運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和能量消耗對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響

楊勇濤 張新偉 冉靜 黃志劍

1 武漢體育學(xué)院研究生部（武漢 430079）

2 武漢體育學(xué)院健康科學(xué)學(xué)院（武漢 430079）

關(guān)于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知功能影響的研究是國(guó)外研究者重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域，個(gè)體認(rèn)知功能在不同運(yùn)動(dòng)情形下有什么變化對(duì)現(xiàn)實(shí)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有著重要意義。因?yàn)樵诒荣愔校绕涫窃诩w性和對(duì)抗性的比賽中，運(yùn)動(dòng)員通常需要在短時(shí)間內(nèi)接收和處理大量的信息，并作出正確的決策。此種情形就對(duì)運(yùn)動(dòng)員的認(rèn)知表現(xiàn)提出了很高的要求。運(yùn)動(dòng)員能否在瞬間對(duì)場(chǎng)上形勢(shì)作出判斷并盡快采取應(yīng)對(duì)措施，往往成為左右比賽勝負(fù)的關(guān)鍵。而且在比賽中運(yùn)動(dòng)員往往承受著生理和心理上的雙重壓力，一場(chǎng)比賽下來(lái)往往會(huì)有非常大的能量消耗，那么運(yùn)動(dòng)員的認(rèn)知表現(xiàn)會(huì)隨之發(fā)生什么變化，就成為國(guó)外運(yùn)動(dòng)心理學(xué)家關(guān)注的重點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者和教練員過(guò)多關(guān)注運(yùn)動(dòng)員大強(qiáng)度及大運(yùn)動(dòng)量訓(xùn)練，而很少關(guān)注運(yùn)動(dòng)員在不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下尤其是大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度時(shí)個(gè)體認(rèn)知功能的變化。也就是說(shuō)，在充分重視運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度（以及與之相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)量）對(duì)運(yùn)動(dòng)員生理生化水平、體能水平以及技戰(zhàn)術(shù)水平影響的同時(shí)，卻較少有研究考慮大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員在信息加工以及決策制定等方面的影響。

本文對(duì)目前這一領(lǐng)域的實(shí)證研究和理論發(fā)展進(jìn)行了較為詳盡的回顧與綜述，以幫助研究者和實(shí)踐者提高對(duì)“運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)運(yùn)動(dòng)員心理（認(rèn)知）功能的影響及（可能）機(jī)制”這一問(wèn)題的重視和研究興趣。此類研究也可以幫助我們對(duì)影響個(gè)體認(rèn)知功能的機(jī)制進(jìn)行更為深入全面的了解，具有重要的心理學(xué)研究?jī)r(jià)值。

1 理論研究進(jìn)展

關(guān)于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知功能的影響，已有很多學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究，但主要結(jié)果仍然存在爭(zhēng)論。而在對(duì)結(jié)果的解釋方面，研究者認(rèn)為以下幾種理論可以在一定程度上解釋運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和認(rèn)知功能的關(guān)系，它們分別為：線索利用理論、倒U型假說(shuō)和能量—認(rèn)知模型（cognitive-energetical model）。

1.1 線索利用理論

Easterbrook 于1959年提出了線索利用理論[1]。該理論認(rèn)為，注意范圍縮小是可利用線索的函數(shù)。為了完成操作任務(wù)，個(gè)體總是在一定的環(huán)境線索中收集與任務(wù)相關(guān)的信息。在低喚醒水平下，個(gè)體注意到的相關(guān)或無(wú)關(guān)線索都很少，表現(xiàn)也就較差；而隨著喚醒水平的提升，注意范圍變窄并且會(huì)達(dá)到一個(gè)最佳水平，此時(shí)個(gè)體僅注意到與任務(wù)相關(guān)的線索，表現(xiàn)就會(huì)好；而如果喚醒水平進(jìn)一步提升，個(gè)體注意到的線索范圍繼續(xù)縮小，就會(huì)遺失一些有關(guān)線索，表現(xiàn)反而會(huì)下降。對(duì)此，Easterbrook研究認(rèn)為，中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度提升認(rèn)知表現(xiàn)，大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度降低認(rèn)知表現(xiàn)。

1.2 耶克斯—道德森定律

1908年，耶克斯—道德森在研究大白鼠完成各種難度任務(wù)時(shí)的表現(xiàn)的基礎(chǔ)上提出了耶克斯—道德森定律，也叫倒U型假說(shuō)。在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，該理論是解釋喚醒水平和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間關(guān)系最著名的理論之一。其認(rèn)為：當(dāng)運(yùn)動(dòng)員處在較低喚醒水平時(shí)，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)較差；隨著喚醒水平的升高，表現(xiàn)會(huì)逐步提升。但當(dāng)喚醒水平進(jìn)一步升高時(shí)，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)反而下降。在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和喚醒水平之間的關(guān)系上，有研究者認(rèn)為運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是和喚醒水平相關(guān)的，中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致最佳的喚醒水平，進(jìn)而利于運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度過(guò)低或過(guò)高都不利于運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[2]。

上述兩種理論在一定程度上是互補(bǔ)的。倒U型假說(shuō)主要描述了喚醒水平與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間的關(guān)系。而線索利用理論則對(duì)這一關(guān)系提供了可能的解釋：運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的這種影響是通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的信息加工能力的影響而實(shí)現(xiàn)的。雖然這兩種來(lái)自其它領(lǐng)域的理論對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度—認(rèn)知功能關(guān)系問(wèn)題的探討具有一定的借鑒價(jià)值，但研究者們?cè)絹?lái)越希望發(fā)展出一種專門(mén)化的，全面的理論模型，為運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)個(gè)體認(rèn)知功能影響的有關(guān)研究提供更為準(zhǔn)確、系統(tǒng)的解釋和指導(dǎo)。Sanders提出的能量—認(rèn)知模型（cognitive-energetical model）[3]無(wú)疑具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)，并逐漸成為該領(lǐng)域內(nèi)最受關(guān)注的理論模型之一。

1.3 能量—認(rèn)知模型

Sanders的能量—認(rèn)知模型以Sternberg的信息加工理論為基礎(chǔ)，將對(duì)認(rèn)知功能影響的機(jī)制分為三個(gè)水平（由低到高，由表層到深層）[4]。第一水平包括四個(gè)信息加工階段，它們構(gòu)成了一個(gè)具體的連續(xù)性模型，四個(gè)信息加工階段分別為刺激前加工階段、特征抽取階段、選擇反應(yīng)階段和運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)階段；第二水平包括三個(gè)能量注意控制機(jī)制，包括喚醒、努力和激活，其中喚醒和激活為兩個(gè)基礎(chǔ)機(jī)制，而努力為更高一級(jí)水平的機(jī)制，它可以監(jiān)督和調(diào)控喚醒和激活水平。這三個(gè)機(jī)制分別給相應(yīng)的信息加工階段提供能量資源。其中喚醒機(jī)制通過(guò)刺激前階段獲取能量，然后供給特征提取階段，激活機(jī)制提供運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)階段所需能量，當(dāng)決策任務(wù)復(fù)雜時(shí)努力機(jī)制就會(huì)為選擇反應(yīng)階段分配能量資源，以彌補(bǔ)兩個(gè)基礎(chǔ)機(jī)制的不足。而借助第三水平的評(píng)估，努力機(jī)制可以監(jiān)控喚醒、激活水平。

在此模型中，能量的動(dòng)員影響喚醒、激活和努力水平，而由于喚醒、激活、努力和認(rèn)知表現(xiàn)有密切的關(guān)系，因此能量就有可能通過(guò)喚醒、激活、努力機(jī)制影響個(gè)體認(rèn)知表現(xiàn)。換句話說(shuō)，個(gè)體認(rèn)知表現(xiàn)的下降可能與自身可利用的能量資源的缺乏有關(guān)，并且能量資源缺乏會(huì)影響個(gè)體運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)機(jī)水平，進(jìn)而影響認(rèn)知表現(xiàn)。另外，刺激強(qiáng)度、信號(hào)質(zhì)量、刺激—反應(yīng)一致性和時(shí)間不確定性等因素也會(huì)影響個(gè)體的認(rèn)知表現(xiàn)，這種影響或許是直接的，也可能是通過(guò)影響個(gè)體的喚醒或激活水平間接影響個(gè)體的認(rèn)知表現(xiàn)。已有研究證實(shí)，如果上述這些因素同時(shí)存在，身體活動(dòng)因素對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響相對(duì)而言作用更大，這時(shí)就可以忽略刺激強(qiáng)度等因素的影響[4]。

不管是線索利用理論、倒U型理論，還是認(rèn)知—能量模型，都強(qiáng)調(diào)了喚醒在信息加工過(guò)程中所起的作用。即便如此，雖然由運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的喚醒影響認(rèn)知表現(xiàn)，但它們之間的關(guān)系并不一定符合線索利用理論和倒U型曲線理論[5，6]。而且，喚醒并不是一個(gè)單一的概念，它與其它一些概念如動(dòng)機(jī)和注意有著復(fù)雜的相互作用[7]。此外，隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增大，能量消耗就越多，此時(shí)個(gè)體控制運(yùn)動(dòng)需要的注意資源就越多，身體活動(dòng)對(duì)信息加工的影響就越大?；蛟S可以說(shuō)：能量分配或激活會(huì)影響到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中個(gè)體對(duì)刺激信息的注意和加工，從而影響認(rèn)知表現(xiàn)。

還有一些研究者提出了生理假說(shuō)來(lái)解釋運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和認(rèn)知功能表現(xiàn)兩者之間的關(guān)系。比如Chmura等[8]提出的腎上腺素閾值的概念，該假設(shè)就認(rèn)為腎上腺素濃度與認(rèn)知表現(xiàn)有關(guān)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，腎上腺素濃度會(huì)逐漸升高，而個(gè)體的認(rèn)知表現(xiàn)也隨著腎上腺素濃度的升高而相應(yīng)提升。

2 運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響

關(guān)于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響，研究者很早就對(duì)它們之間的關(guān)系進(jìn)行了深入廣泛的研究，其中研究主要集中在運(yùn)動(dòng)中注意、決策制定、反應(yīng)時(shí)等幾個(gè)方面。大部分研究認(rèn)為，中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度可以促進(jìn)認(rèn)知表現(xiàn)的提升。也有少部分研究認(rèn)為平靜狀態(tài)和中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下個(gè)體在認(rèn)知任務(wù)上的表現(xiàn)沒(méi)有區(qū)別[9]。

對(duì)于簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)任務(wù)來(lái)說(shuō)，在任何運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，個(gè)體的操作任務(wù)表現(xiàn)都會(huì)下降，即反應(yīng)時(shí)延長(zhǎng)，而在復(fù)雜決策任務(wù)中卻發(fā)現(xiàn)在中等或大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)情況下認(rèn)知任務(wù)操作表現(xiàn)出現(xiàn)提升的情況[7]。Paas等研究發(fā)現(xiàn)，75%、85%VO2max運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下個(gè)體在決策任務(wù)上的表現(xiàn)有提升，研究者認(rèn)為是個(gè)體在完成決策任務(wù)時(shí)注意的轉(zhuǎn)移（分配到?jīng)Q策任務(wù)上的注意資源的增多）導(dǎo)致了反應(yīng)時(shí)的縮短[10]。Legros等針對(duì)專業(yè)籃球運(yùn)動(dòng)員的研究發(fā)現(xiàn)，在95%、125%VO2max情況下，被試在簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)任務(wù)上的表現(xiàn)下降，而選擇反應(yīng)時(shí)任務(wù)表現(xiàn)提升[11]。MacMorris等研究發(fā)現(xiàn)，最大運(yùn)動(dòng)負(fù)荷[100%MPO（maximal power output）]下被試在簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)任務(wù)上的表現(xiàn)下降，而中等運(yùn)動(dòng)負(fù)荷（70%MPO）對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)沒(méi)有影響，70%MPO運(yùn)動(dòng)負(fù)荷時(shí)運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)要優(yōu)于安靜和100%MPO時(shí)，但并無(wú)顯著差異[12]。Brisswalter等針對(duì)田徑運(yùn)動(dòng)員和普通大學(xué)生的研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)個(gè)體的簡(jiǎn)單決策任務(wù)表現(xiàn)有不同影響。被試在40%和60% Pmax時(shí)的反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)要優(yōu)于20%和80% Pmax時(shí)的反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)。田徑運(yùn)動(dòng)員在20% Pmax時(shí)的表現(xiàn)下降，相反40% Pmax時(shí)的表現(xiàn)提升了[13]。Chimura等針對(duì)足球運(yùn)動(dòng)員最大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下反應(yīng)時(shí)變化的研究認(rèn)為，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)之后被試的反應(yīng)時(shí)顯著延長(zhǎng)，并且錯(cuò)誤率下降，但這種效應(yīng)只是短暫的，運(yùn)動(dòng)停止后3～5分鐘后的反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)就和安靜狀態(tài)下沒(méi)有區(qū)別[14]。McMorris等針對(duì)足球運(yùn)動(dòng)員中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度（70%、100%MPO）下的認(rèn)知表現(xiàn)的研究顯示，運(yùn)動(dòng)員在最大能量輸出情況下的任務(wù)表現(xiàn)顯著優(yōu)于安靜和中等能量輸出時(shí)的任務(wù)表現(xiàn)。而且運(yùn)動(dòng)不僅提升簡(jiǎn)單任務(wù)的表現(xiàn)，如視覺(jué)搜索速度，而且還可以提升整體信息加工速度[15]。Yagi等針對(duì)中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下被試視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)時(shí)的研究發(fā)現(xiàn)，與安靜狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期相比，運(yùn)動(dòng)中的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)時(shí)縮短。而且運(yùn)動(dòng)中被試的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)P300潛伏期縮短，波峰下降[16]。Mohr等研究了不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下（安靜、70%VO2max、100%VO2max）足球運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)，結(jié)果顯示，70%運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下被試運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)最好，但和其它兩種情況相比，表現(xiàn)并沒(méi)有顯著差異[17]。Arcelin等研究發(fā)現(xiàn)，在中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度（60%Pmax）下被試的選擇反應(yīng)時(shí)縮短，任務(wù)表現(xiàn)提升[18]。Karen Davranche等針對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)反應(yīng)時(shí)的影響的研究發(fā)現(xiàn)，中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度(50%MAP)時(shí)被試的選擇反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)優(yōu)于低運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度（20%MAP）時(shí)的選擇反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)，反應(yīng)時(shí)間大概快 20ms[4]。

概括起來(lái)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和認(rèn)知表現(xiàn)之間的關(guān)系主要有三種，分別是：有益關(guān)系、有害關(guān)系、沒(méi)有關(guān)系。對(duì)于中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，絕大部分研究認(rèn)為中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)個(gè)體的認(rèn)知表現(xiàn)有促進(jìn)作用，可能是中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度能夠使喚醒水平達(dá)到最佳，導(dǎo)致反應(yīng)速度加快[2]，或是中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)會(huì)增加大腦血流量，改變神經(jīng)遞質(zhì)水平，如去甲腎上腺素、血清基、內(nèi)啡肽、兒茶酚胺分泌增加，而這可能會(huì)提高機(jī)體的反應(yīng)速度。也可能是由于中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度使身體中心溫度升高，進(jìn)而加快神經(jīng)系統(tǒng)傳輸速度，反應(yīng)時(shí)也隨之縮短。但另外一些研究并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種關(guān)系[6，19，20]。針對(duì)大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知過(guò)程表現(xiàn)影響的研究較少，通常大家普遍認(rèn)為大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致機(jī)體疲勞感的出現(xiàn)，進(jìn)而不利于認(rèn)知表現(xiàn)，雖然少部分研究得出大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下個(gè)體認(rèn)知表現(xiàn)仍然處在最高水平上[19]（表 1）。

表1 不同研究中認(rèn)知任務(wù)和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及結(jié)果（部分引自Brisswalter，Collardeau & Arcelin，2002）[7]

3 運(yùn)動(dòng)中的能量消耗對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響

上述研究就不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和認(rèn)知表現(xiàn)之間關(guān)系進(jìn)行了探討。通過(guò)以上研究我們可以在一定程度上了解能量消耗對(duì)認(rèn)知功能的影響。因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中，尤其是在長(zhǎng)時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過(guò)程中必然伴隨有很大的能量消耗，基于這一觀點(diǎn)，有研究者認(rèn)為能量消耗也可以作為控制運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的一個(gè)很有潛力的指標(biāo)[21]。那么運(yùn)動(dòng)中的能量消耗對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)有何影響呢？

在已有的關(guān)于體能對(duì)個(gè)體認(rèn)知表現(xiàn)影響的研究中，研究者大都把能量消耗作為一個(gè)直接的變量，也就是說(shuō)研究目的是運(yùn)動(dòng)中能量消耗和認(rèn)知表現(xiàn)之間的關(guān)系，而不是更廣意義上的體能。對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的能量消耗會(huì)對(duì)個(gè)體認(rèn)知表現(xiàn)有什么影響，研究者普遍認(rèn)為，能量消耗會(huì)降低個(gè)體的認(rèn)知表現(xiàn)。但關(guān)于能量消耗是直接影響認(rèn)知表現(xiàn)還是通過(guò)某些因素間接影響個(gè)體認(rèn)知表現(xiàn)，研究者并沒(méi)有給出明確的解釋。Flynn是較早關(guān)注體能對(duì)認(rèn)知功能影響的專家，他認(rèn)為體能或能量消耗對(duì)被試在反應(yīng)時(shí)任務(wù)上的認(rèn)知表現(xiàn)有負(fù)面影響[22]。而B(niǎo)ard等則認(rèn)為，體能或能量消耗對(duì)反應(yīng)時(shí)任務(wù)的表現(xiàn)沒(méi)有任何影響[23]。Tomporowski等針對(duì)不同體能被試的研究發(fā)現(xiàn)，在極其疲勞（能量大量消耗）狀況下，體能好的被試要比體能差的被試在認(rèn)知任務(wù)上的表現(xiàn)好。這可能是由于那些經(jīng)過(guò)良好訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員能夠彌補(bǔ)大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后能量消耗所帶來(lái)的負(fù)面影響。而且運(yùn)動(dòng)后通過(guò)閃光融合頻率測(cè)試，研究者并沒(méi)有觀察到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的顯著疲勞，這與那些經(jīng)過(guò)良好訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員的報(bào)告相符。即雖然他們報(bào)告說(shuō)很累，但并未感到精疲力竭[2]。Brisswalter等的研究也支持了這一觀點(diǎn)。他們針對(duì)田徑運(yùn)動(dòng)員和普通大學(xué)生的研究發(fā)現(xiàn)，隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的提高，田徑運(yùn)動(dòng)員的認(rèn)知表現(xiàn)保持得比較穩(wěn)定，而普通大學(xué)生的表現(xiàn)卻下降。研究者認(rèn)為，這可能與田徑運(yùn)動(dòng)員有較好的體能有關(guān)[13]。Delignieres等研究認(rèn)為，專業(yè)運(yùn)動(dòng)員在大強(qiáng)度體能消耗情況下的反應(yīng)時(shí)任務(wù)表現(xiàn)顯著提升，而業(yè)余運(yùn)動(dòng)員的反應(yīng)時(shí)任務(wù)表現(xiàn)卻下降。這或許與不同等級(jí)運(yùn)動(dòng)員能量?jī)?chǔ)備不同有關(guān)[24]。Durand等針對(duì)體育院校大學(xué)生的研究認(rèn)為，35%、60%、90%VO2max情況下被試的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)和選擇反應(yīng)時(shí)操作表現(xiàn)沒(méi)有差異，但那些集體運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中運(yùn)動(dòng)水平高的被試在高能量消耗情況下的選擇反應(yīng)時(shí)任務(wù)表現(xiàn)反而提升了。而體操、田徑等項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員被試在最大攝氧量提高的情況下，選擇反應(yīng)時(shí)任務(wù)的表現(xiàn)沒(méi)有變化[25]。Brisswalter等研究了同樣能量輸出情況下，不同騎車頻率時(shí)被試的反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)[26]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，能量消耗，如VO2攝入和反應(yīng)時(shí)之間呈線性關(guān)系。據(jù)此他認(rèn)為在雙重任務(wù)中，能量系統(tǒng)和認(rèn)知系統(tǒng)之間存在一個(gè)最佳的需求區(qū)間。Brisswalter等認(rèn)為雙重任務(wù)條件下被試認(rèn)知表現(xiàn)下降可能是由于體能較差導(dǎo)致的對(duì)運(yùn)動(dòng)中自身能否完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的能力的擔(dān)憂，進(jìn)而導(dǎo)致注意力的轉(zhuǎn)移，影響其在操作任務(wù)上的反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)。也可能是由于大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中體能大量消耗導(dǎo)致個(gè)體疲勞感過(guò)早出現(xiàn)，使個(gè)體注意力從當(dāng)前任務(wù)轉(zhuǎn)移到身體不舒服的感覺(jué)上，從而影響了反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)[13]。此外，一些研究者認(rèn)為，如果體能或能量因素是影響個(gè)體認(rèn)知功能的關(guān)鍵，那么，與安靜或運(yùn)動(dòng)前期相比，我們應(yīng)該會(huì)在運(yùn)動(dòng)后期看到體能或能量對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的顯著影響；而如果認(rèn)知表現(xiàn)更多的是受任務(wù)變量如刺激強(qiáng)度、呈現(xiàn)時(shí)間等的影響，那么將不會(huì)發(fā)現(xiàn)個(gè)體在運(yùn)動(dòng)前期和后期認(rèn)知表現(xiàn)的差異[3，27]。對(duì)此，Davranche等針對(duì)專業(yè)運(yùn)動(dòng)員（集體性或?qū)剐赃\(yùn)動(dòng)項(xiàng)目）中等次最大強(qiáng)度（90%最大通氣閾）下被試在選擇反應(yīng)時(shí)任務(wù)上的表現(xiàn)的研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被試選擇反應(yīng)時(shí)加快，但在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始階段和結(jié)束階段的反應(yīng)時(shí)任務(wù)表現(xiàn)沒(méi)有區(qū)別[28]。

另一方面，長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)運(yùn)動(dòng)往往會(huì)消耗大量的能量，通常人們認(rèn)為隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，個(gè)體的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)會(huì)逐漸下降，這主要是由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)造成的能量過(guò)度消耗導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能受損，進(jìn)而影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。如Arcelin發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)于10分鐘的運(yùn)動(dòng)之后被試認(rèn)知表現(xiàn)有了輕微的提升[29]。最近一項(xiàng)針對(duì)經(jīng)過(guò)體能訓(xùn)練的被試的研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)（超過(guò)20分鐘）對(duì)認(rèn)知過(guò)程也有積極作用，被試在選擇反應(yīng)時(shí)任務(wù)上的表現(xiàn)提升[30]。對(duì)此研究者認(rèn)為，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，代謝負(fù)擔(dān)增加導(dǎo)致喚醒水平提高，進(jìn)而提升認(rèn)知表現(xiàn)。另外，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)中大腦血流速度加快或神經(jīng)傳遞因子濃度升高，如兒茶酚胺和內(nèi)啡肽，也可能導(dǎo)致認(rèn)知表現(xiàn)的提升。有研究發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)達(dá)1小時(shí)的運(yùn)動(dòng)中，被試的認(rèn)知表現(xiàn)提升，而且認(rèn)知表現(xiàn)的提升與兒茶酚胺濃度水平的提升是一致的[14]。但Etnier等并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間和認(rèn)知表現(xiàn)之間的關(guān)系[31]。

4 結(jié)果不一致的原因

雖然研究者對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和認(rèn)知表現(xiàn)之間的關(guān)系進(jìn)行了深入廣泛的探討，但研究結(jié)果并不一致。造成研究結(jié)果不一致的原因大致有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和被試兩個(gè)方面。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，不同的實(shí)驗(yàn)使用的認(rèn)知任務(wù)不同，如字母探測(cè)任務(wù)、短時(shí)程記憶、簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)、選擇反應(yīng)時(shí)等。此外還有視覺(jué)搜索、決策執(zhí)行等。另外，在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的操作定義上，不同研究也不相同，如騎車運(yùn)動(dòng)直到力竭；以0%、30%、60%VO2max騎 車 運(yùn) 動(dòng)；以20%、40%、60%、80%VO2max騎車運(yùn)動(dòng)；以0%、25%、50%、75%騎車運(yùn)動(dòng)；以80%VO2max跑步運(yùn)動(dòng)50分鐘；以0%、70%、100%MPO騎車運(yùn)動(dòng)等。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作化定義方面的不一致都可能對(duì)結(jié)果的不一致造成一定影響。

另外，操作任務(wù)的施測(cè)時(shí)間也會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定干擾。如有些研究是在運(yùn)動(dòng)后即刻測(cè)被試的認(rèn)知表現(xiàn)[32]，有些研究是在運(yùn)動(dòng)中測(cè)被試的認(rèn)知表現(xiàn)[20]。針對(duì)這一點(diǎn)，有研究者認(rèn)為，在運(yùn)動(dòng)中測(cè)被試的認(rèn)知表現(xiàn)會(huì)更有說(shuō)服力，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)后生理上的變化會(huì)迅速恢復(fù)到基線水平，比如中樞神經(jīng)系統(tǒng)兒茶酚胺和血漿兒茶酚胺濃度以及多巴胺、腎上腺素、去甲腎上腺素等[33]。最后，實(shí)驗(yàn)材料如刺激呈現(xiàn)時(shí)間、刺激物的大小、對(duì)比度以及被試實(shí)驗(yàn)前及實(shí)驗(yàn)中的身體條件、動(dòng)機(jī)（對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)是否有興趣）都會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定的影響。如很多研究者沒(méi)有考慮到實(shí)驗(yàn)中被試在體重上的差異，因?yàn)橥ǔＧ闆r下運(yùn)動(dòng)員比普通人有更大的體重和強(qiáng)壯的身體，這種在被試體重上的不匹配或許也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如Larry Isaacs等認(rèn)為，在使用功率自行車作為達(dá)到運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度工具的實(shí)驗(yàn)中，由于騎功率自行車是一項(xiàng)無(wú)承重的運(yùn)動(dòng)，體重大的被試就會(huì)有一定的優(yōu)勢(shì)[34]。

5 總結(jié)

中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度能夠促進(jìn)認(rèn)知表現(xiàn)的提升，這是大多數(shù)研究者公認(rèn)的結(jié)論，這也在一定程度上符合上文提到的線索利用理論和喚醒理論。而關(guān)于大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響，研究者雖然也進(jìn)行了一定的研究，但并沒(méi)有得出相一致的結(jié)論，而且由于研究中使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和對(duì)概念的操作定義的不同以及被試個(gè)體情況的差異，甚至在結(jié)果的信服程度上也有待進(jìn)一步考證。

另外，多數(shù)學(xué)者研究的是不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度之間的效果差異，針對(duì)單一運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下個(gè)體認(rèn)知表現(xiàn)變化的研究并不多，而且研究者往往是在運(yùn)動(dòng)中某一時(shí)間或者運(yùn)動(dòng)結(jié)束后來(lái)考察個(gè)體的認(rèn)知表現(xiàn)，很少有人研究持續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不同階段個(gè)體的認(rèn)知變化。而且，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和真實(shí)的訓(xùn)練比賽環(huán)境有著很大的不同，在不同環(huán)境中考察個(gè)體不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下的認(rèn)知表現(xiàn)以及表現(xiàn)提高的持久性也是值得研究的一個(gè)內(nèi)容。

運(yùn)動(dòng)過(guò)程中必然伴隨著能量的消耗，關(guān)于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中體能或能量機(jī)制對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響，雖然已有研究者對(duì)此進(jìn)行了考察，但結(jié)果并不很明晰。實(shí)際上，體能或能量機(jī)制對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)影響的研究尤為重要，因?yàn)閷?duì)這方面研究的結(jié)論不僅僅能夠在競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)中得到運(yùn)用，同樣也適合身體鍛煉領(lǐng)域（比如青少年兒童、老年人等的研究），且更有意義。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員畢竟只是一個(gè)相對(duì)較小的群體。由于運(yùn)動(dòng)員和普通人群在體能以及身體素質(zhì)方面的顯著差異，使之前針對(duì)運(yùn)動(dòng)員的研究結(jié)果能否推廣到普通人群身上還不得而知。所以，日后研究者應(yīng)該把研究重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到身體鍛煉普通人群身上，如青少年，甚至是身體器官功能異常的病人。

總之，研究者對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和能耗對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)影響的討論已經(jīng)持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間，雖然到目前為止在主要結(jié)論上仍存在異議，但通過(guò)之前的許多研究還是可以為之后的研究和身體活動(dòng)或訓(xùn)練提供借鑒或指導(dǎo)。

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