有氧健身有利于提高兒童的認(rèn)知控制能力

李明珠

〔摘要〕本文回顧了近幾年有關(guān)有氧健身與兒童認(rèn)知控制之間關(guān)系的研究。結(jié)果顯示，有氧健身有利于提高兒童的認(rèn)知控制能力，主要在于有氧健身能夠提高兒童的抑制控制能力，提高兒童的工作記憶能力，使兒童能夠在任務(wù)過(guò)程中更好地分配注意資源，在反應(yīng)選擇中減少?zèng)_突，從而獲得更好的認(rèn)知控制能力。

〔關(guān)鍵詞〕有氧健身；認(rèn)知控制；工作記憶

〔中圖分類號(hào)〕G44 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A 〔文章編號(hào)〕1671-2684（2017）08-0007-04

一、引言

近些年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，兒童的學(xué)習(xí)壓力日益增加，而由于交通運(yùn)輸?shù)谋憷瑑和撵o坐行為越來(lái)越多，運(yùn)動(dòng)量越來(lái)越少。同時(shí)，在當(dāng)前的教育形勢(shì)下，很多老師家長(zhǎng)更加注重兒童的學(xué)習(xí)，而忽視體育健身對(duì)于兒童發(fā)展的重要作用。心理學(xué)家則越來(lái)越關(guān)注運(yùn)動(dòng)對(duì)于兒童的影響，并進(jìn)行一系列的相關(guān)研究，尤其是有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于兒童認(rèn)知功能方面的影響。

認(rèn)知控制又稱執(zhí)行控制，是指對(duì)于目標(biāo)導(dǎo)向行為的調(diào)節(jié)與控制，即在知覺(jué)選擇、反應(yīng)控制等任務(wù)中實(shí)時(shí)的調(diào)整自己，以達(dá)到順利完成特定任務(wù)的目的。認(rèn)知控制包括三個(gè)核心成分，分別為工作記憶、抑制控制和認(rèn)知靈活性。

同時(shí)作為中央執(zhí)行系統(tǒng)的核心部分，認(rèn)知控制能力也是兒童知識(shí)學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題、智力活動(dòng)和邏輯推理能力發(fā)展的重要影響因素[1]。認(rèn)知控制能力不良的兒童在日常學(xué)習(xí)生活中注意力集中困難，難以抑制無(wú)關(guān)信息的干擾，使學(xué)習(xí)能力受損，影響學(xué)業(yè)成就[2]。認(rèn)知控制能力也是新概念知識(shí)學(xué)習(xí)及對(duì)新環(huán)境適應(yīng)的重要條件，會(huì)影響學(xué)生日常行為的各個(gè)方面[3]。就兒童的身體健康方面，有研究表明肥胖癥與認(rèn)知控制有著選擇性的消極關(guān)聯(lián)。提高兒童認(rèn)知控制能力能夠幫助兒童在學(xué)習(xí)和生活中適應(yīng)得更好，得到更好的發(fā)展。

有氧健身是指長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，使心肺得到充分的有效刺激，提高心肺功能，從而讓全身各組織、器官得到良好的氧氣和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，維持最佳的功能狀況[4]。有關(guān)人類和動(dòng)物的生理和心理研究均指出運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知和大腦功能有積極影響，近幾年一些研究也表明有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于認(rèn)知控制具有積極影響。

二、有氧健身與認(rèn)知控制的關(guān)系研究

（一）研究方法概述

在有氧運(yùn)動(dòng)與認(rèn)知控制的研究中，研究者大多選擇有氧體能（Aerobic Fitness）作為衡量有氧健身效果的重要指標(biāo)。而對(duì)于有氧體能的評(píng)估則多使用有氧心血管耐力跑（Progressive Aerobic Cardiovascular En-durance Run，PACER）體質(zhì)測(cè)驗(yàn)，也有研究使用其他指標(biāo)來(lái)評(píng)估兒童的有氧體能，如身體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）；而研究中的認(rèn)知任務(wù)則主要使用側(cè)抑制任務(wù)（Flanker）和空間n-back任務(wù)等。

（二）有氧健身促進(jìn)認(rèn)知控制

有氧健身與兒童的認(rèn)知控制能力成正相關(guān)，Scudder，Lambourne和Drollette等人[5]發(fā)現(xiàn)，在評(píng)估抑制控制功能的側(cè)抑制任務(wù)（Flanker）中，有氧體能越高的兒童其任務(wù)表現(xiàn)越好，具體表現(xiàn)為更短的反應(yīng)時(shí)和更高的準(zhǔn)確率。此外，研究者發(fā)現(xiàn)側(cè)抑制任務(wù)中，高體能的兒童有更穩(wěn)定的表現(xiàn)，而低體能兒童在一致任務(wù)中的表現(xiàn)較好，但不一致任務(wù)中表現(xiàn)較差，任務(wù)表現(xiàn)隨任務(wù)難度增加而顯著下降，表現(xiàn)出更大的個(gè)體內(nèi)差異。Chaddock，Erickson和Parkash等人[6]也發(fā)現(xiàn)，高有氧體能的兒童在任務(wù)中能始終保持較高的準(zhǔn)確率，而低有氧體能的兒童只能在任務(wù)早期保持較高的準(zhǔn)確率。這些結(jié)果均表明，有氧體能的提高有利于兒童認(rèn)知控制能力的發(fā)展，使兒童在難度增加的任務(wù)中，也能有較好的表現(xiàn)，有更好的適應(yīng)新問(wèn)題、新環(huán)境的能力。

但是有氧體能的提高對(duì)于兒童認(rèn)知控制功能的影響也不盡相同，有氧體能對(duì)于兒童需要更多認(rèn)知控制能力的任務(wù)中的作用更加突出。如在空間n-back任務(wù)中，研究者發(fā)現(xiàn)當(dāng)任務(wù)中要求更多的工作記憶時(shí)，有氧體能水平的高低與任務(wù)表現(xiàn)存在更加緊密的關(guān)聯(lián)[5]。Wu，Pontifex和Raine等人[7]也發(fā)現(xiàn)在多種認(rèn)知控制要求的任務(wù)中，有氧體能的高低與兒童認(rèn)知控制之間的關(guān)系更密切。這些研究都證明有氧體能有利于提高兒童的認(rèn)知控制能力，同時(shí)也表明有氧體能高的兒童在應(yīng)對(duì)困難問(wèn)題時(shí)，能夠更有效地解決沖突，較好地完成任務(wù)。

但是有氧運(yùn)動(dòng)影響認(rèn)知控制的具體方面尚有爭(zhēng)議，如Hillman，Pontifex和Raine等人[8]發(fā)現(xiàn)，中等程度的有氧鍛煉（跑步機(jī)上20分鐘競(jìng)走）之后，兒童的注意認(rèn)知控制能力有所提高，從而提高了兒童在認(rèn)知任務(wù)中的反應(yīng)準(zhǔn)確率；但Drollette，Shishido和Protifek等人[9]的研究表明，短期鍛煉對(duì)于認(rèn)知控制的影響主要在于對(duì)抑制控制的影響，而對(duì)于工作記憶的影響則不顯著。

三、有氧健身對(duì)認(rèn)知控制作用的神經(jīng)基礎(chǔ)

已有研究結(jié)果已經(jīng)證實(shí)有氧健身有利于提高兒童的認(rèn)知控制能力，那么有氧健身影響認(rèn)知控制的機(jī)制又是什么呢？近年來(lái)，隨著電生理及神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究者可以通過(guò)使用腦電（ERP），功能性磁共振成像技術(shù)（fMRI）等技術(shù)更加深入地了解大腦的神經(jīng)機(jī)制。

Voss，Chaddock和Kim等人[10]的功能磁共振成像（fMRI）研究結(jié)果表明，健身與涉及認(rèn)知控制過(guò)程的大腦區(qū)域不同激活模式有關(guān)。高健康水平（BMI）的兒童能夠更有效地激活帶狀蓋網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。健身不止會(huì)在一定程度上影響因任務(wù)需要而激活的相關(guān)腦區(qū)，還會(huì)影響認(rèn)知控制大腦系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能體系結(jié)構(gòu)。在側(cè)抑制任務(wù)中，刺激一致條件下，低健康水平（BMI）兒童的激活反應(yīng)了更多的無(wú)效控制，高健康水平的兒童很少需要努力主動(dòng)控制。而刺激不一致條件下，低健康水平的兒童難以有效地使用反應(yīng)策略，從而引起了大腦網(wǎng)絡(luò)更多的激活，反映了認(rèn)知控制的無(wú)效調(diào)節(jié)。反之，高健康水平的兒童能夠使用有效的反應(yīng)策略，能夠在更困難的任務(wù)中充分調(diào)整主動(dòng)策略，從而更加有效地加工，引起較少的大腦網(wǎng)絡(luò)激活。

同樣地，Chaddock，Erickson和Prakash等人[6]的研究也發(fā)現(xiàn)，高體能兒童在完成不一致任務(wù)（即難度較高的任務(wù)）時(shí)與低體能兒童表現(xiàn)出不同的大腦激活模式，高低體能兒童在不一致任務(wù)早期前額葉與頂葉激活增加；但是在任務(wù)后期，高體能兒童激活減少，而低體能兒童未發(fā)現(xiàn)明顯差異。這一結(jié)果表明高體能兒童在任務(wù)后期已不需要調(diào)用更多資源處理任務(wù)，而低體能兒童依然需要更多的認(rèn)知資源才能保證任務(wù)的完成。

此外，一些研究表明，有氧體能與兒童的大腦結(jié)構(gòu)相關(guān)，Chaddock-Heyman，Hillman和Cohen[11]發(fā)現(xiàn)，與低有氧體能的同伴相比，高有氧體能的兒童有更大的基底神經(jīng)節(jié)和海馬容量，而基底神經(jīng)節(jié)與海馬結(jié)構(gòu)與個(gè)體的認(rèn)知控制和記憶能力的大小相關(guān)。Chaddock，Erickson和Prakash[12]發(fā)現(xiàn)，高體能兒童的背側(cè)紋狀體體積大于低體能的兒童，而背側(cè)紋狀體體積與行為干擾之間成負(fù)相關(guān)，更大的背側(cè)紋狀體體積可以促進(jìn)沖突解決。

在ERP研究中，與認(rèn)知控制相關(guān)的腦電波成分中，比較具有代表性的是P300，P300與沖突水平呈正相關(guān)，能夠反映注意資源的分配，而P300的潛伏期則可以反映認(rèn)知處理速度。此外錯(cuò)誤相關(guān)負(fù)波（ERN）——人類被試在錯(cuò)誤動(dòng)作反應(yīng)發(fā)生之后100～150ms產(chǎn)生的一種負(fù)波，也是ERP成分中沖突監(jiān)控與錯(cuò)誤評(píng)估的指標(biāo)。Hillman，Buck和Themanson等人[13]關(guān)于兒童有氧運(yùn)動(dòng)與認(rèn)知發(fā)展的ERP研究結(jié)果表明，在側(cè)抑制任務(wù)中，較高健康水平兒童的P300波振幅大于健康水平較低的兒童，且P300的潛伏期較短，這說(shuō)明高健康水平的兒童在任務(wù)中能夠更好地分配注意資源，更快地進(jìn)行認(rèn)知處理，從而有更好的認(rèn)知控制表現(xiàn)。

Pontifex，Raine和Johnson等人[14]的研究也發(fā)現(xiàn)，高體能兒童表現(xiàn)出增加的P300振幅和更短的P300潛伏期，以及在兼容與不兼容刺激反應(yīng)條件中，有更好的P300振幅調(diào)節(jié)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在側(cè)抑制任務(wù)中，高健康水平的兒童在刺激一致條件下呈現(xiàn)更小的錯(cuò)誤相關(guān)負(fù)電（ERN）的振幅，在刺激一致和不一致條件之間也能更好地調(diào)整ERN；而低健康水平的兒童則反之，在兩種條件下都呈現(xiàn)更大的ERN振幅。這些結(jié)果表明高健康水平的兒童在任務(wù)中能夠更靈活地調(diào)整認(rèn)知控制過(guò)程。

總結(jié)上述研究，有氧體能可以通過(guò)改變兒童大腦激活模式以及大腦結(jié)構(gòu)，提高兒童的認(rèn)知控制能力。

四、總結(jié)和建議

各研究者的行為學(xué)研究結(jié)果都表明，相比有氧健身水平較低的兒童，有更高水平的有氧健身的兒童在認(rèn)知控制任務(wù)中都會(huì)表現(xiàn)出更高的準(zhǔn)確率和更短的反應(yīng)時(shí)，這些結(jié)果都反映了有氧健身有利于兒童的認(rèn)知控制。而神經(jīng)電生理學(xué)的研究與神經(jīng)影像學(xué)的研究結(jié)果也為有氧健身和認(rèn)知控制的關(guān)系提供了相應(yīng)的證據(jù)。

當(dāng)前在我國(guó)，不論學(xué)校與家庭，均更重視兒童的學(xué)業(yè)成就，忽視兒童的體育鍛煉。有氧健身有利于提高兒童的認(rèn)知控制能力，學(xué)校和家庭應(yīng)重視增加兒童的有氧運(yùn)動(dòng)，減少兒童的靜坐行為，避免因長(zhǎng)時(shí)間的靜坐行為影響兒童的認(rèn)知控制能力，進(jìn)而影響兒童的學(xué)習(xí)與生活，不利于兒童的健康成長(zhǎng)。學(xué)校要合理安排學(xué)生課程，不可忽視兒童體育鍛煉，學(xué)校的早操安排應(yīng)該更加完善，使早操確實(shí)發(fā)揮其應(yīng)有的作用。而父母也要重視孩子的身體鍛煉，可在休息日帶孩子多參與一些室外活動(dòng)，增加兒童的運(yùn)動(dòng)量，減少當(dāng)前兒童越來(lái)越多的靜坐行為。廣大社會(huì)應(yīng)樹(shù)立以“體育”促“心育”的意識(shí)，讓兒童全面發(fā)展。

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（作者單位：安徽師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，蕪湖，240000）

編輯/劉 揚(yáng) 終校/于 洪