Парадигма Струпа с двумя задачами для выявления когнитивного дефицита у пациентов с высокофункциональным инсультом

Резюме

Шкалы клинической оценки недостаточно чувствительны к когнитивной дисфункции у высокофункциональных пациентов с инсультом. Парадигма двойной задачи представляет преимущества и потенциал в оценке и когнитивной тренировке когнитивной дисфункции. В исследовании предлагается парадигма Струпа с двумя задачами для выявления когнитивной дисфункции у высокофункциональных пациентов с инсультом.

Аннотация

Шкалы общей клинической когнитивной оценки недостаточно чувствительны к когнитивным нарушениям у пациентов с высокофункциональным инсультом. Двухзадачная оценка имеет преимущества для выявления когнитивного дефицита у высокофункциональных пациентов с инсультом и постепенно применяется в клинической оценке и когнитивной тренировке. Более того, парадигма Струпа обладает более высокой чувствительностью и специфичностью для оценки внимания, чем обычные шкалы клинической когнитивной оценки. Таким образом, в этом исследовании представлена оценка двойной задачи, основанная на парадигме Струпа, для выявления когнитивного дефицита у высокофункциональных пациентов с инсультом. Это исследование демонстрирует однозадачную и двухзадачную оценку, основанную на парадигме Струпа, и подтверждает ее осуществимость с помощью тематических экспериментов и синхронизированной функциональной оценки ближней инфракрасной спектроскопии. Время реакции Струпа и правильная скорость используются в качестве основных показателей для оценки когнитивного уровня испытуемых. Этот протокол исследования направлен на то, чтобы предоставить новые идеи для выяснения эффекта потолка в общей неудачной клинической оценке у пациентов с высокофункциональным инсультом.

Введение

Инсульт является основной причиной инвалидности у людей¹ и может вызывать различную степень двигательного, когнитивного, эмоционального и других функциональных дефицитов². Некоторые пациенты с инсультом с лучшим прогнозом и лишь незначительными функциональными дефектами демонстрируют большую функциональную автономию в повседневной деятельности, но функциональное состояние их инвалидности может быть недостаточным для поддержки их возвращения к работе или предыдущей деятельности. Эти пациенты называются высокофункциональными пациентами с инсультом ^3,4. Из-за их незначительного функционального дефицита трудно определить их дисфункции, особенно с точки зрения когнитивных функций, с помощью общей оценки функциональных шкал, таких как Монреальская когнитивная оценка (MoCA)⁵ и рейтинг клинической деменции (CDR)⁶, которые имеют эффект потолка и плохую чувствительность для выявления легких функциональных дефектов у высокофункциональных пациентов с инсультом. Поэтому необходимо разработать объективные и простые методы выявления когнитивной дисфункции у высокофункциональных пациентов с инсультом.

В последние годы постепенно стали цениться преимущества парадигмы двойного задания в оценке и обучении ^7,8. Например, пациенты могут нормально выполнять простые когнитивные одиночные задачи (например, вычисление), но демонстрируют различную степень снижения когнитивных функций, когда дополнительные задачи добавляются ^9,10 (например, ходьба во время счета). Manaf et al. обнаружили, что пациенты с инсультом часто используют компенсаторные стратегии при выполнении когнитивно-моторных двойных задач, таких как поддержание стабильности, жертвуя выполнением когнитивных задач¹¹. Таким образом, двойная оценка может иметь преимущества в выявлении когнитивного дефицита у пациентов с высокофункциональным инсультом. С одной стороны, содержание двухзадачной оценки ближе к повседневной жизни, чем одна задача, такая как ходьба, наблюдение за окружающей средой или разговор и звонок. В предыдущих исследованиях задача «ходьба + именование» и задача «ходьба + пересечение препятствий» были разработаны для имитации ходьбы в реальных условиях¹².

С другой стороны, исполнительная способность в двойных задачах имеет тесную связь с разделенным вниманием (относящимся к категории продвинутых когнитивных функций)¹³. Рассредоточенное внимание – это способность выполнять несколько задач одновременно и распределять внимание на две или более задач¹⁴. Эта когнитивная способность имеет большое значение для повышения эффективности повседневной деятельности. Таким образом, результаты оценки двойной задачи могут быть использованы для отражения разделенного внимания человека. Обычно люди могут одновременно решать две или более простых задач в своей повседневной жизни и не беспокоятся. Однако, когда функция мозга нарушена, при столкновении с простыми двойными задачами может быть больше помех при выполнении двух задач; То есть при выполнении двойных задач снижение распределенного внимания может привести к ухудшению выполнения одной или двух задач¹⁵. Сделан вывод о том, что выполнение двух задач с большей вероятностью сможет обнаружить прогрессирующее нарушение когнитивных функций у пациентов с высокофункциональным инсультом.

Парадигма Струпа — это классическая экспериментальная парадигма для изучения эффекта Струпа (также известного как эффект конфликта)¹⁶, которая широко используется при оценке внимания в тестах когнитивных функций, особенно в области торможения внимания¹⁷. Классический эффект Струпа относится к тому факту, что людям трудно быстро и точно реагировать на недоминантные стимулы из-за вмешательства доминирующего ответа. Это приводит к более длительному времени отклика и более низкой точности ответа на недоминантные стимулы. Разница во времени реакции или скорости точности между доминирующими и недоминантными реакциями составляет эффект Струпа¹⁸. Поэтому Струп требует высокого уровня внимания¹⁹. Меньшие эффекты Струпа представляют собой более высокое торможение внимания, в то время как более крупные эффекты Струпа представляют собой снижение торможения внимания¹⁸.

Парадигма Струпа может быть более подходящей для оценки когнитивной дисфункции у пациентов с высокофункциональным инсультом и имеет более высокую чувствительность и специфичность для оценки внимания, чем традиционная шкала клинической оценки²⁰. Таким образом, в этом исследовании была разработана двухзадачная оценка, основанная на парадигме Струпа, для выявления когнитивного дефицита у высокофункциональных пациентов с инсультом. Протокол также включает клиническую оценку когнитивной функции, двигательной функции нижних конечностей и функции равновесия у пациентов с инсультом, чтобы гарантировать, что пациенты могут выполнить двойную оценку. Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS) использовалась в качестве объективного инструмента оценки функции мозга для выявления активации функции мозга у высокофункциональных пациентов с инсультом в рамках двойной задачи. Эффективность и осуществимость схемы оценки двух задач, основанной на парадигме Струпа, были проверены с точки зрения нейровизуализации, что дает новые аспекты для клинической практики.

протокол

Этот проект был одобрен Ассоциацией медицинской этики Пятой дочерней больницы Медицинского университета Гуанчжоу (No KY01-2020-08-06) и зарегистрирован в Китайском центре регистрации клинических испытаний (No ChiCTR2000036514). От пациентов было получено информированное согласие на использование их данных в этом исследовании.

1. Подбор персонала

1. Набор пациентов с инсультом со стабильным состоянием, подтвержденным визуализирующим обследованием-диагнозом, соответствует диагностическим критериям цереброваскулярных заболеваний отделения неврологии Китайской медицинской ассоциации (2005 г.). Выбирайте пациентов с инсультом на стадии IV²¹ по шкале Бруннстрема.
2. Убедитесь, что пациенты могут выполнять основные повседневные действия самостоятельно. Убедитесь, что пациенты не имеют явных когнитивных нарушений и соответствуют следующим требованиям: MoCA в нормальном диапазоне; отсутствие одностороннего пренебрежения (тест Альберта, количество пропусков ≤2)²²; отсутствие других неврологических заболеваний, таких как дефекты речи; и может сотрудничать с соответствующими инструкциями для завершения этого исследования.
3. Убедитесь, что испытуемые участвуют в тесте добровольно, и подпишите форму информированного согласия.

2. Клиническая оценка

1. Запишите информацию о субъекте, включая имя, пол, дату рождения, уровень образования, индекс массы тела, историю болезни и историю приема лекарств.
2. Проведите оценку когнитивных функций.
   1. Выполните MoCA²³ на пациентах с инсультом, задав 11 вопросов, касающихся внимания и концентрации испытуемых, исполнительной функции, памяти, языка, навыков визуальной структуры, абстрактного мышления, вычислений и ориентации.
   2. Общий балл MoCA составляет 30, что связано с уровнем образования. Если предмету понадобилось менее 12 лет обучения, добавьте один балл к общему баллу MoCA. Считайте, что оценка 26 и выше как нормальная²³.
   3. Выполните CDR²⁴ у пациентов, перенесших инсульт. Соберите информацию во время структурированных интервью с пациентами с инсультом и их семьями и оцените способности испытуемых в шести аспектах: память, ориентация, суждение и решение проблем, работа и социальное взаимодействие, семейная жизнь и личное хобби, а также независимая жизнь.
   4. Максимально возможный балл - 3. Оцените полученные баллы следующим образом: общий балл = 0 указывает на отсутствие деменции; общий балл = 0,5 указывает на подозрение на деменцию; общий балл = 1 указывает на легкое когнитивное нарушение; общий балл = 2 указывает на умеренные когнитивные нарушения; а общий балл = 3 указывает на тяжелые когнитивные нарушения²⁴.
   5. Выполните тест Альберта для выявления наличия одностороннего пространственного пренебрежения (USN) у пациентов с инсультом. Попросите испытуемого зачеркнуть все линии, которые расположены в случайной ориентации на листе бумаги.
   6. Представьте испытуемому серию из 40 черных линий, каждая длиной около 2 см, случайно ориентированных на листе белой бумаги размером 11 x 8,6 в шесть рядов. Оцените наличие или отсутствие УСН, исходя из количества неперечеркнутых линий с каждой стороны тестового листа. Если какие-либо линии остаются непересеченными и более 70% этих непересеченных линий находятся на той же стороне, что и двигательный дефицит, это указывает на одностороннее пространственное пренебрежение.
3. Проведите оценку двигательной функции.
   1. Выполните оценку Фугля-Мейера (FMA) у пациентов с инсультом, чтобы оценить двигательную функцию, чувствительность, равновесие, диапазон движений суставов и боль в суставах у пациентов с постинсультной гемиплегией. Двигательная область включает в себя элементы, оценивающие движение, координацию и рефлекторные действия плеча, локтя, предплечья, запястья, кисти, бедра, колена и лодыжки.
   2. Оценка двигательной функции колеблется от 0 (гемиплегия) до 100 баллов (нормальная двигательная работа), деленная на 66 баллов для верхних конечностей и 34 балла для нижних конечностей. Оценивают оценку следующим образом: 0-49 баллов указывают на тяжелые двигательные нарушения; 50-84 балла указывают на выраженные двигательные нарушения; 85-95 баллов указывают на умеренные двигательные нарушения; и 96-99 баллов указывают на незначительные двигательные нарушения.
4. Выполните оценку функции баланса.
   1. Выполните шкалу баланса Берга (BBS)²⁷ на пациенте, перенесшем инсульт, в общей сложности 14 пунктов от простого к сложному, включая равновесие сидя, равновесие стоя, перенос тела, поворот и стояние на одной ноге.
   2. Оценивает баллы следующим образом: наивысший балл по шкале — 56; общая оценка <40 баллов говорит о риске падения; 0-20 набранных баллов указывают на плохую функцию равновесия и на то, что требуется инвалидная коляска; 21-40 баллов говорят о том, что испытуемый обладает определенной функцией равновесия и нуждается в ходьбе с посторонней помощью; Набранные 41-56 баллов свидетельствуют о хорошей функции равновесия и о том, что испытуемый может ходить самостоятельно²⁸.
5. Выполните оценку риска падения.
   1. Выполните тест на время и вперед (TUGT)²⁹ на пациентах, перенесших инсульт. Попросите испытуемого встать со стула, пройти 3 м, повернуть корпус, затем вернуться и сесть в кресло с комфортной скоростью, чтобы обеспечить безопасность. В то же время попросите оценщика рассчитать время всего процесса от выдачи приказа об отъезде до сидения в кресле.
   2. Оценивают полученный результат следующим образом: если общее время прохождения испытуемым перетягивания ≥14 с, то это свидетельствует о том, что испытуемый имеет риск падения²⁹.

3. Оценка задач Струпа

1. Выполните оценку одной задачи Струпа (только задача Струпа; Рисунок 1).
   1. Попросите пациента сесть в устойчивое кресло.
   2. Запустите коммерческое программное обеспечение для презентации стимулов и выберите испытания теста на конгруэнтность. Создайте новый профиль для пациента. Выберите тестовые испытания на конгруэнтность задачи Струпа и повторите три испытания.
      1. Проведите следующую экспериментальную парадигму. Разработайте эксперимент со временем отдыха пациента 10 с, а затем попросите пациента выполнить один когнитивный тест с частотой 6 с, в общей сложности три испытания, при этом каждое испытание будет иметь стимул 60 с + 60 с отдыха.
      2. Установите общую продолжительность эксперимента равной 370 с (конкретный процесс показан на рисунке 1). В состоянии покоя попросите пациента расслабиться. Когда эксперимент находится в стадии стимуляции, попросите пациента выполнить тест, связанный с вниманием, выполнить задание за 6 секунд и выполнить его 10 раз за 60 секунд.
   3. Попросите пациентов следовать инструкциям для двух тестовых испытаний, как описано ниже.
      1. Выберите испытания теста на конгруэнтность. Нажмите кнопку со стрелкой слева (←) как можно скорее, когда она показана слева от квадрата. Нажмите кнопку со стрелкой справа (→) как можно скорее, когда она показана справа от квадрата.
      2. Выберите испытания тестов на несоответствие, которые выполняют тот же шаг, что и испытания тестов на конгруэнтность. Нажмите кнопку со стрелкой слева (←) как можно скорее, когда она показана слева от квадрата, игнорируя значение символа и ориентируясь на его положение.
      3. Нажмите кнопку со стрелкой вправо (→) как можно скорее, когда она показана справа от квадрата, игнорируя значение символа и ориентируясь на его положение. Завершите задачу, сохраните данные и экспортируйте данные в самостоятельно созданную базу данных.
2. Выполните оценку двойной задачи Струпа (задача Струпа + контроль баланса).
   1. Попросите пациента сесть на балансировочный мяч, а терапевт будет отвечать за защиту пациента. Позвольте пациенту завершить экспериментальную парадигму Струпа с шагами, упомянутыми выше (шаги 3.1.1.-3.1.5.).
      1. Когда эксперимент находится в состоянии покоя, попросите пациента сохранять равновесие и максимально расслабляться на балансировочном мяче. Когда эксперимент находится в состоянии стимуляции, попросите пациента провести тест, связанный с вниманием, сохраняя при этом равновесие на балансировочном шаре, насколько это возможно.

4. Оценка fNIRS

1. Поместите 10 источников света и 12 приемников на тестовую крышку fNIRS, чтобы они соответствовали четырем областям интереса (ROI) этого исследования, которые включают левую префронтальную кору (LPFC), правую префронтальную кору (RPFC), левую промоторную кору (LPMC) и правую промоторную кору (RPMC).
2. Подготовка предмета
   1. Информируйте испытуемых о цели эксперимента и наблюдайте за пациентами.
   2. Убедитесь, что участок Cz находится в верхней части тестового колпачка, четвертая точка ото лба до затылочной доли на средней линии полного колпачка. Убедитесь, что середина соединения лежит между корнем носа и нижним краем затылочного выпуклости, точкой пересечения соединения от корня носа до затылочной выпуклости или связью между верхней ушной ушной ямкой обоих ушей (раковины цимбы).
   3. Наденьте колпачок на голову испытуемого и отрегулируйте положение колпачка так, чтобы точка Cz на голове субъекта совпадала с точкой Cz на колпачке. Затяните галстук с обеих сторон шапочки и позвольте ушам субъекта проникнуть через щель; Передняя часть шапочки естественным образом прикреплена ко лбу, а задняя естественным образом прикреплена к затылку.
3. Приобретение и предварительное приобретение
   1. Откройте программное обеспечение, выберите испытуемого и введите основную информацию о пациентах. Установите частоту дискретизации на 11 Гц.
   2. Нажмите кнопку предварительного сбора , чтобы начать предварительный сбор и откалибровать тестовый сигнал. В соответствии с интенсивностью сигнала каждой точки, отображаемой функциональной ближней инфракрасной спектроскопией, отрегулируйте слабые точки сигнала, переместив колпачок или дополнительно обнажив кожу головы. Когда интенсивность сигнала каждой точки, собранной колпачком, становится стабильной, остановите предварительный сбор и нажмите кнопку автоматического усиления. Нажмите кнопку «Пуск », чтобы собрать сигнал.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Обеспечьте качество сигнала при захвате и предварительном сборе следующим образом. Исходная кривая сигнала интенсивности света должна быть стабильной, сопровождаться колебанием сигнала сердцебиения 1-2 Гц, а значение должно соответствовать разумному порогу, установленному оборудованием. Интенсивность сигнала может быть обозначена цветом, где интенсивность сигнала серого дисплея низкая, желтый - хороший, зеленый - отличный, а красный - слишком сильный.
4. Выполняйте оценку одной задачи Струпа, синхронизированную с fNIRS. Затем выполните двухзадачную оценку Струпа, синхронизированную с fNIRS.

5. Обработка и анализ данных

1. Обработка общей информации и данных клинической оценки пациентов.
2. Анализируйте данные ближнего инфракрасного диапазона с помощью программного пакета NirSpark в MATLAB.
   1. Выполните предварительную обработку данных.
      1. Нажмите кнопку Исключить , чтобы исключить временной интервал, не связанный с экспериментом. Нажмите кнопку « Движение », чтобы устранить артефакты движения, вызванные физиологическими действиями, такими как дыхание, сердцебиение, пульс и т. д., и непроизвольными действиями, такими как моргание, глотание и т. д., и преобразовать сигнал интенсивности света в сигнал оптической плотности.
      2. Нажмите кнопку «Фильтр », чтобы выбрать полосовой фильтр (0,01–0,2 Гц) для удаления физиологических и инструментальных шумов. Нажмите кнопку Hemo , чтобы рассчитать относительные изменения оксигемоглобина (HbO₂) и дезоксигемоглобина (HbR) в соответствии с модифицированным законом Бера-Ламберта и преобразовать сигнал оптической плотности в сигнал концентрации кислорода в крови.
         ПРИМЕЧАНИЕ: HbO 2 более чувствителен к изменениям между состояниями, чем HbR, поэтому в последующем анализе используются только данные HbO₂ в этом протоколе исследования.
   2. Здание общей линейной модели (GLM)
      1. Выберите HbO₂ в Hemo Type в качестве данных анализа. Нажмите кнопку «Спецификация », чтобы взять секунды в качестве единицы времени и выбрать стандартный тип HRF в качестве базовой функции. Затем исключите стадию покоя, чтобы создать матрицу дизайна GLM и выбрать этап стимула в задаче в соответствии с экспериментальным дизайном.
      2. Нажмите кнопку «Оценка », чтобы сопоставить установленную проектную матрицу с собранными данными. Нажмите кнопку « Просмотр », чтобы проверить рассчитанное значение β.
         ПРИМЕЧАНИЕ: GLM представляет собой линейную комбинацию наблюдаемых гемодинамических сигналов (зависимая переменная) в виде интересных регрессий (переменная задачи), избыточных ковариатов (таких как поверхностный шум, измеренный в каналах ближнего действия) и терминов ошибки.
   3. Рассчитайте значение β следующим образом. Рассчитайте экспериментальные данные в ROI, используя установленную линейную корреляционную модель. Получить GLM-параметры требуемого канала и вывести β значение активации мозга при каждом экспериментальном условии (то есть весовой коэффициент в линейной модели) для анализа.
3. Запустите коммерческое программное обеспечение для представления стимулов, чтобы экспортировать данные о производительности когнитивных задач в задаче Струпа и получить точность (ACC) и время реакции (RT) для окончательного анализа данных.

Результаты

В этом исследовании представлены результаты высокофункционального пациента с инсультом, 71-летнего мужчины, перенесшего ишемический инсульт с левой гемиплегией 2 года назад. Магнитно-резонансная томография (МРТ) показала двусторонний хронический инфаркт от базальных ганглиев до луче?...

Обсуждение

В нашем исследовании результаты рутинных шкал клинической когнитивной оценки для высокофункционального пациента с инсультом не показали каких-либо значительных когнитивных нарушений. Тем не менее, эти шкалы оценки могут показывать эффект потолка и быть менее чувствительными для выя...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Balance Ball	Shanghai Fanglian Industrial Co, China	PVC-KXZ-EVA01-2015	NA
E-Prime 3.0	Psychology softwares Tools		commercial stimulus presentation software
fNIRS	Hui Chuang, China	NirSmart-500	NA