健身運(yùn)動(dòng)對(duì)工作記憶的影響研究評(píng)述

羅炯 歐陽一毅

摘 要： 工作記憶是認(rèn)知功能中的重要成分之一，與許多高層次認(rèn)知能力有關(guān)。通過文獻(xiàn)回顧方式對(duì)健身運(yùn)動(dòng)與工作記憶表現(xiàn)進(jìn)行了全面綜述。結(jié)果顯示：身體活動(dòng)量及心肺適能水平對(duì)老年人于工作記憶表現(xiàn)、大腦結(jié)構(gòu)及神經(jīng)運(yùn)作等方面有顯著正向效應(yīng)，但就長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)介入而言，需考慮運(yùn)動(dòng)處方及測(cè)驗(yàn)類型;對(duì)中青年及少兒群體，身體活動(dòng)量、心肺適能水平及長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)于工作記憶的正向效應(yīng)則體現(xiàn)在需要高認(rèn)知要求的測(cè)驗(yàn)或情境上;中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)不同年齡層群體的工作記憶表現(xiàn)多數(shù)呈正向效應(yīng)，而單次性中等阻力運(yùn)動(dòng)及瑜伽運(yùn)動(dòng)對(duì)于成年人工作記憶表現(xiàn)呈正向效應(yīng)。

關(guān)鍵詞： 身體活動(dòng);執(zhí)行功能;工作記憶;健身運(yùn)動(dòng)心理學(xué)

中圖分類號(hào)：G804.8?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1006-2076（2018）06-0070-08

Abstract： Working memory is an important component in cognitive function， and it has association with many high level cognitive ability. In this paper， the fitness exercise effects on working memory had been entirely explored with literature review. The findings indicated that there are significant positive effects between fitness exercise volume and working memory performance， brain structure， and nerve functioning in the aged， with regard to the long-term exercise intervention， the exercise prescription and test type should be noted; that the fitness exercise volume， the level of cardiopulmonary fitness and long-term aerobic exercise training have positive effect on working memory in the middle age and children is reflected in the need for the high cognitive requirements of the test or context; the moderate aerobic fitness exercise has positive effects on working memory performance in various age level， and single moderate resistance exercise and Yoga have positive effects on working memory performance in adults.

Key words： physical activity;execution function; working memory;fitness exercise psychology

工作記憶亦稱操作記憶或臨時(shí)記憶，最初由Baddeley在分析短時(shí)記憶基礎(chǔ)上提出[1-2]。工作記憶與短時(shí)記憶的區(qū)別在于前者兼具了言語存儲(chǔ)和圖形存儲(chǔ)的功能，且存儲(chǔ)內(nèi)容能夠直接參與當(dāng)前任務(wù)[3]。工作記憶概念一經(jīng)提出即備受關(guān)注，后繼研究迭出，理論完善及研究范圍擴(kuò)大亦未曾止步[4-5]。作為一種對(duì)信息進(jìn)行暫時(shí)加工和貯存的容量有限的記憶系統(tǒng)，工作記憶在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中扮演著重要的角色[6]，若孩童工作記憶有缺陷，通常會(huì)伴隨著閱讀及數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方面的困難[7]，大部分注意力缺陷過動(dòng)癥的孩童中也有工作記憶能力缺損的現(xiàn)象[8]。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，工作記憶能力比智力更能有效地預(yù)測(cè)4～5歲孩童6年后的學(xué)業(yè)成績(jī)[9]，但它隨著老化而下降[10]。

規(guī)律的健身運(yùn)動(dòng)現(xiàn)已被證明能降低罹患肥胖、糖尿病、骨質(zhì)疏松、高血壓及心血管疾病的幾率[11-12]，對(duì)于大腦認(rèn)知功能也有益處[13-14]。從最近幾年報(bào)道的國(guó)內(nèi)外關(guān)于運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的影響研究看，大多研究集中在執(zhí)行功能上，而執(zhí)行功能屬較高層次的認(rèn)知?dú)v程，它肩負(fù)著監(jiān)督及控制許多較低階的認(rèn)知過程，包含計(jì)劃、排序、抑制與工作記憶等次成分[15]。從目前國(guó)內(nèi)外回顧性研究文獻(xiàn)中，絕大多數(shù)是針對(duì)執(zhí)行功能進(jìn)行評(píng)述[16-17]，雖有少量文獻(xiàn)針對(duì)工作記憶作了回顧，但這些研究評(píng)述在內(nèi)容上基本針對(duì)急性運(yùn)動(dòng)及老年人群[18-19]，未有針對(duì)健身運(yùn)動(dòng)與工作記憶相關(guān)研究進(jìn)行全面性綜述的?；诖四康?，本研究將全面探討健身運(yùn)動(dòng)與工作記憶的關(guān)系，以橫斷性、長(zhǎng)期介入性及急性介入性研究為主，先針對(duì)工作記憶定義及搜集到文獻(xiàn)中所采用的測(cè)量方式做介紹，再探討有關(guān)健身運(yùn)動(dòng)與工作記憶表現(xiàn)的相關(guān)研究，從而提出未來研究方向及建議，希冀能為未來對(duì)此方向感興趣的研究者提供參考。

1 工作記憶的認(rèn)知理論基礎(chǔ)及測(cè)評(píng)方式

工作記憶理論繁多，Miyake和Shah在《Models of Working Memory》一書中曾提出10項(xiàng)可解釋工作記憶運(yùn)作的理論架構(gòu)[20]，可見早期工作記憶研究的多樣性及復(fù)雜度。本文討論的是目前公認(rèn)的多重成分模型。該模型將工作記憶分為中央執(zhí)行、語音回路、視覺空間暫存系統(tǒng)及事件緩沖器等四個(gè)子系統(tǒng)[2]。語音回路、視覺空間暫存及事件緩沖器系統(tǒng)都是中央執(zhí)行輔助的從動(dòng)系統(tǒng)，語音回路系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理語音相關(guān)信息，視覺空間暫存系統(tǒng)是負(fù)責(zé)視覺影像與空間相關(guān)的信息[21] ，事件緩沖器能暫時(shí)儲(chǔ)存語音回路及視覺空間暫存系統(tǒng)的信息并能提取長(zhǎng)期情節(jié)記憶中的信息做整合。中央執(zhí)行系統(tǒng)是工作記憶系統(tǒng)中最重要的也是最復(fù)雜的成分，屬于注意力資源有限的系統(tǒng)，負(fù)責(zé)控制及協(xié)調(diào)上述子系統(tǒng)中的信息。目前關(guān)于工作記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)研究資料多數(shù)來自動(dòng)物腦傷研究，或是對(duì)人腦做功能性造影的結(jié)果。研究表明大腦額葉皮層、頂葉皮層及基底神經(jīng)節(jié)對(duì)于工作記憶的運(yùn)作至關(guān)重要。

工作記憶測(cè)驗(yàn)方式復(fù)雜多樣，本文僅將納入的文獻(xiàn)所涉及到的測(cè)評(píng)方式進(jìn)行歸納，以便于讀者更好地閱讀下文。工作記憶測(cè)試主要包括記憶廣度測(cè)驗(yàn)、N-back測(cè)驗(yàn)、斯騰伯格作業(yè)與視覺空間工作記憶測(cè)驗(yàn)。這些測(cè)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)者可改變不同形式的刺激來源（字母、數(shù)字、顏色或物體位置）來測(cè)量不同形式的工作記憶能力[22]。

1）記憶廣度測(cè)驗(yàn)包含了簡(jiǎn)單廣度及復(fù)雜廣度測(cè)驗(yàn)。簡(jiǎn)單記憶廣度測(cè)驗(yàn)為逆序記憶廣度測(cè)驗(yàn)，參與者必須將每1 s顯示的數(shù)字念出來，爾后再將這些數(shù)字組合反著念回去，數(shù)字長(zhǎng)度越長(zhǎng)難度越高。復(fù)雜記憶廣度測(cè)驗(yàn)（如閱讀廣度及操作廣度）與許多高階認(rèn)知功能有關(guān)，如推理、閱讀理解以及數(shù)學(xué)能力，前者必須將出現(xiàn)的句子念出來并判斷句子的合理性，而后者是必須先判斷一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問題是否正確后接著記住出現(xiàn)的單字，最后再把出現(xiàn)過的單字依照順序背出來[23]。

2）N-back測(cè)驗(yàn)可分為字母與空間形式。實(shí)驗(yàn)中會(huì)顯示出不同的數(shù)字、字母或是物體位置，參與者必須判斷當(dāng)下出現(xiàn)的是否與先前出現(xiàn)的內(nèi)容一樣來做出反應(yīng)，依照難度可分為1-back（前一個(gè)）、2-back（前兩個(gè)）或是3-back（前三個(gè)）[24]。

3）斯騰伯格作業(yè)則是利用字母或數(shù)字符串作為刺激來源，會(huì)操弄兩個(gè)刺激物的間隔時(shí)間，參與者必須判斷當(dāng)下的字母或數(shù)字（依照難度可分為1、3或5個(gè)）是否與先前出現(xiàn)的字母或數(shù)字符串相同（即in-set或out-set probe）來做出反應(yīng)[25]。

4）視覺空間工作記憶主要可分為兩種測(cè)驗(yàn)方式：一種是操弄兩個(gè)刺激物間隔時(shí)間，間隔時(shí)間越長(zhǎng)認(rèn)知要求越高，參與者必須判斷當(dāng)下出現(xiàn)的刺激物（紅點(diǎn)在長(zhǎng)方形框框的位置）與下一個(gè)刺激物的位置是否一樣來做出正確的反應(yīng)，稱為延遲配對(duì)簡(jiǎn)單作業(yè);另一種則是間隔時(shí)間固定，操弄出現(xiàn)刺激物出現(xiàn)的數(shù)量，數(shù)量越多認(rèn)知負(fù)荷越高，參與者必須判斷下一個(gè)刺激物出現(xiàn)的位置是否與先前相符合[26]。

2 健身運(yùn)動(dòng)與工作記憶表現(xiàn)的橫斷性研究

2.1 身體活動(dòng)量與心肺適能水平對(duì)老年人工作記憶的影響

Weuve等[27]利用電子郵件問卷探討16 382位老年婦女8～15年來每周平均身體活動(dòng)量與工作記憶的表現(xiàn)關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)每周身體活動(dòng)量越高者逆序記憶廣度表現(xiàn)越佳，且在兩年后的第二次測(cè)驗(yàn)作業(yè)表現(xiàn)的衰退幅度低于身體活動(dòng)量少者。Erickson等[28]采用核磁共振造影（MRI）來了解健身運(yùn)動(dòng)、大腦結(jié)構(gòu)與空間工作記憶表現(xiàn)關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)排除年齡、性別及教育程度等變量干擾后，受試者心肺適能水平與左、右半腦海馬回體積呈正相關(guān)，同時(shí)亦與3-item正確率及1-item、2-item反應(yīng)時(shí)相關(guān);左、右腦海馬回體積在心肺適能水平與1-item反應(yīng)速度間同樣起著中介作用;而左半腦海馬回體積同樣在心肺適能水平與3-item反應(yīng)正確率之間起到中介作用，意即老年人通過較佳心肺適能水平減少老化帶來的負(fù)面影響，保有較大海馬回體積，進(jìn)而有較佳空間工作記憶表現(xiàn)。Szabo等人[29]測(cè)量158位老年人心肺適能水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)老年人的心肺適能水平可直接影響海馬回體積，進(jìn)而促進(jìn)空間工作記憶的整體正確率及反應(yīng)速度。Curtis等[30-31]提出大腦的背外側(cè)前額葉（簡(jiǎn)稱DLPFC） 是負(fù)責(zé)掌管工作記憶重要腦區(qū)，它會(huì)因老化而減少灰質(zhì)密度，而影響工作記憶表現(xiàn)。Weinstein等[32]針對(duì)DLPFC的體積是否會(huì)在心肺適能與工作記憶間關(guān)系中起中介作用進(jìn)行了探索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)剔除年齡、性別以及教育程度等干擾因素影響后，心肺適能與空間工作記憶中的3-item正確率及DLPFC灰質(zhì)密度呈顯著相關(guān)，DLPFC中央溝前回與額中葉前回的灰質(zhì)體積為心肺適能與空間工作記憶3-item正確率之間的中介。

有些學(xué)者利用腦波設(shè)備探討受試者在執(zhí)行認(rèn)知作業(yè)時(shí)大腦神經(jīng)的運(yùn)作歷程。Hatta [33]將40位老年人志愿者分為運(yùn)動(dòng)組及不活動(dòng)組，采用斯騰伯格作業(yè)法，同時(shí)記錄腦部額葉（Fz）、中央?yún)^(qū)（Cz）及頂葉（Pz）三個(gè)電極點(diǎn)的電生理信號(hào)（簡(jiǎn)稱ERP）進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高活動(dòng)組的反應(yīng)時(shí)間明顯地比低活動(dòng)組快，但在電生理信號(hào)中的P3潛伏時(shí)在兩組間無差異，不過高活動(dòng)組的P3振幅在所有記錄的電極點(diǎn)中皆較大，這種現(xiàn)象可能是受試者分配較多的注意力資源于認(rèn)知作業(yè)上，因此加速動(dòng)作的輸出，亦支持規(guī)律性中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)反應(yīng)及認(rèn)知?dú)v程有正面效益。此外，這兩組老年人在大腦活化的區(qū)域也有差異，低活動(dòng)組在Pz的活化最大，而高活動(dòng)老人組則在Pz及Fz活化較大，說明運(yùn)動(dòng)組老人其皮質(zhì)活化現(xiàn)象較接近年輕人，而不活動(dòng)組老年人則較相似于一般老年人活化形態(tài)，可見運(yùn)動(dòng)的確對(duì)老年人認(rèn)知功能有著正面影響。Chang等[34]運(yùn)用同樣的方法將40位老年人分成高、低身體活動(dòng)量?jī)山M，采用斯騰伯格作業(yè)記錄ERP。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，身體活動(dòng)高組反應(yīng)時(shí)間低于身體活動(dòng)低組，說明高身體活動(dòng)量組在執(zhí)行工作記憶上表現(xiàn)較佳;在電生理結(jié)果方面，高身體活動(dòng)量組在P3振幅大于低身體活動(dòng)組且在Cz有較短的潛伏時(shí)，說明了高身體活動(dòng)組在信息提取階段投入較多的注意力資源且對(duì)于刺激分類及信息處理速度更快;在N1振福方面，高身體活動(dòng)組同樣大于低身體活動(dòng)組，表示具有較高身體活動(dòng)量的老年人在信息編碼階段能投入較多的資源進(jìn)行刺激辨識(shí)及評(píng)估。Wang 等[35]以桌球俱樂部成員與不鍛煉者分設(shè)為高身體活動(dòng)量組與不活動(dòng)組，結(jié)果表明，較高身體活動(dòng)量組視覺空間工作記憶測(cè)驗(yàn)擁有更高反應(yīng)正確率，且工作記憶提取階段時(shí)Fz值更低，顯示高身體活動(dòng)量的老年人在執(zhí)行工作記憶作業(yè)時(shí)，額葉區(qū)域運(yùn)作時(shí)有較復(fù)雜及豐富的信息。

2.2 身體活動(dòng)量與心肺適能水平對(duì)中青年人工作記憶的影響

腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（簡(jiǎn)稱BDNF）屬于一種腦神經(jīng)衍生因子，現(xiàn)已證明它可使大腦神經(jīng)元增生及突觸生長(zhǎng)，其分泌多少與學(xué)習(xí)與記憶形成等有密切關(guān)系[36]。Erickson 等[37]以1 032位中年人為對(duì)象探討其身體活動(dòng)量與N-back的表現(xiàn)關(guān)系，結(jié)果顯示，身體活動(dòng)量與空間形式、2-back情境中的反應(yīng)正確率呈正相關(guān);經(jīng)由DNA采集分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)BNDF基因形態(tài)對(duì)身體活動(dòng)量對(duì)工作記憶調(diào)節(jié)作用明顯，具有Met基因形態(tài)的參與者其工作記憶表現(xiàn)明顯受身體活動(dòng)量的幫助。

Leckie等[38]以344位中年人為對(duì)象，探討了二十二碳六烯酸（簡(jiǎn)稱DHA，又名腦黃金）含量是否會(huì)調(diào)節(jié)身體活動(dòng)量與工作記憶表現(xiàn)。結(jié)果表明，身體活動(dòng)量與Letter 3-back及Spatial 1、2-back反應(yīng)正確率呈正相關(guān);進(jìn)一步分析顯示，DHA含量調(diào)節(jié)了身體活動(dòng)量與工作記憶表現(xiàn)關(guān)系。Lambourne[39]利用身體活動(dòng)量問卷將41位成年人分成高、低兩組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高身體活動(dòng)量組閱讀廣度（RSPAN）的記憶長(zhǎng)度優(yōu)于低身體活動(dòng)量組。Padilla等[40]采用電話問卷調(diào)查了58位成年人的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣，據(jù)此分成積極與消極運(yùn)動(dòng)兩組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)積極運(yùn)動(dòng)組的心肺適能水平優(yōu)于消極運(yùn)動(dòng)組，OSPAN記憶長(zhǎng)度亦有較佳表現(xiàn)，說明有規(guī)律運(yùn)動(dòng)習(xí)慣的年輕人有較佳的心肺適能水平及工作記憶表現(xiàn)。

Kamijo等[41]以32位大學(xué)生為對(duì)象，依據(jù)最大攝氧量將其分成高、低心肺適能兩組，采用斯騰伯格作業(yè)評(píng)價(jià)腦部信號(hào)，并通過ERP中的負(fù)電變化[簡(jiǎn)稱CNV[42]，是一種穩(wěn)定且相對(duì)持續(xù)的負(fù)向慢波，它可再細(xì)分為前端CNV （簡(jiǎn)稱iCNV） 及末端CNV （簡(jiǎn)稱tCNV），其中iCNV被認(rèn)為與刺激定向有關(guān)，而tCNV則被認(rèn)為與反應(yīng)前的準(zhǔn)備歷程有關(guān)]來了解參與者在執(zhí)行工作記憶前大腦準(zhǔn)備歷程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)心肺適能水平對(duì)于工作記憶表現(xiàn)并無幫助，但在要求快速反應(yīng)的情境下，低心肺適能組在額葉的tCNV振幅明顯大于高心肺適能組，在中央腦區(qū)也同樣達(dá)到顯著水平，說明了相較于高心肺適能組，低心肺適能組需要投入較多的認(rèn)知資源來準(zhǔn)備響應(yīng)外在需要較高認(rèn)知要求的情境（快速情境），表示較佳的心肺適能水平有助于成年人在執(zhí)行工作記憶前大腦運(yùn)作準(zhǔn)備歷程的效率。

2.3 身體活動(dòng)量與心肺適能水平對(duì)兒童工作記憶的影響

Scudder等[43]測(cè)量397位孩童的心肺適能水平以探討其與Spatial N-back測(cè)驗(yàn)結(jié)果間的關(guān)系。結(jié)果顯示心肺適能水平有助于在0-back反應(yīng)速度及1、2-back反應(yīng)正確率，表示心肺適能對(duì)于孩童在處理工作記憶中高認(rèn)知負(fù)荷的情境效益較大。Vander等[44]使用三軸加速度計(jì)記錄77位8～12歲孩童的周身體活動(dòng)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)身體活動(dòng)量與逆序記憶廣度無關(guān)，故推測(cè)身體活動(dòng)量對(duì)于孩童的幫助可能需要認(rèn)知要求較高的工作記憶情境或測(cè)驗(yàn)才可明顯看出。Drollette等[45]采用OPSAN、Spatial N-back及Sternberg三種不同工作記憶測(cè)驗(yàn)方式，針對(duì)兒童性別是否會(huì)調(diào)節(jié)孩童心肺適能與工作記憶表現(xiàn)的關(guān)系，排除了年紀(jì)、IQ及數(shù)學(xué)能力等干擾變量后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：反映兒童心肺適能水平只有男性表現(xiàn)有助于在三種不同工作記憶上的表現(xiàn)，特別是在需要較多認(rèn)知要求的情境下的反應(yīng)正確率上 （2-back及5-letter）;在高心肺適能水平下，男性孩童在上述情境下的工作記憶顯著優(yōu)于女性。

3 健身運(yùn)動(dòng)對(duì)工作記憶表現(xiàn)的急性效應(yīng)研究

3.1 有氧急性運(yùn)動(dòng)對(duì)工作記憶的影響

彭艷芳等[46]以女大學(xué)生為對(duì)象，采用n-back范式測(cè)量運(yùn)動(dòng)前、中、后的工作記憶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干預(yù)組運(yùn)動(dòng)10 min后1-back任務(wù)反應(yīng)時(shí)顯著小于控制組，20min后1-back任務(wù)反應(yīng)時(shí)顯著大于控制組，30 min后1-back任務(wù)反應(yīng)時(shí)及正確率顯著高于控制組。這些結(jié)果肯定了急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)低難度工作記憶任務(wù)影響效果更明顯。Sibley等[47]對(duì)48名大學(xué)生采用RSPAN及OSPAN測(cè)驗(yàn)，并依據(jù)前測(cè)的工作記憶表現(xiàn)分成低、中低、中高及高4組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)30 min中等有氧急性運(yùn)動(dòng)后，對(duì)于在前測(cè)工作記憶表現(xiàn)最低的組別有所幫助而在其他3組則并無效果。Budde 等[48]以最大心率為依據(jù)，將59位青少年隨機(jī)分配成控制組、中等強(qiáng)度組及高等強(qiáng)度組，運(yùn)動(dòng)介入時(shí)間皆為12 min，結(jié)果發(fā)現(xiàn)工作記憶測(cè)驗(yàn)表現(xiàn)在中等強(qiáng)度上明顯高于前測(cè)，而另外兩組無此效果，睪固酮與皮質(zhì)醇濃度唯獨(dú)在高強(qiáng)度組有明顯的提升;兩組不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)后對(duì)于前測(cè)工作記憶表現(xiàn)較差的青少年皆有明顯提升，而表現(xiàn)較好的參與者則無此效果。Hogan等[49]將144位19～93歲的參與者隨機(jī)分成健身運(yùn)動(dòng)組與控制組。結(jié)果顯示健身運(yùn)動(dòng)組經(jīng)過15 min中等有氧運(yùn)動(dòng)后，Letter 2-back反應(yīng)時(shí)間顯著短于控制組且此效益不受年紀(jì)影響。

Tsujii等[50]使用近紅外線光譜光學(xué)檢測(cè)法（簡(jiǎn)稱NIRS）對(duì)14名老年人10 min中低強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)后在執(zhí)行工作記憶時(shí)的大腦前額葉腦血流量的變化進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在數(shù)字延遲匹配任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間明顯短于運(yùn)動(dòng)前，在腦血流量變化發(fā)現(xiàn)左側(cè)前額葉的活化程度明顯大于前測(cè)，但在右側(cè)前額葉則無此效果，研究者推測(cè)是工作記憶的刺激來源屬于語意的原因[51]。Li 等[52]采用功能性核磁造影術(shù) （簡(jiǎn)稱fMRI）對(duì)15名女大學(xué)生采用Letter N-back進(jìn)行測(cè)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，20 min中等急性有氧運(yùn)動(dòng)后對(duì)工作記憶的表現(xiàn)無幫助，而fMRI發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動(dòng)后2-back測(cè)驗(yàn)情境下相較于控制情境，大腦前額葉及枕葉部分區(qū)域特別活化（如右額中腦回、右舌狀腦回以及左梭狀回，這些區(qū)域與執(zhí)行工作記憶有關(guān)[53]）而前扣帶皮質(zhì)（簡(jiǎn)稱ACC） 及左側(cè)額葉腦下回相較不活化，前者呈現(xiàn)出默認(rèn)模式的大腦功能狀態(tài)有助于目標(biāo)取向時(shí)的認(rèn)知要求[54]，即說明急性有氧運(yùn)動(dòng)后對(duì)于女性年輕人的工作記憶效益反應(yīng)在大腦血液動(dòng)力學(xué)上，而在行為表現(xiàn)上沒有顯著提升。

3.2 不同急性運(yùn)動(dòng)方式對(duì)工作記憶的影響

Pontifex等[55]將21名大學(xué)生以平衡次序?qū)⑵浞殖杉毙杂醒踹\(yùn)動(dòng)、急性阻力運(yùn)動(dòng)及控制情境三種處理方案，結(jié)果顯示，正確率在不同情境及時(shí)間下并無明顯差異，在反應(yīng)時(shí)間上，有氧健身運(yùn)動(dòng)立即后及30 min后，對(duì)于在需要較多認(rèn)知要求的情境下 （3-letter及5-letter） 較前測(cè)來得短，而在阻力運(yùn)動(dòng)后及控制情境并無發(fā)現(xiàn)，說明了急性運(yùn)動(dòng)型態(tài)對(duì)于工作記憶有選擇性的影響，意即30 min中等急性有氧運(yùn)動(dòng)相較于阻力運(yùn)動(dòng)對(duì)于工作記憶較有正面的效益。

Hsieh等[56]將24名大學(xué)生及22名老年人以平衡次序方式將其分為運(yùn)動(dòng)組及控制組，結(jié)果顯示：成年人在斯騰伯格作業(yè)測(cè)驗(yàn)中，In-set probe及Out-set probe 情境的反應(yīng)時(shí)間明顯短于控制組，老年人只有在Out-set probe情境有較短的反應(yīng)時(shí)間。Gothe等[57]探討瑜伽運(yùn)動(dòng)及有氧運(yùn)動(dòng)后對(duì)于Spatial N-back測(cè)驗(yàn)表現(xiàn)影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：20 min瑜伽運(yùn)動(dòng)后工作記憶測(cè)驗(yàn)的反應(yīng)正確率在三種情境下皆比前測(cè)及20 min中等有氧運(yùn)動(dòng)后高，而在反應(yīng)時(shí)間上，在需要較多認(rèn)知要求的情境（1、2-back），瑜伽運(yùn)動(dòng)后相較于有氧運(yùn)動(dòng)后來得低，說明了瑜伽運(yùn)動(dòng)相較于有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于工作記憶表現(xiàn)較有正面的影響，而中等有氧運(yùn)動(dòng)后于工作記憶表現(xiàn)并無幫助。

4 健身運(yùn)動(dòng)對(duì)工作記憶表現(xiàn)的長(zhǎng)時(shí)效應(yīng)研究

4.1 長(zhǎng)期身體活動(dòng)介入對(duì)老年人工作記憶的影響

Blumenthal等[58]將101位老年人隨機(jī)分成有氧訓(xùn)練、瑜伽訓(xùn)練及控制組。4個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，不論是有氧訓(xùn)練組或瑜伽訓(xùn)練組對(duì)于BDS 的記憶長(zhǎng)度并無提升。Kramer [59]等參與者隨機(jī)分派至有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練組及控制組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練組在Letter及Spatial N-back的正確率及BDS的表現(xiàn)并無提升。Erickson等[60]結(jié)合MRI造影技術(shù)，將參與者隨機(jī)分成有氧訓(xùn)練及控制組，干預(yù)1年后顯示：實(shí)驗(yàn)組海馬回體積增加約2%，控制組則下降約1.4%;空間工作記憶的反應(yīng)正確率及速度提升率均優(yōu)于控制組。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，心肺適能水平及BDNF分泌量的提升皆與海馬回體積增加呈顯著正相關(guān)，而海馬回體積的增加與空間工作記憶表現(xiàn)亦有顯著正相關(guān)。

Williams等[61]將參與者隨機(jī)分配訓(xùn)練組及控制組，結(jié)果顯示經(jīng)過為期1年、2次/周及50 min/次的組合式體能訓(xùn)練后，訓(xùn)練組不僅肌力有顯著提升，在BDS表現(xiàn)方面顯著好于控制組。Nouchi等[62]將60位老年人隨機(jī)分派成訓(xùn)練組及控制組，結(jié)果顯示：4周干預(yù)訓(xùn)練后，控制組的訓(xùn)練內(nèi)容對(duì)于BDS表現(xiàn)無幫助。Liu-Ambrose 等[63]招募到155位老年婦女，將其隨機(jī)分成每周一次阻力訓(xùn)練組、每周兩次阻力訓(xùn)練組及每周兩次平衡及柔軟度運(yùn)動(dòng)組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：阻力運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練兩組皆無法提升受試者的工作記憶表現(xiàn)，值得關(guān)注是，阻力運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練兩組經(jīng)過訓(xùn)練后全腦體積較平衡及柔軟度運(yùn)動(dòng)組小，這是否與腦組織中的淀粉樣蛋白下降有關(guān)，此蛋白會(huì)隨著老化而增加形成斑塊而導(dǎo)致阿茲海默癥的發(fā)生[64]。Gothe等[65]將參與者隨機(jī)分派至瑜伽訓(xùn)練組與控制組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，瑜伽訓(xùn)練組在2-back的反應(yīng)正確率較控制組高，這可能是瑜伽運(yùn)動(dòng)著重于身體的控制、穩(wěn)定呼吸頻率及強(qiáng)調(diào)心靈平靜，而執(zhí)行需要較多認(rèn)知要求的工作記憶測(cè)驗(yàn)中恰恰需要有較佳專注力。

4.2 長(zhǎng)期身體活動(dòng)介入對(duì)中青年人工作記憶的影響

Hansen等[66]選擇了37位男性軍人，探討心肺適能水平、心率變異度（簡(jiǎn)稱HRV） 與工作記憶表現(xiàn)的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練組經(jīng)4周有氧訓(xùn)練后，VO2max及HRV后測(cè)皆大于控制組，2-back的反應(yīng)正確率也較前側(cè)來得高。HRV是由自律神經(jīng)系統(tǒng)來調(diào)控，表示心臟適應(yīng)外在環(huán)境變化的能力，HRV越高代表心臟功能越佳[67]，且有助于在執(zhí)行功能上的表現(xiàn)以及與前額葉皮質(zhì)的活化，而工作記憶的表現(xiàn)已被證實(shí)與前額葉活化有關(guān)，因此研究者推測(cè)HRV可能是影響工作記憶表現(xiàn)的因素之一。兒茶酚胺氧甲基轉(zhuǎn)移酶（簡(jiǎn)稱COMT）是一種酵素，在多巴胺代謝中扮演重要角色，先前研究指出個(gè)體基因形態(tài)若屬于Met allele在認(rèn)知表現(xiàn)上是優(yōu)于Val allele，推測(cè)是因?yàn)镸et allele的個(gè)體擁有最佳的多巴胺含量[68]。為了解有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練是否會(huì)受到年輕人COMT基因多態(tài)性的影響，Tunbridge等[69]將77位年輕人分成有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練組及控制組后，再依各組參與者的兒茶酚氧甲基轉(zhuǎn)移酶的基因多態(tài)性分為Val allele及Met allele兩組。結(jié)果表明有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練4個(gè)月后，Val allele組2-back反應(yīng)時(shí)間較訓(xùn)練前短，而Met allele組無此效果，即有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于工作記憶的效果會(huì)受到COMT基因型態(tài)所調(diào)節(jié)。

4.3 長(zhǎng)期身體活動(dòng)介入對(duì)兒童工作記憶的影響

陳愛國(guó)等[70]以9～13歲聾啞兒童為對(duì)象，將其隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，采用2-back任務(wù)測(cè)評(píng)干預(yù)前后聾啞兒童工作記憶行為表現(xiàn)，并結(jié)合fMRI評(píng)測(cè)干預(yù)前后兒童工作記憶腦激活模式變化。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)組2-back任務(wù)的行為好于控制組，腦左側(cè)背外側(cè)前額葉、左側(cè)額下回、左側(cè)額中回、左側(cè)中央后回、左側(cè)顳葉內(nèi)側(cè)、左側(cè)顳上回、左側(cè)海馬和右側(cè)后扣帶回等腦區(qū)的激活增強(qiáng)優(yōu)于控制組。Kamijo等[71]將36位7～9歲的孩童隨機(jī)分成體適能訓(xùn)練組及控制組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組除了VO2max明顯高于控制組升，工作記憶整體的正確率也明顯提升;訓(xùn)練組額葉區(qū)iCNV振幅前、后測(cè)的改變量顯著高于控制組，額葉區(qū)的tCNV振福并無明顯差異。

5 結(jié)論

身體活動(dòng)量及心肺適能水平有助于老年人工作記憶表現(xiàn)，其可能機(jī)制是健身活動(dòng)引起海馬回體積、前額葉灰質(zhì)密度及神經(jīng)運(yùn)作效率的改變;多數(shù)研究支持中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)工作記憶有正向效果，對(duì)大腦血液動(dòng)力學(xué)亦有正向影響，而單次的瑜伽運(yùn)動(dòng)及中等阻力運(yùn)動(dòng)對(duì)于成年人工作記憶表現(xiàn)亦獲得支持;有氧運(yùn)動(dòng)及綜合式的體能訓(xùn)練至少為期1年才可看出效益，而瑜伽運(yùn)動(dòng)的效益似乎反應(yīng)在需要高認(rèn)知要求的測(cè)驗(yàn)情境中，說明了在探討長(zhǎng)期健身運(yùn)動(dòng)對(duì)于老年人工作記憶的影響時(shí)，須考慮運(yùn)動(dòng)處方以及作業(yè)方式;相較于老年群體，中青年群體因處于認(rèn)知的顛峰期，身體活動(dòng)量、心肺適能及長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)于工作記憶的效益主要體現(xiàn)在難度較高的情境或測(cè)驗(yàn)上;而健身運(yùn)動(dòng)對(duì)工作記憶的效益很可能受個(gè)體性別、基因形態(tài)的影響。

6 問題及展望

6.1 研究存在的問題

1）針對(duì)老年人橫斷性研究的結(jié)果基本一致，即身體活動(dòng)量及心肺適能水平對(duì)工作記憶表現(xiàn)有正向效益，其可能機(jī)制是通過較佳的大腦神經(jīng)運(yùn)作方式、海馬回體積及前額葉皮質(zhì)灰質(zhì)密度改變來實(shí)現(xiàn)的;針對(duì)中年人、青年人及孩童人群，身體活動(dòng)量有助于較困難的工作記憶測(cè)驗(yàn)或情境下的表現(xiàn)。但BDNF基因形態(tài)及DHA含量可能調(diào)節(jié)了中年人身體活動(dòng)量與工作記憶表現(xiàn)間的關(guān)系，而心肺適能水平對(duì)于年輕人及孩童在工作記憶的幫助反映在神經(jīng)運(yùn)作歷程上及較高認(rèn)知要求的情境下的表現(xiàn)，有關(guān)這方面的推猜有待于進(jìn)一步確證;性別可能調(diào)節(jié)了孩童心肺適能與工作記憶表現(xiàn)間的關(guān)系，男性較易受到心肺適能水平的幫助，但橫斷式研究?jī)H能作為說明變量之間的關(guān)系，是不能作因果推論的，若要揭示健身運(yùn)動(dòng)對(duì)工作記憶的深層關(guān)系，介入性研究是關(guān)鍵。

2）從健身運(yùn)動(dòng)對(duì)于工作記憶表現(xiàn)的急性效應(yīng)看，多數(shù)研究以有氧運(yùn)動(dòng)形態(tài)為主，人群多半是老年人及年輕人，對(duì)于孩童的研究文獻(xiàn)太少。就急性效應(yīng)而言，中等有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于工作記憶表現(xiàn)大多有正面影響或反應(yīng)在大腦血液動(dòng)力學(xué)上。但值得關(guān)注的是對(duì)于原本工作記憶能力較差的年輕人幫助較明顯，其相關(guān)原因未知;且中等急性阻力運(yùn)動(dòng)對(duì)于年輕人工作記憶表現(xiàn)幫助較大，瑜伽運(yùn)動(dòng)的效益是否優(yōu)于有氧運(yùn)動(dòng)，同樣未能獲得明確的定論，需要未來更多研究去探明。

3）從健身運(yùn)動(dòng)介入的長(zhǎng)時(shí)效應(yīng)看，研究采用同樣的BDS測(cè)驗(yàn)、同樣的干預(yù)時(shí)間（1年）及相似的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，但研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)綜合體能訓(xùn)練對(duì)于老年人工作記憶表現(xiàn)效益大于單獨(dú)采用阻力運(yùn)動(dòng)。從運(yùn)動(dòng)介入時(shí)間觀點(diǎn)看，同樣的強(qiáng)度（中等）、頻率（3次/周），1年的有氧運(yùn)動(dòng)介入效果明顯優(yōu)于6個(gè)月及4個(gè)月，而1年（2次/周）的綜合體能訓(xùn)練效果優(yōu)于1個(gè)月（3次/周）的訓(xùn)練，產(chǎn)生這些研究結(jié)果的相關(guān)機(jī)制依然不十分清楚。針對(duì)瑜伽運(yùn)動(dòng)的研究發(fā)現(xiàn)，同樣3次/周，8周的干預(yù)效果明顯優(yōu)于4個(gè)月，學(xué)者們認(rèn)為可能原因是工作記憶測(cè)驗(yàn)難度不一樣，即Letter 2-back相較于BDS （簡(jiǎn)單記憶廣度） 的認(rèn)知要求來得高，似乎瑜伽運(yùn)動(dòng)的效益反應(yīng)在需要投入較高認(rèn)知要求的情境中。對(duì)于年輕人群體，為期1個(gè)月或4個(gè)月，3小時(shí)/周或3次/周的有氧運(yùn)動(dòng)皆有助于在高認(rèn)知要求情境下 （2-back） 的表現(xiàn)。這只能推測(cè)有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于年輕人工作記憶的影響，很可能會(huì)受到COMT基因形態(tài)所調(diào)節(jié)。總之，長(zhǎng)期介入性研究相較于橫斷性研究文獻(xiàn)的確少很多，且多數(shù)是針對(duì)老年人群體，對(duì)于何種運(yùn)動(dòng)處方（時(shí)間、頻率、強(qiáng)度、形態(tài)）更能促進(jìn)工作記憶表現(xiàn)的探索依舊很有限，需要后續(xù)更多研究才能歸納出不同年齡層的最佳運(yùn)動(dòng)處方。

6.2 未來研究展望

1）在橫斷式研究方面，由于上述研究在測(cè)量身體活動(dòng)量大多采取自陳式量表，建議后續(xù)能采用客觀測(cè)量方式，如加速度計(jì)，更能有效了解身體活動(dòng)量與工作記憶表現(xiàn)之關(guān)系;目前大多以身體活動(dòng)量及心肺適能為主，未來可針對(duì)不同體適能成分及不同身體活動(dòng)形態(tài)作探討。

2）在運(yùn)動(dòng)介入研究方面，可針對(duì)不同年齡層作探討，目前研究較少針對(duì)中年人、青少年以及孩童，建議未來可針對(duì)這些族群作討論;在探討不同運(yùn)動(dòng)處方時(shí)，目前研究主要以有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練為主，其他運(yùn)動(dòng)形式研究相較來得少，加上不同年齡層所需要的強(qiáng)度、頻率及持續(xù)時(shí)間可能并不相同，這些都可以作為后續(xù)探討的研究方向。

3）不論采用何種研究方式，可結(jié)合電生理儀器來了解其中的神經(jīng)生理機(jī)制，但因工作記憶測(cè)驗(yàn)方式多種多樣，測(cè)得的成分并不完全相同，故可針對(duì)不同工作記憶測(cè)驗(yàn)或成分作系列性研究探討，從而可能更有效了解健身運(yùn)動(dòng)與工作記憶的關(guān)系。

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