輕度認知障礙患者的回溯式時距估計

摘 要 阿爾茨海默病會導致時間知覺障礙，然而尚處于該疾病潛伏期的輕度認知障礙患者是否也存在時間知覺的損傷仍存爭議。本研究聚焦輕度認知障礙對回溯式時間知覺的影響，通過回溯式時距估計任務探討了輕度認知障礙患者和健康老人對15 至40 分鐘的目標時距的回溯式估計。研究發(fā)現(xiàn)，相比于控制組，輕度認知障礙患者存在顯著低估時距的傾向且時距估計的偏差更大。研究論證了輕度認知障礙對時間感知的影響，對阿爾茨海默病的早期診斷具有重要價值。

關(guān)鍵詞 輕度認知障礙 時間知覺障礙 回溯式時距估計任務 長時距知覺

1 引言

時間知覺是人類基礎(chǔ)且重要的認知功能。穿越馬路、開車、運動等日?；顒佣忌婕暗絺€體的時間知覺（Mioni et al.， 2021）。研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病（dementia of alzheimertype， AD）會造成時間知覺障礙（time distortion）（ElHaj et al.， 2013; El Haj amp; Kapogiannis， 2016; Grewal，1995）。然而，處于阿爾茨海默病與正常衰老之間的輕度認知障礙患者（mild cognitive impairment，MCI）是否也存在顯著的時間知覺損傷？該問題尚缺乏研究且存在爭議（Coelho et al.， 2016; Mioni etal.， 2021）。因此，本研究將聚焦輕度認知障礙患者的回溯式時間估計，探討輕度認知障礙對時間知覺的影響。

時間知覺障礙被認為是阿爾茨海默病最早出現(xiàn)的癥狀之一（El Haj et al.， 2013; El Haj amp; Kapogiannis，2016; Grewal， 1995），對早期診斷阿爾茨海默病具有重大意義，得到臨床學界的廣泛關(guān)注（El Hajamp; Kapogiannis， 2016; Nichelli et al.， 1993; Rueda amp;Schmitter-Edgecombe， 2009）。通過時距估計任務（El Haj et al.， 2013）、時距產(chǎn)生任務（Nichelli et al.，1993）、時距復制任務（El Haj et al.， 2014）和時距二分任務（Caselli et al.， 2009）等對AD 患者的短時距感知能力（1 秒至2 分鐘）進行檢測，研究發(fā)現(xiàn)AD 患者在時間任務中的一致性更差、存在更大的誤差且傾向于低估時距長度。研究者認為，AD 患者時間知覺障礙是由注意力和記憶力下降引起的，與患者前額葉、左枕葉以及海馬區(qū)的腦損傷緊密相關(guān)（El Haj amp; Kapogiannis， 2016; Hayashi amp; Ivry， 2020;Nani et al.， 2019）。

輕度認知障礙是介于阿爾茨海默病與正常衰老之間的臨床階段。該階段患者已表現(xiàn)出一定程度的認知損傷，如情景記憶、工作記憶下降等（Mortamaiset al.， 2017; Stephan et al.， 2013）。然而，目前學界對MCI 患者是否也存在時間知覺障礙尚存爭議，且缺乏直接有力的實驗證據(jù)支持（Mioni et al.， 2021）。Coelho 等人（2016）通過問卷調(diào)查了MCI 患者對時間流速的主觀體驗，問卷中被試需要對主觀感覺到的時間流速進行評估（-2 分～2 分）。研究發(fā)現(xiàn)MCI患者主觀體驗到的時間流速與同齡的健康老年人存在顯著差異。此外，Mioni 等人（2016）通過時距二分法也發(fā)現(xiàn)MCI 會導致帕金森患者出現(xiàn)時距感知的困難。實驗中，被試先學習并記憶兩段標準時距（短時距400 ms 和長時距1600 ms），然后觀看一些面部表情并判斷表情的呈現(xiàn)時間更接近哪一個標準時距。研究表明，患有MCI 的帕金森病人相比對照組的帕金森病人在時距判斷中表現(xiàn)出更大的偏差。然而，Mioni 等人（2019）在MCI 病人和健康老年人中重復這個實驗，卻沒有發(fā)現(xiàn)兩組被試在時間判斷任務中存在顯著差異。此外，Rueda 和Schmitter-Edgecombe（2009）和Coelho 等（2016）通過時距判斷和時距產(chǎn)生任務研究了MCI 患者和控制組對一分鐘以內(nèi)的短時距的感知，也并未發(fā)現(xiàn)MCI 患者與健康老年人間存在顯著差異。目前學界對MCI 患者是否存在時間認知障礙的研究結(jié)論不一致，可能由于以往研究的樣本量普遍較小、實驗設(shè)計和研究范式存在差異造成的（Mioni et al.， 2021）。因此，有必要在擴大實驗樣本量、細化研究范式和實驗任務的基礎(chǔ)上，對MCI 患者時間知覺進行深入研究。從而，進一步揭示患者從健康狀態(tài)過渡到阿爾茨海默病的過程中，其時間知覺能力的退化規(guī)律，提高早期診斷的準確性和科學性（Sperling et al.， 2011）。

值得注意的是，目前關(guān)于MCI 患者時間知覺損傷的實驗多局限在預期式時距知覺（prospective timeperception）方面，對回溯式時距知覺（retrospectivetime perception）的研究較少（El Haj et al.， 2013; ElHaj amp; Kapogiannis， 2016）。然而，預期式時距知覺和回溯式時距知覺在具體研究方法、認知機制等方面均存在差異（Block et al.， 2018）。實驗操作方面，在預期式時距知覺任務中，被試在目標刺激呈現(xiàn)前就被清楚地告知需要注意時間信息、判斷刺激的時距。而在回溯式時距知覺任務中，目標刺激呈現(xiàn)時被試并不知曉時距判斷任務，在目標刺激呈現(xiàn)后才被告知需要對目標刺激的時距進行判斷。因此，回溯式時距知覺主要依賴于記憶，需要憑借記憶重新構(gòu)建時間信息；而預期式時距知覺則主要基于注意力，依賴于“心理計時”（cognitive timing）（楊蓮蓮等， 2018；Block et al.， 2018）。由于預期式時距知覺與回溯式時距知覺涉及不同的認知加工過程，在探討MCI 病人的時間知覺時有必要單獨對回溯性時距感知進行研究。

此外，目前的時間感知任務主要聚焦在一到兩分鐘以內(nèi)的短時距的時間感知，忽略了對十幾分鐘以上的長時距的時間感知的研究（Droit-Volet，2019; Droit-Volet amp; Wearden， 2016）。然而，感知加工長時距與短時距在認知機制和腦區(qū)上可能存在不同（Droit-Volet amp; Wearden， 2016）。Droit-Volet 和Wearden（2016）發(fā)現(xiàn)65 歲以上的老年人在主觀判斷近5 至10 年的時間流速時，普遍匯報了時間流速加快的現(xiàn)象；但對這些老年人進行一分鐘以內(nèi)的短時距估計的實驗時，卻并沒有檢測到時間加速的現(xiàn)象，與青年人并沒有表現(xiàn)出顯著差異。研究者認為這種不一致可能是由于被試所判斷的時距尺度存在差異造成的；老年人在長時距判斷時存在時間加速的現(xiàn)象，在短時距判斷時并不存在。研究者對加工不同時距時的腦活動進一步研究發(fā)現(xiàn)，被試在進行長時距判斷時，大腦的激活水平和激活時間顯著高于短時距判斷時（Macar et al.， 1999; Pfeuty et al.，2003; Pouthas et al.， 2000）；此外，短時距加工和長時距加工所涉及的腦區(qū)雖存在重合，但也保持相對獨立。在進行涉及長時距知覺的任務時，被試在前輔助運動區(qū)、前扣帶皮層、右側(cè)額下回、雙側(cè)運動前皮質(zhì)等腦區(qū)的激活水平更高（Pouthas et al.，2005）。由于長時距的加工和短時距的加工可能依賴不同的腦區(qū)和加工機制，MCI 患者可能在短時距估計任務中并沒有表現(xiàn)出異常，但在長時距的估計任務中會表現(xiàn)出障礙。因此，有必要對MCI 病人的十幾分鐘以上的長時距知覺進行探討。

為了更全面、深入地了解阿爾茨海默病引起的時間知覺障礙的發(fā)展規(guī)律，為該疾病的早期診斷提供科學依據(jù)，本研究將聚焦MCI 患者的時間知覺障礙。通過對比MCI 患者和健康老年人在回溯式時距估計任務中的表現(xiàn)，探討MCI 患者對15 至40 分鐘的回溯式時距估計。在實驗中，被試先進行視力檢測和調(diào)整，再完成看圖命名任務，然后對視力測驗和命名任務完成所花費的時間進行估計。根據(jù)先前研究結(jié)果，本研究預期MCI 患者在時間估計任務中與對照組表現(xiàn)出顯著差異，時距估計的誤差更大且存在顯著低估時距的現(xiàn)象。

2 方法

2.1 被試

研究者在山東大學第二醫(yī)院神經(jīng)科收集到69 個60 歲以上、非文盲學歷的被試。通過簡易智力狀態(tài)檢查量（MMSE）的篩查，根據(jù)Stephan 等人（2013）所提倡的MCI 臨床診斷標準（24～28 分為MCI 組，29～30 為控制組），由神經(jīng)科主任醫(yī)師對被試進行診斷和分組。69 名被試中控制組35 人，MCI組34 人。通過事后效應分析軟件G*Power（Faul et al.， 2009）進一步檢測本研究的被試量是否具有足夠的效力檢測出組間差異：本研究兩個因變量的組間差異效應量分別為-.83 和.91；達到該效應量所需要的總被試量分別為42 和48；本研究的被試量為69，因此本研究的樣本量已達到了足夠的檢驗效力。

2.2 實驗材料

前人在對老年人的回溯式時距知覺進行測驗時，目標時間呈現(xiàn)往往涉及到文字或數(shù)字認讀（El Haj etal.， 2013; Rueda amp; Schmitter-Edgecombe， 2009）。然而，考慮到中國60 歲以上的老年人的受教育水平相對較低，可能在文字、數(shù)字認讀任務中存在困難、產(chǎn)生畏難和抵觸情緒，從而影響實驗結(jié)果。因此，本研究選用難度較小的圖片識別任務，以確保實驗的完成率，同時也可以量化考察老人語言和語義記憶的狀況。

實驗刺激包含36 張圖片，由前景物品和場景兩部分組成。前景物品為某一工具（如錘子、鏡子等），僅在前景的紅色方框中呈現(xiàn)一次。場景圖片包含著這一場景的常規(guī)設(shè)置和典型物品（如圖1A 中的前景物品為燒水壺，場景為廚房；圖1B 中的前景物品為行李箱，背景為火車站）。前景物品與場景來自于不同照片，通過Photoshop 3.0 合成（見圖1）。實驗運用Psychopy 3.0 進行編程，采用14 英寸顯示器展示，屏幕刷新率為60Hz。實驗時被試的眼睛距離屏幕中心約為60cm。

為確保被試的實驗表現(xiàn)不受命名任務的影響，本研究在前測問卷中對物品及場景命名的一致性、熟悉度、命名難度進行了調(diào)查。此外，由于前景與背景的圖片的匹配度會影響到圖片的命名加工，低匹配度會降低圖片識別的速度和正確率（Davenportamp; Potter， 2004）。因此，本研究對物品和場景的匹配度也進行了檢測，以確保被試的命名表現(xiàn)不受物品場景匹配度的影響。問卷由17 名60 歲以上的認知能力正常的健康老年人完成（平均年齡為66.41歲，平均受教育水平為8.82 年，男性6 名，女性11 名）。在問卷中，被試首先需要對圖片中的物品和場景分別進行命名，并采用七點量表分別評估命名物品和場景的困難程度、物品和場景熟悉程度，判斷該物品在該場景中的常見程度（物品場景匹配度）。

對問卷的命名結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)，被試會根據(jù)自己的語言表達習慣來選擇物品和場景的名稱，因此同一個物品或場景會收集到多個同義名稱，如拉桿箱和行李箱、廁所和衛(wèi)生間等。因此，對同一物品或場景命名的不同，并非圖片歧義造成，需要進一步分析不同的名稱是否為同義詞。因此，兩名實驗員對問卷收集到的物品和場景名稱進行了同義詞分析（同義名稱數(shù)量，見表2），并發(fā)現(xiàn)所收集到的同一物品和場景的不同名稱均為同義詞（如行李箱、拉桿箱；熱水壺、燒水壺），因此實驗材料中的物品和場景命名比較一致、圖片不存在歧義。此外，對問卷其他數(shù)據(jù)分析表明，物品和場景的熟悉度較高（1= 非常不熟悉，7= 非常熟悉）；物品和場景命名難度相對較低（1= 非常容易命名，7= 非常難以命名）；物品和場景匹配度程度比較高（1= 極少在該場景中看到該物品，7= 非常經(jīng)常在該場景中看到該物品）（見表2）。

2.3 實驗設(shè)計

該實驗采用組間設(shè)計，對比MCI 組與健康老年組對回溯式時距估計的差異。

2.4 實驗程序

正式實驗開始前，被試需要在臨床神經(jīng)科醫(yī)生的指導下完成MMSE 量表和臨床診斷，并由被試及家屬簽署實驗同意書，提供與實驗相關(guān)的個人基本信息（如年齡、受教育水平等）。此外，為防止產(chǎn)生干擾，在實驗結(jié)束前診斷結(jié)果對被試及實驗員保密。

實驗在醫(yī)院神經(jīng)科的問卷室單獨進行，由專門的實驗員主持。實驗過程中，實驗員首先對被試進行視力測驗并進行必要的視力矯正，以確保被試的表現(xiàn)不受視力水平的影響。隨后，被試進入命名測驗，包括物品命名和場景命名兩個環(huán)節(jié)。被試在聽完指導語、經(jīng)過五個試次的練習后開始命名任務。在物品命名測驗中，被試需要對36 張實驗圖片按隨機呈現(xiàn)地順序進行命名。每一個試次中，被試首先看到十字在屏幕中央呈現(xiàn)0.5s～1s。在十字消失后，屏幕中央會呈現(xiàn)一張實驗圖片，被試需要口頭匯報出該圖片中前景物品的名稱。命名沒有時間限制，命名結(jié)束后按空格鍵繼續(xù)觀看下一張圖片，命名過程被自動錄音。物品命名結(jié)束后，被試將執(zhí)行場景命名任務，基本流程與物品命名相似。他們將再次按照隨機順序觀看這36 張圖片，并對圖片中的場景進行命名。在完成所有命名任務后，被試立即進行時間估算任務，要求其憑記憶回答從視力矯正開始到命名任務結(jié)束共歷時多少分鐘。為保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性，按照回溯式時距估計的定義和要求，在時間估算任務前，被試完全不知曉需要對時間進行判斷。此外，在整個實驗過程中被試不得觀看任何計時設(shè)備（手表、手機或電腦），也沒有給予任何時間信息提示。

3 結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)處理

3.1.1 命名數(shù)據(jù)編碼和處理

命名的錄音數(shù)據(jù)由兩名實驗助手獨立進行分析和評估。為確保評估過程和結(jié)果不受影響，實驗助手在數(shù)據(jù)編碼時并不知曉被試的分組和實驗目的。評估時，通過對比被試的命名和前測中收集到的名稱來判斷被試的命名是否正確。如果與前測中的名稱一致或為同義詞，則視為正確命名，標記1；否則視為錯誤命名，標記0。經(jīng)檢測，兩個實驗員編碼的Kappa 系數(shù)約為 .8，表明兩個實驗員評估的一致性較好。兩個實驗員評估不一致的試次則由雙方討論決定最后評估結(jié)果。

3.1.2 時距比例計算

由于本研究每個被試在命名測驗中所花費的時間不同（15～40 分鐘），為更直觀地反映被試在時距估算時的低估或高估傾向，參照Wang 和Gennari（2019）的時距分析方法，本研究將計算出的時距比例作為研究的因變量（時距比例= 估計時距/ 實際時距）。時距比例大于1 則表明存在高估時距的傾向，即估計時距大于實際時距；時距比例小于1則表明存在低估時距的傾向，估計時距小于實際時距。時距比例等于1，表明估計時距與實際時距完全吻合。

3.1.3 時距偏差比例計算

為了直觀反應出被試數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差的程度，參照Boltz 等（1998）的分析方法，本研究計算了時距估計的偏差比例：偏差比例=| 估計時距- 實際時距|/ 實際時距。例如，當實際時距為20 分鐘時，估計時距為10 分鐘，則絕對偏差比例為|10-20|/20=.5；而當實際時距為20 分鐘，估計時距為25 分鐘時，絕對偏差比例為|25-20|/20=.25。

3.1.4 正態(tài)分布和極端數(shù)值檢測

為了避免時距估計的結(jié)果受到極端數(shù)值的影響，通過正態(tài)分布檢驗和畫圖發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)整體呈正態(tài)分布，其中一個被試的時距估計的數(shù)值為實驗數(shù)據(jù)的極端值，因此將該被試的數(shù)據(jù)排除。

3.2 結(jié)果報告

任務完成時間及命名正確率：研究發(fā)現(xiàn)MCI 組以及控制組任務完成時間（目標時距）分別為M =26.69，SD = 6.52 以及M = 25，SD = 5.34，兩組之間不存在顯著差異（p gt; .05）。MCI 組的平均命名正確率為95.5%（SD = .027），控制組的平均命名正確率為94.6%（SD = .034），不存在顯著的組間差異（p gt; .05）。

時距比例：通過分析兩組被試的時距比例，發(fā)現(xiàn)MCI 組與健康老年組均小于1，兩組的均值和標準差分別為M = .81，SD = .18；M = .95，SD = .16。通過單樣本t 檢驗發(fā)現(xiàn)，MCI 組表現(xiàn)出顯著的低估時距的傾向，t （33） = -6.26，p lt; .001，d = 1.06，控制組雖然也存在低估時距的傾向但只達到了邊緣顯著和小效應水平，t （34） = -1.96，p = .058，d = .31。此外，通過獨立樣本t 檢驗分析發(fā)現(xiàn)，相較于健康老年組，MCI 組的病人的低估時距的傾向更加嚴重，t （67） =3.40，p = .001，d = -.83（見圖2）。

時距偏差比例：對MCI 組和控制組的時距偏差比例進行分析，MCI 組被試的時距偏差比例均值（M = .23，SD = .12）大于控制組（M = .13，SD =.10），兩組差異達到顯著，t （67） = 3.74，p lt; .001，d = .91。

4 討論

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)相比于控制組，MCI 組的被試在回溯式的長時距估計任務中，存在更加嚴重的低估時距的傾向，且存在更大的時距估計偏差。本研究的結(jié)果表明MCI 患者在時間知覺方面已出現(xiàn)顯著損傷，與實驗預期及Mioni 等（2016）的研究結(jié)論一致。

MCI 組病人在回溯式時距判斷任務中出現(xiàn)顯著低估時距的傾向，這可能由患者記憶下降引起。根據(jù)Wang 和Gennari（2019）提出的基于記憶提取的時間記憶模型（recall-based account），個體對時距的記憶或判斷取決于目標時距內(nèi)可以成功提取的記憶信息量。當個體對目標時距中發(fā)生的事件記憶越豐富、信息量越大時，個體傾向于判斷該目標時距更長；而對發(fā)生事件的細節(jié)記憶稀少時，個體則傾向于判斷該目標時距更短。此外，Coelho 等（2019）在對MCI 患者的心理時間旅行（mental time travel）進行研究發(fā)現(xiàn)，相比于控制組，MCI 患者在回憶以往的時間段時，對發(fā)生于目標時距內(nèi)的事件細節(jié)的記憶更加稀少。因此可以推論，在本研究中，MCI患者由于記憶衰退，在經(jīng)歷目標時距后，能夠有效保存、并成功提取的相關(guān)事件信息相對較少，從而導致其出現(xiàn)低估目標時距的現(xiàn)象。

注意力下降也可能是導致MCI 低估時距的另一個原因。根據(jù)Block（1992）提出的注意假說，當更多的注意力資源分配給時間信息加工時，個體會傾向于高估時距長度。而當注意力資源更多地分配到與時間無關(guān)的任務上時，個體則傾向于低估時距長度（Matthews amp; Meck， 2016）。在本實驗中，MCI患者可能由于前額葉損傷導致注意力資源減少，有限的注意力資源被分配到命名任務中，而投入到時間信息加工的注意力資源會相應減少。因此，患者傾向于忽略對時間信息的加工，從而導致時距估計時偏差增大、出現(xiàn)低估時距的現(xiàn)象。而健康老年人的注意力資源相對充沛；在完成本實驗的命名任務的同時，剩余的注意力資源也可以分配到時間信息的加工中，從而在時距判斷中偏差較小。這個推論與El Haj 等（2014）的研究結(jié)論相契合，即AD 病人在高注意力任務時低估時距的現(xiàn)象更加嚴重，反映出其注意力資源的匱乏對患者時距加工的影響。然而，El Haj 等（2014）也進一步指出，注意力主要影響個體的預期式時距估計，并不能有效預測回溯式時距估計（Block， 1992; Block et al.， 2018）。此外，本研究中，MCI 患者和健康老年人在命名任務中的正確率和整體完成時間并沒有表現(xiàn)出顯著差異，因此并沒有直接證據(jù)表明MCI 患者在命名任務中存在注意力資源不足的現(xiàn)象，所以注意力資源短缺并不能有效地解釋本研究所觀測到的MCI 病人的時間知覺損傷。

此外，MCI 患者存在低估時距的現(xiàn)象可能與其內(nèi)部計時器紊亂有關(guān)。Turgeon 等（2016）、張志杰和黃希庭（2007）指出，由于衰老引起皮質(zhì)紋狀體環(huán)路老化，老年人會出現(xiàn)“內(nèi)部時鐘”（internalclock）變緩的現(xiàn)象，從而知覺到時間加速的幻覺。El Haj 和Kapogiannis（2016）發(fā)現(xiàn)AD 患者比健康老年人低估時距的程度更加嚴重；研究者指出這可能是由腦損傷引起的內(nèi)部時鐘紊亂造成的。本研究發(fā)現(xiàn)控制組老人雖然也出現(xiàn)了低估時距的傾向，但尚未達到顯著水平，而MCI 患者處于正常衰老向阿爾茨海默病過度的臨床階段，其認知和大腦已經(jīng)表現(xiàn)出一定程度的損傷，因此其“內(nèi)部時鐘”相比控制組可能也受到更加嚴重的影響，表現(xiàn)出顯著低估時距的傾向和顯著的時間知覺損傷（Maa? et al.，2019）。

本研究論證了MCI 患者的時間知覺障礙，有助于了解阿爾茨海默病引起的時間知覺障礙的發(fā)病規(guī)律，對輕度認知障礙和阿爾茨海默病的早期診斷具有重要意義。此外，本研究將時間知覺的研究范圍從1～2 分鐘內(nèi)的短時距感知拓展到對十幾分鐘以上的長時距的感知，強調(diào)了對長時距知覺進行研究的必要性。同時，本研究采納了回溯式時距估計任務，增加了對回溯式時距加工的認識，完善了時間知覺的研究體系。

然而，本研究雖然驗證了MCI 患者在回溯式時距估計中存在異常、并提出了導致時間知覺損傷的可能原因，卻并沒有提供直接的證據(jù)驗證這些推論和解釋。因此，在未來的研究中有必要對MCI 病人的記憶、注意力和內(nèi)部時鐘進行直接檢測，進一步探討這些認知能力的損傷與時間知覺障礙的相關(guān)關(guān)系。此外，未來的研究也有必要對MCI 和AD 患者時間知覺能力損傷的神經(jīng)機制進行深入研究，從而揭示時間知覺的腦機制，并了解阿爾茨海默病所引起的腦損傷規(guī)律。

5 結(jié)論

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)MCI 患者在時距為15～40 分鐘的回溯式時距判斷任務中傾向于低估時距，存在更大的偏差。本研究驗證了，處在阿爾茨海默病潛伏期的MCI 患者在時間感知方面就出現(xiàn)了顯著損傷，該損傷可能與患者的記憶損傷、注意力下降和內(nèi)部時鐘紊亂有關(guān)，有必要在臨床診斷時對患者時間感知能力進行考察。

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本研究得到山東省社科規(guī)劃研究青年項目（20DYYJ04）的資助。