扣带回灰质体积：双任务步态与痴呆发病关联的关键中介

扣带回灰质体积介导双任务步态与痴呆发病的关联

研究背景与核心问题

随着全球人口老龄化，痴呆已成为重大公共卫生挑战，而轻度认知障碍（MCI）作为正常认知与痴呆的过渡状态，是早期干预的关键窗口。双任务步态测试（行走时执行认知任务）中出现的高双任务成本（DTC，即步态速度较单任务时减慢≥20%），已被证实与 MCI 患者进展为痴呆的风险升高相关，但这一关联的神经机制尚不明确。本研究旨在探索脑灰质体积减少和运动皮层代谢物水平是否介导上述关联，为痴呆早期预警提供理论依据。

研究对象与方法

研究队列

研究纳入 139 名 MCI 患者（平均年龄 73±6 岁，女性占 44%），均来自 Gait and Brain Study 队列，基线时完成 MRI 检查，并接受长达 9 年的随访（每 6 个月评估 1 次）。最终 33 人（24%）进展为痴呆，平均进展时间为 31±21 个月。

纳入标准包括：符合临床痴呆评定（CDR）0.5 分、Petersen MCI 诊断标准，能独立行走 10 米，完成至少 2 次认知评估；排除帕金森病、严重骨关节疾病、精神药物使用者等。

图一 研究队列流程

关键评估方法

1. 双任务步态测试：采用 Zeno® 电子走道系统，测量四种条件下的步态速度：

• 单任务（正常行走）

• 双任务 1：行走时倒数 1（从 100 开始）

• 双任务 2：行走时命名动物

• 双任务 3：行走时连续减 7（从 100 开始）

• DTC 计算公式：\[(单任务速度 - 双任务速度)/ 单任务速度]×100%，≥20% 定义为高 DTC。
  

  DTC 计算公式：[(单任务速度 - 双任务速度)/ 单任务速度]×100%，≥20% 定义为高 DTC。

1. 神经影像评估：

• 结构 MRI：3T 扫描仪获取 T1 加权图像，使用 CAT12 工具箱进行灰质体积分析，校正年龄、性别、教育水平等协变量。

• 磁共振波谱（MRS）：在右侧运动皮层（M1）放置 20mm 体素，检测代谢物浓度，计算胆碱 / 肌酸（Cho/Cr）、N - 乙酰天门冬氨酸 / 肌酸（NAA/Cr）等比值，反映神经元完整性和膜代谢。

1. 统计分析：采用 Cox 比例风险模型分析 DTC 与痴呆发病的关联，中介分析（Jamovi 软件）检验灰质体积和代谢物的中介作用，通过 1000 次 bootstrap 计算 95% 置信区间。

核心结果

基线特征差异

进展为痴呆的患者与稳定型 MCI 相比：

• 认知功能评分更低（MMSE、MoCA 均 P<0.001）

• 所有步态条件下速度更慢（P<0.001）

• 高倒数 1 DTC 比例更高（21% vs 8%，P=0.03）

• 全局灰质体积更小（P<0.001），脑脊液体积更大（P=0.003）。

DTC 与痴呆发病的关联

校正协变量后，高 DTC 显著增加痴呆风险：

• 倒数 1 任务：风险比（HR）=3.05（1.13-7.49，P=0.02）

• 命名动物任务：HR=2.68（1.19-5.97，P=0.02）

• 连续减 7 任务：HR=2.17（1.00-4.79，P=0.05，接近显著）。
  

图二 DTC 与痴呆发病的关联

神经底物分析

1. 灰质体积：

• 高倒数 1 DTC 者：右侧前扣带回、中扣带回、右侧梭状回等区域灰质体积更小。

• 高命名动物 DTC 者：左侧小脑、枕叶、后扣带回等区域灰质体积更小。
  

图三 灰质体积组间差异

1. 代谢物水平：

• 高连续减 7 DTC 者：M1 区 Cho/Cr 比值更高（0.31 vs 0.29，P=0.042），NAA/Cho 比值更低（5.9 vs 6.4，P=0.001）。

• 高命名动物 DTC 者：葡萄糖水平更高（2.9 vs 2.3 mmol/l，P=0.01）。

中介效应

右侧前扣带回和中扣带回的灰质体积减少，介导了倒数 1 DTC 与痴呆发病的关联，中介效应占总效应的 48%（P=0.045），而其他脑区或代谢物无此作用。

图四 灰质体积对于认知和痴呆发病的中介效应

讨论与意义

神经机制解析

前扣带回和中扣带回在认知 - 运动整合中起关键作用：前扣带回参与任务选择、冲突解决，中扣带回调控有意运动和抗干扰能力。这些区域灰质减少可能削弱双任务处理能力，最终加速痴呆进展。而连续减 7 DTC 相关的 Cho/Cr 升高，提示运动皮层存在膜代谢异常和神经炎症，但未显示中介作用，可能与任务难度过高导致的策略改变（如放弃认知任务）有关。

临床价值

1. 生物标志物：双任务步态测试可作为低成本、易操作的痴呆预警工具，尤其倒数 1 任务的 DTC 与扣带回灰质体积联用，能提高风险预测精度。

2. 干预靶点：扣带回可作为潜在治疗靶区，未来可探索通过认知训练或神经调控保护扣带回结构，延缓痴呆进展。

局限性

1. 体素手动放置可能存在偏差，未来需标准化 MRS 检测区域（如直接靶向扣带回）。

2. 未纳入白质微结构分析，无法排除白质病变的影响。

结论

右侧前扣带回和中扣带回灰质体积减少是连接高双任务步态成本与 MCI 进展为痴呆的关键中介因素。这一发现揭示了认知 - 运动交互异常的神经基础，支持将双任务步态测试作为痴呆风险评估的有效工具。

参考文献：Ali P, et al. Smaller cingulate grey matter mediates the association between dual-task gait and incident dementia. Brain. 2025;148:1551-1561.

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