基于Android的老年認知功能評價與訓練系統

摘要：本論文基于Android系統，以經典認知功能測試量表和CHC認知理論為依據，開發了一套適合老年人的認知功能評價與訓練的系統。該系統根據認知理論和臨床量表自主設計評價，還提供可擴展的訓練任務庫，根據用戶需求，自主設計認知功能訓練項目，進行康復訓練。系統通過對115名實驗對象進行實驗驗證有效性和可靠性。此外，本系統完全基于移動平臺設計，可方便地應用到家庭和社區家庭，并且能及時檢測老年人認知能力衰退，預防認知障礙的發生。

關鍵詞：老年人認知障礙；認知康復訓練；CHC理論；Android系統

2012的統計數據顯示截至2012年底，中國60歲及以上老年人口占總人口的13.7%，預計到2013年底，中國老年人口總數將超過2億，人口老齡化形勢嚴峻[1]。并且人口老齡化仍處于快速發展的階段。老年人由于行動能力下降、認知衰退，給社會和個人家庭帶來嚴重的經濟和精神負擔。

認知功能是指人腦加工、儲存和提取信息的能力，即人們對事物的構成、性能與他物的關系、發展的動力、發展方向以及基本規律的把握能力[2]。隨著年齡的增加，大腦的結構和功能會發生正常的生理衰退，從而引起認知功能的下降，某些老年疾病還會導致認知功能嚴重障礙。其中阿爾茨海默病（Alzheimer's disease， AD）是一種中樞神經系統原發性退行性變變性疾病[3]，其表現為各項認知能力減退，情感和行為障礙，獨立生活和工作能力喪失，這些情感和行為障礙同樣也是患者致殘的原因，給社會和家庭帶來沉重的負擔。

認知康復是一個對認知能力的治療過程，目的是改善人的認知能力，減輕和改善腦損傷導致的認知障礙。腦功能學、神經心理評價等學科理論是認知康復的理論基礎。目前已有一些有效的認知神經康復手段，如刺激法認知神經心理法、重新學習法、生物反饋療法等等[4]，但這些認知康復手段①要求高頻率地進行，②需要去專門的康復醫院才能完成，這對失能或半失能的老年人來說帶來極大不便。因此，有必要開發一套適于家庭和社區醫院使用的老年認知功能評價和訓練系統。

本文針對老年人的認知特點，基于Android平臺，以經典認知功能測試量表和CHC認知理論為依據，設計一套針對老年人認知功能評價與訓練的系統。這對及時發現老年人認知能力衰退，對性地進行認知障礙康復有重要的應用價值。

1 系統平臺介紹

本系統將采用Google公司的Android系統開發，以經典認知功能測試量表和CHC理論為基礎，對老年認知障礙患者進行康復訓練及評價。

Android是一種以Linux為基礎的開放源代碼操作系統，主要使用于便攜設備。本系統是基于的Android系統開發的，整個系統將在平板電腦或移動終端（如智能手機）上運行，方便攜帶，以便測試人員攜帶設備進入社區居民家中進行測試，可以為行動不便的老年人進行測試及訓練，并且訓練程序設計的難度將根據老年人的特點進行調整。操作采用觸摸操作，操作簡潔，無需專業人員指導，方便普及。

2系統設計介紹

Cattell的流體-晶體智力理論和Carrol的三層智力理論所包含的主要能力非常類似[5]，這兩個理論模式的綜合能更好地理解人類認知能力的結構，為此McGrew和Flanagan提出了一個綜合模型，稱之為Cattell-Horn-Carroll流體-晶體理論，簡稱為CHC理論[6]。系統將根據CHC層次Ⅰ的分類，將認知功能概括成：速度能力、記憶能力、注意力能力、靈活性能力、問題解決能力，見圖1。根據這個分類將設計針對這項能力的評價以及訓練程序。

圖1 認知能力分類

根據CHC理論，設計針對5項分類能力的評價訓練程序。通過Java編程，實現基于Android系統的老年人認知功能評價與訓練系統。

2.1認知功能評價系統評價部分將采用以臨床經典量表和CHC理論為基礎建立評價方程實現。系統采用的量表如下：簡易智力狀態檢查量表(MMSE)[7]等。設計了10項測試項目，因此得到系統方程為（2.1）：

M=β+S1Z1+S2Z2+M1Z3+M2Z4+A1Z5+A2Z6+F1Z7+F2Z8+P1Z9+P2Z10（2.1）

其中為常數，ZX為10項測試分數，S1、S2、M1、M2、A1、A2、F1、F2、P1、P2為系數。系統針對老年人特點，合理設計人機環節和輔助環節，人機環節，無需操作人員協助，測試者可以自行完成；輔助環節需要操作人員輔助測試者完成。

2.2 認知功能訓練針對老年人認知功能設計，基于Android系統開發，根據以上結構，系統設置了速度、記憶、注意力、靈活性、問題解決五類訓練項(就圖2)，每類能力含有3個訓練項目，總共15項訓練項目。整個系統將在平板電腦或移動終端上運行，方便攜帶，可以進入社區醫院和家庭為老年人服務。

圖2 設計訓練項目

3 實驗及結論

為了建立系統評價方程，驗證系統的有效性和可靠性，系統選取了115名實驗對象。進行系統評價方程建立、有效性、可靠性三組實驗，實驗對象不重合。

3.1 系統評價方程本系統設計了與MMSE的對照試驗。試驗安排了60名試驗對象，試驗對象年齡53~84歲，女性32名，男性28名，正常人49名，認知障礙患者11名，分別進行MMSE試驗和系統實驗，統計得到MMSE與10項能力的效率分數進行多元線性回歸得到評價方程：

I=58.41+5[(-0.459)Z1+(-1.224)Z2+(0.42)Z3+(0.135)Z4+(0.226)Z5+(-5.071)Z6+(1.875)Z7+(1.564)Z8+(2.611)Z9+(-0.562)Z10]（3.1）

為了使系統分數能夠更有效區別認知能力差異，修改系數和斜率，能夠更加細致而全面的評價認知能力，得到系統評價公式（3.1），因此進行有效性、可靠性驗證。

3.2 有效性為了驗證系統有效性，實驗安排了50名試驗對象，實驗對象年齡53~84歲，女性28名，男性22名，正常人35名，認知障礙患者15名。將實驗對象分成兩組：A正常人組，B認知出現障礙組，并統計分析實驗數據，見表1。

根據系統設計，正常人和認知障礙患者的區分分數為60，低于60的為認知障礙患者，高于60分的為正常人，根據表計算得到系統靈敏度為93.3%，特異性為97.1%，系統有效性較好。

3.3 可靠性為了驗證系統可靠性性，實驗安排了5名實驗對象，實驗對象年齡63~81歲，女性2名，男性3名，實驗對象均為正常人。對每個實驗對象進行三次實驗，在第一次進行測試之后1h進行第二次實驗，再過5d進行第三次實驗。見表2。

從表2中得5名測試者三次實驗結果差別較小，標準差小于1.32，最大差異為3%，說明本系統在時間軸上具有良好的可靠性。

本系統可以進一步的修改訓練項目，收集訓練數據，進過數據分析和程序參數調整以及實驗驗證可以用設計的評價項目代替臨床經典量表對患者做出評價。

參考文獻：

[1] 李書寧，張彩玲. 我國人口老齡化問題研究[J]，遼寧經濟職業技術學院學報，2012，4:11-13.

[2] John B. C. Human cognitive abilities: A survey of factor-analytic studies [J].Cambridge: Cambridge University Press (1992). Personality and Individual Differences， 1994， 16(1):199.

[3] Berthold N. C.， Cotman C.W. Evolution in the conceptualization of dementia and Alzheimer's disease[J].Greco-Roman period to the 1960s. Neurobiology of Aging， 1998， 19(3):173-189.

[4] 何成奇，黃禮群. 認知障礙的康復治療[J]， 實用醫院臨床雜志，2007，4(4):21-24.

[5] Naglieri J. A.， Das J.P.， Stevens J.J.， at el. Confirmatory factor analysis of planning， attention， simultaneous， and successive cognitive processing tasks[J]. Journal of School Psychology， 1991， 29(1):1-17.

[6] McGrew K. S.， Flanagan D. P.， Harrison P. L. The Cattell-Horn-Carroll Theory of Cognitive Abilities: Past， Present， and Future[J].Guilford Press， 2005， 13(2):667.

[7] Marshal F. F.， Susan E. F.， Mchugh P. R. \"Mini-mental state\"a practical method for grading the cognitivestate of patients for the clinician[J].J. psychiat Res， 1975， 12，189-198.

編輯/王海靜