體育運動對注意轉(zhuǎn)換功能影響的研究進展

杜凱 劉靜

摘要：注意轉(zhuǎn)換功能是執(zhí)行功能的重要組成部分，是指在執(zhí)行多個任務(wù)或情景時，認知資源相互轉(zhuǎn)換的過程，在日常的學(xué)習(xí)生活中扮演著重要的角色。個體的注意轉(zhuǎn)換功能可以通過運動干預(yù)得到改善和提高。就體育運動對注意轉(zhuǎn)換功能影響的相關(guān)文獻進行整理與分析。綜述發(fā)現(xiàn)：在研究對象的選取方面，我國學(xué)者主要集中在青少年兒童、大學(xué)生以及慢性疾病的研究方面；運動類型多為短時有氧運動為主，干預(yù)方式相對較單一；研究方法較多地采用行為學(xué)任務(wù)測試，而使用先進的認知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的研究較少。未來的研究可以較多的關(guān)注認知健康的老年人群，進行不同類型的運動干預(yù)，并結(jié)合認知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)，探討體育運動對注意轉(zhuǎn)換功能的影響及其內(nèi)在的神經(jīng)機制。

關(guān)鍵詞：體育運動；注意轉(zhuǎn)換功能；研究進展

中圖分類號：G804文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-9840（2018）03-0052-05

Research progress of the impact of sports on attention switching function

DU Kai，LIU Jing

（College of Wushu， Shanghai University of Sport， Shanghai 200438， China）

Abstract：Attention switching function as an important part of executive function， refers to the process of cognitive resource conversion when performing multiple tasks or situations， which plays an important role in daily study and life. Attention switching function of individual can be improved through physical exercise intervention. This article collects and analyzes relevant literature on the effect of sports to attention switching function. It is found that in the selection of the research objects， scholars mainly focus on adolescent children， college students， and chronic diseases； The types of exercise are mainly short-term aerobic exercise， and the intervention method is relatively simple； Research methods mainly adopt the behavioral test and fewer studies use advanced cognitive neuroscience techniques. The future research can focus more on cognitively healthy elderly populations， adopt different types of exercise intervention， and combine with cognitive neuroscience technology to explore the effects of sports on attention switching function and its intrinsic neural mechanism.

Key words：sports； attention switching function； research progress

收稿日期：2018-03-06

作者簡介：杜凱（1993-），男，山東聊城人，在讀碩士研究生，研究方向民族傳統(tǒng)體育與健康促進。

通訊作者：劉靜（1971-），女，安徽六安人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向民族傳統(tǒng)體育學(xué)。注意轉(zhuǎn)換又可以稱為任務(wù)轉(zhuǎn)換（Task Switching），是人類認知活動最基本的方式，在日常的學(xué)習(xí)、工作、生活中需要同時或連續(xù)處理多種任務(wù)，這就要求人腦在不同的任務(wù)之間進行快速、頻繁的任務(wù)轉(zhuǎn)換，具體體現(xiàn)為當(dāng)兩項任務(wù)競爭同一認知資源時，對這兩項任務(wù)相互轉(zhuǎn)換的控制過程[1]。已有研究表明，轉(zhuǎn)換功能對青少年的學(xué)習(xí)、邏輯推理、解決問題和智力發(fā)展尤為重要，是影響青少年身心健康發(fā)展的關(guān)鍵因素，注意轉(zhuǎn)換功能困難會影響青少年的行為表現(xiàn)和情緒狀態(tài)，嚴(yán)重的轉(zhuǎn)換功能障礙會造成反應(yīng)遲鈍、行動緩慢以及抑郁癥等精神疾病[2]。此外，隨著年齡的增長老年人的認知功能衰退比較明顯，其中注意轉(zhuǎn)換功能在整個中老年期表現(xiàn)出明顯衰退，將嚴(yán)重影響老年人的身心健康，降低他們的生活質(zhì)量[3]。如何促進青少年兒童注意轉(zhuǎn)換功能的發(fā)展、延緩老年人注意轉(zhuǎn)換功能的衰退，成為現(xiàn)代社會迫切要解決的問題，也是心理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、教育學(xué)和認知神經(jīng)科學(xué)等不同領(lǐng)域各方面專家關(guān)注的焦點問題。

近年來，體育運動作為一種改善大腦健康的潛在有效方法已得到了廣泛的關(guān)注[4-6]，在有關(guān)體育鍛煉促進執(zhí)行功能的提高方面產(chǎn)生了豐碩的研究成果。研究發(fā)現(xiàn)，青少年兒童是執(zhí)行功能發(fā)展的關(guān)鍵時期，合理的體育鍛煉和運動干預(yù)能夠有效促進其執(zhí)行功能的發(fā)展。認知和神經(jīng)的可塑性（Cognitive And Neutral Plasticity）現(xiàn)象說明，體育鍛煉可以使老年人的認知功能得到提高甚至逆轉(zhuǎn)，并且對改善腦容量、腦功能也有影響[7]。本文運用文獻資料法對體育運動與注意轉(zhuǎn)換功能的相關(guān)文獻進行篩選、整理和歸納，以體育運動的構(gòu)成要素（運動方式、運動強度、運動持續(xù)時間）為切入點，從體育運動對老年人注意轉(zhuǎn)換功能影響的行為學(xué)效果和腦機制兩方面進行綜述，總結(jié)體育運動與注意轉(zhuǎn)換功能關(guān)系的研究成果，并為今后的研究提供參考思路，為提高青少年的注意轉(zhuǎn)功能與延緩老年人執(zhí)行功能衰退提供理論依據(jù)。

Miyachi等人將68名大學(xué)生隨機分成4組，1組為對照組，另外3組分別以40%RM負荷、70% RM負荷、90%RM負荷進行不同強度的力量訓(xùn)練，訓(xùn)練前后采用More odd shifting任務(wù)測試4組大學(xué)生的注意轉(zhuǎn)換功能。與對照組相比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)12周力量訓(xùn)練對大學(xué)生執(zhí)行功能的轉(zhuǎn)換能力產(chǎn)生積極的影響，并且高負荷的力量訓(xùn)練效果顯著好于低負荷力量訓(xùn)練[21]。陳愛國等人以四年級學(xué)生為研究對象，依據(jù)籃球運球強度分為小強度組、中等強度組、大強度組和對照組，使用More-odd shifting任務(wù)評價1次30分鐘籃球運球訓(xùn)練干預(yù)試驗前后小學(xué)生注意轉(zhuǎn)換功能的變化，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)1次30分鐘不同強度的籃球運球訓(xùn)練對小學(xué)生轉(zhuǎn)換功能均有積極影響，但效果存在差異，中等強度籃球運球訓(xùn)練對小學(xué)生轉(zhuǎn)換功能改善效果最好[22-23]。在陳愛國的另一項研究中，為探討不同強度短時有氧運動對轉(zhuǎn)換功能的影響，選取30名大學(xué)生參加30分鐘不同強度的功率自行車運動，使用More-odd shifting任務(wù)分別測試被試基線、小強度、中等強度和大強度短時有氧運動后注意轉(zhuǎn)換功能的變化，結(jié)果表明不同強度的有氧運動對大學(xué)生的轉(zhuǎn)換功能均能產(chǎn)生積極影響，并且沒有顯著性差異[24]。Chang 等人研究了中等強度的有氧運動對轉(zhuǎn)換功能的影響，實驗選取了 40 歲至50歲之間的被試者，分為運動組和對照組，采用了Task-switch 轉(zhuǎn)換任務(wù)進行了測試，研究結(jié)果顯示運動組的成績并沒有顯著大于對照組的成績，雖然運動組的反應(yīng)時要小于對照組，但是運動組的正確率明顯低于對照組。由此實驗可以表明，中等強度的有氧運動對 40 歲至50 歲年齡段被試者的轉(zhuǎn)換功能沒有積極的影響[25]。

3體育運動持續(xù)時間對注意轉(zhuǎn)換功能的影響

運動持續(xù)時間也是影響運動效果的關(guān)鍵因素，在體育運動與注意轉(zhuǎn)換功能的相關(guān)研究中，學(xué)者們主要采用短時和長期運動干預(yù)兩種方法來探討實驗前后個體注意轉(zhuǎn)換功能的變化。

張楠楠等選取參加太極拳半年以上和無鍛煉習(xí)慣的中老年人為研究對象，鍛煉組又按鍛煉時間小于3年、4至6年、大于7年進行組內(nèi)比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鍛煉組的平均反應(yīng)時間、手腳交叉運動的總時間、正確次數(shù)、平均時間得分顯著大于對照組，說明太極拳對老年人的判斷速度、反應(yīng)速度、轉(zhuǎn)換能力等有顯著的提高作用。在鍛煉組內(nèi)比較來看，練習(xí)太極拳7年以上中老年人的各項測試成績顯著優(yōu)于鍛煉少于3年的，說明長期太極拳鍛煉對注意轉(zhuǎn)換能力、反應(yīng)速度有顯著促進作用[26]。贠小波隨機選取天津體育學(xué)院大學(xué)生作為對照組與實驗組，實驗組進行為期 8 周的二十四式簡化太極拳鍛煉干預(yù)，對照組不做任何形式的運動干預(yù)，在實驗前、第五周、第八周分別對對照組和實驗組進行一次More odd shifting的測試，結(jié)果表明在實驗組的后測成績中，8 周時成績明顯優(yōu)于4周時成績（P<0.001），說明長期的太極拳鍛煉能明顯改善大學(xué)生的轉(zhuǎn)換功能[27]。劉俊一在有氧體育鍛煉與大學(xué)生執(zhí)行功能關(guān)系的劑量效應(yīng)的研究中，選取270名大學(xué)生為研究對象，按不同的干預(yù)時間進行有氧功率自行車鍛煉，使用More odd shifting任務(wù)分別在鍛煉前、1次鍛煉后、8周、12周和16周測試被試者的注意轉(zhuǎn)換功能，考察不同鍛煉時間對轉(zhuǎn)換功能的影響，結(jié)果顯示大學(xué)生轉(zhuǎn)換功能的改善效果為16周>12周>8周>4周>1次，表明持續(xù)長時間的體育鍛煉更有助于提高大學(xué)生的注意轉(zhuǎn)換功能[28]。顏軍等以87名女大學(xué)生為研究對象，以中等運動強度的健美操運動進行干預(yù)，按照干預(yù)持續(xù)時間不同分為常規(guī)教學(xué)組、持續(xù)鍛煉6周組和持續(xù)鍛煉12周組，使用More odd shifting任務(wù)測試被試者的注意轉(zhuǎn)換功能，結(jié)果顯示不同持續(xù)時間健美操鍛煉對女大學(xué)生轉(zhuǎn)換功的能影響存在顯著差異，鍛煉12周組的測試成績明顯優(yōu)于鍛煉6周組和常規(guī)教學(xué)組，表明鍛煉的持續(xù)時間是影響女大學(xué)生轉(zhuǎn)換功能發(fā)展的主要因素之一[29]。

4體育運動影響注意轉(zhuǎn)換功能的腦機制研究

李琳等選取30名女大學(xué)生為研究對象，以30分鐘中等強度功率自行車運動為干預(yù)手段，以More-odd shifting任務(wù)為剌激材料進行fMRI掃描測試，通過配對t檢驗比較運動前后完成任務(wù)的行為學(xué)及腦區(qū)激活差異，研究表明短時有氧運動能引起女大學(xué)生轉(zhuǎn)換功能的腦激活模式發(fā)生改變，具體表現(xiàn)為被試的右腦后頂葉回、右腦額下回、左腦額中回、右腦額葉回、右腦顳葉回、左腦額上回、左腦邊緣葉扣帶回、右腦邊緣葉扣帶回和右腦頂葉回激活顯著增強[30]。國外學(xué)者Nagahama等人的fMRI 研究發(fā)現(xiàn)， 被試在不同的知覺特性間轉(zhuǎn)換注意時，右前額葉被激活[31]。而Sohn 和Jamadar 等人的fMRI 研究發(fā)現(xiàn)， 被試在任務(wù)轉(zhuǎn)換時激活了前額葉和頂葉[32-34]。Sylvester等研究也指出注意轉(zhuǎn)換主要是以背外側(cè)前額皮質(zhì)、前扣帶回、頂葉后部為基礎(chǔ)[35]。DOVEA等人通過fMRI研究發(fā)現(xiàn)前額葉皮層和扣帶回是認知定勢轉(zhuǎn)換的神經(jīng)解剖基礎(chǔ)[36]。以上這些研究表明，任務(wù)轉(zhuǎn)換與額葉、顳葉及頂葉有關(guān)。也有學(xué)者對體育運動對整體執(zhí)行功能影響的腦機制進行了相關(guān)研究，陳愛國等采取30分鐘中等強度的有氧功率自行車運動干預(yù)，采用心率監(jiān)測裝置監(jiān)控以及功能磁共振成像測量技術(shù)，進行了兒童執(zhí)行功能的腦機制研究，研究發(fā)現(xiàn)短時中等強度有氧運動干預(yù)前后腦激活模式發(fā)生了改變，具體表現(xiàn)雙側(cè)額上回、雙側(cè)額中回、雙側(cè)頂上小葉和左側(cè)頂下小葉激活程度增加，左側(cè)前扣帶回激活減弱[37]。劉俊一以56名身體健康、無異常心理癥狀的大學(xué)生為研究對象，采用全腦功能磁共振成像（fMRI）方法比較分析有氧體育鍛煉前后大學(xué)生相關(guān)腦區(qū)激活情況，有氧體育運動干預(yù)方式為功率自行車，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過有氧體育鍛煉干預(yù)后，與執(zhí)行功能相關(guān)的腦區(qū)激活范圍更廣、激活程度更高，主要表現(xiàn)在雙側(cè)額葉中回、左頂上小葉、左扣帶回、右中央前回、右中央后回和左額上回[38]。

5小結(jié)和展望

綜上所述，轉(zhuǎn)換功能作為執(zhí)行功能的重要組成部分，更應(yīng)是學(xué)者們關(guān)注的重點，它是一個擁有著廣闊理論和應(yīng)用前景的研究領(lǐng)域，在近年來的發(fā)展中取得了豐富的研究成果。但是以往的研究也存在一些不足，同時在研究的結(jié)論上，有學(xué)者得出相反的結(jié)論，說明研究尚具有不確定性，需要進一步證實。

首先，在研究認知健康的執(zhí)行功能方面，國內(nèi)外學(xué)者以兒童、青少年以及慢性病患者等特殊群體作為研究對象的較多，而針對于運動對認知健康老年人注意轉(zhuǎn)換功能的研究相對較少。其次，在體育運動對執(zhí)行功能影響的“劑量效應(yīng)”中，國內(nèi)外學(xué)者所采取的干預(yù)手段多為短時中等強度的有氧運動，干預(yù)方式相對單一，無法充分揭示體育運動的“劑量效應(yīng)”與執(zhí)行功能的關(guān)系。再次，在研究方法方面，當(dāng)前我國學(xué)者主要采用行為學(xué)量表和計算機輔助測試任務(wù)來探究體育運動與執(zhí)行功能的關(guān)系，雖然神經(jīng)心理量表是成熟、標(biāo)準(zhǔn)化的認知功能評價工具，有著廣泛的臨床應(yīng)用，但是尚不能充分探討兩者關(guān)系的相關(guān)腦機制問題。

因此，在未來的研究中，可以將認知健康的老年人作為研究對象，使用不同類型的干預(yù)手段，采用神經(jīng)心理學(xué)量表、計算機輔助測試任務(wù)與認知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)（fMRI/ERP）相結(jié)合的方法，探討體育運動對注意轉(zhuǎn)換功能的影響及其內(nèi)在的神經(jīng)機制，為體育運動影響認知神經(jīng)科學(xué)的研究提供新的路徑和思維方式。

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