開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年視空間工作記憶的影響

陶濤　謝青松

視空間工作記憶是一個(gè)容量有限的記憶系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)視覺(jué)客體和空間信息的加工，它是工作記憶的重要組成部分。本文對(duì)不同類型運(yùn)動(dòng)干預(yù)（開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)和閉鎖性運(yùn)動(dòng)）進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)比開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)與閉鎖性運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年視空間工作記憶的作用，探索開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年視空間工作記憶影響的優(yōu)勢(shì)。本研究以12-15歲青少年為研究對(duì)象，分為開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組（20人，男女各半），閉鎖性運(yùn)動(dòng)組（20人，男女各半）。每周3次運(yùn)動(dòng)干預(yù)，每次45分鐘，對(duì)開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組以開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)，對(duì)閉鎖性運(yùn)動(dòng)組以閉鎖性運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)，進(jìn)行8周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)前后青少年視空間工作記憶能力的變化情況。研究結(jié)果表明：在視空間工作 記憶任務(wù)上，運(yùn)動(dòng)干預(yù)后開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組與閉鎖性運(yùn)動(dòng)組正確率和反應(yīng)時(shí)都顯著提高，且開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組正確率顯著高于閉鎖性運(yùn)動(dòng)組，反應(yīng)時(shí)無(wú)顯著差異。根據(jù)以上研究結(jié)果，得出如下結(jié)論：無(wú)論是開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)還是閉鎖性運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年視空間工作記憶都具有促進(jìn)作用，且開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)的促進(jìn)效果更好。

認(rèn)知是人腦功能中的高級(jí)功能。隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐漸深入的研究，越來(lái)越多的證據(jù)表明體育鍛煉對(duì)認(rèn)知功能起促進(jìn)作用。人的大腦通過(guò)注意力、記憶力、推理能力等，對(duì)信息進(jìn)行處理、儲(chǔ)存和提取，這些能力是人們成功完成一項(xiàng)認(rèn)知的關(guān)鍵心理因素。

長(zhǎng)期以來(lái)，工作記憶一直被認(rèn)為與意識(shí)密切相關(guān)。實(shí)證研究表明，潛意識(shí)內(nèi)容可能保持在工作記憶中，復(fù)雜的認(rèn)知計(jì)算可以在線進(jìn)行。這促進(jìn)了對(duì)意識(shí)和工作記憶之間確切關(guān)系的研究。工作記憶被認(rèn)為是許多高階認(rèn)知能力的關(guān)鍵組成部分，如解決問(wèn)題、推理、執(zhí)行控制和決策。

2006年，Lambourne，K在猶他州立大學(xué)做了一項(xiàng)關(guān)于年輕人體育活動(dòng)與工作記憶能力之間關(guān)系的研究，發(fā)現(xiàn)鍛煉與增強(qiáng)記憶力之間有聯(lián)系，這一發(fā)現(xiàn)支持了體育鍛煉與年輕人的工作記憶能力相關(guān)的假設(shè)。2016年，Sima Zach等在進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于三種體育鍛煉方式對(duì)兩種工作記憶的影響的研究，研究發(fā)現(xiàn)急性運(yùn)動(dòng)后，工作記憶功能立即增加，排球活動(dòng)比其他兩種活動(dòng)更能提高記憶表現(xiàn)。在該項(xiàng)研究中，排球就是開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)的代表。而Russo，Gabriele在2021年發(fā)現(xiàn)：體育鍛煉有助于工作記憶的提升，但開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)較閉鎖性運(yùn)動(dòng)的影響統(tǒng)計(jì)學(xué)差異不大。

郭瑋等國(guó)內(nèi)學(xué)者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)對(duì)老年人的視空間工作記憶具有一定的促進(jìn)作用，而開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)老年人的視空間工作記憶儲(chǔ)存子成分具有明顯的優(yōu)越性，其原因是開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以增強(qiáng)抑制能力。馬葉丹等人發(fā)現(xiàn)，在一定程度上，校園足球一些訓(xùn)練方式可以提高學(xué)生的工作記憶能力，而當(dāng)工作記憶能力提高時(shí)，他們的流體智力水平也會(huì)有所提高。王柳雁采用兩個(gè)實(shí)驗(yàn)研究了不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)大學(xué)生工作記憶的影響。結(jié)果顯示，籃球運(yùn)動(dòng)的效果明顯好于健美操和跑步，可能因?yàn)榛@球是一種具有高度戰(zhàn)略意識(shí)的運(yùn)動(dòng)，它要求更好的適應(yīng)能力、更快地做出決定、更大的額葉激活，從而有效地處理外界的復(fù)雜情況，激發(fā)與認(rèn)知有關(guān)的大腦區(qū)域。

1 研究目的與假設(shè)

1.1 研究目的

本實(shí)驗(yàn)以運(yùn)動(dòng)干預(yù)類型分為開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組和閉鎖性運(yùn)動(dòng)組，對(duì)兩個(gè)組分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)類型為開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)和閉鎖性運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)干預(yù)，通過(guò)對(duì)比開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)與閉鎖性運(yùn)動(dòng)情況下對(duì)青少年工作記憶的作用，探索開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年視空間工作記憶影響的優(yōu)勢(shì)。

1.2 研究假設(shè)

開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)情境相較閉鎖性運(yùn)動(dòng)更加復(fù)雜，參與者需要對(duì)環(huán)境的變化做出及時(shí)的調(diào)整，對(duì)認(rèn)知參與度要求較高，本研究做出如下假設(shè)：運(yùn)動(dòng)干預(yù)能夠?qū)η嗌倌暌暱臻g工作記憶產(chǎn)生影響，開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年視空間工作記憶的促進(jìn)作用優(yōu)于閉鎖性運(yùn)動(dòng)。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

選取12-15歲青少年共40人，隨機(jī)分為為開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組（共20人，其中男生10人，女生10人）和閉鎖性運(yùn)動(dòng)組（共20人，其中女生10人，男生10人），所有被試還需要滿足以下條件：（1）無(wú)嚴(yán)重身體和精神疾??；（2）右利手；（3）體重正常，BMI指數(shù)小于25；（4）聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)正常；（5）無(wú)與癡呆等癥狀（幻覺(jué)、妄想等）；（6）無(wú)抑郁癥表現(xiàn)，未遭精神刺激；（7）簽署實(shí)驗(yàn)知情同意書。

2.2 研究方法

2.2.1 文獻(xiàn)資料法：

在知網(wǎng)、web of science上搜索“工作記憶”“開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)”“閉鎖性運(yùn)動(dòng)”“體育鍛煉”“working memory”“physical exercise”等關(guān)鍵詞，查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)不同體育鍛煉干預(yù)方式對(duì)工作記憶影響的相關(guān)文獻(xiàn)，了解研究現(xiàn)狀，并進(jìn)行文獻(xiàn)綜述。

2.2.2 數(shù)理分析法：

數(shù)據(jù)處理，采用統(tǒng)計(jì)分析軟件包SPSS26.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析和配對(duì)樣本T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)定P<0.05為統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有顯著性。

2.2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：

使用MATLAB軟件，Psychtoolbox（Kleiner et al.2007）編程對(duì)實(shí)驗(yàn)的正確率和反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入excel表中進(jìn)行處理。

2.2.4 實(shí)驗(yàn)法：

教學(xué)情境中自然實(shí)驗(yàn)法，進(jìn)行為期8周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)，采用2（開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組、閉鎖性運(yùn)動(dòng)組）×2（前測(cè)、后測(cè)）混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探討活動(dòng)類型不同（開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組、閉鎖性運(yùn)動(dòng)組）的運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)視空間工作記憶能力的影響，因變量是被試者的反應(yīng)時(shí)和正確率。

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.3.1 運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案

開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組（足球運(yùn)動(dòng)）：第1周前半節(jié)課進(jìn)行顛球（腳背顛球、腳內(nèi)側(cè)顛球、大腿顛球）、腳背正面運(yùn)球?qū)W習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行運(yùn)球比賽，兩兩一組規(guī)定距離內(nèi)按規(guī)定運(yùn)球，完成動(dòng)作更標(biāo)準(zhǔn)、速度更快者勝出。第2周前半節(jié)課進(jìn)行腳內(nèi)側(cè)踢球?qū)W習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行傳接球比賽，兩兩一組規(guī)定時(shí)間內(nèi)按規(guī)定傳接，完成動(dòng)作更標(biāo)準(zhǔn)、次數(shù)更多組勝出。第3周前半節(jié)課進(jìn)行腳背內(nèi)側(cè)踢球?qū)W習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行行進(jìn)間傳接球比賽，兩兩一組規(guī)定距離內(nèi)按規(guī)定進(jìn)行行進(jìn)間傳接球，完成動(dòng)作更標(biāo)準(zhǔn)、速度更快組勝出。第4周前半節(jié)課復(fù)習(xí)前4周所學(xué)技術(shù)，后半節(jié)課進(jìn)行頭球、擲界外球?qū)W習(xí)。第5周前半節(jié)課進(jìn)行運(yùn)球繞桿射門練習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行比賽，按規(guī)定進(jìn)行運(yùn)球繞桿射門，完成動(dòng)作更標(biāo)準(zhǔn)、速度更快者勝出。第6周前半節(jié)課進(jìn)行斜插直傳配合練習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行5v5比賽。第7周前半節(jié)課進(jìn)行直插斜傳學(xué)習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行8v8比賽。第8周進(jìn)行全場(chǎng)對(duì)抗賽。45min/次，3次/周，共8周。

閉鎖性運(yùn)動(dòng)組（田徑、體操運(yùn)動(dòng)）：第1周前半節(jié)課進(jìn)行短跑技術(shù)學(xué)習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行有氧慢跑。第2周前半節(jié)課進(jìn)行彎道跑技術(shù)學(xué)習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行有氧慢跑。第3-4周前半節(jié)課進(jìn)行跳遠(yuǎn)技術(shù)學(xué)習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行有氧慢跑。第5-6周前半節(jié)課進(jìn)行跳高技術(shù)學(xué)習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行有氧慢跑。第7-8周前半節(jié)課進(jìn)行體操動(dòng)作學(xué)習(xí)，后半節(jié)課進(jìn)行有氧慢跑。45min/次，3次/周，共8周。45min/次，3次/周，共8周。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)流程

本項(xiàng)目通過(guò)選取12-15歲的健康青少年作為實(shí)驗(yàn)的對(duì)象，排除本實(shí)驗(yàn)涉及的運(yùn)動(dòng)干預(yù)以外的干擾因素，此后將各符合實(shí)驗(yàn)條件的40名青少年進(jìn)行隨機(jī)分組（開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組和閉鎖性運(yùn)動(dòng)組），然后對(duì)其進(jìn)行視空間工作記憶任務(wù)前測(cè)，在一間安靜的教室里，被試者被分配到一個(gè)特定的位置，位置前的電腦屏幕上呈現(xiàn)一個(gè)打開(kāi)的實(shí)驗(yàn)程序。受試者開(kāi)始正式測(cè)試之前，必須完成5次練習(xí)試次，這不會(huì)被記錄在正式的實(shí)驗(yàn)中，直到達(dá)到指定的正確率后，正式的測(cè)試才會(huì)開(kāi)始。每個(gè)任務(wù)共20個(gè)試次，受試者必須在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)按鍵反應(yīng)，否則就會(huì)呈現(xiàn)下一個(gè)試次。完成一半試次后，被試者可以短暫休息。在實(shí)驗(yàn)中，在保證正確率的前提下，被試者要盡可能快速地反應(yīng)。本項(xiàng)目對(duì)被試者進(jìn)行為期8周的縱向干預(yù)研究，被試者在干預(yù)期間達(dá)到一定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。在8周的跟蹤干預(yù)結(jié)束以后，我們?cè)俅螌?duì)被試者進(jìn)行工作記憶任務(wù)的測(cè)試，通過(guò)對(duì)比前測(cè)和后測(cè)來(lái)探索開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年工作記憶的影響。

2.3.3 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

視空間工作記憶任務(wù)

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)程序是視空間工作記憶任務(wù)（Visuospatial working memory task，VWMT），在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，被試者被安排坐在一張椅子上，面前的桌子上放置一臺(tái)電腦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)程序啟動(dòng)時(shí)，會(huì)有一個(gè)關(guān)于這個(gè)任務(wù)的說(shuō)明，被試者按下鍵盤任意鍵進(jìn)入測(cè)試。首先，灰色屏幕上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)黑色十字注視點(diǎn)（視角0.8*0.8）1000毫秒；然后會(huì)有一個(gè)由16個(gè)小正方形組成的大正方形呈現(xiàn)在屏幕上2000毫秒，其中4個(gè)小正方形是黑色的，它們是隨機(jī)出現(xiàn)的，其他小正方形為白色的，這就是我們的識(shí)記刺激（視角2.8*2.8）；接著，屏幕上的識(shí)記刺激將會(huì)消失3000毫秒，在此期間，被試者需要在腦海中對(duì)先前的識(shí)記刺激進(jìn)行向左或者向右旋轉(zhuǎn)90°；在此之后，屏幕上呈現(xiàn)目標(biāo)刺激4000毫秒，被試者判斷目標(biāo)刺激是不是由先前的識(shí)記刺激向左或者向右旋轉(zhuǎn)90°得到，若目標(biāo)刺激與識(shí)記刺激相同，則被試者使用右手中指按下“p”鍵，若目標(biāo)刺激與識(shí)記刺激不同，則被試者使用左手中指按下“q”鍵。目標(biāo)刺激于被試者按鍵反應(yīng)后消失，屏幕會(huì)呈現(xiàn)1000毫秒至3000毫秒的灰屏間隔試次。任務(wù)由20個(gè)試次組成，被試者完成10個(gè)試次后有一次休息時(shí)間，直到按下鍵盤任意鍵繼續(xù)完成測(cè)試。

3 研究結(jié)果與分析

本研究使用重復(fù)測(cè)量方差分析對(duì)被試者視空間工作記憶任務(wù)的反應(yīng)時(shí)和正確率進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，后測(cè)反應(yīng)時(shí)顯著低于前測(cè)反應(yīng)時(shí)（F（1，38）=4.852， p=0.034，η?p=0.113），開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組和閉鎖性運(yùn)動(dòng)組間組別差異不顯著（F（1，38） =0.004，p=0.948，η?p=0），前后測(cè)和組別產(chǎn)生交互，進(jìn)一步進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)組別在實(shí)驗(yàn)后反應(yīng)時(shí)上無(wú)顯著差異，T檢驗(yàn)（t（1，19）=-0.963，p=0.348）。前后測(cè)正確率顯著高于前測(cè)正確率（F（1，38）=11.383， p=0.002，η?p=0.231），開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)組和閉鎖性運(yùn)動(dòng)組間組別差異不顯著（F（1，38）=2.425，p=0.128，η?p=0.060），前后測(cè)和組別產(chǎn)生交互，進(jìn)一步進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)組別在實(shí)驗(yàn)后正確率上差異顯著，T檢驗(yàn)（t（1，19） =2.651，p=0.016）。

4 結(jié)論與建議

作為一種安全、低成本的方式，運(yùn)動(dòng)不但可以促進(jìn)青少年的生理發(fā)展，而且還可以促進(jìn)他們的工作記憶等認(rèn)知功能的發(fā)展。因此應(yīng)鼓勵(lì)青少年積極參加體育活動(dòng)，養(yǎng)成良好的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣，以促進(jìn)他們的身心發(fā)展。

研究結(jié)果顯示參與者的反應(yīng)時(shí)和正確率表現(xiàn)都有顯著的改善，這表明運(yùn)動(dòng)可以有效提高對(duì)青少年視空間工作記憶表現(xiàn)。該結(jié)果與以往研究結(jié)果一致。例如，王加鵬等人使用2－back任務(wù)測(cè)試兒童的工作記憶能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)對(duì)改善兒童的工作記憶具有顯著效果。此外，解超等人使用元分析對(duì)工作記憶進(jìn)行研究，結(jié)果顯示中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能和工作記憶都具有改善作用。董俊也同樣采取了元分析的方法發(fā)現(xiàn)，中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)可以有效改善兒童工作記憶刷新功能，而高強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)則不會(huì)提升。陳愛(ài)國(guó)等人探討了聾啞兒童工作記憶的神經(jīng)機(jī)制，通過(guò)11周"花樣跑步+武術(shù)操+花樣跳繩"運(yùn)動(dòng)干預(yù)發(fā)現(xiàn)，個(gè)體左側(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)，這意味著工作記憶能力得到了顯著的提升。

更進(jìn)一步，開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年視空間工作記憶的促進(jìn)作用優(yōu)于閉鎖性運(yùn)動(dòng)。開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)中環(huán)境相對(duì)難以預(yù)測(cè)，運(yùn)動(dòng)者需要及時(shí)根據(jù)環(huán)境的變化做出調(diào)整，這就需要認(rèn)知功能積極的參與，比如記憶、注意等。在足球動(dòng)中，在比賽前以及比賽時(shí)需要對(duì)對(duì)手的進(jìn)攻、防守習(xí)慣進(jìn)行解讀和記憶，以便更好的防守和進(jìn)攻。隊(duì)員需要時(shí)刻關(guān)注場(chǎng)上隊(duì)友、對(duì)手的位置，判斷比賽的形勢(shì)，根據(jù)不斷變化的環(huán)境調(diào)整自己的位置，對(duì)技戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行及時(shí)的選擇。進(jìn)攻方通過(guò)不斷的傳接球和無(wú)球跑動(dòng)調(diào)動(dòng)對(duì)手的防守，防守方通過(guò)調(diào)整位置以及相互配合改變防守。在比賽的過(guò)程中，雖然有一些普適通用的策略，但由于隊(duì)員間習(xí)慣和能力不同，隊(duì)員需要記憶這些信息，以取得更好的成績(jī)。因此相較閉鎖性運(yùn)動(dòng)，開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)需要更多認(rèn)知功能的參與，鍛煉認(rèn)知功能的效果也更好，對(duì)于視空間工作記憶的提升具有更好的效果。

體育運(yùn)動(dòng)的作用不止也不應(yīng)止于強(qiáng)身健體，開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)在身體活動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行認(rèn)知活動(dòng)，本研究表明開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)對(duì)提升青少年視空間工作記憶有更好的效果，因此可以呼吁青少年課余的時(shí)間里積極參與開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)身心全面發(fā)展。

基金項(xiàng)目：2022年江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)提升大學(xué)生工作記憶的實(shí)證研究》；項(xiàng)目編號(hào)：（202211117118Y）。

（作者單位：揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院）