早中期帕金森患者的杂乱生物运动感知障碍

刘婷婷操瑞花胡盼盼田仰华陈先文汪凯

·论 著·

早中期帕金森患者的杂乱生物运动感知障碍

刘婷婷*操瑞花*胡盼盼*田仰华*陈先文*汪凯*

目的探讨帕金森病（Parkinson disease,PD）患者的杂乱生物运动感知能力。方法30例原发性PD患者以及与其人口学资料相匹配的正常对照组作为研究对象，采用生物运动的时距辨别任务（a duration dis⁃crimination task）进行杂乱生物运动感知能力测试。采用Hoehn-Yabr(H-Y)分级量表对PD患者的严重程度进行评定。结果与检验值“0”相比，正常对照组的主观相等点（the point of subjective equality,PSE）（-0.15±0.18）为负值，差异有统计学意义（t=4.56,P＜0.001）。PD患者的PSE（0.04±0.21）与正常对照组的PSE相比，负值消失，差异有统计学意义（t=3.72,P＜0.001）。PD 患者组按病情严重程度分为2亚组，PD早期组（H-Y 1～2级）的PSE（0.02±0.26）和PD中期组（H-Y 2.5～3级）的PSE（0.06±0.12）与正常对照组相比，差异均有统计学意义（PD早期组：P＜0.01；PD中期组：P＜0.01）。PD早期组和PD中期组的PSE之间无明显差异(P=0.61)。结论PD患者在病程的早期即出现杂乱生物运动感知能力障碍，这种感知障碍可能与前额叶功能异常有关。

帕金森病认知生物运动前额叶

帕金森病（Parkinson disease，PD）是神经内科第二种常见的神经系统变性疾病，临床诊断PD依赖于特征性的运动症状，包括静止性震颤、运动迟缓、肌强直和姿势步态异常[1]，帕金森病患者存在上述运动障碍，限制了其与人交流及参加社会活动。有研究表明，早期PD患者就存在社会交往以及高级认知功能障碍[2]，且PD患者的认知障碍被认为主要与其前额叶与纹状体神经环路的多巴胺损耗有关[3]。生物运动知觉是指视觉系统能够毫不费力地并且高速地感知复杂的人类运动的令人叹服的能力。其架起了个体远距离交流和沟通的桥梁，对于模仿学习各种复杂的运动行为也至关重要[4]。近来的一项研究发现生物运动信息即使在整体形状被打乱的情况下仍具有时距延长效应，也就是说在物理呈现时间相等的情况下，被试感知到的杂乱的正立的包含有生物运动信息的运动序列的呈现时间要长于杂乱的倒立的不含有生物运动信息的运动序列[5]。既往研究显示，帕金森病患者的完整生物运动感知能力受损[6]，而杂乱生物运动感知能力是否受损未知。本研究采用生物运动的时距辨别任务，对PD患者进行测试，以了解其是否存在杂乱生物运动感知能力障碍。

1 资料与方法

1.1 研究对象

1.1.1 PD组 2013年11月至2014年5月在安徽医科大学第一附属医院就诊的原发性PD患者30例，其中男20例，女10例。发病年龄39～79岁，平均（62.93±7.47）岁，病程1～14年，平均为（4.07± 2.73）年，平均教育年限（7.43±3.85）年，均为右利手；H-Y分级1.5级的7例，2级的11例，2.5级的8例，3级的4例。其中，1～2级为早期，2.5～3级为中期。入组患者均无明显开关现象。PD患者均为初诊未服药或者来诊的前1 d晚上开始未服药。纳入标准：①PD的诊断符合英国帕金森病协会制定的原发性PD诊断标准；②简易智能量表（mini－mental state examination，MMSE）评分≥24分，具有正常的视、听力和语言理解表达能力；③采用H-Y分级量表对PD患者进行病情严重程度评定，评定内容包括单侧或双侧肢体受累情况、有无平衡障碍、行走、站立及生活自理能力等，共分为5级；④汉密尔顿抑郁量表排除抑郁状态；⑤患者配合程度良好，一般选取早中期PD患者，且没有明显的开关现象。

排除标准：①严重系统性或代谢性疾病；②精神或神经病病史，如脑梗死、偏头痛、精神分裂症等；③头部创伤、酗酒或药物滥用史。

1.1.2 正常对照组 性别、年龄、利手、教育年限与患者组相匹配的患者家属或其他健康自愿者30名。入选者参与试验前均被告知本次试验的目的及意义等，并取得了所有被试者及家属的知情同意，符合伦理学标准，获安徽医科大学伦理委员会批准。

1.2 研究方法

1.2.1 神经心理学背景测试包括MMSE、Hamilton抑郁量表(HAMD)、词汇流畅性(verbal fluency test, VFT)和数字广度；VFT包括1 min说出蔬菜的名称数，数字广度包括正序数字广度和倒序数字广度。

1.2.2 生物运动的时距辨别任务[5]试验采用一台14英寸Dell笔记本电脑呈现刺激（刷新频率为60 Hz）、使用Matlab软件编制试验程序。被试者距离屏幕60 cm。试验序列：①正立的杂乱生物运动序列[7]即生物运动刺激，由Troje和Westhoff通过将完整生物运动序列（即Vanrie和Verfaillie通过三维运动捕获系统改进的光点序列[8]，该序列是通过拍摄真人行走，然后将关节的位置数字化编码为可运动的光点而获得的）的光点的起始位置随机化,保持各个点的运动轨迹不变,这样的运动序列破坏了整体结构信息而保留了局部运动信息。②倒置的杂乱生物运动序列即非生物运动刺激，是将正立的杂乱生物运动序列旋转180°而产生。试验设计：试验范式为在灰色的背景中央呈现白色的刺激物，每试次中生物运动序列和非生物运动序列前后呈现。其中一个序列（生物运动或非生物运动）随机被选择作为标准刺激时距，呈现时距为1000 ms，另外一个则可能呈现为100 ms，400 ms，700 ms，1000 ms，1300 ms，1600 ms或1900 ms中的一种，也就是说每次两种序列之间的时距差为-900 ms，-600 ms，-300 ms，0 ms，300 ms，600 ms或900 ms。因此，共有7种测试时距差，每种测试10次。两个序列中间随机地呈现400 ms～600 ms的一个空白间歇。两种序列（生物运动刺激和非生物运动刺激）呈现的先后顺序以及每试次光点序列的起始帧都是随机的。试验由70个试次组成，每20～30个试次中间有一个休息间歇。试验任务：一组序列（生物运动和非生物运动）呈现完毕后，要求被试口头报告哪一个（前一个或者后一个）序列的持续数据更长。告知被试不能口头或者心里默数计时，并且刺激的顺序和内容与刺激的持续时距长短无关。被试报告他们的选择后，下一组序列就会呈现。试验总共约20 min。所有被试均在上午进行生物运动的时距辨别任务测试。且本研究中涉及的各种评分及任务测试均由独立且经过培训的人员专门进行评价。

1.2.3 数据分析 每个被试的试验结果均被放入Boltzmann S型函数中，横轴为生物运动序列持续时距减去非生物运动序列持续时距，一共7个点，赋值-3～3，分别代表两种刺激的时距差从-900 ms～+900 ms，每个单位长度为300 ms。纵轴为选择生物运动序列为“长时距”的反应百分比。统计学分析值为主观相等点（the point of subjective equality,PSE），被试在该点感知到的两个刺激的持续时距相等。PSE值由Boltzmann方程的中点计算而来：

f(x)=1/(1+exp[(x-x0)/ω])

其中，负的PSE值代表正立的生物运动序列与倒置的非生物运动序列相比，被感知到的时距更长（即时距延长），时间延长的具体数值则为负值的绝对值乘以300，单位为ms。正的PSE值则相反（即时距压缩）[9]。

1.2.4 统计学方法采用SPSS 17.0进行统计学分析。年龄、教育年限、MMSE、HAMD、正序数字广度及PSE值均为正态分布，采用独立样本t检验进行组间比较，应用单样本t检验将对照组PSE值与检验值“0”进行比较；而VFT及倒序数字广度为非正态分布，采用Mann-Whitney U检验进行组间比较。将PD患者按照H-Y分级分为早期和中期，PD早期组及PD晚期组患者和对照组的PSE值的比较采用方差分析，进一步两两比较采用LSD检验。PD患者组的PSE值与年龄、教育年限、背景测试成绩、病程、H-Y分级及帕金森综合评定量表运动功能部分（UPDRSiii）的相关关系采用Pearson相关分析（其中与VFT和倒序数字广度的关系采用Spearman相关分析）。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 背景资料PD组和健康对照组在性别、年龄、教育年限、MMSE评分、HAMD评分方面差异均无统计学意义（P＞0.05），但PD患者组和对照组的正序数字广度（t=2.15，P=0.036）、倒序数字广度评分（Z=3.43，P=0.001）和 VFT评分（Z=2.16，P= 0.031）差异均有统计学意义（表1）。

2.2 生物运动的时距辨别结果对照组的PSE值为（-0.15±0.18），与检验值“0”比较差异有统计学意义（t=4.56，P＜ 0.001）。PD患者组的PSE值为（0.04±0.21），与对照组的PSE值相比，差异有统计学意义（t=3.72，P＜0.001）。PD早期组、PD中期组和正常对照组的PSE值差异有统计学差异（F= 6.95，P＜0.01）。进一步两两比较，PD早期组（H-Y 1-2级）的PSE（0.02±0.26）和PD中期组（H-Y 2.5-3级）的PSE（0.06±0.12）相比，差异无统计学意义(P=0.61）。PD早期组（P＜0.01）和PD中期组（P＜0.01）的PSE与对照组相比，差异均有统计学意义。

表1 PD患者组和正常对照组一般资料（n=30）

2.3 PD患者生物运动的时距辨别的相关分析本研究显示，PD患者的PSE值与患者的年龄、教育年限、MMSE、HAMD、VFT评分、数字广度、病程、Hoehn-Yabr分级及UPDRSiii均无统计学相关性（P＞0.05）。

3 结论

生物运动是指生物体（人类和动物）在空间上的整体性移动行为，如步行、奔跑等[10]。上个世纪70年代瑞士心理学家Johansson利用光点动画技术通过在人体的一些重要关节处(如肩、肘、踝等)贴上信号灯来拍摄记录人的运动过程中这些关节的运动轨迹,由此得到光点运动序列(即一些白色的点在黑色背景上运动)[11]。光点运动序列包含了整体信息(各个光点之间的空间位置关系)和局部信息(各个光点的运动轨迹)。每个光点都能提供一部分的身体位置信息,将各个点的位置信息整合起来便产生身体形状信息。另外,每个点的运动能提供局部运动信息,如速度和运动轨迹等。然而，当把包含有生物运动信息的杂乱光点运动序列倒置后，被试感知到的生物运动信息严重受损[12],称为局部“倒置效应”，这种效应被认为由脚部运动的垂直重力加速度所携带。

我们的研究发现，PD患者存在杂乱生物运动感知障碍，表现为生物运动的时距延长效应消失。PD是一组与基底节病变密切相关的运动障碍性疾病。关于基底节功能的研究表示，皮质区域投射至不同的纹状体区域，其中3个环路比较重要。分别是运动环路、联合环路以及边缘环路，涉及了额叶、背外侧壳核、尾状核、背外侧前额叶、前额叶眶面、额叶扣带皮层等等[13],表明了基底节与前额叶之间有着错综复杂的联系。关于社会认知的脑机制的研究中显示，与非生物运动刺激相比，当呈现给被试生物运动刺激时，在被试的颞上沟以及传说中的镜像神经元系统，包括额下回、中央前回、额中回及额下回诱发了更强的响应[14]。功能磁共振研究也显示了，生物运动诱发了下颞皮质、颞叶侧部及额下回活性增加[15]。综上，生物运动和PD的研究中均发现与前额叶存在有着密不可分的联系。因此我们认为，PD患者的杂乱生物运动感知能力障碍可能与前额叶皮质功能异常有关。

本研究还发现，PD患者的杂乱生物运动感知能力在病程的早期即出现损伤，且与H-Y分级无关。这与之前关于完整生物运动感知能力的研究[6]结果不同。关于前额叶多巴胺信号与PD患者的认知症状的综述中表明，PD患者存在受损的前额叶多巴胺信号，前额叶接受中脑黑质的腹侧被盖部和内侧的多巴胺，而在PD患者中这些核团发生变性[16]。关于PD的认知损害和痴呆的一项综述指出PD患者的认知功能障碍至少存在两个递质系统的变性，额叶-纹状体中的多巴胺递质缺失和基底前脑投射到后部皮层的胆碱能神经纤维的变性[17]。其中，前者发生较早，后者发生较晚，但进展迅速，且被认为与PD患者痴呆的发生密切相关。我们的研究提示PD患者在疾病的早期即出现杂乱生物运动感知障碍，由此，我们认为杂乱生物运动感知能力主要与额叶-纹状体中的多巴胺递质缺失有关，进而在PD早期表现出损伤。

在神经心理学背景测试中，我们发现，PD患者的VFT和数字广度均较健康对照者明显损伤，而VFT和数字广度试验属于执行功能范畴，均是前额叶负责加工的，提示PD患者存在额叶功能异常。而相关研究[14-15]显示生物运动感知能力与额叶之间存在着紧密的联系。因此，背景测试的结果更进一步支持了我们的推测，多巴胺水平异常造成黑质，纹状体，前额叶多巴胺能神经通路损伤，进而导致了PD患者的杂乱生物运动感知受损。

我们的试验设计采用了杂乱生物运动的时距辨别任务测试被试的生物运动感知能力，被试只需针对毫秒级的刺激呈现时间进行简单辨别。对于时间感知存在“自动”计时系统和“认知控制”计时系统。前者主要针对不需要注意参与的1秒以下的时距，而后者针对需要额叶参与调控的1秒以上的时距[18]。对脑损伤患者（前额叶损伤及新小脑皮质损伤）的研究亦发现，前额叶损伤患者的时间感知功能障碍主要表现在长时距估计中[19]。最近的一项对PD患者时间知觉的研究也认为PD患者在2秒以下的时距感知保持正常[20]。我们的试验任务简单,主要针对短时距进行辨别。因此，我们认为本研究中时距感知对PD患者的实验结果没有影响。

综上所述，生物运动感知能力是人类社会认知的一部分，对于适应环境相当重要。早期PD患者即存在杂乱生物运动感知能力障碍，而这种功能障碍与前额叶多巴胺神经环路有关。在临床工作中，针对PD患者，应劝阻其正规服药，定期随访，以最大限度的延缓病情进展。本研究尚有不足之处，试验病例数偏少，且选取的PD患者均为早中期未服药者，对于晚期PD患者的生物运动感知能力我们无从得知，也无法探知药物对PD患者生物运动感知能力的影响。以后的研究可以加大病例数，并纳入晚期PD患者，或者正规服药组与未服药组进行对比，抑或联合功能磁共振的方法，以进一步验证前额叶多巴胺神经环路与生物运动感知能力之间的关系。

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Scrambled biological motion perception in patients with early-middle Parkinson disease.

LIU Tingting,CAORuihua,HU Panpan,TIAN Yanghua,CHEN Xianwen,WANG Kai.Department of Neurology，First Affiliated Hospital,An⁃hui Medical University，Hefei 230022，China.Tel:0551-62922263.

ObjectiveTo explore scrambled biological motion perception in Parkinson’s disease(PD).Meth⁃odsThirty individuals with idiopathic PD and matched health controls(HCs)underwent discrimination task．The severi⁃ty of disease was assessed based on the Hohen and Yahr scale.ResultsCompared with“PSE=0”,there was a significant negative PSE(the point of subjective equality)(-0.15±0.18)for HCs(t=4.56,P＜0.001),suggesting a temporal dilation effect of the upright scrambled biological motion sequences in HCs.There was a significant difference in the PSE be⁃tween PD patients（t=3.72,P＜0.001)and HCs.Patients in the PD group were then divided into two subgroups accord⁃ing to their status of disease.There were significant differences in PSE between early-stage PD patients(stage 1-2) (0.02±0.26)and HCs(P＜0.01),and between mid-stage PD patients(stage 2.5-3)(0.06±0.12)and HCs(P＜0.01).There was no significant difference in PSE between early-stage and mid-stage PD patients(P=0.61).ConclusionThe present study suggests that there is a scrambled biological motion perception impairment in PD at the very early stage,which might be attributed to the dysfunction of the prefrontal lobe．

Parkinson disease Cognition Biological motion The prefrontal lobe

R742.5

A

2014-08-25）

（责任编辑:李立）

10.3936/j.issn.1002-0152.2015.05.001

☆ 国家自然科学基金青年基金项目(编号：31300925)，国家自然科学基金重大研究计划项目（编号：91232717），国家自然科学基金面上项目（编号：81171273）,安徽医科大学2012年度校科学研究基金项目（编号:2012KJ17）

* 安徽医科大学第一附属医院神经内科(合肥 230022)

E-mail:wangkai1964@126.com)