Psychomotorické tempo a rychlost vyhledávání v sémantické paměti

Souhrn

Východisko.
Cílem studie bylo ověřit vztah mezi stárnutím, psychomotorickým tempem a rychlostí vyhledávání ze sémantické paměti za použití jednoduchých klinických testů.

Metody a výsledky.
U 95 zdravých dobrovolníků průměrného věku 45,8 ± 17 let (min. 20, max. 80 let) byl měřen čas ve zkráceném testu sémantické slovní plynulosti (vyjmenovat 12 zvířat) a 2 testech psychomotorického tempa. S přibývajícím věkem došlo k významnému zpomalení ve všech použitých testech (ANOVA, p < 0,001).

Závěry.
V průběhu fyziologického stárnutí dochází ke zpomalení psychomotorického tempa a vyhledávání v sémantické paměťové síti. Další studie ukážou, zda je možné použít tyto rychlé a jednoduché testy ke skríninku demence v klinické praxi.

Klíčová slova:
psychomotorické tempo, sémantická slovní plynulost, zpracování informací, neuropsychologie, stárnutí.

Měření tepové frekvence pohmatem či akce srdeční  poslechem patří mezi základní součást fyzikálního vyšetření pacienta. Tato vyšetření nás informují o kvalitě a rychlosti srdeční aktivity. Jaké vyšetření se používá v klinické praxi k posouzení rychlosti myšlení? Lékař se na základě zkušenosti rozhodne, zda je tempo řeči přiměřené, zpomalené či zrychlené. Kdybychom stejného vyjádření použili do lékařského záznamu pro popis srdeční frekvence, byl by to pravděpodobně postup non lege artis.

Tempo řeči se posuzuje snadněji než rychlost myšlení a předpokládá se, že tyto dva jevy si částečně odpovídají. Mohli bychom tedy počítat počet slov vyřčených za minutu. To však při určité frekvenci může být již obtížné. Slova jsou různě dlouhá, a kdybychom chtěli hodnotit počet písmen, potřebovali bychom záznamové zařízení a celé měření by se stalo komplikovaným a nepraktickým. Spontánní psaní textu na čas by vyřešilo problém se záznamem nikoliv se standardizací. Čtení stejného textu by zajistilo standardizaci, ale nebylo by výsledkem spontánní produkce. Také použití jakékoliv neobvyklé pomůcky snižuje pravděpodobnost použití testu v rutinní klinické praxi.

V elektroencefalografické laboratoři se mohou snímat senzorické či kognitivní evokované potenciály, které umožňují měřit s milisekundovou přesností reakci a rychlost mozku na nejrůznější podněty (1). Takové vyšetření se však nehodí pro ambulantní klinickou praxi.

V psychologii se pro měření psychomotorického tempa používá již více než 150 let měření reakčního času. Ale i tak jednoduchá zkouška, jako je měření reakčního času, se skládá z několika komponent. Podnět musí být zpracován v senzorickém systému, vyhodnocen v mozkových centrech, která jsou spojena s mozkovými oblastmi ovládající svaly a s určitým zpožděním je provedena motorická odpověď. Proto se mluví o psychomotorickém tempu, protože reakční čas obsahuje jak část psychosenzorickou, tak část motorickou. Izolaci části mentální od části motorické vyřešil již v 60. letech 19. století holandský fyziolog Franciscus Cornelis Donders, který k tomu použil tzv. metodu subtrakce. Odečetl čas nutný k odpovědi na světlo od odpovědi na červené světlo. Rozdíl obou časů 50 ms byl čas nutný k rozpoznání barvy světla (2).

V psychologii se používají některé neuropsychologické testy, které jsou odrazem psychomotorického tempa. Svým způsobem mezi ně patří všechny testy prováděné na čas. Tyto testy se často skládají ještě z dalších komponent, takže neodrážejí jen psychomotorické tempo. Například test slovní plynulosti (3, 4), kdy má osoba vyjmenovat co nejvíce slov během jedné minuty, která začínají na stejné písmeno (fonemická slovní plynulost) nebo patří do jedné kategorie (např. zvířata – tzv. sémantická slovní plynulost) jistě odráží psychomotorické tempo, avšak spojují v sobě i udržení pozornosti či vyhledávání z paměťové databáze, která může být různě rozsáhlá v závislosti na vzdělání a při poruchách paměti může být výsledek testu ovlivněn více pamětí než jen rychlostí.

Naše předchozí práce ověřovala, zda by se dalo použít jednoduchých neuropsychologických testů, které by vypovídaly o rychlosti řeči (psychomotorickém tempu). Během spontánního monologu bylo zaznamenáno u zdravých dobrovolníků 105,7 ± 38,7 slov za minutu a byla nalezena významná negativní korelace mezi počtem slov za minutu spontánní řeči a rychlostí počítání od 101 do 110 (r = -0,69; p < 0,001). S počtem slov během spontánní řeči koreloval také čas potřebný k co nejrychlejšímu vyjmenování měsíců v roce, ale korelace byla jen střední (r = -0,50; p < 0,001) (5). Předpokládáme, že rychlost počítání by tak mohla sloužit jako zástupná proměnná pro měření psychomotorického tempa. Tedy především psychomotorického zpomalení.

Naše studie však odhalila další zajímavé skutečnosti. Například ukázala na rozdílný čas nutný ke splnění úkolů přesto, že je použit stejný počet slov či přibližný počet hlásek. Vyjmenování 12 zvířat trvá 3× déle, vyjmenování 12 slov začínajících na písmeno K zabere dokonce 5–7× více času než vyjmenování 12 měsíců či počítání od 101 do 110 (5). Rozdílný čas nelze vysvětlit eventuální rozdílnou délkou slov u zvířat či slov na K. Rozdílný výkon je dán mírou neobvyklosti a zapojením mozkových oblastí (především frontálních laloků), které pomáhají vyhledávat informace ze sémantické sítě, a které souvisí s řešením nerutinizovaných úloh. Tyto jednoduché testy ukazují, že poměrně výrazně zatěžují naši mysl a s rostoucí náročností testu roste čas nutný k jeho dokončení.

Budete-li se dnes rozhodovat o připojení k internetu, budou vás jistě zajímat parametry rychlosti připojení. Znáte však parametry připojení vaší mysli? Naše studie ukázala, že normální řeč plynula rychlostí 1,75 slov za sekundu (105 slov/min). Bylo ji však možné zrychlit při rutinních úlohách (vyjmenovat 12 měsíců) až na 3 slova za sekundu (180 slov/min). Při jmenování zvířat však rychlost klesla na 0,8 slov/s (48 slov/min) a při jmenování slov na K pak dokonce jen na 0,4 slova za sekundu (24 slov/min) (5).

Některé studie ukazují, že s fyziologickým stárnutím dochází ke zpomalení psychomotorického tempa, které souvisí se zhoršením paměťových a jiných kognitivních (poznávacích) funkcí (6, 7). Zkoumali jsme tedy, jak se mění výkon v testu počítání a jmenování zvířat s věkem. U 137 zdravých dobrovolníků průměrného věku 45,5 ± 18,9 let (min. 20, max. 80 let) byl použit zkrácený test sémantické slovní plynulosti (vyjmenovat 12 zvířat) a 2 testy psychomotorického tempa (vyjmenovat 12 měsíců a 12 čísel). Soubor jsme rozdělili na 3 podskupiny ve věkovém rozmezí (20–39 let, 40–59 let, 60–80 let). S přibývajícím věkem došlo ke zpomalení v testu počítání (ANOVA p < 0,008) a sémantické slovní plynulosti (ANOVA p < 0,016), ne však v testu měsíců (8).

Zpomalení v testu počítání bylo statisticky významné, ale rozdíl 1 s mezi nejmladší a nejstarší generací se zdá klinicky nevýznamný. Proto jsme se rozhodli uspořádat další studii, ve které jsme prodloužili test počítání a ponechali nezměněn test sémantické slovní plynulosti, a na jiném souboru jsme ověřovali skutečnost, že bude přítomno zpomalené vyhledávání v sémantické síti s postupným stárnutím.

Soubor probandů a použité metody

V této studii byly testovány dvě skupiny probandů. V první skupině bylo vyšetřeno 95 dobrovolníků (48 žen) průměrného věku – 45,8 ± 17,0 let (minimum 20 let, maximum 80 let) s průměrnou dobou vzdělání 15,0 ± 3,1 let. Soubor byl dále rozdělen na 3 věkové kategorie 20–39 let (n = 37, 19 žen), 40–59 let (n = 34, 17 žen) a nad 60 let (n = 24, 12 žen). Vstupním kritériem bylo podepsání informovaného souhlasu a věk 20–80 let. Vylučovacím kritériem byla anamnéza neurologického či psychiatrického onemocnění či užívání psychofarmak. Vyšetřované osoby nebyly za účast honorovány. Studie byla schválena lokální etickou komisí.

Dobrovolníci byli testováni baterií testů. Pro účely tohoto sdělení budeme referovat pouze o testech psychomotorického tempa a sémantické slovní plynulosti. K testování psychomotorického tempa jsme použili dvou jednoduchých testů:

1. test měsíců, kdy bylo úkolem probandů dvakrát co nejrychleji za sebou vyjmenovat 12 měsíců v roce.
2. test počítání, kdy bylo úkolem dobrovolníků co nejrychleji počítat po jedné od 1 do 24. Zadání při zkrácené verzi sémantické slovní plynulosti znělo: Vyjmenujte co nejrychleji 12 jakýchkoliv zvířat.

Čas byl měřen stopkami. Průměrná chyba měření administrátorů byla 0,02 ± 0,13 s. Chyba měření byla zjišťována pomoci digitální nahrávky a audiografického záznamu zvuku dle programu Windows Movie Maker MS Windows XP.

Druhá skupina čítala dvacet čtyři dobrovolníků (12 žen) průměrného věku 40,5 ± 18,3 let s průměrnou dobou vzdělání 14,2 ± 3,4 let splňující stejná vstupní a vylučovací kritéria. Tito probandi se podrobili stejnému testování. Rozdíl oproti skupině první spočíval ve způsobu měření, v tomto případě pomocí náramkových hodinek se sekundovou ručičkou, a to za účelem objasnění, zda lze při testování použít hodinek, neboť stopky nepatří k běžnému vybavení lékařů.

Chyba měření zjišťovaná stejným způsobem jako v předešlém případě činila 0,75 ± 0,4 s. Tato skupina byla analyzována zvlášť.

Statistika

Ke zhodnocení vlivu stárnutí byla použita jednocestná analýza variance (ANOVA) na hladině významnosti p < 0,05. Rozdíl mezi jednotlivými věkovými skupinami byl posuzován dle Tukey post-hoc testu. Dále jsme použili Pearsonův test ke stanovení korelace mezi testy na hladině významnosti p < 0,05 s Bonferroniho korekcí (p < 0,05/6 = 0,008) z důvodu mnohočetného testování. T-test nezávislých výběrů byl použit k analýze souborů měřeného stopkami a náramkovými hodinkami. Statistická analýza byla prováděna pomocí programu Statistica 6.0.

VÝSLEDKY

Výsledky měření stopkami

Nejstarší generace strávila menší počet let ve škole než generace střední (p < 0,01) a nejmladší (p = 0,02). S přibývajícím věkem docházelo ke zpomalení v testu počítání (p < 0,001), měsíců (p < 0,001) i jmenování zvířat (p < 0,001) (tab. 1). Při srovnání skupin mezi sebou bylo významné zpomalení patrné mezi seniorskou (skupina nad 60 let) a nejmladší generací ve všech testech (p < 0,001). Věkové kategorie blízko sebe se významně odlišovaly jen v některých testech (tab. 1). Korelační analýza ukázala, že vzdělání negativně korelovalo s rychlostí v testu měsíců (r = –0,38, p < 0,001) a počítání (r = -0,32, p < 0,001), ne však s vyjmenováním zvířat (r = -0,15, n.s.). Naopak věk pozitivně koreloval s časem v testu jmenování zvířat (r = 0,37, p < 0,001), počítání (r = 0,33, p < 0,001) i testem měsíců (r = 0,28, p = 0,005).

Výsledky měření náramkovými hodinkami

Při srovnání výsledků celého souboru měřeného stopkami a souboru měřeného hodinkami se sekundovou ručičkou nebyly zaznamenány významné rozdíly v demografických parametrech (věk, pohlaví, vzdělání). Statisticky významný rozdíl byl pouze v testu měsíců, kde průměrný čas naměřený stopkami činil 9,2 s, zatímco čas naměřený hodinkami se sekundovou ručičkou byl 11,2 s (t-test nezávislých výběrů; p < 0,005).

Diskuze

Naše studie ukazuje, že testy psychomotorického tempa a sémantického vyhledávání jsou citlivé k zachycení psychomotorického zpomalení během fyziologického stárnutí. Výsledky jsou obdobné jako v naší předchozí studii (8). Zdá se, že psychomotorické tempo je závislé na vzdělání na rozdíl od sémantického vyhledávání. To lze zdůvodnit tím, že jak počítání, tak jmenování měsíců jsou dovednosti získané v průběhu školní docházky, zatímco informace o zvířatech jsou jedny z nejdříve fixovaných pojmů a na vzdělání proto tolik závislé nejsou. Nezávislost na vzdělání by byla pro test výhodou, protože by nemusely být brány v potaz normy počítající také se vzděláním. Korelace sémantického vyhledávání s věkem je významná a vysvětluje variabilitu výsledků ze 14 %. Další studie ukážou, do jaké míry je toto zpomalení dáno zpomalením motorických procesů, zpomaleným vyhledáváním či úbytkem slov.

Některé práce demonstrují, že test sémantické slovní plynulosti odráží nejen funkci frontální kůry mozku, ale také funkci temporálních laloků (9, 10) a je proto pravděpodobně více postižen při Alzheimerově demenci než při vaskulární demenci (11–13). Lze předpokládat, že by zpomalené vyhledávání mohlo odrážet úbytek synaptických spojů či dostupnosti neurotransmiterů ve fronto-temporálních oblastech a že by test jmenování zvířat mohl být klinickou sondou funkčnosti těchto oblastí. Morfologické koreláty propojení mozkových oblastí lze nyní vyšetřovat in vivo pomoci aplikace magnetické rezonance zvané Digital Tensor Imaging (DTI). Tato metoda umožňuje vizualizovat a měřit svazky bílé hmoty spojující oblasti mozku. Nedávná studie ukázala úbytek svazků bílé hmoty o 3 % každých 10 let (14). Naše studie ukazuje zpomalení v testu počítání a testu sémantického vyhledávání o 2 %, resp. 11 % každých 10 let. Zda souvisí zpomalení psychomotorického tempa s úbytkem mohutnosti svazků bílé hmoty či spíše s množstvím neurotransmiterů, je nezbytné prokázat v dalších studiích.

Zvýšený úbytek tkáně v oblasti temporální kůry, ale i svazků bílé hmoty je spojen mimo depresivní poruchy, bipolární poruchy a schizofrenie především s Alzheimerovou demencí. Test sémantického vyhledávání či psychomotorického tempa by v budoucnu mohl sloužit jako jednoduchý ukazatel stavu mozkových spojů mezi frontální a temporální kůrou. Test by se teoreticky mohl uplatnit při skríninku demence. Nejznámějším nástrojem pro skrínink demence je krátké vyšetření mentálních schopností (Mini-Mental State Examination), tzv. MMSE. Tento test dosahuje 72% senzitivity při 95% specificitě pro diagnózu demence (15). Jeho trvání 5–10 minut však vede k tomu, že vyjma specialistů není ve všeobecné klinické praxi moc používán. A tak jsou zkoumány další možnosti skríninku. Jedním z nich je i test sémantické slovní plynulosti, který je zařazen do sedmiminutového testu (skríninkový nástroj na zachycení demence) a byl ověřen také v českém prostředí (16). Klasické použití testu sémantické verbální plynulosti používá instrukci, aby vyšetřovaná osoba vyjmenovala co nejvíce zvířat během jedné minuty. Tento test dosahuje 72% senzitivity při 95% specificitě pro diagnózu demence (15). To jsou mimochodem lepší parametry, než jaké jsou udávány pro detekci koronární stenózy dle elektrokardiografie (EKG) nebo pro diagnózu kolorektálního karcinomu na podkladě vyšetření na okultní krvácení (17).

V našem přístupu jsme pozměnili klasickou instrukci testu. Většina studií se shoduje v tom, že vyjmenování méně než 12 zvířat za minutu je patologickým výsledkem (18). Náš předpoklad vychází z toho, že pokud vyšetřovaná osoba vysloví 12 slov rychleji než za 1 minutu, pravděpodobnost postižení by měla být menší, než když tento test bude trvat déle. Devadesát pět procent seniorů v našem souboru vyjmenovalo 12 zvířat do 24 sekund, v předešlé studii pak do 29 sekund (8). U zdravých jedinců se tak nemusí čekat celou minutu a lze ušetřit čas na jiná vyšetření.

Obě úlohy psychomotorického tempa (vyjmenování měsíců, počítání) jsou rutinní, ale zobrazovací metody ukázaly, že při počítání se aktivuje dolní frontální gyrus (19), zatímco při recitování měsíců se neaktivuje (20). Obě úlohy tak mohu být odlišně citlivé k postižení dolního frontálního gyru. Průměrný rozdíl mezi nejmladší a nejstarší generací činil v případě počítání 2,3 s v případě testu měsíců pak 2,7 s. Prodloužení testů psychomotorického tempa na dvojnásobek zlepšilo diskriminaci mezi střední a starší generaci, jejichž intervaly spolehlivosti se na rozdíl od naší předchozí studie nepřekrývají (8). Použití testu počítání spolu s testem sémantické slovní plynulosti by mohlo být výhodné k odlišení, zda je postiženo psychomotorické tempo či jen sémantické vyhledávání.

Studie dále ukazuje, že hodinky se sekundovou ručičkou lze použít u testu sémantické slovní plynulosti. U testů psychomotorického tempa je jejich použití nespolehlivé. Na druhou stranu ani stopky dnes nepředstavují nezvyklý nástroj, neboť je jimi vybavena například většina mobilních telefonů.

Naše studie má některé limity. Za prvé jde o nenáhodný výběr populace, který odráží například vyšší průměrnou dobu probandů strávených ve škole ve srovnání s údaji Českého statistického úřadu, a vzorek tak není zcela reprezentativní pro českou populaci (21). Námi zjištěné hodnoty tak mohou být do určité míry přísnější než pro všeobecnou populaci. Výsledky studie mohou být dále ovlivněny velikostí vzorku či rozdílným vzděláním mezi skupinami. Nižší počet roků ve škole u starších ročníků reflektuje mimo jiné odlišný systém školství a studijních příležitostí a je nezbytné najít lepší ukazatel vzdělanosti. Při použití počtu let strávených ve škole jako kovariáty však zůstaly výsledky nezměněny. Protože se však zkrácená verze sémantické slovní plynulosti ukazuje být nezávislá na vzdělání, její výsledky by to ovlivnit nemělo. To však může platit jen pro námi testovanou populaci, nikoliv pro populaci dobrovolníků s nižším než základním vzděláním. Například brazilská studie, která testovala širší spektrum úrovně vzdělání od vysokoškoláků po jedince s nižším než základním vzděláním či analfabety, ukázala závislost na vzdělání. Abnormální výkon 12 slov za minutu platil jen pro dobrovolníky se základním a vyšším vzděláním (22).

Když se senioři vrací z návštěvy od praktického lékaře, tak si obvykle mimo léků odnášejí také informaci o svém krevním tlaku. V budoucnosti k tomu možná ještě přibude informace o rychlosti jejich myšlení. Některé studie totiž ukazují, že s fyziologickým stárnutím dochází ke zpomalení psychomotorického tempa, které souvisí se zhoršením paměťových funkcí (6, 7). Test doplňování číselných řad (Digit Symbol Substitution Test), který odráží především rychlost zpracování informací (23), je jedním z testů, které mohou predikovat rozvoj Alzheimerovy choroby až 3 roky před jejím propuknutím (24, 25), predikovat efekt inhibitorů acetylcholinesterázy (26), predikovat vznik mozkové mrtvice a infarktu myokardu na stejné úrovni jako hypertrofie myokardu stanovená dle EKG či zvýšená hladina cholesterolu (27) nebo predikovat mortalitu u dospělé populace středního věku (28). Kognitivní funkce jsou produktem mozkové činnosti, která do velké míry souvisí s celkovým stavem organizmu. Informace o nejzákladnějších kognitivních procesech by se tak mohly stát součástí běžného vyšetření.

Zkratky

ANOVA – analýza variance

DTI – Digital Tensor Imaging

EKG – elektrokardiografie

MMSE – Mini Mental State Examination

s  – sekunda

Tato práce vznikla v rámci povinně volitelného kurzu Kognitivní funkce – teorie a praxe na 3. LF UK Praha a na sběru dat se podíleli studenti 3. ročníku magisterského oboru studia preventivní medicíny: Sylvie Opatrná, Lenka Svrčinová, Iveta Weissová, Veronika Kotinová, Markéta Součková, Jana Cvrková, Boris Dvořáček, Lenka Pleštilová, Martina Kubíková, Rút Kostúrová, Katarína Kešeláková a Oskar Kubica, za což jim patří díky.