運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童執(zhí)行功能及腦灰質(zhì)體積的影響

陳愛國，熊 軒，朱麗娜，王 旭，伊惠娟

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運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童執(zhí)行功能及腦灰質(zhì)體積的影響

陳愛國1,2，熊 軒1，朱麗娜1，王 旭1，伊惠娟1

1. 揚(yáng)州大學(xué), 江蘇 揚(yáng)州 225127； 2 . 江蘇省學(xué)生心理健康運(yùn)動干預(yù)研究中心, 江蘇 揚(yáng)州 225127。

目的：探討11周運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童執(zhí)行功能及腦灰質(zhì)體積的影響，為揭示運(yùn)動干預(yù)改善聾啞兒童執(zhí)行功能的神經(jīng)機(jī)制提供新的證據(jù)。方法：從A、B兩所特殊教育學(xué)校選出28名執(zhí)行功能發(fā)育遲滯的聾啞兒童，隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組與對照組，對實(shí)驗(yàn)組實(shí)施為期11周（每周4次、每次30 min、中等強(qiáng)度）的運(yùn)動干預(yù)。利用執(zhí)行功能測試工具評價(jià)干預(yù)前、后聾啞兒童執(zhí)行功能的變化；利用結(jié)構(gòu)磁共振成像技術(shù)（structural magnetic resonance imaging，sMRI）評價(jià)聾啞兒童干預(yù)前、后腦灰質(zhì)體積的變化。結(jié)果：1）11周運(yùn)動干預(yù)提升了聾啞兒童完成執(zhí)行功能任務(wù)的行為表現(xiàn)[(1,24) = 29.693,< 0.01]；2）11周運(yùn)動干預(yù)使聾啞兒童右側(cè)小腦前部（Cerebellum; MNI coordinates: 25.5, -40.5, -19.5; 117 voxels）、左側(cè)枕下回（IOG; MNI coordinates: -48, -61.5, -13.5; 139 voxels）、右側(cè)內(nèi)側(cè)眶額葉（MOF; MNI coordinates: 3, 51, -3; 122 voxels）、左側(cè)內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回（DCG; MNI coordinates: -1.5, 28.5, 33; 131 voxels）、左側(cè)頂下緣角回（IPL; MNI coordinates: -46.5, -34.5, 52.5; 104 voxels）、右側(cè)楔前葉（PCUN; MNI coordinates: 10.5, -43.5, 69; 200 voxels）、右側(cè)中央后回（PoCG; MNI coordinates: 28.5, -36, 66; 124 voxels）等腦區(qū)灰質(zhì)體積減少；3）11周運(yùn)動干預(yù)所致的聾啞兒童執(zhí)行功能改善與聾啞兒童右側(cè)小腦前部的灰質(zhì)體積減小存在顯著正相關(guān)（=0.63,＜0.05）。結(jié)論：11周運(yùn)動干預(yù)可以改善聾啞兒童執(zhí)行功能，其神經(jīng)機(jī)制涉及右側(cè)小腦前部的灰質(zhì)體積減少。

運(yùn)動干預(yù)；聾啞兒童；執(zhí)行功能；灰質(zhì)體積

1 前言

執(zhí)行功能（Executive Function,EF）作為一種高級認(rèn)知功能，主要包含抑制（Inhibition）、刷新（Updating）、轉(zhuǎn)換（Shifting）3個(gè)子功能，其作用是對各種基本認(rèn)知過程進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，從而靈活、高效的完成復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)[15,34]。作為兒童認(rèn)知、情緒和社會功能的核心，執(zhí)行功能在兒童的身心發(fā)展中扮演著重要角色，執(zhí)行功能的健康發(fā)展是關(guān)系兒童身心健康的重大和長遠(yuǎn)問題[11,23]。目前，促進(jìn)兒童執(zhí)行功能發(fā)展已成為多學(xué)科研究前沿，而探索通過體育運(yùn)動手段促進(jìn)兒童執(zhí)行功能發(fā)展也已成為學(xué)校體育改革的熱點(diǎn)問題[7]。

越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，體育運(yùn)動可促進(jìn)兒童執(zhí)行功能發(fā)展，但其神經(jīng)機(jī)制尚未被闡明，這限制了人們對體育運(yùn)動與兒童執(zhí)行功能關(guān)系的認(rèn)識及實(shí)踐。來自神經(jīng)科學(xué)的證據(jù)表明，前額葉皮層與其他皮層及皮層下區(qū)域之間的動態(tài)交互作用是執(zhí)行功能的神經(jīng)基礎(chǔ)[27]，如果這些腦區(qū)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生可塑性變化，則執(zhí)行功能發(fā)生變化[14,19]。因此，從腦的功能和結(jié)構(gòu)可塑性兩個(gè)方面開展研究，是揭示體育運(yùn)動促進(jìn)兒童執(zhí)行功能神經(jīng)機(jī)制的核心問題。近期，對腦的功能可塑性方面的探索發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動干預(yù)可以通過改善腦功能局部一致性、腦網(wǎng)絡(luò)功能連接以及腦激活模式等腦功能指標(biāo)進(jìn)而促進(jìn)執(zhí)行功能的發(fā)展[2,5,6,17]。然而，迄今為止，仍缺乏來自腦結(jié)構(gòu)可塑性方面的證據(jù)。

近年來，隨著結(jié)構(gòu)磁共振成像（structural magnetic res-onanceimaging, sMRI）技術(shù)的發(fā)展以及基于體素的形態(tài)學(xué)測量（voxel-based morphometry，VBM）方法的建立，使得無創(chuàng)的、定量的腦結(jié)構(gòu)可塑性的研究成為可能。其中，灰質(zhì)體積（gray matter volume，GMV）是指人腦白質(zhì)表面與軟膜表面之間灰質(zhì)區(qū)的體積大小，其大致與神經(jīng)元的數(shù)量呈正相關(guān)，已成為一種研究腦結(jié)構(gòu)可塑性的主要指標(biāo)。近年來的研究成果表明，灰質(zhì)體積的變化與執(zhí)行功能有關(guān)[20,35,36]。基于此，本研究擬探討運(yùn)動干預(yù)、灰質(zhì)體積與執(zhí)行功能之間的關(guān)系，為揭示體育運(yùn)動促進(jìn)兒童執(zhí)行功能的神經(jīng)機(jī)制，提供腦結(jié)構(gòu)可塑性方面的證據(jù)。

目前，運(yùn)動干預(yù)促進(jìn)兒童執(zhí)行功能發(fā)展的研究對象主要包括正常兒童與執(zhí)行功能發(fā)展遲滯的特殊兒童兩類；已有的研究成果顯示，運(yùn)動干預(yù)對于兩類兒童執(zhí)行功能均具有積極效果，且特殊兒童效果更顯著[10]。越來越多的研究者轉(zhuǎn)向特殊兒童的研究[1,12,13,24]，為改善特殊兒童的執(zhí)行功能提供幫助。聾啞兒童由于聽不到聲音，不能通過語言符號進(jìn)行交流，導(dǎo)致一系列行為和心理問題，而這些問題均與其執(zhí)行功能發(fā)育遲滯有關(guān)，亟需得到改善[9,26]?；诖?，本研究選取聾啞兒童作為研究對象。

綜上所述，本研究以執(zhí)行功能發(fā)育遲滯的聾啞兒童為研究對象，采用sMRI技術(shù)，聯(lián)合VBM方法，探討11周運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童灰質(zhì)體積的影響，并探討與執(zhí)行功能的關(guān)系，以期為深入理解體育運(yùn)動改善執(zhí)行功能的神經(jīng)機(jī)制提供新的證據(jù)，也為在教育和治療中使用體育運(yùn)動手段發(fā)展兒童執(zhí)行功能提供實(shí)踐基礎(chǔ)。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象及分組

從A、B兩所特殊教育學(xué)校分別篩選出14名聾啞兒童作為研究對象，篩選標(biāo)準(zhǔn)：漢族；2）右利手；3）視力或矯正視力＞0.8，無色盲和色弱；4）無精神障礙及遺傳病史，且目前精神狀況良好；5）無嚴(yán)重軀體疾病，無腦創(chuàng)傷及神經(jīng)系統(tǒng)疾病病史，無藥物和酒精依賴史或其他有可能影響腦結(jié)構(gòu)與功能的疾??；6）采用教師評價(jià)結(jié)合瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗(yàn)排除智力低下的聾啞兒童（測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分大于同年齡常模組的25%）；7）無注意缺陷多動障礙；8）采用XX市第一人民醫(yī)院磁共振掃描核查清單檢查是否滿足磁共振掃描條件，如體內(nèi)無植入金屬（如金屬假牙等）、身上裝有電子、磁或機(jī)械設(shè)備（如心臟起搏器、助聽器）等；9）符合《第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查》（2006）定義的聾啞兒童；10）被試家長簽署知情同意書。本實(shí)驗(yàn)獲XX市第一人民醫(yī)院倫理與人體保護(hù)委員會批準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)分組采用抽簽法確定實(shí)驗(yàn)組與對照組，結(jié)果A學(xué)校為實(shí)驗(yàn)組，對實(shí)驗(yàn)組學(xué)生進(jìn)行運(yùn)動干預(yù)；B學(xué)校為對照組，在相同時(shí)間進(jìn)行常規(guī)學(xué)習(xí)生活。經(jīng)過11周運(yùn)動干預(yù)后，實(shí)驗(yàn)組實(shí)際完成實(shí)驗(yàn)的聾啞兒童為14名，對照組為12名。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究為2（組別：實(shí)驗(yàn)組、對照組）×2（測試時(shí)間點(diǎn)：前測、后測）混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)由3部分組成：前測、運(yùn)動干預(yù)、后測（圖1）。其中，前測和后測地點(diǎn)、測量工具、測試時(shí)間、測試人員和指導(dǎo)語保持一致；實(shí)驗(yàn)組在學(xué)校田徑場實(shí)施運(yùn)動干預(yù)，對照組在相同的時(shí)間和場地進(jìn)行常規(guī)學(xué)習(xí)生活。

2.3 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

2.3.1 運(yùn)動干預(yù)方案

圖1 實(shí)驗(yàn)流程

Figure 1. Experimental Process

采用陳愛國設(shè)計(jì)的促進(jìn)聾啞兒童執(zhí)行功能發(fā)展的運(yùn)動干預(yù)方案和實(shí)施方法[2,3,16,22]。整個(gè)方案實(shí)施包含“準(zhǔn)備、運(yùn)動干預(yù)、放松”3個(gè)階段，大約45 min。首先，通過“準(zhǔn)備”階段的熱身活動使得學(xué)生活動強(qiáng)度達(dá)到中等強(qiáng)度心率區(qū)間；然后，進(jìn)入“運(yùn)動干預(yù)”階段，在中等強(qiáng)度心率區(qū)間進(jìn)行30 min的運(yùn)動干預(yù)，干預(yù)內(nèi)容為組合運(yùn)動，包含花樣跑步、武術(shù)操、花樣跳繩3個(gè)運(yùn)動項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、練習(xí)、比賽和游戲；最后，“放松”階段，放松身體，結(jié)束整個(gè)運(yùn)動干預(yù)方案。運(yùn)動強(qiáng)度為中等強(qiáng)度負(fù)荷，使用運(yùn)動時(shí)聾啞兒童心率衡量運(yùn)動強(qiáng)度，運(yùn)動時(shí)平均心率控制在（220-年齡）×（60%～69%）次/min的范圍，心率監(jiān)控采用芬蘭產(chǎn)RS800 CXSD型心率遙測儀；頻率為4次/周，干預(yù)總計(jì)11周。干預(yù)方案實(shí)施為雙盲設(shè)計(jì)。

2.3.2 執(zhí)行功能的測量

采用陳愛國開發(fā)的兒童執(zhí)行功能測量工具和測試方法[2,18]。分別通過2-back任務(wù)、Flanker任務(wù)和More-odd shifting任務(wù)對執(zhí)行功能的刷新、抑制和轉(zhuǎn)換子功能進(jìn)行評價(jià)，各子功能的評價(jià)指標(biāo)均為反應(yīng)時(shí)，其結(jié)果值越小，代表功能越好。

2.3.3 灰質(zhì)體積的提取

結(jié)構(gòu)像采集：Siemens MAGNETOM Verio 3.0T超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)圖像采集。T1-MPRAGE序列結(jié)構(gòu)像掃描參數(shù)：脈沖重復(fù)間隔時(shí)間=1 900 ms，回波時(shí)間=2.52 ms，厚度=1.00 mm，翻轉(zhuǎn)角=9°，采集矩陣=256×256，掃描視野= 250×250 mm。

灰質(zhì)體積的提?。翰捎肧PM12的CAT12工具包對結(jié)構(gòu)像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)在SPM12中以8 mm×8 mm×8 mm半寬全高的高斯核函數(shù)對圖像進(jìn)行平滑處理，提高圖像的信噪比。利用MATLAB 2013a提取灰質(zhì)體積顯著變化區(qū)域的變化值。

2.3.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用重復(fù)測量方差分析在SPSS 20.0中對11周運(yùn)動干預(yù)前、后聾啞兒童的執(zhí)行功能行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用SPM12中的Flexible factorial design的隨機(jī)效應(yīng)模型分析11周運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童腦灰質(zhì)體積的影響。最后，將運(yùn)動干預(yù)前、后的腦灰質(zhì)體積變化與執(zhí)行功能的行為成績變化做相關(guān)分析。

3 結(jié)果

3.1 兩組人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征差異

兩組人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征見表1，通過獨(dú)立樣本檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，年齡[（24）=0.67，＞0.05]；身高體重指數(shù)（Body mass index, BMI）[（24）=0.23，＞0.05] 差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，通過卡方檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，性別（=0.004，＞0.05）差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明兩組聾啞兒童在人口學(xué)指標(biāo)上具有同質(zhì)性。

3.2 運(yùn)動強(qiáng)度監(jiān)測結(jié)果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)（表1），對照組的平均心率約為最大心率的44.29%，實(shí)驗(yàn)組的平均心率約為最大心率的64.93%，實(shí)驗(yàn)組的平均心率處于中等強(qiáng)度的心率區(qū)間。兩組比較存在顯著性差異[(10)=6.39,＜0.01]，因此，可認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)所采用的中等強(qiáng)度運(yùn)動方案是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

表1 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)變量及運(yùn)動強(qiáng)度數(shù)據(jù)（M±SD）

注：BMI=體重/身高2，a每組有6名參與研究的聾啞兒童的心率被采集。

3.3 運(yùn)動干預(yù)前、后聾啞兒童完成執(zhí)行功能任務(wù)的行為表現(xiàn)差異

3.3.1 運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童抑制功能的效果

采用重復(fù)測量方差分析法分析運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童抑制功能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，組別主效應(yīng)[(1,24)=0.000,＞0.05,＜0.01]差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；時(shí)間主效應(yīng)[(1,24)=5.233,＜0.05,=0.18]差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；時(shí)間×組別交互作用[(1,24)=16.366,＜0.01,= 0.41]差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。進(jìn)一步簡單效應(yīng)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組與對照組前測抑制功能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=3.23，＞0.05]，后測抑制功能差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=4.54，＜0.05]，實(shí)驗(yàn)組干預(yù)后的抑制功能反應(yīng)時(shí)均值低于對照組；對照組干預(yù)前、后抑制功能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=1.43，＞0.05]，實(shí)驗(yàn)組干預(yù)前、后抑制功能差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=21.73，＜0.01]，實(shí)驗(yàn)組干預(yù)后的抑制功能均值低于干預(yù)前（表2，圖2A）。以上結(jié)果表明，運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童抑制功能產(chǎn)生了積極影響。

3.3.2 運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童刷新功能的效果

采用重復(fù)測量方差分析法分析運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童刷新功能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，組別主效應(yīng)[(1,24)=2.208,＞0.05,=0.08] 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；時(shí)間主效應(yīng)[(1,24)=27.167,＜0.01,=0.53]差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；時(shí)間×組別交互作用[(1,24)=6.997,＜0.05,= 0.23]差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。進(jìn)一步簡單效應(yīng)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組與對照組前測刷新功能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=3.99，＞0.05]，后測刷新功能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=0.43，＞0.05]，實(shí)驗(yàn)組干預(yù)后的刷新功能反應(yīng)時(shí)均值高于對照組；對照組干預(yù)前、后刷新功能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=3.06，＞0.05]，實(shí)驗(yàn)組干預(yù)前、后刷新功能差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=33.44，＜0.01]，實(shí)驗(yàn)組干預(yù)后的刷新功能均值低于干預(yù)前（表2，圖2B）。以上結(jié)果表明，運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童刷新功能產(chǎn)生了積極影響。

3.3.3 運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童轉(zhuǎn)換功能的效果

采用重復(fù)測量方差分析法分析運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童轉(zhuǎn)換功能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，組別主效應(yīng)[(1,24)=1.294,＞0.05,=0.05]差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；時(shí)間主效應(yīng)[(1,24)=0.717,＞0.05,=0.03]差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；時(shí)間×組別交互作用[(1,24)=11.759,＜0.01,= 0.33]有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。進(jìn)一步簡單效應(yīng)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組與對照組前測轉(zhuǎn)換功能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=0.03，＞0.05]，后測轉(zhuǎn)換功能差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=6.47，＜0.05]，實(shí)驗(yàn)組干預(yù)后的轉(zhuǎn)換功能反應(yīng)時(shí)均值低于對照組；對照組干預(yù)前、后轉(zhuǎn)換功能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=3.10，＞0.05]，實(shí)驗(yàn)組干預(yù)前、后轉(zhuǎn)換功能差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(1,24)=9.90，＜0.01]，實(shí)驗(yàn)組干預(yù)后的轉(zhuǎn)換功能均值低于干預(yù)前（表2，圖2C）。以上結(jié)果表明，運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童轉(zhuǎn)換功能產(chǎn)生了積極影響。

表2 兩組聾啞兒童前、后測執(zhí)行功能的行為表現(xiàn)結(jié)果（M±SD,ms）

圖2 兩組聾啞兒童執(zhí)行功能運(yùn)動干預(yù)前、后變化趨勢

Figure 2. Change in Specific Aspects of EF Caused by Exercise Intervention

注：A為運(yùn)動干預(yù)前后抑制功能變化趨勢圖；B為運(yùn)動干預(yù)前后刷新功能變化趨勢圖；C為運(yùn)動干預(yù)前后轉(zhuǎn)換功能變化趨勢圖。

3.4 運(yùn)動干預(yù)前、后聾啞兒童腦灰質(zhì)體積的差異

采用SPM12中的靈活因子模型（Flexible factorial design）對兩組前、后測腦灰質(zhì)體積數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討運(yùn)動所致聾啞兒童腦灰質(zhì)體積的變化。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＜0.01，未校正，最小團(tuán)塊（cluster size）為100］的腦區(qū)包括：右側(cè)小腦前部（right Anterior Cerebellum, Cerebellum）、左側(cè)枕下回（left Inferior Occipital Gyrus, IOG）、右側(cè)內(nèi)側(cè)眶額葉（right Medial Orbito-Frontal, MOF）、左側(cè)內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回（left Median Cingulate and Paracingulate Gyri, DCG）、左側(cè)頂下緣角回（left Inferior Parietal, but Supramarginal and Angular Gyri, IPL）、右側(cè)楔前葉（right Precuneus, PCUN）、右側(cè)中央后回（right Postcentral Gyrus, PoCG）等腦區(qū)灰質(zhì)體積減少。

3.5 運(yùn)動干預(yù)所致聾啞兒童腦灰質(zhì)體積的改變與執(zhí)行功能行為表現(xiàn)變化的相關(guān)性

將運(yùn)動干預(yù)所致的聾啞兒童腦灰質(zhì)體積的改變與執(zhí)行功能行為表現(xiàn)的變化進(jìn)行Pearson相關(guān)分析（兩組數(shù)據(jù)皆選擇前測減后測所得的變化值），探索兩者間是否存在相關(guān)。結(jié)果如下：右側(cè)小腦前部的灰質(zhì)體積變化與執(zhí)行功能的刷新子功能變化具有顯著的相關(guān)性（=0.63,＜0.05），而其他灰質(zhì)體積顯著變化的腦區(qū)與執(zhí)行功能的行為表現(xiàn)不具有顯著性相關(guān)，結(jié)果表明，聾啞兒童右側(cè)小腦前部的灰質(zhì)體積減少與刷新功能的行為表現(xiàn)改善顯著正相關(guān)。

圖3 運(yùn)動干預(yù)所致聾啞兒童腦灰質(zhì)體積變化

Figure 3. GMV Changes Caused by Exercise Intervention

注：圖中數(shù)字代表該截面在垂直軸（Z軸）方向的坐標(biāo)；右下角亮度帶及數(shù)字顯示腦區(qū)明暗與值的對應(yīng)關(guān)系。

表3 運(yùn)動干預(yù)所致聾啞兒童腦灰質(zhì)體積改變的腦區(qū)

注：Flexible factorial design分析采用未校正，統(tǒng)計(jì)閾值設(shè)置為＜0.01，最小團(tuán)塊數(shù)（cluster size）設(shè)置為100。

圖4 運(yùn)動干預(yù)所致聾啞兒童腦灰質(zhì)體積變化與執(zhí)行功能行為改善的相關(guān)性

Figure 4. Correlation Between GMV Change and Updating Performance Change

注：A.與刷新功能變化顯著相關(guān)的右側(cè)小腦前部灰質(zhì)體積區(qū)域（從左至右分別是變化區(qū)域的冠狀軸、矢狀軸以及垂直軸的圖像）；B.運(yùn)動干預(yù)所致刷新功能改善與右側(cè)小腦前部灰質(zhì)體積變化的關(guān)系（其中，縱坐標(biāo)為刷新功能前后測變化值，橫坐標(biāo)為右側(cè)小腦前部灰質(zhì)體積前后測變化值）。

4 討論

4.1 運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童執(zhí)行功能的影響

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，11周運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童執(zhí)行功能的3個(gè)子功能都產(chǎn)生了顯著的積極作用，改善了聾啞兒童執(zhí)行功能的行為表現(xiàn)。該結(jié)果與已有的研究結(jié)果一致[1,2,5]。本研究所采用的“花樣跑步+武術(shù)操+花樣跳繩”運(yùn)動干預(yù)方案是依據(jù)體育運(yùn)動促進(jìn)兒童執(zhí)行功能發(fā)展的理論和研究成果所設(shè)計(jì)，將多種運(yùn)動內(nèi)容巧妙的結(jié)合在一起，以提高聾啞兒童執(zhí)行功能為目的，不僅具有趣味性、創(chuàng)造性和競賽性等特點(diǎn)，還將執(zhí)行功能所涉及的操作過程與技術(shù)過程（運(yùn)動強(qiáng)度、運(yùn)動技術(shù)、運(yùn)動節(jié)奏和運(yùn)動規(guī)則等）相融合，囊括了豐富的執(zhí)行功能操作，使聾啞兒童運(yùn)動過程中得以反復(fù)練習(xí)和訓(xùn)練執(zhí)行功能，進(jìn)而促進(jìn)其執(zhí)行功能發(fā)展。

4.2 運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童腦灰質(zhì)體積的影響

人腦的結(jié)構(gòu)和功能具有可塑性，因內(nèi)、外環(huán)境變化而不斷修飾和重組。除由基因決定的一般發(fā)展規(guī)律外，許多外在的訓(xùn)練或干預(yù)手段能夠影響灰質(zhì)體積的變化，且變化的腦區(qū)和方向（增加或減少）存在的差異，主要取決于訓(xùn)練或干預(yù)方案[32,38]，如3個(gè)月的雜耍訓(xùn)練會導(dǎo)致顳葉、頂葉區(qū)域的灰質(zhì)體積增加[25]；而工作記憶訓(xùn)練會導(dǎo)致額葉、頂葉的灰質(zhì)體積減少[37]。本研究首次發(fā)現(xiàn)，11周運(yùn)動干預(yù)使聾啞兒童右側(cè)小腦前部、左側(cè)枕下回、右側(cè)內(nèi)側(cè)眶額葉、左側(cè)內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、左側(cè)頂下緣角回、右側(cè)楔前葉、右側(cè)中央后回等腦區(qū)灰質(zhì)體積減少。結(jié)合已有兒童腦結(jié)構(gòu)發(fā)育特征的研究可知，本研究被試所處年齡段正是腦結(jié)構(gòu)劇烈變化的時(shí)期，其表現(xiàn)為全腦區(qū)域內(nèi)的灰質(zhì)體積減少與白質(zhì)體積增加，即無用的神經(jīng)連接逐漸退化淘汰，而有用高效的神經(jīng)連接不斷強(qiáng)化鞏固，研究者將這一階段稱為“用進(jìn)廢退”的神經(jīng)精簡期[28,33]。本課題組推測，由于聾啞兒童腦功能存在發(fā)育遲滯[9,26]，其腦結(jié)構(gòu)發(fā)育也可能存在遲滯，神經(jīng)精簡期晚于正常兒童，而11周運(yùn)動干預(yù)所包含的復(fù)雜的、反復(fù)的多樣刺激促使了腦結(jié)構(gòu)“用進(jìn)廢退”的發(fā)生，使聾啞兒童上述部分腦區(qū)灰質(zhì)體積發(fā)生變化。

4.3 運(yùn)動干預(yù)所致聾啞兒童腦灰質(zhì)體積變化與執(zhí)行功能改變的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動干預(yù)所致聾啞兒童右側(cè)小腦前部的灰質(zhì)體積減少與執(zhí)行功能的刷新功能行為表現(xiàn)改善顯著正相關(guān)。該研究結(jié)果與已有研究一致。來自橫斷面的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，個(gè)體前額皮層灰質(zhì)體積差異與執(zhí)行功能差異顯著相關(guān)[36]；年齡相關(guān)的執(zhí)行功能行為表現(xiàn)提升與灰質(zhì)皮層厚度減少顯著相關(guān)[31]；高有氧體適能的兒童多個(gè)腦區(qū)的灰質(zhì)皮層厚度減少，且這些減少與更好的算術(shù)能力顯著相關(guān)[21]?？v向追蹤的實(shí)驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn)，2個(gè)月工作記憶訓(xùn)練所致成年人右側(cè)腦島皮層厚度減少與提高的認(rèn)知行為表現(xiàn)顯著相關(guān)[32]。運(yùn)動干預(yù)改善聾啞兒童執(zhí)行功能的行為表現(xiàn)，其神經(jīng)機(jī)制是否涉及腦灰質(zhì)體積的改變？尚未有研究對此進(jìn)行過探討。已有的腦可塑性理論指出，運(yùn)動干預(yù)可通過改善腦的可塑性（結(jié)構(gòu)、激活模式、功能連接等）提高認(rèn)知功能[4]。

基于以上的認(rèn)識，結(jié)合本研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本研究有理由認(rèn)為，11周運(yùn)動干預(yù)通過減少聾啞兒童右側(cè)小腦前部的灰質(zhì)體積，促進(jìn)聾啞兒童執(zhí)行功能的發(fā)展。且這與已有來自腦功能可塑性視角的證據(jù)一致。陳愛國等[5]的研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動干預(yù)致使右側(cè)小腦異常的功能連接減弱，從而改善聾啞兒童的執(zhí)行功能。已有的研究表明，小腦主要通過與額頂網(wǎng)絡(luò)的連接參與執(zhí)行功能[29]，相較于正常人，先天耳聾患者的雙側(cè)小腦灰質(zhì)體積更大[8,30]。因此，右小腦前部灰質(zhì)體積的減少，意味著運(yùn)動干預(yù)改善了右小腦前部灰質(zhì)體積的可塑性，這種灰質(zhì)體積可塑性的變化使小腦在參與執(zhí)行功能過程中更具效率，進(jìn)而改善了聾啞兒童的執(zhí)行功能。

4.4 研究展望

本研究借助sMRI技術(shù)，應(yīng)用VBM分析方法揭示了11周運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童執(zhí)行功能的積極影響，并闡明了有氧運(yùn)動所致的聾啞兒童腦灰質(zhì)體積變化與執(zhí)行功能改善的關(guān)系，從腦結(jié)構(gòu)角度探索了運(yùn)動干預(yù)改善聾啞兒童執(zhí)行功能的神經(jīng)機(jī)制，為深入理解運(yùn)動干預(yù)與聾啞兒童執(zhí)行功能關(guān)系提供了新的證據(jù)。然而，本研究僅考慮了灰質(zhì)體積這一指標(biāo)，不能全面反映腦結(jié)構(gòu)與執(zhí)行功能之間的關(guān)系，仍需要進(jìn)一步的補(bǔ)充和完善。目前，隨著腦成像技術(shù)的不斷更新完善，讓我們可以從更多的層面去探索腦結(jié)構(gòu)，如腦結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)分析、利用彌散張量成像進(jìn)行白質(zhì)纖維束追蹤研究，以及結(jié)合多模態(tài)磁共振數(shù)據(jù)綜合評價(jià)腦可塑性變化等。這些研究將為我們提供更多的研究證據(jù)，從而能夠全面的揭示腦結(jié)構(gòu)變化與執(zhí)行功能的關(guān)系。因此，未來的研究應(yīng)該積極的借助多模態(tài)的腦成像技術(shù)手段，應(yīng)用多種的分析方法開展研究，為運(yùn)動干預(yù)改善兒童執(zhí)行功能提供更為全面的證據(jù)。

5 結(jié)論

本研究首次整合行為學(xué)和神經(jīng)影像學(xué)證據(jù)，揭示了運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童執(zhí)行功能的改善作用及其神經(jīng)機(jī)制，即11周運(yùn)動干預(yù)能改善聾啞兒童執(zhí)行功能，其神經(jīng)機(jī)制與右側(cè)小腦前部的灰質(zhì)體積減小有關(guān)；該研究成果從腦結(jié)構(gòu)角度揭示了運(yùn)動干預(yù)改善聾啞兒童執(zhí)行功能的神經(jīng)機(jī)制，為深入理解體育運(yùn)動與兒童執(zhí)行功能關(guān)系提供了新視角和新證據(jù)。

[1] 陳愛國, 蔣任薇, 吉曉海, 等. 8周中等強(qiáng)度的花樣跳繩運(yùn)動對聾啞兒童執(zhí)行功能的影響[J]. 體育與科學(xué), 2015, 36(4) : 105-109.

[2] 陳愛國, 金柳, 朱麗娜, 等. 11周運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童工作記憶的影響: 來自行為和腦成像研究的證據(jù)[J]. 中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志, 2016, 35(12) : 1132-1139.

[3] 陳愛國, 顏軍, 殷恒嬋. 提升兒童執(zhí)行功能的體育活動方案開發(fā)與實(shí)踐[M]. 長沙: 湖南人民出版社, 2015: 75-122.

[4] 陳愛國, 殷恒嬋. 運(yùn)動、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: 5-18.

[5] 陳愛國, 朱麗娜, 金柳, 等. 運(yùn)動干預(yù)對聾啞兒童執(zhí)行控制及其腦網(wǎng)絡(luò)功能連接的影響[J]. 體育與科學(xué), 2016, 37(6) : 94-101.

[6] 陳愛國, 朱麗娜, 王鑫, 等. 短時(shí)中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動對兒童腦的可塑性影響: 來自腦功能局部一致性的證據(jù)[J]. 體育科學(xué), 2015, 35(8) : 24-29.

[7] 董進(jìn)霞, 鐘秉樞, 布魯斯·維科斯樂. 大腦可塑性和兒童認(rèn)知能力研究進(jìn)展對我國學(xué)校體育改革的啟示[J]. 體育與科學(xué), 2014, 35(6): 101-105.

[8] 李文靜, 李勇, 鮮軍舫, 等. 先天性耳聾患者腦基于體素的形態(tài)測量學(xué)研究[J]. 臨床放射學(xué)雜志, 2010, 29(2) : 166-169.

[9] 李一員, 吳睿明, 胡興旺, 等. 聾童執(zhí)行功能發(fā)展:聾童與正常兒童的比較[J]. 心理學(xué)報(bào), 2006, 38(3) : 356- 364.

[10] 潘家禮, 殷恒嬋, 崔蕾, 等. 運(yùn)動干預(yù)對學(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.

[11] 韋鈺. 腦的功能系統(tǒng)舉例—— 執(zhí)行功能[J]. 中國科技教育, 2014,(3):72-73.

[12] 楊娟, 周世杰. 自閉癥兒童執(zhí)行功能研究[J]. 中國臨床心理學(xué)雜志, 2006, 14(5) : 142- 145.

[13] 鐘杰, 聶晶. 強(qiáng)迫癥患者的執(zhí)行功能研究[J]. 中國臨床心理學(xué)雜志, 2004, 12(4) : 420- 423.

[14] 趙鑫, 周仁來. 工作記憶訓(xùn)練: 一個(gè)很有價(jià)值的研究方向[J]. 心理科學(xué)進(jìn)展, 2010, 18(5): 711-717.

[15] 周曉林. 執(zhí)行控制: 一個(gè)具有廣闊理論前途和應(yīng)用前景的研究領(lǐng)域[J]. 心理科學(xué)進(jìn)展, 2004, 12(5): 641- 642.

[16] 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.

[17] CHEN A G, ZHU L N, YAN J, et al. Neural basis of working memory enhancement after acute aerobic exercise: fMRI study of preadolescent children [J]. Front Psychol, 2016, 7(75): 1804.

[18] CHEN A, YAN J, YIN H, et al. Effects of acute aerobic exercise on multiple aspects of executive function in preadolescent children[J]. Psychol Sport Exerc, 2014, 15(6): 627-636.

[19] COLLETTE F, VAN DER LINDEN M. Brain imaging of the central executive component of working memory[J]. Neurosci Biobehav Rev, 2002, 26(2): 105-125.

[20] COLOM R, MARTíNEZ K, BURGALETA M, et al. Gray matter volumetric changes with a challenging adaptive cognitive training program based on the dual n-back task[J]. Pers Individ Dif, 2016, 98: 127-132.

[21] CHADDOCK-HEYMAN L, ERICKSON K I, KIENZLER C, et al. The role of aerobic fitness in cortical thickness and mathemati-cs achievement in preadolescent children[J]. PloS One, 2015, 10 (8): e0134115.

[22] DIAMOND A. Effects of physical exercise on executive functio-ns: going beyond simply moving to moving with thought [J]. Ann Sports Med Res, 2015, 2(1): 1011.

[23] DIAMOND A. Executive functions [J]. Annual Rev Psychol, 2013, 64(1): 135-168.

[24] DOVIS S, OORD S V D, WIERS R W, et al. Improving executive functioning in children with ADHD: Training multiple executive functions within the context of a computer game. A randomized double-blind placebo controlled trial [J]. PloS One, 2015, 10(4): e121651.

[25] DRAGANSKI B, GASER C, BUSCH V, et al. Changes in grey matter induced by training - Newly honed juggling skills show up as a transient feature on a brain-imaging scan[J]. Nature, 2004, 427(6972): 311-312.

[26] FIGUERAS B, EDWARDS L, LANGDON D. Executive function and language in deaf children[J]. J Deaf Stud Deaf Educ, 2008, 13(3): 362-377.

[27] FUNAHASHI S. Neuronal mechanisms of executive control by the prefrontal cortex[J]. Neurosci Res, 2001,39(2):147-165.

[28] GIORGIO A, WATKINS K E, CHADWICK M, et al. Longitudi-nal changes in grey and white matter during adolescence [J]. Neuroimage, 2010, 49(1): 94-103.

[29] HAUTZEL H, MOTTAGHY F M, SPECHT K, et al. Evidence of a modality-dependent role of the cerebellum in working memory? An fMRI study comparing verbal and abstract n-back tasks[J]. Neuroimage, 2009, 47(4): 2073-2082.

[30] HRIBAR M, SUPUT D, CARVALHO A A, et al. Structural alterations of brain grey and white matter in early deaf adults[J]. Hear Res, 2014, 318: 1-10.

[31] KHARITONOVA M, MARTIN R E, GABRIELI J D, et al. Cortical gray-matter thinning is associated with age-related impro-vements on executive function tasks[J]. Dev Cogn Neurosci, 2013, 6(4): 61-71.

[32] METZLER-BADDELEY C, CAEYENBERGHS K, FOLEY S, et al. Task complexity and location specific changes of cortical thic-kness in executive and salience networks after working memory training[J]. Neuroimage, 2016, 130: 48-62.

[33] MILLS K L, GODDINGS A L, HERTING M M, et al. Structural brain development between childhood and adulthood: Convergen-ce across four longitudinal samples[J]. Neuroimage, 2016, 141: 273-281.

[34] MIYAKE A, FRIEDMAN N P, EMERSON M J, et al. The unity and diversity of executive functions and their contributions to complex "Frontal Lobe" tasks: a latent variable analysis[J]. Cogn Psychol, 2000, 41(1): 49-100.

[35] NING H, FEI L, LI Y, et al. Neuroanatomical deficits correlate with executive dysfunction in boys with attention deficit hyperact-ivity disorder[J]. Neurosci Lett, 2015, 600: 45-49.

[36] SMOLKER H R, DEPUE B E, REINEBERG A E, et al. Individu-al differences in regional prefrontal gray matter morphometry and fractional anisotropy are associated with different constructs of executive function[J]. Brain Struct Funct, 2015, 220(3): 1291.

[37] TAKEUCHI H, TAKI Y, SASSA Y, et al. Working memory training using mental calculation impacts regional gray matter of the frontal and parietal regions[J]. PloS One, 2011, 6(8): e23175.

[38] THOMAS C, BAKER C I. Teaching an adult brain new tricks: A critical review of evidence for training-dependent structural plasticity in humans[J]. Neuroimage, 2013, 73: 225-236.

Effects of Exercise Intervention on Executive Function and Gray Matter Volume in Deaf Children

CHEN Ai-guo1,2，XIONG Xuan1，ZHU Li-na1，WANG Xu1，YI Hui-juan1

1. Yangzhou University,Yangzhou 225127,China; 2. Research Center of Exercise Intervention on Students' Mental Health in Jiangsu Province,Yangzhou 225127, China.

Objective:To investigate the effect of exercise intervention on executive function (EF) and gray matter volume (GMV) in deaf children, and further explored the neural basis of exercise intervention on EF in deaf children. Methods: Twenty eight deaf children, recruited from two special education schools, were randomly assigned into control or exercise group. The exercise group was offered an after-school exercise program at moderate intensity for 30-min, four times per week for 11 weeks. All subjects were subjected to complete a set of EF tasks (Flanker、2-back、More-odd shifting) and brain scans both at baseline and after intervention for detecting changes of EF behavior performance and GMV, based on the voxel-based morphometry (VBM) technique. Results: Compared with the no-intervention, the exercise intervention benefitted performance in the EF task, decreased gray matter volume in the right Anterior Cerebellum (Cerebellum; MNI coordinates: 25.5, -40.5, -19.5; 117 voxels), left Inferior Occipital Gyrus (IOG; MNI coordinates: -48, -61.5, -13.5; 139 voxels), right Medial Orbito-Frontal (MOF; MNI coordinates: 3, 51, -3; 122 voxels) , left Median Cingulate and Paracingulate Gyri (DCG; MNI coordinates: -1.5, 28.5, 33; 131 voxels）, left Inferior Parietal, but Supramarginal and Angular Gyri (IPL; MNI coordinates: -46.5, -34.5, 52.5; 104 voxels), right Precuneus(PCUN; MNI coordinates: 10.5, -43.5, 69; 200 voxels), right Postcentral Gyrus(PoCG; MNI coordinates: 28.5, -36, 66; 124 voxels); Further, right Anterior Cerebellum had a significant correlation with behavior performance improvement. Conclusion: These data extend the current knowledge by indicating that exercise intervention enhances deaf children's EF, which the neural basis may be related to the decreased GMV in the right Anterior Cerebellum elicited by exercise intervention.

G804.8

Ａ

1000-677X(2018)01-0042-07

10.16469/j.css.201801006

2017-08-03；

2018-01-10

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31771243);江蘇省“青藍(lán)工程”資助;江蘇2011計(jì)劃:運(yùn)動與健康工程協(xié)同創(chuàng)新中心資助;江蘇省研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(KYLX16_ 1381)。

陳愛國,男,教授,博士,主要研究方向?yàn)轶w育運(yùn)動與心理健康、體育運(yùn)動與腦的可塑性, E-mail: agchen@yzu. edu.cn; 熊軒,男,在讀碩士研究生,主要研究方向?yàn)轶w育運(yùn)動與腦的可塑性。