《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》:Enhancing anticipation control of the posture system in the elderly wearing stroboscopic glasses
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隨著年齡增長,老年人依賴視覺維持平衡,但視覺處理慢易致跌倒。研究人員開展 “頻閃視覺(SV)對老年人姿勢系統影響” 的研究。結果顯示 SV 使姿勢擺動增加,影響皮質 - 姿勢耦合。這為改善老年人平衡控制、預防跌倒提供新思路。
在日常生活中,我們不難發現,老年人似乎更小心翼翼地行走,生怕一個不小心就會摔倒。這是因為隨著年齡的增長,他們的前庭和本體感覺系統出現明顯退化,維持平衡更多地依賴視覺反饋。然而,視覺通路的復雜性使得視覺處理速度比非視覺通道慢,這讓依賴視覺解決感覺模糊的老年人在注意力需求增加或面對復雜視覺環境、不平整路面時,跌倒風險大大提高。為了降低老年人受傷風險,減少他們在姿勢控制中對視覺的依賴就顯得尤為重要。
在這樣的背景下,國立成功大學等機構的研究人員開展了一項關于頻閃視覺(Stroboscopic Vision,SV)對老年人姿勢系統影響的研究。該研究成果發表在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》上,為改善老年人平衡控制提供了新的方向。
研究人員采用了穩定圖擴散分析(Stabilogram Diffusion Analysis,SDA)和相位 - 振幅耦合(Phase - Amplitude Coupling,PAC)等關鍵技術方法。SDA 用于分析姿勢擺動動力學,將姿勢波動建模為隨機過程,以表征其隨機和確定性成分;PAC 則用于研究低頻姿勢波動(<2Hz)與高頻頭皮腦電圖(Electroencephalography,EEG)各子帶(4 - 35Hz)之間的耦合關系 。研究樣本為 33 名 60 歲以上的老年人,他們在穩定器上完成站立任務,分別在全視覺和頻閃視覺(1Hz,眼鏡交替透明和不透明狀態,各 0.5s)條件下進行測試。
SDA 分析姿勢波動特性
通過對比全視覺和 SV 條件下的姿勢波動,研究人員發現,SV 條件下姿勢波動的均方根(Root Mean Square,RMS)顯著大于全視覺條件。SDA 變量分析結果顯示,SV 條件下的臨界位移(Critical Displacement,CD)、短期擴散系數(Short - term Diffusion Coefficients,Ds)和短期縮放指數(Short - term scaling exponent,Hs)均顯著增加,而臨界時間(Critical Time,CT)、長期擴散系數(Long - term Effective Diffusion Coefficients,Dl)和長期縮放指數(Long - term scaling exponent,Hl)在兩種條件下無顯著差異。這表明 SV 使姿勢系統的反饋控制對姿勢變化的敏感性降低,更傾向于開環控制,直到出現較大的姿勢誤差。同時,雖然 SV 部分遮擋了視覺反饋,但老年人姿勢系統的整體反饋增益并未受到顯著影響,非視覺通道在一定程度上補償了視覺信息的缺失。
姿勢波動與 EEG 的 PAC 分析
在 PAC 分析方面,研究人員觀察到,在 theta(4 - 7Hz)和 alpha(8 - 12Hz)頻段,SV 條件下額中央區域的姿勢波動相位與皮質振蕩幅度之間的耦合顯著增強。在 theta 頻段,涉及多個額運動區和頂葉區域;在 alpha 頻段,主要集中在雙側額運動區和部分頂葉皮層。這可能反映了在處理視覺誤差變得更具挑戰性時,皮質 - 姿勢連接對任務需求的適應。對于 alpha 振蕩,根據個體 alpha 峰值頻率(Individual Alpha Peak Frequency,iAPF)假設,平衡任務需求增加與額和額中央區域的 alpha 功率升高相關,SV 條件下 alpha PAC 的增加體現了在不穩定姿勢下穩定姿勢反應的任務需求增加。
在 beta(13 - 35Hz)頻段,SV 增強了額葉和感覺運動區的 PAC。這與之前的研究結果一致,即具有挑戰性的姿勢任務會導致大腦頂葉和中央區域的 beta 頻段功率升高,反映了更高的皮質參與度,有助于整合感覺處理、運動執行和執行功能,以應對姿勢困難。然而,研究發現 beta 頻段中,Hs 的標準化差異(Normalized Differences,ND)與額葉和感覺運動區的 PAC 標準化調制指數(ZMI)的標準化差異呈負相關。這表明 beta PAC 在穩定器站立時對開環控制的增強作用存在復雜性,可能與老年人在視覺反饋受損時的運動不確定性有關。較小的 beta PAC 增加與較大的 SV 誘導的開環增益增加相關,而較高的 beta PAC 則可能表示老年人對運動預期更有信心,對開環控制的依賴程度較低。
綜合上述研究結果,研究表明 SV 為老年人在穩定器站立時帶來了額外的姿勢挑戰,促使他們更多地依賴開環控制機制。SV 影響了皮質 - 姿勢的相互作用,具體表現為 theta、alpha 和 beta 頻段的 PAC 變化。這一研究結果具有重要意義,為將 SV 與穩定器訓練相結合以增強老年人的姿勢反應敏捷性、促進預判控制策略提供了理論依據,有望在預防老年人跌倒方面發揮重要作用,為老年康復領域開辟新的路徑,讓老年人在日常生活中能夠更加安全、自如地活動。