轻度认知障碍老人与认知正常老人在不同单双任务下姿势控制能力的差异性

doi:10.12307/2025.342

中国组织工程研究 ›› 2025, Vol. 29 ›› Issue (8): 1643-1649.doi: 10.12307/2025.342

• 组织构建临床实践 clinical practice in tissue construction • 上一篇下一篇

轻度认知障碍老人与认知正常老人在不同单双任务下姿势控制能力的差异性

张雨馨1，于聪1，张翠2，丁建军1，陈岩3

1山东体育学院，山东省济南市 250102；2山东省体育科学研究中心，山东省济南市 250102；3山东体育学院运动与健康学院，山东省济南市250102

收稿日期:2024-03-25 接受日期:2024-04-30 出版日期:2025-03-18 发布日期:2024-07-05
通讯作者: 陈岩，博士，教授，山东体育学院运动与健康学院，山东省济南市 250102
作者简介:张雨馨，女，1999年生，山东省泰安市人，汉族，山东体育学院2022级在读硕士，主要从事康复生物力学与脑机制方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(12102235)，项目负责人：张翠；国家体育总局科技创新项目(23KJCX058)，项目负责人：陈岩

Differences in postural control ability between older adults with mild cognitive impairment and those with normal cognition under different single-task and dual-task conditions

Zhang Yuxin1, Yu Cong1, Zhang Cui2, Ding Jianjun1, Chen Yan3

1Shandong Sport University, Jinan 250102, Shandong Province, China; 2Shandong Sports Science Research Center, Jinan 250102, Shandong Province, China; 3College of Sports and Health, Shandong Sport University, Jinan 250102, Shandong Province, China

Received:2024-03-25 Accepted:2024-04-30 Online:2025-03-18 Published:2024-07-05
Contact: Chen Yan, PhD, Professor, College of Sports and Health, Shandong Sport University, Jinan 250102, Shandong Province, China
About author:Zhang Yuxin, Master candidate, Shandong Sport University, Jinan 250102, Shandong Province, China
Supported by:
National Natural Science Foundation of China, No. 12102235 (to ZC); Science and Technology Innovation Project of General Administration of Sport of China, No. 23KJCX058 (to CY)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
轻度认知障碍老年人：轻度认知障碍是介于正常认知和痴呆的一个过渡阶段，记忆或其他认知功能减退，又不足以诊断为痴呆，且日常生活能力好的一种亚临床状态。轻度认知障碍老年人患痴呆以及发生跌倒和平衡能力下降的风险很高。
压力中心位移样本熵：样本熵是一种用于量化数据的随机性和不确定性的统计指标，用于分析时间序列数据的复杂性和非线性特征。在人体运动学分析中，以足底压力中心位移样本熵值衡量姿势控制的复杂程度。

背景：老年人由于轻度认知障碍而引起姿势控制能力下降，导致跌倒风险增高。双任务是在接近真实生活场景下评估认知与姿势控制能力关系的主要研究范式，站立时足底压力中心位移样本熵可代表姿势控制的复杂程度。
目的：基于压力中心位移样本熵分析轻度认知障碍老年人与认知正常老年人在姿势控制-空间工作记忆任务中姿势稳定性特征及控制策略的差异，探究认知功能损伤对站立姿势控制能力影响。
方法：筛选出符合条件的16名轻度认知障碍老年人和17名认知正常老年人为研究对象，老年人分别完成5种测试任务，包括空间工作记忆、双脚平衡站立、Romberg 站立、双脚平衡站立-空间工作记忆双任务、Romberg 站立-空间工作记忆双任务，每个任务有效完成3次。使用Kistler三维测力台采集足底压力中心数据，测试指标包括认知行为学指标(认知得分与反应时长)、动力学指标(压力中心位移及样本熵)。
结果与结论：①轻度认知障碍老年人在执行空间工作记忆任务时认知得分最大、反应时间最短，双脚平衡站立-空间工作记忆双任务居中，Romberg 站立-空间工作记忆双任务认知得分最小、反应时长最长，任务间比较差异均有显著性意义(P < 0.05)；②与双脚平衡站立、Romberg 站立任务相比，轻度认知障碍老年人在执行双任务时压力中心前后、内外方向位移显著更大，压力中心前后、内外方向位移样本熵值显著更小(P < 0.05)；③在空间工作记忆任务下，轻度认知障碍老年人与认知正常老年人的认知得分、反应时长差异均无显著性意义(P > 0.05)；在两种双任务下，与认知正常老年人相比，轻度认知障碍老年人的认知得分更小、反应时长更长(P < 0.05)，同时轻度认知障碍老年人压力中心前后、内外方向位移更大，压力中心前后、内外方向位移样本熵值更小(P < 0.05)；④结果表明：与认知正常老年人相比，轻度认知障碍老年人在执行双任务时姿势控制复杂度降低，系统适应性较差，自动调控能力下降，更容易受到空间工作记忆干扰，跌倒风险增大。
https://orcid.org/0009-0009-4572-4276(张雨馨)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 轻度认知障碍, 老年人, 空间工作记忆, 姿势控制, 双任务, 样本熵

Abstract: BACKGROUND: The decreased postural control ability due to mild cognitive impairment in elderly people leads to the increased risk of falls. Dual-task is the primary research paradigm for evaluating the relationship between cognition and postural control in the scenes close to real life. The sample entropy of the plantar center of pressure (COP) displacement during standing can represent the complexity of postural control.
OBJECTIVE: Based on the COP displacement sample entropy, to analyze the differences in postural stability characteristics and control strategies between older adults with mild cognitive impairment and cognitively normal older adults during the dual-task with postural control and spatial working memory, aiming to explore the impact of cognitive impairment on the postural control ability during standing.
METHODS: Sixteen older adults with mild cognitive impairment and 17 cognitively normal older adults were eligible and selected for the study. They completed five test tasks, including spatial working memory, double-feet balance stance, Romberg stance, double-feet balance stance-spatial working memory dual-task, and Romberg stance-spatial working memory dual-task, with three valid completions of each task. The plantar COP data were collected by the Kistler 3D force platform. The indicators included cognitive behavior (cognitive score and reaction time) and kinematic indexes (COP displacement and sample entropy).
RESULTS AND CONCLUSION: The older adults with mild cognitive impairment performed the spatial working memory task with the greatest cognitive score and the shortest reaction time, the double-feet balance stance-spatial working memory dual-task with moderate cognitive score and reaction time, and the Romberg stance-spatial working memory dual-task with the smallest cognitive score and the longest reaction time, where the differences were significant among the tasks (P < 0.05). In the older adults with mild cognitive impairment, the anterior-posterior and medial-lateral COP displacements were significantly greater, and their sample entropy values were significantly smaller in the double-feet balance stance-spatial working memory dual-task and Romberg stance-spatial working memory dual-task than in the double-feet balance stance and Romberg stance tasks (P < 0.05). In the spatial working memory task, there were no significant differences in cognitive score and reaction time between the both groups (P > 0.05); however, in the double-feet balance stance-spatial working memory dual-task and Romberg stance-spatial working memory dual-task, cognitive scores were significantly smaller and reaction times were longer in the older adults with mild cognitive impairment compared with the cognitively normal older adults (P < 0.05). In the double-feet balance stance-spatial working memory dual-task and Romberg stance-spatial working memory dual-task, the older adults with mild cognitive impairment exhibited significantly greater anterior-posterior and medial-lateral COP displacements and significantly smaller sample entropy values compared with the cognitively normal older adults
(P < 0.05). All findings indicate that compared with cognitively normal older adults, older adults with mild cognitive impairment exhibit smaller complexity, poorer systematic adaption and decreased automatic regulation of the postural control during performing the dual-tasks, who are more susceptible to spatial working memory interference, leading to the increased risk of falls.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: mild cognitive impairment, older adults, spatial working memory, postural control, dual-task, sample entropy

中图分类号:

张雨馨, 于聪, 张翠, 丁建军, 陈岩. 轻度认知障碍老人与认知正常老人在不同单双任务下姿势控制能力的差异性[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(8): 1643-1649.

Zhang Yuxin, Yu Cong, Zhang Cui, Ding Jianjun, Chen Yan. Differences in postural control ability between older adults with mild cognitive impairment and those with normal cognition under different single-task and dual-task conditions[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2025, 29(8): 1643-1649.

图/表（结果） 6

2.1 受试者数量分析纳入 33 名受试者，实验全程参与完成，均进入结果分析。
2.2 试验流程图见图2。

2.3 基线资料比较两组受试者基线资料比较，除MoCA-B得分有显著差异外，其他基线指标的差异均无显著性意义(P > 0.05)，具有可比性，见表1。

2.4 空间工作记忆行为学结果认知得分与反应时长在组别与任务间具有交互效应(P < 0.05)，事后两两比较见表2。

①轻度认知障碍老年人在执行SIT任务时认知得分最大，DD任务居中，DR任务最小，任务间比较差异均有显著性意义(SIT vs. DD，P < 0.001；SIT vs. DR，P < 0.001；DD vs. DR，P=0.002)；轻度认知障碍老年人在执行SIT任务时反应时长最短，DD任务居中，DR任务最长，任务间比较差异均有显著性意义(SIT vs. DD，P=0.003；SIT vs. DR，P < 0.001；DD vs. DR，P=0.008)。②认知正常老年人在执行DR任务时认知得分最小，显著小于SIT任务(P < 0.001)和DD任务(P=0.006)，SIT任务与DD任务比较差异无显著性意义(P=0.528)；认知正常老年人在执行SIT任务时反应时长最短，显著短于DD任务(P=0.019)和DR任务(P=0.015)，但DD任务与DR任务比较差异无显著性意义(P=0.788)。③在SIT任务下，两组老年人的认知得分、反应时长比较均差异无显著性意义(认知得分P=0.445，反应时长P=0.439)；在DD任务下，轻度认知障碍老年人的认知得分显著小于认知正常老年人(P < 0.001)，反应时长显著大于认知正常老年人(P=0.014)；在DR任务下，轻度认知障碍老年人的认知得分显著小于认知正常老年人(P < 0.001)，反应时长显著大于认知正常老年人(P < 0.001)。
2.5 不同站立任务下足底压力中心位移结果压力中心位移在组别与任务间具有交互效应(P < 0.05)，事后两两比较见表3。

轻度认知障碍老年人在执行DR任务时前后、内外方向压力中心位移最大(DR vs. SD，前后P < 0.001，内外P < 0.001；DR vs. SR，前后P=0.017，内外P < 0.001；DR vs. DD，前后P < 0.001，内外P < 0.001)，执行SD时最小(SD vs. SR，前后P < 0.001，内外P < 0.001；SD vs. DD，前后P=0.031，内外P < 0.001)。
在SR、DD、DR任务下，轻度认知障碍老年人前后、内外方向压力中心位移显著大于认知正常老年人(SR前后P=0.034，内外P < 0.001；DD前后P=0.043，内外P=0.001；DR前后P=0.015，内外P=0.026)。
2.6 不同站立任务下足底压力中心位移样本熵结果压力中心位移样本熵在组别与任务间具有交互效应(P < 0.05)，事后两两比较见表4。

轻度认知障碍老年人在执行DR任务时前后、内外方向的压力中心位移样本熵最小(DR vs. SD，前后P < 0.001，内外P < 0.001；DR vs. SR，前后P < 0.001，内外P < 0.001；DR vs. DD，前后P < 0.001，内外P < 0.001)，执行SR任务时最大(SR vs. SD，前后P < 0.001，内外P < 0.001；SR vs. DD，前后P < 0.001，内外P < 0.001)。
在SR、DD、DR任务下，轻度认知障碍老年人前后、内外方向压力中心位移样本熵显著小于认知正常老年人(SR前后P < 0.001，内外P < 0.001；DD前后P=0.001，内外P=0.001；DR前后P=0.003，内外P=0.002)。
2.7 不良事件两组受试者在完成5种测试任务的过程中，全程受到安全保护，未发生发生跌倒、身体不适、身体或肢体受伤等情况。

参考文献

[1] KNOPMAN DS, PETERSEN RC. Mild cognitive impairment and mild dementia: a clinical perspective. Mayo Clin Proc. 2014;89(10): 1452-1459.
[2] 史路平, 姚水洪, 王薇. 中国老年人群轻度认知障碍患病率及发展趋势的Meta分析[J]. 中国全科医学,2022,25(1):109-114.
[3] 袁梓健, 郭立燕, 张妍,等. 中国老年人轻度认知障碍现状及其影响因素 [J]. 济宁医学院学报,2022,45(3):183-188.
[4] HOSOKI S, SACHDEV PS. Molecular biomarkers for vascular cognitive impairment and dementia: the current status and directions for the future. Neural Regen Res. 2024;19(12):2579-2580.
[5] MUIR-HUNTER SW, WITTWER JE. Dual-task testing to predict falls in community-dwelling older adults: a systematic review. Physiotherapy. 2016;102(1):29-40.
[6] TROPP H, ODENRICK P. Postural control in single-limb stance. J Orthop Res. 1988;6(6):833-839.
[7] STURNIEKS DL, ST GEORGE R, LORD SR. Balance disorders in the elderly. Neurophysiol Clin. 2008;38(6):467-478.
[8] SALIHU AT, HILL KD, JABERZADEH S. Effect of cognitive task complexity on dual task postural stability: a systematic review and meta-analysis. Exp Brain Res. 2022;240(3):703-731.
[9] WENG WH, YANG YR, YEH NC, et al. Gait performance and prefrontal cortex activation during single and dual task walking in older adults with different cognitive levels. Front Aging Neurosci.2023;15:1177082.
[10] WINTER DA, PATLA A E, ISHAC M, et al. Motor mechanisms of balance during quiet standing. J Electromyogr Kinesiol. 2003;13(1):49-56.
[11] HOWE TE, ROCHESTER L, NEIL F, et al. Exercise for improving balance in older people. Cochrane Database Syst Rev. 2011;9(11):CD004963.
[12] BALDINI A, NOTA A, ASSI V, et al. Intersession reliability of a posturo-stabilometric test, using a force platform. J Electromyogr Kinesiol. 2013; 23(6):1474-1479.
[13] RUHE A, FEJER R, WALKER B. The test-retest reliability of centre of pressure measures in bipedal static task conditions--a systematic review of the literature. Gait Posture. 2010;32(4):436-445.
[14] QUATMAN-YATES C, BONNETTE S, GUPTA R, et al. Spatial and temporal analysis center of pressure displacement during adolescence: Clinical implications of developmental changes. Hum Mov Sci. 2018;58:148-154.
[15] 刘鑫玥, 霍洪峰.认知负荷对人体静态平衡及动态稳定性的影响[J].医用生物力学,2021,36(S1):360.
[16] SONG Q, ZHANG X, MAO M, et al. Relationship of proprioception, cutaneous sensitivity, and muscle strength with the balance control among older adults.J Sport Health Sci. 2021;10(5):585-593.
[17] 齐刘心, 周勉, 王祥宇,等. 支撑面稳定度在不同视觉输入条件下对轻度认知障碍老年人平衡能力的影响[J].中国组织工程研究, 2024,28(24):3897-902.
[18] LIAO FY, WU CC, WEI Y C, et al. Analysis of Center of Pressure Signals by Using Decision Tree and Empirical Mode Decomposition to Predict Falls among Older Adults. J Healthc Eng. 2021;2021:6252445.
[19] QUIJOUX F, VIENNE-JUMEAU A, BERTIN-HUGAULT F, et al. Center of pressure displacement characteristics differentiate fall risk in older people: A systematic review with meta-analysis. Ageing Res Rev. 2020; 62:101117.
[20] RAMDANI S, TALLON G, BERNARD PL, et al. Recurrence Quantification Analysis of Human Postural Fluctuations in Older Fallers and Non-fallers.Ann Biomed Eng. 2013;41(8):1713-1725.
[21] STANIA M, EMICH-WIDERA E, KAZEK B, et al. Modulation of center-of-pressure signal in children on the autism spectrum: A case-control study. Gait Posture. 2023;103:67-72.
[22] KEDZIOREK J, BLAZKIEWICZ M. Nonlinear Measures to Evaluate Upright Postural Stability: A Systematic Review. Entropy (Basel). 2020; 22(12):1357.
[23] FISCHER OM, MISSEN KJ, TOKUNO CD, et al. Postural threat increases sample entropy of postural control. Front Neurol. 2023;14:1179237.
[24] HANSEN C, WEI Q, SHIEH J S, et al. Sample Entropy, Univariate, and Multivariate Multi-Scale Entropy in Comparison with Classical Postural Sway Parameters in Young Healthy Adults. Front Hum Neurosci. 2017; 11:206.
[25] GEORGOULIS AD, MORAITI C, RISTANIS S, et al. A novel approach to measure variability in the anterior cruciate ligament deficient knee during walking: the use of the approximate entropy in orthopaedics. J Clin Monit Comput. 2006;20(1):11-18.
[26] BROOKS LR. The suppression of visualization by reading. Q J Exp Psychol. 1967;19(4):289-299.
[27] SHAO Z, LI L, MAO M, et al. Exploring the effects of peripheral sensibility on visuospatial and postural capacities during goal-directed movements in long-term Tai Chi practitioners. Front Aging Neurosci. 2022;14:881972.
[28] PAJALA S, ERA P, KOSKENVUO M, et al. Force platform balance measures as predictors of indoor and outdoor falls in community-dwelling women aged 63-76 years. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2008; 63(2):171-178.
[29] PAPALIA GF, MANGANO G, DIAZ BALZANI LA, et al. Strabismus and postural control: a systematic review. Musculoskelet Surg. 2022;106(4): 345-356.
[30] CHOU LW, CHANG KM, WEI YC, et al. Empirical Mode Decomposition-Derived Entropy Features Are Beneficial to Distinguish Elderly People with a Falling History on a Force Plate Signal. Entropy (Basel). 2021;23(4):472.
[31] ROERDINK M, HLAVACKOVA P, VUILLERME N. Center-of-pressure regularity as a marker for attentional investment in postural control: a comparison between sitting and standing postures. Hum Mov Sci. 2011;30(2):203-212.
[32] MANOR B, COSTA MD, HU K, et al. Physiological complexity and system adaptability: evidence from postural control dynamics of older adults. J Appl Physiol (1985). 2010;109(6):1786-1791.
[33] BOHLE H, RIMPEL J, SCHAUENBURG G, et al. Behavioral and Neural Correlates of Cognitive-Motor Interference during Multitasking in Young and Old Adults. Neural Plast. 2019;2019:9478656.
[34] MITRA S, VERNON M, BOULTON H. The role of spatial alignment in posture-cognition dual task interaction. Gait Posture. 2022;93:54-58.
[35] 范勇, 吕汇. 认知负荷条件下老年人站姿稳定性及其控制策略策略研究[J]. 体育科技文献通报,2019,27(1):6-9.
[36] FUHRMAN SI, REDFERN MS, JENNINGS JR, et al. Interference between postural control and spatial vs. non-spatial auditory reaction time tasks in older adults. J Vestib Res. 2015;25(2):47-55.
[37] CHENG KC, PRATT J, MAKI BE. Effects of spatial-memory decay and dual-task interference on perturbation-evoked reach-to-grasp reactions in the absence of online visual feedback. Hum Mov Sci. 2013;32(2):328-342.
[38] RIZZATO A, BENAZZATO M, COGNOLATO M, et al. Different neuromuscular control mechanisms regulate static and dynamic balance: A center-of-pressure analysis in young adults. Hum Mov Sci. 2023;90:103120.
[39] BOISGONTIER M P, BEETS I A, DUYSENS J, et al. Age-related differences in attentional cost associated with postural dual tasks: increased recruitment of generic cognitive resources in older adults. Neurosci Biobehav Rev. 2013;37(8):1824-1837.
[40] MONTERO-ODASSO M, MUIR SW, SPEECHLEY M. Dual-task complexity affects gait in people with mild cognitive impairment: the interplay between gait variability, dual tasking, and risk of falls. Arch Phys Med Rehabil. 2012;93(2):293-299.
[41] BAHUREKSA L, NAJAFI B, SALEH A, et al. The Impact of Mild Cognitive Impairment on Gait and Balance: A Systematic Review and Meta-Analysis of Studies Using Instrumented Assessment. Gerontology. 2017; 63(1):67-83.
[42] MANOR B, LIPSITZ LA. Physiologic complexity and aging: implications for physical function and rehabilitation. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2013;45:287-293.
[43] DONKER SF, ROERDINK M, GREVEN AJ, et al. Regularity of center-of-pressure trajectories depends on the amount of attention invested in postural control. Exp Brain Res. 2007;181(1):1-11.
[44] COSTA M, PRIPLATA AA, LIPSITZ LA, et al. Noise and poise: Enhancement of postural complexity in the elderly with a stochastic-resonance-based therapy. Europhys Lett. 2007;77:68008.
[45] LIPSITZ LA. Dynamics of stability: the physiologic basis of functional health and frailty. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2002;57(3):B115-125.
[46] PENA M, PETRILLO K, BOSSET M, et al. Brain function complexity during dual-tasking is associated with cognitive impairment and age. J Neuroimaging. 2022;32(6):1211-1223.

引言

随着社会老龄化加速，老年人口大幅增加，老年人的健康问题愈发引起人们的关注和重视。伴随着系统功能的老化，认知功能衰退成为老年人常见问题之一，其中轻度认知障碍严重影响老年人的生活质量和自理能力，日益成为全球性挑战。轻度认知障碍是介于正常认知和痴呆之间的一种过渡状态，被视为痴呆症的高危风险因素[1-4]。认知功能下降是导致轻度认知障碍老年人跌倒的重要影响因素之一[5]。跌倒严重危害轻度认知障碍老年人身体健康及生活质量。
姿势控制是指在支撑基础上保持稳定的能力[6]。姿势控制能力衰退是轻度认知障碍老年人容易发生跌倒的直接原因。日常生活中维持直立或较为简单的姿势平衡无需有意识的努力，人们经常需要执行双任务或多任务，如步行时打电话、沟通等，而良好的姿势控制需要多系统相互配合、共同调节才能实现[7]。为更好地分析系统之间的协调配合程度，通常采用双任务范式，对老年人是非常复杂和具有挑战性的[8]。轻度认知障碍人群相比于认知正常老年人，具有轻度的客观认知障碍、相对良好的身体功能，但却处于亚临床状态的姿势控制不足，有很高的跌倒风险，是临床上使用双任务测试的重要群体。双任务测试在轻度认知障碍诊断和识别特定的身体姿势控制能力具有良好的敏感性[9]。
站立时发生姿势摆动，可以通过测力台测量支撑面上的压力中心的位移进行量化[10-11]。使用测力台进行的稳定性分析具有良好的组内和组间信度[12-13]，是评价静态姿势控制能力的黄金指标[14-17]。研究证实，老年人的压力中心是评估跌倒风险的有效工具[18]。压力中心越稳定，代表姿势控制能力越好，跌倒的风险越小[19]。计算压力中心参数有两种主要方法：线性和非线性分析。线性压力中心参数，如摇摆范围(压力中心位移)等，可以提供运动量信息，但不能提供任何关于运动模式的时间演变结构、姿势控制的潜在控制机制及其隐藏的动力学信息[20]。而非线性分析检查压力中心时间序列的动态结构，可补充传统的线性分析[21]。样本熵是一种时间序列的非线性度量，压力中心位移样本熵作为量化压力中心位移、探索压力中心波动随机性或可预测性的指标，现已成为表示压力中心时间序列的复杂性、评价姿势稳定性最常用的方法[22-23]。较低的熵值表明压力中心更加规则和可预测，这与较低的姿势调控复杂度有关[24]。复杂度对适应环境的灵活性至关重要，低复杂度转化为低灵活性和高姿势控制刚性[25]。也就是说，较低的样本熵意味着压力中心位移的规律性增加，被认为是一种姿势控制的低效策略；相反，较高的样本熵反映了压力中心位移的复杂度(灵活性)增加，被认为是身体改进自组织力和姿势控制的有效策略[22]。
以往的研究主要探讨了老年人站立姿势控制能力表现，然而对轻度认知障碍老年人姿势控制过程的研究较少。压力中心位移样本熵度量足底压力中心时间序列变化，反映姿势控制的复杂度，可以更全面深入分析姿势控制特征及策略。所以，此项研究基于压力中心位移样本熵对比轻度认知障碍老年人在姿势控制-空间工作记忆双任务下姿势控制特征差异，探究认知功能损伤对站立姿势控制能力的影响，为预防跌倒和姿势稳定康复训练提供理论依据。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods
1.1 设计横向运动生物力学试验，采用双因素方差分析。
1.2 时间及地点该研究于2022年11月在山东体育学院运动生物力学实验室完成。
1.3 对象使用蒙特利尔认知量表(montreal cognitive assessment-basic，MoCA-B)对老年人的认知水平进行评估，筛选出符合试验要求的受试者。MoCA-B共有10大项，总分30分，约在15 min内完成，评分越低说明认知障碍越严重。若评估分数≤26分，且未表现出明显的老年痴呆症状，归类为轻度认知障碍老年人；若评估分数 > 26分，归类为认知正常老年人。最终招募到受试者共 33人，其中轻度认知障碍老年人16人、认知正常老年人17人。研究方案得到山东体育学院运动科学伦理委员会批准(批准号：2022020)，所有受试者均了解试验内容，并自愿签署知情同意书。
纳入标准：①年龄≥65周岁；②视力正常；③无踝关节、膝关节损伤的经历或受过损伤但对站立平衡无影响；④右利手；⑤无脑损伤史以及神经系统疾病病史，近期未服用精神类药物。
排除标准：①有神经系统疾病、肌肉骨骼系统、心血管系统、呼吸系统、影响视力水平的严重疾病；②最近6个月使用过影响神经系统的药物；③最近6个月内发生过跌倒；④认知障碍严重损害(MoCA-B评分 < 20分)。
1.4 方法
1.4.1 空间工作记忆任务认知任务采用Brooks空间工作记忆测试[26]。其测试流程如下：首先让受试者在脑海中想象一个4×4的矩阵(图1)，给予受试者8个描述数字空间位置关系的句子，如：①开始的地方为数字1、②2在1的右边、③3在2的上面、④4在3的右边、⑤5在4的下边、⑥6在5的下边、⑦ 7在6的左边、⑧ 8在7的下边，研究者只说1次。数字1的位置被固定在矩阵的第2行、第2列位置，让受试者在脑海矩阵中记忆数字与数字之间的位置，随后让受试者按照数字1-8的顺序复述数字的位置关系。受试者需复述2次，以保证足够的测试时长。如果复述感到困难，可以用自己的话描述位置关系。

为保证每次测试中8句数字位置关系描述不重复，研究者准备了20种不同数字排布方式并按照1-20编号，受试者以抓阄的方式选取10种，在之后的认知测试中随

机使用。在正式试验前，要求受试者使用示例练习，直至完全理解认知任务。

1.4.2 测试流程测试时，受试者需更换专用测试鞋，采用顺序随机的方式完成5种测试任务，①空间工作记忆(SIT)：坐在舒服的椅子上完成Brooks空间工作记忆任务测试；②双脚平衡站立(SD)：受试者站在测力台上，双脚平行放置，直膝直髋，上身挺直，双眼平视前方，双手自然下垂，保持自然状态站立30 s；③Romberg 站立(SR)：受试者站在测力台上，优势脚在前、非优势脚在后，非优势脚的脚趾抵住优势脚的脚跟，上身挺直，双眼平视前方，双手自然下垂，保持自然状态站立30 s；④双脚平衡站立-空间工作记忆双任务(DD)：双脚平衡站立同时执行空间工作记忆测试；⑤Romberg 站立-空间工作记忆双任务(DR)：Romberg站立同时执行空间工作记忆测试。
测试时安排专人站在老年人身后进行保护，预防老年人摔倒。使用三维测力台(Kistler，9287BA，Winterthur，Switzerland)采集站立过程中的足底压力中心摆动轨迹，采集频率为1 000 Hz[27]。双任务测试过程中，数据采集时段是受试者保持姿势站立时复述认知任务阶段。每个任务采集有效数据3次，每次间隔1 min休息，避免疲劳产生误差。
1.5 主要观察指标
1.5.1 行为学指标在进行空间工作记忆、双脚平衡站立-空间工作记忆双任务、Romberg 站立-空间工作记忆双任务时，记录轻度认知障碍老年人和认知正常老年人复述正确的句子和复述所用时间。除了第一句话，受试者每复述正确一句得1分，共14分。认知得分是复述正确的句子总数，单位为分；反应时长是一次测试中复述所用总时间，单位为秒(s)。认知得分越高、反应时长越短说明空间工作记忆功能越好。计算每个任务下3次测试结果的平均值，用于统计分析。
1.5.2 动力学指标根据测力台压力中心数据计算常用指标压力中心位移[28]。使用Nexus 1.7.1软件导出压力中心数据，输出格式为csv文件并保存。使用Visual 3D软件将受试者每个任务下的压力中心数据进行百分化处理。利用 Microsoft Office Excel 2010软件将百分化后的压力中心数据进行转化，并另存为xlsx格式。压力中心位移是通过测力台取得的压力中心摆动曲线在内外和前后方向的最大距离差值，分为前后方向位移(压力中心ap)与内外方向位移(压力中心ml)，单位为m。数值越大，代表此方向姿势摆动幅度越大，姿势控制能力越差。计算每个任务下3次测试结果的平均值，用于统计分析。

1.5.3 压力中心位移样本熵使用Python及Pycharm (V3.9 base，Python Foundation，Delaware，USA)软件自行编制计算样本熵的代码程序，应用于提取的csv格式文件中，计算前后(SampEn-压力中心ap)、内外(SampEn-压力中心ml)方向压力中心位移样本熵。计算每个任务下3次测试结果的平均值，用于统计分析。SampEn-压力中心ap与SampEn-压力中心ml反映足底压力中心在前后、内外方向上变化的不确定性或混乱程度的度量。较高的样本熵表示足底压力中心在此方向上的变化更为复杂和随机，而较低的样本熵则表示其变化更为规律和可预测。数值越小，代表此方向姿势控制不确定性程度越低，姿势调控复杂度越低，灵活性越差。以下为样本熵的计算公式：

1.6 统计学分析使用IBM SPSS statistics 26.0软件输入并分析数据。使用Shapiro-Wilk test检验数据的正态性。数据以x±s表示，显著性水平设置为P < 0.05。对两类人群的身高、年龄、体质量、MoCA得分、受教育年限进行独立样本t检验。对行为学指标(认知得分与反应时长)、动力学指标(压力中心位移、压力中心位移样本熵)采用双因素方差分析，研究自变量为组别(轻度认知障碍老年人组、认知正常老年人组)和任务(5种任务)。如果存在交互效应，使用简单效应分析进行事后两两比较，使用Bonferroni进行校正。如果不符合正态性，采用非参数检验。该文的统计学方法已经由山东体育学院生物统计学专家审核。

讨论

此次研究发现，轻度认知障碍老年人随着站立姿势难度增加，前后、内外方向压力中心位移增大、样本熵减小，认知表现变差。随着站立姿势难度增加，轻度认知障碍老年人的姿势控制受到干扰。压力中心位移增大，反映在空间尺度上姿势控制能力降低[29]，压力中心位移样本熵减小则反映在时间尺度上自动化调整姿势的能力降低[23，30]。ROERDINK等[31]认为姿势控制受到威胁时，样本熵减小反映姿势控制所需更多的注意力和更少的自动化。MANOR等[32]使用多尺度熵分析量化4种类型(健康、单纯视力障碍、单纯躯体感觉障碍和联合障碍)的老年人在安静站立和认知-站立双任务时的压力中心位移复杂度(样本熵)，结果表明与单任务相比，双任务均降低4组人群压力中心位移的复杂度。姿势控制能力下降可能是由于同时执行空间工作记忆任务减少了维持姿势控制的注意力资源[33-34]。注意资源竞争模型认为，姿势控制与认知任务会争夺大脑有限的认知资源，导致双任务情况下的姿势控制表现比姿势控制单任务表现有所下降[35]。由于姿势控制具有空间成分，空间处理要求的认知任务可能会对其产生更大的干扰[36]。CHENG等[37]研究发现，在姿势改变发生前执行空间记忆任务，年轻人和老年人的认知任务和姿势任务均受影响，说明与空间记忆相关的认知资源同样可用于姿势控制的调控。在此次研究中，从双脚平衡站立到Romberg站立，从单任务到双任务，姿势控制难度越来越大，对注意力资源的需求越来越大。当执行复杂的任务时，周围环境和任务的变化导致认知过程的参与度更高，以实现目标导向的运动[38]。轻度认知障碍老年人将注意力资源分散在2个任务之间，同时认知功能衰退，导致姿势控制能力与认知能力均变差。双任务执行能力可以作为老年人跌倒的预测因素，双任务表现越差，跌倒的风险越大[39]。
此次研究发现两组人群在空间工作记忆单任务认知表现以及双脚平衡站立单任务姿势控制能力方面没有差异，两类老年人均能够轻松地完成。在执行双任务时随着姿势控制难度增加，轻度认知障碍老年人相比于认知正常老年人表现出更大的压力中心位移、更小的压力中心位移样本熵及更差的认知表现，与MONTERO-ODASSO等[40]的研究结果一致。研究证实，老年人认知功能与其静态姿势控制能力呈正相关，认知功能较好者的静态姿势控制能力越好，反之越差[41]。
轻度认知障碍老年人在执行双任务时前后、内外方向压力中心位移熵值均小于认知正常老年人。熵值是复杂度的度量，身体运动的较低复杂度，表明姿势控制的刚性较高，对环境适应的灵活性较低[22]，姿势控制系统适应性差，不能有效应对环境扰动或感官挑战。压力中心位移熵值小意味着姿势自动调控能力下降，姿势稳定性差[42]。减少的熵与姿势稳定性降低相结合，表明姿势控制受控且无效；而增加的熵与姿势稳定性提升相结合代表自动化的姿势控制[8，43]。COSTA等[44]表示，姿势摇摆复杂度降低可以作为一些与年龄相关疾病的标志。身体功能能力强是由于多系统输入调控互相作用形成了一个复杂的网络，可以轻松地适应各种压力。但是随着年龄的增长或患上疾病，网络连接性会减少，导致能力减弱，网络复杂度降低，使身体更容易受到伤害[45-46]。此次研究中轻度认知障碍老年人由于存在认知障碍，导致身体姿势控制系统功能下降，姿势控制适应能力变差，与认知正常老年人相比，轻度认知障碍老年人存在着较高的跌倒风险。
此项研究还存在一定的局限性，仅仅收集了足底压力中心及认知行为学数据，缺少肌力、神经生理学等数据，限制了深入全面分析轻度认知障碍老年人姿势控制的中枢到周围调控机制。
结论：与认知正常老年人相比，轻度认知障碍老年人在执行双任务时姿势控制复杂度降低，系统适应性较差，自动调控能力下降，更容易受到空间工作记忆干扰，跌倒风险增大。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

轻度认知障碍老人与认知正常老人在不同单双任务下姿势控制能力的差异性

Differences in postural control ability between older adults with mild cognitive impairment and those with normal cognition under different single-task and dual-task conditions

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[1]	梁晓笑, 郑洁皎, 段林茹, 陈茜, 张廷宇. 老年特发性正常压力脑积水患者的姿势稳定性特征[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(6): 1208-1213.
[2]	李慧军, 李黄岩, 张业廷. 身体活动与老年人认知领域研究热点与主题演变[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(5): 1073-1080.
[3]	卢冬磊, 冯展鹏, 曹立全, 唐毅, 谭思洁, 俞中涛. 老年肌少症的运动干预[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(35): 5723-5731.
[4]	王成龙, 李明哲, 聂明剑, 王晶晶. 老年人时间-空间步态特征和不良健康结局风险[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(34): 5565-5570.
[5]	董洪铭, 李建萍, 刘超, 张洪浩, 李古强. 老年人上下楼梯肌肉激活特征与跌倒风险的关系[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(34): 5419-5424.
[6]	赵卓越, 刘佳雯, 孙长城, 张高帅, 张颖, 徐瑞. 脑卒中患者步态启动时早期姿势调节阶段时间和强度参数特点[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(28): 4429-4435.
[7]	齐刘心, 周勉, 王祥宇, 孙威, 王疆娜. 支撑面稳定度在不同视觉输入条件下对轻度认知障碍老年人平衡能力的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(24): 3897-3902.
[8]	徐大星, 纪木强, 涂泽松, 许伟鹏, 徐伟龙, 牛维. 三角肌结节指数联合术前因素构建老年肱骨近端骨折锁定钢板内固定失效的风险预测模型[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(21): 3299-3305.
[9]	薛博士, 林昌瑞, 郑亮亮, 杨辰, 周志鹏. 核心稳定性训练降低落地动作前交叉韧带损伤的风险[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(16): 2467-2472.
[10]	刘鑫鑫, 耿治中, 陈建. 不同干预周期的高强度间歇性训练对老年人认知能力影响的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(14): 2282-2289.
[11]	刘鑫玥, 邢新阳, 霍洪峰. 不同认知负荷行走时人体动态稳定性的差异[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(9): 1335-1339.
[12]	沈炼伟, 朱洪柳, 王维. 中老年人代谢综合征危险因素分析及列线图预测模型的构建[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(5): 657-662.
[13]	潘玮敏, 王兵, 韩亚兵, 李婷, 宋嘉琦, 覃华生, 刘洋. 血流限制训练对老年人肌肉力量、质量和躯体能力改变影响的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(5): 805-812.
[14]	朱洪柳, 王维. 中国中老年人腰痛相关因素分析及列线图预测模型的构建[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(31): 4937-4942.
[15]	李佳伟, 李灿然, 和雨洁, 邬超, 金凤, 张凯, 李筱贺. 中国北方60岁以上老年人股骨外翻角、股骨后髁角数字化测量及与中青年的比较[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(27): 4291-4296.