研發(fā)了一款基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估工具，并對(duì)其有效性和準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該認(rèn)知功能評(píng)估工具與神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯著相關(guān)且不受性別和受教育程度影響。

本研究結(jié)果顯示，中老年人在認(rèn)知功能評(píng)估工具中的表現(xiàn)與其神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)成績(jī)顯著相關(guān)。中老年人在認(rèn)知功能評(píng)估工具中的總分越高，則其一般認(rèn)知能力越好。同時(shí)，認(rèn)知功能評(píng)估工具的所有指標(biāo)均與執(zhí)行功能測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯著相關(guān)。此外，測(cè)驗(yàn)結(jié)果分布顯示，認(rèn)知功能評(píng)估工具與一般認(rèn)知功能測(cè)驗(yàn)、執(zhí)行功能測(cè)驗(yàn)的結(jié)果具有一致性。由于本研究認(rèn)知功能評(píng)估工具基于執(zhí)行功能范式研發(fā)，上述結(jié)果表明，該工具可以有效表征中老年人的一般認(rèn)知功能和執(zhí)行功能水平，即該認(rèn)知功能評(píng)估工具整體效度高，符合研發(fā)預(yù)期。

本研究檢驗(yàn)了認(rèn)知功能評(píng)估工具結(jié)果與人口學(xué)變量的關(guān)系。結(jié)果顯示，該認(rèn)知功能評(píng)估工具結(jié)果反映了中老年人認(rèn)知功能水平隨著年齡增長(zhǎng)而顯著下降的趨勢(shì)，與神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)結(jié)果一致。這與已有認(rèn)知老化研究結(jié)論相符，如AD作為一種具有年齡相關(guān)性的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，其發(fā)病率隨年齡顯著增長(zhǎng)[9]。此外，該認(rèn)知功能評(píng)估工具的結(jié)果不存在性別的系統(tǒng)差異，而在神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)中顏色詞測(cè)驗(yàn)結(jié)果存在一定性別差異。值得注意的是，顏色詞測(cè)驗(yàn)任務(wù)可以有效表征個(gè)體的認(rèn)知靈活性及抑制控制能力[7]，但目前關(guān)于執(zhí)行功能的性別差異研究尚無一致性結(jié)論。如一項(xiàng)隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，女性在各項(xiàng)執(zhí)行功能任務(wù)上的表現(xiàn)差于男性，但性別的影響小于年齡[10]，而針對(duì)反映認(rèn)知靈活性的威斯康星卡片測(cè)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，其結(jié)果不存在顯著性別差異[11]。本研究結(jié)果在一定程度上證明基于任務(wù)切換范式的認(rèn)知功能評(píng)估工具對(duì)性別不存在先驗(yàn)性偏見，若要考慮使用該工具評(píng)估是否存在系統(tǒng)性的性別差異，還需在未來進(jìn)行大樣本研究。本研究中認(rèn)知功能評(píng)估工具結(jié)果不受教育程度的影響，這與以往研究結(jié)論一致。研究指出，電子化認(rèn)知評(píng)估工具操作規(guī)則簡(jiǎn)單易理解，測(cè)驗(yàn)結(jié)果不易受教育水平影響，與傳統(tǒng)神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)相比，這類工具有更好的普適性[12]。

當(dāng)前，針對(duì)老齡化的各類健康監(jiān)測(cè)與管理工具發(fā)展迅速，反映了老齡化社會(huì)的現(xiàn)實(shí)需求[13]。早期認(rèn)知風(fēng)險(xiǎn)篩查可極大降低認(rèn)知障礙疾病帶來的負(fù)性影響，據(jù)推測(cè)，針對(duì)AD的早期篩查、早干預(yù)綜合措施每年可為國(guó)家節(jié)省約167億美元相關(guān)醫(yī)療費(fèi)用，為患者家庭、社會(huì)和國(guó)家減輕沉重負(fù)擔(dān)[14]。針對(duì)社區(qū)全科醫(yī)師的抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于認(rèn)知功能障礙疾病起病隱匿，大眾對(duì)癡呆疾病的意識(shí)有限，我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、社區(qū)等基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的癡呆漏診率和誤診率高達(dá)93.2%[15]。此外，受教育程度較低的老人并不適應(yīng)傳統(tǒng)的認(rèn)知測(cè)試程序，也是出現(xiàn)較多漏篩、誤篩的原因之一[16]。

如何讓專業(yè)性強(qiáng)、成本高且有門檻的認(rèn)知風(fēng)險(xiǎn)篩查在保持結(jié)果科學(xué)性的前提下，同時(shí)具備高效、經(jīng)濟(jì)且普適性強(qiáng)的特點(diǎn)，本研究結(jié)果為此提供了新思路。將貼近生活、互動(dòng)性較強(qiáng)的非文字型電子化認(rèn)知功能評(píng)估工具應(yīng)用于基層，有利于提升大眾參與動(dòng)機(jī)和受測(cè)體驗(yàn)，促進(jìn)篩查工作開展，加深大眾對(duì)認(rèn)知障礙疾病的認(rèn)識(shí)[17]。此外，在評(píng)估產(chǎn)品的研發(fā)上，還可以推動(dòng)評(píng)估和訓(xùn)練一體化。利用人工智能、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，記錄認(rèn)知評(píng)估的數(shù)據(jù)并推送個(gè)性化認(rèn)知訓(xùn)練方案，促進(jìn)腦健康監(jiān)測(cè)與管理常態(tài)化，這將為認(rèn)知功能障礙的早期防治與干預(yù)注入積極力量[18]。

綜上所述，本研究中基于任務(wù)切換范式研發(fā)的認(rèn)知功能評(píng)估工具可以有效表征中老年人的認(rèn)知功能水平，且結(jié)果不受性別和受教育程度影響，具有快捷高效、接受度高等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，適用于社會(huì)層面的普適性認(rèn)知風(fēng)險(xiǎn)篩查。