雙任務(wù)范式在中樞神經(jīng)疾病中的應(yīng)用及研究

李沁議，羅思儀，蔣詠春，陳德龍，趙碧儀，林 強(qiáng)，陳泓鑫，許方遒，唐貴兵，鄭煜欣*

1 廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院，廣東廣州 510700；2 廣州醫(yī)科大學(xué)第五臨床學(xué)院，廣東廣州 511436；3 湛江中心人民醫(yī)院，廣東湛江 524045；4 廣東高校生物靶向診治與康復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510700；5 廣州醫(yī)科大學(xué)第一臨床學(xué)院，廣東廣州511436

日常生活活動(dòng)多為雙任務(wù)或多任務(wù)的整合，如一邊行走一邊與朋友交談，在駕駛的同時(shí)規(guī)劃線路等。然而，目前針對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練多注重單任務(wù)條件下的功能恢復(fù)，存在治療效果難以遷移至日常生活活動(dòng)的問(wèn)題。所以，雙任務(wù)范式的機(jī)制研究有利于在評(píng)估及訓(xùn)練中應(yīng)用。其中，最為常見(jiàn)的是認(rèn)知任務(wù)與運(yùn)動(dòng)任務(wù)的結(jié)合，即認(rèn)知-運(yùn)動(dòng)雙任務(wù)［1］，以下簡(jiǎn)稱“雙任務(wù)”。

當(dāng)處理雙任務(wù)的腦資源超出中樞加工能力范圍時(shí)，雙任務(wù)執(zhí)行過(guò)程會(huì)出現(xiàn)2 個(gè)任務(wù)間相互影響的現(xiàn)象，這在認(rèn)知-運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)被稱為認(rèn)知-運(yùn)動(dòng)干擾（cognitive-motor interference，CMI）。CMI 可通過(guò)公式量化，具有客觀衡量雙任務(wù)難度、評(píng)估雙任務(wù)有效性的作用。雙任務(wù)不僅可作為一種評(píng)估方法，還可以作為一種訓(xùn)練方法應(yīng)用于臨床康復(fù)治療。既往研究表明，雙任務(wù)訓(xùn)練設(shè)置更貼合患者的功能缺陷，可根據(jù)患者的個(gè)體情況施加不同類型及負(fù)荷的雙任務(wù)［2］；且其訓(xùn)練效果并不僅限于任務(wù)本身，同時(shí)易于遷移至日常生活中［3］。

功能性近紅外光譜成像技術(shù)（functional near infrared spectroscopy，fNIRS）兼?zhèn)浔銛y性與無(wú)創(chuàng)性的優(yōu)點(diǎn)，有利于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)真實(shí)環(huán)境下任務(wù)執(zhí)行的腦血氧信號(hào)變化，較腦電圖（electroencephalogram，EEG）和功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）突破了任務(wù)實(shí)施的環(huán)境限制，豐富了雙任務(wù)范式的選擇，為深入研究雙任務(wù)的機(jī)制提供了技術(shù)保障，并有效判斷了雙任務(wù)的任務(wù)效能。所以，本文從雙任務(wù)干擾機(jī)制、雙任務(wù)的常見(jiàn)范式以及基于fNIRS 的雙任務(wù)范式在常見(jiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床應(yīng)用3 個(gè)方面作一綜述，目的是梳理雙任務(wù)的機(jī)制假說(shuō)，總結(jié)與中樞神經(jīng)疾病相對(duì)應(yīng)的雙任務(wù)范式，為雙任務(wù)臨床應(yīng)用提供更多參考。

1 雙任務(wù)干擾機(jī)制

1.1 雙任務(wù)干擾的理論模型

雙任務(wù)干擾機(jī)制中應(yīng)用最廣泛的為容量有限模型，該模型認(rèn)為任務(wù)處理統(tǒng)一經(jīng)過(guò)一個(gè)處理系統(tǒng)，即“中央執(zhí)行系統(tǒng)”。由于任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中競(jìng)相爭(zhēng)奪注意資源，如2 個(gè)任務(wù)處在同一個(gè)處理階段或難度過(guò)高時(shí)，“中央執(zhí)行系統(tǒng)”的處理容量趨向飽和，無(wú)論是主動(dòng)執(zhí)行的雙任務(wù)還是被動(dòng)觸發(fā)的雙任務(wù)，2 個(gè)任務(wù)的處理速度都會(huì)下降［4］。FARGIER 和LAGANARO［5］對(duì)健康成人的主動(dòng)命名與被動(dòng)聽(tīng)覺(jué)刺激的雙任務(wù)研究支持了這一機(jī)制，研究結(jié)果顯示命名和聽(tīng)力之間的相互干擾與爭(zhēng)奪注意需求相關(guān)。

即使容量有限模型解釋了雙任務(wù)性能上限，但仍有學(xué)者認(rèn)為此模型集中于應(yīng)用同一資源的雙任務(wù)，難以代表其他運(yùn)用不同資源執(zhí)行的雙任務(wù)。所以，在容量有限模型的基礎(chǔ)上發(fā)展出了“多任務(wù)模型”，擴(kuò)充了其應(yīng)用范圍。多任務(wù)模型假設(shè)不同類型的任務(wù)對(duì)應(yīng)使用相關(guān)腦資源，不同腦資源經(jīng)過(guò)不同執(zhí)行系統(tǒng)，比如知覺(jué)和認(rèn)知活動(dòng)與大腦中央溝后方的神經(jīng)活動(dòng)有關(guān)，而運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行活動(dòng)則歸屬中央溝前回統(tǒng)管。同時(shí)，資源重疊的雙任務(wù)會(huì)導(dǎo)致更差的任務(wù)表現(xiàn)，例如2 個(gè)聽(tīng)覺(jué)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行將阻礙處理時(shí)間的分配，導(dǎo)致完成2 個(gè)任務(wù)的時(shí)長(zhǎng)更長(zhǎng)［6］。相關(guān)神經(jīng)影像學(xué)與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持多任務(wù)處理模型，認(rèn)同每個(gè)腦區(qū)負(fù)責(zé)相應(yīng)功能及其處理資源，雙任務(wù)處理時(shí)調(diào)動(dòng)任務(wù)需求的功能腦區(qū)，協(xié)調(diào)完成任務(wù)時(shí)長(zhǎng)與認(rèn)知資源的分配［7］。

1.2 雙任務(wù)干擾的影響因素

CMI 產(chǎn)生的最主要機(jī)制源于有限的認(rèn)知資源，同時(shí)執(zhí)行2個(gè)任務(wù)的認(rèn)知資源需求超過(guò)了中樞加工能力范圍，導(dǎo)致任務(wù)間產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。CMI 主要受任務(wù)難度、任務(wù)優(yōu)先級(jí)及自身因素影響。

任務(wù)難度取決于任務(wù)本身的新奇度與復(fù)雜度，其中新奇度代表受試者對(duì)該任務(wù)的熟悉程度；復(fù)雜度代表任務(wù)需要的注意資源。任務(wù)的整體難度可通過(guò)新奇度與復(fù)雜度簡(jiǎn)單歸類為高、中、低難度。如平地步行新奇度與復(fù)雜度均低，屬于“低難度”；若步行的同時(shí)需要手持水杯，則增加了任務(wù)的復(fù)雜度，升級(jí)為“中難度”。在冰面上行走非日常任務(wù)，對(duì)于缺乏冰面行走經(jīng)驗(yàn)的受試者是高新奇度的體現(xiàn)；若同時(shí)需要手持水杯，則整體的任務(wù)難度升至“高難度”。此難度分級(jí)可泛化至雙任務(wù)領(lǐng)域，對(duì)雙任務(wù)進(jìn)行簡(jiǎn)便的難度劃分［8］。

任務(wù)優(yōu)先級(jí)與執(zhí)行者的功能狀態(tài)、任務(wù)的類型或難度設(shè)置等條件均相關(guān)，影響注意力分配的比例和方向。如老年人、腦卒中患者、無(wú)認(rèn)知障礙的帕金森病（Parkinson's disease，PD）患者均傾向于優(yōu)先保障運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)［9-11］；而健康年輕人在雙任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中可隨意切換“運(yùn)動(dòng)優(yōu)先”或是“認(rèn)知優(yōu)先”［12］。

受試者的自身因素對(duì)CMI 的影響也不容忽視，尤其是受試者的認(rèn)知功能水平。TRAMONTANO等［13］對(duì)不同認(rèn)知狀態(tài)受試者的單、雙任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的步速與軀干加速度進(jìn)行比較，在雙任務(wù)負(fù)荷下，健康老年人降低步速和軀干加速度用以維持步態(tài)穩(wěn)定性，而腦卒中后認(rèn)知功能障礙患者仍維持高步速與高軀干加速度，可能導(dǎo)致跌倒風(fēng)險(xiǎn)增加。

1.3 雙任務(wù)效應(yīng)

雙任務(wù)效應(yīng)（dual task effect，DTE）是通過(guò)計(jì)算特定參數(shù)在雙任務(wù)（dual task）與單任務(wù)（single task）表現(xiàn)間的差異百分比來(lái)反映量化CMI的重要指標(biāo)［14］。其中與任務(wù)表現(xiàn)呈正相關(guān)的參數(shù)（如步頻、步速、步幅等），DTE 的計(jì)算選用公式①；與任務(wù)表現(xiàn)呈負(fù)相關(guān)的參數(shù)（反應(yīng)時(shí)、步態(tài)變異性等），DTE 計(jì)算則選用公式②。公式如下：

DTE 值的正負(fù)可進(jìn)一步分析雙任務(wù)干擾造成的影響。負(fù)值代表雙任務(wù)表現(xiàn)相對(duì)于單任務(wù)下降；正值代表雙任務(wù)表現(xiàn)相對(duì)于單任務(wù)的增益。如BAEK 等［15］對(duì)腦卒中人群進(jìn)行了一組為期6 周的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，試驗(yàn)組是步行訓(xùn)練同步認(rèn)知訓(xùn)練，對(duì)照組則在步行訓(xùn)練后進(jìn)行坐位的認(rèn)知訓(xùn)練。終末評(píng)估結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組干預(yù)后的步速較干預(yù)前提升了0.09 m/s，DTE步速?gòu)?1.85%下降至10.75%；且與對(duì)照組相比，步速與DTE步速的比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）；在認(rèn)知方面，試驗(yàn)組干預(yù)后正確率提升10.12%，DTE正確率下降13.08%。該研究中運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知表現(xiàn)的DTE 均下降，提示了雙任務(wù)步態(tài)訓(xùn)練可以用于改善雙任務(wù)步行的CMI，從而提高卒中患者的雙任務(wù)執(zhí)行能力。由此可見(jiàn)，DTE 不僅有助于理解任務(wù)優(yōu)先級(jí)和整體任務(wù)難度的變化，進(jìn)而完善CMI模型；還可以用于對(duì)比雙任務(wù)訓(xùn)練的治療效果，在臨床實(shí)踐中建立一致的雙任務(wù)訓(xùn)練指標(biāo)。

2 雙任務(wù)的常見(jiàn)范式

通過(guò)雙任務(wù)的靈活設(shè)置以較好模擬日常生活活動(dòng)，對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的評(píng)估和治療具有重要意義。既往研究常見(jiàn)的任務(wù)范式設(shè)置經(jīng)驗(yàn)包括：①運(yùn)動(dòng)任務(wù)多選用步行、平衡等較多涉及軀干及下肢運(yùn)動(dòng)的任務(wù)，偶見(jiàn)上肢運(yùn)動(dòng)任務(wù)；②認(rèn)知任務(wù)的選擇常與擬評(píng)估的認(rèn)知域相關(guān)聯(lián)，可分為反應(yīng)時(shí)任務(wù)、辨別與決策任務(wù)、工作記憶任務(wù)、心理跟蹤任務(wù)、語(yǔ)言流暢性任務(wù)5 類［16］。也可以根據(jù)擬康復(fù)的認(rèn)知域設(shè)置不同雙任務(wù)訓(xùn)練范式，針對(duì)性地提高其聽(tīng)覺(jué)注意、認(rèn)知抑制與控制、平衡等能力。

2.1 常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)任務(wù)范式

2.1.1 步行任務(wù) 步行是人類進(jìn)行社會(huì)參與的最基本運(yùn)動(dòng)功能之一，也是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者康復(fù)訓(xùn)練的主要目標(biāo)。在雙任務(wù)范式中，步行任務(wù)可有多種變體和難度的設(shè)置：平地步行常作為基線出現(xiàn)；而跑步機(jī)步行、在不同平面步行、起立行走測(cè)試（timed up and go test，TUGT）等方式，則滿足了進(jìn)行不同任務(wù)復(fù)雜性的雙任務(wù)步行訓(xùn)練的需求。有多項(xiàng)研究證實(shí)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患可通過(guò)步速、步幅、步頻等參數(shù)評(píng)估患者的步態(tài)表現(xiàn)，進(jìn)而分析雙任務(wù)訓(xùn)練的治療效果和跌倒風(fēng)險(xiǎn)［12，17］。

2.1.2 姿勢(shì)控制任務(wù) 姿勢(shì)控制是人體在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)活動(dòng)中維持平衡的過(guò)程［18］，涉及認(rèn)知資源的占用。所以，認(rèn)知-姿勢(shì)控制雙任務(wù)對(duì)評(píng)價(jià)老年人和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的跌倒風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義［19-20］。靜態(tài)姿勢(shì)控制多用直立，可視難度需求改變承重平面（如軟墊、不平路面等）或足部姿勢(shì)（雙腳并攏、足跟接足尖站、單足站等）。動(dòng)態(tài)姿勢(shì)控制測(cè)試以直立位為主，可通過(guò)支撐面的各角度的傾斜變化來(lái)評(píng)估被試者的姿勢(shì)控制能力。常通過(guò)壓力中心（center of pressure，COP）的擺動(dòng)范圍或極限穩(wěn)定參數(shù)以體現(xiàn)被試者的姿勢(shì)控制任務(wù)表現(xiàn)［21］。

2.1.3 上肢運(yùn)動(dòng)任務(wù) 上肢的運(yùn)動(dòng)范式常見(jiàn)的為抓握杯子等作業(yè)活動(dòng)［22］。近年來(lái)，隨著體感游戲［23］、上肢機(jī)器人［24］等技術(shù)的引入，實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)認(rèn)知或詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)等認(rèn)知任務(wù)的融入，極大地增加了認(rèn)知-運(yùn)動(dòng)雙任務(wù)的多樣性。例如，通過(guò)屏幕上的移動(dòng)光標(biāo)給予視覺(jué)反饋，引導(dǎo)被試循圓形或十字形運(yùn)動(dòng)［25］，測(cè)量以腕部為中心的水平及垂直移動(dòng)距離，及完成運(yùn)動(dòng)的時(shí)長(zhǎng)。

2.2 常見(jiàn)的認(rèn)知任務(wù)范式

2.2.1 Stroop 范式 Stroop 范式是檢測(cè)注意資源分配與抑制干擾的經(jīng)典范式。即命名某個(gè)字詞的顏色時(shí)，書寫目標(biāo)字（顏色詞）的顏色與目標(biāo)字的語(yǔ)義之間產(chǎn)生干擾作用。當(dāng)Stroop 范式被用于雙任務(wù)時(shí)，可通過(guò)正確率及反應(yīng)時(shí)反映認(rèn)知表現(xiàn)，常成為執(zhí)行功能測(cè)試的首選。既往研究表明，Stroop 雙任務(wù)中的測(cè)試結(jié)果或平衡DTE 改變，對(duì)腦卒中后認(rèn)知障礙、多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）等人群早期篩查有提示意義［26-27］。

2.2.2 N-back 范式 N-back 是工作記憶研究范式中最常選用的一種，被試通過(guò)記憶刺激序列，來(lái)確認(rèn)當(dāng)前刺激是否與當(dāng)前倒數(shù)第N個(gè)刺激相同。在雙任務(wù)中，N-back 可通過(guò)調(diào)整N 的個(gè)數(shù)，達(dá)到施加不同認(rèn)知負(fù)荷的效果［28］。CHATAIN 等［29］在試驗(yàn)中納入18名青年人，分別進(jìn)行股四頭肌收縮同步1-back任務(wù)和2-back 任務(wù)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，2-back 任務(wù)比1-back 任務(wù)耐力時(shí)長(zhǎng)下降，證明了雙任務(wù)期間運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降與認(rèn)知負(fù)荷有關(guān)。N-back結(jié)合fNIRS可評(píng)估認(rèn)知負(fù)荷與大腦激活水平的關(guān)聯(lián)，HERMAND等［30］發(fā)現(xiàn)亞急性卒中患者邊步行邊執(zhí)行N-back 任務(wù)時(shí)，前額葉氧合水平達(dá)到上限，驗(yàn)證了雙任務(wù)情境下，亞急性腦卒中的患者認(rèn)知能力隨認(rèn)知負(fù)荷的增加而下降。

2.2.3 減法序列與詞義聯(lián)想 減法序列是最常見(jiàn)的心理跟蹤任務(wù)，常從隨機(jī)數(shù)開(kāi)始運(yùn)算減7序列、減3 序列、減1 序列，其中減1 序列對(duì)腦卒中患者的步速產(chǎn)生了最大的CMI［31］。詞義聯(lián)想是常用的語(yǔ)言流暢性任務(wù)，常與連續(xù)減法組合測(cè)試，此組合結(jié)合步行任務(wù)被證實(shí)對(duì)輕度認(rèn)知功能障礙（mild cognitive impairment，MCI）預(yù)測(cè)有較高的敏感度［32］。TSANG等［31］的研究顯示，心理跟蹤任務(wù)與語(yǔ)言流暢性任務(wù)比其他認(rèn)知任務(wù)帶來(lái)更大的認(rèn)知負(fù)荷。

3 基于fNIRS 的雙任務(wù)范式在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用

3.1 功能性近紅外光譜成像技術(shù)

既往fNIRS、fMRI、EEG 等非侵入性檢測(cè)技術(shù)均有用于雙任務(wù)的相關(guān)研究。EEG 通過(guò)神經(jīng)元的神經(jīng)電信號(hào)可直接、無(wú)創(chuàng)地檢測(cè)大腦激活情況，具有較高的時(shí)間分辨率，但空間分辨率相對(duì)較弱［33］。fMRI 可以在亞毫米水平上以高空間分辨率監(jiān)測(cè)全腦功能變化，但其易受運(yùn)動(dòng)偽影影響，且測(cè)試費(fèi)用高、儀器噪音較大、封閉性較強(qiáng)、時(shí)間分辨率相對(duì)較低［34］。fNIRS 利用近紅外光對(duì)人體組織的通透性，探測(cè)散射后的光源強(qiáng)度，通過(guò)監(jiān)測(cè)皮層區(qū)域血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，計(jì)算含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的濃度變化來(lái)反映組織血流動(dòng)力學(xué)變化，從而推斷大腦神經(jīng)活動(dòng)［35］。fNIRS 能在厘米水平內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大腦激活情況，相比EEG 和fMRI，具有較高的時(shí)間分辨率和空間分辨率。且fNIRS 對(duì)于測(cè)試環(huán)境要求低，可在更少的限制和更自然的環(huán)境中評(píng)估動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的大腦活動(dòng)情況，如在自然環(huán)境下行走、在外骨骼輔助下行走、在平衡儀上維持平衡等，非常有利于雙任務(wù)范式的評(píng)估［10，36-38］。

3.2 雙任務(wù)范式在腦卒中的應(yīng)用

腦卒中是由于腦血管破裂或堵塞導(dǎo)致的腦血管疾病，50%以上的患者會(huì)遺留不同程度的運(yùn)動(dòng)功能障礙和認(rèn)知功能障礙［39］。雙任務(wù)范式下的功能評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練在腦卒中康復(fù)領(lǐng)域中具有優(yōu)勢(shì)。

在康復(fù)評(píng)估方面，TSANG 等［40］將2 項(xiàng)步行任務(wù)（常規(guī)步行和跨障礙步行）和8項(xiàng)認(rèn)知任務(wù)隨機(jī)組合為不同認(rèn)知-運(yùn)動(dòng)雙任務(wù)，評(píng)估其相關(guān)性，以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)效度，并在7～14 d內(nèi)對(duì)同一雙任務(wù)分別進(jìn)行2次評(píng)估，以檢驗(yàn)重測(cè)信度，結(jié)果顯示雙任務(wù)對(duì)于評(píng)估社區(qū)腦卒中患者的功能狀態(tài)是可靠、有效的。且DTE行走時(shí)間可作為認(rèn)知-跨越障礙步行雙任務(wù)下有效的跌倒預(yù)測(cè)因子，用以識(shí)別腦卒中后跌倒風(fēng)險(xiǎn)的高危人群［41］。另外，HERMAND 等［30］發(fā)現(xiàn)早期亞急性腦卒中患者在認(rèn)知-步行雙任務(wù)中，前額葉皮層（prefrontal cortex，PFC）氧合水平不隨行走條件或認(rèn)知負(fù)荷的改變而增加，已達(dá)到上限，提示患者的步行表現(xiàn)與認(rèn)知負(fù)荷無(wú)顯著相關(guān)，但患者的認(rèn)知表現(xiàn)會(huì)因認(rèn)知負(fù)荷增加而受到負(fù)面影響，提示腦卒中后早期階段可能需要大部分注意力資源維持患者運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，因而沒(méi)有足夠的資源用于維持同時(shí)進(jìn)行的認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)。CHATTERJEE 等［42］的試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了HERMAND 等［30］的結(jié)論，他們將33 名慢性腦卒中患者根據(jù)簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表（mini-mental state examination，MMSE）評(píng)分的中位數(shù)分為2 個(gè)亞組，發(fā)現(xiàn)低認(rèn)知功能組患者（21≤MMSE≤27）在認(rèn)知單任務(wù)和雙任務(wù)條件下沒(méi)有表現(xiàn)出PFC 招募的顯著變化，表明2 項(xiàng)任務(wù)的執(zhí)行都達(dá)到或接近PFC 資源招募上限，即認(rèn)知功能缺陷會(huì)降低PFC 資源招募的上限；而高認(rèn)知功能組（MMSE＞27）在雙任務(wù)中比認(rèn)知單任務(wù)表現(xiàn)出更多的PFC 招募，但從單任務(wù)到雙任務(wù)的認(rèn)知表現(xiàn)顯著下降，反映了腦卒中患者PFC 資源利用率低。所以，腦卒中后患者雙任務(wù)能力缺陷可能與其自身認(rèn)知容量下降有關(guān)。腦卒中患者的雙任務(wù)訓(xùn)練方案可依據(jù)增加PFC 資源容量為目標(biāo)或優(yōu)化PFC 資源利用率為目標(biāo)調(diào)整。相關(guān)研究需要進(jìn)一步完善。

在康復(fù)訓(xùn)練方面，不同類型的雙任務(wù)訓(xùn)練已被證實(shí)可提高患者的認(rèn)知表現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)性能［43-44］。BAEK等［15］研究發(fā)現(xiàn)，慢性腦卒中患者結(jié)合認(rèn)知任務(wù)（包括工作記憶任務(wù)、語(yǔ)言流暢性任務(wù)和Stroop 范式）的跑步機(jī)雙任務(wù)訓(xùn)練在提高步行速度和認(rèn)知功能方面比跑步機(jī)單任務(wù)訓(xùn)練更有效。王金芝等［45］研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)減3 運(yùn)算結(jié)合步行的雙任務(wù)訓(xùn)練能有效改善腦卒中患者的步行功能和執(zhí)行能力。同時(shí)，雙任務(wù)訓(xùn)練已被證實(shí)具有雙任務(wù)遷移效應(yīng)（dual task practice advantage，DTPA）［3］。如被試通過(guò)雙任務(wù)訓(xùn)練重獲或習(xí)得注意力分配技巧，從而提高雙任務(wù)執(zhí)行能力表現(xiàn)，且訓(xùn)練效果還可遷移至其他同類型的任務(wù)場(chǎng)景。但DTPA 的相關(guān)腦功能機(jī)制尚不明確，仍需繼續(xù)研究。當(dāng)前有fMRI 研究發(fā)現(xiàn)腦卒中患者功能的恢復(fù)與大腦皮層的可塑性相關(guān)，通過(guò)大量重復(fù)性針對(duì)性的雙任務(wù)訓(xùn)練，可以促進(jìn)腦的功能性重組，改善患者的認(rèn)知功能和運(yùn)動(dòng)功能［46］。

3.3 雙任務(wù)范式在帕金森病中的應(yīng)用

PD是常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，主要癥狀為運(yùn)動(dòng)遲緩及震顫，其中步態(tài)凍結(jié)（81%）、姿勢(shì)不穩(wěn)和跌倒風(fēng)險(xiǎn)增加（87%）等運(yùn)動(dòng)癥狀是導(dǎo)致PD 患者進(jìn)行性殘疾的主要因素［47］。此外，認(rèn)知功能障礙、睡眠障礙等非運(yùn)動(dòng)癥狀加劇了PD的殘疾。

RANCHET 等［48］通過(guò)fNIRS監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)PD 患者相比健康人在連續(xù)減7運(yùn)算的雙任務(wù)行走過(guò)程中背外側(cè)前額葉（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）的活動(dòng)增加。連續(xù)減法是心理追蹤任務(wù)，而DLPCF 在心理追蹤所屬的執(zhí)行功能中發(fā)揮重要作用，故推測(cè)PD患者的執(zhí)行功能缺陷需要DLPFC 激活補(bǔ)償。BELLUSCIO 等［49］使用fNIRS 監(jiān)測(cè)PD 患者和健康對(duì)照組在環(huán)型步道步行任務(wù)，發(fā)現(xiàn)PD 患者在轉(zhuǎn)向過(guò)程中的PFC 激活較正常人增加，且與較差的轉(zhuǎn)向表現(xiàn)相關(guān)聯(lián)。PD可導(dǎo)致廣泛的皮質(zhì)功能障礙，其中姿勢(shì)不穩(wěn)型PD 患者因皮質(zhì)通路的受損較為嚴(yán)重，導(dǎo)致注意代償難以支撐雙任務(wù)行走的需求，需通過(guò)提高PFC 激活程度完成任務(wù)［50］。VITORIO 等［51］的研究也證實(shí)在監(jiān)控PD 患者人群的步行控制能力降低方面，雙任務(wù)下PFC 激活比雙任務(wù)步態(tài)測(cè)量更敏感。據(jù)此提示，PFC的激活增高可能用于作為PD運(yùn)動(dòng)控制較差的生物標(biāo)記物。

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練已被證明可以有效改善PD 患者的運(yùn)動(dòng)障礙［52］。進(jìn)而，MAIDAN 等［53］應(yīng)用fNIRS 研究健康老年人和PD 患者中在不同雙任務(wù)（倒數(shù)-步行雙任務(wù)、跨越障礙步行任務(wù)）下PFC 的激活情況，發(fā)現(xiàn)在PD患者中跨越障礙任務(wù)會(huì)顯著增加PFC激活，認(rèn)知任務(wù)卻未見(jiàn)PFC 激活增加，與健康老年人的PFC反應(yīng)相反。研究結(jié)果提示，雙任務(wù)類型可能影響額葉反應(yīng)在步行中的作用。其后，MAIDAN 等［54］還發(fā)現(xiàn)對(duì)PD 患者實(shí)施6個(gè)月的不同運(yùn)動(dòng)任務(wù)訓(xùn)練（跑步機(jī)訓(xùn)練、跑步機(jī)訓(xùn)練結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）后不僅能改善患者運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)、降低跌倒風(fēng)險(xiǎn)，還能降低步行過(guò)程中的PFC 激活，其中雙任務(wù)訓(xùn)練下降幅度大于單任務(wù)訓(xùn)練。

此外，基于fNIRS 的雙任務(wù)在PD 藥物治療效果及機(jī)制研究方面具有良好的前景?！白笮喟瓦^(guò)量假說(shuō)”指左旋多巴可改善帕金森病的運(yùn)動(dòng)癥狀，但它在大腦不同區(qū)域的藥物濃度不一致，導(dǎo)致PFC 等區(qū)域可能吸收過(guò)高的藥量，從而有降低執(zhí)行功能與注意力的可能。DAGAN 等［55］則通過(guò)進(jìn)一步研究患有凍結(jié)步態(tài)的PD 受試者的雙任務(wù)步態(tài)表現(xiàn)和PFC激活情況來(lái)驗(yàn)證“左旋多巴過(guò)量假說(shuō)”；fNIRS 雙任務(wù)步行研究下發(fā)現(xiàn)多巴胺類藥物改善紋狀體和皮質(zhì)區(qū)之間的功能連接，但過(guò)度激活了PFC，會(huì)加劇PD步行對(duì)多巴胺類藥物的依賴。ORCIOLI-SILVA等［56］通過(guò)fNIRS 研究了多巴胺對(duì)PD 患者雙任務(wù)行走時(shí)PFC激活和步態(tài)參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)未服藥PD患者在單雙任務(wù)條件下的左側(cè)PFC 激活未見(jiàn)明顯差異，服藥后PD患者在雙任務(wù)條件中的PFC激活程度高于單任務(wù)，且單雙任務(wù)中，服藥后PD 患者較未服藥的步行表現(xiàn)更好，提示多巴胺類藥物不僅可以改善步態(tài)表現(xiàn)，還有促進(jìn)左側(cè)PFC 激活的作用。據(jù)此可見(jiàn)，雙任務(wù)范式對(duì)于指導(dǎo)PD 用藥具有重要意義，需要未來(lái)深入研究。

3.4 雙任務(wù)范式在多發(fā)性硬化中的應(yīng)用

MS 是一種慢性中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病，50%～80%的MS患者有平衡和步態(tài)障礙，且超過(guò)一半MS 患者每年至少跌倒1 次［57］。在生活中，MS 患者的功能性平衡易受到CMI 的負(fù)面影響。有研究發(fā)現(xiàn)MS 患者的雙任務(wù)表現(xiàn)與殘疾和認(rèn)知障礙程度呈負(fù)相關(guān)［58］。fNIRS 在MS 患者執(zhí)行雙任務(wù)過(guò)程中可檢測(cè)功能活動(dòng)對(duì)應(yīng)的活躍腦區(qū)，有助于增加對(duì)MS相關(guān)功能缺陷的大腦機(jī)制研究。

CAMERON 等［57］研究發(fā)現(xiàn)，MS 的日常運(yùn)動(dòng)缺陷主要體現(xiàn)在步速降低、步行失穩(wěn)及軀體擺動(dòng)減少，并與以下3 個(gè)問(wèn)題相關(guān)聯(lián)：①保持姿勢(shì)的能力下降；②向穩(wěn)定極限方向的運(yùn)動(dòng)受限；③對(duì)姿勢(shì)位移和擾動(dòng)的反應(yīng)延遲。故當(dāng)前研究多選用姿勢(shì)維持任務(wù)作為MS 患者雙任務(wù)應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)任務(wù)。HERNANDEZ 等［59］使用fNIRS 研究在中老年MS 患者中執(zhí)行步行單任務(wù)和背誦-步行雙任務(wù)時(shí)的PFC 狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)老年MS 患者執(zhí)行雙任務(wù)時(shí)，通過(guò)增強(qiáng)PFC激活來(lái)彌補(bǔ)因注意力分散導(dǎo)致的步行表現(xiàn)下降。CHAPARRO 等［60］通過(guò)fNIRS 監(jiān)測(cè)MS 老年人和健康老年人在使用減重支持系統(tǒng)（partial body weight support，PBWS）時(shí)的雙任務(wù)（對(duì)比步行單任務(wù)與步行-言語(yǔ)雙任務(wù)）的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)MS 患者可通過(guò)提高PFC 激活水平彌補(bǔ)低下的神經(jīng)效率，保持雙任務(wù)表現(xiàn)。綜合以上試驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)姿勢(shì)維持任務(wù)可有效提高M(jìn)S 患者的步行控制能力，具備降低跌倒風(fēng)險(xiǎn)的潛力。除了PFC，輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（supplementary motor area，SMA）和運(yùn)動(dòng)前皮層（premotor cortex，PMC）也在執(zhí)行功能和工作記憶中發(fā)揮重要作用［61］。SALEH等［62］應(yīng)用fNIRS 測(cè)量出MS 患者的雙任務(wù)認(rèn)知表現(xiàn)下降與不同的皮質(zhì)激活模式有關(guān)。左側(cè)PMC 僅在MS 組執(zhí)行認(rèn)知單任務(wù)時(shí)活躍；而右側(cè)SMA 則在雙任務(wù)期間呈現(xiàn)較高激活，且與較差的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知表現(xiàn)相關(guān)。

3.5 雙任務(wù)范式在輕度認(rèn)知功能障礙中的應(yīng)用

MCI 是正常認(rèn)知衰退和癡呆的過(guò)渡階段，每年有10%～15% MCI 患者進(jìn)展為癡呆［63］。一方面，雙任務(wù)范式可用于MCI 的早期診斷及識(shí)別，已被廣泛研究并應(yīng)用于臨床。MCI 患者除了認(rèn)知缺陷，在運(yùn)動(dòng)控制方面也有相應(yīng)的改變，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)MCI 患者跌倒風(fēng)險(xiǎn)與依賴高水平大腦控制的步態(tài)參數(shù)的下降相關(guān)［64］。因此，早期識(shí)別與MCI 相關(guān)的步態(tài)平衡的損傷對(duì)于個(gè)體化的精準(zhǔn)康復(fù)具有重要意義。有研究報(bào)道［65］，步行速度的CMI 是雙任務(wù)步態(tài)評(píng)估的重要參數(shù)，有望成為MCI 的潛在篩查工具。BAHUREKSA 等［66］發(fā)現(xiàn)雙任務(wù)步態(tài)評(píng)估比單任務(wù)評(píng)估更有助于檢測(cè)與認(rèn)知相關(guān)的步態(tài)變化，同時(shí)，雙任務(wù)步態(tài)評(píng)估的敏感性因所結(jié)合的認(rèn)知任務(wù)而異，其中具有高認(rèn)知需求的算術(shù)任務(wù)（連續(xù)減7）有較高的敏感性。WANG 等［67］基于fNIRS 的分析發(fā)現(xiàn)，相比健康人群，僅有MCI 患者的雙任務(wù)步態(tài)成本與腦功能連接相關(guān)，且與高敏感性的認(rèn)知任務(wù)（1 000 減7）產(chǎn)生較高的相關(guān)性，證明fNIRS 結(jié)合雙任務(wù)范式可作為認(rèn)知障礙的早期篩查工具，并可通過(guò)設(shè)計(jì)更敏感的任務(wù)范式來(lái)區(qū)分認(rèn)知障礙人群。

另一方面，雙任務(wù)范式還可作為MCI 患者的干預(yù)手段。朱玲玲等［68］將MCI 患者分為2 組，僅對(duì)試驗(yàn)組進(jìn)行3 個(gè)月的雙任務(wù)訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)雙任務(wù)訓(xùn)練能有效改善MCI 患者的認(rèn)知功能，并降低跌倒風(fēng)險(xiǎn)。但HOLTZER 等［69］發(fā)現(xiàn)MCI 患者進(jìn)行單次重復(fù)的雙任務(wù)練習(xí)后，患者的任務(wù)表現(xiàn)沒(méi)有明顯改善，這可能與訓(xùn)練時(shí)間短有關(guān)。因此，為了體現(xiàn)雙任務(wù)的顯著效果，有必要保證訓(xùn)練的頻率與時(shí)長(zhǎng)對(duì)MCI 患者任務(wù)表現(xiàn)的影響。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，雙任務(wù)范式具有形式多樣、可有效模擬日常生活活動(dòng)、更全面評(píng)估患者認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能表現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)；且雙任務(wù)還可作為訓(xùn)練策略，有效改善中樞神經(jīng)疾病患者的功能及促發(fā)大腦可塑性，有利于患者回歸日常生活。fNIRS 作為腦功能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的非侵入成像技術(shù)，其安全、便攜、較高時(shí)空分辨率的優(yōu)點(diǎn)適宜雙任務(wù)范式的相關(guān)研究。然而，基于fNIRS 雙任務(wù)范式研究仍局限于小樣本、橫斷面研究。未來(lái)的探究需要著重?cái)U(kuò)大樣本量及擴(kuò)展中樞神經(jīng)疾病病種，從而進(jìn)一步完善雙任務(wù)范式的腦功能機(jī)制研究，為臨床應(yīng)用提供可靠的理論依據(jù)，提高康復(fù)效力。