有氧體能對(duì)執(zhí)行功能的影響：一項(xiàng)fNIRS研究

文世林　王華

摘要：為了探討有氧體能對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能的影響，檢驗(yàn)在執(zhí)行心理任務(wù)過(guò)程中有氧體能所引起的神經(jīng)激活水平的變化。通過(guò)行為測(cè)量和近紅外光譜功能成像（fNIRS）方法探討高、低有氧體能的30名大學(xué)生在Flanker任務(wù)過(guò)程中的行為表現(xiàn)和腦區(qū)激活模式的差異。得出結(jié)果：高體能組Flanker效應(yīng)的反應(yīng)時(shí)顯著低于低體能組（t（28）=-2.31，P<0.05）。在左側(cè)前額葉皮質(zhì)區(qū)（LDLPFC），高體能組Flanker效應(yīng)的oxyHb信號(hào)顯著高于低體能組（t（28）=5.19，P<0.001）。結(jié)論：Flanker任務(wù)過(guò)程中LDLPFC的神經(jīng)激活和行為操作表現(xiàn)與有氧體能有關(guān)，且有氧體能引起腦區(qū)oxyHb信號(hào)與認(rèn)知表現(xiàn)的同步變化。研究結(jié)果為有氧體能對(duì)執(zhí)行功能相關(guān)的神經(jīng)基質(zhì)和行為表現(xiàn)產(chǎn)生影響提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

關(guān)鍵詞： 有氧體能；大學(xué)生；執(zhí)行功能；腦激活模式；近紅外光譜

中圖分類號(hào)： G 804文章編號(hào)：1009783X（2016）02016106文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：Objective：The present study was to explore the effect of the aerobic fitness on the executive function （EF） of college students and its brain activation mechanism.Methods：The study examined the effect of aerobic fitness on the behavior performance and the brain activation pattern during the Flanker task of 30 college students （ high fitness and low fitness group） using the behavior experiments and the non-invasive functional near infrared spectroscopy （fNIRS） methods which is to identify the potential neural substrates activated by Flanker interference.Results：The Flanker interference of reaction time（RT） of the high fitness group was significant lower than the low fitness group（t（28）=-2.31，P<0.05）.And the oxyHb single in the left prefrontal cortex （LDLPFC） of the high fitness group was significant higher than the low fitness group （t（28）=5.19，P<0.001）.Conclusions：The EF behavior performance and the brain activation level of the young man during the Flanker task were significant effected by the aerobic fitness simultaneously.And the differences of the brain activation and the improved behavior performance of two groups were coincided.The experiment results provided new evidences to the effect of the aerobic fitness on EF of the young.

Keywords：aerobic fitness；college student；executive function；brain activation pattern；fNIRS

有氧體能（aerobic fitness，或 endurance fitness）是指盡可能長(zhǎng)時(shí)間地維持肌肉力量或速度輸出的能力[1]，也有研究稱之為心血管適能（cardiovascular fitness）[2]。眾多研究表明定期的身體活動(dòng)和良好的有氧體能有益于增進(jìn)不同年齡段人群執(zhí)行功能和腦健康。相比有氧體能低的兒童，有氧體能高者表現(xiàn)出更高的注意能力[3]、更快的信息處理速度[4]及在標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)業(yè)成績(jī)測(cè)驗(yàn)中獲得高分[56]。有氧體能可提高老年人大腦前額葉皮質(zhì)的氧和反應(yīng)水平[7]，可提高老年人多個(gè)腦區(qū)的灰質(zhì)體積[8]。有關(guān)老人癡呆癥（alzheimer's disease，AD）的研究表明，有氧體能可增加與AD相關(guān)的腦區(qū)的灰質(zhì)體積[9]，提高默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（default mode network，DMN）的功能連接[10]?？梢?jiàn)，有氧體能對(duì)兒童和老年人的執(zhí)行功能和腦健康有顯著意義。

然而，有氧體能對(duì)某些特定執(zhí)行控制過(guò)程的影響以及神經(jīng)基質(zhì)（neural substrates）變化的有關(guān)機(jī)制仍有待進(jìn)一步探索。如何通過(guò)包括身體活動(dòng)在內(nèi)的健康行為方式獲得特定大腦結(jié)構(gòu)和功能持續(xù)發(fā)展的機(jī)會(huì)，是運(yùn)動(dòng)科學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域非常重要的課題之一[11]。該領(lǐng)域的研究大多在嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)條件下完成，且需要借助先進(jìn)的研究手段。特別是隨著神經(jīng)影像技術(shù)的發(fā)展，如核磁共振技術(shù)（fMRI）、單光子發(fā)射斷層顯像（SPECT）、近紅外光譜技術(shù)（fNIRS）等，研究者可直接監(jiān)測(cè)執(zhí)行心理任務(wù)過(guò)程中大腦激活水平和大腦血液動(dòng)力學(xué)等方面的特征。

基于上述論述提出如下假設(shè)：有氧體能對(duì)執(zhí)行功能相關(guān)的神經(jīng)基質(zhì)和行為表現(xiàn)產(chǎn)生影響。根據(jù)上述假設(shè)，研究設(shè)計(jì)了行為實(shí)驗(yàn)和光譜實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步檢驗(yàn)行為實(shí)驗(yàn)中高體能組與低體能組的反應(yīng)時(shí)差異，以及近紅外光譜實(shí)驗(yàn)中高體能組與低體能組局部腦區(qū)的oxy-Hb信號(hào)在功能腦區(qū)上的差異。

1研究方法

1.1實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為北京市某體育院校30名大學(xué)生（15男，15女）。被試篩選的條件：1）無(wú)腦創(chuàng)傷、精神病史、心肺疾病、鼻炎等；2）右利手；3）辨色正常；4）實(shí)驗(yàn)前2天不能飲酒、熬夜、大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)；4）Flanker任務(wù)的錯(cuò)誤率在40%以上的數(shù)據(jù)應(yīng)予以剔除；5）運(yùn)動(dòng)任務(wù)中，未完成10 min有氧運(yùn)動(dòng)的被試數(shù)據(jù)應(yīng)被剔除；6）此外，存在較多頭動(dòng)噪聲的血氧信號(hào)數(shù)據(jù)應(yīng)被剔除。研究中招募的30名被試均以中文為母語(yǔ)，且符合上述實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前被試仔細(xì)閱讀研究知情協(xié)議書，并簽名確認(rèn)。

所有被試先參加800 m測(cè)試，并根據(jù)800 m成績(jī)（按高考評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)換算分值）進(jìn)行排序和實(shí)驗(yàn)分組，前15位（8男，7女）作為高體能組，后15位（7男，8女）作為低體能組（見(jiàn)表1）。其中，800 m成績(jī)高體能組顯著高于低體能組（t（28）=5.50，P<0.001），高體能組每周鍛煉次數(shù)顯著高于低體能組（t（28）=2.35，P<0.001）。此外，每周鍛煉次數(shù)與800 m成績(jī)具有較高的相關(guān)性（r=0.59，P<0.001，n=30）。這就進(jìn)一步說(shuō)明按800 m成績(jī)來(lái)劃分有氧體能具有一定的合理性。800 m跑是無(wú)氧功能與有氧功能的混合耐力跑，對(duì)心血管能力有一定的要求，是一種檢驗(yàn)心血管能力（cardiovascular fitness）的測(cè)試。有研究以800 m跑成績(jī)?cè)u(píng)判女大學(xué)生的耐力水平，并以此來(lái)評(píng)判體育專業(yè)女大學(xué)生和普通女生的有氧體能[12]。有限元分析認(rèn)為大腦血氧相對(duì)穩(wěn)定，出現(xiàn)顯著差異的年齡區(qū)間為25歲以下、25～54歲、54歲以上3個(gè)等級(jí)[13]。雖說(shuō)高低體能組的年齡存在臨界差異（t（28）=-2.27，P<0.05），但2組的年齡均值小于25歲，可認(rèn)為高低體能組在年齡上的差異不是引起腦區(qū)oxyHb信號(hào)變化的主要因素。研究中的被試均為體育專業(yè)學(xué)生，其800 m成績(jī)相對(duì)較高，被試800 m平均得分所對(duì)應(yīng)的成績(jī)?yōu)椋耗凶?33 s 74 ms，女子161 s 12 ms，該分組的成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)不一定適合普通的大學(xué)生。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用重復(fù)測(cè)量?jī)梢蛩鼗旌蠈?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。其中自變量Flanker任務(wù)（一致任務(wù)與不一致任務(wù)）和有氧體能（高體能組和低體能組）。Flanker任務(wù)為被試內(nèi)因素，有氧體能作為被試間因素，這樣就可做一個(gè)2×2的重復(fù)測(cè)量?jī)梢蛩氐幕旌蠈?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)程序：1）有氧體能測(cè)試。30名被試隨機(jī)分成2組參加800 m測(cè)試，采用手動(dòng)計(jì)時(shí)記錄成績(jī)。所記錄成績(jī)根據(jù)體育高考800 m評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)換算分值，并按從高到低的順序進(jìn)行排序，其中前15位為高體能組，后15位為低體能組。2）心理實(shí)驗(yàn)。高、低體能組的每個(gè)被試隨機(jī)參加Flanker任務(wù)測(cè)試，并用fNIRS同步監(jiān)測(cè)大腦活動(dòng)。其中，F(xiàn)lanker任務(wù)具有如下特點(diǎn)：在黑色屏幕的中間位置呈現(xiàn)白色的箭頭刺激，其中箭頭刺激共包括2種：一致的刺激（>>>>>，<<<<<）和不一致的刺激（<<><<，>><>>）。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，被試對(duì)刺激中央的靶箭頭朝向做出反應(yīng)，如果靶箭頭是“<”就按鍵盤左側(cè)的“F”鍵，是“>”則按鍵盤右側(cè)的“J”鍵。每個(gè)session包括8個(gè)block，其中一致任務(wù)刺激4個(gè)block，不一致任務(wù)刺激4個(gè)block。每個(gè)block包括30個(gè)trail，每個(gè)trail的持續(xù)時(shí)間為1 s，其中任務(wù)呈現(xiàn)400 ms，間隙為600 ms。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中Flanker任務(wù)自動(dòng)記錄被試的反應(yīng)時(shí)等相關(guān)的行為數(shù)據(jù)。

1.3fNIRS監(jiān)測(cè)方案

實(shí)驗(yàn)采用多通道fNIRS系統(tǒng)（ETG4000，Japan）監(jiān)測(cè)Flanker任務(wù)過(guò)程中局部腦區(qū)的血氧信號(hào)。fNIRS監(jiān)測(cè)方案如下。

1）佩戴fNIRS光極帽。根據(jù)10～20系統(tǒng)法和人腦生理解剖結(jié)構(gòu)來(lái)佩戴fNIRS光極帽。ETG4000的光極帽由左右2塊測(cè)量面板組成，每塊測(cè)量面板包括8個(gè)發(fā)射光極和8個(gè)接收光極，光極間距為3 cm，測(cè)量面板的光極排列方式為3×5。每塊面板包括22個(gè)測(cè)量通道，共計(jì)44個(gè)通道。依據(jù)執(zhí)行功能的神經(jīng)激活腦區(qū)分布特征和fNIRS設(shè)備的功能特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中光極帽主要覆蓋大腦前額葉皮質(zhì)區(qū)。其中，左側(cè)面板的第23號(hào)發(fā)射光極放置在FP1位置，右側(cè)面板的第11號(hào)發(fā)射光極放置在FP2位置（如圖3所示）。為了確保前、后測(cè)光極帽佩戴的位置一致，一般在前測(cè)結(jié)束后，主試用彩色筆將光極放置的主要生理標(biāo)志點(diǎn)在被試頭皮上做出標(biāo)記，以便后測(cè)時(shí)可將同一光極放置在原有的位置。

2）檢查光譜儀各通道的信號(hào)強(qiáng)度。fNIRS系統(tǒng)通過(guò)785和830 nm 2種波長(zhǎng)的近紅外光來(lái)采集人腦活動(dòng)時(shí)的光學(xué)數(shù)據(jù)（采樣頻率為10 Hz）。由于光極和頭皮之間存在毛發(fā)、油脂等非介質(zhì)物，在信號(hào)測(cè)試時(shí)個(gè)別通道的信號(hào)強(qiáng)度有可能會(huì)出現(xiàn)偏弱的現(xiàn)象。這就需要主試對(duì)通道的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行檢查，及時(shí)調(diào)整信號(hào)強(qiáng)度偏弱通道所對(duì)應(yīng)的光極與頭皮的接觸位置，提高通道的信號(hào)強(qiáng)度。如果調(diào)整后仍出現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度不正常的情況，主試記錄該通道的代碼，以便數(shù)據(jù)分析時(shí)將該通道數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或剔除。

3）數(shù)據(jù)的輸出與統(tǒng)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后直接將解算出的數(shù)據(jù)導(dǎo)出計(jì)算機(jī)進(jìn)行離線分析。ETG4000系統(tǒng)可通過(guò)BeerLambert定律對(duì)采集的光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到含氧血紅蛋白（oxygenated hemoglobin，oxyHb）、脫氧血紅蛋白（deoxygenated hemoglobin，deoxyHb）和總血紅蛋白（total hemoglobin，totalHb）的血氧信號(hào)數(shù)據(jù)。通過(guò)TOPO軟件對(duì)血氧信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，應(yīng)用NFRI軟件進(jìn)行MNI腦區(qū)空間坐標(biāo)配準(zhǔn)（virtual registration）和功能成像[14]。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

通過(guò)IBM SPSS Statictic 22.0對(duì)行為和fNIRS數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析：獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)來(lái)比較各組間Flanker效應(yīng)的反應(yīng)時(shí)和oxyHb信號(hào)的差異。

2研究結(jié)果

2.1Flanker任務(wù)的行為表現(xiàn)

首先，對(duì)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。統(tǒng)計(jì)一致任務(wù)和不一致任務(wù)條件下的反應(yīng)時(shí)和錯(cuò)誤率的均值，見(jiàn)表2。

為了考察不同有氧體能對(duì)執(zhí)行功能的影響，先對(duì)Flanker任務(wù)的效應(yīng)進(jìn)行分析。Flanker效應(yīng)（Flanker interference，簡(jiǎn)稱Flanker效應(yīng)）是指由周邊刺激對(duì)中央靶刺激所引起的干擾，行為數(shù)據(jù)的效應(yīng)以不一致任務(wù)與一致任務(wù)的差值來(lái)表示[15]。通過(guò)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)比高、低體能組的Flanker效應(yīng)差異，結(jié)果顯示：高體能組的反應(yīng)時(shí)顯著低于低體能組（t（28）=-2.31，P<0.05，r2pb=0.16，見(jiàn)圖1A/C），但錯(cuò)誤率的組間差異不顯著（t（28）=-0.18，P>0.05，見(jiàn)圖1B/D）。結(jié)果表明，有氧體能對(duì)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生影響。

從有氧體能和Flanker任務(wù)的交互作用（如圖2所示）來(lái)看，有氧體能對(duì)行為操作主要表現(xiàn)在不一致任務(wù)水平上。

2.2fNIRS結(jié)果

對(duì)血氧信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：將頻率小于0.04 Hz和大于0.7 Hz的成分濾除，其中包括心臟、呼吸和頭動(dòng)等噪聲。預(yù)處理之后，根據(jù)任務(wù)類型進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)出一致任務(wù)和不一致任務(wù)水平上的oxyHb信號(hào)。接下來(lái)通過(guò)SPSS數(shù)據(jù)包對(duì)oxyHb信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。近紅外光譜設(shè)備可獲得oxyHb、deoxyHb以及二者之和totalHb3項(xiàng)指標(biāo)。相比deoxyHb和totalHb信號(hào)，oxyHb信號(hào)更能反映大腦神經(jīng)激活水平的變化[1618]，因此，研究中通過(guò)計(jì)算oxyHb信號(hào)的變化來(lái)反映認(rèn)知過(guò)程的神經(jīng)激活水平。

研究將各通道所在腦區(qū)的位置劃分了6個(gè)感興趣區(qū)，劃分的方法與老年人的研究一致[19]，如圖3所示。

隨后在ROIs水平上檢驗(yàn)有氧體能對(duì)Flanker效應(yīng)所引發(fā)的oxyHb信號(hào)的影響（見(jiàn)圖4A）。同樣，在ROIs水平上Flanker效應(yīng)為：不一致任務(wù)與一致任務(wù)的oxyHb信號(hào)的差值。之后，對(duì)高、低體能組的效應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)（獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)），結(jié)果顯示：僅在LDLPFC腦區(qū)上高體能組Flanker效應(yīng)的oxyHb信號(hào)顯著大于低體能組（t（28）= 5.19，P<0.001，r2pb=0.49，如圖4B和4C所示）。結(jié)果表明，有氧體能對(duì)L-DLPFC腦區(qū)的神經(jīng)激活產(chǎn)生顯著的影響。

從交互作用結(jié)果（見(jiàn)圖4D）來(lái)看，面對(duì)不同的認(rèn)知任務(wù)，有氧體能高低會(huì)引發(fā)的神經(jīng)激活水平的差異，其中不一致任務(wù)水平上高體能組的神經(jīng)激活水平高于低體能組，但在一致性任務(wù)水平上二者的差異不顯著。

2.3行為數(shù)據(jù)與fNIRS數(shù)據(jù)的關(guān)系

有研究通過(guò)McNemar檢驗(yàn)推斷反應(yīng)時(shí)與局部腦區(qū)OxyHb信號(hào)變化的關(guān)系來(lái)反映有氧運(yùn)動(dòng)的效益[20]。那么，研究將以此方法來(lái)檢驗(yàn)有氧體能對(duì)執(zhí)行功能的作用。將[（不一致任務(wù)一致任務(wù)）高體能組 （不一致任務(wù)一致任務(wù)）低體能組]的反應(yīng)時(shí)和OxyHb信號(hào)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表3），統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果顯示，有氧體能引起的oxyHb信號(hào)的增加與反應(yīng)時(shí)的降低顯著相關(guān)（χ2nk=4.26，P<0.05）。

3分析與討論

研究旨在探討有氧體能水平是否對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能產(chǎn)生影響。為了論證上述問(wèn)題，研究通過(guò)Flanker效應(yīng)的行為數(shù)據(jù)和血氧信號(hào)的同步變化來(lái)反映有氧體能與執(zhí)行功能的關(guān)系。

行為數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，高、低體能組的行為表現(xiàn)有差異。其中，在一致性任務(wù)中，高、低體能組的反應(yīng)時(shí)差異不顯著，但在不一致性任務(wù)中，低體能組的反應(yīng)時(shí)顯著高于高體能組。不同有氧體能的反應(yīng)時(shí)存在差異，這與Hillman等人的研究結(jié)果一致[34]，可見(jiàn)，有氧體能的高低與認(rèn)知行為表現(xiàn)有直接關(guān)聯(lián)。行為表現(xiàn)之所以在一致任務(wù)與不一致性任務(wù)水平上存在差異，可能是因?yàn)樘幚聿煌y度認(rèn)知任務(wù)的能力與有氧體能相關(guān)，比如，高體能組的反應(yīng)操作速度顯著快于低體能組，可能是因?yàn)楦唧w能組在認(rèn)知控制過(guò)程中具有更好的認(rèn)知彈性來(lái)應(yīng)對(duì)更高難度的認(rèn)知任務(wù)。

從近紅外光譜數(shù)據(jù)來(lái)看，在不一致任務(wù)水平上，低體能組前額葉皮質(zhì)（LDLPFC）的神經(jīng)激活水平比高體能組低，但在一致任務(wù)水平上，二者的差異不顯著。這說(shuō)明：相比高體能組，低體能組在同等任務(wù)難度的情況下所面臨的反應(yīng)沖突（response conflict）處理難度大，募集注意資源的能力偏低，同時(shí)刺激分類和大腦的處理速度延遲[21]；相反，高體能組可彈性地調(diào)節(jié)認(rèn)知控制過(guò)程，且Flanker任務(wù)過(guò)程中oxyHb信號(hào)水平更高。因此，光譜實(shí)驗(yàn)表明，有氧體能的高低會(huì)引起執(zhí)行控制過(guò)程中神經(jīng)激活水平的差異。

fNIRS和行為數(shù)據(jù)的結(jié)果顯示，高體能組的反應(yīng)時(shí)低，oxyHb信號(hào)強(qiáng)，低體能組則相反。上述結(jié)果說(shuō)明，有氧體能對(duì)認(rèn)知資源的分配有影響。低體能組由于調(diào)用認(rèn)知資源的能力差，所以在高難度認(rèn)知任務(wù)時(shí)認(rèn)知表現(xiàn)出現(xiàn)大幅降低，而高體能組卻能保持較高的認(rèn)知表現(xiàn)，這與Hillman等的研究結(jié)果一致[22]。另外，有研究發(fā)現(xiàn)有氧體能對(duì)算術(shù)任務(wù)的信號(hào)編碼、認(rèn)知資源分配和語(yǔ)義過(guò)程產(chǎn)生顯著影響，在算術(shù)任務(wù)中，高體能組的反應(yīng)時(shí)和錯(cuò)誤率顯著低于低體能組，且N170、P3和N400的幅度也存在顯著差異。還有研究者檢驗(yàn)了不同有氧體能與語(yǔ)言過(guò)程的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)高體能兒童應(yīng)對(duì)各種句子類型時(shí)其N400幅度（代表語(yǔ)義信息）更大，潛伏期更短，而在句法錯(cuò)誤方面P600幅度（代表語(yǔ)言結(jié)構(gòu)）更大[23]。上述研究進(jìn)一步將有氧體能與執(zhí)行功能的關(guān)系外推到算術(shù)與語(yǔ)言等方面。

那么，有氧體能為何會(huì)對(duì)認(rèn)知資源分配和執(zhí)行功能產(chǎn)生影響？從神經(jīng)生化角度來(lái)看，有氧體能可促進(jìn)神經(jīng)再生（neurogenesis）。有研究表明有氧運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)海馬齒狀回（dentate gyrus）的神經(jīng)再生，并構(gòu)建了一個(gè)用來(lái)解釋運(yùn)動(dòng)促進(jìn)海馬功能提高的模型。有氧體能可促進(jìn)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）的分泌。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子是運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦功能和可塑性的核心變量之一[24]，比如BDNF可加快成年人大腦神經(jīng)元的增值、分化和存活[25]。上述研究說(shuō)明，有氧體能可促進(jìn)大腦的神經(jīng)再生，增加神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的分泌，從而為更好地分配認(rèn)知資源以及維持腦功能提供生理?xiàng)l件。

從神經(jīng)影像學(xué)角度來(lái)看，有氧體能可改變大腦激活模式。fMRI研究[26]發(fā)現(xiàn)在不一致任務(wù)的前半段高體能兒童的左、右側(cè)額中回，補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)區(qū)，扣帶回和左側(cè)頂區(qū)皮質(zhì)出現(xiàn)了較高的神經(jīng)激活，后半段略有下降；相反，低體能兒童在整個(gè)任務(wù)過(guò)程中神經(jīng)激活變化不顯著。另外，ERP研究的證據(jù)表明有氧體能與認(rèn)知策略有關(guān)。有研究認(rèn)為之所以高體能組P3幅度比低體能組大，潛伏期比低體能組短的原因是：低體能組在募集注意資源能力和處理環(huán)境刺激效率方面的能力不如高體能組[27]。另有ERP研究表明，相比高體能組，低體能組在一致任務(wù)過(guò)程能觀測(cè)到更大的ERN[28]。ERN由ACC產(chǎn)生，大腦區(qū)域的補(bǔ)償和認(rèn)知控制的實(shí)時(shí)調(diào)整，ERN可作為反映認(rèn)知控制策略的神經(jīng)電指標(biāo)[29]。在一致任務(wù)水平上，低體能組采用“reactive”認(rèn)知策略，然而，這種“reactive”認(rèn)知策略卻不能滿足不一致任務(wù)的認(rèn)知難度需求；相比之下，高體能組的ERN幅度較小，說(shuō)明高有氧體能被試不依賴于“reactive”認(rèn)知策略來(lái)應(yīng)對(duì)一致任務(wù)，以致在更高認(rèn)知任務(wù)條件下可獲得更高的認(rèn)知表現(xiàn)[28]。P3可檢測(cè)注意資源的大腦功能區(qū)域，且P3可反映如何通過(guò)調(diào)節(jié)注意投入來(lái)更出色地完成“proactive”認(rèn)知控制目標(biāo)[27]。在“proactive”認(rèn)知控制過(guò)程中，如果這一過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)則需提高局部功能腦區(qū)的代謝水平，由于低體能組不能調(diào)動(dòng)更多的神經(jīng)電活動(dòng)資源來(lái)完成上述的認(rèn)知控制過(guò)程，P3幅度偏小[28]。通過(guò)ERN和P3的潛伏期和幅度的變化揭示了高、低有氧體能人群的認(rèn)知控制策略差異，并解釋了不同任務(wù)難度水平上行為表現(xiàn)差異的原因。

綜上所述，注意資源的分配、處理環(huán)境刺激的效率、認(rèn)知策略的選擇等方面的差異可能是有氧體能引起執(zhí)行功能變化的原因。

4結(jié)論

Flanker任務(wù)過(guò)程中左側(cè)背外側(cè)前額葉皮質(zhì)的神經(jīng)激活和行為操作表現(xiàn)與有氧體能有關(guān)，且有氧體能引起腦區(qū)oxy-Hb信號(hào)與認(rèn)知表現(xiàn)的同步變化。研究結(jié)果為有氧體能對(duì)執(zhí)行功能相關(guān)的神經(jīng)基質(zhì)和行為表現(xiàn)產(chǎn)生影響提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

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