不同类型的认知训练对认知功能的影响,大脑结构,和驾驶安全高级日常司机:一个试点研究

文摘

背景。在驾驶人口增加老年人的比例提出了保证他们安全的重要性。我们研究了三种不同类型的认知训练的影响认知功能,老年人的大脑结构,行车安全。方法。37健康老人每天司机被随机分配到三个培训组之一:V组训练与新开发的车载车辆认知培训计划,组织P训练的一个类似的程序,但在个人电脑,和C组培训解决的一种纵横字谜。8周训练之前和之后,他们接受神经心理学测试,结构脑磁共振成像,和驾驶安全测试。结果。在认知功能,只有群V在加工速度和工作记忆有显著改善。驾驶安全,V组有显著改善的驾驶能力倾向测验和行车评估。组P显示无显著改善测试,和C组显著改善驾驶能力但不行车评估。结论。结果支持在培训项目的有效性提高老年人安全驾驶的能力和多通道的训练方法的潜在优势。

1。介绍

老年人的比例在驾驶人口增长迅速,尤其是在发达国家,和保证他们的安全,司机是一个巨大的重要性问题[1,2]。许可评估和晋升森严驾驶戒烟的建议措施在许多国家。然而,在广泛的郊区,一个私人汽车是一个必要的运输方法和停止驾驶可能导致大量对生活质量产生负面影响(3]。因此,方法,提高行车安全,延长老年人的流动是很重要的。

先前的研究已经表明认知功能有重大影响老年人的行车安全,在健康人群和那些患有轻度认知障碍(4- - - - - -6(然而,也看到7])。通过专注于这个认知功能之间的联系和行车安全,许多研究介绍了不同类型的认知训练和研究他们的转移对行车安全的影响,维护流动8- - - - - -13]。

对认知和行为训练的一般结果老人,研究表明此类培训干预神经结构的影响(14- - - - - -19)和功能(20.,21在老年人中。然而,最好的作者的知识,没有专门针对可能的协会之间的认知增强的研究,神经可塑性,以及行车安全的变化。同时调查这些方面的变化可以帮助获得更深的理解认知训练机制如何导致行为改变驾驶那么复杂。此外,通过比较不同类型的培训对认知功能的影响,大脑结构,和驾驶安全,人能够指望获得洞察如何设计更有效的培训项目最优行车安全的老人。因此,我们进行了一项试点干预研究和调查三种不同类型的认知训练的影响认知功能,大脑结构,老年人的行车安全。

我们的第一个目标是验证机载认知训练系统的有效性,我们设计了支持老年人获得和维护他们的安全驾驶能力。系统是为了提高处理速度,执行控制、工作记忆、视觉处理,分散注意,都是行车安全(建议有显著的相关性4,6,22]。它提供了两种类型的培训任务(工作记忆与不同级别的要求),要求用户在司机的位置响应光刺激呈现在他们的周边视野方向盘和刹车踏板,根据一组给定的规则。提供了更详细的描述系统的材料和方法。机上实现的系统,目的是为老年司机提供休闲和有效的日常认知训练。探索的积极作用建立机载认知训练系统中,我们包含了培训组,认知训练对个人电脑(PC)的培训项目,类似于用于机载认知训练,但在几个不同相关的因素,如所需的视野和电机控制涉及分布式的身体部位。

这项研究的另一个目的是探讨影响智力活动的日常训练,如解决难题,在行车安全。相当数量的研究表明此类活动的有利影响认知功能的增强或维护健康老年人(23- - - - - -26]。然而,矛盾和争论的有效性存在(27- - - - - -29日),培训的认知参与日常活动的影响仍不清楚。特别是,对行车安全的影响没有直接解决。因此,在这项研究中,我们包含了一个纵横字谜培训组另一个认知培训组,这种类型的认知训练和行车安全的明显相关性较小。

37健康老年人(年龄范围,60 - 75岁)受试者被随机分配到三个培训组之一:V组训练车辆车载认知训练,组织P训练和认知训练电脑,和C组训练解决填字游戏。这些团体有24课的训练,每次20分钟,8周的时间。在培训期间前后(前后),他们在认知功能进行了测试,大脑结构和行车安全。认知功能的变化引起不同类型的培训进行评估的神经心理学测试电池涵盖了广泛的认知功能。大脑结构的变化研究了使用分布形态测量学(VBM)分析区域灰质体积(rGMV)和tract-based空间统计分析(tbs)白质的完整性。VBM方法,被广泛用于研究区域灰质结构变化诱导训练干预措施(15,18,19,30.- - - - - -33]。分数各向异性(FA)地图获得扩散张量成像(DTI)给白质纤维结构完整性、指标及其变化也被用来描述大脑结构变化所诱导的培训干预措施(15,34- - - - - -38]。tbs是一种新方法,旨在缓解的问题视域FA-map对齐(39]。行车安全是由专业评估驾驶教练在受试者实际驾驶的驾驶学校以及驾驶能力测试单元。

2。材料和方法

2.1。道德声明

本研究经伦理委员会批准的东北大学医学研究生院。从每个主题得到书面知情同意。这项研究是根据表达的原则进行《赫尔辛基宣言》。

2.2。随机对照试验设计

虽然作为一个试点研究,本研究在UMIN注册临床试验注册中心(UMIN000006268)。这项研究是2011年7月至2011年12月进行的仙台市,日本宫城县。本研究的流程图如图1。协议是经伦理委员会批准。

这项研究是一个双盲的干预。研究对象和测试人员对该研究的假设也不清楚。受试者只被告知,该研究旨在探讨三种不同的培训项目的影响,他们被训练的其他两组。测试人员对受试者的组成员也不清楚。研究员(t . n)随机受试者按性别分层的三组与电脑随机抽取(详情见下文)。

2.3。主题

受试者招募从当地居民通过广告在当地的城镇。感兴趣的应聘者筛选首先通过半结构式的电话采访中,然后使用一个问卷调查。39合格的申请者被邀请去东北大学新闻发布会上,两人拒绝参加在解释这项研究。所有同意科目()是右撇子,他们以日语为母语。他们在60 - 75岁的参与,而且他们每天拥有一辆汽车的司机,开车超过平均每周3次。受试者不使用任何药物干扰的认知功能,包括苯二氮平类药物、抗抑郁药物或其他中枢神经药物。他们没有头部外伤史、精神疾病,或会影响中枢神经系统的疾病,包括甲状腺疾病、多发性硬化、帕金森病、中风、严重高血压或糖尿病。排除这些学科与潜在痴呆,细微精神状态检查的排除标准(MMSE)分数小于25应用(40]。所有的患者被排除在这一标准的基础。

所有受试者知情同意提供,经伦理委员会批准的东北大学医学研究生院,为了参与这项研究。获得知情同意后,受试者被随机分配到三组(V组,P,或C,下面解释)。男性和女性老年司机将显示不同的驾驶行为(41]。平衡的影响这样的基线差异,分层随机化(执行42]。受试者分成单独的地层的性别并分别分配到三组从电脑随机抽取随机数生成器,各组之间达到一个平衡的性别比例。前一个话题撤回同意组分配和一个主题分配给组P在干预期间退出,导致最后一共有35个受试者包括在分析(图1)。表1总结了研究对象的基线人口统计学和神经心理学特征。我们观察到没有显著差异的特点。

2.4。干预措施的概述

受试者被随机分配到三个干预组,组V, P,或C,涉及一种特定类型的培训项目:V组训练车辆与机载系统发达,P组训练与一个类似的项目但PC, C组和训练来解决填字游戏。对象访问我们实验室24倍(8周每周3天),他们每次都进行了20分钟的训练。所有的培训进行了时间守护者的存在(兼职大学生)确认适当的任务执行的对象,并提供必要的帮助关于操作培训。之前和之后的培训干预期间,受试者接受神经心理学和行为测试,结构脑成像磁共振成像(MRI),脑功能测量的脑磁图描记术(MEG)不会被描述在本文和两种类型的行车安全测试。主要结果测量指标是驾驶能力倾向测验。preintervention(前)进行了测试开始前一个星期内每个主体的干预期间,和postintervention (Post)测试结束后一周内进行干预。在下面几节中,培训和前/后测试更详细地解释。

2.5。每组训练

2.5.1。V:车载认知训练

在认知训练系统。我们开发了一个认知训练系统,一旦安装完毕,可以使用容易被老年人每日不断的司机。考虑他们的相对倾向于不太熟悉和/或热衷于使用电脑和视频游戏,我们预期,老年人将更容易进行认知训练,不断如果是实现机载使用在日常驾驶的频繁的场合(例如,离开前/后回家,或者在一个购物中心的停车场)。也是培训项目坐落在预期,导致使用视觉领域常见的驾驶和操作熟悉的方向盘和刹车踏板,将促进培训效果的转移实际驾驶情况。确保安全,系统是为了使用而车停。

系统包括五个发光二极管(led),一个演讲者,一个控制器区域网络接口和一个移动电脑。LED灯被放置在驾驶员的座位周边视野的司机。四个灯(右上图右下角,左上的,左下侧)是位于大约等距从司机的视图的中心,和一个光在左边(司机的位置相反)一面镜子。一面镜子旁边的位置选择考虑的重要性,注意驾驶安全的一面镜子。训练任务,led有节奏和随机呈现各种颜色的光的模式。用户反应与方向盘和刹车踏板根据一组给定的规则。油门踏板不使用。音频反馈告知受试者他们的反应的准确性。

系统提供以下两种类型的训练任务:任务和延迟反应立即响应。立即响应的任务集中在功能处理速度、执行控制、视觉处理,分散注意。上面列出的延迟反应任务集中在那些和工作记忆。两个任务的规则解释如下。

立即响应的任务。用户提出的有节奏地回应光刺激周围的四个led位于方向盘的中心。当两个相同颜色的灯光(绿色或蓝色)提出了相同的一侧(左或右),受试者将车轮相反的方向似乎是为了避免一个障碍。黄色的灯光干扰,因此受试者压制他们的反应,即使两个黄色的灯光在同一边。此外,红灯了随机的五个发光二极管,有时与节奏同步,有时的节奏。用户应对红灯无论其地位。特别是,当两个相同颜色的灯光(绿色或蓝色)在同一边,红灯在剩下的led,他们被要求进行转向和制动响应。方向盘和刹车都是操作相应的刺激所示时,他们将回到中立位置。

延迟响应的任务。在这个任务中,光刺激了相同的方式立即响应的任务。所不同的是,用户推迟他们的转向反应周期刺激()的步骤。因此,用户被要求同时判断当前的光带,记住操作来进行步骤后,进行轮操作来响应必要时后退了一步刺激。工作记忆负载增加更大是使用。在目前的研究中,我们使用第一12个访问和之后的12次。相比之下,刹车反应随机红灯要给予及时的立即响应的任务。特别是,用户行为转向和制动响应当两个相同颜色的灯光(绿色或蓝色)在同一侧步骤(s)和红灯之前剩余的led。

适应性训练和动态调整节奏。在这两个任务,连续三正确反应诱导的改变任务的节奏更快的节奏刺激是一个水平,和两个连续错误的反应诱导水平变化较慢的节奏。有10个水平节奏和表2显示了每个级别的节奏刺激。任务包括自适应的动态调整节奏训练,充分的困难总是挑战尽管用户的学习水平的变化。此外,培训系统提供三种类型的等级相关背景音乐,级别3和4之间的更改和6和7之间的水平。

培训过程。机载系统装备到乘用车放在我们研究所的停车场和受试者分别在V组来执行两个交易日的延迟反应的直接响应任务和两个交易日每天训练任务。每个会话了5分钟。的延迟反应任务,所需的延迟周期刺激将转向反应第一12天,培训训练后12天。在每次训练结束,系统提供了一个视觉反馈,通知的主题转换的性能。

2.5.2。组P:电脑认知训练

电脑培训任务。的对手机上的培训系统,我们还开发了一个电脑认知训练系统。该系统还提供了两种类型的任务,及时响应和延迟反应任务,与上述解释相同的规则。主要差异如下。(1)本系统提出了彩色刺激PC上的LED灯显示。周围的四个led的中心用户的视野取而代之的是24寸显示器的四个角落。的视角中心四个刺激位置是20°。一面镜子旁边的第五个遥远的领导中心位置被刺激的演讲所取代。(2)代替方向盘和刹车踏板,反应都是由三个扣子的电脑鼠标。方向盘向左和右被点击左边按钮取代右手食指和正确的按钮与正确的无名指,分别。 The brake pedal was replaced by clicking the middle button with the right middle finger.

因为任务的共享功能,我们认为基本要求处理速度的功能,执行控制,工作记忆不会不同于船上的认知训练。然而,我们也预计,由于相对较窄的视觉空间和形态分布的输入刺激(周边视野的有限使用)和输出效应器(只有右手手指)比在训练,对视觉处理的功能的影响和分散注意将会更小。此外,相似之处实际驾驶的差异将使这个电脑的转移培训驾驶安全不太可能比上训练。

培训过程。每个主题在P组访问了我们学院的一个房间里,他们有两个交易日的立即响应延迟反应任务的任务和两次每次都在PC上。训练任务的参数是相同的在培训,和每个会话5分钟。的延迟反应任务,所需的延迟左/右按钮响应周期刺激被设定第一12天,培训训练后12天。在每次训练结束,系统给了视觉反馈,告知受试者过渡的性能。

2.5.3。C组:填字游戏培训组

填字游戏培训任务。我们通过了一些纵横字谜作为培训任务组c。这是一个版本的汉字纵横字谜和数字的方块相同数量应该包含相同的汉字字符。一些细胞充满了汉字在初始状态,和一组可用的字符。没有额外的线索。目的是填补所有的白色方格编号,这样每一个连续的白色方块是一个有意义的词。我们使用电脑程序是使用鼠标。

成功的绩效,任务应该需要进行推断的能力,处理速度,和执行功能,以有效地尝试各种可能性,工作记忆记住可能的选择和假设,和分散注意检查结果的一致性同时在不同的位置。词汇也是需要;然而,这不是关键字,大多数人的答案是知道的。

培训过程。C组中的每个对象访问了我们学院的一个房间里,他们被训练解决电脑上纵横字谜数量计划每次20分钟。使用鼠标进行的所有操作。他们的进展记录,如果他们不能在20分钟完成一个问题,他们继续下次进来了。如果他们在期限之前完成了一个问题,他们继续下一个问题。如果他们放弃了一个问题,答案是显示,然后继续下一个问题。

2.6。神经心理测试

评估可能的三种类型的认知训练对广泛的认知功能,受试者接受下面的神经心理学测试前后的测试:MMSE (40),块设计(BD)分测验的韦氏成人智力量表(极冰原)III (43),额评估电池(FAB)在床边44这个词),流畅性测试(WFT) [45),追踪测试(TMT) (46),Symbol-Digit形式测试(SDMT) (47),空间跨度分测验的韦氏记忆量表——(WMS-R) [48),本顿视觉保持测验(BVRT) [49),Rey-Osterrieth复杂图测试(钢管)50),雷伊听觉言语学习测试(AVLT) (51,直线方向的判断(詹妮弗·洛佩兹)[52]。认知障碍的患者被用来屏幕,和受试者需要25分以上列入分析(没有对象被排除在外)。其他的测试措施被用来评估认知功能,在下一节中解释。

2.7。分析认知功能

获得一个通用的一种方式和稳定的认知结构测量计算复合测量多种神经心理测试相关的认知功能(5,37,53,54]。通过总结标准化分数(意思是,50;标准差,10)所需的相关测试措施上面解释一些sign-flipping以便所有的分数显示更好的性能更高,我们评估以下三个综合措施的具体认知功能域:(1)处理速度的组合,其中包括TMT-A SDMT;(2)执行功能复合材料,包括工厂,WFT, TMT-B;工作记忆(3)复合材料,其中包括党卫军,BVRT, AVLT。如上所述,这些认知领域是车载认知训练的主要目标之一。因此,我们假设组V以及组P将显示在这些认知领域重大改进。WFT,此外,通过结合BD TMT-B, BVRT, CFT-Copy, CFT-Recall, AVLT,詹妮弗·洛佩兹,我们计算的复合测量认知障碍(COGSTAT),据报道是在司机行车安全的一个重要预测阿尔茨海默病(5,53,55]。

改进(Post−Pre)每个复合测量计算为每个主题。排除noninterest先前存在的可能影响因素,所有受试者的改进值适合mean-centered年龄的一般线性模型,性,和之前的分数(基线)作为解释变量,他们为这些混杂变量调整。然后,对改善培训的意义影响每个组合在每个干预组测试Wilcoxon符号秩检验(片面的备择假设是改进为正)。我们使用了非参数Wilcoxon测试因为一些结果变量不满足正态分布的假设的参数以及为基础。由于本研究的探索性质,测试结果被认为是重要的Benjamini-Hochberg (BH)过程56)应用于认知复合材料和驾驶安全的综合数据为每个组为了控制错误发现率(罗斯福)。

此外,对于每一对组,我们进行了Wilcoxon rank-sum测试(双边)为了探索的重要组差异改善复合材料。测试结果被认为是重要的与黑洞为了控制罗斯福。

2.8。核磁共振图像采集

收集所有的MRI图像使用3 t飞利浦Intera阿奇沃扫描仪。使用magnetization-prepared快速gradient-echo (MPRAGE)序列,高分辨率的t1加权结构图像(240×240矩阵;女士重复时间(TR): 6.5;回波时间(TE): 3女士;反转时间(TI): 711毫秒;的视野(FOV): 24厘米;162片;切片厚度、1.0毫米)收集。扫描时间是8分钟3 s。Diffusion-weighted数据获取与旋转回声回波平面成像(EPI)序列(TR: 10293毫秒; TE: 55 ms; big delta (Δ): 26.3 ms; little delta ():12.2毫秒;视场:22.4厘米;2×2×2毫米³体素;切片厚度2毫米;60片;sensitivity-encoding换算系数(感觉),2;收购数量,1]。扩散加权分布是各向同性的32个方向(值,1000年代/毫米²)。此外,一个数据集没有扩散加权(值,0 /毫米²)收购。总扫描时间是7分钟17秒。

2.9。大脑结构变化的分析

2.9.1。分布形态测量学的分析区域灰质的变化

检查的影响,不同类型的培训干预rGMV,我们进行了VBM在t1加权图像结构分析。

首先,t1加权图像处理SPM8软件(Wellcome认知神经学部门,伦敦,英国;http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/)Diffeomorphic解剖登记使用取幂李代数(DARTEL) [57在MATLAB)方法(MathWorks公司,纳蒂克,妈,美国)。新的分割算法应用于所有t1影像提取组织的干预措施前后的地图与灰质(GM),白质(WM)和脑脊液(CSF)。减少missegmenting无关的组织的风险,如硬脑膜,通用汽车,我们使用一个修改灰质组织概率地图(TPM)获得通过改变像素点的值的标准通用TPM在SPM8值小于0.25为零。获得的转基因组织图像接受了DARTEL模板创建工具。研究sample-specific模板和最一致的非线性变形迭代得到的图像与模板注册导入的图像与他们的平均水平。DARTEL标准化工具被用来估计应用变形和空间组织正常化图像模板,然后到蒙特利尔神经学研究所(MNI)标准与参仿射空间线性变换。扭曲的图像被调制的雅可比行列式源于非线性变形参数来弥补个人当地体积变形(58]。然后,所有的扭曲和调制通用图像被卷积平滑12毫米宽屏一半最大各向同性高斯内核。最后,信号变化之间的rGMV前后图像计算为每个主题在每个体素。在这个计算,我们只包括体素显示rGMV值> 0.10在前后图片,以避免可能的部分体积影响周围的组织边界。

处理地图代表rGMV变化之间的前后扫描(rGMV Post−rGMV Pre)然后转发到整个大脑组级别的分析。在每个干预组中,我们测试了rGMV变化(正面和负面),一般线性模型(一个样本以及与协变量)。此外,对于每一对组,我们进行单向的协方差分析(两个示例测试与协变量)为了找到显著差异的方式之间的rGMV改变组。在这两种类型的测试,mean-centered年龄,性别,灰质总额预扫描,颅内总额预扫描的不包含在模型。与SPM8统计模型估算了,被设定为水平的统计意义与family-wise错误纠正多个nonisotropic调整集群级别的比较(59)基本体素水平。校正,NS工具箱(http://fmri.wfubmc.edu/cms/software NS)使用。Nonisotropic集群大小调整测试可以而且应该被应用在集群大小测试用于已知的数据非平稳的(换句话说,不均匀光滑),正如VBM的数据(59]。

2.9.2。Tract-Based空间扩散张量图像数据

预处理和tract-based空间统计数据(tbs)目前的DTI数据进行的分析软件包(http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/根据标准程序,5.0版本),前面描述的(39]。首先,每个主题的DTI图像,每个时间点(前后)prealigned彼此为了纠正涡流,失真,或头部运动。然后,扩散张量计算,用于获得一个FA地图,和nonbrain像素点被排除在外。获得的FA地图被侵蚀外噪声敏感体素进行降噪,对齐到FMRIB58_FA MNI standard-space图像(1×1×1毫米³)非线性注册和平均获得一些具体的意思是FA形象。束骨架的生成是指FA形象,是FA值的阈值超过0.2为了限制进一步分析白质内分学科之间,已经成功地对齐。所有个人FA地图投影阈值意味着FA骨架,导致了场大病FA每个主题和时间点的数据。投影到FA骨架是tbs的本质分析,以减少潜在的问题错误配准的假阳性或假阴性结果在随后的跨学科voxel-wise统计(39]。

以同样的方式作为rGMV VBM分析,预计FA的变化前后之间的信号(FA Post−FA Pre)计算每个主题在每个体素的意思是FA骨架并受统计检验的干预措施的影响。我们进行了抽样测试FA的变化在每个组和英足总差异的两个示例测试每组两组之间变化。Mean-centered年龄和性别是不包括在模型。统计模型估计与跨学科permutation-based进行统计(60目前的实现为随机选择的工具。共有5000名排列进行每个之下,和统计推断是用threshold-free集群增强(TFCE) [61年]修正多重比较。完全修正值小于0.05被认为是重要的。

2.10。驾驶安全测试

2.10.1。驾驶能力倾向测试模拟器试验装置

受试者与CG400驾驶能力测试单位测试(TKK 7020,武井科学仪器有限公司,新泻市日本)(62年]。这电脑驾驶能力测试单位已经被日本警察厅的许可,它被安装在许多驾驶学校。广泛用作对老年人的驾驶能力评价体系。测试单位配备一个阴极射线管显示器,一个方向盘,油门,刹车踏板,它是按照国家警察机构系统指南(63年]。它提供了测试以下四个类型的任务:简单的反应,选择性反应,处理操作,和分散注意到多个任务。基于这些任务的性能,测试单位评估五级等级14日相关的方面:(1)简单的反应速度,(2)稳定简单的反应,(3)选择性响应的准确性,(4)选择性反应的速度,选择性反应的稳定(5),(6)转向操作的准确性,(7)的平衡转向操作,(8)指导操作,效率(9)分散注意准确性视野的中心,(10)分散注意速度视野的中心,(11)分散注意稳定的中心视野,(12)分散注意准确性周边视野,(13)分散注意周边视野,速度和(14)分散注意稳定周边视野。总结的总成绩获得14的成绩(max = 70)给出了一个综合评价的驾驶能力。测试平均需要25分钟,包括解释。

2.10.2。行车驾驶学校教师评价

主题参观当地一所驾驶学校,驾驶测试之前和之后的干预期。测试被安排在一天不同的日子前/后的其他部分进行了测试在我们的研究所但开始前一个星期内每个主体的干预期(前)和干预期结束后一周内(Post)。测试在白天而不是天与视图或有限的极其恶劣的天气道路上的积雪。

驾驶考试是在驾驶学校的培训课程进行的。受试者开车1.7公里的路线与各种安全检查分三次,总共20分钟。其中一个驾驶教练作为测试人员是谁坐在乘客座位在测试期间,默默地观察驾驶行为。老师统计的冒险行动主题。确定的高风险的行动是根据26检查项目和分类表中列出3,计算转换为五级等级为每个检查项目,导致总成绩最多130驾驶没有不安全的操作数。

2.11。行车安全分析的变化

的总成绩驾驶能力测试单元进行了分析以同样的方式作为认知综合措施:改进(Post−Pre)总成绩的计算为每个主题和调整年龄、性别和前(基线)总分数。会促进培训效果的改进测试Wilcoxon符号秩检验(片面的备择假设的改进是积极的)。改进的差异进行了测试与Wilcoxon rank-sum测试(两面)。

行车驾驶安全测试的总成绩第一次调整的影响测试人员(驾驶教练)。然后,数据受到相同的类内和群体间的分析驾驶能力的措施。

3所示。结果

3.1。性能进展的培训任务

解释的材料和方法,训练任务组P V和由自适应训练的节奏刺激(试验)的表示动态调整根据主题的性能水平。因此,提出的数量和正确处理刺激做指标性能进步的训练任务。两组受试者V和P显示持续进步的表现两个培训任务。

在C组,我们没有一个精确的定量评价改进的能力来执行训练任务,因为每个主题不同的纵横字谜游戏问题解决了一天根据他/她的进步。然而,录音时间管理员确认所有科目取得了进展,他们的回答字符被发现更快更稳定。

3.2。认知功能的变化

描述每个训练干预对认知功能的影响,我们会进行测试改进的综合措施的三个认知领域(处理速度、执行功能和工作记忆)以及复合测量的认知障碍(COGSTAT) [5]。综合得分的变化(Post−Pre)调整了年龄、性别、和前(基线)得分,和虚拟改进(Post−Pre > 0)进行了测试使用片面Wilcoxon符号秩测试每组,黑洞的过程(56)采用正确的多重比较。

图2和表4的总结干预效果及其意义。在处理速度(V组都有很大提高)和工作记忆()复合材料以及略微显著改善执行功能()和COGSTAT ()复合材料。组P显示没有显著改善复合材料。C组显示没有显著改善复合材料,但略微显著改善工作记忆()和COGSTAT ()复合材料。

此外,我们探讨了改进的组间差异在每一个认知领域的双边Wilcoxon rank-sum测试每一对组之间,黑洞的过程用于多重比较修正。统计测试没有发现显著的组间差异的认知复合材料(表4;图2)。

3.3。大脑结构的变化

3.3.1。区域灰质体积的变化

VBM分析的一个示例测试(Post−Pre)差异的图像在每个培训组,我们发现几个重要rGMV每组的变化。在V组,显著增加rGMV观察左眼窝前额皮质(OFC)毗邻额下回(IFG;,;图3(一个))。在P组显著增加rGMV观察右侧额中回(生产厂;,)和左枕上回(SOG;,;图3 (b))。在C组,显著增加rGMV观察左背外侧前额叶皮层(DLPFC;,;图3 (c))和重大rGMV减少观察楔前叶(,)、小脑内侧(,),右侧尾状(,;图3 (d))。没有观察到显著变化对于其他类内差异。

此外,两个示例测试,比较了双组之间rGMVs透露,rGMV增加在右侧尾状结构在P组明显高于C组(图4)。rGMV变化没有显著差异观察其他群体间的对比。

这些rGMV变化的总结表5。

3.3.2。分数各向异性白质的变化

tbs分析用于调查的影响不同类型的培训白质完整性,和我们进行了抽样测试FA的变化(FA Post−FA Pre)在每个组。的重要性排列测试修正为多个比较TFCE校正(61年),和集群由阈值()> 0.95(或等价在纠正)地图被认为是重要的。tbs的结果分析显示白质FA大幅上涨大片在左壁内的沟(IPS)和C组的左楔前叶(图5;表6)。没有明显的增加或减少的FA观察其他培训组。

此外,我们进行了两个示例的测试差异FA改变每一对组之间,我们发现了FA变化无显著差异。

3.4。驾驶安全措施的变化

总分数获得驾驶能力测试单元分析了相同的方式认知综合措施:(Post−Pre)总分变化调整了年龄,性别,和之前的分数,和虚拟改进(Post−Pre > 0)进行了片面的Wilcoxon符号秩为每组测试,与黑洞校正用于多个比较。的总分数行车驾驶安全测试分析了相同的程序在他们第一次调整了测试人员的影响。此外,改善驾驶资质的组间差异和行车驾驶安全评估也以同样的方式作为认知测试复合材料的两面Wilcoxon rank-sum测试每一对组之间,黑洞的过程用于多重比较修正。

图6和表4的总结干预对驾驶安全措施的影响。在驾驶资质(V组都有很大提高)和行车评价()。测试组P显示无显著改善。在驾驶资质(C组有显著改善),但不是在行车评价。驾驶安全措施的差异并不显著。

4所示。讨论

目前的干预研究的目的是双重的。第一个目的是为了验证新开发的有效性上认知训练系统在提高驾驶安全相关的老年人以及它的影响基本的认知功能和神经可塑性。另一个目的是阐明不同影响不同类型的认知训练对认知功能,大脑结构,行车安全同时通过观察这些方面的变化。结果通常是按照这些目标和期望。集团V,船上接受培训,会有显著改善驾驶的安全措施以及显著或显著改善多个认知域,支持培训的预期的效果。神经可塑性的MRI数据分析发现结构性变化,似乎与不同的功能要求,每个培训的任务。在下面几节中,我们详细讨论training-induced变化的每个方面。

4.1。认知功能的变化

集团V的船上训练会有显著改善加工速度和工作记忆复合材料以及略微在执行功能显著改善。这些结果与我们的预期一致,因为培训计划完全关注这些认知领域相关行车安全(4),以及视觉处理和关注6,22]。

组P的结果,显示无显著改善的认知域,并不预期。从共享的基本设计电脑培训组P和船上培训组V,我们假设的参与处理速度、执行控制和工作记忆功能将在同一水平上。此外,训练任务的性能变化也类似的两组之间。因此,我们没有预料到的定性差异培训组P V和对这些基本的影响认知功能域。这些结果的一个解释是,认知训练可以有更大的影响,如果还包括身体性能,而船上培训包含但电脑培训缺乏。这个解释与研究的结果是一致的,表明积极影响的有氧运动(16,18,19,64年)甚至轻度体力活动(65年)和组合的影响认知和有氧训练(20.在认知功能和神经可塑性。另一个可能的解释是,易于操作的差异(或熟悉的用户界面)和合成不同的舒适,动力,和参与任务的差异引起的转移培训的认知功能的影响。例如,处理的速度训练,据报道有一个加强影响认知和日常功能(8- - - - - -11),使用电脑触摸屏代替鼠标,从而使培训更直观和更容易,尤其是对于那些不熟悉电脑鼠标操作。另一个可能的解释是,我们的受试者高基线功能,因此敏感性训练相对较低。研究观察到更强的培训效果,参与者与相对贫穷的性能基线,这表明那些减少功能可能会获得更多受益于培训(8,11]。无论哪种情况,结果表明实现认知训练机上的一个有利的影响,至少对年老的司机。

C组训练来解决填字游戏显示近乎显著改善工作记忆以及COGSTAT复合材料。这些结果似乎支持先前的结果报告,日常智力活动,如解决难题,对认知功能有有益的影响在健康的老人23- - - - - -26]。我们还指出这样一种可能性,即培训设置C组在这项研究中,需要集中精力解决谜题的有限的时间框架内20分钟,可能会带来更大的影响比等难题解决每天习惯性的活动(27]。纵横字谜的观察培训有边际影响工作记忆以及COGSTAT,这与内存相关测试CFT-Recall等措施相结合,AVLT BVRT,是可以理解的,因为自然的任务。纵横字谜数量用于培训需要记忆和检索的各种类型的信息,如可用字符填写广场、人物已经填写,作为约束进行有意义的单词,和可能的并行选择和假设。

4.2。大脑的结构性变化

集团V rGMV显示明显的增加左边IFG离岸金融中心相邻。这个地区已经经常涉及感官集成、处理情感地突出刺激,奖励预测和决策66年]。这些发现可能支持猜测机上训练任务成功引起动机的接触,导致更好的转移影响广泛的认知领域。相反,据报道,两国OFC rGMVs冲动性个体差异,呈低度负相关,表明该地区对执行功能的贡献(67年]。此外,灰质体积双边IFG已报告的积极与处理速度在健康老年人的个体差异(68年]。观察到rGMV增加可能反映了这些功能的改善。

rGMV区域显示明显的增加组P可能对应于所需的功能流程培训任务。例如,左边SOG参与刺激的视觉处理,和制造集成自下而上与自上而下的控制处理(69年]。虽然直接组间比较差异不显著,不同的组织之间rGMV变化模式V和P显示这两个种族可能以不同的方式参与训练,尽管基本任务相似的设计。

C组显示广泛的神经可塑性,在很大程度上是合理的考虑培训任务的性质及其对工作记忆的影响。rGMV DLPFC左边,显示明显的增加C组,构成了frontoparietal网络必不可少的工作记忆(70年- - - - - -72年]。重要FA增加周围白质束的左IPS和楔前叶左边显示的tbs分析与先前的发现是一致的,工作记忆训练诱发年轻人[FA大幅上涨38]。此外,据报道,FA值在同一个WM地区积极与处理速度(73年]。有趣的是,该地区显示重要rGMV减少,包括楔前叶,小脑内侧,和右尾状,也被报道参与工作记忆(74年- - - - - -76年]。最近发现,虽然在年轻人群,很大程度上表明,在某些情况下,rGMV增加而不是减少与增加相关认知和行为功能(31日,33,77年]。因此,它是可能的,这些rGMV下降也反映出training-induced认知增强。另一个可能的解释观察到rGMV减少可能归因于age-induced收缩。在这种背景下,据报道,小脑和尾状易受年龄的影响78年),但楔前叶较少受到年龄的影响(79年]。考虑干预期2个月,不可能所有的观察rGMV减少C组老化效应造成的。还需要进一步的研究来阐明这一点。

4.3。行车安全的变化

集团在两个V有显著改善行车安全措施,驾驶能力倾向测验,行车评价。这些结果表明,在认知训练系统确实有转移影响安全驾驶的能力。相比之下,组P的改善不显著的措施。这些结果与我们最初的假设一致的差异的相关因素的训练任务,比如处理所需的视野刺激和运动控制涉及分布式身体部位,将船上培训比个人电脑更有效的培训。另一种解释是,训练影响处理速度的基本认知领域,执行功能,和工作记忆,重要的只有在V组,被转移到驾驶安全。这个解释可能解释这种差异的研究表明,驾驶安全改进只能与电脑驱动的方法(8- - - - - -11]:我们学科组P缺乏显著的培训效果的基本认知功能,可能由于操作如上所述的难度,也可能缺乏转移影响驾驶安全。注意,所有受试者每日据说拥有一辆车的司机和每周开三倍以上的平均。因此,它不太可能那么简单接触组V的驾驶环境诱导的区别。不管怎样,结果再次表明,利用机载培训系统一般的(电脑)类似的类型。

C组显示,驾驶能力显著改善措施,但不是在行车驾驶安全性评价。这也可以解释的困难far-transfer效应。从其目的能力评价体系,不断驱动能力倾向测验提出了高认知需求的情况下,因此,在一般认知功能域的改进会更好的受益评估。相比之下,行车评估涉及更多特定于域的驱动因素。已经多次报道,far-transfer影响培训任务用更少的相似性比near-transfer更难实现影响大的培训任务重叠在底层的过程中,尤其是对老年人(80年- - - - - -85年]。因此,纵横字谜的影响培训工作记忆和其他认知功能可能是更好地转移到“接近”驾驶能力倾向测试而不是“远”行车评估。

4.4。限制

本研究的主要限制是小样本大小,这主要是由于需求相对有限的资源用于隔离以防止研究对象之间的相互作用,监督培训干预和控制。因此,我们只有有限的组间分析的结果,这将更确凿的如果他们已经显著,而类内结果报道在目前的研究。因此,一个可能的未来方向是复制和扩展当前研究的结果与一个更大的样本和那么严格(随意控制)试验设计。有人可能会认为,建立群际影响的另一种方法是通过引入不干预对照组。然而,这将是更有帮助,因为比较不干预控制不能分离参与审判本身的干扰。此外,我们探索之间的直接关联的认知增强,神经可塑性,行车安全的变化和相关性分析,据报道在横断面研究[86年];然而,我们并没有发现任何显著关系(本文中没有显示)。确定这是由于统计能力不足或如果这源于认知功能的关系的复杂性通过衬底的驾驶行为7),需要更大样本的研究。

剩下的另一个问题是维护的培训效果。多久的影响培训持续一旦终止?如何有效的强化训练,最好的时机是什么87年,88年]?额外的后续研究需要回答这些问题。

4.5。现实世界的认知训练上的适用性

材料和方法,所述期望的机载认知训练系统,它可以利用老年人日常司机容易,不断在日常驾驶活动的自然延伸,可以促进培训效果的转移实际驾驶情况。结果通常支持机载培训的有效性。

关于车载系统的安装,它可以很大程度上由现有或常用设备。培训计划可以实现在智能手机或电脑上的汽车导航系统。方向盘和刹车踏板的信息可以通过标准化收集汽车网络总线,已经装备在大多数的现代汽车。在大多数的汽车音频扬声器也装备。尽管LED灯和控制器需要新引入的,他们是相对便宜。总体而言,我们预计,在培训项目可以提供一个可行的选择在现实生活中提高老年司机的安全。

5。结论

我们所知,这是第一个研究同时探讨可能的不同类型的认知训练对认知的影响增强,神经可塑性,行车安全的变化。结果显示改善认知功能和行车安全验证机上训练系统的有效性,我们开发和建议实施培训体系在车里有助于增强驾驶安全。然而,行为的结果改进引起的纵横字谜培训、开车不太明显的相关性,也暗示了潜在的有用性。结合神经可塑性的结构分析结果MRI数据,这些不同类型的训练可以通过不同的底层机制有助于行车安全。因此,一个未来的方向值得探索多通道的训练方法(89年结合这些不同类型的培训。尽管限制上面所讨论的,我们相信报告的结果和影响为未来的研究提供有用的见解的增强驾驶安全性和广泛的老年人日常活动。

利益冲突

我们读过《华尔街日报》的政策和有以下冲突。隆巽他、清水Toshiyuki Tozuka二,Satoru Hirose和Tatsuyoshi治理是受雇于日产汽车有限公司,日本。他们没有其他利益发生冲突。其他作者所宣称不存在利益冲突。

确认

作者感谢石川先生,Shoji先生,从基本上和渡边女士驾驶学校进行行车驾驶安全性评价、测试人员进行神经心理学测试,时间管理员监督训练,和所有参与者和我们的同事在IDAC,东北大学,他们的支持。本研究是研究基金的支持下进行的联合研究东北大学与日产汽车有限公司有限公司,日本。日产汽车有限公司,但准备设备的支持,否则,没有参与这项研究设计、数据收集、分析和报告的结果。

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