由图3可知，一倍认知负荷行走、二倍认知负荷行走、三倍认知负荷行走时，步速均小于零倍认知负荷行走(P < 0.01)。对于不同的认知负荷间，二倍认知负荷步速小于一倍认知负荷(P < 0.01)。

由图4可知，与零倍负荷相比，二倍认知负荷步长减小(P < 0.01)。不同认知负荷间，二倍认知负荷步长小于一倍认知负荷(P < 0.05)，其他认知负荷间步长相比差异无显著性意义。

由图5可知，与零倍认知负荷相比，一倍认知负荷(P < 0.05)、二倍认知负荷(P < 0.01)、三倍认知负荷(P < 0.01)动态稳定裕度均下降。不同认知负荷间相比，动态稳定裕度差异无显著性意义。
2.4   不良事件   测试过程均在安全封闭的实验室内完成，未发生不良事件。

在行走过程中维持恰当的姿势稳定性对预防跌倒至关重要，姿势稳定性是中枢神经系统与运动器官共同工作、协同配合的结果，需要消耗一定的认知资源。在行走过程中增加认知干扰可能会降低原本可用资源，损害动态姿势控制的能力，这种对认知资源的竞争可能会让有姿势控制障碍的人群面临更大的跌倒风险[1]。

认知负荷对姿势控制的影响可以用双任务范式进行评估，即在行走的同时完成相应的认知任务或运动任务。行走是半自动活动，其自动化水平与认知控制之间的权衡对姿势控制受损人群具有重要意义，当行走过程中达到注意需求极限可能会出现更多的跌倒及损伤[2]。在以往的研究中，双任务研究范式已广泛应用于老年人、神经系统障碍患者的步态评估和预测跌倒风险[3]。有研究结果显示，同时执行步行与认知任务或运动任务，会降低整体任务表现，可能降低步行稳定性或者干扰第二任务性能[4-7]。但也有研究结果显示，第二任务的介入可能会增加姿势稳定性，并随着认知负荷的增加，姿势控制能力增强[8-13]。

此文通过探究不同认知负荷对人体行走稳定性的影响，了解认知负荷与姿势控制之间的相互作用，为预防跌倒和动态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：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

1.1   设计   人体不同认知负荷行走时三维运动学测试试验，单因素重复测量方差分析。
1.2   时间及地点   试验于2021年11月在河北师范大学体育学院运动生物力学实验室完成。
1.3   对象   选择16名普通男性大学生作为研究对象，年龄(23.4±0.9)岁，身高(1.78±0.03) m，体质量(73.6±5.0) kg，体质量指数(23.16±1.41) kg/m2。研究方案的实施符合河北师范大学对研究的相关伦理要求，所有试验对象均了解试验内容，并自愿签署知情同意书。

纳入标准：①年龄20-25周岁；②体质量指数18.5-24.0 kg/m2；③意识清楚，无认知障碍；④无神经肌肉骨骼疾病，半年内无下肢损伤；⑤无平衡控制障碍；⑥能理解试验要求并配合试验顺利完成。

排除标准：①存在因各种原因导致双下肢功能障碍，无法独立行走者；②精神障碍、意识不清，不能理解试验人员指令，无法完成试验者；③身体不适，健康状况欠佳者。
1.4   试验仪器   随机数生成器APP；8镜头三维动作捕捉系统(美国Motion公司，像素2 352×1 728，采集频率120 Hz)，14 mm的荧光标记球粘贴在29个解剖位置，见图1。

1.5   方法   
1.5.1   n-back听觉语言认知任务   行走认知负荷梯度采用n-back听觉语言认知任务实现。在随机数生成器软件中随机生成10个两位数的随机数作为认知任务的数据素材，试验人员念出不明确数列长度的两位数随机数数列，一倍认知负荷行走时，要求受试者在行走过程中记住随机数列的倒数第1个数字，二倍认知负荷行走时需要记住倒数第2个数字，三倍认知负荷行走时需要记住倒数第3个数字，并清晰回答结果，受试者成功答对算作一次成功的试验数据。
1.5.2   试验流程   正式试验之前，通过踢足球来确定优势腿，随后试验人员向受试者说明认知任务要求，通过随机数生成器软件生成0-3四个数字来确定4种不同行走状态实施顺序，0-3分别对应零倍认知负荷到三倍认知负荷行走。受试者身着紧身衣，在头部、躯干、四肢相应部位粘贴好29个反光球，进行不同认知负荷下自然舒适步速行走时的运动学数据采集。

认知单任务步行：指行走+零倍认知负荷。受试者自然站立在指定位置，在听到“开始”指令时以自然舒适的速度行走，达区域边界外自然停止，全程无噪声及对话干扰；

认知双任务步行：指行走+一、二、三倍认知负荷。在步行的同时完成上述相应的认知任务，受试者在听到随机数列的同时开始步行，数列结束随之回答出正确答案。

每种行走状态测试3次，不同认知负荷行走间歇2 min。
1.6   主要观察指标   通过Cortexr软件(Motion 公司，美国)处理，根据Helen Hayes模型进行标记点的识别、建模、删点、补点、截取。选取优势腿脚跟触地时刻进行运动学及动态稳定裕度分析，取3次有效数据计算平均值后进行比较分析。
1.6.1   运动学数据   在Cortexr软件计算出人体重心的速度作为步速。在一个完整步态周期中，优势腿脚跟着地瞬间时刻左右两脚后跟marker点之间的前后方向坐标距离为步长，左右方向的坐标距离为步宽。
1.6.2   动态稳定裕度   根据以往研究，动态稳定裕度的计算公式为：

ω0为人体倒置钟摆模型的固有频率，g为重力加速度(9.8 N/kg)，l是倒钟摆模型的长度(人体质心到地面的垂直距离)，CM为推算的质心位置，dCoM、vCoM分别表示某时刻质心的位移和速度；MOS为某时刻的动态稳定裕度，Bmax为支撑面某一方向上边界的最大值[14-15](此文采用非优势腿脚尖与脚跟marker点前后方向的中点坐标表示)。
1.7   统计学分析   文章统计学方法已经河北师范大学生物统计学专家审核。统计学分析采用统计软件SPSS 25.0(IBMS，NY，USA)，所得参数值以x±s表示。采用 Shapiro-Wilk法对数据进行正态分布检验；采用单因素重复测量方差分析对比零倍认知负荷行走、一倍认知负荷行走、二倍认知负荷行走、三倍认知负荷行走相关指标差异，P < 0.05认为差异有显著性意义。

实现功能性的社区活动需要有足够的认知技能来处理分散注意力的问题，例如过马路时观察交通信息、端水杯行走、散步时与人交谈等[16]。人独立行走时有维持自身稳定性的能力，但随着认知资源占用增加，可能会打破原有的步态策略，损害人体积极控制自身平衡的能力。双任务研究范式是指人体在行走过程中同时执行认知任务或其他运动任务，可以用来评估认知资源与人体步态特征及动态姿势控制的相互关系[17]。此次研究通过评估青年人在不同认知负荷行走时步态参数及动态稳定性的变化，探究认知负荷因素对人体步态及姿势控制的影响。

步态是指人体行走时的姿势和形态特征，通过身体各个关节的联合运动，促使身体向一定方向前进。步态的实现涉及复杂的控制系统，需要中枢神经系统主导、躯体运动系统、平衡控制协同配合，并占用一定的注意力资源[18-21]。外界认知干扰与步态本身所需认知资源的相互竞争对老年人和神经系统功能障碍患者维持稳定行走具有重要意义[22-23]，认知双任务步行过程中步态参数和姿势稳定性的变化可以敏感地反映步态控制与认知资源之间的关系[24]。此次研究结果显示，与单任务行走相比，认知负荷的参与会明显降低步速，且在一定负荷区间内，随着认知负荷的增加，步速越来越慢。步速能够在一定程度上反映步行能力的恢复，认知负荷介入后，与步态控制竞争注意力资源，人体通过步速的降低对认知干扰做出回应，这与之前的研究结果一致[25-26]。但当达到三倍认知负荷时，步速变化的差异无显著性意义，这可能提示步速指标在双任务步态评估中存在一定的局限性，当认知负荷超过一定值时，机体可能采取其他步态策略来维持自身的稳定性，从而导致步速的变化不再明显。此次研究还探究了认知负荷对步长、步宽的影响，结果显示，仅二倍认知负荷介入步长减小变化与单任务行走和一倍认知负荷行走差异有显著性意义，这提示步长在双任务步态评估中敏感性较低，需要一定的认知负荷刺激才能引起步长参数的改变。步长与人体行走的自动化程度相关，步长减小，步行自动化的程度降低，这提示可能达到一定认知负荷阈值时，随着认知任务的介入，使青年人更加关注姿势控制而不是认知任务。杨凤娇等[27]比较了青年人和老年人双任务步行的步态特征，认为双任务干预下青年人步态自动化优于老年人，这可能时由于未考虑认知负荷强度导致结果出现偏差。步宽参数在不同认知负荷行走时，差异均无显著性意义。郑慧芬等[28]探究执行计算任务与下楼梯双任务对动态稳定性的影响，结果表明，计算认知任务的介入对步宽、步长等参数的影响无显著差异，这与此次研究的结果部分一致；可能是因为步宽、步长等参数对认知任务介入不敏感，也可能是因为认知任务的负荷较低不足以引起青年人做出相应的步长、步宽调整。

稳定性是维持人体正常行走的必要条件，此次研究选取脚跟着地时左右方向动态稳定裕度来衡量青年人在不同认知负荷行走时动态稳定性的变化，结果显示与单任务行走相比，认知任务的介入会显著增加行走稳定性；这提示对于青年人来说，第二任务的介入不仅不会损害其自身的姿势控制能力，反而会使这种能力增强，这与之前的研究结果一致[29-30]。认知任务的介入增强主动肌与拮抗肌的协同工作，改善姿势控制，并且随着认知负荷增大，需要释放更多的认知资源去支持认知任务，降低姿势控制的复杂性。WULF等[31]也提出当机体在关注外界干扰任务时，会减少更多的主动姿势控制，从而增加姿势稳定性。刘丹等[32]使用连续减3和连续减7等计算任务探究不同认知介入对青年人静态稳定性的影响发现，认知任务的介入也会增强静态稳定性，且低认知负荷介入对人体姿势控制有益。青年人神经肌肉控制水平良好，注意力资源总量丰富，可以轻松实现姿势控制和认知任务间的灵活分配，降低认知任务对姿势控制的消极影响。LACOUR等[33]提出u型非线性的相互作用模型认为当第二任务较简单时，注意力从姿势控制转移到第二任务上，增加姿势控制的自动化水平，促进姿势控制能力。结合此次研究对步长的研究结果进行分析，当二倍认知负荷介入时，步长减小，人体步行自动化水平降低，这提示认知任务介入通过增强人体自动化水平来提高姿势稳定性的假设还需要进一步探究。另外此次研究发现不同认知负荷间行走稳定性的差异无显著性意义。SMALL等[1]探究不同认知负荷对人体行走时平衡控制的影响，结果显示，仅二倍负荷和三倍负荷与单任务行走相比差异有显著性意义。不同认知负荷间的差异仍不明显，这与此次研究结果一致；可能是因为认知负荷梯度差异较小，导致不同认知负荷间的稳定性变化差异不明显，也可能是此次研究选取的n-back听觉语言认知任务对于青年人来说，整体认知负荷强度不高，未超出其总体的认知资源，这也提示在今后的研究中可能需要考虑不同认知任务类型对人体姿势控制的影响。

结论：①随着认知负荷逐渐增加，青年人主要通过降低步速、减小步长、改变步态模式对认知任务介入做出回应；②在双任务行走过程中，认知任务的介入不能影响步宽参数，在评价双任务康复训练方案的有效性时，不建议将步宽参数作为有效评价双任务姿势控制性能的指标；③当认知负荷未超出人体总的注意力资源时，认知任务的介入会增加人体行走时左右方向的动态稳定性；④对于青年人来说，不同认知负荷对姿势控制的影响差异较小，在实施双任务康复手段介入时，可以适当减少认知负荷的设置。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

文题释义：
双任务研究范式：是指人体在行走过程中同时执行一项认知任务或其他运动任务，贴近日常生活活动的真实场景，可以用来检查认知与神经肌肉控制之间的相互作用。
动态稳定裕度：是基于人体动态稳定性理论和倒立摆姿势模型提出的人体行走稳定性度量，计算给定的质心位置速度点(外推质心)到支撑基底边缘的最短距离。动态稳定裕度为正值时代表行走稳定，反之则不稳定，且中外侧方向动态稳定裕度值被认为是评价人体行走稳定性的关键指标。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

（1）本研究通过n-back听觉语言认知任务比较了3种不同认知负荷对人体动态姿势控制的影响，突破了仅认知任务介入与单一任务比较的局限性。（2）本研究选取动态稳定裕度作为衡量动态稳定性的指标，此指标考虑了速度对动态稳定性的影响，可以综合量化支撑平面、质心位置和质心速度对人体动态姿势控制的影响。

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