八段錦身心鍛煉對老年人語言流暢性的影響

邵銘銘 楊源 蔣長好

摘? ? 要：采用語言流程性任務(wù)和近紅外腦光譜研究八段錦身心鍛煉對老年人認(rèn)知和腦功能的影響。方法：29名老年被試參加實驗，長期練習(xí)八段錦（實驗組）14人，未練習(xí)過八段錦（對照組）15人，2組被試分別完成語言流暢性任務(wù)。采用近紅外腦光譜成像系統(tǒng)記錄被試大腦的血氧變化，分析被試在做語言流暢性任務(wù)時前額葉皮層的氧合血紅蛋白濃度的變化及其與任務(wù)表現(xiàn)的關(guān)聯(lián)。結(jié)果：與對照組相比，實驗組語言流暢性任務(wù)的表現(xiàn)更好，在完成語言流暢性任務(wù)時雙側(cè)前額葉腦區(qū)氧合血紅蛋白濃度增加更大，提示大腦額區(qū)激活更強(qiáng)。結(jié)論：八段錦身心鍛煉對老年人的認(rèn)知表現(xiàn)和腦功能有著積極影響，這一影響可通過提高語言任務(wù)表現(xiàn)和增強(qiáng)大腦前額葉腦區(qū)激活而實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：身心鍛煉;八段錦;老年人;語言流暢性;近紅外光譜

中圖分類號：G 804.8? ? ? ? ? 學(xué)科代碼：040302? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：Objective：speech fluency test（VFT） and near-infrared spectroscopy （NIRS） were used to investigate the effects of Baduanjin mind-body（BDM） exercise on the cognitive performance and brain function in elderly adults. Methods： A total of 29 healthy elderly people participated in this experiment， 14 subjects who practiced Baduanjin for a long time were assigned to the BDM group， and 15 subjects who did not practice Baduanjin were assigned to the control group. All subjects completed the verbal fluency test（VFT） respectively. We measured oxy-hemoglobin concentration（oxy-Hb） in the prefrontal area using NIRS during VFT， and investigated the relationship between oxy-Hb changes and task performance. Results： The behavioral data showed that the performance of VFT in the BDM group was better than the control group. NIRS data analysis showed that the increase of oxy-Hb in prefrontal lobe brain regions in BDM group was better than control group. Conclusions： Baduanjin exercise has a positive effect on cognitive performance and brain function of the elderly， which can be achieved by improving language task performance and activating prefrontal lobe.

Keywords：body-mind exercise; Baduanjin; elderly people;verbal fluency test（VFT）; near-infrared spectroscopy （NIRS）

近年來，一些研究者嘗試采用有氧鍛煉特別是身心鍛煉來延緩老年人的認(rèn)知功能下降。身心鍛煉是在進(jìn)行身體活動的同時通過集中注意力、控制呼吸來提高身體的平衡性、柔韌性，促進(jìn)身體健康，包括太極拳、八段錦等[1-2]。身心鍛煉的動作柔和緩慢、舒展連貫、張弛有度，有別于力量訓(xùn)練方法，更適合老年人參與。已有研究發(fā)現(xiàn)，有規(guī)律的身心鍛煉有助于改善大腦功能，減緩認(rèn)知功能的下降。例如有一項研究比較了太極拳長期鍛煉者和太極拳新手的腦區(qū)一致性，發(fā)現(xiàn)太極拳長期鍛煉者的右側(cè)中央后回（PosCG）功能一致性更高，左側(cè)前扣帶（ACC）和右側(cè)背外側(cè)前額葉（rDLPFC）的功能一致性更低。左側(cè)ACC的一致性降低表明功能特異性提高，右側(cè)PosCG的一致性增加提示功能整合性提高，二者都可以用于預(yù)測老年人在Flanker任務(wù)中的成績[3];另有研究者發(fā)現(xiàn)八段錦可延緩認(rèn)知功能衰退、改善大腦執(zhí)行功能[4]。

體育鍛煉對人的認(rèn)知具有選擇性影響，即與一般認(rèn)知功能相比，體育鍛煉對執(zhí)行功能的促進(jìn)作用更大[5]。執(zhí)行功能是一種高級認(rèn)知功能， 指大腦在完成復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)時，協(xié)調(diào)各種資源、控制系統(tǒng)完成特定目標(biāo)所需要的各種加工[6]，主要包括抑制、轉(zhuǎn)換、刷新等多個不同的子成分[7]。語言流暢性任務(wù)（verbal fluency task，VFT）是檢測執(zhí)行功能的一種實驗范式，主要考察個體運(yùn)用語言進(jìn)行信息傳遞的流利程度，反映個體有效提取和加工言語信息的速度和質(zhì)量[8]，它包括音位VFT和語義VFT，音位VFT是根據(jù)音位標(biāo)準(zhǔn)（以某一特定字母開頭）產(chǎn)生盡可能多的詞語;而語義VFT要求被試在有限時間內(nèi)和規(guī)定類別中產(chǎn)生盡可能多的詞語，這一任務(wù)和認(rèn)知靈活性及記憶刷新密切關(guān)聯(lián)[9]。分類VFT涉及工作記憶、認(rèn)知切換等認(rèn)知加工過程，特別是與具有信息臨時存儲功能的語言工作記憶有著密切關(guān)聯(lián)，而語言工作記憶又易受認(rèn)知老化影響。因此，VFT不僅是研究執(zhí)行功能的重要指標(biāo)，而且是研究認(rèn)知老化的重要工具。

已有的腦影像研究表明，認(rèn)知老化會導(dǎo)致腦區(qū)異常激活，這種異常激活通常是VFT表現(xiàn)下降的預(yù)兆，其中額葉是和VFT表現(xiàn)相關(guān)的重要腦區(qū)[10]。盡管以往研究發(fā)現(xiàn)身心鍛煉有助于改善老年人的認(rèn)知功能，然而相關(guān)研究較少涉及老年人完成VFT時的大腦機(jī)制。當(dāng)前，研究的目的是比較參與八段錦身心鍛煉的老年人和非鍛煉老年人完成VFT的表現(xiàn)和大腦活動特征。本研究假設(shè)，長期參與八段錦身心鍛煉可能會對老年人完成VFT的表現(xiàn)和大腦激活產(chǎn)生積極影響。

在本研究中，腦影像測量主要采用近紅外腦光譜成像技術(shù)（fNIRS），這一技術(shù)空間分辨率優(yōu)于腦電，時間分辨率優(yōu)于磁共振，研究的生態(tài)效度較高，因而更適合鍛煉認(rèn)知效益的研究[11]。

1? ?方法

1.1? 被試

從北京市海淀區(qū)某社區(qū)招募29名老年人參與本研究，其中長期進(jìn)行八段錦身心鍛煉[5年以上;（65.86±4.35）歲]的老年人14人，從未練習(xí)過八段錦的老年人[（64.73±4.68）歲]15人。被試篩選條件：1）無腦創(chuàng)傷、精神病、慢性疾病等;2）高中及以上文化程度;3）右利手，視力或矯正視力正常;4）簡易智力狀態(tài)檢查量表（MMSE）得分≥24;5）每天身體鍛煉時間1 h左右;6）簽署知情同意書，自愿參加本研究。所有被試在實驗前1 d不飲酒、不參與大負(fù)荷運(yùn)動、睡眠充足、身體健康狀況良好。

對實驗組和對照組的人口統(tǒng)計學(xué)變量進(jìn)行分析（見表1），發(fā)現(xiàn)2組被試年齡、身高、體質(zhì)量和身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）的差異均不顯著（P>0.05），表明2組被試在人口統(tǒng)計學(xué)特征方面基本同質(zhì)。

1.2? 實驗程序

實驗采用Presentation軟件編制的VFT，包括復(fù)述任務(wù)和分類任務(wù)。復(fù)述任務(wù)要求被試在30 s內(nèi)以正常語速重復(fù)讀屏幕上出現(xiàn)的中性詞語，例如太陽、工人、你好、晚安、午安。分類任務(wù)則要求被試在30 s內(nèi)盡可能快而多地說出某個分類概念下的種類名稱，例如動物、水果。研究者記錄被試口頭報告的個數(shù)，并根據(jù)視頻錄像進(jìn)行檢查，最終確定每位被試的正確率。

實驗共包含4個組塊，復(fù)述任務(wù)和分類任務(wù)各2個組塊，呈現(xiàn)順序固定。其中，每個復(fù)述任務(wù)組塊隨機(jī)呈現(xiàn)5個中性詞語（2個組塊，共10個中性詞）。每個組塊30 s，任務(wù)組塊之間有30 s的休息時間。實驗任務(wù)開始前和結(jié)束后，分別有10 s休息時間，這段時間的數(shù)據(jù)不納入統(tǒng)計分析，如圖1所示。

1.3? fNIRS測量

采用多通道fNIRS系統(tǒng)（ETG-4000，日本日立醫(yī)療公司），通過695 nm和830 nm 2種波長的近紅外光（采樣頻率為10 Hz），監(jiān)測VFT執(zhí)行過程中局部腦區(qū)的血氧信號。根據(jù)國際通用的EEG10-20系統(tǒng)法安放光極，光極帽由左右2塊測量面板組成，每塊測量面板包含22個通道，光極排列方式為3×5，覆蓋12 cm×6 cm 的面積。每塊面板有8個發(fā)射光極和7個探測光極，相鄰光極間隔3 cm（如圖2所示），光極對稱地放置在雙側(cè)額區(qū)和顳區(qū)，最低探測點(diǎn)放置于Fp1-Fp2位置。fNIRS測量在光線微弱的隔音房間進(jìn)行，測量過程中要求被試盡量保持身體和頭部不動。以0.1 s的時間分辨率計算近紅外光的吸收量。

1.4? 數(shù)據(jù)分析

采用IBM SPSS Statistic 22.0對被試執(zhí)行VFT時口頭報告的詞語數(shù)量進(jìn)行2（組別：實驗組和對照組）×2（任務(wù)類型：復(fù)述任務(wù)和分類任務(wù)）的重復(fù)測量方差分析，P值采用Greenhouse-Geisser法校正，設(shè)定0.05為顯著性水平。

使用xTopo軟件對fNIRS原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將頻率小于0.04 Hz和大于0.5 Hz的成分濾除。預(yù)處理之后，計算不同任務(wù)水平和實驗條件下的oxy-Hb濃度均值。參照已有的解剖標(biāo)定體系A(chǔ)natom Label（AAL）和相關(guān)研究結(jié)果劃分出4個腦區(qū)（ROIs）：左側(cè)額上區(qū)（Frontal_Sup_L，由左側(cè)通道9、13、18組成）、左側(cè)額下區(qū)（Frontal_Inf_L，由左側(cè)通道3、7、12組成）、右側(cè)額上區(qū)（Frontal_Sup_R，由右側(cè)通道5、10、14組成）和右側(cè)額下區(qū)（Frontal_Inf_R，由右側(cè)通道2、7、11組成），如圖2所示。分別計算4個ROIs的oxy-Hb濃度均值，并對oxy-Hb濃度均值進(jìn)行2（組別：實驗組和對照）×2（任務(wù)類型：復(fù)述任務(wù)和分類任務(wù)）×4（ROIs：左側(cè)額上區(qū)、左側(cè)額下區(qū)、右側(cè)額上區(qū)和右側(cè)額下區(qū)）的重復(fù)測量方差分析，P值采用Greenhouse-Geisser 法校正，設(shè)定0.05為顯著性水平。

2? ?結(jié)果

2.1? VFT行為結(jié)果

對被試執(zhí)行VFT時口頭報告的詞語數(shù)量進(jìn)行2（組別：實驗組和對照組）×2（任務(wù)類型：復(fù)述任務(wù)和分類任務(wù)）的重復(fù)測量方差分析，結(jié)果顯示：組別的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（1，27） =8.38（P<0.01），實驗組老年人執(zhí)行VFT的成績（35）高于對照組（28）;任務(wù)類型的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（1，27）= 387.01（P<0.001），被試執(zhí)行VFT復(fù)述任務(wù)的成績（53）高于分類任務(wù) （11）;任務(wù)類型與組別的交互作用達(dá)到邊緣顯著，F(xiàn)（1，27）=3.80，P=0.06，提示VFT成績可能受到參與八段錦身心鍛煉的影響。進(jìn)一步的獨(dú)立樣本t檢驗顯示，實驗組執(zhí)行VFT復(fù)述任務(wù)的成績（58）高于對照組（47），t （27）=2.49（P=0.019）;實驗組執(zhí)行VFT分類任務(wù)的成績（12.3）也高于對照組（10），t （27）=2.38（P=0.024）。

2.2 fNIRS結(jié)果

對oxy-Hb濃度均值進(jìn)行2（組別）×2（任務(wù)類型）×4（ROIs）的重復(fù)測量方差分析（見表2），結(jié)果顯示：任務(wù)類型的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（1，24）= 7.20（P<0.05），被試執(zhí)行分類任務(wù)的oxy-Hb 濃度（0.005）高于復(fù)述任務(wù)（-0.007）;任務(wù)類型與組別的交互作用顯著，F(xiàn)（1，24）=4.63（P<0.05）;其他主效應(yīng)和交互作用均不顯著（P>0.05）。進(jìn)一步的獨(dú)立樣本t檢驗顯示，實驗組執(zhí)行分類任務(wù)時左側(cè)額下區(qū)的oxy-Hb濃度顯著高于對照組，t（24）= 2.87（P<0.01）;實驗組執(zhí)行分類任務(wù)時右側(cè)額下區(qū)的oxy-Hb濃度同樣高于對照組，t（24）= 2.04，P=0.05;而2組被試在其他腦區(qū)的任務(wù)類型差異均不顯著（P>0.05）。如圖4和5所示。

3? ?討論

本研究的行為學(xué)數(shù)據(jù)表明，與對照組被試相比，實驗組被試完成分類VFT的正確數(shù)更高，表明參與八段錦身心鍛煉對老年人分類VFT表現(xiàn)有促進(jìn)作用。這一結(jié)果和已有研究結(jié)果相一致，例如有一項研究以782名老年人為研究對象，研究者根據(jù)問卷調(diào)查將被試分為有氧鍛煉組（游泳、慢跑等）、身心鍛煉組（太極、瑜伽）;拉伸組和非鍛煉組，所有被試完成中文版的阿爾茨海默病評定量表認(rèn)知分量表、MMSE、數(shù)字和視覺廣度測驗、分類VFT等。結(jié)果顯示，鍛煉組的認(rèn)知功能均有不同程度改善，其中有氧鍛煉組和身心鍛煉組的鍛煉認(rèn)知效益更大，就分類VFT表現(xiàn)而言，身心鍛煉組比有氧鍛煉組更好[12]。另一項研究以389名輕度認(rèn)知損害的老年人為被試，研究者將他們分為身心鍛煉（太極拳）組和控制組（拉伸運(yùn)動），2組被試均接受5個月的運(yùn)動干預(yù)，研究也發(fā)現(xiàn)運(yùn)動鍛煉干預(yù)可提高分類VFT表現(xiàn)，而且身心鍛煉（太極運(yùn)動）組較之于控制組分類VFT成績更好[13]?？梢?，對正常和輕度認(rèn)知損害的老年人的研究均發(fā)現(xiàn)鍛煉對分類VFT表現(xiàn)有促進(jìn)作用。

本研究表明，八段錦身心鍛煉可以改善老人分類VFT表現(xiàn)。那么這一身體鍛煉認(rèn)知效益的心理機(jī)制是什么？可以從身心鍛煉和VFT的特征來分析。首先，就身心鍛煉特征而言，它要求鍛煉者在進(jìn)行身體活動的同時，完成視覺空間加工、動作回憶和任務(wù)切換等認(rèn)知活動，涉及到運(yùn)動系統(tǒng)和認(rèn)知語言系統(tǒng)的整合[9]，可見，身心鍛煉是一種身心合一的運(yùn)動，兼有有氧鍛煉和認(rèn)知訓(xùn)練2種功能。而已有研究表明，有氧鍛煉和認(rèn)知訓(xùn)練均可改善認(rèn)知表現(xiàn)。其次，從VFT執(zhí)行涉及的認(rèn)知加工來看，它包括工作記憶、認(rèn)知切換等諸多認(rèn)知功能，而這些認(rèn)知表現(xiàn)可以通過身體鍛煉和認(rèn)知訓(xùn)練提高。因此，長期的身心鍛煉可以提高VFT的表現(xiàn)。

本研究的近紅外腦成像結(jié)果顯示，被試執(zhí)行分類VFT的oxy-Hb濃度高于復(fù)述任務(wù)，oxy-Hb水平增加反映了大腦皮層神經(jīng)元細(xì)胞激活而引發(fā)的局部腦血流量增加，表明腦區(qū)激活更強(qiáng)。進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)，較之于對照組被試，長期堅持參與八段錦鍛煉的老年人完成VFT時，左側(cè)額下區(qū)和右側(cè)額下區(qū)的oxy-Hb濃度均更高，表明八段錦身心鍛煉有助于完成VFT時的腦激活。

額葉是控制執(zhí)行功能的重要腦區(qū)，已有研究發(fā)現(xiàn)，體育鍛煉有助于增強(qiáng)個體完成執(zhí)行控制任務(wù)時額區(qū)的激活。例如有研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行中等強(qiáng)度的自行車運(yùn)動后，被試完成Stroop沖突任務(wù)時左背側(cè)前額葉皮層的激活增強(qiáng)，而且這一腦區(qū)的激活增強(qiáng)和對沖突任務(wù)的認(rèn)知表現(xiàn)增加相關(guān)聯(lián)[14]。除了上述的短時有氧鍛煉干預(yù)，身心鍛煉干預(yù)也會增強(qiáng)實驗對象前額葉的激活，例如Chen等[15]以健康年輕人為研究對象，采用Flanker任務(wù)范式研究八段錦干預(yù)對抑制控制的影響，發(fā)現(xiàn)8周的八段錦身心鍛煉干預(yù)能增強(qiáng)被試的大腦前額葉激活，并提高抑制功能。上述研究采用不同的鍛煉方式、不同的執(zhí)行功能任務(wù)均發(fā)現(xiàn)體育鍛煉對大腦額區(qū)激活的積極影響。

已有研究發(fā)現(xiàn)，額葉也是與VFT關(guān)聯(lián)的重要腦區(qū)，同時易受大腦老化影響，與年輕人相比，老年人完成VFT時額葉激活更低[16];臨床研究也表明，老年癡呆患者完成VFT時額區(qū)激活低于正常人[16-17]。而體育鍛煉有助于改善執(zhí)行VFT時額區(qū)的低激活。例如一項研究將老年被試分為積極參加戶外活動組和非戶外活動組，2組被試分別完成音位VFT。有研究發(fā)現(xiàn)，戶外活動組被試在完成音位VFT時雙側(cè)大腦前額葉激活更強(qiáng)[18]。本研究以正常老年人為被試，發(fā)現(xiàn)八段錦身心鍛煉不僅可以增強(qiáng)分類VFT表現(xiàn)，也可增強(qiáng)前額葉皮層的激活。由于完成分類VFT需要涉及多個認(rèn)知加工過程，額葉的激活增強(qiáng)可保證被試完成任務(wù)時調(diào)動更多的神經(jīng)資源，保證VFT的順利完成。

盡管本研究發(fā)現(xiàn)，八段錦身心鍛煉對認(rèn)知和腦功能有著積極影響，但是解釋相關(guān)結(jié)果仍需慎重。1）本研究是一項橫斷研究，尚難以對研究結(jié)果作因果推論，下一步的研究需結(jié)合運(yùn)動干預(yù)研究并拓展認(rèn)知任務(wù)，進(jìn)一步研究八段錦身心鍛煉對老年人不同認(rèn)知功能的影響。2）執(zhí)行功能涉及眾多不同腦區(qū)，而由于研究設(shè)備及技術(shù)有限，本研究光譜探頭僅覆蓋前額葉和顳區(qū)，一些重要腦區(qū)未能探測。3）近紅外腦光譜的空間分辨率仍有局限，一些皮層下腦區(qū)如海馬區(qū)仍難以探測，進(jìn)一步研究應(yīng)結(jié)合高空間分辨率的成像手段。

4? ?結(jié)論

本研究結(jié)果證實，八段錦身心鍛煉對分類VFT表現(xiàn)和腦功能有著積極影響，這一影響通過提高語言任務(wù)表現(xiàn)和增強(qiáng)大腦前額葉相關(guān)腦區(qū)激活而實現(xiàn)。鑒于八段錦動作簡單易學(xué)，運(yùn)動損傷風(fēng)險小，更適合老年人練習(xí)，上述結(jié)果對于制訂適合老年人的運(yùn)動處方具有啟發(fā)意義。

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