蔡嘉鑫,郁 磊*,關(guān) 博,任 璐,李 陽(yáng)

(1山西大學(xué)復(fù)雜系統(tǒng)研究所,太原 030006;2山西大學(xué)疾病防控的數(shù)學(xué)技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院;4山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科;*通訊作者,E-mail:yulei@sxu.edu.cn)

許多日?；顒?dòng)中都存在著數(shù)學(xué)計(jì)算任務(wù),正常情況下的計(jì)算能力不僅需要理解數(shù)字概念,還需要概念能力和其他認(rèn)知技能[1]。認(rèn)知功能是由多個(gè)認(rèn)知域組成,包括計(jì)算力、記憶力、執(zhí)行能力、語(yǔ)言能力等多個(gè)方面[2]。其中,計(jì)算是一項(xiàng)復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng),也是人類的一項(xiàng)基本認(rèn)知機(jī)能,言語(yǔ)能力、空間能力、記憶力、執(zhí)行功能等多項(xiàng)認(rèn)知活動(dòng)都參與計(jì)算過(guò)程。實(shí)際上,計(jì)算能力對(duì)于中老年人的日常生活十分重要,以往研究已經(jīng)證實(shí)數(shù)字的加工和計(jì)算功能的損害是阿爾茲海默癥核心特征之一[3],老年癡呆患者存在計(jì)算能力損害也得到公認(rèn),如Rosselli等[4]指出AD的計(jì)算能力與非語(yǔ)言記憶、注意力得分有顯著相關(guān),Martin等[5]也認(rèn)為計(jì)算能力受損是AD認(rèn)知損害的特征之一,張拉艷等[6]研究發(fā)現(xiàn)計(jì)算能力與工作記憶有較高相關(guān)性,所以計(jì)算能力可以作為AD患者一般智力能力的優(yōu)良預(yù)測(cè)因子。然而,目前很少有神經(jīng)心理學(xué)研究一般中老年人群的計(jì)算能力問(wèn)題,對(duì)一般中老年人群的計(jì)算力分布情況尚不清楚。所以,對(duì)中老年人的計(jì)算力情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析是有必要的。關(guān)于計(jì)算力情況的測(cè)量評(píng)估以往大多采用的是串行減法,關(guān)于這一方法的有效性,已有很多研究者做了深入研究,結(jié)論認(rèn)為可以通過(guò)心算串行減法來(lái)評(píng)估中老年人計(jì)算力水平[7]。1942年,Hayman等[8]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)心算串行減法不僅需要記憶、學(xué)習(xí)能力,還需要邏輯思維能力。實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)580位精神科患者進(jìn)行心算串行減法測(cè)試并總結(jié)規(guī)律,最后得出結(jié)論:心算串行減法對(duì)于智力效率以及心理狀態(tài)的評(píng)估是簡(jiǎn)便易行且有效的。接著在20世紀(jì)60年代,串行減法出現(xiàn)在了特里爾社會(huì)壓力檢測(cè)的心算項(xiàng)目中,通過(guò)連續(xù)減法來(lái)反映被測(cè)者的心理狀態(tài)[9]。在1966年,Charlton[10,11]發(fā)現(xiàn)串行減法對(duì)人類的第二信號(hào)系統(tǒng)的處理能力提出了較高要求,即在大部分情況下,串行減法在神經(jīng)系統(tǒng)問(wèn)題診斷中是行之有效的。

以上方法都是對(duì)計(jì)算能力的定量評(píng)估,但值得我們注意的是,以上研究都是建立在被測(cè)者靜止不動(dòng)的前提下的。然而在現(xiàn)實(shí)生活中,更多情況是處于雙任務(wù)的前提下的,這里的雙任務(wù)具體是指運(yùn)動(dòng)任務(wù)與認(rèn)知任務(wù)同時(shí)進(jìn)行,例如:在行走的過(guò)程中接聽電話以及與人交流[12-15],這就對(duì)中老年人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)提出了更高的要求[16-18]。事實(shí)上非純粹的運(yùn)動(dòng)任務(wù)(即雙任務(wù)),老年人會(huì)呈現(xiàn)出一定的認(rèn)知能力下降[19,20],所以建立在雙任務(wù)前提下的測(cè)試更能反映出被測(cè)者在日常生活中的真實(shí)水平。目前來(lái)說(shuō),尚未有關(guān)于雙任務(wù)下我國(guó)中老年人計(jì)算力水平的統(tǒng)計(jì)分析研究成果發(fā)表,是衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域的一研究空白。本研究旨在通過(guò)對(duì)受試者進(jìn)行雙任務(wù)測(cè)試,使用多種統(tǒng)計(jì)方法多維度地分析研究我國(guó)50歲以上中老年人的計(jì)算力水平情況,以及計(jì)算力水平與其性別、年齡、受教育程度之間的關(guān)系。

1 資料和方法

1.1 受試者

受試者是來(lái)源于某中西部城市某醫(yī)療中心且符合研究納入標(biāo)準(zhǔn)的中老年人,共計(jì)472位,其中男性153位,女性319位。納入標(biāo)準(zhǔn):①被測(cè)者可以獨(dú)立正常行走;②無(wú)視力、聽力等感知功能方面的疾病;③被測(cè)者年齡在50-90歲之間,受教育年限在0-20年之間,男女不限;④被測(cè)者主動(dòng)愿意參加本科研活動(dòng),對(duì)此次研究知情同意。

1.2 采集數(shù)據(jù)

雙任務(wù)下計(jì)算力測(cè)試數(shù)據(jù):實(shí)驗(yàn)于該醫(yī)療中心的一條無(wú)障礙走廊進(jìn)行(兩旁無(wú)任何阻擋物,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也無(wú)其他人員走動(dòng)),被測(cè)者從設(shè)定的起點(diǎn)開始測(cè)試,聽到實(shí)驗(yàn)人員的“開始”指令后向前出發(fā),同時(shí)進(jìn)行100-3的串行減法,記時(shí)1 min,每正確一題計(jì)一分,錯(cuò)誤不計(jì)分。在走廊的兩端設(shè)置兩名實(shí)驗(yàn)人員,負(fù)責(zé)記錄每一位被測(cè)者的回答記錄,以保證記錄的準(zhǔn)確性。同時(shí),錄音錄像設(shè)備全程開啟。

簡(jiǎn)易智力狀態(tài)檢查量表(MMSE)得分?jǐn)?shù)據(jù):通過(guò)調(diào)取被測(cè)者在該醫(yī)療中心近期進(jìn)行的MMSE測(cè)試的存檔結(jié)果來(lái)獲得。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本文通過(guò)Matlab軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,內(nèi)容上主要分為以下6個(gè)部分。

(1)分組:本研究從年齡、性別、受教育程度這3個(gè)維度對(duì)受試者進(jìn)行分組。以年齡為50-60歲、60-70歲、70-80歲、80-90歲將中老年人劃分為4組;以性別為男、女將中老年人劃分為兩組;以受教育程度為0-5年、6-10年、11-15年、16-20年將受教育水平劃分為四組,分別命名為文盲組、較低文化水平組、中等文化水平組、較高文化水平組。

(2)整理出每位受試者雙任務(wù)計(jì)算總數(shù)、雙任務(wù)計(jì)算正確數(shù)(定義為雙任務(wù)計(jì)算力得分)、雙任務(wù)計(jì)算錯(cuò)誤數(shù)、雙任務(wù)嚴(yán)重錯(cuò)誤個(gè)數(shù)(錯(cuò)誤幅度超過(guò)20視為嚴(yán)重錯(cuò)誤)以及MMSE得分。

(3)通過(guò)多項(xiàng)式擬合等方法定性判斷中老年人計(jì)算力水平可能的影響因素。

(4)通過(guò)非參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)方法,對(duì)以上可能因素進(jìn)行定量分析,給出影響中老年人計(jì)算力水平的準(zhǔn)確因素。

(5)給出每個(gè)年齡段計(jì)算力得分的參考分布情況。

(6)給出MMSE得分的分布特征,分析中老年人雙任務(wù)計(jì)算力得分與其MMSE得分之間的關(guān)系。

2 結(jié)果

2.1 受試者基本信息分布

本次測(cè)試共有472名中老年人參與,其中男性153名,女性319名;年齡50-90歲,平均(65.782±8.538)歲;受教育程度0-19年,平均(10.064±3.586)年。分組后的具體分布情況見(jiàn)表1。

2.2 雙任務(wù)場(chǎng)景下中老年人計(jì)算力統(tǒng)計(jì)分析

2.2.1 中老年人雙任務(wù)計(jì)算力得分隨性別的變化規(guī)律 男性平均雙任務(wù)計(jì)算力得分為(17.39±8.49)分,女性平均雙任務(wù)計(jì)算力得分為(16.34±7.86)分,當(dāng)同時(shí)考慮年齡分組及性別因素時(shí),在50-60歲、70-80歲、80-90歲3個(gè)年齡組中,男性的計(jì)算力得分都高于女性,而在60-70歲年齡組中,女性的計(jì)算力得分卻稍高于男性。

2.2.2 中老年人雙任務(wù)計(jì)算力得分隨年齡的變化規(guī)律 結(jié)果顯示,在全部受試者中,計(jì)算力得分最低為0分,分別為71歲受教育程度為0年的女性與56歲受教育程度為11年的男性;最高為39個(gè),為68歲受教育程度為12年的女性。50-60歲年齡組計(jì)算力得分為0-34分,平均(18.01±7.69)分,60-70歲年齡組計(jì)算力得分為(1-39)分,平均(16.98±8.43)分,70-80歲年齡組計(jì)算力得分為0-33分,平均(15.54±7.11)分,80-90歲年齡組計(jì)算力得分為1-33分,平均(14.00±8.26)分。隨后將年齡作為自變量,每個(gè)年齡下對(duì)應(yīng)的受試者的雙任務(wù)計(jì)算力得分均值作為因變量,進(jìn)行多項(xiàng)式擬合,結(jié)果見(jiàn)圖1。在雙任務(wù)場(chǎng)景下,中老年人平均雙任務(wù)計(jì)算力得分整體上隨著年齡的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。

圖1 雙任務(wù)計(jì)算力得分隨年齡的變化趨勢(shì)Figure 1 The trend of dual-task computing power score with age

如果固定受教育程度分組來(lái)研究計(jì)算力得分隨年齡的變化規(guī)律,結(jié)果顯示,在文盲組、較低文化水平組的中老年人計(jì)算力得分均值受年齡影響并不是很大,而在中等文化水平組、較高文化水平組中,分組后呈現(xiàn)出明顯的隨年齡變化趨勢(shì)(見(jiàn)圖2)。

2.2.3 中老年人雙任務(wù)計(jì)算力得分隨受教育程度的變化規(guī)律 類似地,將受教育程度作為自變量,每個(gè)受教育程度下對(duì)應(yīng)的受試者的雙任務(wù)計(jì)算力得分均值作為因變量,進(jìn)行多項(xiàng)式擬合,結(jié)果顯示,中老年人雙任務(wù)計(jì)算力得分隨其受教育年限的增長(zhǎng)而逐漸升高(見(jiàn)圖3),說(shuō)明受教育程度對(duì)中老年人的計(jì)算力可能會(huì)產(chǎn)生影響。

圖2 雙任務(wù)計(jì)算力得分在不同受教育程度組中隨年齡的變化規(guī)律Figure 2 The trend of dual-task computing power score with age in different educational level groups

圖3 雙任務(wù)計(jì)算力得分隨受教育程度的變化趨勢(shì)Figure 3 The trend of dual-task computing power score with education level

接著固定年齡分組,來(lái)研究計(jì)算力得分隨受教育程度的變化規(guī)律。從圖4可以看出50-60歲組、60-70歲組、70-80歲組中,隨著受教育年限的增加,中老年人雙任務(wù)計(jì)算力得分均值均有明顯的上升趨勢(shì),在80-90歲組中也可看出較為緩慢的上升趨勢(shì)。說(shuō)明受教育程度對(duì)每一固定年齡組的中老年人計(jì)算力得分影響較大。

2.3 性別、年齡、受教育程度對(duì)中老年人計(jì)算力的影響

2.3.1 性別對(duì)中老年人計(jì)算力的影響 通過(guò)Wil-coxon檢驗(yàn)?zāi)信傮w之間的雙任務(wù)計(jì)算力得分是否有顯著差異,結(jié)果P=0.265>0.05,表明計(jì)算力得分在男女兩組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)合2.2.1中的結(jié)果可知,男性和女性總體上計(jì)算力得分雖然有些差異,但性別因素并未對(duì)中老年人計(jì)算力產(chǎn)生顯著影響。

2.3.2 年齡對(duì)中老年人計(jì)算力的影響 不同年齡分組的雙任務(wù)計(jì)算力得分箱線圖見(jiàn)圖5?？梢钥闯?雙任務(wù)計(jì)算力得分隨年齡的增加呈現(xiàn)出一定的降低趨勢(shì),通過(guò)Kruskal-WallisH檢驗(yàn)進(jìn)行判斷,結(jié)果顯示H=10.32,P=0.016<0.05,說(shuō)明年齡對(duì)中老年人計(jì)算力產(chǎn)生顯著影響。

為進(jìn)一步研究?jī)蓛赡挲g組之間的差異,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較,結(jié)果見(jiàn)表2?？梢园l(fā)現(xiàn),50-60歲與70-80歲組、50-60歲與80-90歲組、60-70歲與80-90歲組之間進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)的顯著性水平均小于0.05,說(shuō)明以上組之間的差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,且以上多重對(duì)比組合中,年齡較大的組相較于年齡較小的組來(lái)說(shuō),總體上計(jì)算力得分偏低。然而對(duì)于年齡相近的兩個(gè)組來(lái)說(shuō),如50-60歲與60-70歲組、60-70歲與70-80歲組以及70-80歲與80-90歲組中,假設(shè)檢驗(yàn)的顯著性水平均大于0.05,則可以認(rèn)為年齡相近的兩組計(jì)算力得分的差異不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖4 雙任務(wù)計(jì)算力得分均值在不同年齡中老年人中隨受教育程度的變化規(guī)律Figure 4 The trend of dual-task computing power score with education level in different age groups

圖5 不同年齡分組的雙任務(wù)計(jì)算力得分箱線圖Figure 5 Box plot of dual-task computing power scores in different age groups

表2 不同年齡組之間雙任務(wù)計(jì)算力得分多重比較結(jié)果

2.3.3 受教育程度對(duì)中老年人計(jì)算力的影響 不同受教育程度分組的雙任務(wù)計(jì)算力得分箱線圖見(jiàn)圖6。從圖6可以看出,計(jì)算力得分隨受教育程度的增加而呈現(xiàn)出一定的增加趨勢(shì)。通過(guò)Kruskal-WallisH檢驗(yàn)進(jìn)行判斷,得到H=64.95,P=5.129 4×10-14<0.05,說(shuō)明受教育程度對(duì)中老年人計(jì)算力產(chǎn)生顯著影響。

進(jìn)一步研究不同受教育程度分組之間的差異,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較,結(jié)果顯示,在5%的顯著性水平下,除中等文化水平組與較高文化水平組外,其他每?jī)山M之間計(jì)算力得分的差異都存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見(jiàn)表3),且受教育程度越高,計(jì)算力得分也越高,由此可以進(jìn)一步認(rèn)為受教育水平可對(duì)中年人計(jì)算力產(chǎn)生顯著影響。

2.3.4 多元回歸分析 通過(guò)多元逐步回歸法,對(duì)中老年人計(jì)算力得分與年齡、性別及受教育年限進(jìn)行回歸分析,結(jié)果顯示3個(gè)影響因素同時(shí)被包含時(shí)F=737.289,達(dá)到最大,P=0.001<0.05,模型通過(guò)檢驗(yàn)且擬合優(yōu)度較高,各影響因素均對(duì)模型有顯著意義。各影響因素按其影響力從小到大排序?yàn)樾詣e、年齡、受教育年限(見(jiàn)表4)。

2.4 不同年齡組中老年人雙任務(wù)計(jì)算力得分參考范圍分析

以下通過(guò)bootstrap抽樣方法進(jìn)行抽樣,給出各個(gè)年齡組男性及女性雙任務(wù)計(jì)算力得分的分布情況,結(jié)果見(jiàn)表5。根據(jù)此表可以大致判斷某位新受試者的計(jì)算力在相同年齡組及同性別組中所處的位置,尤其對(duì)計(jì)算力得分處于50%以后的受試者具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

圖6 不同受教育程度組雙任務(wù)計(jì)算力得分箱線圖Figure 6 Box plot of double-task computing power score in different education level groups

2.5 中老年人雙任務(wù)計(jì)算力得分與認(rèn)知能力間的相關(guān)性分析

2.5.1 中老年人認(rèn)知能力(MMSE得分)的統(tǒng)計(jì)分析 在全部受試者中,MMSE的最低得分為8分,共2人,分別為85歲受教育年限為6年的男性與68歲受教育年限為0年的女性;最高得分為30分,共有30人,占總?cè)藬?shù)的7%。

表3 不同受教育程度組之間雙任務(wù)計(jì)算力得分多重比較結(jié)果

表4 中老年人計(jì)算力得分影響因素分析

表5 各個(gè)年齡組男性及女性的雙任務(wù)計(jì)算力得分分位數(shù)分布情況

據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示,年齡在50-60歲的受試者M(jìn)MSE的分值為20-30分,平均(27.26±2.19)分,60-70歲的受試者M(jìn)MSE的分值為8-30分,平均(26.37±3.09)分,70-80歲的受試者M(jìn)MSE的分值為13-30分,平均(26.30±2.85)分,80-90歲的受試者M(jìn)MSE的分值為8-30分,平均(25.16±4.16)分。由此認(rèn)為隨著年齡的增加,受試者M(jìn)MSE得分的平均值逐漸下降,年齡會(huì)對(duì)MMSE得分產(chǎn)生影響(P<0.05)。

從性別角度來(lái)看,男性MMSE的分值為8-30分,平均(26.42±2.89)分,女性MMSE的分值為8-30分,平均(26.47±3.10)分,二者M(jìn)MSE得分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

受教育程度為文盲組受試者M(jìn)MSE的分值為8-29分,平均(23.07±4.52),較低文化水平組受試者M(jìn)MSE的分值為8-30分,平均(26.14±3.05)分,中等文化水平組受試者M(jìn)MSE的分值為16-30分,平均(27.33±2.00)分,較高文化水平組受試者M(jìn)MSE的分值為22-30分,平均(27.50±1.98)分,可以明顯看出隨著受教育年限的逐漸增加,受試者M(jìn)MSE得分的平均分?jǐn)?shù)逐漸升高,由此可認(rèn)為MMSE得分受受教育程度影響(P<0.05)。

MMSE得分在不同分組的受試人群中分布條形圖見(jiàn)圖7,可以看出MMSE得分也隨著年齡的增加呈現(xiàn)出下降趨勢(shì),隨著受教育水平的升高呈現(xiàn)出升高趨勢(shì),以上兩點(diǎn)趨勢(shì)無(wú)論在男性還是女性中都普遍存在。

圖7 MMSE得分均值在受試人群中的分布Figure 7 Distribution of the mean MMSE scores in the included population

2.5.2 中老年人雙任務(wù)計(jì)算力得分與認(rèn)知能力之間的關(guān)系 對(duì)中老年人認(rèn)知力(MMSE得分)與雙任務(wù)計(jì)算力得分做Spearman相關(guān)性檢驗(yàn),得到二者之間Spearman相關(guān)系數(shù)為0.675,P=0.001<0.05,說(shuō)明中老年人認(rèn)知力與計(jì)算力之間有較強(qiáng)的相關(guān)性。

3 討論

以往相關(guān)的研究成果中,大部分是關(guān)于MMSE得分[21]、MoCA得分[22]在中老年人群中的分布情況分析,而關(guān)于單獨(dú)剖析我國(guó)中老年人計(jì)算力情況的研究尚未進(jìn)行深入探索。本研究單獨(dú)分析我國(guó)中老年人的計(jì)算力情況,并創(chuàng)新性地引入雙任務(wù)條件,以分析在更接近實(shí)際的情況下,各種因素對(duì)中老年人計(jì)算力水平的影響,從而對(duì)提高中老年人群計(jì)算力水平、保持認(rèn)知健康等方面提出建設(shè)性意見(jiàn),彌補(bǔ)在我國(guó)中老年人計(jì)算力情況統(tǒng)計(jì)分析方面的研究空白。結(jié)果顯示,從整體上看,雙任務(wù)計(jì)算力得分在全部受試者性別之間的差異不大,這同以往關(guān)于中老年人MMSE得分的研究結(jié)果略有差別。除此之外,根據(jù)擬合曲線來(lái)看,雙任務(wù)計(jì)算力得分隨年齡的增加而逐步下降,且隨受教育年限的增加不斷增加。從檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,年齡與受教育年限對(duì)中老年人計(jì)算力有著顯著影響。這些結(jié)論同彭丹濤等[23]的研究結(jié)果相同,都認(rèn)為年齡和受教育程度是影響中老年人認(rèn)知狀態(tài)的顯著因素。

本研究結(jié)果在以下兩個(gè)方面有一定的參考價(jià)值。首先,本文對(duì)中老年人的年齡、性別、受教育程度與計(jì)算力得分的關(guān)系做了深入定量分析研究,給出了多元回歸方程,可在臨床工作中為中老年人計(jì)算力水平的解讀提供一定的參考。另外,本研究給出了受試者不同年齡組計(jì)算力得分的分布情況,這對(duì)判斷中老年人認(rèn)知狀態(tài)是否正常以及預(yù)警中老年人的神經(jīng)系統(tǒng)問(wèn)題有一定的重要意義。但值得注意的是,此測(cè)試只能是判斷中老年人計(jì)算力情況是否出現(xiàn)異常的非特異性指標(biāo),不能取代臨床診斷。以70-80歲為例,根據(jù)計(jì)算力分布情況結(jié)果可知,有50%的男性受試者計(jì)算力得分超過(guò)了16分,而有50%的女性受試者計(jì)算力得分超過(guò)了14分。換個(gè)角度來(lái)看,假設(shè)有一位新的年齡在70-80歲的男性受試者,其計(jì)算力得分低于16分,那么就可以認(rèn)為此人的計(jì)算力水平低于全國(guó)50%的中老年男性的平均計(jì)算力水平,這時(shí)應(yīng)該引起本人及其家人的重視,其應(yīng)主動(dòng)前往醫(yī)院進(jìn)行全面的精神狀態(tài)檢測(cè),以防患于未然。

最后,關(guān)于本研究人群的選擇,我們所選擇的醫(yī)療中心參與實(shí)驗(yàn)人群的人口學(xué)特征各異。經(jīng)過(guò)調(diào)查,其年齡、受教育程度、職業(yè)類型、社會(huì)階層等具有很大的變異性,故我們認(rèn)為其具有一定的代表性。但是除年齡、性別、受教育程度以外還有何因素會(huì)影響中老年人計(jì)算力水平,未來(lái)還需要擴(kuò)大樣本量以探討更多因素對(duì)我國(guó)中老年人計(jì)算力的影響情況。