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作者:海军军军医大学第一附属医院(上海长海医院)、国家卫生健康委员会高级认知中心神经内科 周书,青岛大学 崔俊涛
中国的认知障碍现状及构成
2020年宣武医院贾建平教授领衔开展的一项关于中国认知障碍的流行病学研究发现,我国60岁以上人群认知障碍患者人数已达5300余万人,痴呆患者人数已达1500余万人,轻度认知障碍患者人数已达3700余万人。认知障碍疾病花费很高,阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)人均花费可能要达到12万元,社会经济负担总额超过了一万亿元。
既往很多老年痴呆患者对认知障碍的认识率比较低,70%老年痴呆患者从未因认知相关问题就诊。随着《健康中国行动(2019-2030年)》、《探索老年痴呆防治特色服务工作方案》的颁布,认知障碍的社会关注度在逐渐提高,社会和个人对认知障碍的关注度也逐渐提高。
认知障碍不等于痴呆,在5300多万的认知障碍的患者里,痴呆只占了28%,痴呆是指大于等于2个认知域受损,严重影响个体的日常或社会能力。在痴呆的病人群体中最常见的是AD,其次是血管性痴呆。
而更多的认知障碍患者,是轻度认知障碍(Mild cognitive impairment, MCl), 是介于认知正常和痴呆的中间阶段。他们的日常生活功能并没有受到明显的影响,按照受损的认知区域可以分为遗忘型的MCI和非遗忘型的MCI。
以AD疾病进程为例,从出现AD的病理改变到最终的临床症状中间有一个很长的进程。在发生症状也就是我们常说的痴呆之前,有15到20年就开始出现病理生理的变化。在MCI患者里面的大概有15%的会转化为AD,诊断为痴呆以后还有大概平均八到十年的生存期。所以认知障碍的早期干预、全程管理,尤其是一些居家照护是非常重要的。
在记忆门诊当中,经常会碰到病人问,除了吃药,我们生活上还有什么办法可以来预防痴呆?我们可以锻炼身体,怎么做可以做到锻炼大脑?国外媒体宣称有的游戏是可以预防老年痴呆的,那玩游戏防痴呆到底靠谱吗?
游戏与认知功能
我们这次讲到的“游戏”,主要涉及医学上说的认知训练,以及我们传统意义上的“电脑游戏”,也就是视频游戏。在国内,认知康复师比较紧缺,所以传统的认知训练临床开展的也不是特别多。
随着数字化设备和技术的进步,出现了计算机化的认知训练,这些认知训练根据不同的认知域设定不同的任务来进行锻炼。还有大家比较关心是视频游戏,视频游戏涵盖了各种各样的体验,从节奏相对缓慢的依靠策略游戏,比如棋战类、实时战略类,然后到比较注重于反应和手速的游戏,比如射击类、动作类。
认知功能是大脑反映客观事物的特征、状态及其相互联系,并揭示事物对人的意义与作用的判断能力,是一种高级心理功能。
首先,是执行功能,包含:第一,认知灵活性,它是在多个任务之间多维度切换。在临床上主要是用连线测试,比如告诉患者要求他按照由小到大一个方框一个圆圈的顺序把连线连完,任务要求在数字顺序和形状之间进行转换。
第二,工作记忆,是在回忆适当的信息之前同时在脑海中保持和操控具有信息的能力。例如数字广度倒序,我们先给病人念一串数字,比如87014,然后要求患者把它倒着说出来。
第三,抑制功能,是指抑制自动的反应或者无关刺激的能力,它包括抑制想法,比如我们测试的时候,我们让患者在一个模块读字的颜色,另一个模块是读字,最后一个模块让他读字的颜色,而不是这个字,人的冲动是会直接读字而不是颜色,所以就需要抑制这种冲动来完成任务。
注意力可以分为持续性注意力、分解性注意力和选择性注意力。举个例子,在一个良好的路况下司机一边开车一边和乘客交谈,他一边开车他就需要长时间的保持持续的警觉状态,这就叫持续性注意;他要跟其他的乘客交谈,就要保持对其他乘客其他任务保持注意的状态,就应用到分解性注意;当他需要超车的时候,需要进行更复杂的操作,就要把注意力转移到驾驶的操作上,这个就叫选择性注意。
注意力在年龄相关的变化当中,也是有偏向的,比如老年人的持续性注意会比年轻人好,而年轻人的分解性注意会比老年人好。近年来越来越受到关注的认知控制能力,也叫注意控制能力,它是指在专注于手头处理的任务时,忽略分心刺激或者噪音的来源,然后不断监控新信息源,同时涉及执行功能和注意力,在完成复杂任务和学习中起到重要的作用。
第三个认知功能是学习和记忆。记忆,包括内隐的和外显的记忆,外显的记忆主要是关于语义的记忆和情景的记忆,它主要激活我们的内侧颞叶。内隐的记忆主要是技术性的、生理反射性的,还有情绪以及肢体活动运动功能的记忆,它主要涉及的脑区包括由尾状核、杏仁核、小脑等。内隐和外显所涉及的脑区,在经典理论上来说也是完全不同的。
还有视空间功能,它主要是指对视觉的刺激对象来进行识别,并且进行空间的定位。主要包括视空间的感知和结构能力,其损害主要表现为对刺激对象的空间定位的困难,不能将刺激对象整合成一个连续的空间框架或者难以执行空间概念的心理的操作。基础研究中发现不同的视空间的通路涉及了不同的脑结构和不同的细胞群,视空间定位的工作也获得了诺贝尔生物医学奖。
认知训练的临床实证
近年来一些荟萃分析提供了认知训练在不同人群中对认知改善的临床证据。尽管有一些证据等级不够,但总体来说,发现计算机化的认知训练对健康老年人和MCI患者的总体认知功能有较为肯定的疗效,而对痴呆患者的研究证据不足。
在特定认知域方面,工作记忆、言语学习、记忆力、注意力、执行功能信息处理得到明显的改善,同时这些患者的心理社会功能以及日常生活功能也有小到中度的改善。
但学界也对认知训练的效果提出了一些质疑。毫无疑问,对一项任务的重复练习可以提高同一个任务的表现。但是这些认知训练的疗效是否会有迁移的效应,也就是说训练这个任务是否可以实现对其他的任务能力的提高?总体认知功能能不能够得到改善?现实世界的日常功能是否能够得到改善?另外,训练效果是否能够持续?
2020年的一项荟萃分析探讨了关于计算机化的认知训练的迁移效应,评估的结局指标除了认知功能,还包括了近迁移的认知能力和现实的日常生活功能和主观的情绪认知体验等远迁移指标。
在1296例健康老年人和121例MCI患者荟萃分析中,发现训练对两组总体认知和近迁移认知能力出现小而显著的改善作用。而远迁移方面,客观远迁移的改善不显著,但是主观远迁移的指标改善明显。
这个结论非常值得深思,因为我们通常很多情况下都是去强调客观的指标,而忽略患者的主观的体验,实际上关于老龄化的负面的信念(例如,功能较差、自我刻板印象)与认知功能、身体健康、健康相关行为等方面的较差结果相关。因此,改善关于情绪和认知能力的自我评价可能会对生活和以后的日常功能产生非常积极的效果。
另一项荟萃分析还对计算机化认知训练的长期疗效进行了评价,主要是针对执行核心执行功能的训练。结果发现,近迁移的即时效果是小而显著的,在近迁移的长期效果同样也是小而显著的,远迁移也发现了类似的情况。因此,认知训练的迁移效果再一次得到了验证,同时,它的长期效果也得到了验证,提示随着时间的推移,认知训练所改善的认知性能可以相对地保持一段时间。
视频游戏对痴呆或者MCI的改善效果如何,2021的一项荟萃分析尝试去回答了这个问题。结果发现符合纳入标准的研究只有7项,而且,研究的设计存在或多或少的缺陷,所以总体来说视频游戏改善痴呆的证据质量欠佳,没有能够得到相对可靠的结果。
但是,相应的指标分析发现在总体认知功能方面视频游戏是小而显著的改善,而分项的认知功能方面疗效并不确切。
认知训练的神经机制
神经可塑性是认知训练最基本的机制假说,它是指大脑对外界环境进行适应,并且发生改变,它主要包括结构可塑性和功能可塑性。而视频游戏可能可以提供类似丰富环境的刺激,丰富环境被认为可以通过可塑性来增加认知储备。
有一项研究就观察了视频游戏和年轻人大脑的可塑性。首先做了横断面研究,他们对习惯玩动作视频游戏(主要是第一/第三人称的射击游戏)玩家和非游戏玩家进行对比。
发现玩动作游戏的年轻人在进行4/8臂迷宫任务时,以反应策略为主的人占很大的比例,而非玩家则有一半会采用空间策略。进一步结构影像学的分析发现,射击游戏玩家的左侧的海马灰质体积下降,提示海马的体积跟游戏的策略可能密切相关。
纵向研究中,他们对非视频游戏玩家进行90个小时的动作射击游戏和动作视频游戏训练。结果发现,空间学习者的海马的体积明显增加,而反应的学习者的海马的体积下降。而且对空间标志的依赖性就越多,海马灰质体积上升越大。
此外,非视频游戏玩家用RPG游戏(主要是依赖游戏内的导航,而不是通过内在的认知地图来进行导航)进行训练,结果发现RPG游戏者双侧的海马体积都是下降的,反应学习者的下降更加明显。
进一步提示,如果你在玩游戏的时候主要是通过空间的方式来学习的话,你的海马的体积有可能会上升,而你只是通过反应就是来进行操作的话,海马体积就可能下降。
另有一项关于老年人可塑性的研究,登上了2013年Nature的封面,时隔八年在2021年在Neurobiology of Aging又发表了经过六年的随访结果。
这个研究主要是驾驶游戏,包括三种驾驶情况,第一种,保持车辆在蜿蜒的道路中心驾驶,第二种,当出现绿色的圆圈的时候需要尽快地反应,第三个,不仅对这个信号标志进行反应,同时要保持车子在平稳的在这个路面上行驶。
研究设置了三个组,第一组是对照组,第二组是单任务组,第三组是同时要开车还要兼顾信号灯的多任务组。训练完成后一个月进行评估,6个月以后进行评估,6年以后再次进行评估。
在对老年人进行训练之前,研究者们先评估了20岁到70岁不同的年龄段的被试在这个多任务游戏中的表现,发现游戏表现随着年龄的增加逐步下降。之后,他们对健康的老年人进行多任务训练1个月,发现多任务组训练的效果最好,单任务组次之,而对照组的改善不明显。而且6个月以后多任务训练的训练效果一直保持,甚至维持到6年以后,而单任务组回到了跟对照组一样的水平。
有趣的是,刚刚训练完和训练6个月的时候,多任务训练的老人们的任务表现好于20岁的年轻人。近迁移的效应方面,发现多任务训练组的老人的认知控制能力、工作记忆以及持续注意都明显的优于另外两个组。多任务表现越好者,在认知控制能力上也表现更加好。不过这个近迁移效应主要是体现在训练的1个月之后,在6年后的随访中没有体现。
除了行为学的分析以外,脑电活动的分析发现多任务组的老年人中央额区的θ活动明显上升,而且跟他们的驾驶的表现和持续注意的表现正相关。6年以后中央额区的θ活动仍然明显高于另外两个组,而且和多任务的表现呈正相关。同时,多任务训练的老年人长程θ相干活动也相对于另外两个组更强,甚至跟年轻人相仿,也同驾驶任务的表现相关。因此,从神经电生理的角度上也印证了多任务训练对老年人大脑可塑性的有利作用。
2021年Nature上又发表了一篇基础研究进一步证实了认知训练对增强学习的作用。这个研究的认知控制训练当中,要求小鼠去记住并回避空间相关的电击位置,而忽略不相关的干扰(即圆盘的旋转)。
研究者们提出的问题是,初始训练(Ti)后再给小鼠一个新的类似的学习环境进行训练(Ts),初始的训练是否能够帮助小鼠更快地进行学习。结果发现,在认知控制训练组的小鼠跟另外两个对照组相比进入电击区域的时间是明显延长的,提示他们出现了有效的位置回避,证实了经过了认知控制训练的小鼠在同一种训练中的训练效果是更好。而且,Ti训练效果越好的小鼠,在Ts训练的早期表现越好,而这种相关在没有认知控制训练的小鼠当中不存在。
那么,在不同的训练种类测试里面,之前的训练认知控制训练的效果是否还存在?研究者们把小鼠放到另外学习空间里(T臂迷宫),同样,发现认知训练控制小鼠的表现是更加优异的。
研究者们利用在体电生理的记录方法,在小鼠的海马脑区里埋置电极进行场电位的记录,发现在认知训练以后,上齿状回的区域刺激诱发突触后电位发生显著变化,输入曲线的斜率明显下降,证实了内嗅皮层到齿状回的环路功能发生改变。
并且,通过光遗传的技术利用转基因的小鼠来研究抑制性神经元活动,结果发现认知控制训练通过抑制抑制性神经元的活动,从而增强了对输入信息的反应,增强了信息整体的信噪比,最终达到提高小鼠学习能力的结果。
综合临床证据和机制的研究,我们认为玩“游戏”获益最大的人群是健康老年人和MCI患者,其中计算机化的认知训练证据较充分,而视频游戏主要是基于现有的一些机制研究的支持。适当地玩游戏对大脑的可塑性可能会有一些有利变化,但也不尽然,主要跟玩游戏的策略和方式有一定的关系。
游戏要怎么玩
首先,我们需要选择比较好的游戏种类,目的是刺激更多的认知域,比如开放世界的游戏、动作扮演、实时战略类的游戏,可能会激活我们的工作记忆、视空间记忆能力、认知控制能力等,而像射击类、社交模拟类甚至拼图感官类游戏,对认知与刺激相对单一,对认知的改善可能就会相对少一些。
策略方面,通过空间探索的策略会更加优于反应技术的策略,它主要锻炼是我们海马的功能。对认知改善较好的游戏通常有以下特征,一是需要在时间压力下面做决策,二是分解性注意的负荷要有足够的强度,三是需要处理不同任务之间的切换。
最后,游戏的难度也要选择适当,在认知负荷超过大脑能够适应的范围的话,就可能会出现脑激活程度的下降以及脑连接的功能连接的变化,在主观体验上,可能就会习得性的无助,锻炼认知的效果可能也不是很好。另外,如果个体更加能融入这个游戏、投入度高,对认知的改善效果会更好。
最后,游戏虽好,可不要贪玩,建议动静结合。最新的综述提示体力锻炼和认知训练结合可以更好地改善老年人的认知障碍,我国的传统强身健体活动太极拳也可以增进认知训练的效果,改善轻度认知障碍的认知下降。
不能沉迷于游戏,打游戏的时间需要限制。如果每天玩游戏的时间超过3小时,除了游戏,对别的事情没兴趣,爱发脾气、焦躁等情绪变化都提示可能出现的了游戏成瘾,可能会出现负面的神经可塑性变化,这就是另一个重要议题了。
如今网络成瘾已呈现低龄化和高龄化两极升高的趋势,沉迷短视频和小游戏的老年人也越来越多,需要引起重视和警戒。
来源:中国神经科学学会
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