【认知生理】认知过程与阿尔兹海默症（AD）

[摘要] 认知过程应是一个动态调节、资源优化的系统，能够根据环境需求灵活调整认知资源，从而实现高效的信息处理和决策。认知过程的基础是适度的觉醒状态，并通过感知、注意、记忆、执行功能和决策能力的协作，最终实现精准的行为执行。阿尔兹海默症会导致认知过程的失衡。

一、认知过程及其模型

正常认知过程应当是高效、稳定、灵活的，能够快速准确地感知信息、集中注意力、存储和提取记忆、执行复杂任务，并做出合理决策。该过程需要多个认知阶段的协调运作，并在不同情境下维持最佳表现。

1.1. 正常认知过程特征

按照从感知到执行的认知阶段，正常认知过程应具备以下特征：

(1) 觉醒（Arousal）：适度觉醒，使大脑处于最佳信息处理状态。

(2) 感知（Perception）：快速、精准地接收和整合外界信息。

(3) 注意（Attention）：灵活分配认知资源，确保关注关键信息。

(4) 工作记忆（Working Memory）：高效存储、处理短时信息，以支持思考和推理。

(5) 长期记忆（Long-term Memory）：精准存储、提取知识，结合经验指导决策。

(6) 执行功能（Executive Function）：规划、问题解决、任务切换、抑制冲动等能力优化。

(7) 决策（Decision Making）：综合信息，快速做出合理判断。

(8) 运动计划与执行（Motor Planning & Execution）：精准控制动作，实现目标行为。

1.2. 正常认知过程模型（Integrated Cognitive Model）

该模型结合信息处理理论（Information Processing Theory）与认知控制理论（Cognitive Control Theory），强调动态调节、信息流动和大脑功能区域的协作，由意识觉醒，感知层，注意，执行功能，决策，运动计划，执行八个层级构成(图-1)。

图-1 认知过程模型（Integrated Cognitive Model）

(1) 觉醒控制层（Arousal Control Layer）

- 由脑干网状激活系统（RAS）调节大脑皮层的整体兴奋水平。

- 确保认知系统的"启动"和"资源供应"。

- 适当调节觉醒状态，使其处于最佳区间（避免过度疲劳或焦虑）。

(2) 感知与输入层（Perception & Input Layer）

- 负责接收外部信息（视觉、听觉、嗅觉等）和内部信号（身体状态、本体感觉等）。

- 依赖感觉皮层、丘脑、前额叶进行初步信息整合。

- 在理想状态下，应具备高信噪比，即能过滤无关信息，仅处理关键信息。

(3) 认知处理层（Cognitive Processing Layer）

- 注意系统（前额叶、顶叶）：调节注意力分配，提高任务专注度。

- 工作记（前额叶、海马体）：短时存储和操作信息，支持复杂推理。

- 长期记忆（海马体、新皮层）：高效编码、提取知识，支持经验学习。

(4) 执行与决策层（Executive & Decision Layer）

- 执行功能（前额叶皮层）：规划、任务切换、冲动控制，优化行为。

- 决策系统（前额叶、伏隔核、杏仁核）：结合情境和经验，选择最佳行动方案。

- 理想状态下，执行系统应具备灵活适应性，能够快速调整策略，避免刻板行为。

(5) 运动与行为层（Motor & Behavioral Execution Layer）

- 通过运动皮层、基底核、小脑精确控制动作，实现目标导向行为。

- 运动系统与认知系统紧密互动，例如行走步态的变化可反映认知功能的下降。

1.3. 理想认知过程的优化原则

(1) 保持适度觉醒（避免疲劳或过度焦虑）。

(2) 提高感知精度（减少噪声干扰，增强信息过滤能力）。

(3) 优化注意力管理（避免分心，提高专注力）。

(4) 增强工作记忆（训练短时信息存储和处理能力）。

(5) 促进长期记忆巩固（采用间隔学习、意义编码等方法）。

(6) 强化执行功能（锻炼认知灵活性和冲动控制能力）。

(7) 提升决策能力（训练逻辑推理和风险评估能力）。

(8) 优化运动执行（改善动作协调性，提高认知-运动协同能力）。

二，阿尔兹海默症（AD）对认知过程的影响

2.1. 阿尔兹海默症（AD）

阿尔兹海默症（Alzheimer's Disease, AD）是一种神经退行性疾病，主要影响海马体、额叶、顶叶等脑区，破坏记忆、注意、执行功能和决策能力。阿尔兹海默症导致认知过程的各阶段受损，最早影响记忆、注意和执行功能，最终导致全面认知退化(表-1)。早期干预（如认知训练、运动、感官刺激）会有助于减缓部分损害，保持认知功能。

2.2. 阿尔兹海默症破坏认知过程的模型

阿尔兹海默症对认知过程的影响可以通过认知过程模型(表-1)分析，揭示各认知阶段如何受损状况。

表-1 阿尔兹海默症（AD）对认知过程的影响

（1）觉醒控制系统受损 → 睡眠障碍 & 认知资源减少

① RAS（网状激活系统）功能下降，导致昼夜节律紊乱、白天嗜睡、夜间失眠，影响整体认知效率。

② 去甲肾上腺素系统退化，导致警觉性下降，难以维持清醒状态。

（2）感知系统受损 → 视空间障碍 & 嗅觉退化

① 顶叶 & 视觉皮层退化 → 影响空间导航（易迷路）、物体识别能力下降。

②嗅球 & 嗅觉皮层变性 → 早期出现嗅觉减退，可能是AD的早期生物标志物。

（3）注意系统受损 → 认知资源分配困难

①前额叶-顶叶网络退化 → 难以集中注意力，注意力易转移，影响信息整合。

（4）记忆系统受损 → 近期记忆缺失

① 海马体萎缩 → 影响工作记忆，无法形成新记忆（如刚吃过饭就忘了）。

② 新皮层受损 → 晚期影响远期记忆，个体可能忘记家人、人生经历。

（5）执行功能受损 → 任务规划 & 冲动控制下降

① 前额叶萎缩 → 计划、问题解决、任务切换能力下降，导致日常活动受影响（如难以管理财务、做饭）。

② 冲动控制下降 → 可能出现不合适的社交行为或冲动决策。

（6）决策系统受损 → 评估能力下降

①前额叶-伏隔核通路受损 → 影响奖励-风险评估，患者可能变得容易上当受骗，做出不理性的决定。

（7）运动功能受损 → 步态异常 & 平衡能力下降

① 小脑 & 运动皮层受损 → 步态缓慢、不稳，跌倒风险增加。

② 晚期发展为帕金森样运动障碍，影响独立生活能力。

三，阿尔兹海默症（AD）的认知过程

3.1. 阿尔兹海默症状态下的认知过程

阿尔兹海默症的认知过程可以通过对理想认知过程模型的损害进行分层分析。该模型展示了阿尔兹海默症如何影响觉醒、感知、注意、记忆、执行功能、决策和运动，并且随着疾病进展认知功能逐步恶化(表-2)。

表-2 阿尔兹海默症的认知过程

3.2. 阿尔兹海默症认知过程的动态演变

阿尔兹海默症患者的认知过程从 早期轻微损害到晚期全面退化，呈现出渐进性恶化：

(1) 早期（轻度认知损害，MCI 阶段）

阿尔兹海默症的早期阶段，觉醒节律紊乱，出现轻微睡眠问题；海马体萎缩使得近期记忆丧失（健忘但能部分补偿）；视空间能力下降容易忘记物品位置；特别是嗅觉衰退（可能是早期生物标志物）。

(2) 中期（典型阿尔兹海默症）

中期阶段的阿尔兹海默症会出现典型阿尔兹海默症症状，这是由于前额叶功能受损导致执行功能下降，无法规划复杂任务（如管理财务）。注意力不稳定，难以专注，言语表达受损。决策能力下降，易冲动、难以评估风险。外观上表现为运动协调性下降，步态不稳定，跌倒风险增加。

(3) 晚期（重度阿尔兹海默症）

阿尔兹海默症的晚期阶段的主要特征是远期记忆丧失（患者可能不认得家人）。语言能力严重受损，无法正常沟通。觉醒-睡眠周期进一步紊乱，可能出现昼夜颠倒。外观上运动功能恶化（可能发展为帕金森样症状，最终丧失行动能力）。

3.3. 阿尔兹海默症认知过程模型

阿尔兹海默症认知过程模型的概念图(图-2)，直观展示阿尔兹海默症如何逐步影响认知过程的各个阶段，并随着病程进展导致全面认知衰退的过程。

图-2 阿尔兹海默症认知过程概念图

杨金宇 第一稿(健康界) 2025.2.25

参考文献：

[1] ChatGPT 4.0