游戏化的工作记忆训练提升老年人脑功能和结构的认知神经机制研究

Previous studies suggest frontoparietal network plays important roles in the successful aging. Designing video games aiming to improve the plasticity of function and structure of frontoparietal network according to cognitive psychology paradigm, and promote the cognitive function of older adults via the training, will have important theoretical and practical significance under the dual backgrounds of growing populations of video game players and rapid development of the aging society. The current project elaborately designs gamification working memory training toolkit aiming to promote the brain function and structure of frontoparietal network, and adopt random controlled design to train experimental and active control group older adults with laboratory group training. By using the behavioral tests, task-based and resing-state based functional magnetic resonance imaging and structural magnetic resonance imaging approaches, systematically investigate the near transfer and far transfer effects, follow-up effects and the underlying mechanisms of gamification working memory training. The project will develop experimental validated gamification working memory training toolkit appropriate for the cognitive characterization of older adults, by means of behavioral tests, brain functional activation pattern, functional connectivity, cortical volume and cortical thickness indicators of behavioral and multimodal brain imaging, deeply reveal the underlying neural mechanisms of cognitive function promotion by video game training in older adults.

已有研究表明额顶网络在成功老化中发挥着重要作用。根据认知心理学范式设计改善老年人额顶网络功能和结构的游戏，并通过训练提升老年人的认知功能，在视频游戏人口日益增加和老龄化快速发展的双重背景下具有重要理论和实践意义。本项目精心设计了旨在提升老年人额顶网络脑功能和结构的游戏化工作记忆训练工具包，并采用随机对照设计分别对实验组和积极对照组老人进行实验室团体训练。通过行为测试、任务态和静息态功能磁共振成像及结构磁共振成像等方法，系统考察游戏化工作训练对老年人认知功能提升的近迁移和远迁移效果、追踪效果及其认知神经机制。本项目有望开发出一套适合老年人认知特点并经过实验验证的老年人认知训练工具，并通过认知任务、脑功能激活模式、功能连接以及皮层体积和皮层厚度等行为和多模态脑成像指标，深入揭示视频游戏训练提升老年人认知功能的神经机制。

随着人口老龄化程度的增加，老年人认知能力随龄下降问题引起了越来越多的关注，如何维持和改善老年人的认知功能成为重要的研究课题。本研究旨在通过自行设计的基于工作记忆的视频游戏，深入探究游戏化训练对老年人认知功能的提升作用及神经机制。本项目完成的研究包括：1）游戏化工作记忆训练系统的研发；2）游戏化工作记忆训练对老年人认知功能的改善效果；3）游戏化工作记忆训练提升老年人认知功能的神经机制。本项目发现，1）工作记忆视频游戏训练能够改善老年人的工作记忆能力，产生近迁移效应；2）可以提升老年人加工速度、执行功能、视空间能力以及记忆力，产生远迁移效应；3）在脑结构上，相比于控制组，训练之后实验组被试左侧额极皮层厚度显著增加；4）在脑功能上，相比于控制组，实验组训练之后左侧额极局部功能一致性及与颞下回功能连接水平显著降低，说明经过训练可以有效提升老年人的神经加工效率。此外，利用支持向量机算法，通过训练后工作记忆变化、脑结构变化、脑功能变化三个维度对两组进行分类，结果显示将两组区分的正确率可达80%以上，进一步说明工作记忆训练的有效性。通过本研究可以发现，游戏化工作记忆训练不仅可以产生近迁移效应，改善工作记忆；同时也能够产生远迁移效应，对其他认知功能产生积极的影响。本研究表明游戏化工作记忆训练可以作为改善和提升老年人认知水平的有效干预手段。项目团队共发表SCI/SSCI及CSCD文章9篇，项目负责人均为通讯作者，其中7篇文章对项目进行了第一标注。在发表的文章中，7篇SCI/SSCI文章分别发表在Experimental Gerontology, Applied Ergonomics, Assessment, Games for Health Journal, BMC Geriatrics, Neuroscience及Frontier in Aging Neuroscience等杂志上；2篇CSCD文章分别发表在心理科学进展及中国科学.生命科学等杂志上。在本项目的支持下，项目团队获得了5项软件著作权。