01
draw (e.g. a bow)言
越来越多的研究表明，人类的行走行为不仅仅是下意识的机械运动，它还受到高级认知功能和大脑皮层的调控。近期，科学家们借助功能性近红外光谱（fNIRS）技术，对人在行走过程中的大脑活动进行了探索。研究发现，当受试者在走路的同时完成语言类认知任务时，额叶皮层中的含氧血红蛋白（HbO₂）水平显著上升，提示该区域的脑活动增强。
不过，这种脑部激活是否仅与“语言任务”有关？又是否是步态控制特有的反应？如果改为站立状态，同样的语言任务是否也会引发类似的大脑变化？本研究正是为了回答这些问题，进一步揭示双重任务（例如边走路边说话）时额叶皮层的激活是否是“行走”这一情境下独有的神经现象。
02
Research Methodology
Experimental design—be“边走边算”更耗脑，还是“站着算”也一样？
为了进一步探究步态与认知任务对大脑的联合影响，研究团队招募了23名健康的年轻成年人（平均年龄约30.9岁，其中13位为女性），采用电子走道与fNIRS技术进行实验评估。fNIRS设备通过安装在额头上的两个探头，实时监测额叶区域的脑部活动。
实验设置了四种任务条件：
-自由行走（正常行走）
-边走边向前数数
-边走边连续减7（例如从100开始依次减7）
-站立时进行连续减7
在每种任务中，受试者需完成5次30米的步行或静止站立，且每次开始前先安静站立20秒，用作大脑活动的基线比较。
Methods of analysis—重复测量方差分析（RM ANOVA）
为比较不同条件下额叶激活的差异，研究采用了重复测量方差分析（RM ANOVA）方法对结果进行统计检验。这一设计让我们能够进一步揭示，大脑在完成不同运动与认知组合任务时，是否表现出独特的激活模式。
03
评估方法
额叶功能评估
在本研究中，受试者额头上共放置了两对NIRS探头，分别位于左（Fp1）和右（Fp2）额叶皮层区域。每对探头包含3个发射器，合计构成6个通道。
fNIRS系统通过发出两种近红外波长（760和850纳米）的光线，并测量其在脑组织中的反射情况，来估算大脑中含氧血红蛋白与脱氧血红蛋白的微摩尔浓度变化，从而反映局部脑活动。
每次任务前，受试者需静立20秒以获取基础信号。随后，研究人员从任务期间的HbO₂数据中扣除这段基线水平，以得到任务相关的大脑激活变化。每种任务重复5次，数据再取平均，确保结果的稳定与可靠。
04
步态评估
除了记录大脑活动，研究还同步采用了一款“高科技地毯”——7米长的传感器地毯（PKMAS系统），以120Hz的高频率精确捕捉受试者每一次脚步的细节数据。可以分析步态速度、步伐节奏、步幅长度等关键的时空步态特征。它还能评估步伐之间的不稳定性——步幅间变异性，是衡量执行功能相关的步态协调能力的重要指标。
研究中通过计算变异系数（CV）来量化步幅时间的变化程度。CV值越高，代表步伐越不一致，可能说明在完成任务时认知控制资源受到挑战。
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分析结果
1. 步态变慢且不稳定：认知任务影响走路表现
In“边走边连续减7”（步行+S7）任务中：
-步态速度显著下降
-步幅时间波动性增加，表现出“走不稳”
变异性增大反映了执行功能负担加重，提示大脑需投入更多资源维持行走协调。
2. 认知负荷越大，大脑额叶激活越强
pass (a bill or inspection etc)fNIRS监测额叶皮层含氧血红蛋白（HbO₂）水平变化，发现：
HbO₂活动变化呈任务难度渐进增强趋势（p = 0.007）：
-最高：步行+S7
-中等：步行+计数
-最低：正常行走（不显著）
with“通常步行”相比：
-步行+计数：HbO₂↑ 0.15 μM（p = 0.03）
-步行+S7：HbO₂↑ 0.26 μM（p = 0.009）
3.大脑与步态的协同关系：互相“抢资源”？
Walking+S7中，观察到显著的负相关：
-步幅变异性 ↑ → HbO₂ ↑（r = -0.47，p = 0.04）
-减法任务完成数 ↓ → HbO₂ ↑（r = -0.71，p = 0.011）
大脑在试图维持行走稳定性时，可能会牺牲部分认知表现，体现出“脑资源分配”策略。
4. 静止任务激活较弱，恢复迅速
"站立+S7"vs."静止站立”之间**没有明显脑激活差异（p = 0.76）
任务结束后，HbO₂ 水平快速恢复至基线，符合典型的神经血流动力学反应。
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Study results
Walking+任务：前额叶“更努力”
研究表明，随着任务复杂度的增加，大脑的激活程度也显著上升。双重任务会显著增加前额叶皮层（PFC，尤其是BA10区）的负荷，且这种激活不是简单的“语言任务反应”，而是与身体运动中的认知协调紧密相关。
行走VS站立：并非一回事
同样的认知任务（如S7），如果在站立时进行，反而会导致血氧水平下降，表明认知负荷的激活机制在静态和动态状态下完全不同。
多任务处理：大脑资源也“抢地盘”
研究还发现，在步行+S7条件下，大脑氧合水平与被试的任务完成质量呈负相关。这意味着，大脑在面对运动+认知任务时，确实存在神经资源竞争的情况。
步态与认知：更深层的联系
研究还首次发现，在双重任务中，步态的变化（如步频、步幅）与大脑氧合水平密切相关。反映了执行功能与运动控制之间的深度耦合关系。
07
looking forward
本研究的对象是健康年轻人，但老年人或神经退行性疾病患者的脑激活水平往往较低，可能难以有效应对“双重任务”，这也是他们更易在复杂环境中跌倒或出现认知障碍的潜在机制。
这项研究让我们意识到，“走路+想事情”这件看似简单的小事，其实背后隐藏着大脑复杂的调控机制。而fNIRS技术，也正在为我们揭开这些“日常中的认知奥秘”。
Company Profile
With excellent innovation ability, Hengbest Technology has been awarded many invention patents, software copyrights and registered trademarks, selected in many authoritative lists such as National High-tech Enterprises, and participated in the compilation of national standards and group standards. The company has been serving universities and research institutes for a long time, and has cooperated deeply with many national societies such as the Chinese Society of Ergonomics, the Chinese Psychological Society, the Architectural Society of China, etc. The company organizes and participates in more than 40 academic conferences every year to promote technical exchanges and the development of the industry.
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