急性有氧運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度與抑制能力的劑量關(guān)系——來(lái)自ERP的證據(jù)

王瑩瑩，周成林

運(yùn)動(dòng)能否促進(jìn)抑制能力，這個(gè)問(wèn)題在過(guò)去幾年乃至今日一直都深受關(guān)注［38，27］。抑制能力是指取消一個(gè)優(yōu)勢(shì)反應(yīng) 或停 止 一 個(gè) 不 合 適 的 、無(wú) 關(guān) 動(dòng) 作 的 能 力［18，45，55］，它 是 執(zhí)行功能的主要成分，對(duì)于我們處理復(fù)雜的、帶有無(wú)關(guān)信息的情境有重要作用，在臨床上還與精神分裂癥、多動(dòng)癥、藥物濫用、煙癮、酗酒等的預(yù)防 和治療相關(guān)［54，58，65］。因此，如何提高抑制能力對(duì)于各個(gè)年齡段的人群來(lái)說(shuō)都是非常重要的。大量研究表明，急性有氧運(yùn)動(dòng)能夠提高抑制能力［11，40，41，51］。如 近 期 Chang（2014）的 研 究 表 明 ，成 年 人 經(jīng)過(guò)20min的急性有氧運(yùn)動(dòng)后，抑制任務(wù)的成績(jī)得到了顯著的提高［6］。McMorris（2012）的一篇元分析也發(fā)現(xiàn)，急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制能力有顯著的影響［43］。

急性有氧運(yùn)動(dòng)（acute aerobic exercise），是指一次性持續(xù)10～60min，在氧氣充分供應(yīng)的情況下進(jìn)行的體育鍛煉［44，57］?？刹僮鞯淖兞坑泻芏?，如運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，作為一個(gè)重要的調(diào)節(jié)變量被廣泛的用于研究急性有氧運(yùn)動(dòng)與抑制能力的內(nèi)在關(guān)系［7］。那么，不同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與抑制能力的關(guān)系如何？早期的倒U型理論［64］認(rèn)為，不同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)抑制能力的影響是不同的，主要源于誘發(fā)的喚醒水平不同［42］，小強(qiáng)度、大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的喚醒水平過(guò)低、過(guò)高，導(dǎo)致任務(wù)成績(jī)不高；而中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)最佳喚醒水平，因此，任務(wù)成績(jī)能夠得到最大程度的提高。驅(qū)力理論則認(rèn)為，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)能夠最大地促進(jìn)抑制能力，主張兩者的關(guān)系是線性的［1］，也有研究沒(méi)能證明兩者存在相關(guān)關(guān)系［9］。之后，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了實(shí)證性研究，近期的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)人的抑制能力［12，24，63］，如 有 研 究 發(fā) 現(xiàn) ，被 試 經(jīng) 過(guò) 中 等 強(qiáng) 度 的 有 氧 運(yùn) 動(dòng)后，抑制任務(wù)的反應(yīng)速度變快［30，36］。但也有研究表明，小強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)相比于中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，抑制任務(wù)的正確率更高［1］。而 Cooper［8］發(fā)現(xiàn)，大強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)后，抑制任務(wù)的正確率和反應(yīng)時(shí)無(wú)顯著變化。神經(jīng)機(jī)制方面，如事件相關(guān)電位（ERP）的研究發(fā)現(xiàn)，被試經(jīng)過(guò)大強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)后，P3波幅變大［26］。P3成分是抑制任務(wù)誘發(fā)出的經(jīng)典成分之一，其波幅主要代表被試在完成任務(wù)過(guò)程中認(rèn)知資源的分配效率，P3波幅越大表明加工效率越高。

綜合以上各種理論和研究成果可知，無(wú)論是元分析還是多數(shù)實(shí)證研究都表明，急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制能力存在促進(jìn)作用［62］，但其強(qiáng)度與抑制能力的關(guān)系還存在爭(zhēng)議。首先，上述文獻(xiàn)涉及的各種運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的定義千差萬(wàn)別，如以最大心率（HRmax）、最大耗氧量（˙VO2max）、乳酸閾（LT）等的百分比定義區(qū)分不同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，強(qiáng)度的百分比設(shè)定也存在差異（如60%～70%vs 65%），因此，需要在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)范式下，同時(shí)比較3種運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)抑制能力的影響，才能得到它們之間的效應(yīng)差異；另外，多數(shù)研究以中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)為干預(yù)手段，很少有研究比較小強(qiáng)度和大強(qiáng)度對(duì)抑制能力的影響［38］，即運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與抑制能力的劑量效應(yīng)關(guān)系；并且很少有研究考慮到被試本身的體適能差異可能會(huì)作為潛在的混淆因素，影響急性有氧運(yùn)動(dòng)和抑制能力的關(guān)系［47］。考慮到這幾點(diǎn)因素，本研究以久坐人群為被試，采用ERP技術(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)科學(xué)地制定了3種運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度：小強(qiáng)度、中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)的操作方法，同時(shí)，比較分析其對(duì)抑制能力的影響，進(jìn)一步深入探究不同強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)與抑制能力關(guān)系的電神經(jīng)生理特點(diǎn)，為科學(xué)地制定運(yùn)動(dòng)處方提供理論依據(jù)。本研究假設(shè)為：急性有氧運(yùn)動(dòng)能夠有利地促進(jìn)抑制能力，其中，中等強(qiáng)度的促進(jìn)作用最大，表現(xiàn)為完成抑制任務(wù)的效果最佳，急性有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與反應(yīng)抑制的關(guān)系為倒U型曲線關(guān)系。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

從某大學(xué)本科生中選取二年級(jí)男生100名（表1），入選標(biāo)準(zhǔn)：1）BMI值在18.5～24.99之間；2）非體育生；3）血壓 正 常；4）身 體 狀 況 安 全 問(wèn) 卷 （PAR－Q）回 答 全 部 為“否”［39］，確保被試能夠負(fù)擔(dān)本次運(yùn)動(dòng)；5）瑞文智力問(wèn)卷智力中等以上，即換算成標(biāo)準(zhǔn)分＞5；6）國(guó)際身體活動(dòng)量表（IPAQ）代謝當(dāng)量小于600METs，即不經(jīng)常參加體育鍛煉的人。

表1 本研究樣本情況一覽表Table 1 Information of Participants

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采用單因素設(shè)計(jì)，自變量為組別（控制組、小強(qiáng)度組、中等強(qiáng)度組、大強(qiáng)度組），因變量分別為反應(yīng)時(shí)、正確率、ERP波峰和潛伏期。

1.2.2 3種強(qiáng)度急性有氧運(yùn)動(dòng)方案

3種有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的設(shè)定。根據(jù)美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)和已有文獻(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合被試體質(zhì)情況，確定有氧運(yùn)動(dòng)的小、中、大3種強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，即小強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)負(fù)荷設(shè)定為個(gè)體HRmax的40%～50%；中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)負(fù)荷設(shè)定為個(gè)體HRmax的65%～70%；大強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)負(fù)荷設(shè)定為個(gè)體 HRmax的80%～95%，其中，HRmax＝207－0.7×年齡（歲）［22］。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

研究抑制能力通常采用Go／NoGo范式，被試需要對(duì)一種類(lèi)型的刺激做按鍵反應(yīng)（Go），而對(duì)另一類(lèi)型的刺激做不按鍵的反應(yīng)（NoGo）。采用E－prime編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序，被試需要完成一個(gè)改編版的 Go／NoGo任務(wù)［20，21］，屏幕中會(huì) 呈現(xiàn)字母流（如X Y Y X Y……），如果當(dāng)前呈現(xiàn)的字母與前一個(gè)呈現(xiàn)的字母不同，則按“0”鍵（go）；如果相同，則不按鍵（NoGo），NoGo的比例為20%。整個(gè)實(shí)驗(yàn)一共包括4個(gè)組塊（block），每個(gè)組塊包括200個(gè)試次（trial），每個(gè)試次的呈現(xiàn)速率為1Hz，即刺激呈現(xiàn)時(shí)間為400ms，刺激間隔為500～700ms。實(shí)驗(yàn)記錄反應(yīng)時(shí)和正確率。

1.2.4 ERP記錄

本實(shí)驗(yàn)使用按照國(guó)際10～20標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)擴(kuò)展的64導(dǎo)電極帽采集EEG信號(hào)，只記錄其中的 C3、C4、P3、P4、Fz、Cz、Pz、FC1、FC2、CP1、CP2、TP9、TP10、VEOG、HEOG 15個(gè)電極點(diǎn)，電極帽的電極為Ag／AgCl電極。參考點(diǎn)為FCz，接地點(diǎn)為AFz，水平眼電（HEOG）置于右眼外側(cè)1cm處，垂直眼電（VEOG）置于左眼框下方1cm處。頭皮與電極接觸阻抗小于10kΩ，采樣頻率為1 000Hz／導(dǎo)，收集的數(shù)據(jù)由Vision－Analyzer軟件離線分析。

1.2.5 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)在某大學(xué)生理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，運(yùn)動(dòng)干預(yù)和閱讀干預(yù)在實(shí)驗(yàn)室外走廊進(jìn)行，抑制能力測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，全程控制其他無(wú)關(guān)因素干擾。實(shí)驗(yàn)前告知被試整體的實(shí)驗(yàn)流程，填寫(xiě)被試基本情況調(diào)查表。平靜后測(cè)量血壓、安靜心率，排除低血壓和高血壓的被試，保證干預(yù)過(guò)程安全進(jìn)行。

本實(shí)驗(yàn)采用被試間設(shè)計(jì)，將選取出來(lái)的100名被試隨機(jī)分為4組，每組25人，分別為控制組、小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組、中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組和大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組。根據(jù)強(qiáng)度分組，計(jì)算出靶心率＝安靜心率＋（最大心率－安靜心率）×強(qiáng)度%區(qū)間。之后的實(shí)驗(yàn)流程如表2，其中，RPE為Borg量表分?jǐn)?shù)（主觀體力感等級(jí)評(píng)定量表，The rate of perceived exertion，RPE）［4］，是介于生理、心理之間用來(lái)評(píng)價(jià)和監(jiān)控被試對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的主觀感覺(jué)指標(biāo)，從6到20計(jì)分，6為非常輕松，20為極其困難。

采用瑞典產(chǎn)MONARK 894E型功率自行車(chē)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持踏車(chē)節(jié)律為50r／min左右，根據(jù)個(gè)體差異和強(qiáng)度設(shè)定，增加或降低阻力，使其心率保持在靶心率范圍內(nèi)。采用芬蘭產(chǎn)RCX3型心率遙測(cè)儀監(jiān)控運(yùn)動(dòng)前、過(guò)程中以及運(yùn)動(dòng)后的心率。

表2 本研究實(shí)驗(yàn)流程一覽表Table 2 Experimenal Flow

1.2.6 數(shù)據(jù)的采集和處理

1.2.6.1 行為數(shù)據(jù)的采集和處理

將E－prime軟件采集到的行為數(shù)據(jù)首先導(dǎo)入Excel中進(jìn)行預(yù)處理，去除3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差以外的數(shù)據(jù)，去除總體正確率小于50%的數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加減、取平均、計(jì)算百分比。預(yù)處理后得到以下指標(biāo)：Go試次的正確率和反應(yīng)時(shí)、NoGo試次的正確率以及錯(cuò)誤試次后的正確率。最后，采用SPSS 15.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析。

1.2.6.2 ERP數(shù)據(jù)的采集和處理

由BP Recorder軟件進(jìn)行腦電數(shù)據(jù)的采集，之后采用BP Analyzer對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析。首先，以雙耳乳突的平均電位作為參考（TP9和TP10），利用主成分分析法半自動(dòng)去除眼電偽跡，濾波，自動(dòng)排除±100μV范圍外的波幅。之后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行分段疊加分析。本研究重點(diǎn)分析N2和P3成分，以刺激出現(xiàn)為0點(diǎn)，分析時(shí)程為Go和NoGo正確試次下－200～1 000ms，以刺激出現(xiàn)前200 ms的均值為矯正基線。由ERP總平均圖確定N2和P3成分的波峰潛伏期，后手動(dòng)確定波峰位置并記錄波幅，統(tǒng)計(jì)分析每組被試的波峰和潛伏期。最后，采用SPSS 15.0統(tǒng)計(jì)軟件分別以4組被試在Fz、FCz、Cz、Pz電極點(diǎn)處的N2和P3成分的波幅和潛伏期作為因變量，進(jìn)行4（組別）×4（電極點(diǎn)）2因素重復(fù)測(cè)量方差分析。分析過(guò)程中，對(duì)不滿(mǎn)足球形檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量采用Greenhouse Geisser法矯正自由度和P值，事后比較采用LSD法。

2 結(jié)果

2.1 行為數(shù)據(jù)結(jié)果

以組別為自變量，以Go試次正確率、Go試次反應(yīng)時(shí)、NoGo試次正確率以及錯(cuò)誤試次后試次的正確率為因變量做單因素方差分析。結(jié)果顯示，Go試次正確率的組間差異不顯著（F（3，89）＝0.832，P＝0.48），Go試次反應(yīng)時(shí)的組間差異不顯著（F（3，89）＝0.118，P＝0.95）。NoGo試次正確率的組間差異顯著（F（3，89）＝33.785，P＝0.000），事后兩兩比較（圖1），其中，控制組與小強(qiáng)度組、中強(qiáng)度組、大強(qiáng)度組分別存在顯著差異；中強(qiáng)度組與小強(qiáng)度組、大強(qiáng)度組分別存在顯著差異。錯(cuò)誤試次后試次的正確率組間差異顯著（F（3，89）＝3.071，P＝0.032），事 后 兩 兩 比 較 僅 發(fā)現(xiàn)，中等強(qiáng)度組顯著高于控制組（P＝0.02＜0.05）。NoGo試次的正確率表明，急性有氧運(yùn)動(dòng)能夠有利地促進(jìn)抑制能力，并且強(qiáng)度與抑制能力的關(guān)系呈倒U型曲線。

2.2 ERP結(jié)果

4組被試分別在Go和NoGo試次中誘發(fā)的ERP波形如圖2所示，從總平均圖中確定N2成分的時(shí)間窗口為200～310ms，P3成分的時(shí)間窗口為300～420ms。

圖1 本研究控制組、小強(qiáng)度組、中強(qiáng)度組、大強(qiáng)度組兩兩比較結(jié)果條形圖Figure 1. Bar Chart of Posterior Comparisons for Low Intensity，Medium Intensity and High Intensity Group

選取有代表性的Fz（額葉）、Cz（中央?yún)^(qū)）、Pz（頂區(qū)）和FCz（額中央?yún)^(qū)）4個(gè)記錄點(diǎn)的 ERP進(jìn)行疊加處理［35，61］，具體結(jié)果如下。

2.2.1 Go試次誘發(fā)的N2和P3成分

以N2波幅為因變量的2因素重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果顯示，組別主效應(yīng)顯著（F（3，90）＝3.709，P＝0.014），電極點(diǎn)位置主效應(yīng)顯著（F（1.88，169.26）＝26.257，P＝0.000），兩者交互作用顯著（F（5.64，169.26）＝3.059，P＝0.008）。簡(jiǎn)單效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果表明，控制組和中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組在電極點(diǎn)Fz、Cz、FCz上存在顯著差異，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組和大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組在電極點(diǎn)Pz上存在顯著差異（圖3a）。

以N2潛伏期為因變量的2因素混合方差分析結(jié)果顯示，組別主效應(yīng)顯著（F（3，90）＝3.022，P＝0.034），電極點(diǎn)位置主效應(yīng)顯著（F（2.34，210.12）＝30.473，P＝0.000），兩者交互作用不顯著（F（7，210.12）＝355.422，P＝0.357）。事后 兩兩比較分析得知，大強(qiáng)度組的N2潛伏期分別與控制組、小強(qiáng)度組存在顯著差異（圖3b）。

圖2 本研究4組被試總平均疊加波形圖（以Cz為例）Figure 2. ERP Oscillogram of Four Groups（Take Cz for example）

圖3 本研究不同組別在不同電極點(diǎn)上誘發(fā)的N2波幅（左）和潛伏期（右）比較示意圖Figure 3. The Graphs of N2Amplitude（Left）and Latency（Right）in Different Group at Different Electric Poles

以P3波幅為因變量的2因素混合方差分析結(jié)果顯示，組別主效應(yīng)顯著（F（3，90）＝15.165，P＝0.000），電極點(diǎn)主效應(yīng)顯著（F（2.03，183.09）＝61.595，P＝0.000），兩者交互作用顯著（F（6.10，183.09）＝4.773，P＝0.000）。簡(jiǎn)單效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果表明，在電極點(diǎn)Fz上，控制組、小強(qiáng)度組和中等強(qiáng)度組均存在顯著差異，控制組和大強(qiáng)度組也存在顯著差異；在電極點(diǎn)Cz上，控制組與中等強(qiáng)度組、大強(qiáng)度組分別存在顯著差異，小強(qiáng)度組和中等強(qiáng)度組存在顯著差異；在電極點(diǎn)Pz上，中等強(qiáng)度組與控制組、小強(qiáng)度組、大強(qiáng)度組分別存在顯著差異；在電極點(diǎn)FCz上，控制組與小強(qiáng)度組、中等強(qiáng)度組、大強(qiáng)度組分別存在顯著差異，小強(qiáng)度組與中等強(qiáng)度組存在顯著差異（圖4）。

以P3潛伏期為因變量的兩因素混合方差分析結(jié)果顯示，只有 電 極 點(diǎn) 主 效 應(yīng) 顯 著 （F（2.57，231.47）＝19.818，P＝0.000），組別主效應(yīng)不顯著（F（3.90）＝1.902，P＝0.135），兩者交互作用不顯著（F（7.72，231.47）＝1.383，P＝0.207）。

以上結(jié)果顯示，在Go試次中，N2波幅、N2潛伏期、P3波幅均存在組間差異。其中，從N2波幅、P3波幅的事后比較結(jié)果可以清晰地看出運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與抑制能力的倒U型曲線關(guān)系。

圖4 本研究不同組別在不同電極點(diǎn)上誘發(fā)的P3波幅比較圖Figure 4. The Bar Chart of P3Amplitude in Different Group at Different Electric Poles

2.2.2 NoGo試次誘發(fā)的N2和P3成分

以N2波幅為因變量的兩因素混合方差分析結(jié)果顯示 ，只 有 電 極 點(diǎn) 主 效 應(yīng) 顯 著 （F（1.86，166.95）＝10.189，P＝0.000），組別主效應(yīng)不顯著（F（3，90）＝1.558，P＝0.205），兩者交互作用不顯著（F（5.57，166.95）＝0.782，P＝0.576）。

以N2潛伏期為因變量的兩因素混合方差分析結(jié)果顯示 ，只 有 電 極 點(diǎn) 主 效 應(yīng) 顯 著 （F（2.22，199.50）＝23.496，P＝0.000），組別主效應(yīng)不顯著（F（3，90）＝1.235，P＝0.302），兩者交互作用不顯著（F（6.65，199.50）＝0.441，P＝0.867）。

以P3波幅為因變量的兩因素混合方差分析結(jié)果顯示，組別主效應(yīng)顯著（F（3，90）＝5.455，P＝0.002），電極點(diǎn)主效應(yīng)顯著（F（2.05，184.28）＝97.011，P＝0.000），兩者交互作用不顯著（F（6.15，184.28）＝2.06，P＝0.058）。事后兩兩比較分析得知，控制組與中等強(qiáng)度組、控制組與大強(qiáng)度組、小強(qiáng)度組與中等強(qiáng)度組分別存在顯著差異（圖5）。

圖5 本研究不同組別在不同電極點(diǎn)上誘發(fā)的P3波幅比較圖Figure 5. The Diagram of P3Amplitude in Different Group at Different Electric Poles

以P3潛伏期為因變量的兩因素混合方差分析結(jié)果顯示，組別主效應(yīng)（F（3，90）＝1.179，P＝0.322）、電極點(diǎn)主效應(yīng)（F（2.2，198）＝1.115，P＝0.335）、兩者交互作用均不顯著（F（6.6，198）＝0.922，P＝0.487）。

在NoGo試次中，P3波幅的組間比較結(jié)果進(jìn)一步地表明了運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與抑制能力存在倒U型曲線相關(guān)。

3 討論

3.1 急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制能力的促進(jìn)作用

本研究的目的是探究不同強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)與抑制能力的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)組（小強(qiáng)度組、中等強(qiáng)度組、大強(qiáng)度組）比控制組的正確率高，驗(yàn)證了假設(shè)，即急性運(yùn)動(dòng)能夠有利地促進(jìn)抑制能力，并且與前人研究結(jié)果一致［52］，主要體現(xiàn)在NoGo試次上，說(shuō)明急性有氧運(yùn)動(dòng)，無(wú)論強(qiáng)度大小，都會(huì)促進(jìn)抑制能力。而運(yùn)動(dòng)組和控制組的Go試次正確率無(wú)顯著差異，未能驗(yàn)證假設(shè)，出現(xiàn)這一結(jié)果可能原因是，本研究設(shè)置Go和NoGo試次的比例為4∶1，Go試次所占的比例較大，被試容易產(chǎn)生慣性反應(yīng)，任務(wù)難度較小，而“新異刺激”NoGo需要被試抑制住慣性反應(yīng)，難度較大，急性有氧運(yùn)動(dòng)有選擇性地促進(jìn)了難度相對(duì)較大的任務(wù)成績(jī)［24，3，59］，有研究發(fā)現(xiàn)，這種選擇性提高發(fā)生在成年期早期以后，前期更多的是整體性的提高［5］。本研究沒(méi)能發(fā)現(xiàn)組間反應(yīng)時(shí)存在顯著差異，進(jìn)一步表明急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)難度較小的任務(wù)無(wú)促進(jìn)作用。

結(jié)合本研究的結(jié)果和 Kamijo（2012）的觀點(diǎn)［34］，NoGo條件需要自上而下的抑制控制來(lái)克服優(yōu)勢(shì)反應(yīng)［19］，上述結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)組的NoGo正確率顯著高于控制組，這表明急性有氧運(yùn)動(dòng)后，被試能夠靈活地運(yùn)用自上而下的抑制控制提高正確率，而閱讀組沒(méi)能靈活地調(diào)節(jié)抑制控制滿(mǎn)足更高的任務(wù)需求，更加集中體現(xiàn)了急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制能力的促進(jìn)作用，進(jìn)一步驗(yàn)證了假設(shè)。

另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，被試在犯錯(cuò)誤后的下一個(gè)試次中，中等強(qiáng)度組的正確率顯著高于控制組，這種任務(wù)成績(jī)的提高代表的是反應(yīng)監(jiān)控能力的提高，指探測(cè)錯(cuò)誤，并在隨后的任務(wù)中調(diào)整行為的能力［16］，它對(duì)完成目標(biāo)導(dǎo)向性行為有重要作用，這種反應(yīng)時(shí)的變化被看做是自上而下認(rèn)知控制的補(bǔ)償利用和優(yōu)化的一種行為指標(biāo)，涉及的主要腦區(qū)為前扣帶回（anterior cingutate，ACC），完成任何認(rèn)知任務(wù)都會(huì)涉及到這種能力，體現(xiàn)了中等強(qiáng)度急性有氧運(yùn)動(dòng)的效益。

最后，中等強(qiáng)度組的NoGo正確率高于小強(qiáng)度組和大強(qiáng)度組，支持了急性有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與抑制能力倒U型曲線的關(guān)系，證明了這種中央神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的喚醒水平與體育鍛煉的程度呈倒U型曲線的關(guān)系［13，56］。

3.2 急性有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)抑制能力的ERP特征

本研究主要探討在額葉（Fz）、中央?yún)^(qū)（Cz）、頂區(qū)（Pz）和額中央?yún)^(qū)（FCz）誘發(fā)的N2和P3成分。本研究發(fā)現(xiàn)，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后，Go N2在額－中央?yún)^(qū)（電極點(diǎn)Fz、Cz、FCz）上的激活程度顯著小于控制組，即有更加負(fù)的偏向；在后部頭皮即頂區(qū)（電極點(diǎn)Pz）上的激活顯著小于大強(qiáng)度組（圖2和圖3a）。已有研究表明，額－中央?yún)^(qū)的Go N2成分與行為前策略制定、行為中對(duì)動(dòng)作的及時(shí)控制和行為后對(duì)結(jié)果反饋信息的加工等一系列認(rèn)知控制、加工均有關(guān)［17］，因此，本研究的結(jié)果說(shuō)明，中等強(qiáng)度組在行為前能夠更加高效地將注意力集中到變化的視覺(jué)信息上，并且及時(shí)監(jiān)控信息的變化以及行為表現(xiàn)。后部頭皮Go N2反映的是視覺(jué)皮質(zhì)加工刺激時(shí)的注意程度，中等強(qiáng)度組誘發(fā)的Go N2顯著小于大強(qiáng)度組，即中等強(qiáng)度組對(duì)視覺(jué)信息的注意程度小于大強(qiáng)度組，說(shuō)明大強(qiáng)度組為了完成進(jìn)一步的加工所需的注意資源更多，因此，激活了較大的N2波幅。上述的結(jié)果部分驗(yàn)證了假設(shè)，即中等強(qiáng)度的急性運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制能力早期加工過(guò)程的促進(jìn)作用最大，且與前人的研究結(jié)果一致［52］。

另外，本研究顯示，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組的N2潛伏期顯著小于控制組和小強(qiáng)度組，這體現(xiàn)了加工過(guò)程的高效性，表明大強(qiáng)度組相比于控制組和小強(qiáng)度組來(lái)說(shuō)，能夠更快地完成對(duì)注意信息的加工和監(jiān)控，這與假設(shè)不相符，本研究證明了大強(qiáng)度的急性運(yùn)動(dòng)也能夠很好地提高抑制能力的早期加工速度，確保在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)信息的加工和處理。NoGo N2究竟是代表反應(yīng)抑制還是單純的反應(yīng)沖突或目標(biāo) 探測(cè) 還 存 在 爭(zhēng) 議［23］，Enriquez－Geppert［15］的 研 究 表 明 ，沖突會(huì)誘發(fā)明顯的N2成分［17，15］，而本研究沒(méi)能發(fā)現(xiàn)NoGo N2波幅和潛伏期的組間差異，表明急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)沖突的監(jiān)控過(guò)程無(wú)影響，而Hillman［24］的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常參加體育鍛煉的人N2波幅高于久坐人群。研究結(jié)果的不一致可能源于NoGo試次比例較大，對(duì)被試來(lái)說(shuō)并沒(méi)有產(chǎn)生沖突，未來(lái)的研究可以比較不同的Go、NoGo比例對(duì)NoGo N2波幅的影響。

P3成分是Go／NoGo任務(wù)中較為經(jīng)典的成分，Go P3反映了與對(duì)之前呈現(xiàn)刺激表征的更新修正相關(guān)的神經(jīng)元活動(dòng)［25］。Go P3波幅表示當(dāng)工作記憶更新的時(shí)候，注意資源的調(diào)節(jié)［10］，Go P3波幅變大代表采用了更多的注意資源以用于對(duì)不斷呈現(xiàn)的刺激的表征的更新，并且也反映了更好的更新能力。與之相關(guān)的理論是信息更新理論（context－updating theory）［49，50］：注意資源面對(duì)外界刺激，經(jīng)過(guò)最初的知覺(jué)加工后，在工作記憶中更新這個(gè)刺激的表征。本研究中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)組比控制組誘發(fā)的Go P3波幅大，這表明急性有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了工作記憶更新的效率，并且運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與Go P3波幅的關(guān)系呈倒U型曲線的關(guān)系，即中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)誘發(fā)最佳喚醒水平，通過(guò)合理的分配認(rèn)知資源提高了加工效率［2］。而NoGo P3代表的是反應(yīng)抑制過(guò)程［50，31］，本研究的結(jié)果顯示，中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)后誘發(fā)的NoGo P3波幅顯著高于控制組，表明這兩種強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)提高了抑制能力，與假設(shè)一致，并且部分與 Hughes［28］、O’Leary（2011）［46］以及 Pontifex［53］的研究結(jié)果一致，如Pontifex［53］的研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度為65%～75%最大心率的20min的急性有氧運(yùn)動(dòng)后，正確率提高、P3波幅變大。

總體上來(lái)說(shuō)，中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制能力的促進(jìn)作用最大，表現(xiàn)在Go P3和NoGo P3的波幅顯著大于其他3組，體現(xiàn)了中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組對(duì)認(rèn)知任務(wù)高效的資源分配能力，這可能源于中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)提高了神經(jīng)元的激活和生理喚醒水平，提高了資源分配的效率［48］，這也是任務(wù)成績(jī)提高的主要原因。另外，本研究結(jié)果沒(méi)能發(fā)現(xiàn)P3潛伏期存在組間差異，結(jié)合行為結(jié)果也沒(méi)能發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時(shí)存在組間差異，反應(yīng)時(shí)代表著刺激分類(lèi)和評(píng)估、反應(yīng)選擇以及動(dòng)作準(zhǔn)備的速度［60］，P3成分的潛伏期只代表其中的刺激分類(lèi)和評(píng)估速度［37］，當(dāng)刺激的分類(lèi)和評(píng)估要求增加時(shí)，反應(yīng)時(shí)和P3潛伏期都會(huì)變大；當(dāng)涉及到反應(yīng)過(guò)程的要求增加時(shí)，只有反應(yīng)時(shí)會(huì)變大。而本研究的結(jié)果表明，急性有氧運(yùn)動(dòng)可能對(duì)包括刺激評(píng)估分類(lèi)和反應(yīng)相關(guān)在內(nèi)的整體認(rèn)知加工過(guò)程的速度均沒(méi)有影響，即運(yùn)動(dòng)誘發(fā)喚醒狀態(tài)不足以提升整體的加工速度［14］。這與 Kamijo（2004）的研究結(jié)果是一致的，也發(fā)現(xiàn)了3種強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知加工速度均無(wú)影響［33］。但與Kamijo（2009）的研究結(jié)果不一致，也與我們之前假設(shè)的運(yùn)動(dòng)組的認(rèn)知加工速度要快于控制組不同。Kamijo（2009）發(fā)現(xiàn)，小強(qiáng)度和中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)后，P3的潛伏期變小，而P3波幅無(wú)顯著變化［32］。

一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)研究都能通過(guò)一致的行為數(shù)據(jù)結(jié)果推測(cè)出急性有氧運(yùn)動(dòng)的效益，而ERP結(jié)果卻不一定相同，這主要由于其較高的時(shí)間分辨率，往往能夠?qū)?nèi)部的認(rèn)知過(guò)程提供更加精確的估計(jì)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的各個(gè)細(xì)節(jié)，如認(rèn)知任務(wù)、急性有氧運(yùn)動(dòng)的操作等都能夠影響ERP的結(jié)果，因此，未來(lái)的研究需要繼續(xù)采用ERP技術(shù)探索急性有氧運(yùn)動(dòng)與抑制能力的關(guān)系［27］。

總體來(lái)看，中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)能明顯地提高認(rèn)知加工效率，一篇元分析也表明，相比于小強(qiáng)度和大強(qiáng)度，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知能力的效益最大［43］。中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)誘發(fā)了最佳的喚醒水平，任務(wù)成績(jī)最好。另外，Arent和Landers（2003）認(rèn)為，當(dāng)任務(wù)需要更多的運(yùn)動(dòng)技能和外周輔助過(guò)程時(shí)，線性關(guān)系能更好地解釋運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和抑制能力的關(guān)系；而當(dāng)任務(wù)涉及更多的認(rèn)知或中樞神經(jīng)過(guò)程時(shí)，則被解釋為倒U型曲線的關(guān)系［29，63］。本研究選取的任務(wù)涉及更多的是認(rèn)知加工過(guò)程，綜合以上因素，導(dǎo)致了急性有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與抑制能力的關(guān)系呈倒U型曲線關(guān)系。

4 總結(jié)

急性有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效地促進(jìn)抑制能力，并且是有選擇性地提高難度較大任務(wù)的成績(jī)；急性有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與抑制能力呈倒U型曲線關(guān)系，其主要機(jī)制在于完成任務(wù)過(guò)程中能夠更加合理地分配認(rèn)知資源。

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