大課間體育活動(dòng)對(duì)高中生大腦功能狀態(tài)的影響

□ 張彤彤劉訓(xùn)（.山東理工大學(xué)體育學(xué)院 山東 淄博 55000；.長(zhǎng)春大學(xué)體育教研部 吉林 長(zhǎng)春 3004）

最近經(jīng)常有報(bào)道稱，高中生在臨近考試期間要吸氧以保持頭腦清醒，保證學(xué)習(xí)成績(jī)。這種情況是腦長(zhǎng)期慢性缺氧導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。腦的慢性輕度缺氧可引發(fā)注意力不集中、記憶力下降等癥狀，這是由腦缺氧引發(fā)的大腦疲勞所致。腦力疲勞在臨床醫(yī)學(xué)上被視為一種缺乏動(dòng)機(jī)與警覺(jué)的主觀認(rèn)識(shí)感覺(jué)，主要表現(xiàn)為腦昏沉，注意力不集中、思考困難等。學(xué)生的腦力疲勞是由持續(xù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)引發(fā)的大腦皮層興奮與抑制、消耗與補(bǔ)償遭到破壞所產(chǎn)生的自我保護(hù)性反應(yīng)。腦力疲勞對(duì)處在學(xué)習(xí)關(guān)鍵期的高中生來(lái)說(shuō)是需要引起高度重視的。有報(bào)道表示有氧運(yùn)動(dòng)可以有效改善大腦缺血缺氧的癥狀。但課間休息的十分鐘對(duì)于有氧運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)時(shí)間太短，所以本研究選擇大課間體育活動(dòng)作為鍛煉時(shí)間進(jìn)行研究。多項(xiàng)研究證實(shí)：腦電信號(hào)可以反映人的生理狀態(tài)及大腦高級(jí)功能狀態(tài)。所以本研究采用腦電分析技術(shù)研究大課間體育活動(dòng)是否能有效改善處于學(xué)習(xí)緊張狀態(tài)下學(xué)生的大腦功能狀態(tài)、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

1、對(duì)象與方法

1.1、研究對(duì)象

選取某高中學(xué)生26人為被試，平均年齡為16.71±1.12歲。

1.2、研究方法

（1）實(shí)驗(yàn)儀器。

北京日江電子技術(shù)公司生產(chǎn)的高級(jí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控儀采集腦電信號(hào)。

（2）實(shí)驗(yàn)方法。

選用慢跑、跳繩、廣播操（第九套）這3項(xiàng)經(jīng)常作為大課間體育活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目作為實(shí)驗(yàn)因素對(duì)被試進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)。跳繩的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷控制為個(gè)體的65%-75%最大心率，慢跑的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷控制為個(gè)體的55%-65%最大心率，廣播操的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷為個(gè)體的45%-55%的最大心率。早晨上課前先對(duì)被試進(jìn)行腦電信息采集，然后在第二節(jié)課后再對(duì)被試進(jìn)行腦電信息的采集，之后再進(jìn)行不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的大課間體育活動(dòng)，活動(dòng)時(shí)間為20min，再進(jìn)行腦電信息采集。為了對(duì)比運(yùn)動(dòng)與不運(yùn)動(dòng)大腦功能狀態(tài)的差異，加入不運(yùn)動(dòng)組做為對(duì)照組。為了進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，本研究對(duì)腦缺血缺氧、疲勞狀態(tài)兩個(gè)指標(biāo)賦值，正常記0分，輕度記1分，中度記2分，重度記3分。心率采用polar表遙測(cè)。

1.3、數(shù)據(jù)處理

使用SPSS21.0對(duì)所得數(shù)據(jù)采用單因素方差分析和多重比較兩種方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

2、結(jié)果

2.1、不同運(yùn)動(dòng)方式前后學(xué)生大腦功能狀態(tài)的變化情況

表1 本研究被試不同運(yùn)動(dòng)方式后大腦功能狀態(tài)變化情況一覽表

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在各種不同的狀態(tài)下大腦缺血缺氧差異非常顯著（p＜0.01），疲勞狀態(tài)差異也顯著（p＜0.05），左右腦對(duì)稱差異非常顯著（p＜0.01），只有前后腦梯度差異不顯著。為了檢驗(yàn)不同狀態(tài)的差異情況進(jìn)一步進(jìn)行了多重比較。（統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2）

表2 大腦功能狀態(tài)的LSD統(tǒng)計(jì)結(jié)果

多重比較的結(jié)果顯示：大腦在缺血缺氧方面，課前與課后差異非常顯著（p＜0.01），課前與不運(yùn)動(dòng)差異顯著（p＜0.05）；課后與三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)后差異顯著 （p＜0.05），三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)后與不運(yùn)動(dòng)差異顯著（p＜0.05）。大腦疲勞狀態(tài)方面，課前與課后差異顯著（p＜0.05），課前與不運(yùn)動(dòng)差異顯著（p＜0.05），課后與三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)后差異顯著（p＜0.05），課后與不運(yùn)動(dòng)差異顯著（p＜0.05），慢跑、跳繩后與不運(yùn)動(dòng)差異顯著（p＜0.05），廣播操運(yùn)動(dòng)后與不運(yùn)動(dòng)差異不顯著。三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)后大腦的缺血缺氧以及疲勞方面差異均不顯著。左右腦對(duì)稱方面，課前與課后差異非常顯著（p＜0.01），課前與不運(yùn)動(dòng)差異顯著（p＜0.05），課后與三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)后差異顯著（p＜0.05），課后與不運(yùn)動(dòng)差異臨近顯著；廣播操運(yùn)動(dòng)后與不運(yùn)動(dòng)差異不顯著，慢跑、跳繩后與不運(yùn)動(dòng)差異顯著（p＜0.05）。前后腦梯度方面差異均不顯著。

3、分析

測(cè)試結(jié)果顯示上課前學(xué)生大腦缺血缺氧以及疲勞的情況較少，說(shuō)明經(jīng)過(guò)一夜的休息，學(xué)生的大腦處于較好的工作狀態(tài)，這也證明了睡眠對(duì)于緩解大腦疲勞是有效的。兩節(jié)課后學(xué)生的大腦就處于疲勞狀態(tài)，說(shuō)明學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)非常重，對(duì)大腦的消耗非常大。這是因?yàn)槟X是人體器官中需氧量最大的器官，占人體總耗氧量的20%-30%。但腦組織幾乎沒(méi)有儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，所以必須依靠血液循環(huán)帶來(lái)氧氣以維持大腦的正常生理功能。因此腦組織對(duì)缺氧的反應(yīng)最敏感、耐受力最低。學(xué)生是腦耗氧大戶，繁重的學(xué)習(xí)任務(wù)、擁擠的學(xué)習(xí)空間、流通性很差的空氣都加劇了腦缺氧。所以經(jīng)常聽(tīng)到有學(xué)生說(shuō)：“最近頭暈、頭疼、記憶力變差、睡眠不好、白天疲勞乏力”。這些很可能是過(guò)度用腦引起的大腦缺氧所致。很多報(bào)道都指出，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)可以有效改善腦缺氧的癥狀。這與本研究的結(jié)果相一致。三種不同形式的大課間體育活動(dòng)后大腦的缺血缺氧狀況得到了明顯的改善，而且與不運(yùn)動(dòng)差異也達(dá)到了顯著性水平，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)這種積極性的休息方式對(duì)于改善大腦缺血缺氧是非常有效的。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)使體內(nèi)新陳代謝加速，呼吸加深，心率加快，這樣增加了循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)送氧氣的能力，也加速了血液循環(huán)，所以有效的改善了大腦缺血缺氧癥狀。不運(yùn)動(dòng)對(duì)改善缺血缺氧癥狀作用不顯著，可能是因?yàn)楸粍?dòng)休息的情況下，由于沒(méi)有刺激引起機(jī)體代謝水平的變化，所以對(duì)大腦狀態(tài)的改善效果不明顯。三種運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之間差異不顯著是因?yàn)樽鳛榍嗌倌甑母咧猩醒踹\(yùn)動(dòng)的負(fù)荷在他們能夠承受的范圍內(nèi)，雖然強(qiáng)度有所差別，但由于持續(xù)時(shí)間短，運(yùn)動(dòng)總負(fù)荷的差異并不是很大，所以差異不顯著?？赡苓\(yùn)動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)差異會(huì)有所變化。

學(xué)生由于長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的腦力勞動(dòng)導(dǎo)致腦細(xì)胞產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，例如自由基、乳酸等，這些有害物質(zhì)會(huì)阻塞腦組織的代謝通道，導(dǎo)致血流不暢，這使腦內(nèi)能量供應(yīng)與消耗無(wú)法平衡，最終導(dǎo)致大腦不同區(qū)域的平衡關(guān)系遭到破壞，腦細(xì)胞活力下降。腦疲勞的產(chǎn)生，主要來(lái)自身、心兩個(gè)方面?！吧怼钡慕嵌?，高中生是學(xué)習(xí)任務(wù)最繁重的時(shí)期，長(zhǎng)期過(guò)度用腦的同時(shí)睡眠不足，會(huì)導(dǎo)致大腦疲勞?！靶摹钡慕嵌龋咧猩幱谇啻浩?，心理波動(dòng)比較劇烈，同時(shí)又面臨巨大的升學(xué)壓力，老師和家長(zhǎng)過(guò)度的關(guān)心如果不能很好的理解，有時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變成無(wú)形的壓力，學(xué)生在緊張學(xué)習(xí)的同時(shí)心理無(wú)法得到放松，這會(huì)使大腦被迫加大工作強(qiáng)度，導(dǎo)致過(guò)度消耗，從而導(dǎo)致腦疲勞。有些人錯(cuò)誤的認(rèn)為不動(dòng)是最好的休息方式，實(shí)驗(yàn)證明運(yùn)動(dòng)才是更積極更有效的休息方式，本研究顯示運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大消除疲勞的效果越好，廣播操運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度最小，消除疲勞效果與不運(yùn)動(dòng)差異不顯著，慢跑與跳繩運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度都在中等以上，消除疲勞效果與不運(yùn)動(dòng)差異都達(dá)到了顯著性水平，說(shuō)明短時(shí)有效的消除大腦疲勞的有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大效果越好。研究結(jié)果中的另一現(xiàn)象值得注意，就是不運(yùn)動(dòng)消除疲勞也達(dá)到顯著效果。這可能是因?yàn)楦咧猩X力疲勞程度較淺，通過(guò)短時(shí)間調(diào)整可以有效恢復(fù)。

腦力疲勞出現(xiàn)后如果能夠積極主動(dòng)休息，可有效緩解。但從數(shù)據(jù)上看，休息的疲勞消除效果不如運(yùn)動(dòng)。體育運(yùn)動(dòng)可以說(shuō)是為學(xué)生們緊張的學(xué)習(xí)提供了一個(gè)調(diào)節(jié)的機(jī)會(huì)，由于高中生多數(shù)時(shí)間都在教室中度過(guò)，所以他們對(duì)室外活動(dòng)是非?？释?，大課間體育活動(dòng)滿足了學(xué)生對(duì)操場(chǎng)、陽(yáng)光的向往，也增加了同學(xué)之間相互交往的機(jī)會(huì)，起到了愉悅身心的作用。學(xué)生上課時(shí)處于靜坐狀態(tài)，這種身體姿態(tài)會(huì)導(dǎo)致肌肉疲勞，同時(shí)大腦需要不停的思考問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致腦力疲勞。體育活動(dòng)既能活動(dòng)四肢，改變久坐的身體姿勢(shì)，又能轉(zhuǎn)移學(xué)生的注意力，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，對(duì)身體疲勞和腦力疲勞都有緩解作用。

大腦的不同區(qū)域控制不同的信息加工活動(dòng)，所以大腦的空間位置影響信息加工。本研究發(fā)現(xiàn)大腦疲勞后左右腦不對(duì)稱的區(qū)域增多。這說(shuō)明大腦疲勞以后，學(xué)生的認(rèn)知能力會(huì)受到影響，所以學(xué)習(xí)效率會(huì)下降。運(yùn)動(dòng)對(duì)不同腦區(qū)的刺激不同，不同腦區(qū)相應(yīng)的反應(yīng)也不同，本研究中運(yùn)動(dòng)引起左右腦區(qū)不對(duì)稱程度減低的原因可能是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)很多都是左右對(duì)稱的動(dòng)作，需要機(jī)體協(xié)調(diào)一致的完成，對(duì)兩側(cè)腦區(qū)都有不同程度的刺激，運(yùn)動(dòng)可以更好的使兩側(cè)腦區(qū)同步運(yùn)行，所以不對(duì)稱的區(qū)域顯著減少。這只是一種推測(cè)，需要實(shí)驗(yàn)證實(shí)。有研究發(fā)現(xiàn)信息加工成績(jī)好的兒童表現(xiàn)出了額低枕高的梯度分布，而成績(jī)差組則出現(xiàn)了大量的逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。梅磊等在記憶過(guò)程的腦電測(cè)試中證明了功率前后逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象在記憶差組要多于記憶好組。但本研究中學(xué)習(xí)未引起前后腦梯度的變化可能是因?yàn)楸辉嚨哪挲g不同，其他的研究中被試都是12歲以下的兒童，大腦發(fā)育還沒(méi)有完全，額腦是最后發(fā)展的具有最高層次的腦區(qū)，所以兒童表現(xiàn)出了大量的逆轉(zhuǎn)。運(yùn)動(dòng)沒(méi)有引起前后腦梯度變化可能是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的量不夠所致。

本研究結(jié)果顯示，日常的學(xué)習(xí)活動(dòng)就可以引起高中生大腦缺血缺氧，同時(shí)產(chǎn)生疲勞并引起左右腦不對(duì)稱區(qū)域增多。不同強(qiáng)度大課間體育活動(dòng)對(duì)緩解學(xué)生腦缺血缺氧、改善疲勞狀態(tài)都有明顯效果。大課間體育活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大，大腦疲勞恢復(fù)的效果越好。大課間體育活動(dòng)可有效改善左右腦不對(duì)稱。