脑血流与站立双任务表现的关系受年龄组和认知负荷调节

《Scientific Reports》：The association between cerebral blood flow and standing dual task performance is dependent upon age group and cognitive load

　　本研究针对衰老过程中站立平衡与认知功能双任务执行能力下降的问题，探讨了大脑中动脉血流速度（CBF）与双任务表现的关系。研究发现，在健康年轻和老年人群中，CBF与姿势控制（如路径长度）及认知任务效率（BIS）的关联受到年龄和任务难度（IdX与2-back任务）的显著调节，揭示了年龄增长会增强双任务表现对脑血流供应的依赖性，为理解衰老相关的认知-运动整合神经生理机制提供了新见解。

　　

在日常生活中，我们常常需要一心二用，比如一边走路一边与人交谈，或者一边站着保持平衡一边思考问题。这种同时执行两项任务的能力，即“双任务（Dual Task）”表现，是执行功能（Executive Function）的重要组成部分，对于安全独立地完成日常生活活动至关重要。然而，这种能力会随着衰老而显著减退。一个被广泛接受的理论是，大脑在执行任务，尤其是双任务时，需要快速的血流动力学响应，即增加局部脑血流量（Cerebral Blood Flow, CBF），为活跃的脑区输送含氧血液，以满足其增加的代谢需求。那么，年龄相关的双任务表现下降，是否与大脑血流供应调节能力的改变有关呢？

此前的研究已经将老年人在执行认知任务时的脑血流调节与步行表现联系起来。例如，在躺姿下执行n-back任务时，大脑中动脉（Middle Cerebral Artery, MCA）的CBF增加幅度较小，不仅与更差的n-back任务表现相关，也与在单任务和双任务条件下更慢的步行速度相关。这些发现提示了脑血流动力学与老年人移动能力之间存在潜在联系。然而，这些研究并未重点关注姿势控制（Postural Control），也没有检测在站立状态下执行双任务时的脑血流，更未探讨年龄对脑血流与站立双任务表现之间关系的影响。

由Azizah J. Jor'dan等人开展并发表在《Scientific Reports》上的研究，正是为了填补这一空白。研究人员提出假设：衰老会增加复杂的姿势控制系统对任务执行过程中CBF响应的依赖性，尤其是在双任务情况下。为了验证这一假设，他们招募了相对健康的年轻人（26±3岁）和老年人（76±6岁）各一组，让他们在站立状态下完成执行功能的n-back任务（包括识别X[IdX]任务和更具挑战性的2-back任务），同时使用经颅多普勒（Transcranial Doppler, TCD）超声测量大脑中动脉的血流速度（CBF），并使用可穿戴运动传感器记录姿势摇摆参数（如椭圆面积、加速度范围和路径长度）。n-back任务的表现则通过平衡整合分数（Balanced Integration Score, BIS）来评估，该分数综合了反应时间和准确率，分数越低表示任务效率越高。

研究人员采用了几项关键技术方法。核心的脑激活与站立双任务协议包括：使用TCD设备持续监测站立受试者双侧大脑中动脉的瞬时血流速度；使用佩戴于腰部的惯性传感器（Mobility Lab系统）精确测量姿势摇摆；以及通过定制化的响应设备记录受试者在n-back任务中的行为数据。研究队列由23名年轻人和24名认知功能完整（MMSE≥27）的老年人构成。数据分析则通过2x2 ANOVA考察年龄组和任务条件对CBF、姿势摇摆和BIS的主效应和交互效应，并采用多元线性回归模型（控制性别、BMI或教育年限等协变量）重点检验年龄组与CBF的交互作用是否显著影响双任务表现指标。

The effects of task condition and age group on cerebral blood flow and dual task performance

初步分析结果显示，与年轻组相比，老年组在所有任务条件下均表现出显著更低的平均CBF速度、更大的姿势摇摆（椭圆面积和路径长度）以及更高的BIS（表明任务效率更低）。这表明，衰老普遍伴随着脑血流灌注减少、站立稳定性下降以及认知任务效率的降低。

The relationship between cerebral blood flow and dual task performance

这是本研究的核心发现。在较为简单的IdX任务条件下，年龄组与CBF之间存在显著的交互作用，影响了姿势摇摆中的路径长度。具体而言，在年轻人中，CBF与路径长度的关联呈微弱的负相关但不显著；而在老年人中，这种关联则转变为正相关。

在认知负荷更高的2-back任务条件下，情况发生了变化。对于姿势控制，CBF对路径长度产生了显著的主效应，即 across all participants（不分年龄组），更高的CBF与更长的路径长度（更差的姿势稳定性）相关。而在认知任务表现方面，出现了显著的年龄组与CBF的交互作用对BIS的影响。

研究结果清晰地表明，脑血流与双任务表现之间存在关联，但这种关联的性质受到年龄和认知任务难度的共同调节。在低认知负荷（IdX）任务下，年龄是调节CBF与姿势控制（路径长度）关系的关键因素，老年人在执行任务时即表现出对前额叶资源更高程度的募集。而在高认知负荷（2-back）任务下，所有参与者中，更高的CBF都与更差的姿势控制（更长的路径长度）相关，暗示了认知-运动干扰；但同时，仅在老年人中，更高的CBF与更好的认知任务效率（更低的BIS）相关，这可能反映了老年人在资源有限的情况下采取了任务优先策略（Task Prioritization），即优先保障认知任务表现，而牺牲了姿势控制的自动化。

这项研究的重要意义在于，它首次在站立双任务范式中直接测量了脑血流，并揭示了年龄和任务难度如何精细地调节脑血流供应与双任务表现之间的关系。这为理解衰老过程中认知-运动功能下降的神经血管机制提供了新的视角。研究结果强调，未来的干预措施（如双任务训练、神经反馈、非侵入性脑刺激等）可能需要针对性地改善大脑的神经血管反应，特别是对于老年人，以增强其在复杂环境下的平衡控制和认知功能。此外，该研究也提示，未来相关研究应考虑纳入更广泛的脑动脉（如大脑前动脉）和脑区，并探讨脑血流自动调节（Autoregulation）在直立位双任务中的作用，从而更全面地揭示大脑供血与行为表现之间的复杂联系。