网络化认知训练在改善老年人功能训练中应用的研究进展

肖煌怡，袁建坤，严梓予，王 峻

1.云南中医药大学，云南 650032；2.云南大学附属医院

随着全球人口老龄化不断加剧，预计到2050 年60岁以上老人将达到4.5亿人左右[1]，衰老带来的相关并发症也随之增加，如轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）、阿尔茨海默病（Alzheimer′s disease，AD）等，导致病人认知功能受到不同损害。越来越多的研究者在努力寻找应对认知衰退的策略，目前证据表明，通过认知训练可以显著改善老年人的认知功能状况[2-4]，为认知功能减退的预防和早期干预提供了有益的措施。近年来，随着科学新技术和电子健康不断促进医疗卫生保健的发展，在传统认知训练的基础上，出现了越来越多新型的认知训练方式。网络化的认知训练作为一种非侵入性的认知康复干预措施，主要包括计算机化认知训练、虚拟现实技术、认知应用程序等形式。网络化的认知训练在改善老年人认知功能状况上有一定效果，并可在不同的认知领域发挥作用。不同的认知训练方式各有特点，为病人提供了更多选择，因此，在临床认知康复干预中如何选择高效、个性化的网络化认知训练尤为重要，现就不同类型网络化认知训练方法的定义、特点、理论基础以及在老年人认知功能康复中的作用进行综述，为临床提供参考。

1 计算机化认知训练（computerized cognitive training，CCT）

1.1 计算机化认知训练的定义和特点

计算机化认知训练是用计算机作为训练平台，用计算机语言编程认知训练的方法、内容和计划安排，受训者在计算机上进行认知功能的训练，能够达到延缓练习者认知功能衰退的效果[5]。此训练方式最早于20世纪90 年代应用于欧美等发达国家，在国外已广泛应用于临床进行辅助康复治疗。既往研究表明，计算机化认知训练是一种取代传统纸笔式认知训练的高效手段，对认知健康的社区老年人具有很好的效果[6]。计算机化认知训练的一个重要特点是练习者可以得到训练效果的即时反馈。此外，计算机化认知训练可以为每名训练者定制个人训练计划，练习者在培训时需通过计算机认知筛查评估系统进行认知功能评估,针对评估结果不断调节训练类型与难易程度。能够基于练习者的基线水平,确定任务难易的初始标准[7],具有极高的科学性、针对性。计算机化认知训练还具有符合基于人体工程学设计的输入面板和训练计划的工具，可以改善脑损伤病人的注意力和记忆力，有研究表明其在改善脑卒中病人的计算能力和视空间障碍方面较传统纸笔式训练方式更有效[8]。

1.2 计算机化认知训练设计的理论基础

计算机化认知训练主要是通过计算机上的特定认知训练程序或云平台，通过听、说、读、写、玩、算等方面感知觉任务反复刺激大脑的可塑性，使大脑新陈代谢增强，激活练习者原有的认知储备或建立新的神经网络，激发认知储备的释放及促进神经环路创建[9]，通过练习者反复的训练刺激，可以达到延缓练习者认知功能衰退的目的。

1.3 计算机化认知训练在老年人认知训练中的应用

早在20 年前，Günther 等[10]对养老院的平均年龄83.5 岁的19 名老人进行14 周的计算机化认知训练，结果表明，老人认知训练项目后，初级工作记忆和二级工作记忆（针对语言和视觉刺激）以及信息处理速度、学习和干扰倾向等参数都有明显改善。研究表明，计算机化的认知训练计划能用于老年人，以实现智力、记忆力方面的长期改善，并建议可以更广泛地采用计算机来预防和治疗老年人的认知缺陷。Hill 等[2]对17 项随机对照临床试验结果的荟萃分析显示，计算机化认知训练可以显著改善MCI 病人的整体认知功能，并且注意力、工作记忆、词汇学习与记忆及非言语学习能力都得到不同程度的改善。Zhang 等[11]对18 项随机对照临床试验的结果荟萃分析也显示计算机化认知训练对老年人的整体认知功能、工作记忆有积极的治疗效果。Nousia 等[12]的研究使用RehaCom 软件对15 名老年MCI 病人进行基于计算机的多领域认知训练计划，对照组15 名健康老年人接受标准临床护理，训练组基于计算机的培训计划持续时间为15 周，每周进行2 次，每次约1 h。对照组的延迟记忆和执行功能在5 周的观察期内恶化，而训练组在延迟记忆、单词识别、波士顿命名测试、时钟绘制测试、语义流畅性、路径制作测试和跟踪测试方面的表现有所改善。我国从21 世纪初也引入计算机化认知训练进行研究，不少研究团队[13-15]通过自主研发编制的计算机系统或购买的计算机化认知训练仪器，探讨其在改善老年人认知功能状况的效果，研究结果均表明计算机化认知训练能使老年病人的各认知域功能得到改善。虽然众多的研究表明计算机化认知训练对于老年人认知功能的改善有积极作用，但各研究采用的训练方式、训练方案等不同，得出对各个认知域的改善程度不一致，并对于其在是否能有效预防老年痴呆或延缓痴呆进程等方面的证据也表现不足[2]。在未来临床研究中还需要进行更多的随机对照试验研究，针对不同人群设计制订不同的计算机化认知训练内容、训练频率、训练强度等标准，以验证其在各认知域的效果以及延缓甚至预防老年痴呆的效果。

2 虚拟现实技术

2.1 虚拟现实技术的定义和特点

1956 年，Jaron Lanier 提出虚拟技术，同时被誉为“虚拟现实之父”[16]。虚拟现实是基于计算机的一种交互式、实时、多感官三维综合环境[17]，具有先进的技术通信界面，使用户能够在计算机生成的三维虚拟世界[18]积极互动。虚拟现实的基本元素分别为生成图像的计算机、呈现感官信息的显示系统，以及反馈用户位置和方向以更新图像的跟踪器。虚拟现实作为认知和运动障碍传统康复方法的辅助手段，其典型特征是使用虚拟性、逼真化的运动游戏，具有沉浸性、构想性和交互性等特点，是面向任务的物理治疗练习。基于虚拟现实技术的游戏任务可以增加病人训练的乐趣，提高参与度[19]。如今已被临床工作者认为是实现辅助认知康复目标的新型重要工具之一，并开展广泛研究探索更多临床运用价值。研究发现目前可识别的硬件最早出现在1980 年，但当时的虚拟现实技术主要局限于专业实验室，并且系统差异很大[20]。如今对于虚拟现实技术掀起的热潮与新一代头戴式显示器（HMD）和相关设备有关，由于全球各公司的投资，这些设备已成为部分病人负担得起的康复设备。智能手机、笔记本电脑或台式计算机都可以运行该技术。虚拟现实正在走出专业实验室，摆脱环境的限制，硬件和软件也实现了巨大的转变。

2.2 虚拟现实技术设计的理论基础

认知功能障碍康复的基础是中枢神经系统的可塑性[21]。其理论基础主要包括以下3 点：1）虚拟现实技术通过视觉、听觉等多感官刺激作用于认知相关的大脑区域，可能有助于大脑网络之间的连接和功能恢复[22]。多项研究表明，虚拟现实技术通过提供丰富刺激的感官体验让病人有身临其境的感觉，增强其多巴胺与胆碱能神经递质的传导功能[9,23-24]，使病人注意力集中；同时，也可以增加病人脑部血流，促进脑部损伤的血管新生，从而有益于大脑神经。2）虚拟现实技术充分利用反馈式游戏任务训练对病人进行治疗，可加强病人的自主参与意识[25]，并且反复的任务训练可以影响中枢神经系统的适应性，促进脑功能重组[26]。虚拟现实通过游戏的趣味性和即时反馈，提高了训练者的积极性，从而激活大脑神经递质通路来触发思维过程，有助于改善神经可塑性[27]。3）虚拟现实认知康复也包含运动-认知任务训练系统，通过引导病人主动参与运动训练并使用特定的运动任务等可能有利于激活镜像神经元系统，从而激活复杂的运动-认知过程[28]。研究表明，虚拟现实技术通过增加病人运动提高脑源性神经营养因子的水平和促进海马区的血液流动来影响 认 知 功 能[24，28]。

2.3 虚拟现实技术在老年人认知训练中的应用

目前，虚拟现实技术作为一种新型的认知训练技术，在老年人的认知评估及训练领域中的使用还处于不断发展的阶段。研究发现，其作用方式主要包括多感官刺激、反馈式游戏任务训练和运动-认知任务训练等[29]。有研究将36 例患有MCI 的社区老年人随机分为基于虚拟现实的身体或认知训练组和身体与认知训练组合组，进行为期12 周的训练，在干预前和干预后评估参与者的认知功能（整体认知、执行功能和语言记忆）和日常生活能力，结果表明，通过虚拟现实技术的身体和认知训练可显著改善MCI 老年人的认知功能、日常生活能力和神经效率[30]。Serino 等[31]招募了8 名认知健康的老年人和20 例阿尔茨海默病病人参加虚拟现实认知康复训练，主要运用设定的虚拟环境，让参与者记住任务表中的物品，并在虚拟环境中将这些物品按顺序逐一找出，结果表明，在对阿尔茨海默病病人进行基于虚拟现实的训练后，其长期空间记忆明显改善，认知健康老年人的执行功能也得到显著提高。Gamito 等[32]将43 名健康老年人分为试验组和对照组，试验组接受基于虚拟现实的认知刺激训练，对照组接受纸笔认知训练，治疗前和治疗后评估受训者的认知和执行功能等，最终结果显示，接受虚拟现实刺激训练老年人在一般认知、执行功能、注意力和视觉记忆方面相较于对照组均得到明显改善。Kang 等[33]对23 例60岁以上主观认知能力下降或MCI 老年人，进行每周2次在完全沉浸式的虚拟现实环境中接受多领域和神经心理学家辅助的认知训练，持续1 个月。研究结果证明，完全沉浸式虚拟现实认知训练对主观认知能力下降老年人的视觉空间功能、冷漠、情感、生活质量和额枕功能的连接增加有积极影响。目前，沉浸式虚拟现实技术在认知领域的发展还处于萌芽时期[34]，且在我国大部分医疗机构的虚拟现实训练多依赖于2D 的显示屏操作杆等设备，新型的头戴式显示器或洞穴式自动虚拟环境还较少运用[9]，国内对于应用虚拟现实技术的认知康复研究也相对较少，对于是否适用于国内大部分老年群体、由谁带领进行康复训练、如何精准评估训练效果、检验虚拟现实设备还有待于多学科团队的共同探究。

3 认知应用程序

3.1 认知应用程序的定义和特点

认知应用程序是指安装在移动智能手机上的认知训练程序。在临床上结合特定的软件，通过不同感官刺激，多种形式和内容的训练任务对老年病人进行认知干预。其中应用软件的内容可以根据病人的认知障碍或认知减退情况来选择不同认知域的应用软件，尽管存在多种软件，但内容都大致为：记忆力训练、定向力训练、视空间感知训练、注意力训练、计算能力训练、执行功能等板块中的1 项或多项。目前在健康老年人、MCI 及非痴呆病人中均有应用。认知应用程序具有允许和病人实时并双向互动的特点[35]。移动应用健康程序的一些开发者表明，通过移动医疗平台可以加强护患沟通、咨询和病人症状的自我管理及监控[36]，并且可根据病人自身需求免费下载,不需购买供应商提供的软件，具有易获得性特点。应用程序可根据受训者每次训练完成情况，自动调节训练难易度，每次训练存有记录，方便医护人员进行认知功能评估。最重要的是认知应用程序的训练不受时间及空间的约束，且训练采用色彩丰富的简单小游戏形式，摆脱了传统认知训练的枯燥性，有利于提高病人训练依从性，同时减少了认知康复训练的人力成本。

3.2 认知应用程序设计的理论基础

认知应用程序是利用移动智能手机应用软件的多媒体和信息学资源，持续反复激活受损的神经心理功能[37]。理论基础与计算机化认知训练类似，都是通过反复认知训练刺激脑神经的可塑性，使大脑新陈代谢增强，促进认知功能的恢复和发展。智能手机的使用需要协调的运动和良好的处理速度，而刺激某个认知域的任务可以增强类似领域的认知[38]。

3.3 认知应用程序在老年人认知训练方面的应用

随着科学技术和社会经济的不断发展，智能手机游戏应用在认知衰老的研究领域引起人们的关注。目前在老年群体中使用智能手机的研究持续增加[39]，因其便携性和趣味性的特点，已成为老年人日常生活的重要组成部分。Oh 等[40]进行的一项研究调查了8 周智能手机应用程序训练对53 例主观记忆退化老年人认知改善的影响，并得出结论：与对照组相比，干预组的工作记忆得分显著提高。Robert 等[41]对46 例神经认知功能障碍老年病人使用MEMO 认知应用程序进行研究，结果表明使用了MEMO 认知应用程序进行训练的病人的注意力和记忆力较对照组得到明显提高。Jang 等[38]将389 名60 岁以上的非痴呆老年志愿者随机分配到干预组和对照组，干预组每天接受基于智能手机应用程序的居家认知训练，对照组进行常规认知训练，每天30 min 的数字化设计家庭作业通过智能手机发送，每周5 次，持续1 年。所有参与者在训练开始时和训练6 个月、12 个月时均接受认知功能测试，结果表明，基于智能手机应用程序的居家认知训练能够显著改善社区非痴呆老年人的整体认知，特别是语言功能和记忆功能。虽然认知应用程序无法替代传统由治疗师主导的认知训练，但许多学者认为其作为辅助训练能有效改善老年人认知功能，减缓认知衰退，减少老年病人家庭及医疗支出，并且从卫生保健的角度看，这种训练方式适于社区老年人。不仅如此，基于认知应用程序中的认知功能测试在特定的病人群体或特定的认知测试方面能在病人在方便的时间以非侵入式的方式快速重复评估认知能力，并且不会产生高成本的费用[42]。尽管目前关于认知应用程序的研究已取得一些积极的效果，但是使用基于智能手机的技术在更大群体的临床研究中进行多种认知测试的可行性和有效性尚不清楚，对受训者的配合程度、应用程序的技术性能、设计合理性等都是一种考验。

4 小结

在科技发达、网络盛行的信息时代，老年群体的日常生活已离不开电脑、手机等电子设备，并且对网络化设备的认知程度高，适用性和接受度强。网络化的认知训练因其趣味性强、内容色彩丰富、操作简便、安全、科学性高等优点，在认知康复训练过程中易于被老年群体接受。目前，网络化认知训练的总体干预效果是积极的，但是在不同疾病类型老年群体的研究仍有不一致的结果，可能与大多数研究采集的样本量少有关。而国内使用网络化认知训练设备对老年群体的研究也缺乏高质量文献报道，可能原因为其在临床中应用受限，缺乏训练标准，且大多采用国外引进的训练设备，缺乏对本土化的处理，需要在未来的临床实践中进一步探索。

随着5G 技术的普及，更多远程信息化处理系统上线，为更多居家老年人或社区老年人提供经济、有效、远程康复训练的便捷服务。并且通过医学技术的神经网络收集并分析受训者的认知功能数据及其认知训练进展的医疗数据，再结合疾病症状和药物依从性的临床数据，有望在未来通过人工智能算法创建更智能、更个性化的医疗应用程序。由此可见，网络化认知训练在改善老年人认知功能方面有很大的应用价值及发展前景。