楊旭，楊培紅

1大連市友誼醫(yī)院神經內科，遼寧大連 116001；2大連市友誼醫(yī)院影像科，遼寧大連 116001

帕金森病是常見于中老年人的進行性神經系統(tǒng)變性疾病，主要表現為靜止性震顫、運動遲緩、肌強直和姿勢平衡障礙等運動癥狀。近年來，包括睡眠障礙、精神癥狀、自主神經功能障礙和認知障礙等非運動癥狀以其多樣性和對患者生活質量的影響而受到關注[1-2]。視覺識別能力減退[3]和人眼不能正確識別物體[4]被認為是帕金森病的重要先發(fā)癥狀。臨床上，帕金森病患者的視覺識別能力下降曾被認為是動眼肌功能障礙所致[5]，且得到Matsumoto等[6]的研究結果支持，即帕金森病患者在視覺探索過程中的掃視幅度小于年齡匹配的對照組。然而，近期的神經心理學研究顯示，帕金森病患者包括視覺工作記憶[7]和視覺空間感知準確度[8]在內的視覺信息處理能力明顯降低，提示帕金森病視覺識別能力下降不僅受動眼肌功能的影響，還可能與視覺信息處理功能障礙有關，但目前尚無定論?；谟嬎銠C接口的紅外眼動評估系統(tǒng)通過以連續(xù)方式捕獲眼球運動軌跡的技術對個體在任務中的眼球運動過程進行瞳孔位置的識別與記錄，現已應用于多種認知任務的探索性眼動研究中，并在認知神經科學[9]和神經科學[10]領域提出了視覺信息處理的重要概念。本研究通過紅外眼動評估系統(tǒng)記錄受試者在執(zhí)行用于評估視覺信息處理能力的圖形匹配類任務[10]和用于評估動眼肌功能的掃視類任務[11]時的眼動軌跡，以探討疾病效應與衰老效應對帕金森病視覺探索障礙的影響，旨在為進一步明確帕金森病視覺探索障礙的病理機制提供依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象 本研究為橫斷面研究。納入2020年10月－2021年6月在大連市友誼醫(yī)院神經內科運動障礙門診根據英國腦庫帕金森病診斷標準[12]臨床確診且正在使用抗帕金森病藥物至少2個月并從中獲益的帕金森病患者32例，入組者年齡均>60歲，Hoehn-Yahr分級[13]0～3級。同期于本院體檢中心招募年齡>60歲，性別及受教育程度相匹配且認知正常的健康志愿者33例作為年齡匹配正常對照(healthy age-matched controls，AMC)組，以及本院醫(yī)護實習學生中招募的33例年齡<30歲且性別及受教育程度匹配的青年志愿者作為年輕正常對照(healthy young controls，YC)組。排除標準：(1)存在其他神經精神疾病或內科系統(tǒng)疾病且病情不穩(wěn)定；(2)存在嚴重頭部損傷病史和(或)酒精及藥物濫用史；(3)存在嚴重視力、聽力及言語功能障礙或肢體殘障者；(4)年齡>80歲；(5)存在認知障礙。認知障礙定義為蒙特利爾認知評估量表[14](Montreal cognitive assessment，MoCA)評分<26分。試驗期間，所有帕金森病患者均按照既往劑量使用抗帕金森病藥物。本研究嚴格遵守2013版《赫爾辛基宣言》，已獲大連市友誼醫(yī)院倫理委員會批準(YY-LL-2020-0825)。所有受試者在自愿參與本研究前均簽署書面知情同意書。

1.2 方法 試驗在大連市友誼醫(yī)院進行。使用由紅外視頻眼罩和OTOsuite Vestibular軟件集成的ICS Impulse系統(tǒng)(Otometrics公司，丹麥)進行記錄和分析。每位受試者需依次執(zhí)行兩類共四項任務：朝向掃視任務和反向掃視任務，時鐘匹配任務和倒轉時鐘匹配任務。掃視類任務可有效評估動眼肌的控制能力，測量指標包括準確率、潛伏期和掃視幅度，試驗數據由OTOsuite Vestibular軟件實時計算。時鐘匹配類任務是由Archibald等[10]提出的新范式，實現了對視覺探索功能的客觀評價，測量指標包括準確率、反應時間、掃視樣本圖像感興趣區(qū)域(area of interest，AOI)次數、掃視陣列圖像AOIs次數和降效分數。掃視次數由OTOsuite Vestibular軟件實時計算，準確率、反應時間與降效分數由研究人員計算。受試者距投影墻1 m處舒適坐位，保證眼部與投影墻紅色準星水平對齊，使投影墻上2 cm位移大約對應1°視野。視覺刺激顯示于投影墻上。試驗開始前受試者需戴好紅外視頻眼罩并進行校準以保證十字線準確跟蹤右眼瞳孔。每項試驗結束后提供1 min休息時間，試驗總時長約30 min。室內環(huán)境安靜、舒適，光線柔和，室溫23～25 ℃。試驗開始前向受試者說明試驗方法及步驟，并確保受試者準確理解和執(zhí)行任務。

1.2.1 朝向掃視任務與反向掃視任務 進行朝向掃視任務時，刺激靶點(激光點)從視頻眼罩投射于投影墻，在十字準星水平的左側或右側7.5°～15.0°位置隨機出現，保持可見1000 ms，人眼需盡可能快速、準確地跟隨并注視靶目標，整個過程中頭部需保持不動。反向掃視任務的視覺演示過程與朝向掃視任務相同，但受試者需要盡可能快速、準確地注視靶目標的鏡像位置。2項掃視任務的時間均為30 s，即靶目標隨機出現30次。準確率定義為結果正確次數除以試驗總次數；潛伏期定義為目標出現到掃視起始的時間差；掃視幅度定義為眼跳起始點與偏移點之間的距離。

1.2.2 時鐘匹配任務與倒轉時鐘匹配任務 時鐘匹配類任務參照Kaneko等[15]的試驗模式。進行時鐘匹配任務(圖1A)時，以投影墻上十字準星為中心，1個樣本時鐘圖像和包含不同指針方向的4個時鐘圖像(作為刺激陣列)同時出現，樣本圖像居中，4個刺激圖像隨機居于兩側，左右各2個，間距一致。各時鐘圖像直徑均為15 cm，間距6 cm。刺激陣列包含1個與樣本時鐘圖像的指針方向完全相同的目標圖像和3個非目標圖像，4個刺激時鐘圖像按照左至右的順序從1－4編號，標識于圖像正下方。受試者需從刺激陣列中盡量快速、正確地找出目標圖像并提供目標圖像編號。倒轉時鐘匹配任務(圖1B)的視覺演示過程與時鐘匹配任務相同，但刺激陣列的4個時鐘圖像為倒置出現。兩項時鐘匹配任務各重復6次，每次樣本時鐘圖像指針位置隨機。試驗開始前需確認受試者能夠正確識別時鐘圖像并理解任務要求。時鐘圖像的感興趣區(qū)域(AOI)定義為：樣本圖像AOI是指以時鐘圖像為中心的圓外切正方形(15 cm×15 cm)區(qū)域；陣列圖像AOIs是指以時鐘圖像為中心的圓外切正方形(15 cm×15 cm)及與正方形同寬度的數字編號區(qū)域，即4個寬15 cm×高20 cm的矩形(圖1A)。對正確和錯誤AOI的注視分布，視覺探索過程中對不同區(qū)域的訪問次數、準確率和反應時間揭示了受試者完成視覺任務的策略和效能。因此，本研究選擇準確率、反應時間、訪問樣本圖像AOI的掃視次數、訪問陣列圖像AOIs的掃視次數、降效分數[10]5個指標來評估視覺探索策略。其中，準確率定義為結果正確次數除以試驗總次數；反應時間定義為時鐘圖像出現到答案出現的時間，以研究者按下計時按鍵的時間計算。由于不同個體按鍵行為的反應和執(zhí)行時間可能存在較大差異，本研究由同一位研究者執(zhí)行按鍵步驟以減少誤差。根據眼球落入區(qū)域計算訪問樣本圖像AOI掃視次數、訪問各陣列圖像AOIs掃視次數和訪問陣列圖像AOIs的總掃視次數。降效分數定義為訪問3個錯誤AOI的總次數除以訪問正確AOI的總次數。低降效分數反映了優(yōu)先探索正確區(qū)域和較少訪問不正確區(qū)域即可完成任務的高效策略；高降效分數則反映了重復訪問不正確區(qū)域的低效策略。

圖1 時鐘匹配任務(A)和倒轉時鐘匹配任務(B)示例圖(灰色矩形代表感興趣區(qū)域)[15]Fig.1 Example diagram of clock-matching task (A) and reverse clock-matching task (B) (Gray rectangles represent areas of interest)[15]

1.3 指標分析 對各組受試者掃視類任務的準確率、潛伏期和掃視幅度，以及時鐘匹配類任務的準確率、反應時間、掃視樣本圖像AOI次數、掃視陣列圖像AOIs次數和降效分數作為感興趣指標進行分析；AMC組與帕金森病組的眼動指標比較以評估視覺探索過程中的疾病效應；AMC組與YC組的眼動指標比較以評估衰老效應[16]。對帕金森病組的臨床特征(疾病持續(xù)時間、抗帕金森病藥物劑量和Hoehn-Yahr分級)與存在疾病效應的眼動指標進行相關性分析。

1.4 統(tǒng)計學處理 采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析。數據分布采用Shapiro-Wilk法進行正態(tài)性檢驗，正態(tài)分布的計量資料以±s表示，方差齊時多組間比較采用單因素方差分析，進一步兩兩比較采用Bonferroni檢驗；非正態(tài)分布則采用M(Q1，Q3)表示，組間比較采用Kruskal-Wallis非參數檢驗；計數資料以例(%)表示，組間比較采用χ2檢驗。對存在疾病效應的眼動指標采用Pearson相關系數進行相關性分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 人口學資料及臨床特征 帕金森病組患者的年齡為(65.9±7.4)歲，帕金森病病程為(48.5±19.7)個月；對帕金森病組患者采用帕金森病綜合評分量表(unified Parkinson's disease rating scale，UPDRS)[13]第Ⅲ部分評測運動功能；使用標準方法[17]計算抗帕金森病藥物的左旋多巴當量日劑量(daily dosage of L-dopa-equivalents，LEDD)。AMC組年齡為(68.5±8.6)歲，YC組年齡為(24.3±3.2)歲。帕金森病組、AMC組受試者的年齡均明顯高于YC組(P<0.001)，但帕金森病組與AMC組間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.749)。三組受試者的MoCA評分均匹配(P=0.167)，且性別(P=0.612)及受教育程度(P=0.084)差異無統(tǒng)計學意義，具有可比性。各組人口學資料及臨床特征詳見表1。

表1 各組人口學及臨床特征Tab.1 The demographic and clinical characteristics of each group

2.2 掃視任務的眼動數據比較 在朝向掃視任務和反向掃視任務中，AMC組與YC組的各項指標比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。與帕金森病組比較，AMC組(P=0.003)和YC組(P<0.001)在反向掃視任務中的掃視幅度均增高，差異有統(tǒng)計學意義，其余各指標組間比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表2)。

表2 各組掃視任務的行為和眼動指標Tab.2 Behavioral and eye movement measures in saccade tasks of each group

2.3 時鐘匹配任務的眼動數據比較 在時鐘匹配類任務中，與YC組比較，AMC組(時鐘匹配任務：P=0.005；倒轉時鐘匹配任務：P=0.008)和帕金森病組(時鐘匹配任務：P=0.002；倒轉時鐘匹配任務：P<0.001)的反應時間均明顯延長，差異有統(tǒng)計學意義；而AMC組與帕金森病組比較差異無統(tǒng)計學意義。與帕金森病組比較，AMC組和YC組在倒轉時鐘匹配任務中的訪問樣本圖像AOI掃視次數(AMC組：P=0.011；YC組：P<0.001)、訪問陣列圖像AOIs掃視次數(AMC組：P=0.023；YC組：P<0.001)和降效分數(AMC組：P=0.017；YC組：P=0.003)均明顯減少，差異有統(tǒng)計學意義。其余各指標組間比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表3)。

表3 各組時鐘匹配任務的行為和眼動指標Tab.3 Behavioral and eye movement measures in clock-matching task of each group

2.4 動眼肌眼動指標與視覺眼動指標的相關性對存在疾病效應的眼動指標(反向掃視任務的掃視幅度與倒轉時鐘匹配任務的掃視次數及降效分數)進行相關性分析，結果顯示，反向掃視任務中的掃視幅度與倒轉時鐘匹配任務中訪問樣本圖像AOI掃視次數(r=–0.014，P=0.785)、訪問陣列圖像AOIs掃視次數(r=–0.025，P=0.837)及降效分數(r=–0.031，P=0.576)均無相關性。

2.5 臨床特征與眼動指標的相關性 帕金森病組的臨床特征(包括疾病持續(xù)時間、抗帕金森病藥物劑量和Hoehn-Yahr分級)與存在疾病效應的眼動指標均無相關性。其中，疾病持續(xù)時間與反向掃視任務的掃視幅度(r=–0.093，P=0.345)及倒轉時鐘匹配任務中的訪問樣本圖像AOI掃視次數(r=0.087，P=0.554)、訪問陣列圖像AOIs掃視次數(r=0.075，P=0.632)、降效分數(r=0.124，P=0.235)均無相關性；藥物劑量與反向掃視任務的掃視幅度(r=0.105，P=0.674)及倒轉時鐘匹配任務中的訪問樣本圖像AOI掃視次數(r=–0.133，P=0.219)、訪問陣列圖像AOIs掃視次數(r=–0.098，P=0.512)、降效分數(r=–0.079，P=0.651)均無相關性；Hoehn-Yahr分級與反向掃視任務的掃視幅度(r=–0.096，P=0.313)及倒轉時鐘匹配任務中的訪問樣本圖像AOI掃視次數(r=0.071，P=0.683)、訪問陣列圖像AOIs掃視次數(r=0.094，P=0.356)、降效分數(r=0.057，P=0.802)也均無相關性。

3 討 論

本研究通過分析視覺探索過程中感興趣眼動指標的疾病效應與衰老效應，探討了帕金森病視覺探索障礙的發(fā)生機制。

3.1 衰老效應的影響 無論在朝向還是反向掃視任務中，本研究均未觀察到衰老效應，提示掃視能力不會隨著年齡增長而改變，這與Bialystok等[18]的研究結果一致，但Fernandez-Ruiz等[19]則認為在朝向掃視和反向掃視任務中均存在衰老效應。這種差異可能與研究中使用了不同的任務范式、認知異質性及參與者的納入和排除標準不同有關。而時鐘匹配任務和倒轉時鐘匹配任務中僅反應時間存在衰老效應，則可能與正常的老齡化過程中神經-肌肉活動減慢有關。

3.2 疾病效應的影響 疾病效應對掃視任務的影響僅與反向掃視任務的掃視幅度有關，表現為帕金森病患者掃視幅度降低，但朝向掃視任務中未發(fā)現疾病效應的證據。這種差異可能是由于任務復雜程度或任務所需的功能域不同所致，即反向掃視任務作為記憶介導的掃視活動比朝向掃視任務需要更復雜的認知資源。帕金森病早期的病理改變主要累及黑質和紋狀體區(qū)，由于反向掃視引發(fā)的自發(fā)性掃視活動發(fā)生于額葉-基底節(jié)-上丘通路，因此可出現部分性自發(fā)掃視能力受損；而朝向掃視任務引發(fā)的反射性掃視活動是經頂葉皮質直接投射至上丘中間區(qū)域的掃視相關腦區(qū)，在疾病早期尚未受累，故朝向掃視任務時動眼肌能力得以保留。

本研究發(fā)現，倒轉時鐘匹配任務中，訪問樣本AOI掃視次數和訪問陣列AOIs掃視次數及降效分數均存在疾病效應，表現為帕金森病組掃視樣本圖像AOI次數和掃視陣列圖像AOIs次數及降效分數均高于AMC組和YC組；而時鐘匹配任務的各項眼動指標均未發(fā)現疾病效應證據。鑒于倒轉時鐘匹配任務需要受試者將刺激目標轉換為旋轉180°的心理圖像，相當于引入了額外的空間成分，故在2個結構相似但認知復雜程度不同的任務中，這種差異可能和與帕金森病病理機制有關的認知功能改變存在潛在的關系，即認知正常的帕金森病患者的掃視行為異?？赡苁穷A測其認知損害的指標，可對已經存在的細微但無法通過認知篩查發(fā)現的視覺認知、執(zhí)行功能或注意力受損進行早期識別，但尚需進一步驗證。

本研究還發(fā)現，反向掃視任務的掃視幅度與倒轉時鐘匹配任務中存在疾病效應的3個指標(訪問樣本圖像AOI掃視次數、訪問陣列圖像AOIs掃視次數及降效分數)均無相關性，提示倒轉時鐘匹配任務中表現出的疾病效應并不能用動眼肌功能障礙來解釋。在倒轉時鐘匹配任務中，帕金森病組訪問樣本AOI的掃視次數、訪問陣列AOIs的掃視次數及降效分數均明顯高于AMC組和YC組，說明帕金森病患者在高認知負荷條件下采取了效率較低的探索策略，即多次重復訪問不正確區(qū)域，故而需要進行更多的探索性眼球運動才能夠做出決策以完成任務。在要求對多個對象進行識別的任務中，將刺激陣列的新信息與作為模板的樣本信息進行比較，需要在工作記憶中恰當地保存模板信息，因此工作記憶系統(tǒng)需要被激活。當受試者不能有效保存和維持樣本信息和刺激信息的視覺圖像時，將導致完成任務的效率降低，即訪問樣本圖像AOI和陣列圖像AOIs的掃視次數增加及重復地訪問不正確信息。因此，倒轉時鐘匹配任務中表現的疾病效應提示帕金森病患者完成任務的低效性與工作記憶和信息處理能力障礙有關，這也支持了Grogan等[20]提出的帕金森病患者視覺工作記憶功能受損的觀點。而在時鐘匹配任務中未發(fā)現疾病效應的原因則可能是由于其對工作記憶的需求較少。

盡管存在實驗設備、試驗范式及檢測指標的不同，但本研究結果與Nagai等[16]的研究結果基本一致，即帕金森病患者的動眼肌功能和視覺信息處理功能均受損，而差異僅在于數據分布的不同。Nagai等[16]發(fā)現，朝向掃視任務與時鐘匹配任務的各項指標均呈偏態(tài)分布，而本研究中僅朝向掃視任務與時鐘匹配任務的準確率呈負偏態(tài)分布，其余指標均呈正態(tài)分布。這既可能是更多數量的受試者(不論組別)在低認知需求下可以更準確完成任務的直觀證據，也可能是由于樣本量相對較少所致。因此，本研究認為，眼動行為具有客觀性、穩(wěn)定性和可重復性，不易受到其他因素的干擾。

3.3 帕金森病患者的視覺探索障礙 本研究中，時鐘匹配類任務的眼動指標存在疾病效應和衰老效應的雙重證據，而掃視類任務的眼動指標僅存在疾病效應證據，但兩類任務中存在疾病效應的指標間無相關性，說明帕金森病視覺探索障礙是視覺信息處理功能失調和動眼肌功能障礙共同作用所致，疾病效應和衰老效應可能對視覺探索過程產生不同性質的影響。盡管在兩類任務中存在掃視幅度、掃視次數及探索策略的疾病效應，但準確率的差異未發(fā)現疾病效應，表明認知正常的帕金森病患者盡管可能已經存在不完全性執(zhí)行功能、記憶、視覺空間或視覺感知缺陷[21]，但尚可通過對任務過度學習的代償機制以保證準確率。但隨著病情進展，則可能表現出記憶、注意和執(zhí)行能力等方面的差異，在視覺空間和視覺感知任務上的錯誤率也更高[10]。這種隨病程延長而顯示出的差異可能與帕金森病Braak病理分期[22]有關，由于多巴胺能神經元進行性缺失使黑質網狀部γ-氨基丁酸能神經纖維對上丘的抑制作用減弱，皮質及皮質下眼動控制網絡損傷導致個體在執(zhí)行自主掃視意圖時，需要在每個位置花費更長時間注視目標來提取足夠的視覺信息，間接引起了掃視時間減少和掃視幅度下降，表現為多個短暫低振幅掃視集合，即本研究中掃視次數增多和掃視幅度下降的結果。而由于病程處于Braak病理第3或4期，新皮質功能尚未受累，故可通過更多次數的反復掃視行為糾正在視覺任務中的錯誤傾向。而病情進展至Braak病理第5或第6期時，新皮質進行性廣泛受累，認知受損，精神行為異常等癥狀將逐漸出現并進行性加重。

人眼通過掃視活動以目標導向的方式將靶目標反射的光線投射至視網膜中央凹，以便迅速和準確地理解視覺環(huán)境。精確的空間掃視行為受到額葉眼域、輔助眼域、頂葉眼域，以及前額葉和后頂葉皮質區(qū)域的影響，可將視覺信息傳遞至進行視覺感知和視覺空間處理的高級視覺中心，再通過上丘、丘腦和基底神經節(jié)投射到與眼球掃視運動有關的腦干下部區(qū)域[23]。當帕金森病病理改變累及這些區(qū)域時，患者將逐漸出現視覺空間、視覺感知、執(zhí)行功能，以及注意和記憶領域的損傷。由于視覺探索過程中掃視行為和視覺空間輸入與運動輸出的整合是在相鄰皮質區(qū)域進行的，有效視覺探索策略中斷可能導致運動并發(fā)癥，如視覺誘導的步態(tài)凍結、轉向困難和跌倒。有研究證實，轉向不但涉及眼球運動和頭部運動的復雜整合，還包括軀干旋轉和步態(tài)的共同協(xié)作[24]，老年人跌倒的風險與水平掃視起始和抬腳行為之間的延遲有關[25]。步態(tài)凍結通常也是由于轉向困難所致，進而引起側傾摔倒[26]。早期帕金森病患者已經存在掃視行為起始及控制障礙，因而在靜態(tài)條件下，掃視活動可作為即時轉向行為的預測指標[27]。在更復雜的自然條件下，如在認知受到干擾時的行走和轉向，帕金森病患者在轉向前進行早期“有效預備”的掃視次數將明顯減少，這種差異與認知能力下降呈正相關[28]。本研究中帕金森病組掃視幅度、掃視次數和探索效率的變化與上述結果一致，因此可能對早期預測帕金森病的運動并發(fā)癥風險具有重要意義。未來可考慮采用包括在行走過程中使用便攜式眼球跟蹤設備等“動態(tài)”方式對視覺探索的“靜態(tài)”參數進行評估以驗證這一假設。

3.4 局限性 本研究存在以下局限性：(1)樣本量相對較少，未來可擴大樣本量進一步驗證結果。(2)帕金森病組患者均正在接受抗帕金森藥物治療，這些藥物可能通過興奮多巴胺能系統(tǒng)或抑制膽堿能系統(tǒng)影響個體的運動和認知功能[29]。盡管研究中左旋多巴當量日劑量與眼動指標間不存在相關性，但并不能完全排除抗帕金森藥物的影響，如服藥與試驗之間的間隔時間不同對眼球運動的潛在影響。下一步應考慮設置未服用藥物的帕金森病組進行對照。(3)鑒于客觀條件限制，本研究僅設置了帕金森病組(年齡>60歲)、AMC組及YC組，如能增加青中年帕金森病組，通過析因設計分析疾病效應、衰老效應以及二者間的交互作用，將能更好地保證試驗結果的全面性與均衡性。(4)未對帕金森病認知功能與眼動特征的連續(xù)變化進行縱向觀察。未來可進行前瞻性隊列研究，縱向監(jiān)測視覺探索參數及掃視參數，這也可能是評估新型抗帕金森病藥物反應的新方法。

綜上所述，本研究以視覺、認知和動眼肌功能的共定位效應為基礎，對視覺探索任務中動眼肌功能和視覺信息處理過程進行分析后發(fā)現，帕金森病病理改變不但可以影響動眼肌功能，還可導致利用心理圖像進行視覺信息加工的過程受損；帕金森病患者的視覺探索障礙是由視覺信息處理功能失調和動眼肌功能障礙共同作用引起的，疾病效應和衰老效應對視覺探索過程存在不同性質的影響。本研究還為使用非語言方式即通過對神經或精神疾病患者聯(lián)合應用時鐘匹配類任務和掃視類任務比較視覺探索策略和眼動肌參數以探討中樞神經系統(tǒng)疾病的病理生理學機制提供了新思路。