《Experimental Brain Research》：Using a self-modulated treadmill as a novel approach to study cognitive-motor and biomechanical outcomes during dual-task walking in individuals with and without lower limb loss
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本研究针对下肢截肢者社区行走中认知-运动交互机制不清的问题，通过自调节跑台结合EEG与生物力学分析，揭示其双任务行走时虽能维持步态力学参数，但需以牺牲认知任务表现为代价，且前额叶/颞叶高α功率激活不足，提示神经资源募集缺陷。该工作为康复评估及假体设计提供了生态化范式下的认知-运动效率量化依据。
行走对于下肢截肢者而言，远非简单的机械运动。许多佩戴假肢的个体常抱怨行走时需要投入大量注意力，这种认知负担在复杂环境（如避开障碍物或与人交谈时）尤为突出。既往研究表明，下肢截肢者跌倒风险比健全人高20%，超过半数社区居住的截肢者每年至少跌倒一次，可能引发继发性损伤、假体部件损坏，甚至导致恐惧心理、活动参与度下降等长期问题。双任务范式常被用于探究认知与运动的相互作用，但多数研究采用固定速度的跑台，这与真实社区行走中个体需动态调节步速以适应环境的需求存在差距。自调节跑台允许受试者像在现实环境中一样自由控制步行速度，为研究认知-运动交互提供了更贴近生态效度的实验场景。
为此，Emma P. Shaw、Sarah R. Bass等研究者发表于《Experimental Brain Research》的工作，创新性地采用自调节跑台，同步记录脑电图（EEG）和生物力学数据，系统比较了下肢截肢者与健全对照组在双任务行走（认知任务为N-back工作记忆任务）下的神经认知激活模式与步态特征。
本研究关键技术方法包括：1）在CAREN（Computer Assisted Rehabilitation Environment）系统内集成自调节跑台算法，实现行走速度的实时动态调节；2）通过64导无线EEG系统记录θ（4-7 Hz）、低α（8-10 Hz）和高α（11-13 Hz）频段功率，评估精神负荷；3）采用运动捕捉系统分析步速、双支撑期、步宽等生物力学参数；4）通过N-back任务（0-back、1-back、2-back）操纵认知负荷，并采集任务准确率、反应时及NASA-TLX主观负荷评分。
研究结果
1. 生物力学表现
两组受试者在不同认知需求下均能维持步速、双支撑期和步宽等基本步态参数（图1B）。探索性分析提示，经股截肢者可能采用更大步宽以补偿稳定性，但组间差异未达统计学显著性。
2. 认知任务表现
随着认知任务难度增加，两组受试者的任务准确率均下降，但截肢组在坐姿至行走条件转换时表现出更明显的准确率降低（图2A）。反应时分析显示，仅截肢组在认知需求从中等到高时反应进一步延长（图2B），提示其认知-运动效率受损。
3. 主观负荷感知
NASA-TLX评分显示，行走条件下的心理和体力需求均显著高于坐姿，且截肢组在行走中的体力需求感知更为突出（图2C）。
4. 脑电图频谱特征
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θ功率：行走较坐姿诱发额叶、中央区、颞叶θ功率显著升高（图3A），且随认知需求增加，左半球及右半球前-顶叶网络θ同步增强（图3B, C），反映注意力与行动监控资源募集。
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低α功率：行走时中央区、顶叶、枕叶低α功率降低（图4A），且截肢组在认知需求增加时出现双侧低α功率下降（图4C），表明其需要调动更多泛化觉醒资源以维持任务表现。
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高α功率：健全组在行走时全脑区高α功率普遍降低，而截肢组仅中央-顶-枕区出现下降（图5C），提示其前额叶/颞叶任务特异性资源募集不足。
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功率比值：前额θ/前额α（FT/FA）及前额θ/顶叶α（FT/PA）比值在行走条件下显著升高（图6A, B），进一步验证双任务行走诱发精神负荷增加。
结论与讨论
本研究揭示了下肢截肢者在双任务行走中独特的认知-运动策略：尽管其能通过调节神经资源维持步态稳定性，但代价是并发认知任务表现下降。具体表现为：1）认知需求增加时，截肢组需调动更多泛化觉醒资源（低α功率广泛降低），却无法像健全组那样有效激活前额叶/颞叶的高α节律（与高级认知功能相关），导致认知-运动效率降低；2）自调节步速的灵活性未能完全补偿其有限的姿势储备，迫使资源分配向步行任务倾斜。
该研究通过生态化实验设计，首次明确了下肢截肢者双任务行走中的神经力学代偿机制，为康复实践提供了重要启示：未来假体设计与康复评估需引入认知-运动效率量化指标（如EEG功率比值），而非仅关注步态参数。此外，研究提示需针对不同截肢水平（经胫vs.经股）定制干预策略。未来工作可结合脑功能连接分析，深入探索前额-顶叶网络在双任务协调中的作用。
