中风患者在具有挑战性的环境中进行双任务行走:认知-运动干扰和任务优先顺序

摘要

认知-运动干扰可能会增加中风患者摔倒的风险，这可能是不恰当的任务优先顺序的相关现象。研究双任务步行可以为如何评估和治疗中风患者提供有价值的见解。本研究旨在探讨不同步行环境对中风患者双任务步行中认知-运动干扰和任务优先级的影响。通过重复测量设计，研究人员对30名中风幸存者进行了认知运动干扰和任务优先排序的评估，这些幸存者分别在一个普通的环境和两个富有挑战性的环境中行走，这两个环境要么是静止的物理环境，要么是突然出现的项目增强环境。所有这三种步行环境条件都在同时进行和不进行串行3减法任务的情况下进行。我们发现，在两种具有挑战性的环境下，认知-运动干扰比在普通步行环境下更强。认知-运动干扰在具有挑战性的步行环境中并无差异，但任务优先级确实存在差异:在有物理环境的环境中，运动表现的优先级高于有项目增强环境的环境，反之亦然。综上所述，中风患者在双任务步行过程中，步行环境对认知-运动干扰和任务优先级有显著影响。

1.简介

散步是一种半自动的活动，经常与聊天，打电话，发短信，以及其他关注苛刻的活动相结合。当暴露在充满挑战的环境中行走，如繁忙的十字路口或杂乱地形，走自己变得更关注苛刻。Combining walking with concurrent cognitive tasks will typically degrade overall task performance (i.e., cognitive and motor performances combined), as evidenced by a lower walking speed, poorer walking-adaptability performance (e.g., obstacle avoidance), and/or poorer cognitive-task performance. This reduction in overall task performance during dual-task walking is called cognitive-motor interference [1-3]。患者行走的局限性，包括中风患者，比从健康成人更大的认知 - 运动干扰受苦4]，这增加了跌倒的风险[五]。

一些研究报告在双任务的步行速度提高后，中风后的人认知双任务步态训练[6，7]。然而，在具有挑战性的步行环境中进行双任务步行的研究仍然很少。双任务步行的一个相关方面是任务优先级，这可能会随着步行环境变得更具挑战性而改变。对于中风患者来说，这已经在实验室的跑步机研究中得到验证，在这个研究中，一项避障任务在需要注意力的认知任务和不需要注意力的认知任务中进行[8，9]。在这些研究中，木制障碍物突然出现在高时间压力的要求下。，within a single stride) with considerable physical repercussions of failure (e.g., stumbling, tripping). The results showed that obstacle-avoidance performance was prioritized over cognitive-task performance, the so-called “posture-first principle.” That is, obstacle-avoidance success rates were similar with and without the cognitive dual task while cognitive-task performance decreased significantly with dual-tasking, particularly so for the obstacle-negotiation stride [8，9]。

遇到一个具有挑战性的步行环境时，或执行双重任务，而行走时一个非常普遍的适应性，是走慢[10，11]。然而，这种步行速度适应在那些实验室研究中被排除，因为步行速度在实验中保持不变。因此，我们对中风患者在具有挑战性的环境下进行双任务步行的理解仍然不完全，这是不幸的，因为它与与步行相关的跌倒的常见原因和环境有关[12]。例如，同时保持它们的行走速度，当人们到了电话交谈为主，可能会出现不恰当的任务优先级，并绊倒的障碍，而这样做。检查双任务走，没有约束的步行速度，这更类似于走在日常生活中的情况下，可以提供一个更好地了解双任务干扰和任务优先级，这可能产生有价值的建议如何最好地评估和治疗的（自适应）走在人的中风。

本研究的目的是审查的步行环境对双任务走在人与脑卒中认知 - 运动干扰和任务优先级的效果而又不妨碍行走速度。特别是，我们对比纯地上步行环境（10米步行测试[10MWT]）与上下文两个不同的挑战地上行走环境（例如，步进目标，障碍物），要求自适应行走。两个挑战步行环境不同关于上下文的类型：固定物理上下文与突然出现投射增强视觉上下文。被列入后者上下文投射增强行走适应性处理越来越多地用作中风后康复的一部分[9，13-15]。我们预期在这两种具有挑战性的步行环境下，认知-运动干扰会更强，这反映在较低的步行速度、较差的步行-适应性表现和/或较差的认知-任务表现上。在任务优先性方面，我们还期望较高的步行适应性与较低的认知任务绩效(即，认知任务绩效)相结合。，posture-first principle) for the walking environment with physical context and vice versa for the environment with projector-augmented context, given the less salient repercussions of walking-adaptability failures in the environment with projector-augmented context.

2.方法

这项研究是一个正在进行的临床试验，旨在比较为了提高步行速度和步行适应性人中风两种干预措施的影响的一部分[16]，其批准VU大学医学中心（阿姆斯特丹，荷兰，协议号53分之2013和中央委员会的研究涉及人类受试者，CCMO，协议号NL 42461.029.13）的医学伦理审议委员会。

2.1。参与者

三十三中风幸存者从康复中心里德（阿姆斯特丹，荷兰）的住院和门诊人口招募。纳入和排除标准在TIMMERMANS等人详细描述。（2016）[16]。三个参与者被排除，因为由于技术错误，丢失的数据。The remaining 30 participants (mean ± SD; age: 55 ± 12 years, height: 173 ± 9 cm, and body mass: 77 ± 13 kg, 17 males) had a first-ever stroke ≥ 3 months before study entrance (53 ± 73 months), all infarction, and a Functional Ambulation Categories (FAC) score ≥ 4 (FAC 4/5, )，被临床诊断为偏瘫(15例左侧偏瘫)，患有步行和/或平衡障碍(13例使用辅助设备)，经医生证实，有低执行功能评分(TMT)评估(B/ a比值:2.39±0.83)[17]，并无中度或重度认知障碍(MMSE)评分< 21 (MMSE: 28±2分)。所有参与者在临床试验开始前提供书面知情同意书。

2.2。程序和调校

As part of the baseline measurements of the clinical trial, participants walked in three different environments (i.e., a plain walking environment and two challenging walking environments enriched with either stationary physical context (challenging-physical) or suddenly appearing projector-augmented context (challenging-projected)), all with and without a concurrent cognitive task. This resulted in six walking conditions, which were performed in randomized order. For the plain condition, the standard 10 Meter Walking Test (10MWT) [18]以自行选择的舒适步行速度(图图1（a）)。The challenging-physical condition comprised a 10MWT with physical objects on the walking path, including three obstacles (at 2.0 m, 7.5 m, and 9.0 m and of length × width × height 9.0 × 20.0 × 4.5 cm, 4.5 × 20.0 × 9.0 cm, and 33.0 × 21.0 × 11.5 cm, respectively), a tandem-walking path (from 4.5 m to 6.5 m with a width of 20 cm), and three stepping targets (participants’ shoe length + 4 cm by shoe width + 4 cm) (Figure图1（b）)。这个挑战-身体条件也进行了三次在一个自我选择的舒适的步行速度;在这种情况下，参与者被要求跨过障碍，踩向目标，踩在通径线之间。这个挑战性的预测条件是通过交互式通道进行的(IWW, Technology4Science, Vrije Universiteit Amsterdam, Netherlands) [19，20]，一条6.6×0.9米的行人通道，配备多个微软Kinect传感器，以及一个投影仪，可显示步态相关的障碍物(0.4×0.9米的红色矩形投影)。，一个障碍出现在一个预测的脚放置位置(出现在前面两步)和一个位置依赖(即，one obstacle at an unpredictable but predefined position appearing when a participant’s ankle was within 2 m from that obstacle) manner (Figure图1（c）)。在一个自我选择舒适的步行速度进行该挑战投影状态的10倍（包括三个虚拟试验没有障碍，保留不可预测），一次。与会者指示，以跨过的障碍。

并发认知任务是串行3减法任务，向后大声计数。数量开始被改变，以避免任务熟悉。参与者practiced this subtraction task for 30 s while sitting. During all dual-task conditions participants were instructed to perform the tasks simultaneously and as effectively as possible at a self-selected walking speed. In addition, a 60 s subtraction task was performed while sitting in order to be able to determine the effects of walking environment on cognitive-motor interference (i.e., using sitting as the single-task reference for cognitive-task performance, see Outcome Measures). This 60 s seated subtraction task was randomized with the six walking conditions.

2.3。结果测量

使用以下的因变量，检查在双任务步行时认知 - 运动干扰和任务优先级的步行环境的效果：（ⅰ）行走速度对于所有行走条件（米/秒，平均超过重复），（ⅱ）一种认知-task业绩得分为坐和双任务行走条件（每秒正确减法的数量; N / S，平均超过重复），和（iii）的行走适应性业绩得分对挑战 - 物理和具有挑战性的投影条件（范围0-10）。对于挑战，身体状况，这个行走适应性性能得分为避开障碍物，串联步行获得小分的总和，并有针对性的加强，平均在3次。被列为成功地避开障碍物，双脚不得不避开障碍物的旁边没有踩着它，臀部的环行，或敲击障碍（每成功避开障碍物一分，最多的三个点）。对于成功的有针对性的步进，全脚掌必须放置在目标之内，而不允许中间步骤（每成功击中目标一分，最多的三个点）。由于对串联行走的总步数，预期参与者之间变化（5.41±1.77的步骤，根据计算结果），我们分类成功串联行走基于所述窄的步行路径内正确步骤的百分比：一个点0-25％的正确步骤，二点为26-50％正确的步骤，三点为51-75％的正确步骤，四点为76-100％正确的步骤。对于具有挑战性的投影状态，行走适应性业绩得分是针对第一障碍物10接收的点的，以获得相同的评分范围作为挑战 - 物理条件的总和（范围0-10）。被归类为一个成功地避免了障碍物时，双脚不得不被放置在投影障碍物的区域之外（即，鞋和障碍物的没有重叠;每一个障碍物点）。对于具有挑战性的投影状态，步行速度和正确减法的数量进行平均对涉及这10个障碍（即，不包括虚设试验）的试验。 Walking-adaptability performance was scored offline manually by two independent observers through visual inspection of sagittal video recordings and averaged in case of discrepancies (i.e., overall agreement in walking-adaptability score between the observers was 77% and 90% for challenging-physical and challenging-projected conditions, respectively).

双任务步行时的认知 - 运动干扰用的行走速度，行走适应性业绩得分的各个双任务效应的平均量化，且所述认知任务性能评分（与坐在作为单任务引用），即，马达（行走速度，行走适应性）和认知得分组合，以反映整个任务的性能。继Kelly等。（2010），双任务效应定义为100％  （双任务性能减去单任务性能）/单任务性能[21对于步行速度，步行适应性性能得分和认知任务的性能得分。负认知 - 运动干涉得分更糟糕的指示双任务比单任务性能，显示较强的认知 - 运动干扰更负值。

2.4。统计分析

使用弗里德曼方差分析与受试者内因素的环境检查的步行环境的认知电机干扰的影响（3个级别：普通的，具有挑战性的物理，和具有挑战性的投影），采用Wilcoxon符号秩检验用于事后分析。横跨步行环境任务优先级的通过比较评价（1）在两个马达的任务（双任务效果步行速度和行走适应性性能，采用双向重复测量方差分析与受试者内因素的双任务[2个水平采用或不采用串行3减法任务]和环境3级：普通，挑战 - 物理，和具有挑战性的投影和2级：挑战 - 物理和具有挑战性的投影，分别]）和（2），用于使用单向每个环境的认知任务的双任务效果重复-measures ANOVA对认知任务性能评分（4级：单任务参考条件，平原，挑战 - 物理，和具有挑战性的投影）。任务优先级的通过组合1的结果和2配对样本来确定-tests被用于事后的涉及环境因素主要显著影响或相互作用的分析。显著影响报告（ )以及倾向( )。效应大小由偏eta平方值(偏)表示）和用于与相关系数事后检验（)。

3.结果

3.1。Cognitive-Motor干扰

认知 - 运动干扰分数在图的箱线图中描绘2。观察到环境的显著影响( ， )，两种具有挑战性的步行环境的干扰比普通环境的干扰要大得多(物理上的: ， ， ;具有挑战性的投影： ， ， ），在不存在挑战 - 物理环境和具有挑战性的投影环境之间的差异显著的（ ， ， )。

3.2。任务优先级

在图3和表1，有和没有双重任务的步行环境的影响被描述为因变量步行速度，步行适应性性能得分和认知任务的性能得分，详情如下。

用于行走速度，观察到的双任务和环境显著主效应，以及一个显著相互作用。Walking speed was lower with (0.65 ± 0.21 m/s) than without (0.75 ± 0.23 m/s) dual-tasking and differed significantly across all environments, decreasing from the plain (0.83 ± 0.24 m/s) via the challenging-projected (0.72 ± 0.24 m/s) to the challenging-physical (0.55 ± 0.20 m/s) walking environment (all ， ， )。对交互作用的事后分析显示，在所有步行环境中，有减法任务的人的步行速度明显低于没有减法任务的人 ， ， ;对于值见表1图3), but the difference in walking speed was smaller for the challenging-physical (0.06 ± 0.14 m/s) than for the plain condition (0.15 ± 0.16 m/s; ， ， ), in the absence of significant differences between the plain and challenging-projected walking environments (0.11 ± 0.10 m/s; ， ， ）和具有挑战性的物理和具有挑战性的投影步行环境之间（ ， ， )。

在步行适应性方面，双任务主要影响显著，双任务组得分(4.88±2.39分)低于无双任务组(5.72±2.48分)。适应性得分并没有随环境的变化而发生系统性的变化，但是观察到一种通过双任务交互作用进入一个环境的趋势，反映出在有挑战性的物理环境中双任务的步行适应能力下降较小(值见表)1图3)。

对于认知任务绩效，环境的显著主效应。事后分析表明，每秒正确减法的数量在各种环境显著不同，从简单的步行环境降低到挑战投影和具有挑战性的物理步行环境（所有 ， ， ;对于值见表1图3)。Note that for the two challenging environments the scores were significantly lower than in the 60 s single-task reference condition (all 10, ， )。

4。讨论

这项研究的目的是评估的步行环境对人的中风认知 - 运动干扰和任务优先级的双任务行走的效果。正如预期的那样，步行环境显然影响认知 - 运动干扰，有两个具有挑战性的步行环境比普通的步行环境更强的干扰（图2)。认知 - 运动干扰没有两个具有挑战性的步行环境之间的差异，这表明在双任务行走总任务的性能类似的下降。然而，任务优先级的明确两个挑战性的环境不同而异，通过在行走速度的差的大小倒数图案，行走适应性业绩得分，和单任务和双任务条件之间的认知任务业绩得分（表所证明1图3)。也就是说，在步行速度和行走适应性绩效得分变化与比突然出现投影机增加了的情况下，反之亦然在认知任务的性能得分变化平稳物理环境更小。这表明，电机工作绩效与比投影机增加了的情况下物理环境更优先，在认知任务的性能，这与比投影机增加了的情况下物理环境优先更少的费用。因此，参加者粘附到更多姿势第一原理当行走在具有比在环境的物理上下文富集环境与投影机扩充上下文富集。

两个具有挑战性的环境行走之间的主要区别是上下文的类型，物理与投影机增强。其结果是，失败的行走适应性性能的后果是比投影机增加了的环境，物理环境的环境中更加突出。与会者清晰地感觉到，当物理障碍被击中，并有下降，如果障碍是联系实际的概率。相比之下，创下了投影机增加了的障碍只能视觉感知。这两个环境因此强烈不同的处罚和反馈方面的失败在行走适应性性能，从而得到任务优先级差异。此外关于输入方面的差异，这两个环境也有不同方面作出调整行走（低固定式物理环境，为高突然出现投影机增加了的情况下）的时间压力。随着投影机增加了的情况下参与者必须持续监控突然出现的障碍物，并检测时，需要一个快速的步长调整环境。在这种情况下，任务优先级可能在整个审判变化[8，9]，将参与者的任务切换能力强的要求。与中风的人一般有任务切换的难度[22]，这也是在目前的样本，证明了低的TMT B/A比率。最后不同数量的“混乱”(高物理背景,低projector-augmented上下文)可能影响任务优先级,因为物理背景几乎每一步需要适应障碍,目标,和narrow-walking路径,而突然出现projector-augmented上下文最大两个适应每个试验是必需的。因此，人行道上的杂物越多，就越需要注意力高度集中的步态适应，这可能导致在有物理环境的环境中，认知任务的表现就越差，而在有项目增强的环境中，认知任务的表现就越差。

未来的研究建议，以确定影响使用系统的比较任务优先级的上述因素的相对贡献。例如，结果-的故障的因素可能会通过行走适应性性能增加直接反馈给投影机扩充范围内加以研究（例如，当投影仪 - 增强障碍物是命中蜂鸣）。单挑突然出现一个方面可以用含有相同，但持续存在，阻碍步行环境对比投影机增加了的行走环境的影响。挑出杂波量的效果，人们可以系统地改变在走道杂波的量。这样得到的见解可能再行走时被用来认知 - 运动干扰和任务优先级的优化评估。交互式走道评估，作为用于在目前的研究投影-增强的条件下，似乎很适合，因为它的可能性以依赖于运动的方式和物化步态与环境的相互作用，以规范的上下文的呈现在步行环境为这样的努力基于三维运动学[20]。此外，由于其3D运动学，该系统可以用于检查跨越障碍不同阶段的认知-运动干扰，正如Shafizadeh等人(2017)的研究中所述[23]，而不像Smulders等人(2012)和van Ooijen等人(2015)的研究那样限制步行速度[8，9]。

这项研究的一个局限性是，对步行适应能力进行评分的两名观察人员并没有忽视这种情况(有认知任务或没有认知任务)。此外，坐着时进行的单一认知任务在60秒的试验中只进行了一次，而不是像其他任务一样提供至少3次试验。尽管有这些限制，目前的研究是第一个解决认知-运动干扰和任务优先性的双任务行走在平原和具有挑战性的环境中风患者。得到了两个具有实际意义的主要结果。首先，认知运动干扰在更具挑战性的步行环境中变得更强。其次，在双任务步行过程中的任务优先级随着用于丰富步行环境的上下文的性质和类型的不同而不同。当用上下文丰富治疗环境时，人们应该意识到这些影响，因为它可能会导致不适当的任务优先级。在这方面有趣的是Timmermans等人的RCT结果(2016)[16]，比较了两种不同的具有挑战性环境背景的处理方案:一种是静止物理环境(由Van Duijnhoven et al.(2012)开发的FALLS方案)[24和一个突然出现的项目扩增上下文(C-Mill therapy)。根据目前的研究结果，在瀑布项目中使用的物理环境可能会被期望以牺牲认知能力为代价来促进运动表现的优先级。然而，对于C-Mill治疗，它仍然是一个开放的问题，即哪些任务将得到推广。一方面，人们可以预期认知任务表现的优先级，考虑到项目增强环境的性质，而不会因为适应性行走失败而产生身体反应。另一方面，C-Mill疗法在跑步机上以固定的速度进行，由于时间压力的需求，这可能会促使运动任务优先于认知任务，类似于之前观察到的姿势优先原则[8，9]。不管精确的结果如何，目前的结果清楚地强调了量化(改变)不同治疗环境的任务优先级的重要性。

总之，通过改变环境，我们能够成功地影响认知 - 运动干扰量和诱导任务优先级的双任务走在人与中风的差异。不同于以往的研究[8，9]，我们这样做是没有限制的行走速度，因为我们预期，确实发现有双重任务和更具挑战性的步行环境，从而确认不约束行走速度的重要性，在认知 - 运动干扰和任务优先级的研究，在人与速度调整中风。认知 - 运动干预挑战步行环境增加了对双任务走。中风人们似乎差异主次运动和认知任务，在两个不同的具有挑战性的步行环境中，失败的适应性行走的后果，以及需要在这一步的调整在时间上的压力不同有关，一个明显的差异可以做成和达杂乱的，放置在attentionally昂贵行走的调整和任务切换不同的需求。

利益冲突

没有利益上的冲突。

参考

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