太極拳運(yùn)動提高大學(xué)生認(rèn)知功能的研究
——來自P300的證據(jù)

藍(lán)永生，趙敬國，蔣艷杰

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太極拳運(yùn)動提高大學(xué)生認(rèn)知功能的研究
——來自P300的證據(jù)

藍(lán)永生1，趙敬國2，蔣艷杰1

目的：研究24式太極拳運(yùn)動(以下簡稱太極拳)對在校大學(xué)生認(rèn)知功能的影響，探討有效鍛煉的頻率。方法：招募17名長期從事太極拳運(yùn)動的男大學(xué)生為實(shí)驗(yàn)組(運(yùn)動年限>1年)，30名久坐男大學(xué)生為對照組，比較實(shí)驗(yàn)組和對照組P300的差異。另招募30名健康在校女大學(xué)生進(jìn)行短期太極拳運(yùn)動干預(yù)實(shí)驗(yàn)(6周)，將其隨機(jī)分為1組(n=10)、2組(n=10)和對照組(n=10)。1組和2組進(jìn)行6周太極拳運(yùn)動，其中，1組每周運(yùn)動3天(周一、周三、周五)，2組每周運(yùn)動5天(周一～周五)，對照組不運(yùn)動。分別于運(yùn)動前、第2周、第4周和第6周測量受試者P300，并于實(shí)驗(yàn)結(jié)束2周后測量1組和2組的P300。結(jié)果：和對照組相比， 長期運(yùn)動組P300潛伏期和反應(yīng)時(shí)出現(xiàn)顯著性縮短(P<0.05，P<0.01)。短期運(yùn)動1組P300各指標(biāo)均未出現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)；2組P300峰值分別在第4周和第6周出現(xiàn)顯著性升高(P<0.05)，且實(shí)驗(yàn)結(jié)束2周后P300峰值沒有顯著性回落(P>0.05)。結(jié)論：太極拳運(yùn)動能提高練習(xí)者認(rèn)知功能；每周運(yùn)動5次比每周運(yùn)動3次效果顯著。

太極拳；認(rèn)知；事件相關(guān)電位；鍛煉頻率

1 前言

認(rèn)知功能是大學(xué)生學(xué)習(xí)活動的心理基礎(chǔ)。良好的認(rèn)知能力能夠幫助大學(xué)生更快的儲備新知識、掌握新技能。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，體育運(yùn)動能夠提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的認(rèn)知功能[12,16,21]，大學(xué)生參加體育鍛煉對提高學(xué)習(xí)能力具有積極促進(jìn)作用[24]。Schmidt R A等[16]研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能和運(yùn)動強(qiáng)度呈倒U型關(guān)系，當(dāng)運(yùn)動強(qiáng)度接近乳酸閾時(shí)對認(rèn)知功能的提高具有較理想的效果。Yamaji K等[25]研究了非運(yùn)動員人群的心率和最大吸氧量百分比關(guān)系，發(fā)現(xiàn)年齡在10～27歲的人群，當(dāng)心率達(dá)到115～135次/min時(shí)，運(yùn)動強(qiáng)度即可達(dá)到乳酸閾。

太極拳是我國的傳統(tǒng)武術(shù)項(xiàng)目，具有很高的群眾普及率。眾多學(xué)者均已證實(shí)太極拳具有良好的健身效果[2-7]，因此，在校園推廣太極拳運(yùn)動對提高學(xué)生體質(zhì)具有積極作用。周之華等[8]對太極拳運(yùn)動的強(qiáng)度進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)全套太極拳運(yùn)動的平均心率為121次/min，屬于提高認(rèn)知功能的最佳心率范圍。因此，太極拳運(yùn)動不僅具有健身養(yǎng)生效果，而且對大學(xué)生認(rèn)知功能也應(yīng)具有促進(jìn)作用。但目前此推論尚未得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

事件相關(guān)電位P300是反映認(rèn)知功能的基本神經(jīng)生物學(xué)評價(jià)指標(biāo)，是被靶刺激誘發(fā)的正向波，出現(xiàn)時(shí)間大約為靶刺激出現(xiàn)后300 ms。P300是一種與注意、記憶和認(rèn)知等相關(guān)的內(nèi)源性成分，因其不受刺激物理特性的影響，所得波形亦具有良好的穩(wěn)定性，已經(jīng)成為近年來研究認(rèn)知神經(jīng)功能領(lǐng)域的熱點(diǎn)，其潛伏期、峰值和反應(yīng)時(shí)可從不同方面反映認(rèn)知能力。P300潛伏期是從刺激開始到波峰最高點(diǎn)之間的時(shí)間間隔(ms)，反映認(rèn)知速度；P300峰值是指基線到波峰之間的電位差(μV)，反映注意力分配；P300反應(yīng)時(shí)是指從刺激開始至動作結(jié)束的總時(shí)間(ms)，意味著人體動員機(jī)體的速度，反映信息處理過程的激活速度[26]。通常認(rèn)為，潛伏期和反應(yīng)時(shí)縮短，峰值升高，認(rèn)知能力增強(qiáng)。本研究旨在利用事件相關(guān)電位P300，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證太極拳運(yùn)動對大學(xué)生認(rèn)知功能的影響，進(jìn)一步探討更為理想的運(yùn)動頻率。

2 實(shí)驗(yàn)對象與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)對象

1.實(shí)驗(yàn)一：選取山東師范大學(xué)體育學(xué)院長期從事太極拳運(yùn)動(>1年)的男生17人作為實(shí)驗(yàn)組，久坐同性別學(xué)生30人作為對照組，研究太極拳運(yùn)動對大學(xué)生認(rèn)知功能的影響(表1)。

2.實(shí)驗(yàn)二：在山東師范大學(xué)非體育專業(yè)招募志愿者。要求所有志愿者填寫身體活動指數(shù)量表和PAR&Q問卷。從中選取身體活動指數(shù)≤2，且PAR&Q問卷中全部選擇“不是”的志愿者，向其介紹本實(shí)驗(yàn)的研究目的和注意事項(xiàng)。在征得對方同意的情況下，最終選取30名女大學(xué)生參加本實(shí)驗(yàn)。將入選志愿者平均分為2個(gè)實(shí)驗(yàn)組和1個(gè)對照組：實(shí)驗(yàn)1組每周運(yùn)動3次(周一、周三、周五)；實(shí)驗(yàn)2組每周運(yùn)動5次(周一～周五)；對照組不參加太極拳運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)周期為6周，期間實(shí)驗(yàn)組只允許參加預(yù)定的太極拳運(yùn)動，而對照組則不允許參加任何系統(tǒng)的運(yùn)動。此實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，是探索太極拳運(yùn)動的有效頻率(表2)。

表 1 本研究長期組志愿者人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征一覽表Table 1 The Demographic Characteristics of Long Term Group Volunteers

表 2 本研究短期組志愿者人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征一覽表Table 2 The Demographic Characteristics of Short Term Group Volunteers

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 運(yùn)動方案

1.實(shí)驗(yàn)一：運(yùn)動時(shí)間通常為早晨6：00～7：30，幾乎每天運(yùn)動。

2.實(shí)驗(yàn)二：1組和2組志愿者需參加6周太極拳運(yùn)動，運(yùn)動時(shí)間為練習(xí)日上午6：30～7：15。

2.2.2 測試方法

P300測試采用上海海神醫(yī)療電子儀器廠生產(chǎn)的NDI-200神經(jīng)電檢診儀。測試電極為Ag/AgCl盤狀電極，測試前需確保電極抗阻在5 KΩ以下，具體措施為用酒精棉球?qū)﹄姌O和安放電極的部位脫脂，并涂抹導(dǎo)電膏。

按國際腦電學(xué)會10/20系統(tǒng)，將記錄電極置于Pz點(diǎn)，參考電極置于A2點(diǎn)，接地電極置于FPz點(diǎn)。刺激模式為Oddball視覺刺激，靶刺激為黑白相間的豎條紋(25×275 mm)，出現(xiàn)幾率為20%；非靶刺激為黑白相間的方格(25×25 mm)，出現(xiàn)幾率為80%。測試過程中，受試者需注視顯示器中間的凝視點(diǎn)，并集中注意力。當(dāng)出現(xiàn)靶刺激時(shí)，要求受試者用優(yōu)勢腳盡可能快地踩踏腳踏板；而當(dāng)非靶刺激出現(xiàn)時(shí)，則不需要做此反應(yīng)；靶刺激疊加30次。

測試過程在山東師范大學(xué)體育學(xué)院運(yùn)動人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。測試環(huán)境為安靜的暗室。室內(nèi)不允許攜帶手機(jī)等能夠刺激志愿者感官的電子產(chǎn)品，以避免非正常靶刺激對測試結(jié)果的影響。

實(shí)驗(yàn)二測試時(shí)間：分別于運(yùn)動前、第2周、第4周和第6周測量短期組志愿者的P300，并于實(shí)驗(yàn)結(jié)束2周后測量1組和2組P300。所有測試過程均在志愿者安靜狀態(tài)下完成。

2.2.3 統(tǒng)計(jì)方法

實(shí)驗(yàn)一：通過獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，比較實(shí)驗(yàn)組和對照組P300的差異，研究太極拳運(yùn)動對認(rèn)知功能的影響。實(shí)驗(yàn)二：以運(yùn)動時(shí)間為組內(nèi)因素，運(yùn)動頻率為組間因素，采用重復(fù)測量方差分析，分析不同運(yùn)動頻率對P300的影響；采用配對t檢驗(yàn)比較兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組第6周和實(shí)驗(yàn)結(jié)束2周后P300的差異，分析太極拳運(yùn)動對認(rèn)知功能的持續(xù)影響。由于1組有2人退出，對照組有3人退出，最終被統(tǒng)計(jì)的人數(shù)為1組8人、2組10人、對照組7人。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 實(shí)驗(yàn)一

與對照組相比，實(shí)驗(yàn)組P300的潛伏期和反應(yīng)時(shí)均有顯著縮短(表3，P<0.05，P<0.01)。說明長期太極拳運(yùn)動能夠使人對靶刺激做出更快的感知，并能夠積極調(diào)動骨骼肌做出反應(yīng)。提示，太極拳運(yùn)動能夠提高認(rèn)知能力。

表 3 本研究實(shí)驗(yàn)一各組P300指標(biāo)比較一覽表Table 3 The P300 Comparison of Experimental Group One

注：* 與對照組相比P<0.05；** 與對照組相比P<0.01。

3.2 實(shí)驗(yàn)二

1組志愿者P300潛伏期、峰值和反應(yīng)時(shí)均未出現(xiàn)顯著性變化(表4，P>0.05)，說明6周內(nèi)，每周運(yùn)動3次不能提高認(rèn)知功能。2組志愿者P300峰值從第4周開始出現(xiàn)顯著性升高(表4，P<0.05)，且這種升高趨勢一直持續(xù)到第6周，說明每周5次太極拳運(yùn)動、持續(xù)4周可提高認(rèn)知功能。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束2周后P300峰值并未出現(xiàn)顯著性回落(表4，P>0.05)，說明太極拳運(yùn)動引起的認(rèn)知功能提高具有持續(xù)性，且至少能夠維持2周。因此，6周運(yùn)動周期內(nèi)，每周5次運(yùn)動效果比每周3次運(yùn)動效果顯著。

但2周內(nèi)，1組和2組P300均未出現(xiàn)顯著性變化(表4，P>0.05)，說明太極拳運(yùn)動促進(jìn)認(rèn)知功能提高需有一定的時(shí)間積累，一次性太極拳運(yùn)動對認(rèn)知功能無影響。

表 4 本研究實(shí)驗(yàn)二各組P300幅度變化一覽表Table 4 The P300 Amplitude Changes of Experimental Group Two

注：* 與鍛煉前相比P<0.05。

4 討論

越來越多的證據(jù)表明，運(yùn)動訓(xùn)練能夠提高認(rèn)知功能。Barak O等[10]發(fā)現(xiàn)，中強(qiáng)度運(yùn)動能使P300峰值增大，而小強(qiáng)度運(yùn)動和大強(qiáng)度運(yùn)動均無此影響。Kamijo K等[17]研究發(fā)現(xiàn)中強(qiáng)度運(yùn)動使P300峰值增大，大強(qiáng)度運(yùn)動使P300峰值減小，小強(qiáng)度運(yùn)動對P300無影響?？傊械葟?qiáng)度運(yùn)動對認(rèn)知功能具有促進(jìn)作用，小強(qiáng)度運(yùn)動和大強(qiáng)度運(yùn)動對認(rèn)知功能的影響仍需進(jìn)一步探討。太極拳屬典型的中強(qiáng)度運(yùn)動，本研究證實(shí)其對認(rèn)知功能提高具有明顯的促進(jìn)作用。

Polich J等[20]發(fā)現(xiàn)，長期有氧運(yùn)動能夠提高P300峰值；Iwadate M等[14]發(fā)現(xiàn)，長時(shí)間足球運(yùn)動能使P300潛伏期縮短，峰值升高。以上學(xué)者均證實(shí)長期運(yùn)動訓(xùn)練能夠提高認(rèn)知功能。本研究證實(shí)，長期太極拳運(yùn)動(>1年)能夠顯著縮短P300潛伏期和反應(yīng)時(shí)，說明太極拳運(yùn)動對認(rèn)知功能具有促進(jìn)作用。Yagi Y等[26]研究了一次性有氧運(yùn)動對P300的影響，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動后即刻P300潛伏期和反應(yīng)時(shí)明顯縮短；Nakamura Y等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，30 min的跳躍可使P300峰值增高；Arcelin R等[9]發(fā)現(xiàn)，10 min功率自行車運(yùn)動(60%最大吸氧量)使反應(yīng)時(shí)縮短。以上學(xué)者又證實(shí)，一次性運(yùn)動也能夠提高認(rèn)知功能。但本研究顯示，一次性太極拳運(yùn)動對認(rèn)知功能沒有影響。出現(xiàn)這種差異的原因可能與運(yùn)動干預(yù)方式的不同有關(guān)。當(dāng)太極拳運(yùn)動時(shí)間超過4周(5次/周)時(shí)，P300峰值出現(xiàn)顯著提高，說明只有達(dá)到足夠的時(shí)間累計(jì)，太極拳運(yùn)動才能提高認(rèn)知功能，并且，這種正向促進(jìn)作用具有可持續(xù)性。每周運(yùn)動3次，沒有引起P300各指標(biāo)的改變，說明每周運(yùn)動5次的效果比每周運(yùn)動3次的效果顯著。

值得注意的是，雖然短期(4周)和長期(>1年)太極拳運(yùn)動均能提高認(rèn)知功能，但二者原因卻不相同：短期運(yùn)動使P300峰值升高；而長期運(yùn)動使P300潛伏期和反應(yīng)時(shí)縮短。這是因?yàn)檫\(yùn)動訓(xùn)練可以影響多巴胺和去甲腎上腺素等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[18]，而此類神經(jīng)遞質(zhì)可直接影響P300峰值[13]。太極拳運(yùn)動有別于其他運(yùn)動，練習(xí)過程中講究“靜”，一次性練習(xí)不足以使中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的興奮。但隨著練習(xí)時(shí)間的積累(≥4周)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性得到提高[1]，誘導(dǎo)神經(jīng)元釋放足夠的神經(jīng)遞質(zhì)，從而引起P300峰值改變。并且，這種改變至少可維持2周。

海馬是與認(rèn)知功能密切相關(guān)的腦組織，大量的動物實(shí)驗(yàn)表明，運(yùn)動訓(xùn)練可提高海馬神經(jīng)元的突觸可塑性[11,23]，從而提高認(rèn)知功能。而神經(jīng)元突觸聯(lián)系的加強(qiáng)則需要一定的時(shí)間積累才能完成。因此，推測長期太極拳運(yùn)動(>1年)促進(jìn)認(rèn)知功能增強(qiáng)的原因，可能與練習(xí)者海馬神經(jīng)元突觸聯(lián)系增強(qiáng)有關(guān)。另外，太極拳練習(xí)過程中，練習(xí)者平均心率可提高到121次/min。心率的提高必然增加腦部血流量，同時(shí)增加腦部葡萄糖和氧氣供給[1]，為腦部神經(jīng)元做快速動員提供能量基礎(chǔ)。而Sakai Y等[22]已證實(shí)，P300潛伏期和腦血流量成反比關(guān)系。這意味著人腦在處理突發(fā)刺激時(shí)，將縮短分析時(shí)間，并以更快的速度動員骨骼肌做出反應(yīng)，使人體處于更加有利的狀態(tài)。電生理上則表現(xiàn)為P300潛伏期和反應(yīng)時(shí)縮短。但有關(guān)P300的產(chǎn)生機(jī)制目前尚無定論，運(yùn)動對認(rèn)知影響的機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

綜上所述，長期太極拳運(yùn)動(>1年)能夠提高大學(xué)生的認(rèn)知功能；6周運(yùn)動周期內(nèi)，每周運(yùn)動5次比每周運(yùn)動3次效果顯著；持續(xù)4周(每周5次)太極拳運(yùn)動可提高認(rèn)知功能，且此正面影響具有持續(xù)性；一次性太極拳運(yùn)動對認(rèn)知功能無影響。

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Research on Taijiquan Exercise Improving Cognitive Function of College Students—An Evidence from P300

LAN Yong-sheng1,ZHAO Jing-guo2,JIANG Yan-jie1

Objective:To study the effects of Taijiquan exercise (TCC) on cognitive function of college students and analyze a better practice frequency for college students.Methods:Seventeen male college students who have been participating in TCC for a long time (more than one year) are in the experimental group.Thirty sedentary male college students are in the control group.We compared the differences of P300between of them.Furthermore,Thirty healthy female college students took part in another study that TCC as a short-term intervention (six weeks),and they were randomly divided into three groups:the first group (n=10),the second group (n=10) and the control group (n=10).The participants of the first group and the second group were asked to practice for short term TCC exercise (6 weeks).The first group participants practiced TCC 3 times a week (Monday,Wednesday,Friday).The second group participants practiced TCC 5 times a week (Monday,Tuesday,Wednesday,Thursday,Friday).The control group didn’t take practice TCC.The P300of the participants were recorded separately:before the experiment,in the second week,in the fourth week and in the sixth week.And the P300of the first group and the second group were recorded again in the eighth week.Result:The P300and the time reaction of the long-term TCC participants was significant shortened (P<0.05,P<0.01).The P300of the first group did not change significantly (P>0.05);The P300amplitude was significantly increased in the fourth week and in the sixth week (P<0.05).And the Positive effect of P300amplitude can be maintained for 2 weeks.Conclusion:The TCC exercise can improve cognitive function;the effects of practicing TCC 5 times a week was better than the 3 times a week.

Taijiquan;cognitive;P300;practicefrequency

2015-01-27；

2015-06-07

長春師范大學(xué)自然科學(xué)基金[長師大自然合字(2013)第006號]。

藍(lán)永生(1983-)，男，山東青島人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動生理學(xué)，Tel：(0431)85099769，E-mail：lyssd@163.com；趙敬國(1964- )，男，山東新泰人，教授，碩士，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動訓(xùn)練的機(jī)能學(xué)評價(jià)；蔣艷杰(1966-)，女，吉林長春人，教授，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動生理學(xué)。

1.長春師范大學(xué) 體育學(xué)院，吉林 長春 130031；2.山東師范大學(xué) 體育學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014 1.Changchun Normal University,Changchun 130031,China;2.Shandong Normal University,Jinan 250014,China.

1002-9826(2015)04-0093-04

10.16470/j.csst.201504013

G852.114.8

A