認知老化的研究設計

孫立冬 張連成 鄭程浩

(天津體育學院研究生部,天津 300381)

目前，我國人口老齡化形勢十分嚴峻。隨著年齡的不斷增長，老年人的全身器官出現進行性衰退，作為腦功能的一個重要指標，認知功能也會出現衰退〔1〕。認知老化是指個體進入老年期后認知功能的衰退過程，即與年輕時相比，老年時的認知功能出現的衰退現象〔2〕。經過半個世紀的努力，認知老化研究取得了一定的進展，但也出現了一些瓶頸，其中研究設計問題可能是改進認知老化研究的一個重要突破口。研究設計在認知老化的發展中占據了極其重要的位置，推動了認知老化研究的發展。基于認知老化研究問題解決的迫切性和研究設計的重要性，本文將探討認知老化的研究設計問題，主要介紹觀察性研究和實驗性研究的設計思路及其在認知老化領域的運用，并針對各研究設計的不足提出相應的解決策略。

1 觀察性研究

觀察性研究又稱非實驗性研究，是指沒有加入研究人員的任何干預(試驗的或其他方面)措施，允許事件自然發展的研究過程〔3〕。盡管觀察性研究在循證醫學中曾被認為是 “低質量的”、“次優的”，往往被處于邊緣化地位〔4〕，但這一研究設計在心理學的歷史上發揮了巨大作用。觀察性研究主要包括隊列研究、病例對照研究和橫斷面研究，下面就每種設計進行介紹，并討論其在認知老化研究中的應用狀況。

1.1隊列研究 隊列研究亦被稱為縱向研究、隨訪研究、前瞻性研究或發病率研究，是跟蹤所研究人群一個時期，通過反復觀察，追蹤其中的變化。由于此研究多是采用于大型研究，其所追蹤的時期亦由數月到數十年，故研究多屬流行病學的范疇〔5〕。隊列研究的基本原理如圖1所示〔6〕。其依據研究對象進入列隊和終止觀察的時間不同，尤其是獲取(隨訪)資料的方式不同，可以將隊列研究分為回顧性隊列研究、前瞻性隊列研究和雙向性隊列研究，如圖2〔6〕。

圖1 隊列研究示意圖

圖2 隊列研究的分類

1.1.1隊列研究在認知老化領域中的運用 隊列研究在認知老化領域的運用較為廣泛，其中最常見的是前瞻性隊列研究，回顧性隊列研究和雙向性隊列研究較少。

Chang等〔7〕的隊列研究發現，包括老年癡呆(AD)患者在內，身體鍛煉組比不鍛煉組在加工速度、記憶和執行功能方面都有提高，且每周鍛煉≤5 h的人更不易罹患老年癡呆。Yaffe等〔8〕通過前瞻性列隊研究探討身體活動與老年女性認知能力老化之間的關系，發現高身體活動參與有益于老年女性的認知功能，會減緩其認知老化的速度。Abbott等〔9〕通過前瞻性列隊研究發現，每天步行少于0.4 km的老年人罹患AD的風險是每天步行大于3.2 km老年人的1.8倍，每天步行在0.4～1.6 km的老年人罹患AD的風險也比較大。Podewils等〔10〕的前瞻性列隊研究發現，休閑活動的體能消耗與AD患病風險呈負相關，載脂蛋白(Apo)Eε4等位基因攜帶者患AD的風險更高。Singhmanoux等〔11〕前瞻性隊列研究發現，低體力活動參與是中年人認知功能(尤其是流體智力)的危險因素。研究〔12〕對輕度認知功能障礙(MCI)患者進行隊列研究，結果發現身體活動可以降低MCI發展為AD的可能性。

列隊研究在認知老化領域一般用來探討影響認知功能下降的因素或引發老年癡呆的患病因素。

1.1.2隊列研究的不足及解決策略 缺點：(1)研究結果可能受到高數據丟失率的影響〔7，11〕，有的研究因為隊列時間相對較短，數據損失率較低〔12〕；(2)研究耗費人力、物力、財力和時間，其組織和后勤工作相當艱巨；(3)隨訪期間無關變量的控制較差，研究結果易受其他因素的影響；(4)樣本量較大，增加了數據收集和分析的難度。

針對隊列研究出現的這些問題，建議研究者做好以下工作：(1)在進行隊列研究前對可能造成人員流失的可能進行預測，先做好防范工作。(2)在隊列研究中積極了解被試的狀況，隨訪間隔時間不要太長，避免被試出現意外狀況。(3)在后期的數據處理中，不僅要使用重復測量方差分析、時間序列分析等傳統統計方法，對新的統計分析技術如多層分析模型和潛變量增長曲線模型(LGM)也要合理運用。

1.2病例對照研究 病例對照研究亦稱回顧性研究，是比較患某病者與未患某病的對照者暴露于某可能危險因素的百分比差異，分析這些因素是否與該病存在聯系，是分析流行病學方法中最基本的、最重要的研究類型之一〔13，14〕，研究設計如圖3〔6〕。病例對照研究的證據級別在循證醫學里屬于三級證據，優于無對照的病例系列和個案報告〔15〕。

圖3 病例對照研究設計示意圖

1.2.1病例對照研究在認知老化領域中的運用 由于病例對照研究多用于稀有疾病，所以在認知老化領域的應用較少，Andel等〔16〕進行了病例對照研究，探討中年時期的身體鍛煉與老年期罹患AD風險的關系。研究發現，輕度身體鍛煉如園藝、步行等規律性身體鍛煉比幾乎不鍛煉老年人罹患AD風險下降；身體鍛煉參與較多人群比身體鍛煉較少人群罹患AD的風險更低。這表明，中年時期的身體鍛煉可以降低老年人時期患AD的風險，身體鍛煉干預應該作為延緩AD發病的潛在策略。

由于病例對照研究多用于探討罕見疾病，所以在認知老化領域中應用得較少。但也正是這個特點，更有助于探究老年人的特殊疾病。

1.2.2病例對照研究的不足及解決策略 病例對照研究適用于罕見疾病的研究，具有省力、省時、省錢，容易組織實施的優點〔13〕。其不足是：(1)不適于研究人群中暴露比例很低的因素；(2)難以避免選擇性偏倚；(3)信息的真實性難以保證；(4)難以避免回憶性偏倚〔13〕。為了更好地發揮其優點，避免其不足，可以將病例對照研究和隊列研究結合，即使用病例-隊列研究。病例-隊列研究又稱病例參比式研究，兼有病例對照研究和隊列研究兩者的優點：因果關系清楚，資料可靠，論證強度高(隊列研究設計)；省事省力省錢(病例對照研究的資料處理與分析)。

1.3橫斷面研究 橫斷面研究是在某一特定時間對某一定范圍內的人群，以個人為單位收集和描述人群的特征及疾病或健康狀況，是描述流行病學中應用最為廣泛的方法。橫斷面研究的研究設計如圖4所示〔17〕。

圖4 橫斷面研究設計示意圖

1.3.1橫斷面研究在認知老化領域中的運用 由于橫斷面研究結果有較廣的推廣意義，其在認知老化研究領域的應用較為廣泛。Hillman等〔18〕的橫斷研究發現，身體活動對認知功能的促進作用具有一般性和選擇性，對老年人的益處更大。Middleton等〔19〕也進行橫斷研究，發現在青少年期加強身體鍛煉會有效降低老年人認知障礙發生的風險。Weinstein等〔20〕通過橫斷研究發現，背外側前額葉皮質(DLPFC)的特定區域與抑制功能、空間工作記憶相關，有氧健身可以有針對性地減少老年人的腦萎縮，提高相應的認知功能。Gajewski等〔21〕使用事件相關電位(ERPs)探討終身體育對老年人干擾處理的影響，發現長期的身體活動可能會使額葉皮層表現出普遍增強的活動，增強認知功能，更有效的完成Stroop干擾任務。

橫斷面研究是用來探討某年齡段認知能力狀況的影響因素或某階段身體鍛煉情況對老年認知的影響。

1.3.2橫斷面研究的不足及解決策略 綜合以上認知老化的橫斷研究，可以看出，橫斷研究的優點是持續時間短，研究效率比較高。其缺點是：(1)無法清晰了解同一個個體發展的連續性；(2)只能研究相關性，不能確定因果關系，受逆向因果關系的影響〔20，22～24〕；(3)取樣程序較為復雜，研究結果可能會受到其他變量的影響，不能完全消除其他潛在因素的影響〔25〕。橫斷面研究最大的不足是不能確定事件發生的先后順序，無法得出因果關系。這可以結合實驗性研究來解決，進行干預確定因果關系。除此之外，可以考慮采用小樣本的交叉滯后相關研究設計來進行準因果的考察〔1〕。

2 實驗性研究

實驗性研究是將一組隨機抽取的實驗對象隨機分配到兩種或多種處理組(實驗組與對照組)，實驗組人為地給予或控制某因素，而對照組不給予該因素或給予安慰劑，然后觀察比較不同處理因素的效應(或結果)〔26〕。實驗性研究是心理學研究的主導方法，主要有實驗室實驗和自然實驗兩類〔27〕。

2.1實驗室實驗 實驗室實驗是借助各種實驗儀器設備，在對實驗條件嚴加控制的情況下進行的〔27〕，一般比較精確，但是由于對實驗條件控制比較嚴格，與真實的生活或工作情境有較大的差異，因此，實驗結果的外部效度要差一些。

2.1.1實驗室實驗在認知老化領域中的運用 由于實驗條件控制嚴格，所以認知老化領域的純實驗室實驗比較少。Fortune等〔28〕進行被試內實驗設計，發現急性有氧運動可以有效改善反應時和記憶任務的表現。Chang等〔29〕用Stroop測驗和事件相關去同步化(ERD)研究急性運動和心血管適能對老年人認知功能的影響，發現急性運動可以提高認知能力，心血管適能較高的老年人可以從急性運動中獲得更大的益處。文世林等〔30〕用近紅外光譜功能成像技術(fNIRS)，研究10 min中等強度自行車運動對老年人在Flanker任務中行為表現和腦激活模式的影響，發現10 min急性有氧運動促進了老年人的行為表現，在Flanker任務過程中，急性有氧運動顯著提高了左側額極區(L-FPA)的神經激活水平，且腦區神經激活的增加與認知表現的提高同步出現。

綜上，實驗室研究雖然樣本量較小，但數據結果準確，可以對因果關系進行驗證，有助于控制認知老化的影響因素。

2.1.2實驗室實驗的不足及解決策略 陳立〔31〕曾指出：“只要用某種實驗方法，好像結果就必然是科學的，我認為現在許多心理學的研究，就不知不覺地進入這一誤區……”。實驗室實驗存在的不足主要有：(1)過分強調數據，忽視了人的內在心理活動；(2)個別群體參加實驗，樣本量比較小，結論并不能廣泛推廣；(3)實驗結論各異，結果沒有得到整合；(4)難以從根本上消除“被試效應”，無法達到自然科學中研究對象的“客體”標準；(5)主試急于求成可能出現“羅森塔爾效應”，導致實驗結果不真實，掩蓋某些潛在變量的作用。建議：(1)將質化研究與量化研究相結合，將研究與文化意識融合到一起，考慮與現實的擬合程度，思考對現實社會的貢獻程度，避免脫離社會而獨立存在。(2)盡可能在不同地區進行隨機控制實驗，使樣本更有代表性，數據更有說服力。(3)采用元分析，綜合多項實驗的結果，進而得出更為廣泛的結論。

2.2自然實驗 自然實驗又稱現場實驗，是以盡量接近現實的情形下，構建出某種適合研究條件的環境，并在這一環境下對被試施以刺激因素，測量其所產生的結果或現象，以明確其間的因果關系的研究方法。一般自然實驗的結果與真實生活或工作情境比較接近，結果具有很好的推廣性。

2.2.1自然實驗在認知老化領域中的運用 認知老化領域的實驗性研究大多是自然實驗，對被試的活動范圍沒有限制，只是對研究的變量(身體鍛煉的類型、每次持續時間、活動的強度、每周鍛煉的次數等)進行操縱，被試的生活環境沒有發生變化。

Colcombe等〔32〕探究發現，老化人群的心肺適能與腦組織相關，有氧健身訓練可以維持和加強老年人中樞神經系統的健康和認知功能。Lautenschlager等〔33〕進行為期24 w的隨機對照實驗發現，身體活動會降低記憶障礙老年人認知能力下降的風險。Erickson等〔34〕的自然實驗發現海馬回容量與空間記憶表現呈顯著正相關；心血管適能與海馬回容量存在顯著正相關；有氧健身運動組不僅提升腦源性神經營養因子(BDNF)，還增加海馬回容量。Eggenberger等〔35〕的隨機控制實驗發現多樣性的認知鍛煉比單一的身體鍛煉對執行功能的積極影響更大。

自然實驗比較適用于認知老化研究，讓老年人在不受研究者過多干涉的環境中被觀察研究，這樣的實驗結果更具說服性。在以后的研究中，應多發揮這一優勢，盡可能原生態的研究認知老化課題，幫助老年人過上更幸福的生活。

2.2.2自然實驗的不足及解決策略 自然實驗法具有真實性、自然性和靈活性的特點。但也存在相應的不足：(1)現場實驗的背景難以控制和把握，易產生情境效應；(2)樣本量較小，局限于某個地區，代表性較差。解決方法：(1)關于不易控制無關變量影響的問題，在前期的研究設計中盡可能考慮到這些因素，后期數據處理時平衡或者分析這些因素帶來的影響，確保研究結果的準確性。(2)關于樣本代表性問題，可以在不同地區選取被試，嚴格控制實驗條件，擴大推廣性。(3)對所有自然研究的成果進行元分析，以便獲得普遍性結論。

3 展 望

3.1對照-隊列研究 為了彌補隊列研究失訪偏倚的不足及病例對照研究回憶性偏倚的不足，可以將兩者結合，進行對照-隊列研究。在探討老年人罹患AD這一課題時，可以將病例對照研究與隊列研究相結合：病例對照研究作為病因研究的第一階段，篩選可疑病因，建立假設；隊列研究作為第二階段，檢驗假設。就像溫興祥等〔36〕提到的，神經系統的小樣本研究得到的結論不能解釋沒有病理刺激下正常認知能力的下降，社會科學通常用大樣本的調查數據和回歸分析可以研究認知狀況。

3.2聚合式研究 將縱向研究與橫斷研究結合在一起(聚合式研究)，在縱向研究圖式中分段進行橫斷面研究。既可以在短期內了解各年齡階段中老年人心理特點的總體狀況，又可以從縱向發展的角度認識老年人心理特征隨年齡增長而出現的變化和發展，還可以探討社會歷史因素對老年人心理發展產生的影響。

3.3觀察性研究與實驗研究相結合 以往研究只是單獨進行觀察或者實驗，并沒有兩者結合的情況。可以適當對兩者進行結合，先進行觀察性研究確定相關性或因果關系，再進行實驗控制，可以更好地消除無關變量的干擾。以確定自變量與因變量的關系，使之更具說服力。

為了解決認知老化的機制問題，可以開展實驗設計，進行基礎研究。為了解決認知老化的影響因素，比如身體鍛煉對認知老化的減緩和預防作用，可以將縱向列隊研究與實驗室研究相結合：列隊研究可以揭示隨時間變化身體鍛煉與認知老化的關系，但不能揭示因果，此時應選擇較小樣本的實驗性研究，比如控制水平最高的隨機控制實驗以及準實驗等。為了更深入了解影響老年人認知老化的各種因素，可以進行自然實驗與實驗室實驗相結合的實驗設計，前者既可以對實驗進行控制，又可以了解老年人的日常生活環境，后者在確定影響因素后可以進行驗證。