使用动态视觉注意力训练改善老年人的认知技能

这项研究的目的是表明在运动工作范围 (PATH) 中心进行的神经训练提高了方向辨别的对比敏感度（背流活动显着提高了老年人的认知技能，而不是那些进行改善定向训练的人）辨别：腹侧流活动（假训练）。 大脑训练将每周三次，每次 20 分钟，持续 12 周：手臂 1) PATH 神经训练和手臂 2) 假训练。 研究人员预测，进行 PATH 神经训练的老年人将提高他们的视觉和认知技能，提高注意力、多任务处理、处理速度、阅读流畅性和工作记忆，显着高于那些进行假训练的人。 这一预测将通过测量老年人在 PATH 神经训练后对认知技能标准化测试的改善是否比进行定向辨别训练以提高处理速度和注意力的老年人更多。 MEG 大脑成像将用于显示 PATH 训练比假训练更能改善背侧、注意力和执行控制网络，正如之前发现的那样。 研究人员预测，这些改善将在健康成人和 MCI 患者中发现。

将通过使用行为方法来评估快速、有效的大脑训练的可行性，以补救与年龄相关的认知衰退，治疗与 MCI 相关的认知障碍和/或行为症状，以及减缓和/或逆转认知能力下降或完全预防。 PATH 神经训练提供了一种基于计算机的产品，可以快速有效地修复老年人的视觉和认知困难。 创新的 PATH 神经训练提高了运动工作范围的中心，而假训练提高了方向辨别工作范围的中心。 就健康老年人和患有 MCI 的人而言，这两个大脑训练组将保持平衡。 如果 WAIS 工作记忆指数得分低于 50%，并且 MOCA 得分为 19-25，则受试者将被视为患有 MCI。 这些群体也将在年龄和阅读速度方面保持平衡，这是衡量处理速度的一个敏感指标。

一半的老年人将完成 12 周的 PATH 神经训练，一半将完成 12 周的假训练。 还需要 12 周的时间来培训员工、招募受试者并完成标准化测试和 MEG 成像。 将随机选择哪些成年人进行每种类型的大脑训练，由研究统计学家 John Shelley-Tremblay 教授决定。 经过初步标准化测试后，将选择 12 名进行 PATH 训练的成年人进行前后 MEG 脑成像。

使用标准化前后的认知技能测试进行精确测量，将用于验证先前报告的老年人视觉和认知（注意力、处理速度和记忆力）表现的改善。 工作人员将在认知训练前后对子集进行标准化测试和 MEG 成像，以评估治疗（PATH 神经训练）和控制（假训练）干预后认知技能的改善情况。

评估老年人认知技能的改善将按主题类型分组：成年人是否健康或患有 MCI，以确定哪种干预措施最能改善认知技能。 研究人员预测，与假训练相比，PATH 神经训练将显着提高（p ≤ 0.05）老年人的阅读速度、工作记忆和注意力（认知灵活性）。 这将通过以下两种方式进行评估：1) 测量老年人在大脑训练后是否在上述标准化测试中有所改善，以及 2) MEG 脑源成像，以验证在 PATH 神经训练后背侧流、注意力和执行控制网络的功能是否显着改善.

本研究计划研究 40 名年龄在 55 至 75 岁之间的老年人，每组 20 名。 老年人将通过张贴小册子、从 James Brewer 博士和 Michael Lobatz 博士那里获得推荐来招募，他们都与患有阿尔茨海默氏病的老年人一起工作。

培训程序。 大脑训练练习将以高保真度的方式实施，使用详细的书面协议，所有研究助理 (RA) 都经过严格培训，必须严格遵守，新的 PATH 培训电影和新的激励策略。 在采访了认知科学专业的本科生后，他们将在加州大学圣地亚哥分校聘用工作人员，这些本科生回答了 Handshake 上的广告，这是 UCSD 门户网站为 UCSD 学生提供的实习广告。 为该项目聘请 RA 和高级 RA (SRA) 以监督研究将由 UCSD 的 PI 完成。 将聘请 11 名 RA 对感知动力学研究所 (Perception Dynamics Institute, PDI) 的老年人进行标准化测试和两种类型的大脑训练，该研究所拥有一个诊所，非常适合在安静的环境中收集数据，方便老年人访问。 恩西尼塔斯 Desert Bay Productions 的 Leslie Peters 将开发针对老年人的新培训视频。

RAs 将确保每个老年人都在完成任务，完成 PATH 神经训练 (pathtoreading.com) 旨在激活背侧脑通路和假训练旨在激活腹侧脑通路，并通过检查他们的数据及时地完成每个程序。 PI 在进行受控验证研究方面拥有丰富的经验，将负责培训所有员工、运行需要监督标准化测试和管理干预措施的日常操作。

评估提高视觉和认知技能培训效果的措施。

行为测量：认知技能的标准化测试将由 PI 培训的 UCSD 本科认知科学学生在 PDI 进行，如前所述。 所有参与者都将使用人类受试者中描述的 9 项问卷调查他们的病史和随着年龄增长而受到影响的日常活动。 由于这些是定时测试，测试项目无法记住以备将来测试，因此练习效果被最小化。 认知评估大约需要一小时，将在培训前后通过成人标准化测试进行评估，以衡量：

1. 使用 Delis-Kaplan 执行功能系统 (D-KEFS) 颜色词干扰测试的注意力（10 分钟）。
2. 在通过观看 ReadingRate 电影进行训练后，使用基于计算机的阅读率任务（在屏幕上阅读 6 个单词的文本）以越来越快的速度从有趣的故事中阅读速度，以​​使用双阶梯程序测量 2 个阅读率阈值。 （5分钟）。
3. 处理速度指数（韦氏成人智力量表 (WAIS)-4 编码和符号搜索子测试）和工作记忆指数（WAIS-4 数字跨度和字母数字排序子测试）（10 分钟）。
4. 视觉工作记忆 (VWM) 使用信息处理技能测试，有两个干扰任务，一个计数任务和重复一个短句，在测试结束时必须说出动物的名字（10 分钟）。

生物标志物测量：MEG 成像将用于提供生物标志物，以表明只有改善背流功能才能提高老年人的认知技能。 为了确定 PATH 神经训练改善老年人认知功能的可行性，Ming-Xiong Huang 教授将记录来自 12 名老年人的体素级 MEG 源幅度图像，以确定 PATH 神经训练和假训练后功能改善的皮质区域. 使用 Fast-VESTAL 程序的 MEG 脑成像（Huang 等人，2016 年、2017 年、2018 年）表明，这种运动辨别训练改善了背侧流、注意力和执行控制网络中的时间锁定活动。 覆盖整个大脑的 MEG 图像，对于每个频段，遵循 Fast-VESTAL 程序，以测量工作记忆 N-back 任务期间的时间锁定信号，将用于评估大脑功能的改善。 N-back 任务是最常用的 WM 范例之一（Gevins 和 Cutillo，1993），用于研究 WM 过程的神经基础。 将为每位参与者进行两次 MEG 考试，一次在 PATH 或假训练之前，一次在之后。

N-back 工作记忆任务。 参与者将在执行 N-back WM 任务时进行 MEG 记录。 该任务需要对记忆信息进行在线监控、更新和操作。 在任务期间，参与者需要监视屏幕中间显示的一系列字母（大写和小写）500 毫秒。 在 3000 毫秒的刺激间隔期间会出现注视交叉。 指示参与者仅在出现匹配的字母（即 target) 之前展示了 n 次试验，但不响应不匹配的刺激（非目标）。 将使用两种负载条件（1-back 和 2-back），这对 WM 过程提出了越来越高的要求。 将为每个参与者收集每个负载条件下大约 50 次试验。 将使用与 MEG 兼容的响应板记录性能，其中食指阻挡和解锁激光束。 响应板的输出包括反应时间将记录在 MEG 文件中。 将测量对目标和非目标刺激的正确反应百分比。

与传统的 MEG 方法不同，传感器波形相对于刺激的开始进行平均，将计算单个试验的传感器协方差矩阵。 然后，目标条件的总传感器波形协方差矩阵将通过对目标刺激的各个试验的协方差矩阵进行平均来计算。 然后对试验中的协方差矩阵进行平均。 使用总协方差矩阵，将为每个受试者和每个频带获得覆盖整个大脑的体素方式 MEG 源幅度图像，遵循 Fast-VESTAL 程序，参见方法（Huang 等人，2014 年）和附录在 (Huang et al., 2016) 中，测量工作记忆 N-back 任务期间的时间锁定信号以评估大脑功能的改善。 将应用客观预白化方法去除相关的环境噪声，并客观地选择传感器波形协方差矩阵的主要特征模式（Huang 等人，2014 年）。

另一个目标是研究在老年人中使用行为测量观察到的潜在认知功能障碍的神经元相关性。 还将执行体素方面的相关分析，以检查 N-back 源图像和神经心理学评分的关联。 所有科目将合并在一起进行相关性分析。 在每个频段，MNI-152 空间中的 MEG 源图像（经过空间平滑和对数变换后）将形成三个 4D 数据集：维度 1-3 表示 x、y 和 z 坐标，第四个维度代表所有科目。 将为 1- 和 2-back 条件以及四个频段创建总共八个数据集。 接下来，沿着第四维度，将在 MEG 源图像和每个神经心理学评分之间执行体素重复测量相关分析（Bakdash 和 Marusich，2017）。 对于每个频段，1- 和 2-back 条件将被视为此类分析中的重复测量。 在这项研究中，我们将只检查显示统计组差异的神经心理学分数。 重复测量相关分析创建 r 值相关图，聚类分析将用于控制 r 值图的校正 p<0.01 水平的家庭错误，类似于 F 值的校正程序地图。