年龄和太极对选择范式的指指任务的影响

摘要

背景．这项横断面研究考察了年龄对执行涉及选择的指指手指任务的影响，以及有经验的老年太极拳实践者在这类任务中是否比健康的老年对照组表现得更好。方法．将三十名学生和30名健康的旧控制与31个太极从业者进行比较。所有受试者都进行了快速指数指向的任务。视觉信号在3条条件下随机出现：（1）尽可能快速地触摸黑球，（2）不要触摸白球，（3）只有黑色和白色的白色球触摸白球球同时出现。前三角形电灰度的反应时间（RT），从肌电图开始触摸目标的终点精度，记录错误运动的终点精度。结果．年轻学生表现出明显更快的RT和MT，达到显著更高的终点准确性和更少的错误动作。年长的太极练习者的MT明显快于年长的对照组。结论．用选择范式的手指指向任务变得更慢，随着年龄的增长而越来越准确。积极调查结果表明，太极拳可能会减缓涉及需要更多认知进展的选择的眼睛协调任务的老化效果。

1.介绍

眼手协调需要在目标导向的精确运动中熟练和综合地使用眼睛、手臂、手和手指[1］.刺激越复杂，要做的决定越多，任何年龄的人的反应时间就越慢[2］.研究表明，随着年龄的增长，反应时间会变慢，而且随着任务难度的增加，反应速度的减慢变得更加明显[2，3.］.其他研究人员认为，任务复杂性的增加会导致对中央处理资源的需求增加。由于老年人在大脑中处理信息的可用资源较少，当任务复杂性增加时，他们的表现可能比年轻人受到更大的影响[3.］.因此，年龄依赖性任务复杂性效应可能是由于年龄引起的中枢神经系统认知加工资源的变化。

太极拳，一种身心锻炼，有着悠久的历史，现在东方和西方都有数百万老年人练习太极拳。表演它的108种形式相当于复杂的运动技能训练[4并且需要大量的手眼协调和平衡控制。我们实验室以前的研究结果表明，有经验的太极拳练习者在手指指向指向指向他们的手的对侧和中央出现的静止信号时，比对照组显示出明显更好的准确性，在年龄、性别、迷你精神状态检查分数和身体活动水平上相似[5］.当视觉目标移动时，练习者也表现出明显更好的准确性。特别有趣的是，他们的准确性与更年轻的对照组相似[5］.

先前的研究表明，锻炼除了能提高身体表现外，还能提高认知功能。这种可能性特别有趣，因为认知缺陷在老年人口中日益普遍[6］.太极拳要求练习者把有节奏的深呼吸和精神集中在一起[4，7］.实践证明，它可以改善放松、情绪和心理状态[8］.我们之前的调查表明，太极拳练习者比健康的对照组和认知要求较低的有氧运动练习者表现出更强的注意力和记忆力[9］.因此,本研究的目的是检查(1)老化的影响在指责任务范式,需要更多的认知过程和选择(2)经验丰富的太极拳练习者的程度表现出更好的性能比控制相似的年龄、身高、性别、和物理的水平。

2.方法

2．1.参与者

30名年轻的大学生(年龄与30名健康的老年对照组(年龄年龄)和31岁有经验(平均=太极拳练习者(年龄较大的年)在这个横断面研究中。学生是从当地一所大学招募的，而年长的对照组是从几个社区老年人中心招募的。后者之前没有打太极的经验，尽管一些人声称会定期早上散步或做伸展运动。要加入太极组，受试者必须每周练习太极超过1.5小时，持续3年或以上。所有老年受试者都进行了4次筛选试验。他们必须(1)在迷你精神状态检查(MMSE)中获得至少24分，以排除认知缺陷[10，11］.他们还必须(2)在Snellen的视力测试中达到20/20或以上[12]，如有需要，可配戴眼镜;(3)表现出上肢有足够的活动范围，以完成指指动作;(4)完成一份修改过的明尼苏达休闲时间体力活动问卷[13- - - - - -16］.

患有影响手指指向试验的青光眼或白内障等眼部病理的受试者，以及患有影响上肢功能的任何病理(如中风、帕金森病或任何神经或肌肉骨骼障碍)的受试者均被排除在外。其他排除标准为上肢周围神经病变或转移性癌症。本项目经香港理工大学伦理委员会批准，并在研究开始前获得所有受试者的书面知情同意。

２.２.测试程序

受试者被指示用他们的惯用手(用于写字或拿筷子)的食指尽可能快速和准确地指向，从桌子上的固定起始位置指向垂直显示单元上出现的视觉信号(3M Touch Systems;3M光学系统分部，300 Griffin Brook Park Drive, Methuen, MA 01844, USA)。视觉显示单元固定在支撑面上并垂直于支撑面，其上边缘位于每个受试者的眼睛水平距离支撑面36厘米。首先，受试者的食指放在桌面，距离屏幕10厘米。视觉信号是一个直径1.2厘米的球。受试者安静地坐在可调节高度的椅子上，扶手放在电脑控制的液晶触摸屏前，手放在桌子上，胳膊肘、臀部、膝盖和踝关节处于90度左右的位置。调整椅子的高度，使视觉显示单元的上边缘与受试者的眼睛水平。在显示单元上边缘的中心放置一个标记，受试者被要求在测试期间将眼睛固定在标记上(图)1(一)）.他们的上半身用尼龙搭扣带绑在椅子上，防止箱子移动。这是因为手指的指向既可以涉及躯干和手臂的运动，也可以只涉及手臂的运动。17］.由于数据收集只涉及记录手臂肌肉的肌电图(EMG)反应，因此有必要抑制躯干运动，以便受试者仅通过手臂运动指向视觉目标。

视觉信号在以下三种情况下随机出现:(1)一个黑球要求被试者尽可能快、尽可能准确地触碰它;(2)白色的球要求被试不要触摸;(3)黑白球均要求被试只触碰白球而不触碰黑球(图)1 (b)）.LCD面板宽34厘米，高27厘米，从左到右和从上到下分为1000（未标记）的部分。所需触摸的视觉信号出现在LCD监视器的位置100,500（中左）（中左）500,500,500（中央）和900,500（中右）的位置（图1 (c)）.条件1和3出现了15次，条件2 10次。因此，每个受试者以随机顺序出现了40个运行。每组坐标都触及了10次。对数据记录前的每个条件给出了熟悉的试验，以确保受试者了解如何执行任务。

2.3。数据记录和分析

使用一对表面电极记录三角肌前肌(伸臂运动成分的原动机)的肌电图活动[18受试者的主要手臂。采用Cram和Kasman推荐的电解质凝胶和胶带沿肌肉粘贴电极对[19］.采用不锈钢表面电极记录肌电信号(B & L Engineering, 1901 Carnegie Ave, Ste Q, Santa Ana, CA 92705 USA;电极间距= 1.375英寸(3.493厘米)，放大增益为320，总输入阻抗超过100兆欧姆，带宽为12 Hz至3000 Hz。他们在1,000 Hz下采样，并使用模拟/数字转换卡(National Instruments, 11500 N Mopac Expwy, Austin, TX 78759-3504, USA)存储以进行离线分析。随后使用LabView软件套件对这些肌电信号进行处理。它们使用截断频率为10hz的二阶巴特沃斯低通滤波器进行全波整流和平滑。

用反应时间、动作时间、终点准确度和错误动作次数四项指标来比较三组间的差异。(1)反应时间(RT)是指从球出现在屏幕上到三角肌前肌电反应开始的时间，定义为肌电信号偏离基线3个标准差以上的时间点。这一点是使用定制的LabView软件程序确定的，然后每次都进行可视化验证。(2)运动时间(MT)定义为从肌电反应开始到球被触碰的时间，本研究称之为“终点”。这包括肌肉扭矩产生完成指向任务所需的时间。按照惯例，肌电运动时间被定义为从肌电信号开始到结束的时间间隔。因为随着年龄的增长，老年人由于肌肉萎缩和相关的神经肌肉变性而表现出更长的生物力学延迟[20.，我们包括产生完成指示任务所需的肌肉扭矩的时间，以比较本研究中三个队列的MT。(3)在LCD屏幕上定位球的精度称为“端点精度”，定义为被测者手指指向位置与球中心的绝对偏差。(4)错误动作次数定义为在条件2中触到白球或在条件3中触到黑球。

２.４.统计分析

为了确保数据的可靠性，使用类内相关系数(ICC)来评估结果测量的重测信度。3组间年龄、身高、臂长比较采用单因素方差分析(ANOVA)，性别比较采用卡方检验。由于所有参与者的手和视觉显示单元的起始位置都是固定的，手臂长度的任何差异都可能构成选择范式中涉及认知加工的手指指向任务的协变量。因此，如果发现有显著差异，则在统计分析中将受试者手臂长度作为协变量处理。臂长定义为受试者肩峰与中指指尖之间的距离。用于两组老年人之间的比较-测试采用MMSE评分进行，卡方测试用于比较老年受试者的体育活动水平。采用多变量方差分析(MANOVA)比较3组和3个位置的每一结局指标，即RT、MT和终点准确性。如果在多变量检验中发现有统计学意义的差异，则对每个位置进行单变量检验。事后如果在单变量检验中发现显著差异，则使用Bonferroni调整进行分析。采用单因素方差分析比较三组间错误动作的数量。如果在单因素方差分析中发现有统计学上显著的差异，事后使用Bonferroni调整进行分析。显著性水平(α)进行统计学比较。

3.结果

３．１．主题

80名老人受试者志愿参加这项研究。两个太极从业者被排除在外，因为他们练过于太极拳的3年。在对照主题中，由于以前的太极体验，排除了3;8由于低于24的MMSE评分而被排除在外;另外6个科目被排除在外，因为他们无法在Snellen的敏锐度测试中获得20/20或更多。

表格1在年龄、身高和手臂长度上，年轻对照组和年长(对照组和太极)受试者之间存在显著差异。手臂长度在手指指向任务中是一个混淆变量，在MANOVA统计分析中被视为一个协变量。表中的结果1此外，太极拳练习者和老年对照组在年龄、身高、臂长、性别、MMSE评分和身体活动水平方面相似。

３．２．两次试验法的可靠性

61名老年参与者中，男性6名(太极受试者3名)，女性14名(太极受试者9名)，平均年龄=在第一次相互指责的试验进行第二次评估的一周后，多年回到了实验室。RT、MT和终点精度的ICC值分别为0.66(置信区间0.41 ~ 0.80)、0.85(置信区间0.74 ~ 0.91)和0.68(置信区间0.41 ~ 0.82)，信度适中至令人满意。错误移动次数的ICC值为0.46(置信区间- 0.51-0.80)。这被认为是相当可靠的，应该谨慎对待。

３．３．带有认知成分的指指点点任务

在手指指向所有3个目标位置时，年轻大学生表现出明显更快的RT和MT时间，显著更高的终点准确性和更少的错误动作(,表2）.太极拳练习者的MT速度明显更快，手指指向所有3个位置时出错的次数也比年长的对照组少。当视觉目标出现在他们指向的手的对侧时，他们也显示出明显更好的终点准确性。特别有趣的是，手指指向中心和同侧靶点位置的RT，终点的准确性和错误动作的数量甚至与年轻受试者相似(表)2）.

4.讨论

4．1.老化的影响

由于日常生活中的许多情况需要人们设定优先级并选择对不同信号的反应，因此我们在本研究中选择了一个涉及选择范式的指责任务。我们的结果表明，在选择范式下的手指指向任务中，眼手协调能力随着年龄的增长而下降。这些发现与我们之前关于衰老对静止和移动目标的手指指着任务的影响的调查结果一致[5]，以及其他有关眼手协调的研究[3.，21］.此外，随着选择范式的加入，我们发现，与年轻对照组相比，老年受试者的眼手表现下降相对更大，如下所示。

与我们之前的研究中使用固定视觉信号进行的简单快速的手指指向任务相比[5结果表明，当手指指向任务中加入选择范式时，年轻大学生和老年对照组的RT和MT均较慢。使用中央视觉目标定位例如，年轻学生在简单任务中的RT和MT分别为289.6 ms和583.2 ms [5]，而使用选择范式的相同测量值分别为431.6 ms和617.9 ms2)，分别增加49%及6%。然而，老年人的组内RT和MT增加比年轻人多，为60% (322.2 ms [5]，而RT为515.1 ms, 29% (768.7 ms [5在简单和选择性条件下，年轻受试者接触视觉目标中心的终点精度相似，分别为7.28 mm和7.33 mm，误差仅增加0.7%。然而，老年人在选择范式上表现较差，误差为16.8 mm(见表)2)，而在较简单的任务中为12.8毫米[5，增长了31%。在选择范式中引入的认知需求似乎在更大程度上影响了老年人的手指指向任务的表现。菲茨定律利用该方程描述了手臂运动的特征，其中MT为运动时间，距离移动了，然后目标的宽度，与和为常量22］.这样的等式没有考虑任务的任何认知成分，也没有考虑衰老的影响，如我们前面[5以及目前在年轻人和老年人之间进行的横断面研究。

4．2．太极练习的效果

4.2.1。准备运动的时间

太极拳练习者在手指指向所有3个目标位置时的MT速度明显快于年长对照组(见表)2）.这与我们之前的发现不同，即在别无选择的情况下，两组老年人简单快速地用手指指向静止和移动的视觉目标时，表现出了相似的MT [5］.后者认为两个群体都可以达到类似的MT的静止视觉目标[5排除了肌肉骨骼和神经肌肉因素的组间差异，包括该任务中关节运动的范围和肌肉力量。然而，除了这些因素外，眼手协调还涉及知觉、认知和运动分期因素[3.，23，24］.Shumway-Cook和Woollacott [20.详细介绍了眼手协调任务中的关键认知技能，如“解决问题、选择性注意、计划、记忆和意图等。”虽然一个人仅凭神经肌肉的能力就能接触到物体，但“一个人获得一系列解决困难任务的方法并正确识别物体有用性的能力受到认知能力的影响。”

在静止方案中，太极拳练习者触碰中心位置(500,500)的平均MT为762.3 ms [5］.在选择范式中，它仅略微增加到845.2毫秒，仅增加了11%2）.这远远低于之前报道的老年对照组29%的增长。这两项关于简单范式和选择范式的研究结果的差异可能可以解释为，在选择范式中进行手眼协调需要更高的认知技能[3.，24］.

4.2.2。端点精度

太极从业者比指向对侧视觉信号的旧控制受试者展示了更好的终点精度（平均误差为12.7毫米，对于中间左侧目标位置，REAC。），即使它们的移动速度明显更快（MT = 886.5 ms versus 1032.6 ms; Table2）.之前的研究表明，8周的太极训练可以使老年人(平均年龄= 78.8岁)达到更流畅的动作，显示出比散步或慢跑项目中的人更少的剧烈动作，当他们被指示用惯用手移动触控笔，通过一条曲线穿过另一个中间目标，达到最终目标时[25］.在前一个横断面研究中,我们还发现,有经验的太极从业者在指向更准确的固定和移动视觉信号比年长控制相似的年龄,性别,和身体活动水平,他们的表现甚至相似的年轻大学生(5］.太极拳要求练习者用眼睛紧密地跟随手的动作。这种特定的眼手跟随训练可有助加强医护人员的眼手协调能力[5，26］.此外，太极练习非常强调关节的准确定位和运动方向。事实上，我们实验室先前的研究结果显示，有经验的太极拳练习者有更好的关节本体感觉[13］.值得注意的是，关节本体感觉已经被证明是准确到达动作的重要来源[27，28］.综上所述，尽管使用选择范式需要更多的认知加工，但这些因素可能会提高手指的终点精度。

4.2.3。错误的动作

表格2显示太极练习者的错误动作明显少于年长的控制者。这一发现可能是由于他们在信号编码过程中的注意力更好，在记忆提取过程中的视觉信号注册更好，如我们之前的研究所示[9］.一种可能的解释是，太极拳练习要求练习者注意并回忆一长串的动作，通常从24种到108种。

由于本研究采用的是横断面设计，太极拳练习和更好的手指指向表现之间的因果关系无法建立。需要一项纵向研究来确定两者之间的因果关系。因为只对健康的老年人进行了检查，所以结果不能推断为年轻的、虚弱的老年人或那些有视觉或认知问题史的人。

5.结论

局限性,本横断式研究的结果表明,经验丰富的太极从业者可能函数比老控制日常活动需要手眼协调能力达到一个对象的选择,比如拿勺子坐落在各式各样的餐具是否或所需的关键一串钥匙。值得注意的是，在选择范式中，他们的手指指向视觉信号的中心和同侧位置的RT，端点的准确性，以及错误动作的数量，甚至与年轻的对照受试者相似。

致谢

作者感谢香港理工大学为这项研究提供财政支持，并向许文耀和曾伟民提供策略性发展领域补助金。他们还感谢受试者的参与，感谢老年中心允许他们招募成员。也要感谢比尔·珀夫斯先生对英语编辑工作的建议。在这里报告的研究成果中，没有任何商业团体对作者或与作者有关联的任何组织有直接的经济利益。

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