雙任務步行對缺血性卒中患者認知－運動干擾的影響研究

趙依雙，周亞楠，公維軍，張玉梅

卒中后會表現(xiàn)出步行能力降低，影響患者的日常生活活動能力和社會生活能力[1]。研究表明，認知因素在卒中后步行運動中發(fā)揮重要作用[2]。日常生活中，卒中患者需要在步行的同時執(zhí)行另一項認知任務，這被認為是雙重任務（dual-task，DT）。在雙任務步行（dual-task walking，DTW）時，通常會表現(xiàn)出任務性能的變化，被稱為認知-運動干擾（cognitivemotor interference，CMI）[3]。DTW時，執(zhí)行不同認知任務涉及的機制不同，干擾的程度也不同[4]。Plummer等[2]根據(jù)任務性能的變化，提出了9種CMI模式。目前，越來越多的研究關注CMI在行走過程中的機制，以滿足對卒中患者更符合“日常生活”的功能評估和康復需求[5]。目前對DTW的研究中，并未明確認知任務性能的變化以及缺乏健康對照組的比較，且對急性缺血性卒中患者CMI研究較少[6-7]。本研究旨在討論不同認知任務對急性缺血性卒中患者和健康人在DTW時步態(tài)的影響，以及CMI模式的探索。

1 對象與方法

1.1 研究對象 前瞻性連續(xù)入組2020年6-11月于首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院腦血管病區(qū)住院的急性缺血性卒中患者。選取與卒中組性別、年齡、受教育程度相匹配的健康人16例為對照組。本研究已通過北京天壇醫(yī)院倫理委員會的批準（批準文號：KY2020-069-01），所有受試者均簽署知情同意書。

卒中組納入標準：①年齡≥18周歲；②首次缺血性卒中，符合《中國急性缺血性腦卒中診治指南2014》診斷標準[8]，并經(jīng)頭顱CT或MRI證實，且病情穩(wěn)定；③卒中病程1個月內；④未使用助行器輔助能獨立行走1 min以上；⑤Holden步行功能分級≥3級；⑥Berg平衡量表≥40分；⑦改良Ashworth分級≤2級；⑧意識清楚，能溝通配合，可以獨立完成本研究的測試任務。對照組納入標準：無神經(jīng)系統(tǒng)缺損及肌肉骨骼系統(tǒng)損傷的癥狀和體征。

兩組排除標準：①有明顯認知障礙，MoCA≤22分[9]；②存在影響自然步態(tài)的運動系統(tǒng)和其他外科疾病；③合并嚴重的心、肺等全身性疾病；④有嚴重失語或構音障礙，不能完成本研究的測試任務；⑤合并嚴重的視、聽覺障礙；⑥有嚴重的情感行為異常及精神異常。

1.2 步行任務 采用Codamotion三維動作捕捉系統(tǒng)，以主動紅外捕捉的方式，采集受試者在單任務步行（single-task walking，STW）和DTW中步速、步頻、跨步長和跨步時間等步態(tài)參數(shù)。為了記錄穩(wěn)定步行模式，囑受試者在進入紅外捕捉范圍前約1 m距離開始行走。

1.3 認知任務 受試者需完成2種不同類型的認知任務[10-11]：①工作記憶任務：選擇連續(xù)減法任務（serial subtraction，SS），在390～399之間隨機選取一個數(shù)字，要求受試者用其連續(xù)減7，并大聲說出結果，記錄1 min內正確回答的次數(shù)。②言語流暢任務：使用單詞生成任務（word list generation，WLG）來評估語義記憶功能，該測試要求受試者對語義存儲進行有效和系統(tǒng)地搜索和檢索。在這項任務中，要求受試者在1 min內盡可能多地說出動物名字，記錄不重復動物名字的數(shù)量。

1.4 實驗流程 首先受試者在坐位下隨機執(zhí)行兩項認知單任務（single-task，ST），每項認知任務進行1 min，向患者說明執(zhí)行上述兩項認知任務的具體要求。然后在步態(tài)實驗室以其習慣的步速完成1 min的STW。然后完成連續(xù)減法時雙重任務步行（SS-DTW）和單詞生成時雙重任務步行（WLG-DTW），其認知任務執(zhí)行順序與坐位時相同，每項試驗進行1 min，每組測試間隔2 min。為了減少認知任務的練習效應，每項任務只進行1次，并且認知ST和DTW之間間隔30 min以上。

受試者沒有得到任何關于行走或認知任務優(yōu)先順序的指示。為了避免研究者的信息偏倚，所有受試者的數(shù)據(jù)均由沒有參與數(shù)據(jù)分析的研究員收集。

步速雙重任務成本（dual-task cost，DTC）和認知DTC計算公式如下：DTC=|（DT-ST）/ST|×100%[12]。較高的DTC表示完成單個任務的性能較差，而較低的DTC表示完成單個任務的性能更好。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計學分析。符合正態(tài)分布的計量資料以表檢驗；計數(shù)資料采用校正的χ2檢驗進行組間比較。分析不同任務下對步態(tài)參數(shù)的影響，非正態(tài)分布資料采用Friedman檢驗，兩兩比較采用Bonferroni法。檢驗標準為α=0.05，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。示，不符合正態(tài)分布的用M（P25～P75）表示，計數(shù)資料用率（%）表示。正態(tài)分布的計量資料組間比較采用獨立樣本t檢驗；任務間比較采用配對t檢驗；非正態(tài)分布的計量資料采用秩和

表1 卒中組和對照組基線資料

2 結果

2.1 基線資料 本研究納入卒中組24例，對照組16例。卒中組發(fā)病時間為14（7～17）d，其中左側偏癱13例（54.2%），基線NIHSS評分2（1～5）分、Berg平衡量表50.75±3.01分、Fugl-Meyer下肢運動功能評定量表32（28.25～33.00）分。卒中組與對照組一般臨床資料，包括年齡、性別、身高、體重、既往病史和MoCA評分差異均無統(tǒng)計學意義（表1）。

2.2 不同任務步行時步態(tài)參數(shù)變化 STW時，卒中組較對照組步速降低、步頻減慢、跨步長變短和跨步時間延長，差異有統(tǒng)計學意義（表2）。

SS-DTW及WLG-DTW時，卒中組較對照組的步速降低、步頻減慢、跨步長變短和跨步時間延長，差異均有統(tǒng)計學意義（表2）。

卒中組不同任務時運動參數(shù)的變化有整體差異（步速、步頻及跨步時間：均P＜0.001，跨步長：P=0.015），兩兩比較結果顯示，WLGDTW較STW時步速降低（P=0.028）、步頻變慢（P=0.004）、跨步時間延長（P=0.007），但跨步長差異無統(tǒng)計學意義（P=0.389）；SS-DTW較STW時步速（P＜0.001）、步頻（P=0.001）、跨步長（P=0.015）和跨步時間（P=0.001）均有統(tǒng)計學意義；但SS-DTW和WLG-DTW時步行的各項步態(tài)參數(shù)差異均無統(tǒng)計學意義（表2）。對照組不同任務時運動參數(shù)的變化有整體差異（步速、步頻及跨步時間：均P＜0.001，跨步長：P=0.004），兩兩比較顯示，WLG-DTW較STW時步速降低（P=0.004）、步頻變慢（P=0.004）、跨步長更短（P=0.014）、跨步時間延長（P=0.002）；SSDTW較STW時步速降低（P=0.001）、步頻變慢（P=0.001）、跨步長更短（P=0.018）、跨步時間延長（P＜0.001）；但SS-DTW和WLGDTW時步行的各項步態(tài)參數(shù)差異均無統(tǒng)計學意義（表2）。

2.3 不同任務時認知表現(xiàn) 與認知ST相比，卒中組在兩種DTW中，認知任務正確回答次數(shù)均減少，差異有統(tǒng)計學意義。對照組在SS-DTW中，正確回答較ST次數(shù)減少，差異有統(tǒng)計學意義；但在WLG-DTW中，正確回答次數(shù)雖有減少趨勢，但差異無統(tǒng)計學意義（表3）。

2.4 兩組雙重任務成本比較 在SS-DTW與WLG-DTW的條件下，卒中組和對照組的步速DTC和認知DTC任務間和組間比較，均無統(tǒng)計學意義。但在兩種DTW中，可以觀察到卒中組DTC比對照組的DTC呈更高的趨勢（表4）。

表2 卒中組和對照組步態(tài)參數(shù)比較

表3 單雙任務中兩組的認知表現(xiàn)

3 討論

本研究比較工作記憶任務和語義記憶任務對DTW時步態(tài)的影響，并探討在不同認知任務下DTW時CMI模式的差異。結果發(fā)現(xiàn)，與STW相比，在WLG-DTW和SS-DTW時，卒中組和對照組的步速均降低，與既往研究結果一致[13]。DTW時對步速的調節(jié)通常是通過延長跨步時間、縮短跨步長和加快步頻來實現(xiàn)[14]。最近的腦成像研究表明，步速依賴于前額葉皮層的激活（prefrontal cortex activation，PFC），PFC也參與步行任務的準備過程[15-16]。PFC在執(zhí)行功能中起核心作用，可在DT期間有效地分配注意力[17]。中心容量共享理論認為注意力資源的容量是有限的，認知任務與步行同時執(zhí)行時，對注意力資源產(chǎn)生競爭性需求，注意力資源被分配到兩項任務，就會導致至少一項任務性能下降[18]。因此，DTW時步速減慢表明，步速控制區(qū)域與執(zhí)行功能網(wǎng)絡相互關聯(lián)，當并發(fā)任務競爭這些共享神經(jīng)網(wǎng)絡時，就會出現(xiàn)CMI[19]。與Patel等[14]的研究結果一致，本研究中兩種DTW時步態(tài)參數(shù)的比較，兩組均無統(tǒng)計學意義。同時，運動DTC和認知DTC組間和任務間的比較也無統(tǒng)計學意義，這說明兩項認知任務注意資源的利用量可能是相似的，也說明WLG和SS對步行干擾程度相似。

表4 不同雙重任務下DTC任務間與組間比較

本研究中卒中組步態(tài)表現(xiàn)明顯低于對照組，由于卒中組步行能力比對照組差，需要額外的注意力資源來處理具有挑戰(zhàn)性的DTW[20]。而且缺血性卒中患者腦損傷后執(zhí)行功能下降，執(zhí)行DTW時在步行和認知任務間，分配注意力的能力較差，整體可用注意力資源較少，導致卒中組在步速降低的情況下仍不能很好地執(zhí)行認知任務[14，17]。

本研究表明，卒中組在兩種DTW中均表現(xiàn)為相互干擾模式。與本研究結果相反的是，一項美國的研究選擇發(fā)病10個月以上的卒中患者進行SS-DTW時，其CMI為無干擾模式[5]。由于本研究所選的是急性期卒中患者，所以這種差異可能與所選卒中組人群個體特征不同有關。有研究表明，CMI會隨恢復時間推移而降低，慢性卒中患者已經(jīng)獲得較好的步態(tài)自動性能力，進而對CMI的敏感性較低[16]。Plummer等[2]認為卒中后步態(tài)自動性的再獲得可能存在一個連續(xù)的CMI模式，從相互干擾到認知相關運動干擾，再到無干擾，這可以解釋本研究的結果。

對照組在SS-DTW時CMI為相互干擾模式，而在WLG-DTW時CMI為認知相關運動干擾模式。這種差異與不同認知任務類型有關。執(zhí)行SS時激活雙側下頂葉神經(jīng)網(wǎng)絡的活動，確保記憶信息被保存到再檢索；而執(zhí)行WLG是在長期記憶空間中進行單詞搜索，只激活左下額葉皮質和輔助運動區(qū)的神經(jīng)網(wǎng)絡，因此SS比WLG需要更多的注意力資源[21-22]。WLG的相對優(yōu)先化可以用任務優(yōu)先化的綜合模型來解釋，一個人無意識的任務優(yōu)先化策略，部分取決于使相對更吸引人的任務優(yōu)先化，WLG比步行更吸引人，因此，言語任務被優(yōu)先化，而步態(tài)性能下降，出現(xiàn)認知相關運動干擾模式[23]。

綜上所述，執(zhí)行額外的認知任務會導致卒中患者和健康人步態(tài)表現(xiàn)下降，卒中患者在DTW時更易出現(xiàn)步態(tài)障礙。考慮到認知對步行的干擾作用，DTW更能反映日常生活活動能力及跌倒風險。本研究中，工作記憶任務和語義記憶任務對步態(tài)干擾程度是相似的。卒中發(fā)病時間和認知任務類型都會影響CMI模式。雖然傳統(tǒng)的步行康復訓練能改善患者的步行能力，但沒有考慮認知對步行的干擾。因此，關于CMI模式的探索將為選擇合適的DT訓練提供理論依據(jù)，并為評估DT訓練效果提供一種有效的方法。

本研究的不足之處：①研究樣本數(shù)較少；②所選的認知任務類型不能全面揭示DTW對步態(tài)干擾和注意力分配。未來應考慮社區(qū)生活的復雜性以及影響CMI的多種因素，選擇更適合卒中患者的DT評估范式和DT訓練，以減少CMI，提高患者在任務干擾下的步行能力。

【點睛】本研究探討了急性缺血性卒中患者在進行連續(xù)減法或單詞生成雙任務步行時，步速、步頻、跨步長和跨步時間等步態(tài)參數(shù)的變化，認知任務完成的變化以及雙重任務成本的情況。