運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能影響的研究述評

邢淑芬，王瑞萌，王曉云，楊玉冰

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運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能影響的研究述評

邢淑芬1，王瑞萌1，王曉云2，楊玉冰2

執(zhí)行功能是指個體完成復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)時，對各種基本認(rèn)知過程進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制的高級認(rèn)知過程，它使個體表現(xiàn)出適應(yīng)性的目標(biāo)導(dǎo)向行為。個體的執(zhí)行功能可以通過訓(xùn)練得到提高，如何采取有效的干預(yù)措施提高兒童的執(zhí)行功能，成為近年來該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。運(yùn)動被看作是提升兒童執(zhí)行功能的有效途徑之一，運(yùn)動經(jīng)歷會給嬰兒或兒童時期的執(zhí)行功能的發(fā)展帶來益處。運(yùn)動干預(yù)可以根據(jù)時長、認(rèn)知參與度進(jìn)行分類，不同的運(yùn)動干預(yù)方式對兒童執(zhí)行功能的提升作用不同，通過對比分析，可以了解不同類型的運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能產(chǎn)生影響的潛在機(jī)制，最后提出該領(lǐng)域未來研究方向的建議：1) 加強(qiáng)對特殊兒童群體的運(yùn)動干預(yù)研究；2)從發(fā)展的角度考察運(yùn)動經(jīng)歷對兒童執(zhí)行功能發(fā)展的影響；3)考察兒童的年齡與不同的運(yùn)動方式對兒童執(zhí)行功能的共同作用；4)探討運(yùn)動方式對不同易感性兒童的心理社會功能的差異性影響。

運(yùn)動；執(zhí)行功能；兒童；認(rèn)知過程

在過去20多年里，大量的研究發(fā)現(xiàn)規(guī)律的運(yùn)動不僅能夠?qū)€體的一般認(rèn)知能力產(chǎn)生較大的影響，還可以對個體的高級認(rèn)知過程——執(zhí)行功能產(chǎn)生積極的作用[1]。近些年，運(yùn)動經(jīng)歷對兒童執(zhí)行功能的影響受到越來越多研究者的關(guān)注，運(yùn)動不僅能促進(jìn)兒童的身體健康，還與兒童的大腦發(fā)育和認(rèn)知能力存在著密切的關(guān)系[2]；因此，通過運(yùn)動干預(yù)可以提高兒童早期的執(zhí)行功能水平，其所要求兒童具備的思考能力、注意力及對未知情況的快速反應(yīng)能力，都對提高他們的執(zhí)行功能水平有著重要意義[3]。但是，在我國，以往的學(xué)校教育和家庭教育存在著不同程度的“重智輕體”的現(xiàn)象，也有“四肢發(fā)達(dá)、頭腦簡單”等一些錯誤觀念，運(yùn)動作為一種提高兒童執(zhí)行功能的有效手段，亟待普及。國內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，不同的運(yùn)動方式對兒童執(zhí)行功能的影響效應(yīng)是不同的。本文系統(tǒng)地梳理了多種不同方式的運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能的促進(jìn)作用和潛在機(jī)制，并對我國該領(lǐng)域未來的研究方向進(jìn)行了總結(jié)，為科學(xué)地設(shè)計(jì)運(yùn)動干預(yù)方案以改善兒童執(zhí)行功能提供參考。

1 執(zhí)行功能的構(gòu)成及發(fā)展

執(zhí)行功能是指負(fù)責(zé)組織和控制目標(biāo)導(dǎo)向性行為的高級認(rèn)知加工過程，能夠讓個體克服自動化的或者已建立的想法和反應(yīng)[4]。執(zhí)行功能的綜合模型認(rèn)為，基本的執(zhí)行功能成分包括抑制控制、工作記憶和認(rèn)知靈活性3個基本要素[5]。抑制控制主要是指通過克制習(xí)慣性反應(yīng)、控制注意力和情緒等來克服個體內(nèi)在沖動和外部吸引，使個體適應(yīng)沖突性環(huán)境，是執(zhí)行功能的主要領(lǐng)域[6]。抑制控制對人類的行為非常重要，例如，一項(xiàng)縱向研究跟蹤了1 000名同年同地區(qū)出生的孩子長達(dá)32年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在控制了兒童時期的智商、性別、父母的社會經(jīng)濟(jì)地位和家庭環(huán)境等影響因素之后，3～11歲時抑制控制能力表現(xiàn)較差的孩子，他們在30年后會出現(xiàn)身體更差，賺錢更少，更不快樂，犯罪行為更多等情況，早期階段的抑制控制能力對兒童未來發(fā)展的影響是線性的、漸變的[7]。工作記憶是指個體保持信息并對其進(jìn)行加工的能力，有助于個體理解言語信息和事情的因果聯(lián)系。個體理解隨著時間推移而發(fā)生的事情是很關(guān)鍵的，這要求大腦必須能夠記住之前發(fā)生的事情，并把他們跟當(dāng)下的情形聯(lián)系起來；因此，工作記憶對讀到的還是聽到的言語信息的理解是很重要的，它也會在重新排序(例如重新建立一個日程表)、理解因果、從零散的信息中推斷出一般性結(jié)論或從舊觀點(diǎn)中得出新的聯(lián)系等精神活動中起到作用[8]。認(rèn)知靈活性主要指個體轉(zhuǎn)換視角、多角度思考問題及進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整的能力，是執(zhí)行功能最復(fù)雜的成分，建立在反應(yīng)抑制和工作記憶這2個成分的基礎(chǔ)上[9]。認(rèn)知靈活性對個體發(fā)展和環(huán)境適應(yīng)起著重要作用，比如靈活地應(yīng)對生活中的突發(fā)狀況、適應(yīng)新情境，在學(xué)習(xí)中能夠舉一反三等。

執(zhí)行功能的3個成分，即工作記憶、抑制控制和認(rèn)知靈活性發(fā)展軌跡是不同的，其中最先快速發(fā)展的是行為和動作的抑制控制能力，之后是認(rèn)知靈活性和工作記憶[9-10]。關(guān)于抑制控制發(fā)展的研究表明，抑制控制在兒童的學(xué)齡前階段發(fā)展快速，尤其是5～8歲期間兒童的動作及認(rèn)知抑制任務(wù)分?jǐn)?shù)明顯提升[11]，8歲以后兒童基本抑制能力的提升空間已經(jīng)非常小，但抑制能力測試的速度和準(zhǔn)確性可以繼續(xù)得到改善[12]。關(guān)于工作記憶發(fā)展的研究表明，學(xué)齡前兒童就已經(jīng)擁有在頭腦中短暫保持信息的能力，發(fā)展水平與年齡相關(guān)[13]。由于兒童時期大腦相關(guān)腦區(qū)的體積在持續(xù)增長，這使得兒童在簡單工作記憶任務(wù)上的表現(xiàn)得到大幅度提升[14]，兒童復(fù)雜工作記憶任務(wù)的表現(xiàn)從9歲左右開始穩(wěn)步提高，持續(xù)發(fā)展至青春期[15]。關(guān)于認(rèn)知靈活性發(fā)展的研究表明：2歲以前的幼兒已經(jīng)具有初步的認(rèn)知靈活性，但該能力從3～4歲才開始正式發(fā)展，此時兒童可以較好地完成規(guī)則簡單的轉(zhuǎn)換任務(wù)；6歲左右進(jìn)入快速發(fā)展的關(guān)鍵階段，復(fù)雜的任務(wù)轉(zhuǎn)換能力進(jìn)一步發(fā)展[16]，并隨著年齡增長而得到提高，于青春期階段發(fā)育成熟[17]?？偟膩碚f，人類執(zhí)行功能的發(fā)展需要一個較長的時間表，一般在青少年時期或成年早期的某個時間點(diǎn)發(fā)展成熟，尤其是兒童的5～12歲這一年齡階段，執(zhí)行功能的發(fā)展軌跡是不容被忽略的[14]。個體在兒童早期階段的執(zhí)行功能能力低下，往往預(yù)示著長大后的執(zhí)行功能問題；然而讓我們倍受鼓舞的是，兒童早期的執(zhí)行功能是可以通過訓(xùn)練或干預(yù)(例如有氧運(yùn)動、瑜伽等)得到提高的，因此，如何采取有效的干預(yù)措施提高兒童的執(zhí)行功能，成為近年來該研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)問題。

2 運(yùn)動與兒童的執(zhí)行功能發(fā)展

2.1 長期/短期運(yùn)動與執(zhí)行功能

運(yùn)動作為一種提高兒童執(zhí)行功能的干預(yù)手段，受到越來越多的兒童發(fā)展心理學(xué)家和運(yùn)動心理學(xué)家的關(guān)注，可以依據(jù)運(yùn)動干預(yù)方案實(shí)施周期的長短分為2大類：一是長期運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通常將被試隨機(jī)分配到持續(xù)幾周或更長時間的運(yùn)動干預(yù)組或?qū)φ战M，考察較長時間的運(yùn)動干預(yù)對兒童的執(zhí)行功能的影響；二是短時運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通常研究者將兒童隨機(jī)分配到一次持續(xù)10～60 min的有氧運(yùn)動干預(yù)組或?qū)φ战M，考察短時有氧運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能的即時效應(yīng)[18]。因此，首先回顧了長期和短期運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能的促進(jìn)作用。

早期研究者并沒有直接考察執(zhí)行功能這一結(jié)果變量，有研究者考察了長時運(yùn)動對兒童創(chuàng)造力的影響，研究以4～6年級154名兒童為被試，將他們隨機(jī)分配到為期12周、每周完成3個跑步訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)組和只參加學(xué)校常規(guī)體育課程的控制組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)跑步訓(xùn)練提高了兒童的創(chuàng)造力[19]。創(chuàng)造力可以反映兒童思維的靈活性和流暢性，繼而能反映他們的執(zhí)行功能水平[20]。Davis等[21]選取94名7～11歲的肥胖兒童為被試，進(jìn)行10～15周的運(yùn)動干預(yù)，隨機(jī)將兒童分配到3組，即控制組(無運(yùn)動)，運(yùn)動組1(運(yùn)動20 min)，運(yùn)動組2(運(yùn)動40 min)，采用認(rèn)知評估系統(tǒng)(CAS)評估兒童的認(rèn)知能力，包括計(jì)劃、注意、同時性加工和繼時性加工4個維度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有接受大劑量的運(yùn)動干預(yù)組的兒童，其計(jì)劃維度的得分顯著高于控制組，執(zhí)行功能的定義中涵蓋了計(jì)劃這一成分。同時，該研究在被試完成執(zhí)行功能任務(wù)時采用功能性磁共振成像技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)接受大劑量運(yùn)動訓(xùn)練的兒童，他們的前額葉活性也提高，證明運(yùn)動訓(xùn)練能夠影響兒童的執(zhí)行功能和潛在的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。江大雷等[22]研究了長期足球游戲?qū)W(xué)齡前兒童執(zhí)行功能的影響，將61名5～6歲兒童隨機(jī)分至對照組和實(shí)驗(yàn)組，進(jìn)行8周中等強(qiáng)度的足球游戲，實(shí)驗(yàn)前后測查兒童抑制控制(熊貓-獅子任務(wù)和雪地-綠草任務(wù))、工作記憶(科斯積木和反科斯積木任務(wù))和認(rèn)知靈活性(項(xiàng)目靈活選擇任務(wù))，結(jié)果發(fā)現(xiàn)長期運(yùn)動促進(jìn)了兒童執(zhí)行功能，提高其抑制控制能力。

上述幾項(xiàng)研究證明：長期運(yùn)動可以提高兒童的執(zhí)行功能，還有研究者采用短時運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考察了二者之間的關(guān)聯(lián)。陳愛國等[23]研究了短時中等強(qiáng)度的籃球運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能的影響，以130名4年級兒童為被試，干預(yù)時間分為8 min、15 min和30 min，分別采用Flanker任務(wù)、1-Back任務(wù)和More-odd shifting任務(wù)來評價兒童執(zhí)行功能的抑制、刷新和轉(zhuǎn)換3個子功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度的籃球運(yùn)動能夠提高兒童的執(zhí)行功能，但提高的程度與運(yùn)動持續(xù)時間有關(guān)，30 min的籃球運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能改善效果最好。Gabbard等[24]最早考察了短時運(yùn)動對兒童的執(zhí)行功能的影響，該研究以106名6年級兒童為被試，隨機(jī)讓兒童參與時長為20 min、30 min和50 min的劇烈運(yùn)動，在運(yùn)動前后分別測試兒童的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力。研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行50 min運(yùn)動之后，兒童的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力得到顯著提高，而數(shù)學(xué)運(yùn)算能力與執(zhí)行功能中的抑制、工作記憶緊密相關(guān)[25]。Hillman等[26]采用反應(yīng)時和腦電圖(EEG)等指標(biāo)比較了不同身體健康程度(依據(jù)運(yùn)動中測量的最大耗氧量、換氣比值等指標(biāo)來區(qū)分)的兒童的執(zhí)行功能水平，該研究招募20名平均年齡9.6歲的兒童為被試，讓兒童分別進(jìn)行20 min中等強(qiáng)度的步行和20 min不進(jìn)行任何活動的休息，之后采用Flanker任務(wù)測試兒童的抑制控制能力，采用WRAT-3測試他們的學(xué)業(yè)成績，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兒童的抑制控制得到提高。通過EEG數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動之后在前額區(qū)、腦中心區(qū)域和頂葉區(qū)域的P3波幅都有所增大，這說明被試的注意分配能力得到提高。通過被試完成視覺辨別任務(wù)時大腦活動的神經(jīng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，相對心肺健康程度較差的兒童，心肺健康程度較高的兒童反應(yīng)時更短，而且P3波幅更大，潛伏期更明顯，這表明其認(rèn)知加工過程速度更快。

2.2 認(rèn)知參與度不同的運(yùn)動與執(zhí)行功能

長期或短期運(yùn)動確實(shí)能夠?qū)和膱?zhí)行功能帶來積極影響，那么不同類型的運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能的提高程度是否相同？近些年，研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動類型調(diào)節(jié)著運(yùn)動與兒童認(rèn)知的關(guān)系[27]，認(rèn)知參與度高的運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能的影響更大[28]。例如，Budde等[29]研究了不同認(rèn)知要求的短時運(yùn)動對兒童注意力的影響，隨機(jī)將115名13～16歲的健康兒童分配到實(shí)驗(yàn)組和控制組，運(yùn)動干預(yù)任務(wù)包括10 min的雙手協(xié)調(diào)運(yùn)動，包括一些從足球等運(yùn)動里選取的協(xié)調(diào)性技能，例如平衡能力、對情境變化的反應(yīng)和調(diào)整能力等，控制組兒童進(jìn)行常規(guī)體育課程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與控制組兒童相比，實(shí)驗(yàn)組兒童的注意力分?jǐn)?shù)得到顯著提升，選擇性注意任務(wù)的準(zhǔn)確性更高，反應(yīng)時更短。在實(shí)驗(yàn)過程中，研究者使用心率監(jiān)測儀使2組兒童的運(yùn)動強(qiáng)度都在中等水平，但2組兒童的運(yùn)動任務(wù)的認(rèn)知參與程度是不同的，控制組兒童參與的簡單運(yùn)動只包括了重復(fù)性的動作，實(shí)驗(yàn)組兒童的雙手協(xié)調(diào)運(yùn)動更具技巧性，對兒童具有更大的挑戰(zhàn)性，需要依賴于大腦額葉的認(rèn)知控制和抑制自動化行為的參與；因此，僅10 min運(yùn)動也提高了兒童前額葉的神經(jīng)功能，使大腦為接下來的認(rèn)知任務(wù)做好準(zhǔn)備。陳愛國等[30]研究了不同形式的短時中等強(qiáng)度跳繩對兒童執(zhí)行功能的促進(jìn)作用，將116名小學(xué)生分配至個人跳繩組、合作跳繩組及對照組，運(yùn)動組進(jìn)行30 min的跳繩運(yùn)動，采用Flanker任務(wù)、1-back任務(wù)、More-odd shifting任務(wù)評價兒童抑制、刷新和轉(zhuǎn)換3個功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2個運(yùn)動組兒童執(zhí)行功能都得到提升，但合作跳繩組效果好于個人跳繩組。這是因?yàn)楹献魈K需要與同伴的互相配合、控制甩繩和跳繩節(jié)奏相互協(xié)調(diào)，包括了更多協(xié)調(diào)性動作。

此外，運(yùn)動干預(yù)時的背景環(huán)境也是運(yùn)動對兒童認(rèn)知功能產(chǎn)生影響的重要調(diào)節(jié)變量。有些團(tuán)體運(yùn)動(例如籃球或足球)本身就包含了復(fù)雜的認(rèn)知過程和社會互動，與孤立的個人運(yùn)動相比能夠帶給兒童更高的適應(yīng)性[31]；但是，目前鮮有研究根據(jù)認(rèn)知和社會因素的相互作用將運(yùn)動進(jìn)行分類，考察它們對兒童執(zhí)行功能的影響。動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[32]，豐富且具有挑戰(zhàn)性的運(yùn)動背景環(huán)境，對動物的神經(jīng)發(fā)育和認(rèn)知功能有更為積極的影響?？傊?，運(yùn)動對兒童大腦和執(zhí)行功能的影響依賴于具體運(yùn)動的類型和相應(yīng)的背景環(huán)境[32]。運(yùn)動的技能和背景環(huán)境的復(fù)雜性反映了兒童在運(yùn)動時認(rèn)知參與的程度，認(rèn)知參與度越高，對執(zhí)行功能的影響越大[33]。

2.3 體感游戲與兒童的執(zhí)行功能

如前所述，認(rèn)知參與度高的運(yùn)動對兒童的執(zhí)行功能能夠產(chǎn)生更大的影響，那么如何區(qū)分“認(rèn)知”和“運(yùn)動”2個因素對兒童的執(zhí)行功能所產(chǎn)生的影響？Best等最先利用“體感游戲”(exergame)區(qū)分運(yùn)動干預(yù)中的認(rèn)知因素和運(yùn)動因素，來確定這2個因素對兒童執(zhí)行功能的特異性影響和聯(lián)合效應(yīng)[33]。Exergame(體感游戲)是由Exercise和Game的合成詞，是一種人機(jī)交互性的視頻游戲，基于視頻動作捕捉和反應(yīng)追蹤技術(shù)，將身體動作即時反映到游戲系統(tǒng)中，顛覆了傳統(tǒng)的視頻游戲形式，能夠激發(fā)兒童的全身運(yùn)動，兒童既可以單獨(dú)游戲也可以組隊(duì)游戲，游戲難度根據(jù)兒童的技能水平而隨時調(diào)整。體感游戲可以使一些社會性心理障礙患者、對體育活動感到不愉悅和低自我效能感(尤其是肥胖兒童)的兒童，參與到體育活動中來[33]。體感游戲這一游戲方式的誕生，給運(yùn)動與兒童發(fā)展這一研究領(lǐng)域提供了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的新途徑。

Best共招募33名6～10歲的健康兒童為被試，采用2×2組內(nèi)設(shè)計(jì)，自變量分別是運(yùn)動因素和認(rèn)知因素，各有高低2個水平，組合出4種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，每個實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行1 h，采用觀察量表、問卷及ANT-C任務(wù)分別對兒童行為、運(yùn)動參與度和執(zhí)行功能進(jìn)行評估。發(fā)現(xiàn)單獨(dú)的“運(yùn)動”因素提高了兒童處理視覺空間沖突的效率，卻沒有發(fā)現(xiàn)單獨(dú)“認(rèn)知”因素的主效應(yīng)，運(yùn)動所帶來的生理喚醒對提高執(zhí)行功能有獨(dú)特作用，僅有認(rèn)知參與的活動，例如計(jì)算機(jī)游戲，至少在短期內(nèi)對執(zhí)行功能沒有效果。同時，與之前研究結(jié)論有所不同的是，該研究發(fā)現(xiàn)“運(yùn)動”與“認(rèn)知”的結(jié)合沒有比單獨(dú)的“運(yùn)動”帶來更大的效果，Best認(rèn)為可能原因是其研究中沒有將單獨(dú)運(yùn)動實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的認(rèn)知因素完全排除，因而掩蓋了運(yùn)動與認(rèn)知可能存在的交互作用，仍需利用體感游戲進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)證研究。

3 運(yùn)動促進(jìn)兒童執(zhí)行功能的潛在機(jī)制

運(yùn)動在類型、時長和強(qiáng)度上存在著較大的差異，目前，還沒有某一理論能夠全面解釋運(yùn)動影響兒童執(zhí)行功能發(fā)展的機(jī)制，但是，不同類型的運(yùn)動影響兒童執(zhí)行功能的途徑存在著明顯的不同，根據(jù)長期運(yùn)動、短時運(yùn)動及不同認(rèn)知要求的運(yùn)動來分別分析運(yùn)動與兒童執(zhí)行功能之間的潛在機(jī)制。

3.1 長期運(yùn)動促進(jìn)兒童執(zhí)行功能——神經(jīng)生理機(jī)制假說

長期運(yùn)動引起大腦結(jié)構(gòu)性的改變，近年來對嚙齒目動物的研究表明，一段時間的運(yùn)動會引起大腦學(xué)習(xí)與記憶相關(guān)腦區(qū)的變化，通過腦內(nèi)一些重要的生長因子的調(diào)節(jié)，引起新的神經(jīng)發(fā)育，比如在海馬回中[34]，在人體中存在類似的機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)，長期運(yùn)動使左、右前額葉皮層功能連接得到顯著提高，老年人前額葉區(qū)域的白質(zhì)和灰質(zhì)體積(本是隨著年齡而下降)增加[35]，特定區(qū)域腦血量增加[36]，而腦血量可以預(yù)測人的記憶表現(xiàn)。執(zhí)行功能與前額皮層密切相關(guān)，而運(yùn)動功能與小腦密切相關(guān)，腦功能成像研究發(fā)現(xiàn)，如果前額皮層活性降低，小腦活性也隨之降低，前額葉區(qū)域病變能夠?qū)е滦∧X內(nèi)的代謝減退，同樣小腦受損會導(dǎo)致額葉區(qū)域代謝減退；所以，這2個區(qū)域之間存在較強(qiáng)的神經(jīng)共活化作用，小腦對注意、工作記憶等神經(jīng)系統(tǒng)的影響也很大，但在研究中，運(yùn)動發(fā)展和認(rèn)知發(fā)展通常是分開研究的，被看做是獨(dú)立的。Diamond提出[37]：兒童運(yùn)動功能和認(rèn)知功能發(fā)展的聯(lián)系要比預(yù)想的更為緊密，從大腦神經(jīng)層面上兩者是相互交織的；因此，長期運(yùn)動通過作用于運(yùn)動-認(rèn)知相互關(guān)聯(lián)的大腦神經(jīng)機(jī)制來影響兒童的執(zhí)行功能。

3.2 短時運(yùn)動促進(jìn)兒童執(zhí)行功能——喚醒理論假說

短時運(yùn)動對認(rèn)知功能的影響機(jī)制源自于喚醒理論的假設(shè)，喚醒水平和認(rèn)知水平之間的關(guān)系呈倒U型，也就是說在一定范圍內(nèi)，認(rèn)知水平會隨喚醒水平的提高而提高。短時運(yùn)動能夠引起即刻的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的改變[38]，提高大腦的血流量，提高覺醒水平和認(rèn)知表現(xiàn)，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)為當(dāng)前或接下來的技能習(xí)取做好準(zhǔn)備[29]。生理喚醒使兒童的注意分配能力提高，在有干擾時能夠?qū)⒆⒁饬性谀繕?biāo)刺激物上，大腦釋放的神經(jīng)遞質(zhì)(例如多巴胺，去甲腎上腺素和5-羥色胺)的短暫變化能夠發(fā)揮短暫的神經(jīng)調(diào)節(jié)的影響[33]，提高執(zhí)行功能某些方面的表現(xiàn)。同時，腦血量的增加使腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)含量也得到提高[39]，BDNF與神經(jīng)元和突觸的生長有直接關(guān)聯(lián)，對短期的認(rèn)知表現(xiàn)起著重要的調(diào)節(jié)作用，被稱作是“大腦的優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)肥料”。近年來有研究發(fā)現(xiàn)短時運(yùn)動引起的周圍神經(jīng)系統(tǒng)中BDNF的提升與認(rèn)知尤其是記憶表現(xiàn)的提升顯著相關(guān)，因此，BDNF可能是調(diào)節(jié)短時運(yùn)動對認(rèn)知產(chǎn)生影響的潛在因素之一[40]。

3.3 認(rèn)知參與性的運(yùn)動促進(jìn)兒童執(zhí)行功能——神經(jīng)預(yù)活化機(jī)制

認(rèn)知參與度高、背景環(huán)境復(fù)雜的運(yùn)動不僅能夠促進(jìn)兒童的生理喚醒，還更大程度地帶來了認(rèn)知激活，能夠預(yù)活化與認(rèn)知相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這一機(jī)制體現(xiàn)在2個方面。

1)運(yùn)動本身對認(rèn)知的要求，當(dāng)任務(wù)難度較大而不是簡單的、是新穎的而非熟悉或經(jīng)過練習(xí)的、是變化而非固定的、必須集中注意力而非自動化的及需要快速反應(yīng)的時候，能夠促使小腦和前額葉區(qū)域活性提高[37]，協(xié)調(diào)性強(qiáng)、動作復(fù)雜的運(yùn)動包含了上述要素，在過程中對參與兒童提出認(rèn)知要求，預(yù)先活化了與認(rèn)知相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而提高兒童執(zhí)行功能任務(wù)的表現(xiàn)。

2)運(yùn)動情境對認(rèn)知的要求，例如進(jìn)行學(xué)習(xí)性、團(tuán)隊(duì)合作的運(yùn)動時，兒童需要運(yùn)用策略進(jìn)行合作、預(yù)判，完成動作目標(biāo)，適時調(diào)整策略等，這種非計(jì)劃性、隨機(jī)的情境干擾無形中增加了兒童運(yùn)用技能、完成動作的難度，需要兒童更努力地思考如何處理一些出乎意料的特殊情況，克服大腦的自動化加工。這一過程提出了較高的認(rèn)知及社會互動的要求，需要調(diào)動與執(zhí)行功能相關(guān)的神經(jīng)回路參與，使前額葉區(qū)域活性水平提高，與兒童完成執(zhí)行功能任務(wù)對大腦神經(jīng)系統(tǒng)的要求類似，所以執(zhí)行功能水平得到提高。

4 關(guān)于未來研究的建議

在我國，學(xué)校和家庭教育存在著“重智輕體”的現(xiàn)象，也存在著“四肢發(fā)達(dá)、頭腦簡單”的錯誤觀念，運(yùn)動作為一種提高兒童執(zhí)行功能的有效手段，亟待普及；但是國內(nèi)外該領(lǐng)域的實(shí)證研究在研究設(shè)計(jì)、運(yùn)動類型、執(zhí)行功能的評估和樣本特征上存在著很大的不同，導(dǎo)致研究結(jié)果也存在著一定的分歧[41]。

4.1 加強(qiáng)對特殊兒童群體的運(yùn)動干預(yù)研究

由于前額皮層和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展緩慢，一些兒童的執(zhí)行功能會出現(xiàn)功能性障礙[37]，但是兒童的執(zhí)行功能可以通過環(huán)境改變和干預(yù)措施得到改善，這是一個很有實(shí)踐價值和社會意義的研究領(lǐng)域，特別是對于患有發(fā)展性障礙的兒童，例如注意力缺陷障礙、自閉癥[9]。注意力缺陷障礙兒童(ADHD)幾乎所有執(zhí)行功能任務(wù)的表現(xiàn)都受到影響，其中最明顯的是抑制控制、工作記憶和計(jì)劃能力[37,42]，運(yùn)動干預(yù)是改善注意力缺陷障礙兒童的認(rèn)知表現(xiàn)和行為癥狀的重要方法。Diamond對注意力缺陷障礙兒童進(jìn)行了短時運(yùn)動干預(yù)，發(fā)現(xiàn)其在信息加工、抑制控制及計(jì)劃能力等方面都得到了提高[37]，還有研究發(fā)現(xiàn)短時運(yùn)動對ADHD患者的抑制控制能力有獨(dú)特作用[43]。自閉癥兒童(ASD)的執(zhí)行功能受損主要表現(xiàn)在思維靈活性、注意力及腹內(nèi)側(cè)前額皮層的相關(guān)功能上，例如計(jì)劃、抑制刺激等[44]，其中50%的自閉癥兒童也存在運(yùn)動能力的缺陷，難以完成簡單的目標(biāo)導(dǎo)向性動作[37,45]。運(yùn)動干預(yù)可以提高自閉癥兒童的運(yùn)動能力、社會互動和社會適應(yīng)能力，例如體感游戲能夠迅速提高自閉癥兒童的執(zhí)行功能[46]。研究發(fā)現(xiàn)，小腦和前額皮層的活性水平顯著正相關(guān)，存在神經(jīng)共活化(co-activation)作用[37]，這可能是運(yùn)動改善自閉癥兒童執(zhí)行功能的潛在機(jī)制。未來需要更多的實(shí)驗(yàn)研究來證明具體哪些運(yùn)動能夠給發(fā)展性障礙兒童帶來更大的認(rèn)知提升，并進(jìn)一步揭示發(fā)展性障礙與執(zhí)行功能之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制。

4.2 從發(fā)展的角度考察運(yùn)動經(jīng)歷對兒童執(zhí)行功能發(fā)展的影響

執(zhí)行功能與運(yùn)動的聯(lián)系可以追溯到嬰兒時期，嬰兒身體動作能夠促進(jìn)早期的認(rèn)知發(fā)展，為其注意力、認(rèn)知靈活性等發(fā)展奠定基礎(chǔ)[33]，說明兒童的執(zhí)行功能發(fā)展是一脈相承的；因而考察運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能的影響時，應(yīng)該考慮一個更大的發(fā)展歷程背景。通過發(fā)展的思維方式進(jìn)行干預(yù)研究，一方面可以幫助研究者們揭示每個執(zhí)行功能要素的發(fā)展軌跡及各個要素之間的關(guān)系，另一方面可以明確運(yùn)動對兒童執(zhí)行功能產(chǎn)生影響的性質(zhì)。例如運(yùn)動產(chǎn)生的影響與年齡增長所帶來的影響是否相似，早期的運(yùn)動經(jīng)歷對之后執(zhí)行功能的發(fā)展產(chǎn)生的影響是強(qiáng)的還是弱的，是長久的還是短暫的，如果效果能夠持續(xù)，能夠持續(xù)多久，在哪個方面持續(xù)，以及哪些因素影響效果持續(xù)的時間長短[8]。這些問題的解答可以使運(yùn)動與執(zhí)行功能兩者之間的關(guān)聯(lián)更加明確，所以，未來的研究需要檢驗(yàn)一個更長久的發(fā)展歷程[33]，以全面闡述運(yùn)動經(jīng)歷對未來兒童執(zhí)行功能發(fā)展的影響。

4.3 考察兒童的年齡與不同的運(yùn)動方式對兒童執(zhí)行功能的共同作用

年齡是運(yùn)動與執(zhí)行功能之間的重要調(diào)節(jié)因素[27]，對于年齡較小的兒童，運(yùn)動干預(yù)主要考驗(yàn)其動作協(xié)調(diào)性，而年齡較大的兒童則應(yīng)考驗(yàn)其計(jì)劃能力，不同類型的運(yùn)動適應(yīng)的年齡不同，在規(guī)則復(fù)雜的運(yùn)動中，年齡大的兒童可能獲益更大[33]。一方面，不同年齡的兒童神經(jīng)系統(tǒng)成熟度、發(fā)育狀況、荷爾蒙水平都不同，能夠完成的動作、理解的規(guī)則方面存在較大差異，所以為了優(yōu)化認(rèn)知參與，研究者在確定干預(yù)方案時需要將年齡因素納入考慮范圍，謹(jǐn)慎考慮兒童的發(fā)展水平；另一方面，能夠不斷挑戰(zhàn)兒童認(rèn)知能力的運(yùn)動能夠?qū)?zhí)行功能的提升產(chǎn)生最大的效果[8]。但是執(zhí)行功能各要素也遵循不同的發(fā)展軌跡，在某一個發(fā)展階段，可能某一種執(zhí)行功能要素會更容易受到運(yùn)動干預(yù)的影響；所以研究者還應(yīng)該考慮在某個年齡階段，哪一種運(yùn)動方式最能幫助兒童提高執(zhí)行功能[8]。

4.4 探討運(yùn)動方式對不同易感性兒童的心理社會功能的差異性影響

近年來，差別易感性假說(Differential Susceptibility Hypothesis)受到研究者的廣泛關(guān)注，該假說認(rèn)為一些兒童由于自身的行為、生理和基因等因素，比其他兒童具有更高的可塑性，他們不僅更易受消極環(huán)境的不利影響，而且更易受到積極干預(yù)的有利影響[47]；因此，兒童自身的特點(diǎn)可能是運(yùn)動干預(yù)對執(zhí)行功能作用的差異來源之一。目前，關(guān)于兒童自身特點(diǎn)與環(huán)境交互作用的理論模型還有“素質(zhì)-壓力模型”和“優(yōu)勢敏感性模型”，究竟哪一種理論模型更能解釋兒童的發(fā)展目前尚無定論，目前運(yùn)用最新的顯著性區(qū)域分析法[48]和新參數(shù)回歸模型[49]檢驗(yàn)3種模型的適應(yīng)性是當(dāng)前發(fā)展心理學(xué)的研究熱點(diǎn)；因此，未來研究我們將采用“兒童-環(huán)境”交互作用的研究思路，深入探討不同的運(yùn)動干預(yù)方式對不同易感性兒童的心理社會功能發(fā)展的差異性影響。

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Review on the Effects of Physical Activity on Children’s Executive Function

XING Shufen1,WANG Ruimeng1,WANG Xiaoyun2,YANG Yubing2

Executive function(EF) refers to the higher-order cognition that permits humans to behave in an adaptive and goal-directed fashion when completing complex tasks.It has been proved that EF can be improved by various activities.And how to improve children's EFs through effective interventions has become a hot issue of research in this field.Exercise is found to be one of effective ways to improve children’s EF,and will be of great benefit to the development of EF in infancy or childhood.First of all,exercises could be categorized based on the duration and the degree of cognitive engagement.And then the possible mechanisms underlie the link between exercise and EF will be discussed.Finally,suggestions are put forward for the future research directions in this field:1) to strengthen the movement of special children group intervention study;2) from the angle of the development of inspection campaign through its influence on the development of the children's executive function;3) the age of the child and different ways of movement combination of children's executive function;4) to explore ways of different susceptibility differences affect children's psychosocial function.

exercise;executive function;children;cognitive processes

2016-09-05

邢淑芬，女，博士，副教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動心理學(xué)。

單位：楊玉冰，男，博士，副教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動心理學(xué)。

1.首都師范大學(xué)，北京 100037；2.北京體育大學(xué)，北京 100084

1.Capital Normal University,Beijing 100037， China；2.Beijing Sport University,Beijing 100084，China.

G 804.8

1009-783X(2016)06-0566-06

A