11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶的影響：來(lái)自行為和腦成像研究的證據(jù)

陳愛(ài)國(guó)金柳朱麗娜熊軒王葦顏軍揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院（江蘇揚(yáng)州57）揚(yáng)州市第一人民醫(yī)院影像科（江蘇揚(yáng)州500）

11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶的影響：來(lái)自行為和腦成像研究的證據(jù)

陳愛(ài)國(guó)1金柳1朱麗娜1熊軒1王葦2顏軍1
1揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院（江蘇揚(yáng)州225127）2揚(yáng)州市第一人民醫(yī)院影像科（江蘇揚(yáng)州225001）

目的：探討11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶及其腦激活模式的影響，并揭示運(yùn)動(dòng)干預(yù)影響聾啞兒童工作記憶的神經(jīng)機(jī)制。方法：選取9～13歲聾啞兒童28名，將其隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行11周主要內(nèi)容為“花樣跑步+武術(shù)操+花樣跳繩”組合項(xiàng)目、中等強(qiáng)度、每周4次、每次30 min的運(yùn)動(dòng)干預(yù)，對(duì)照組在相同時(shí)間進(jìn)行常規(guī)的學(xué)習(xí)生活。采用2-back任務(wù)測(cè)評(píng)11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后聾啞兒童工作記憶行為表現(xiàn)的改變，使用功能磁共振成像技術(shù)考察11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后聾啞兒童工作記憶腦激活模式的變化。結(jié)果：（1）與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組聾啞兒童11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)后完成2-back任務(wù)的行為表現(xiàn)顯著提高（P＜0.01）。（2）11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，實(shí)驗(yàn)組聾啞兒童工作記憶腦激活模式中的左側(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)。結(jié)論：11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)可提高聾啞兒童工作記憶，其神經(jīng)機(jī)制是運(yùn)動(dòng)干預(yù)改善聾啞兒童的工作記憶腦激活模式。

體育運(yùn)動(dòng)；聾啞兒童；工作記憶；功能磁共振成像；實(shí)驗(yàn)研究

工作記憶（working memory，WM）是指在執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)過(guò)程中，對(duì)信息暫時(shí)儲(chǔ)存與加工的系統(tǒng)，是學(xué)習(xí)、記憶、決策、認(rèn)知控制等高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)的核心[1]，其發(fā)育不良會(huì)嚴(yán)重影響兒童身心健康發(fā)展及其成年后的社會(huì)成就[2]。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，聾啞兒童工作記憶發(fā)育存在遲滯，且與其學(xué)習(xí)成績(jī)差，易沖動(dòng)、自控力弱等行為問(wèn)題，自卑、偏激等各種心理障礙均顯著相關(guān)[3-5]。已有的研究也發(fā)現(xiàn)，工作記憶有特定的神經(jīng)基礎(chǔ)，具有可塑性，可以通過(guò)后天的訓(xùn)練得到提升或改善[6，7]。目前，改善聾啞兒童工作記憶的干預(yù)研究已成為前沿和熱點(diǎn)。

不斷增加的證據(jù)表明，適宜的體育運(yùn)動(dòng)既能夠發(fā)展正常兒童工作記憶，也能夠改善肥胖、注意力缺陷多動(dòng)障礙等特殊兒童的工作記憶；且為腦可塑性假說(shuō)、動(dòng)作經(jīng)驗(yàn)假說(shuō)、多途徑理論等理論所解釋[8，9]。目前，體育運(yùn)動(dòng)作為發(fā)展兒童工作記憶的有效手段漸被認(rèn)可和踐行。最近，陳愛(ài)國(guó)等以9～13歲聾啞兒童為研究對(duì)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，8周的花樣跳繩運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶有顯著促進(jìn)效果[10]。該研究首次證明體育運(yùn)動(dòng)也可作為一種改善聾啞兒童工作記憶的手段，但尚缺乏全面的科學(xué)證據(jù)支持該觀點(diǎn)，突出表現(xiàn)為尚未清楚揭示運(yùn)動(dòng)改善聾啞兒童工作記憶的神經(jīng)機(jī)制。

功能磁共振成像（functional magnetic resonance im?aging，fMRI）作為一種先進(jìn)的腦成像技術(shù)能夠無(wú)創(chuàng)和實(shí)時(shí)測(cè)量與勾勒腦活動(dòng)，是研究腦的結(jié)構(gòu)和功能的重要手段[11]，可為探索運(yùn)動(dòng)改善聾啞兒童工作記憶的神經(jīng)機(jī)制提供技術(shù)手段。借助fMRI的研究成果顯示，工作記憶有其特定的腦激活模式，額葉、頂葉和顳葉等腦區(qū)均有涉及，這些腦區(qū)間的功能分工和協(xié)作是工作記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)[12-14]；聾啞兒童不僅聽(tīng)覺(jué)和語(yǔ)言區(qū)域神經(jīng)系統(tǒng)及皮層存在發(fā)育不足，其工作記憶腦激活模式也存在發(fā)育不良，且這種不良的腦激活模式是導(dǎo)致聾啞兒童工作記憶發(fā)育遲滯的主要原因[15-17]。與此同時(shí)，來(lái)自認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，一些認(rèn)知干預(yù)訓(xùn)練對(duì)兒童工作記憶有顯著的提升作用，其神經(jīng)機(jī)制為工作記憶腦激活模式的改變[18]。因此，闡明運(yùn)動(dòng)改善聾啞兒童工作記憶神經(jīng)機(jī)制的關(guān)鍵在于揭示運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童不良工作記憶腦激活模式的積極影響。

綜上所述，本研究借助心理測(cè)量法和fMRI技術(shù)，探討11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶任務(wù)（2-back任務(wù)）行為表現(xiàn)及其腦激活模式的影響，并進(jìn)一步揭示運(yùn)動(dòng)改善聾啞兒童工作記憶的神經(jīng)機(jī)制，為全面闡明運(yùn)動(dòng)與聾啞兒童工作記憶關(guān)系提供新證據(jù)?；谝陨险J(rèn)識(shí)，本研究假設(shè)：（1）11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)能提高聾啞兒童完成2-back任務(wù)的行為表現(xiàn)、改善其工作記憶腦激活模式。（2）11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)通過(guò)改善聾啞兒童的工作記憶腦激活模式，進(jìn)而提高其工作記憶。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

從江蘇省A、B兩所特殊教育學(xué)校經(jīng)篩查選取9～13歲聾啞兒童28名。選取標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合聾啞兒童的標(biāo)準(zhǔn)[19]，可熟練使用手語(yǔ)；（2）無(wú)嚴(yán)重軀體疾病，無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)疾病、精神障礙及遺傳病史；（3）漢族；（4）右利手；（5）智力正常；（6）視力或矯正視力＞0.8，無(wú)色盲和色弱；（7）符合江蘇省揚(yáng)州市第一人民醫(yī)院腦成像中心磁共振掃描要求；（8）所有兒童家長(zhǎng)簽署知情同意書。本實(shí)驗(yàn)獲江蘇省揚(yáng)州市第一人民醫(yī)院倫理與人體保護(hù)委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)分組

實(shí)驗(yàn)分組采用抽簽法確定，A學(xué)校聾啞兒童為實(shí)驗(yàn)組，接受11周“花樣跑步+武術(shù)操+花樣跳繩”方案的干預(yù)；B學(xué)校聾啞兒童為對(duì)照組，在相同時(shí)間常規(guī)學(xué)習(xí)生活。經(jīng)過(guò)11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，實(shí)驗(yàn)組實(shí)際完成實(shí)驗(yàn)聾啞兒童為14名，對(duì)照組為12名。

基于已有研究發(fā)現(xiàn)個(gè)體年齡、性別、體重、心理水平[20，21]等人口學(xué)指標(biāo)會(huì)影響工作記憶。因此，需考察兩組聾啞兒童在這些因素上是否存在差異。兩組聾啞兒童人口學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果顯示：年齡[t（24）= 0.67；P=0.12＞0.05]、性別（χ2=0.004；P=0.95＞0.05）、體重指數(shù)（BMI）[t（24）=0.23；P=0.56＞0.05]、心理水平[社會(huì)能力t（24）=0.39；P=0.48＞0.05和行為問(wèn)題t（24）= 0.13；P=0.39＞0.05]等均不存在顯著性差異。結(jié)果說(shuō)明兩組聾啞兒童人口學(xué)各項(xiàng)指標(biāo)同質(zhì)。

表1 兩組聾啞兒童人口學(xué)指標(biāo)比較（M±SD）

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及程序

本研究為2（組別：實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組）×2（測(cè)試時(shí)間點(diǎn)：前測(cè)、后測(cè)）混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中組別為被試間因素，測(cè)試時(shí)間點(diǎn)（前測(cè)、后測(cè)）為被試內(nèi)因素。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)由3個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成：前測(cè)、運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案實(shí)施和后測(cè)。前測(cè)：運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案實(shí)施前進(jìn)行，完成首次2-back任務(wù)測(cè)量和fMRI掃描。運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案實(shí)施：實(shí)驗(yàn)組利用11周體育課外活動(dòng)時(shí)間，進(jìn)行“花樣跑步+武術(shù)操+花樣跳繩”干預(yù)，每周4次，對(duì)照組相同時(shí)間進(jìn)行常規(guī)的體育課外活動(dòng)。后測(cè)：方案實(shí)施結(jié)束后完成第2 次2-back任務(wù)測(cè)量和fMRI掃描。

1.4 “花樣跑步++武術(shù)操++花樣跳繩”運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案

設(shè)計(jì)思路：針對(duì)聾啞兒童群體身心特點(diǎn)，利用現(xiàn)有的課外活動(dòng)內(nèi)容（花樣跑步、武術(shù)操、花樣跳繩）價(jià)值，參考體育運(yùn)動(dòng)促進(jìn)兒童工作記憶的理論和研究成果，依據(jù)運(yùn)動(dòng)影響工作記憶的3個(gè)途徑：動(dòng)作特征、運(yùn)動(dòng)情景和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和實(shí)施運(yùn)動(dòng)方案[8，23-25]。具體思路：（1）動(dòng)作特征：每次課在動(dòng)作編排上包括豐富的促進(jìn)工作記憶發(fā)展的針對(duì)性動(dòng)作、新穎動(dòng)作和復(fù)雜動(dòng)作。（2）運(yùn)動(dòng)情景：教學(xué)中通過(guò)設(shè)置合作情景、多記憶點(diǎn)情景、多任務(wù)情景以及問(wèn)題情景等發(fā)展兒童工作記憶。（3）運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度：采用中等強(qiáng)度獲得促進(jìn)兒童工作記憶的最佳效果。

方案內(nèi)容：主要為花樣跑步、武術(shù)操和花樣跳繩3個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、練習(xí)和比賽，輔以少量的體育游戲，內(nèi)容同對(duì)照組；但如上“設(shè)計(jì)思路”所述，內(nèi)容實(shí)施過(guò)程通過(guò)動(dòng)作編排、運(yùn)動(dòng)情景設(shè)置以及運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度控制等手段重新設(shè)計(jì)。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為中等強(qiáng)度，運(yùn)動(dòng)干預(yù)期間聾啞兒童平均心率控制在（220?年齡）×（60%～69%）次/min范圍；運(yùn)動(dòng)頻率為每周4次；每次運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間為30 min。方案共持續(xù)11周，44次課。

方案實(shí)施：采用雙盲設(shè)計(jì)，以消除主觀偏差和無(wú)意識(shí)暗示對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。每次運(yùn)動(dòng)干預(yù)選取6名學(xué)生佩戴RS800CXSD型心率遙測(cè)儀（芬蘭產(chǎn)）監(jiān)控運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度；每次干預(yù)包括10分鐘花樣跑步，10分鐘武術(shù)操，10分鐘花樣跳繩3個(gè)內(nèi)容，每次干預(yù)的3個(gè)內(nèi)容順序采用抵消平衡法消除可能存在的順序效應(yīng)影響；以上干預(yù)總計(jì)44次，持續(xù)11周。

1.5 工作記憶任務(wù)及呈現(xiàn)

工作記憶任務(wù)：使用經(jīng)典的2-back任務(wù)評(píng)價(jià)工作記憶[26-28]，該任務(wù)包括0-back和2-back兩種任務(wù)狀態(tài)，2-back為工作記憶任務(wù)，0-back為對(duì)照任務(wù)且無(wú)需工作記憶。為適應(yīng)fMRI掃描，任務(wù)采用組塊設(shè)計(jì)（如圖1），共包括6個(gè)0-back組塊和5個(gè)2-back組塊。在0-back組塊中，屏幕中央會(huì)出現(xiàn)1～4四個(gè)數(shù)字，奇偶數(shù)各半并隨機(jī)出現(xiàn)，要求被試作奇偶判斷，奇數(shù)按A鍵，偶數(shù)按B鍵，奇偶判斷的每個(gè)組塊包含10個(gè)刺激，每個(gè)刺激為2 s（刺激呈現(xiàn)時(shí)間為1500 ms，2個(gè)刺激之間間隔500 ms），整個(gè)組塊持續(xù)時(shí)間為20 s；在2-back組塊中，屏幕中央會(huì)出現(xiàn)1～4四個(gè)數(shù)字，要求被試判斷當(dāng)前出現(xiàn)的字母與前面倒數(shù)第2位字母是否一致，一致按A鍵，不一致按B鍵，2-back每個(gè)組塊包含12個(gè)刺激，每個(gè)刺激為2 s（刺激呈現(xiàn)時(shí)間為1500 ms，2個(gè)刺激之間間隔500 ms），整個(gè)block持續(xù)時(shí)間為24 s。完成工作記憶任務(wù)的行為學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)為正確率和反應(yīng)時(shí)，正確率越高，工作記憶越好；反應(yīng)時(shí)越短，工作記憶越好。

任務(wù)呈現(xiàn)：任務(wù)由E-prime軟件編程，刺激儀呈現(xiàn)，聾啞兒童通過(guò)位于頭部的反光鏡看到呈現(xiàn)的刺激內(nèi)容。

圖1 2-back任務(wù)設(shè)計(jì)

1.6 fMRI fMRI掃描與圖像處理

fMRI掃描步驟：首先，參與實(shí)驗(yàn)的聾啞兒童進(jìn)入掃描等待室休息至少15分鐘，然后進(jìn)行2-back任務(wù)練習(xí)；接著休息30分鐘；最后，聾啞兒童平躺在磁共振儀內(nèi)完成2-back任務(wù)同時(shí)進(jìn)行MRI掃描。其中，2-back任務(wù)練習(xí)要求聾啞兒童清楚理解任務(wù)規(guī)則和要求（任務(wù)練習(xí)正確率≥60%），以減少潛在練習(xí)效應(yīng)的影響。

圖像采集：Siemens MAGNETOM Verio 3.0T超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)采集圖像。T1-MPRAGE結(jié)構(gòu)像掃描參數(shù)：TR/TE=1900/2.52 ms，TI=900 ms，厚度=1.00 mm，翻轉(zhuǎn)角=9°，采集矩陣=256*256，F(xiàn)OV=250*250 mm；任務(wù)功能磁共振掃描參數(shù)（平面回波脈沖序列掃描）：TR/ TE=2000/30 ms，層數(shù)=31，厚度=3.0 mm，間距=1 mm，翻轉(zhuǎn)角=90°，采集矩陣=64*64，F(xiàn)OV=200*200 mm。

圖像處理：采用基于SPM8的DPABI（http：//rfmri. org/dpabi）軟件包進(jìn)行時(shí)間校正、頭動(dòng)校正、配準(zhǔn)、分割、空間標(biāo)準(zhǔn)化和平滑處理（進(jìn)行8 mm×8 mm×8 mm半寬全高的高斯核函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，提高圖像的信噪比）。選用SPM8的DARTEL工具包為本研究每組圖像數(shù)據(jù)單獨(dú)做一個(gè)平均模板。預(yù)處理完成后，使用SPM8軟件包中的一般線性模型對(duì)聾啞兒童在工作記憶任務(wù)2-back＞0-back的腦激活區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，得到單個(gè)被試的工作記憶腦激活模式圖。

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS18.0的重復(fù)測(cè)量方差分析法，考察11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童完成2-back任務(wù)行為表現(xiàn)的影響。采用SPM8的Flexible factorial design的隨機(jī)效應(yīng)模型分析11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶腦激活模式的影響。使用DPABI繪圖插件呈現(xiàn)分析結(jié)果，采用AlphaSim多重比較對(duì)組分析結(jié)果進(jìn)行校正，所有結(jié)果選取統(tǒng)計(jì)閾值為P＜0.05，校正后體素水平（voxel lev?el）的統(tǒng)計(jì)閾值為P＜0.01，并得到存活的最小團(tuán)塊數(shù)（cluster size）。在激活簇范圍內(nèi)觀察體素值有顯著意義的區(qū)域所在的位置與坐標(biāo)，記錄激活區(qū)的激活范圍（用voxel level表示）及激活強(qiáng)度（用T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值“t”表示，t值越大，強(qiáng)度越高）。

2 結(jié)果

2.1 11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后聾啞兒童完成工作記憶任務(wù)的行為表現(xiàn)比較

對(duì)前測(cè)兩組被試完成2-back工作記憶任務(wù)的表現(xiàn)（見(jiàn)表2）進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組完成2-back任務(wù)狀態(tài)的正確率t（24）=0.90，P=0.38，不具有顯著性差異；反應(yīng)時(shí)t（24）=0.33，P=0.75，不具有顯著性差異。0-back任務(wù)狀態(tài)的正確率t（24）=0.17，P= 0.78，不具有顯著性差異；反應(yīng)時(shí)t（24）=?0.28，P=0.87，不具有顯著性差異。這說(shuō)明運(yùn)動(dòng)干預(yù)前實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組聾啞兒童的工作記憶具有同質(zhì)性。

表2 兩組前、后測(cè)工作記憶的行為學(xué)指標(biāo)結(jié)果比較

采用重復(fù)測(cè)量方差分析法分析11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后聾啞兒童工作記憶任務(wù)的行為表現(xiàn)變化，結(jié)果顯示：2-back任務(wù)狀態(tài)下反應(yīng)時(shí)指標(biāo)，組別主效應(yīng)[F（1，24）= 5.25；P=0.03]具有顯著性，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組2-back任務(wù)狀態(tài)行為表現(xiàn)具有顯著差異；時(shí)間主效應(yīng)[F（1，24）=21.73；P＜0.01]非常顯著，說(shuō)明2-back任務(wù)狀態(tài)行為表現(xiàn)有隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。時(shí)間×組別的交互作用[F（1，24）=15.8；P＜0.01]非常顯著，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組干預(yù)前后2-back任務(wù)的行為表現(xiàn)變化具有非常顯著性差異。再結(jié)合表2兩組前后測(cè)的工作記憶2-back任務(wù)的反應(yīng)時(shí)變化，可知11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童完成工作記憶2-back任務(wù)的反應(yīng)時(shí)指標(biāo)有顯著效果。2-back任務(wù)狀態(tài)正確率指標(biāo)，組別主效應(yīng)[F（1，24）=4.85；P=0.03]具有顯著性；時(shí)間主效應(yīng)[F（1，24）=18.48；P＜0.01]非常顯著。時(shí)間×組別的交互作用[F（1，24）= 2.25；P=0.15]不具有顯著性。然而進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，兩組后測(cè)的正確率存在顯著性差異t（1，24）=3.16；P= 0.004，且效果量為d=1.06＞0.8，以上結(jié)果表明，11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童完成工作記憶2-back任務(wù)的正確率指標(biāo)有效果。

0-back任務(wù)狀態(tài)反應(yīng)時(shí)指標(biāo)，組別主效應(yīng)[F（1，24）=0.24；P=0.53]不具有顯著性，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組0-back任務(wù)行為表現(xiàn)不具有顯著差異；時(shí)間主效應(yīng)[F（1，24）=14.79；P=0.001]非常顯著，說(shuō)明0-back任務(wù)狀態(tài)行為表現(xiàn)有隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。時(shí)間×組別的交互作用[F（1，24）=0.08；P=0.78]不具有顯著性，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組干預(yù)前后0-back任務(wù)的行為表現(xiàn)變化不具有顯著差異。再結(jié)合表2，兩組前后測(cè)的工作記憶0-back任務(wù)的反應(yīng)時(shí)變化，可知11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)未對(duì)實(shí)驗(yàn)組完成的工作記憶0-back任務(wù)狀態(tài)反應(yīng)時(shí)指標(biāo)產(chǎn)生影響。0-back任務(wù)狀態(tài)正確率指標(biāo)，組別主效應(yīng)[F（1，24）=0.34；P=0.57]不具有顯著性；時(shí)間主效應(yīng)[F（1，24）=3.16；P=0.09]不顯著。時(shí)間×組別的交互作用[F（1，24）=0.06；P=0.80]不具有顯著性。以上結(jié)果表明，11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)未對(duì)聾啞兒童完成工作記憶任務(wù)正確率指標(biāo)產(chǎn)生顯著效果。綜上兩方面結(jié)果顯示，從行為學(xué)指標(biāo)上看，11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)顯著提高了聾啞兒童完成工作記憶任務(wù)的行為表現(xiàn)。

2.2 11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后聾啞兒童工作記憶腦激活模式比較

采用SPM8的隨機(jī)效應(yīng)模型（Flexible factorial de?sign）對(duì)兩組前、后測(cè)腦激活模式數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析，探討11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)所致聾啞兒童工作記憶腦激活模式的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，時(shí)間×組別交互作用具有顯著性（統(tǒng)計(jì)閾值設(shè)置為P＜0.05，經(jīng)Alphasim校正，voxel level為P＜0.01和最小cluster size為267）的腦區(qū)為：左側(cè)額葉[背外側(cè)前額葉（Left Dorsolateral prefrontal cortex，LDLPFC）、額中回（Left Middle Frontal Gyrus，LMFG）、額下回（Left Inferior Frontal Gyrus，LIFG）]、左側(cè)頂葉[中央后回（Left Postcentral gyrus，LPoCG）]、左側(cè)顳葉[顳上回（Left Superior Temporal Gyrus，LSTG）、顳葉內(nèi)側(cè)（Medial Temporal Lobe，MTL）]、左側(cè)海馬（Left Hip?pocampus，LHIP）和右側(cè)后扣帶回（Right Posterior Cin? gulated Cortex，RPCC）等工作記憶腦區(qū)，且激活均增強(qiáng)（見(jiàn)圖2和表3）。

圖2 運(yùn)動(dòng)干預(yù)所致聾啞兒童工作記憶的腦激活模式變化

表3 運(yùn)動(dòng)干預(yù)所致聾啞兒童工作記憶腦激活模式改變的腦區(qū)

3 討論

本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)法探討了11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶及其腦激活模式的影響，兩組實(shí)驗(yàn)前測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在運(yùn)動(dòng)干預(yù)前兩組參與實(shí)驗(yàn)的聾啞兒童在人口學(xué)變量、身心發(fā)育特征以及工作記憶方面不存在顯著差異，可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)條件下的隨機(jī)分配是成功的。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)可能涉及到的各種混淆變量均加以控制，實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組的區(qū)別僅在于11周針對(duì)設(shè)計(jì)的組合運(yùn)動(dòng)方案干預(yù)，因此，可以認(rèn)為兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異是由11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)所致。

3.1 11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童完成工作記憶任務(wù)的行為表現(xiàn)影響

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，11周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)提高了聾啞兒童完成工作記憶任務(wù)的行為表現(xiàn)，該結(jié)果與已有研究結(jié)果[10]一致。本研究采用的“花樣跑步+武術(shù)操+花樣跳繩”運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案，依據(jù)體育運(yùn)動(dòng)促進(jìn)兒童工作記憶的理論和研究成果設(shè)計(jì)[8，29]，目的是針對(duì)性的提高聾啞兒童工作記憶，運(yùn)動(dòng)方案除具有趣味性、創(chuàng)造性、競(jìng)賽性等特點(diǎn)外，還對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)節(jié)奏、運(yùn)動(dòng)

3.2 11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶腦激活模式的影響

迄今為止，尚未有研究探討運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶腦激活模式的影響。盡管沒(méi)有直接證據(jù)，前期以fMRI為手段的腦成像研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)干預(yù)確實(shí)可以改變腦的可塑性。例如一次30分鐘的中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)能使兒童執(zhí)行功能腦激活模式發(fā)生變化[31]，可增加兒童靜息狀態(tài)下腦功能局部一致性[32]；15周運(yùn)動(dòng)干預(yù)能夠使得肥胖兒童雙側(cè)前額葉的激活水平增加，雙側(cè)后頂葉的激活水平下降[33]。本研究發(fā)現(xiàn)11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)使聾啞兒童在完成工作記憶任務(wù)時(shí)左側(cè)顳葉（顳上回、顳葉內(nèi)側(cè)），左側(cè)額葉（背外側(cè)前額葉、額中回、額下回），左側(cè)中央后回、左側(cè)海馬和右側(cè)后扣帶回等重要工作記憶腦區(qū)的激活增強(qiáng)。這說(shuō)明11周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以使聾啞兒童的工作記憶腦激活模式發(fā)生變化，改變其腦的可塑性。本研究結(jié)果首次揭示了運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)聾啞兒童工作記憶腦激活模式的影響，為運(yùn)動(dòng)與腦的可塑性關(guān)系增加了新的證據(jù)。規(guī)則有較高的要求，整個(gè)干預(yù)方案包含豐富的工作記憶操作，干預(yù)過(guò)程即反復(fù)練習(xí)和訓(xùn)練工作記憶過(guò)程，進(jìn)而使工作記憶得以提高[30]。由此，運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以提高聾啞兒童工作記憶的觀點(diǎn)再次得到驗(yàn)證。

3.3 11 11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)提高聾啞兒童工作記憶的神經(jīng)機(jī)制

運(yùn)動(dòng)干預(yù)提高聾啞兒童完成工作記憶任務(wù)的行為表現(xiàn)，其神經(jīng)機(jī)制是否涉及工作記憶腦激活模式的改變？來(lái)自其他學(xué)科領(lǐng)域?qū)和ぷ饔洃浀母深A(yù)研究發(fā)現(xiàn)：特定的干預(yù)訓(xùn)練方案對(duì)兒童工作記憶有顯著的提高或改善作用，其神經(jīng)機(jī)制是工作記憶腦激活模式的可塑性改變[6，7，18]。已有的運(yùn)動(dòng)與腦可塑性關(guān)系理論也指出，運(yùn)動(dòng)干預(yù)可通過(guò)改善腦的可塑性變化（結(jié)構(gòu)、激活模式、功能連接等），提高認(rèn)知功能[34-36]。且來(lái)自短時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)的干預(yù)研究已發(fā)現(xiàn)，一次20分鐘中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)能顯著改善女大學(xué)生工作記憶腦激活模式，進(jìn)而提高其完成2-back工作記憶任務(wù)的表現(xiàn)[37]。

本研究發(fā)現(xiàn)，11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)使聾啞兒童完成工作記憶任務(wù)時(shí)的行為表現(xiàn)提高，同時(shí)伴隨著左側(cè)額葉、左側(cè)頂葉、左側(cè)顳葉、左側(cè)海馬和右側(cè)后扣帶回等重要工作記憶腦區(qū)的激活增強(qiáng)。而已有的研究發(fā)現(xiàn)，額葉負(fù)責(zé)與頂葉、顳葉等工作記憶的重要腦區(qū)溝通與聯(lián)絡(luò)，協(xié)調(diào)和管理多個(gè)腦區(qū)的相互作用[28，38]；而額、頂葉的皮層活動(dòng)增強(qiáng)則與高工作記憶容量存在正相關(guān)[39]；顳葉在工作記憶中負(fù)責(zé)對(duì)言語(yǔ)和非言語(yǔ)信息進(jìn)行編碼和短暫的操縱，且在工作記憶中與額葉相互作用[40]；而海馬作為內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)的一部分，它的一個(gè)重要功能就是將當(dāng)前經(jīng)歷的事件形成新的記憶[41，42]，且海馬與頂葉皮層具有相互的功能連接[43]；后扣帶回是與其他腦區(qū)功能連接高度密切的重要腦區(qū)[44，45]，是個(gè)體調(diào)節(jié)與平衡機(jī)體內(nèi)、外部環(huán)境注意導(dǎo)向時(shí)的關(guān)鍵腦區(qū)[46，47]，其在工作記憶網(wǎng)絡(luò)中的皮層活動(dòng)越強(qiáng)意味著工作記憶表現(xiàn)越好[48]。因此，以上腦區(qū)激活強(qiáng)度的增加，意味著這些腦區(qū)的功能增強(qiáng)及其相互聯(lián)系的增加，即工作記憶腦激活模式發(fā)生了積極的可塑性變化，優(yōu)化和改善了聾啞兒童發(fā)育不良的工作記憶腦激活模式[7，40，49，50]。以上可知，運(yùn)動(dòng)干預(yù)使聾啞兒童工作記憶腦激活模式的左側(cè)額葉、左側(cè)頂葉、左側(cè)顳葉、左側(cè)海馬和右側(cè)后扣帶回的激活增強(qiáng)，促進(jìn)了額葉與顳葉相互聯(lián)系以及后扣帶回對(duì)額-頂網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和調(diào)節(jié)；而海馬區(qū)的激活增強(qiáng)則促進(jìn)了信息的加工與暫時(shí)存儲(chǔ)，最終使聾啞兒童的工作記憶得到提高。

綜上所述，11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)提高聾啞兒童的工作記憶，其神經(jīng)機(jī)制與工作記憶腦激活模式相關(guān)腦區(qū)激活增強(qiáng)有關(guān)，即運(yùn)動(dòng)干預(yù)通過(guò)改善聾啞兒童發(fā)育不良的腦激活模式，提高聾啞兒童工作記憶。本研究首次整合行為學(xué)和腦成像證據(jù)，較全面揭示了體育運(yùn)動(dòng)對(duì)聾啞兒童工作記憶的積極影響，拓展了該領(lǐng)域的研究視野，為深入了解運(yùn)動(dòng)與聾啞兒童工作記憶關(guān)系提供了新的證據(jù)。

4 小結(jié)

4.1 11周“花樣跑步+武術(shù)操+花樣跳繩”運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案能提高聾啞兒童完成工作記憶任務(wù)的表現(xiàn)，改善聾啞兒童發(fā)育不良的腦激活模式。

4.2 11周運(yùn)動(dòng)干預(yù)通過(guò)改善聾啞兒童的工作記憶腦激活模式，提高聾啞兒童的工作記憶。具體表現(xiàn)為：運(yùn)動(dòng)干預(yù)使聾啞兒童工作記憶腦激活模式中的左側(cè)額葉、左側(cè)頂葉、左側(cè)顳葉、左側(cè)海馬和右側(cè)后扣帶回等腦區(qū)的激活增強(qiáng)。

[1] Ma WJ，Husain M，Bays PM.Changing concepts of working memory[J].Nat Neurosci，2014，17（3）：347-356.

[2] Baddeley A.Working memory：theories，models，and contro?versies[J].Psychology，2012，63：1-29.

[3] Do?an M，Tüfek?io?lu Aü，Er N.The impact of early interven?tion on cognitive performances of children with typical devel?opment and with hearing loss：Working memory and short term memory[J].INT-JECSE，2013，5（2）：70-106.

[4] Marschark M，Peter CH.Deaf cognition：Foundations and out?comes[M].New York：Oxford University Press，2008：286-308.

[5] Lederberg AR，Schick B，Spencer PE.Language and literacy development of deaf and hard-of-hearing children：successes and challenges[J].Dev Psychol，2013，49（1）：15.

[6] Melby-Lerv?g M，Hulme C.Is working memory training effec?tive?A meta-analytic review[J].Dev Psychol，2013，49（2）：270.

[7] Klingberg T.Training and plasticity of working memory[J]. Trends Cogn Sci，2010，14（7）：317-324.

[8] 陳愛(ài)國(guó)，顏軍，殷恒嬋.提升兒童執(zhí)行功能的體育活動(dòng)方案開(kāi)發(fā)與實(shí)踐[M].長(zhǎng)沙：湖南人民出版社，2015：39-54.

[9] McMorris T，Sproule J，Turner A，et al.Acute，intermediate in?tensity exercise，and speed and accuracy in working memory tasks：a meta-analytical comparison of effects[J].Physiol Be?hav，2011，102（3）：421-428.

[10]陳愛(ài)國(guó)，蔣任薇，吉曉海，等.8周中等強(qiáng)度的花樣跳繩運(yùn)動(dòng)對(duì)聾啞兒童執(zhí)行功能的影響[J].體育與科學(xué)，2015，36（4）：105-109.

[11]陳愛(ài)國(guó)，席嘉辰，殷恒嬋，等.功能磁共振成像技術(shù)及其在運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究中的應(yīng)用[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2011，30 （5）：486-490.

[12] Baddeley A.Working memory：looking back and looking for?ward[J].Nat Rev Neurosci，2003，4（10）：829-839.

[13] Hampson M，Driesen NR，Skudlarski P，et al.Brain connectiv?ity related to working memory performance[J].J Neurosci，2006，26（51）：13338-13343.

[14] Owen AM，McMillan KM，Laird AR，et al.N-back working memory paradigm：A meta-analysis of normative functional neuroimaging studies[J].Hum Brain Mapp，2005，25（1）：46-59.

[15] Sharma A，Gilley PM，Dorman MF，et al.Deprivation-in?duced cortical reorganization in children with cochlear im?plants[J].Audiology，2007，46（9）：494-499.

[16] Ding H，Ming D，Wan B，et al.Enhanced spontaneous func?tional connectivity of the superior temporal gyrus in early deaf?ness[J].Sci Rep，2016，6：1-11.

[17] Sevy ABG，Bortfeld H，Huppert TJ，et al.Neuroimaging with near-infrared spectroscopy demonstrates speech-evoked ac?tivity in the auditory cortex of deaf children following cochlear implantation[J].Hear Res，2010，270（1）：39-47.

[18] Westerberg H，Klingberg T.Changes in cortical activity after training of working memory—a single-subject analysis[J]. Physiol Behav，2007，92（1）：186-192.

[19] 紀(jì)鋼.第二次全國(guó)殘疾人抽樣調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報(bào)（第二號(hào)）[J].中國(guó)殘疾人，2007，6：9.

[20] Pesce C，Crova C，Cereatti L，et al.Physical activity and men?tal performance in preadolescents：Effects of acute exercise on free-recall memory[J].Ment Health Phys Act，2009，2（1）：16-22.

[21] Tomporowski PD，Lambourne K，Okumura MS.Physical activ?ity interventions and children's mental function：an introduc?tion and overview[J].Prev Med，2011，52：S3-S9.

[22] 蘇林雁，李雪榮.Achenbach兒童行為量表的再標(biāo)準(zhǔn)化及效度檢驗(yàn)[J].中國(guó)心理衛(wèi)生雜志，1998（2）：67-69.

[23] Diamond A.Effects of physical exercise on executive func?tions：going beyond simply moving to moving with thought[J].Ann Sports Med Res，2015，2（1）：1011-1016.

[24] Best J R.Effects of physical activity on children’s executive function：Contributions of experimental research on aerobic exercise[J].Dev Rev，2010，30（4）：331-351.

[25] 潘家禮，殷恒嬋，陳愛(ài)國(guó)，等.運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)學(xué)習(xí)困難、正常小學(xué)生執(zhí)行功能影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].體育科學(xué)，2016，36（6）：84-91.

[26] Vuontela V，Steenari MR，Carlson S，et al.Audiospatial and visuospatial working memory in 6-13 year old school chil?dren[J].Learn Memory，2003，10（1）：74-81.

[27] Hammer R，Cooke GE，Stein MA，et al.Functional neuroimag?ing of visuospatial working memory tasks enables accurate de?tection of attention deficit and hyperactivity disorder[J].Clin NeuroImag，2015，9：244-252.

[28] Smith EE，Jonides J.Storage and executive processes in the frontal lobes[J].Science，1999，283（5408）：1657-1661.

[29] 陳愛(ài)國(guó)，殷恒嬋.運(yùn)動(dòng)、兒童執(zhí)行功能與腦的可塑性[M].北京：北京體育大學(xué)出版社，2011：120-124.

[30] Center on the Developing Child at Harvard University.Build?ing the Brain’s“Air Traffic Control”System：How Early Ex?periences Shape the Development of Executive Function：Working Paper No.11[EB/OL].[2011-10-1].http：//www.de?velopingchild.harvard.edu.

[31] 陳愛(ài)國(guó)，殷恒嬋，王君，等.短時(shí)中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)改善兒童執(zhí)行功能的磁共振成像研究[J].體育科學(xué)，2011，31 （10）：35-40.

[32] 陳愛(ài)國(guó)，朱麗娜，王鑫，等.短時(shí)中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童腦的可塑性影響：來(lái)自腦功能局部一致性的證據(jù)[J].體育科學(xué)，2015，35（8）：24-29.

[33] Davis CL，Tomporowski PD，McDowell JE，et al.Exercise im?proves executive function and achievement and alters brain activation in overweight children：a randomized，controlled tri?al[J].Health Psychol，2011，30（1）：91.

[34] Krafft CE，Pierce JE，Schwarz NF，et al.An eight month ran?domized controlled exercise intervention alters resting state synchrony in overweight children[J].Neuroscience，2014，256：445-455.

[35] Krafft CE，Schaeffer DJ，Schwarz NF，et al.Improved frontopa?rietal white matter integrity in overweight children is associat?ed with attendance at an after-school exercise program[J]. Dev Neurosci，2014，36（1）：1-9.

[36] Krafft CE，Schwarz NF，Chi L，et al.An 8-month randomized controlled exercise trial alters brain activation during cogni?tive tasks in overweight children[J].Obesity，2014，22（1）：232-242.

[37] Li L，Men WW，Chang YK，et al.Acute aerobic exercise in?creases cortical activity during working memory：a functional MRI study in female college students[J].PloS one，2014，9 （6）：e99222.

[38] Curtis CE，D'Esposito M.Persistent activity in the prefrontalcortex during working memory[J].Trends Cogn Sci，2003，7 （9）：415-423. [39]Olesen PJ，Westerberg H，Klingberg T.Increased pre?frontal and parietal activity after training of working memory[J].Nat Neurosci，2004，7（1）：75-79.

[40] Gabrieli JDE，Brewer JB，Desmond JE，et al.Separate neural bases of two fundamental memory processes in the human me?dial temporal lobe[J].Science，1997，276（5310）：264-266.

[41] Eichenbaum H.Memory，amnesia，and the hippocampal sys?tem[M].Cambridge：MIT press，1993:93-108.

[42] Squire LR，Schacter DL.Neuropsychology of memory[J].Am J Psychiatry，2004，161（5）：941-942.

[43] Clower DM，West RA，Lynch JC，et al.The inferior parietal lobule is the target of output from the superior colliculus，hip?pocampus，and cerebellum[J].J Neurosci，2001，21（16）：6283-6291.

[44] Hagmann P，Cammoun L，Gigandet X，et al.Mapping the structural core of human cerebral cortex[J].PLoS Biol，2008，6 （7）：e159.

[45] Raichle ME，Macleod AM，Snyder AZ，et al.A default mode of brain function[J].Proc Natl Acad Sci USA，2001，98（2）：676-682.

[46] Mason MF，Norton MI，Van Horn JD，et al.Wandering minds：the default network and stimulus-independent thought[J].Sci?ence，2007，315（5810）：393-395.

[47] Addis DR，Wong AT，Schacter DL.Remembering the past and imagining the future：Common and distinct neural sub?strates during event construction and elaboration[J].Neuro?psychologia，2007，45（7）：1363-1377.

[48] Prakash RS，Heo S，Voss MW，et al.Age-related differences in cortical recruitment and suppression：Implications for cog?nitive performance[J].Behav Brain Res，2012，230（1）：192-200.

[49] Takeuchi H，Ataki S.Training of working memory impacts structural connectivity[J].J Neurosci，2010，30（9）：3297-3303.

[50] Klingberg T，F(xiàn)orssberg H，Westerberg H.Increased brain ac?tivity in frontal and parietal cortex underlies the development of visuospatial working memory capacity during childhood[J]. J Cogn Neurosci，2002，14（1）：1-10.

Effects of Eleven-week Aerobic Exercises on Working Memory of Deaf Children：Evidence from Behavior and Functional MRI

Chen Aiguo1，Jin Liu1，Zhu Lina1，Xiong Xuan1，Wang Wei2，Yan Jun1
1 School of Physical Education，Yangzhou University，Yangzhou 225127，China 2 Department of Imaging，Yangzhou No.1 People’s Hospital，Yangzhou 225001，China Corresponding Author：Yan Jun，Email：yanjun@yzu.edu.cn

aerobic exercises，deaf child，working memory，fMRI，experimental study

2016.09.17

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31300863），霍英東教育基金會(huì)項(xiàng)目（141113）共同資助

顏軍，Email：yanjun@yzu.edu.cn

Abctract ObjectiveTo explore the effects of eleven-week aerobic exercises on the working memory and its brain activation pattern of deaf children，so as to find out the neuromechanism.MethodsTwenty eight deaf children aged from 9 to 13 were recruited and randomly divided into an experimental group and a control group，each of 14.The experimental group was offered an 11-week extracurriculum exercises program consisting of martial arts，fancy rope skipping and 8-figure running，at moderate intensity for 30 minutes，four times per week. The control group was not given any intervention.Both groups were scanned using a Simens MAGNETOM Trio 3.0 Tesla magnetic resonance imaging scanner during performing a working memory task（2-back task）before and after the intervention.ResultsCompared to the control group，significant improvement was observed in the 2-back task performance in the experimental group after the intervention.The functional MRI results revealed higher activation in the left dorsolateral prefrontal cortex，the left middle frontal gyrus，the left inferior frontal gy?rus，the left postcentral gyrus，the left superior temporal gyrus，the left medial temporal Lobe，the left hippocam?pus，and the right posterior cingulated cortex of the experimental group.Conclusions Eleven-week aerobic exer?cises can improve deaf children's working memory performances through bettering the brain activation patternsof working memory.