引言/背景介紹

 

 

引言：什么是技能的天花板效應？

 

       全球老齡化不斷加劇，輕度認知障礙（Mild Cognitive Impairment, MCI） 作為阿爾茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）的關鍵前奏，已成為公共衛生領域的重大挑戰。在65歲以上人群中，MCI患病率高達10%-20%，其中約12% 會每年向癡呆轉化。目前，臨床診斷主要依賴神經心理量表（如MMSE、MoCA），存在主觀性強、易受干擾的局限。功能近紅外光譜技術（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS） 的崛起，為破解這一困境提供了新的可能。fNIRS具有非侵入性、抗干擾（可在言語 / 運動中使用）、便攜低成本的優勢，通過測量氧合血紅蛋白（HbO2）和去氧血紅蛋白（HbR）濃度變化評估腦功能，適配老年 MCI 患者檢測。

       但當前研究領域內關于fNIRS應用MCI的效果和診斷價值的結論卻存在顯著的不一致性，研究者想要分析以下問題，來評估fNIRS作為診斷工具的敏感性和特異性，

       -現有fnirs應用于MCI的研究使用了哪些任務范式；

       -研究測量的感興趣區域是哪些；

       -評估的參數有哪些及其變化特征，例如HbO2濃度變化，功能連接（FC）等。

      因此，進行一項系統性綜述以整合現有證據，明確fNIRS在MCI診斷中的潛在價值，顯得尤為迫切和重要。

 

文章信息

 

      2025 年 4 月 9 日， Frontiers in Aging Neuroscience 在線發表了來自電子科技大學-四川省人民醫院醫工交叉團隊的系統綜述《Identification of functional near-infrared spectroscopy for older adults with mild cognitive impairment: a systematic review》。研究者系統檢索 PubMed、Web of Science、Embase、Cochrane Library 截至 2024 年 6 月的文獻，最終納入 34 項同行評議研究，對比 1033 例 MCI 患者與 1107 名正常認知老年人，旨在回答“fNIRS 能否作為 MCI 的客觀標識”這一核心問題。主要結論：① 任務態與靜息態 fNIRS 特征均顯示組間差異，但方向不一致；② 額葉 HbO2 變化是最常用指標，其激活水平在 MCI 中可升高、降低或相當，差異部分可由認知負荷/代償理論解釋；③ 未來需統一 MCI 亞型、任務范式、監測時長并擴大樣本，方可提升結果可重復性與臨床可用性。

研究方法

 

 

引言：什么是技能的天花板效應？

 

文獻檢索和評估，精簡版：

      納入標準：PICO框架（60歲以上MCI患者、fNIRS+任務范式、年齡性別教育匹配對照、血紅蛋白濃度量化）

      排除標準：癡呆、非原發性MCI、無任務血流動力學監測等

      數據提取：文獻信息、受試者特征、任務范式、ROI、設備屬性、氧合/血流動力學結果

      質量評估：紐卡斯爾-渥太華量表（NOS），滿分9分

 

文獻檢索和評估，詳細版：

      系統檢索 PubMed、Web of Science、Embase、Cochrane Library 截至 2024 年 6 月 15 日，關鍵詞為“mild cognitive impairment”“fNIRS”等同義擴展詞，限定英文全文。

      研究團隊根據PICO框架（Population, Intervention, Comparison, Outcome）制定了嚴格的文獻納入標準：

      Population（研究對象）：年齡超過60歲的老年MCI患者，這些患者需通過標準化神經心理學測試確認存在客觀認知障礙，且日常生活功能未受顯著影響，同時排除其他神經系統疾病和精神疾病。

      Intervention（干預措施）：采用fNIRS技術結合各種任務范式（如工作記憶任務、靜息態測量等）進行腦功能評估。

      Comparison（對照）：年齡、性別和教育程度匹配的健康認知功能老年人作為對照組。

      Outcome（結果）：使用fNIRS量化腦區感興趣區域（ROIs）的血紅蛋白濃度變化，評估腦氧合和血流動力學特征。

      文獻篩選過程由兩名獨立評審員完成，通過閱讀標題、摘要和全文，排除不符合納入標準的文獻，如會議論文、綜述文章、案例報告以及未監測任務期間腦血流動力學反應的文獻。

       數據提取由三名評審員獨立完成，使用預開發的數據提取表記錄文章信息、受試者特征、任務范式、ROIs、fNIRS設備屬性及腦氧合和血流動力學結果。對于數據不完整或不清楚的研究，聯系作者獲取進一步信息。研究質量采用Newcastle-Ottawa Scale（NOS）進行評估，該量表包括研究對象選擇、可比性和結果測量三個領域，共八個項目，滿分九分，得分越高表示研究質量越高。

 

圖1. 研究流程圖

主要結果

 

 

引言：什么是技能的天花板效應？

 

       研究對象共納入 34 項非隨機對照研究，涉及 1033 例 60 歲以上 MCI 患者（含遺忘型與非遺忘型）和 1107 名年齡、性別、教育程度匹配的認知正常老年人；MCI 診斷依據 Petersen 或 NIA-AA 標準，神經心理量表 MMSE 平均 21.4–28.9、蒙特利爾認知評估MoCA 平均 17.3–27.0，日常功能基本保留。

       由于臨床人群、方法和數據的異質性，無法進行元分析。因此，研究結果以簡短的敘述性綜述形式呈現，重點比較老年MCI患者與健康認知功能老年人在各種fNIRS特征上的差異。

       在納入的眾多研究中，共涉及 7 類經典認知任務，包括 N - back、延遲匹配樣本、數字/視空間工作記憶、語義/類別流暢性、Stroop、雙任務以及靜息態，其中 N-back 與靜息態各占 7 與 10 篇，這表明工作記憶任務與大腦自發活動狀態在 MCI 研究里備受關注。在腦區檢測方面，所有研究均聚焦于前額葉皮層（PFC），約半數研究同時覆蓋頂葉、顳葉或枕葉，以此考察不同腦區間的功能連接情況，試圖從腦區間的協同工作角度理解 MCI 的神經機制。

 

圖2.部分納入的研究

 

HbO2變化方向呈現異質性

       降低模式：10 項研究報道 MCI 在任務中 PFC 的 ΔHbO2 顯著低于對照組，尤以高工作記憶負荷（2-back）或語義流暢任務為甚。例如 Yeung 等發現 2-back 下雙側 PFC 激活減弱，而 0-back 無差異，提示認知負載升高使 MCI 神經資源耗盡。

      升高模式：7 項研究顯示 MCI 出現代償性高激活。在一項采用三級難度視空間任務的研究中，發現中-高難度下 MCI 的 HbO2 斜率反而大于對照組，符合“腳手架”代償假說。

       腳手架理論：源于教育心理學與發展心理學的核心理論，核心是通過暫時性、適應性的支持，幫助學習者跨越 “現有能力” 與 “潛在能力” 的差距，最終實現獨立解決問題的能力。結合 “認知負荷理論”，解釋老年人在輕度認知障礙（MCI）中的腦功能變化：老年人面對認知負荷時，前額葉皮層可通過 “代償性激活”（類似 “腳手架”）維持功能；但若負荷過高，代償能力不足則會出現激活下降。

      無差異模式：9 項研究在 N-back、靜息態或 Stroop 任務中未檢出顯著差異，可能與樣本量小、任務難度不足或監測時長過短有關。

功能連接與動態FC指標變化

      • 靜息態功能連接：4項研究證實 MCI 患者的有效鏈接（EC）和FC降低， PFC - 頂葉/枕葉的有效連接（EC）與功能連接（FC）普遍下降，表明 MCI 患者大腦不同區域間信息傳遞和協同工作能力受損。

      • 任務態功能連接：任務態部分研究觀察到 MCI 患者 PFC 內 FC 代償性增強，可能的解釋是解釋該現象為 “大腦代償機制”—— 通過增強腦區間功能連接輔助完成認知任務。

      • 動態功能連接變異性：有研究首次報告 MCI 患者動態功能連接變異性（low - frequency AUC）升高，提示大腦網絡穩定性下降。但多尺度熵（MSE）與側化指數在 MCI 與對照組間未見一致的變化差異，因此其敏感性和特異性需進一步驗證。

認知負荷 - 代償整合框架下的結果解釋

       將上述結果置于認知負荷與 STAC 框架下分析，低認知負荷時，MCI 與對照組均可動員 PFC 資源；中度負荷觸發 MCI 代償性高激活；高負荷或超長時長因神經能量代謝受限轉為低激活，呈“倒 U”型曲線。這一解釋統一了既往矛盾發現，為任務難度個性化校準提供理論依據。

結論與展望

 

 

引言：什么是技能的天花板效應？

 

      該綜述首次系統勾勒了 fNIRS 在 MCI 研究中的“全景圖”，證實其具備提供客觀腦功能標識的潛力，同時揭示結果異質性主要源自 MCI 亞型不明、任務難度與監測時長不一。

       相較于單一原創研究，本文貢獻在于：① 以認知負荷 - 腳手架理論整合矛盾數據，為后續實驗設計提供可檢驗假設；② 強調靜息與任務雙模態、FC 與 HbO2 多指標聯合，可提升判別效度；③ 提出“亞型 - 任務 - 時長”三要素標準化路線圖，呼吁建立國際共識與多中心大數據平臺。

       未來研究可依據 Petersen/DSM - 5 標準對 MCI 進行精準分型，納入不同亞型于不同 fNIRS 預測模型，深入了解各亞型特點。結合實時氧合血紅蛋白反饋技術設計難度自適應任務，捕捉個體“代償 - 失代償”拐點，評估個體認知儲備和代償能力。開展 5 - 10 分鐘以上連續任務或日間多次靜息態長時監測，評估神經血管耦合延遲與疲勞效應。同步記錄 fNIRS - 腦電圖、眼動或心電等多模態數據，構建“血流 - 電生理 - 行為”多維特征，全面準確了解腦功能變化。與腦脊液 Aβ/tau 檢測、PET - MRI 等金標準對照，計算 fNIRS 技術敏感度、特異度及成本 - 效益，推動其在社區篩查與療效監測中落地應用。

 

原文信息鏈接

Yang B, Deng X, Qu X, Li Y, Guo L, Yu N. Identification of functional near-infrared spectroscopy for older adults with mild cognitive impairment: a systematic review. Front Aging Neurosci. 2025 Apr 9;17:1492800. doi: 10.3389/fnagi.2025.1492800

https://www.frontiersin.org/journals/aging-neuroscience/articles/10.3389/fnagi.2025.1492800/full

作者及單位介紹

該文章作者共6人，均來自中國相關醫療機構及高校，包括四川省精神衛生中心心身醫學中心、四川省人民醫院（放射科，神經內科）、電子科技大學，成都市新都區人民醫院（神經內科）。