急性中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生抑制能力影響的研究
——來自行為學(xué)與生理學(xué)的依據(jù)

朱風(fēng)書 周成林

1揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院（揚(yáng)州 225127）2上海體育學(xué)院（上海 200438）

急性中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生抑制能力影響的研究
——來自行為學(xué)與生理學(xué)的依據(jù)

朱風(fēng)書1周成林2

1揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院（揚(yáng)州 225127）2上海體育學(xué)院（上海 200438）

目的：從行為表現(xiàn)、生理反應(yīng)，以及大腦認(rèn)知加工方式等不同層面，考察急性中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生抑制能力的影響。方法：選取17名在校大學(xué)生為研究對(duì)象，采用組內(nèi)交叉設(shè)計(jì)，記錄并分析被試在進(jìn)行中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)或相同時(shí)間閱讀干預(yù)后，血液中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）的含量，以及完成改編版Go/Nogo任務(wù)的行為反應(yīng)和大腦活動(dòng)情況。結(jié)果：急性中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)后，大學(xué)生的行為抑制正確率提高，BDNF含量增加，代表抑制能力的腦電成分Nogo-N2和Nogo-P3效應(yīng)明顯。結(jié)論：急性中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效地促進(jìn)大學(xué)生群體的抑制能力，其機(jī)制可能在于對(duì)抑制信號(hào)的快速識(shí)別和認(rèn)知資源分配，以及更多的外周BDNF循環(huán)量。

急性有氧運(yùn)動(dòng)；大學(xué)生；抑制能力；腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子；事件相關(guān)電位

隨著科學(xué)研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能起到促進(jìn)作用[1]。抑制控制能力作為認(rèn)知功能的核心成分得到了廣泛研究，研究者通過問卷、認(rèn)知任務(wù)等方式，分別從行為反應(yīng)[2]或電生理反應(yīng)[3]進(jìn)行探討，從不同的層面得到了積極的結(jié)果，但目前仍缺少研究將行為反應(yīng)、生理反應(yīng)和大腦反應(yīng)進(jìn)行綜合考察，以得到從行為到生理不同層次的支持。

在心理學(xué)研究中，Go/Nogo實(shí)驗(yàn)是考察抑制能力的主要實(shí)驗(yàn)范式之一。在這一任務(wù)中，Go目標(biāo)作為經(jīng)常出現(xiàn)的刺激，要求被試做出快速反應(yīng)，同時(shí)形成一種傾

向性反應(yīng)；而Nogo目標(biāo)作為小概率刺激出現(xiàn)，就與Go目標(biāo)的傾向性反應(yīng)發(fā)生沖突，因此，要成功抑制Nogo目標(biāo)，需要被試具有良好的抑制能力。然而，經(jīng)典的Go/ Nogo范式對(duì)抑制能力的甄別效果并不理想[4]。Garavan等人通過增加工作記憶負(fù)荷在經(jīng)典Go/Nogo范式基礎(chǔ)上發(fā)展得到MS-Go/Nogo任務(wù)（modified standard Go/ Nogo task）[5]。在該任務(wù)中，字母X和Y以連續(xù)呈現(xiàn)方式提供給被試，要求被試記住出現(xiàn)的目標(biāo)刺激以及其前一個(gè)刺激，如果呈現(xiàn)的字母與前一字母相同，則不需要按鍵，即為Nogo目標(biāo)；反之，兩者不同時(shí)，則為Go目標(biāo)，要求被試按鍵反應(yīng)。同時(shí)MS-Go/Nogo范式得到了前人研究的認(rèn)可[6，7]，在抑制功能的考察中廣泛使用。

早期對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)抑制能力的研究，多數(shù)以執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)時(shí)的行為反應(yīng)作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。近幾年，隨著電生理學(xué)的不斷發(fā)展，事件相關(guān)電位技術(shù)（eventrelated potentials，ERP）在研究中得到廣泛使用。ERP技術(shù)具有高時(shí)間精度，可以很好地反映認(rèn)知加工過程中的大腦活動(dòng)特征。N2和P3是ERP成分中通常反映控制抑制的兩個(gè)指標(biāo)[8，9]。N2成分通常被認(rèn)為代表了被試對(duì)抑制信號(hào)的覺察能力，而相對(duì)于健康人群，抑制能力較弱或者有缺陷的群體表現(xiàn)出更小的N2波峰[10]。同時(shí)，P3成分則代表了大腦對(duì)認(rèn)知物記憶刷新和注意資源分析，也是對(duì)抑制信號(hào)的分析和加工[11]。因此，大部分探討控制能力的研究常常使用到N2和P3成分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以此評(píng)估不同群體間抑制控制能力的強(qiáng)弱[4，12]。鑒于此，本研究將采用ERP技術(shù)，通過N2和P3成分考察有氧運(yùn)動(dòng)影響大學(xué)生抑制能力的大腦加工特征。

關(guān)于有氧運(yùn)動(dòng)改善認(rèn)知的神經(jīng)機(jī)制方面，研究認(rèn)為有氧運(yùn)動(dòng)增加了大腦血流量，促進(jìn)了神經(jīng)可塑性，完善了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鏈接與傳遞，從而提高認(rèn)知能力[1]。其中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）、神經(jīng)生長因子和胰島素樣生長因子等都是已被廣泛研究的神經(jīng)可塑性介質(zhì)。BDNF是一種與認(rèn)知功能密切相關(guān)的腦源性蛋白質(zhì)，它是維持中樞神經(jīng)元和周圍神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的生存、生長、分化和增殖過程的必要條件，尤其保護(hù)神經(jīng)元、促進(jìn)突觸可塑性和提高神經(jīng)發(fā)生水平，對(duì)機(jī)體維持正常的認(rèn)知功能具有重要作用[13]。研究發(fā)現(xiàn)，健康成年人認(rèn)知能力與血清BDNF水平密切相關(guān)[14]，且輕度認(rèn)知障礙患者和亨廷頓氏病人（學(xué)習(xí)記憶及抑制能力損傷）血清BDNF水平顯著降低[15，16]。相反，提高血清BDNF水平，可以有效減緩以上腦疾病患者的認(rèn)知障礙[14]。因此，機(jī)體外周BDNF的循環(huán)水平可能是評(píng)價(jià)認(rèn)知功能狀況的生物學(xué)標(biāo)記物。另一方面，大量的人體和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，BDNF是運(yùn)動(dòng)鍛煉改善認(rèn)知的必需蛋白因子[17]。然而，關(guān)于BDNF與抑制能力關(guān)系的研究鮮有報(bào)道，運(yùn)動(dòng)是否通過改變BDNF水平影響抑制能力還不清楚。本研究應(yīng)用BDNF生理學(xué)指標(biāo)，結(jié)合行為學(xué)和ERP腦電指標(biāo)，試圖揭示有氧運(yùn)動(dòng)影響大學(xué)生抑制能力的可能機(jī)制。

本研究以普通大學(xué)生為研究對(duì)象，通過組內(nèi)交叉設(shè)計(jì)，采用MS-Go/Nogo任務(wù)，比較中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制控制能力的影響，從行為學(xué)、生理學(xué)、電生理學(xué)三個(gè)層面進(jìn)行比較分析，為有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)抑制控制能力提供理論支持和科學(xué)方法。

1 方法

1.1 研究對(duì)象

選取某高校大學(xué)生17人，年齡19～25歲，其中男性8人，女性9人，篩選研究對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）在身體活動(dòng)能力問卷（IPAR-Q問卷）調(diào)查中表現(xiàn)為身體活動(dòng)能力正常者；（2）身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）在18.5~23.5；（3）簡易瑞文推理智力量表評(píng)定結(jié)果為智力正常者；（4）裸眼視力或矯正視力正常。見表1。

表1 被試樣本基本情況

1.2 測量方法

1.2.1 BDNF含量測定

采用雙抗體夾心BA-ELISA法對(duì)血清BDNF蛋白水平進(jìn)行檢測，該試劑盒購買于美國R&D公司。人BDNF單克隆抗體包被于96微孔板底部，然后依次加入標(biāo)準(zhǔn)品、血清樣品、生物素化的抗人血清BDNF二抗、辣根過氧化物酶標(biāo)記的鏈霉親和素，室溫孵育2小時(shí)形成抗原抗體結(jié)合物，以及親和素-生物素-過氧化物酶復(fù)合物，然后洗板，加入底物TMB顯避光室溫孵育30 min，最后加入終止液硫酸顯黃色。黃色的深淺程度與血清中BDNF的濃度呈正比。酶標(biāo)儀570 nm處測定OD吸光度值，通過繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，換算出被試運(yùn)動(dòng)-閱讀干預(yù)后血清BDNF的濃度。

1.2.2 認(rèn)知行為測量

認(rèn)知任務(wù)選取MS-Go/Nogo范式，實(shí)驗(yàn)刺激包括兩種字母：X、Y，刺激呈現(xiàn)順序隨機(jī)。要求被試判斷當(dāng)前呈現(xiàn)刺激是否與前一刺激相同，即當(dāng)呈現(xiàn)的字母與前一個(gè)字母不同時(shí)（如XY……），則為Go試次，要求被試按“0”鍵反應(yīng)；如果呈現(xiàn)字母與前一字母相同（如XX……），則為Nogo試次，要求被試不按鍵（見圖1）。Go

試次與Nogo試次的比例為4：1，本實(shí)驗(yàn)一共有4個(gè)組塊，每個(gè)組塊包括200個(gè)試次，共800個(gè)試次，每個(gè)試次的呈現(xiàn)頻率為1 Hz，字母刺激呈現(xiàn)的最長時(shí)間為400 ms，按鍵結(jié)束試次。每個(gè)組塊間有5分鐘休息時(shí)間。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

1.2.3 認(rèn)知腦電測量

在被試完成Go/Nogo的認(rèn)知任務(wù)同時(shí)，進(jìn)行腦電數(shù)據(jù)采集，通過Brain Production Recorder完成，數(shù)據(jù)采樣率為1000 Hz，采用Ag/AgCL電極，按國際10-20系統(tǒng)擴(kuò)展的64導(dǎo)電極帽記錄EEG，以雙側(cè)乳突為參考電極，水平眼電（HEOG）置于右眼外側(cè)1厘米處，垂直眼電（VEOG）安置于左眼眶上方1厘米處，所有阻抗降至5 kΩ以下。記錄的電極點(diǎn)包括C3、C4、P3、P4、Fz、Cz、Pz、FC1、FC2、CP1、CP2、TP9、TP10、VEOG、HEOG15個(gè)。

腦電數(shù)據(jù)分析由Brain Production Analyzer軟件離線完成，以雙側(cè)耳后乳突的平均電位為參考，去除50 Hz市電，數(shù)字濾波為1～24 Hz帶通，自動(dòng)校正眨眼偽跡，自動(dòng)排除±80 μV范圍外的波幅。分析時(shí)程為刺激呈現(xiàn)前200 ms至后800 ms，以反應(yīng)刺激出現(xiàn)前200 ms的均值校正基線。分別疊加兩組被試在Go和Nogo兩種條件下正確反應(yīng)的有效波段。并根據(jù)前人文獻(xiàn)及腦地形圖，分析N2成分在200～320 ms的平均波峰和P3成分在320～450 ms的平均波峰。對(duì)N2成分和P3成分均選取Fz、FCz、Cz、CPz四個(gè)電極點(diǎn)。

1.3 研究過程

本實(shí)驗(yàn)采用組內(nèi)交叉設(shè)計(jì)，將17名被試分為兩組，所有被試均需完成基本情況測試、運(yùn)動(dòng)干預(yù)和閱讀干預(yù)三次測驗(yàn)，其中，兩組的運(yùn)動(dòng)干預(yù)和閱讀干預(yù)處理順序在被試間進(jìn)行平衡。實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行三次測試，首次測試為基本情況測試，被試到達(dá)實(shí)驗(yàn)室后，先測量其身高和體重，隨后完成IPAR-Q問卷和簡易瑞文推理智力量表。經(jīng)過以上指標(biāo)的篩選，入選被試在分組后進(jìn)入后兩次測試。一組被試先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)，另一組對(duì)應(yīng)完成閱讀干預(yù)，在10天后的第三次測試中，兩組的處理方案進(jìn)行對(duì)換。此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)用以消除測試的學(xué)習(xí)效應(yīng)和順序效應(yīng)[18]。同時(shí)，兩次測試所進(jìn)行的場所和時(shí)間保持一致。見表2。

表2 組內(nèi)交叉設(shè)計(jì)的被試間平衡

在被試的運(yùn)動(dòng)干預(yù)中，采用美國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)會(huì)（ACSM）3分鐘靜息狀態(tài)下的心率換算出每名被試在中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)的心率區(qū)間值，以便在運(yùn)動(dòng)中調(diào)節(jié)并監(jiān)控運(yùn)動(dòng)負(fù)荷[19]。結(jié)合國內(nèi)以大學(xué)生為研究對(duì)象的相關(guān)研究[20]，將大學(xué)生中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)負(fù)荷設(shè)定為個(gè)體60%~69%的最大心率（heart rate max，HR max），其中最大心率由公式HR max=220－年齡獲得。

正式實(shí)驗(yàn)階段，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)的被試完成所有腦電準(zhǔn)備工作，隨后所有被試通過指導(dǎo)語和練習(xí)先熟悉認(rèn)知任務(wù)后，運(yùn)動(dòng)干預(yù)組在功率自行車（瑞典MONARK 834）上進(jìn)行30分鐘中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度以基本情況測試中所獲得的心率區(qū)間值通過心率表（芬蘭RS800CXSD）進(jìn)行監(jiān)控；同時(shí)閱讀干預(yù)組在相同時(shí)間內(nèi)對(duì)讀者文摘進(jìn)行閱讀。在運(yùn)動(dòng)/閱讀結(jié)束后，連接好腦電儀器后，在Dell19寸顯示器上完成認(rèn)知任務(wù)。任務(wù)時(shí)間約20分鐘。行為測試結(jié)束后，肘靜脈采血5 ml，－20℃度凍存，待生化分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用社會(huì)統(tǒng)計(jì)分析軟件包SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。首先通過配對(duì)t檢驗(yàn)，驗(yàn)證組內(nèi)交叉設(shè)計(jì)的順序效應(yīng)成陰性后，進(jìn)一步對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。隨后，以干預(yù)因素（運(yùn)動(dòng)和閱讀）為組內(nèi)變量，采用配對(duì)t檢驗(yàn)對(duì)BDNF指標(biāo)和行為指標(biāo)（Go反應(yīng)時(shí)和正確率、Nogo正確率）進(jìn)行分析；對(duì)ERP數(shù)據(jù)中的N2和P3平均波峰進(jìn)行2（干預(yù)因素：運(yùn)動(dòng)、閱讀）×2（測試任務(wù)：Go、Nogo）×4（電極點(diǎn)：Fz，F(xiàn)Cz，Cz，CPz）的三因素重復(fù)測量方差分析。對(duì)不滿足球形檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)變量采用Greenhouse Geisser進(jìn)行矯正，事后比較采用Bonferroni法。以P< 0.05為差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 序列效應(yīng)檢驗(yàn)

以Go任務(wù)的反應(yīng)時(shí)、正確率，Nogo任務(wù)的正確率和BNDF指標(biāo)為因變量，分別對(duì)兩組被試在前后兩次測試中各的成績（即運(yùn)動(dòng)A組vs.運(yùn)動(dòng)B組，閱讀A組vs.閱讀B組）進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前后兩次成績均不存在顯著性差異（P>0.05）。由此認(rèn)為，本研究的交叉設(shè)計(jì)不存在順序效應(yīng)，并對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，得到各時(shí)段的結(jié)果。

2.2 行為結(jié)果

以組別為自變量，以Go任務(wù)的反應(yīng)時(shí)、正確率和

Nogo任務(wù)的正確率為因變量的配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果表明（表3）：兩組的Go任務(wù)的正確率均高于95%，且運(yùn)動(dòng)干預(yù)顯著高于閱讀干預(yù)[t（32）=2.522，P=0.017]；Go任務(wù)的反應(yīng)時(shí)不存在組間顯著差異[t（32）=－0.925，P=0. 362]；運(yùn)動(dòng)干預(yù)的抑制成功率顯著性高于閱讀干預(yù)[t（32）=9.520，P<0.001]。見表3。

表3 運(yùn)動(dòng)干預(yù)和閱讀干預(yù)Go任務(wù)反應(yīng)時(shí)和Nogo任務(wù)正確率比較

以上結(jié)果提示，運(yùn)動(dòng)干預(yù)與閱讀干預(yù)在Go試次的反應(yīng)時(shí)間上不存在顯著性差異，但運(yùn)動(dòng)測試中表現(xiàn)出的正確率均高于閱讀測試，進(jìn)而被試在運(yùn)動(dòng)測試中表現(xiàn)出了更具優(yōu)勢的抑制能力。

2.3 生理結(jié)果

以組別為自變量，以血清BDNF含量為因變量，進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)測試外周血清BDNF含量顯著高于閱讀干預(yù)[t（32）=－10.340，P=0.000]，其BDNF含量約為安靜組大學(xué)生的3倍以上。見表4。

表4 運(yùn)動(dòng)干預(yù)和閱讀干預(yù)外周血清BDNF蛋白含量比較

為了探討運(yùn)動(dòng)干預(yù)后大學(xué)生外周血清BDNF濃度的升高是否與行為抑制改變有關(guān)，我們把所有被試運(yùn)動(dòng)前后數(shù)據(jù)做了皮爾森相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血清BDNF濃度與Nogo正確率顯著正相關(guān)（R2=0.625，P<0. 01），與Go正確率呈低相關(guān)性（R2=0.134，P=0.033），與Go反應(yīng)時(shí)沒有相關(guān)性（R2=0.003，P=0743）。見圖2。

圖2 血清BDNF濃度與個(gè)體抑制能力之間的相關(guān)關(guān)系

以上結(jié)果表明，中等強(qiáng)度急性有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)顯著提高了大學(xué)生外周血清的BDNF含量，并且運(yùn)動(dòng)干預(yù)后BDNF含量的增加與抑制能力的提高正相關(guān)。

2.4 腦電結(jié)果

運(yùn)動(dòng)干預(yù)與閱讀干預(yù)在進(jìn)行Go/Nogo任務(wù)中，Go條件和Nogo條件下大腦皮層不同區(qū)域所誘發(fā)的ERP波形存在差異。兩組均在200～320 ms左右誘發(fā)負(fù)波N2，在320～440 ms左右誘發(fā)正波P3。見圖3。

2.4.1 N2成分

以組別（閱讀干預(yù)和運(yùn)動(dòng)干預(yù)）為組間變量，實(shí)驗(yàn)任務(wù)（Go和Nogo）和額-中央?yún)^(qū)電級(jí)點(diǎn)（Fz，F(xiàn)Cz，Cz，Pz）為組內(nèi)變量，N2波峰為因變量進(jìn)行重復(fù)測量方差分析。結(jié)果顯示，組別主效應(yīng)顯著[F（1，32）=14.840，P=0. 001]，實(shí)驗(yàn)任務(wù)主效應(yīng)顯著[F（1，32）=34.096，P<0.001]，組別與實(shí)驗(yàn)任務(wù)交互作用顯著[F（1，32）=15.868，P<0. 001]，電級(jí)點(diǎn)主效應(yīng)不顯著，電極點(diǎn)與組別交互作用不顯著，電極點(diǎn)與任務(wù)交互作用不顯著。運(yùn)動(dòng)干預(yù)（－0.37 ±0.49 μV）的N2平均波幅顯著小于閱讀干預(yù)（2.28± 0.49 μV）（P=0.001）；Nogo任務(wù)（0.00±0.35 μV）的N2平均波幅顯著小于Go任務(wù)（1.92±0.41 μV）（P<0. 001）。簡單效應(yīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)干預(yù)中，Nogo任務(wù)（－1.98±0.49 μV）的N2平均波幅顯著小于Go任務(wù)（1.

25±0.58 μV）（P<0.001）；在Nogo任務(wù)中，運(yùn)動(dòng)干預(yù)（－1.98±0.49 μV）的N2潛伏期顯著小于閱讀干預(yù)（1.98 ±0.49 μV）（P<0.001）。

圖3 Go條件（左）和Nogo條件（右）Cz、FCz點(diǎn)的ERP波形圖

以組別（閱讀干預(yù)和運(yùn)動(dòng)干預(yù)）為組間變量，實(shí)驗(yàn)任務(wù)（Go和Nogo）和額-中央-頂區(qū)電級(jí)點(diǎn)（Fz，F(xiàn)Cz，Cz，Pz）為組內(nèi)變量，N2潛伏期為因變量進(jìn)行重復(fù)測量方差分析。結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)任務(wù)主效應(yīng)顯著[F（1，32）= 9.498，P=0.004]，電級(jí)點(diǎn)主效應(yīng)顯著[F（2.41，77.22）= 13.857，P<0.001]，組別與實(shí)驗(yàn)任務(wù)交互作用顯著[F（1，32）=14.568，P=0.001]，電極點(diǎn)與組別交互作用顯著[F（3，96）=3.34，P=0.023]，組別主效應(yīng)不顯著，電極點(diǎn)與任務(wù)交互作用不顯著。被試完成Go任務(wù)（233.35± 3.63 ms）的N2潛伏期顯著小于Nogo任務(wù)（246.74± 4.32 ms）（P=0.004）。簡單效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)干預(yù)中，Nogo任務(wù)（258.77±6.10 ms）的N2潛伏期顯著大于Go任務(wù)（228.81±5.13 ms）（P<0.001）；在Nogo任務(wù)中，運(yùn)動(dòng)干預(yù)（258.77±6.10 ms）的N2潛伏期顯著大于閱讀干預(yù)（234.77±6.10 ms）（P=0.009）。

以上結(jié)果提示，在代表對(duì)反應(yīng)或抑制信號(hào)覺察的早期加工階段，即N2成分上，運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)反應(yīng)刺激所誘發(fā)的平均波峰更小，但覺察抑制信號(hào)的時(shí)間更長。

2.4.2 P3成分

以組別（閱讀干預(yù)和運(yùn)動(dòng)干預(yù)）為組間變量，實(shí)驗(yàn)任務(wù)（Go和Nogo）和電級(jí)點(diǎn)（Fz、FCz、Cz、Pz）為組內(nèi)變量，P3波幅為因變量進(jìn)行重復(fù)測量方差分析。結(jié)果顯示，組別主效應(yīng)顯著[F（1，32）=36.835，P<0.001]，任務(wù)主效應(yīng)顯著[F（1，32）=40.321，P<0.001]，電極點(diǎn)主效應(yīng)顯著[F（1.91，61.12）=41.514，P<0.001]，組間與實(shí)驗(yàn)任務(wù)交互作用顯著[F（1，32）=17.221，P<0.001]，電極點(diǎn)與組間交互作用顯著[F（3，96）=7.593，P<0.001]，實(shí)驗(yàn)任務(wù)與電極點(diǎn)交互作用顯著[F（1.48，47.27）=11.877，P<0.001]。即運(yùn)動(dòng)干預(yù)（9.65±0.44 μV）誘發(fā)的P3平均波幅顯著大于閱讀干預(yù)（5.89±0.44 μV）（P<0.001）；Nogo任務(wù)（9. 32±0.42 μV）誘發(fā)的P3平均波幅顯著大于Go任務(wù)（6.21±0.37 μV）（P<0.001）；事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電極點(diǎn)誘發(fā)的P3平均波幅大小順序?yàn)镕z（5.93±0.34 μV）

（12.22±0.60 μV）誘發(fā)的P3平均波幅顯著大于Go任務(wù)（7.08±0.52 μV）（P<0.001）；在Go任務(wù)中，運(yùn)動(dòng)干預(yù)（7.08±0.52 μV）誘發(fā)的P3平均波幅顯著大于閱讀干預(yù)（5.35±0.52 μV）（P=0.025），在Nogo任務(wù)中，運(yùn)動(dòng)干預(yù)（12.22±0.60 μV）誘發(fā)的P3平均波幅顯著大于閱讀干預(yù)（6.42±0.60 μV）（P<0.001）。

以組別（閱讀干預(yù)和運(yùn)動(dòng)干預(yù)）為組間變量，實(shí)驗(yàn)任務(wù)（Go和Nogo）和電級(jí)點(diǎn)（Fz、FCz、Cz、Pz）為組內(nèi)變量，P3潛伏期為因變量進(jìn)行重復(fù)測量方差分析。結(jié)果顯示，任務(wù)主效應(yīng)顯著[F（1，32）=24.407，P<0.001]，實(shí)驗(yàn)任務(wù)與組別的交互作用顯著[F（1，32）=4.820，P=0.035]，電極點(diǎn)主效應(yīng)不顯著，組別主效應(yīng)不顯著，電極點(diǎn)與組別交互作用不顯著，實(shí)驗(yàn)任務(wù)與電極點(diǎn)交互作用不顯著。Nogo任務(wù)（365.16±4.50 ms）誘發(fā)的P3潛伏期顯著大于Go任務(wù)（342.48±4.48 ms）（P<0.001）。簡單效應(yīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)干預(yù)中，Nogo任務(wù)（371.41±6.36 ms）誘發(fā)的P3潛伏期顯著大于Go任務(wù)（338.65±6.33 ms）（P<0.001）。

以上結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)干預(yù)經(jīng)過30分鐘的急性有氧運(yùn)動(dòng)，其反應(yīng)抑制能力顯著大于閱讀干預(yù)（P3平均波幅更大），但對(duì)于抑制信號(hào)的加工速度上兩組并沒有顯著差異（P3潛伏期）。

3 討論

3.1 急性有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)增加大學(xué)生抑制控制的行為表現(xiàn)

通過對(duì)抑制能力的認(rèn)知行為測試發(fā)現(xiàn)，急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生在完成抑制控制任務(wù)時(shí)的反應(yīng)時(shí)不具有顯著影響。說明中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生的一般知覺能力不產(chǎn)生影響。這與前人的研究相一致。Dietrich在針對(duì)健康人群的研究中也同樣未發(fā)現(xiàn)對(duì)知覺反應(yīng)時(shí)的提高作用[21]，在長期的有氧運(yùn)動(dòng)也與急性的中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出一樣的作用，對(duì)于腦功能受損的患者，長期的有氧運(yùn)動(dòng)作用未能在知覺能力上得到體現(xiàn)[22]。但與反應(yīng)時(shí)不同的是，急性有氧運(yùn)動(dòng)后，大學(xué)生在完成抑制任務(wù)時(shí)的正確率得到顯著提升。急性有氧運(yùn)動(dòng)有效地促進(jìn)了大學(xué)生的一般抑制能力。而這一結(jié)果也在前人對(duì)于健康群體[23]、老年人群體[24]和大腦受損群體[25]的研究中得到證實(shí)。因此，大學(xué)生群體有氧運(yùn)動(dòng)后抑制能力的增強(qiáng)可以有效地增強(qiáng)其自控能力，進(jìn)而減少大學(xué)生群體不良行為習(xí)慣的發(fā)生。綜上，我們認(rèn)為急性有氧運(yùn)動(dòng)可以有效改善普通大學(xué)生群體的抑制能力。

3.2 急性運(yùn)動(dòng)干預(yù)增加大學(xué)生血清中BDNF含量

為了探討急性有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大學(xué)生抑制能力與外周血清BDNF之間的關(guān)系，我們對(duì)大學(xué)生運(yùn)動(dòng)干預(yù)后血清BDNF的含量進(jìn)行了ELISA定量檢測。結(jié)果表明，急性有氧運(yùn)動(dòng)顯著提高了大學(xué)生血清BDNF濃度（約為閱讀干預(yù)的3倍以上），且與抑制能力的提高顯著正相關(guān)。這提示，急性有氧運(yùn)動(dòng)提高機(jī)體的抑制能力，可能與外周血清BDNF增加有關(guān)。

BDNF是神經(jīng)營養(yǎng)因子家族成員之一，具有神經(jīng)營養(yǎng)與保護(hù)功能，以及促進(jìn)神經(jīng)可塑性。關(guān)于運(yùn)動(dòng)增加外周BNDF含量改善認(rèn)知功能，已被大量臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所證明[17]。然而，也存在不一致的報(bào)道，即運(yùn)動(dòng)鍛煉促進(jìn)認(rèn)知的作用與外周血清BDNF含量不具有相關(guān)性[26，27]。究其原因，F(xiàn)erris等人[28]指出，運(yùn)動(dòng)通過增加外周血清BDNF含量促進(jìn)認(rèn)知，具有運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度依賴性。該研究發(fā)現(xiàn)，在自我運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度感覺（RPE）為10的時(shí)候（輕松），個(gè)體BDNF含量是不會(huì)發(fā)生明顯變化的，只有當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增加到RPE為14的時(shí)候（稍吃力），BDNF含量才會(huì)發(fā)生改變。這提示，運(yùn)動(dòng)改善認(rèn)知依賴于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)中，我們采用60%~69%最大心率的中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)顯著增加個(gè)體外周血清BDNF含量。運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的外周血清BDNF可能通過影響中腦邊緣系統(tǒng)的突觸可塑性，促進(jìn)認(rèn)知功能，提高執(zhí)行功能，進(jìn)而改善抑制能力。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為今后開展運(yùn)動(dòng)促進(jìn)抑制能力的BDNF假說提供了研究思路。同時(shí)，需要指出的是，我們的結(jié)果僅說明運(yùn)動(dòng)提高抑制能力與BDNF增加具有相關(guān)性，不能說明兩者之間的因果關(guān)系，將來的研究可以從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中加入BDNF阻斷劑或者使用基因敲除的動(dòng)物，來驗(yàn)證BDNF是否為運(yùn)動(dòng)提高抑制能力的主要途徑。

3.3 急性有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)增加大學(xué)生抑制控制的電生理表現(xiàn)

在急性有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，N2成分體現(xiàn)了行為抑制相應(yīng)的反應(yīng)。在Nogo任務(wù)下誘發(fā)的N2波幅較Go任務(wù)更大，同時(shí)活動(dòng)條件誘發(fā)的N2波幅也較閱讀條件大。由此，在運(yùn)動(dòng)條件和Nogo條件下，N2波幅都相對(duì)增大。這一結(jié)果與前人研究一致。Folstein等人研究發(fā)現(xiàn)，前部皮層誘發(fā)的N2波幅與Nogo反應(yīng)具有高度的正相關(guān)[8]。而由Nogo刺激所誘發(fā)的N2波幅的改變也被認(rèn)為是對(duì)抑制功能反應(yīng)的優(yōu)勢指標(biāo)[29]。由此，額區(qū)的Nogo-N2波幅常被認(rèn)為是反映抑制能力的有效指標(biāo)，有氧運(yùn)動(dòng)能夠提高抑制能力，這與抑制相關(guān)的背外側(cè)前額葉皮層等腦區(qū)的激活相關(guān)。

除N2成分外，P3成分的差異在波峰和潛伏期上都得到體現(xiàn)。在運(yùn)動(dòng)任務(wù)中，所測得的P3成分顯著大于閱讀任務(wù)，這也與前人研究中所觀察到的P3效應(yīng)一致[17]。急性有氧運(yùn)動(dòng)之后P3波幅的增大反映了急性有氧運(yùn)動(dòng)引起了注意資源分配的增強(qiáng)，同時(shí)P3成分的源定位位于中扣帶回皮層的右后側(cè)[30]，與N2成分不同。

由此，相比N2成分，P3成分更多地反映了抑制加工的晚期階段。Hillman等報(bào)道了急性有氧運(yùn)動(dòng)會(huì)誘發(fā)青春期前兒童P3波幅增加，這很可能代表個(gè)體在此任務(wù)上分配了更多的注意資源。中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)不僅會(huì)引起大腦持久的形態(tài)變化，還會(huì)引起大腦即刻的化學(xué)變化，以提高大腦的喚醒水平提升運(yùn)動(dòng)者的認(rèn)知表現(xiàn)[31]。

因此，N2成分和P3成分表現(xiàn)出的電生理表現(xiàn)特征與行為結(jié)果和BDNF血液指標(biāo)保持了一致，在經(jīng)過30分鐘的中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)，普通大學(xué)生群體的抑制能力得到了提高。同時(shí)，本研究嚴(yán)格控制了鍛煉者有氧運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度以及時(shí)間，對(duì)于不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)和不同時(shí)長的有氧運(yùn)動(dòng)所可能帶來的抑制能力改善尚不清晰。因此，Nogo-N2波峰與有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度之間的關(guān)系還需要進(jìn)一步的研究加以確認(rèn)。

4 結(jié)論

急性有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效地促進(jìn)普通大學(xué)生群體的抑制能力，并且在行為表現(xiàn)、生理反應(yīng)和電生理反應(yīng)中得到支持。同時(shí)急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制能力促進(jìn)的機(jī)制在于對(duì)抑制信號(hào)的快速識(shí)別和認(rèn)知資源分配。

[1]Colcombe SJ，Erickson KI，Scalf PE，et al.Aerobic exercise training increases brain volume in aging humans.J Gerontol A Biol Sci Med Sc，2006，61（11）：1166-1170.

[2]DavisCL，TomporowskiPD，BoyleCA，etal.Effectsof aerobicexerciseonoverweightchildren'scognitive functioning：a randomized controlled trial.Res Q Exerc Sport，2007，78（5）：510-519.

[3]Dustman RE，Ruhling RO，Russell EM，et al.Aerobic exercise training and improved neuropsycholAogical function of older individuals.Neurobiol Aging，1984，5（1）：35-42.

[4]Yang B，Yang S，Zhao L，et al.An S.Event-related potentials in a Go/Nogo task of abnormal response inhibition in heroin addicts.Sci China C Life Sci，2009，52（8）：780-788.

[5]Garavan H，Ross T，Stein E.Right hemispheric dominance of inhibitory control：an event-related functional MRI study. Proc Natl Acad Sci U S A，1999，96（14）：8301-8306.

[6]Connolly CG，F(xiàn)oxe JJ，Nierenberg J，et al.The neurobiology of cognitive control in successful cocaine abstinence.Drug Alcohol Depend，2012，121（1）：45-53.

[7]Kaufman JN，Ross TJ，Stein EA，et al.Cingulate hypoactivity in cocaine users during a GO-NOGO task as revealed by event-related functionalmagneticresonanceimaging.J Neurosci，2003，23（21）：7839-7843.

[8]Folstein JR，Van Petten C.Influence of cognitive control and mismatch on the N2 component of the ERP：a review. Psychophysiology，2008，45（1）：152-170.

[9]Sokhadze E，Stewart C，Hollifield M，et al.Event-related potentialstudyofexecutivedysfunctionsinaspeeded reaction task in cocaine addiction.J Neuroth，2008，12（4）：185-204.

[10]Torres A，Catena A，Megías A，et al.Emotional and nonemotional pathways to impulsive behavior and addiction. Front Hum Neurosci，2012，7（2）：43.

[11]Polich J.Updating P300：an integrative theory of P3a and P3b.Clin Neurophysiol，2007，118（10）：2128-2148.

[12]Yu F，Ye R，Sun S，et al.Dissociation of neural substrates of response inhibition to negative information between implicit andexplicitfacialGo/Nogotasks：evidencefroman electrophysiological study.PLoS One，2014，9（10）：e109839.

[13]Adachi N，Numakawa T，Richards M，et al.New insight in expression，transport，andsecretionofbrain-derived neurotrophic factor：implications in brain-related diseases. World J BiolChem，2014，5（4）：409.

[14]Gunstad J，Benitez A，Smith J，et al.Serum brain-derived neurotrophic factor is associated with cognitive function in healthy older adults.J Geriatr Psychiatry Neurol，2008，21（3）：166-170.

[15]YuH，ZhangZ，ShiY，etal.Associationstudyofthe decreased serum BDNF concentrations in amnestic mild cognitive impairment and the Val66Met polymorphism in Chinese Han.J Clin Psychiatry，2008，69（7）：1104-1111.

[16]Ciammola A，Sassone J，Cannella M，et al.Low brain‐derivedneurotrophicfactor（BDNF）levelsinserumof Huntington'sdiseasepatients.AmJMedGenetB Neuropsychiatr Genet，2007，144（4）：574-577.

[17]Gomez‐Pinilla F，Hillman C.The influence of exercise on cognitive abilities.Compr Physiol，2013，3（1）：403–428

[18]朱風(fēng)書，周成林，陸穎之，王東石.中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生認(rèn)知控制能力的影響及時(shí)程效益.中國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2015，34（2）：175-180.

[19]Medicine ACoS.ACSM's guidelines for exercise testing and prescription[M].Williams&Wilkins，1995：HSS24.

[20]朱風(fēng)書，顏軍，陳愛國.中小強(qiáng)度健美操鍛煉對(duì)女大學(xué)生心理健康的影響.中國學(xué)校衛(wèi)生，2009，30（2）：139-141.

[21]DietrichA，SparlingPB.Enduranceexerciseselectively impairs prefrontal-dependent cognition.Brain Cogn，2004，55（3）：516-524.

[22]Buchman A，Boyle P，Yu L，et al.Total daily physical activity and the risk of AD and cognitive decline in older adults. Neurology，2012，78（17）：1323-1329.

[23]Guiney H，Machado L.Benefits of regular aerobic exercise for executive functioning in healthy populations.Psychon Bull Rev，2013，20（1）：73-86.

[24]Bherer L，Erickson KI，Liu-Ambrose T.A review of the effects of physical activity and exercise on cognitive and brain functions in older adults.J Aging Res，2013，doi：10.1155/2013/657508

[25]Pang TY，Hannan AJ.Enhancement of cognitive function in models of brain disease through environmental enrichment and physical activity.Neuropharmacology，2013，64：515-528.

[26]Schulz K-H，Gold SM，Witte J，et al.Impact of aerobic trainingonimmune-endocrineparameters，neurotrophic factors，quality of life and coordinative function in multiple sclerosis.J Neurol Sci，2004，225（1）：11-18.

[27]Castellano V，White LJ.Serum brain-derived neurotrophic factor response to aerobic exercise in multiple sclerosis.J Neurol Sci，2008，269（1）：85-91.

[28]Ferris LT，Williams JS，Shen C-L.The effect of acute exercise on serum brain-derived neurotrophic factor levelsand cognitive function.Med Sci Sports Exerc，2007，39（4）：728-734.

[29]Buzzell GA，F(xiàn)edota JR，Roberts DM，et al.The N2 ERP component as an index of impaired cognitive control in smokers.Neurosci Lett，2014，563：61-65.

[30]Huster R，Westerhausen R，Pantev C，et al.The role of the cingulate cortex as neural generator of the N200 and P300 in a tactile response inhibition task.Hum Brain Mapp，2010，31（8）：1260-1271.

[31]HillmanCH，PontifexM，The mansonJR.Acuteaerobic exercise effects on event-related brain potentials.Exerc Cognit Funct，2009，8：161-178.

Effects of Acute and Moderate-intensity Aerobic Exercises on Inhibiting Ability of College Students：Evidence from Behavior and Physiology

Zhu Fengshu1，Zhou Chenglin2
1 Institute of Physical Education，Yangzhou University，Yangzhou 225127，China 2 Department of Sports Psychology，Shanghai University of Sports，Shanghai 200438，China Corresponding Author：Zhou Chenglin，Email：chenglin_600@126.com

ObjectiveTo investigate the effects of acute and moderate-intensity aerobic exercises on inhibitory control of college students through analyzing the behavioral performances，physiological reactions and brain activities.Methods Seventeen college students were recorded the content of brain derived neurotrophic factor（BDNF）after completing a moderate-intensity aerobic exercises or a reading task.Then they performed a modified Go/Nogo task and both their behavioral response and electroencephalogram were record simultaneously.Results The results showed that the inhibition response accuracy and the contents of BDNF increased after the aerobic exercises of moderate intensity，and the Nogo-N2 and the Nogo-P3 changed significantly，reflecting effective inhibitory control.ConclusionThe inhibitory control ability is improved after the moderate-intensity aerobic exercises and it may be due to the more rapid recognition of inhibition signal，faster distribution of cognitive resources，and higher level of BNDF content in the blood circulation.

acute aerobic exercise，college students，inhibitory control，BDNF，ERP

2016.01.26

揚(yáng)州大學(xué)人文社科基金資助項(xiàng)目（xjj2014-48）；上海市科委地方院校能力建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目（13490503600）

周成林，Email：chenglin_600@126.com