不同睡眠時間參數(shù)對學前兒童執(zhí)行功能的差異化影響*

邢淑芬 李倩倩 高 鑫 馬園園 傅 銳

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不同睡眠時間參數(shù)對學前兒童執(zhí)行功能的差異化影響

邢淑芬李倩倩高 鑫馬園園傅 銳

(首都師范大學心理學院, 北京市“學習與認知”重點實驗室, 北京 100048) (美國費城兒童醫(yī)院, 費城 19146)

研究選取78名5~7歲的學前兒童為研究對象, 采用睡眠日志法測量了兒童的夜間睡眠比、總睡眠時長和周末補償睡眠三個睡眠時間的指標, 同時采用母親報告法收集兒童的消極情緒性, 3個月后采用美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)的一套標準化測量程序評估兒童的執(zhí)行功能, 探討三個睡眠時間參數(shù)對不同消極情緒性學前兒童執(zhí)行功能的差異化影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在控制了兒童的同時性語言能力之后, 夜間睡眠比能夠顯著預測兒童三個月之后的執(zhí)行功能; 兒童的消極情緒性與周末補償睡眠對執(zhí)行功能的三個子成分存在顯著的交互作用。當周末補償睡眠較少時, 高消極情緒性兒童的執(zhí)行功能顯著低于低消極情緒性兒童; 當周末補償睡眠較多時, 高消極情緒性兒童的執(zhí)行功能顯著高于低消極情緒性兒童, 該結(jié)果符合差別易感性模型。

睡眠時間; 執(zhí)行功能; 消極情緒性; 差別易感性; 學前兒童

1 問題提出

睡眠是人類一個基本的生理調(diào)節(jié)過程, 與兒童的大腦發(fā)育和成熟密切相關(guān)(Jones & Harrison, 2001; Molińska & Z?otogórska-Suwińska, 2016)。已有大量的橫斷研究考察了睡眠與學齡兒童或青少年認知、情緒和學業(yè)成績發(fā)展的關(guān)系(Bub, Buckhalt, & El-Sheikh, 2011; Dewald, Meijer, Oort, Kerkhof, & B?gels, 2010), 然而以學前兒童為研究對象, 尤其是采用追蹤研究考察睡眠對學前兒童發(fā)展的影響的研究相對較少(Bernier, Beauchamp, Bouvetteturcot, Carlson, & Carrier, 2013)。睡眠成熟在生命的前幾年發(fā)展迅速(Olini & Huber, 2014), 已有研究表明, 睡眠與認知之間的關(guān)系會受到兒童年齡的調(diào)節(jié)(Dewald et al., 2010), 因此大齡兒童的研究結(jié)果并不能直接遷移或延伸到學前兒童階段(Reynaud, Vecchierini, Heude, Charles, & Plancoulaine, 2018)。本研究擬采用追蹤研究的范式考察學前兒童睡眠時間對其隨后執(zhí)行功能的差異化影響。

1.1 睡眠與執(zhí)行功能的關(guān)系：成人和學齡期

執(zhí)行功能(Executive Function)是一系列的高級認知過程, 用于個體思想和行為的自我調(diào)節(jié), 包括認知靈活性、抑制控制和工作記憶三個要素(Miyake, Friedman, Emerson, Witzki, & Howerter, 2000)。大量的研究表明, 執(zhí)行功能與大腦前額葉皮層有關(guān), 前額葉皮層的發(fā)展是執(zhí)行功能發(fā)展的重要生理基礎(chǔ)和前提(Nelson & Luciana, 2001; Zelazo, Carlson, & Kesek, 2008), 前額葉皮層通過激活和抑制其他腦區(qū)的活動調(diào)節(jié)感知覺、思維和行為(Knight & Stuss, 2002)。睡眠的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn), 前額葉皮層對睡眠質(zhì)量和睡眠時間非常敏感, 即使短期的睡眠缺乏也會干擾前額葉皮層的功能(Jones & Harrison, 2001; Wimmer, Hoffmann, Bonato, & Moffitt, 1992)。因此前額葉皮層的高級神經(jīng)認知功能, 即執(zhí)行功能對睡眠的影響也非常敏感(Curcio, Ferrara, & De Gennaro, 2006)。與一般認知功能(如語言、知識)相比, 高級復雜的認知技能——執(zhí)行功能與睡眠時間和質(zhì)量具有更高的關(guān)聯(lián)(Jones & Harrison, 2001)。大量以成年人為研究對象的睡眠剝奪實驗發(fā)現(xiàn), 睡眠剝奪會導致個體執(zhí)行功能各方面的表現(xiàn)下降, 包括反應(yīng)抑制(Harrison, Jones, & Waterhouse, 2007)、工作記憶(Groeger et al., 2008)和判斷推理(Olsen, Pallesen, & Espevik, 2013)等。在自然睡眠情況下的睡眠缺乏和更晚的晝夜節(jié)律與成年早期階段更差的執(zhí)行功能有關(guān)(Kuula et al., 2018)。關(guān)于學齡階段兒童的執(zhí)行功能與睡眠時長的追蹤研究發(fā)現(xiàn), 睡眠總時長對學齡兒童執(zhí)行功能的影響具有滯后性, 兒童三年級的總睡眠時長能夠預測其五年級時的認知靈活性和工作記憶(Buckhalt, El-Sheikh, Keller, & Kelly, 2009)。

1.2 學前兒童的睡眠時間與執(zhí)行功能的關(guān)系

在生命的前7年, 大腦前額葉皮層處于迅速發(fā)展的階段(Huttenlocher, 2002), 也最容易受到環(huán)境的影響(Singer, 1995)。在兒童早期發(fā)展階段, 睡眠是最重要的大腦活動(Dahl, 1996), 為數(shù)不多的幾項已有研究結(jié)果的確發(fā)現(xiàn), 對年幼兒童來說, 睡眠與高級認知功能之間存在著更強的聯(lián)系(Sadeh, Gruber, & Raviv, 2002), 學齡前階段睡眠與兒童執(zhí)行功能之間存在著特殊的關(guān)聯(lián)(Bernier, Carlson, Bordeleau, & Carrier, 2010; Bernier et al., 2013)。關(guān)于嬰兒期和兒童早期的研究, 選擇評估兒童哪些睡眠指標是非常重要的, 應(yīng)從發(fā)展的視角選擇能夠體現(xiàn)特定的年齡階段個體差異、有意義的睡眠指標或參數(shù)(Bernier et al., 2013; Dionne et al., 2011)。其中, 總睡眠時長(Total Sleep Duration)是最常用的睡眠指標之一。但研究發(fā)現(xiàn), 睡眠總時長與嬰兒期認知表現(xiàn)和兒童早期的認知能力表現(xiàn)不存在著顯著的關(guān)聯(lián)(Sadeh et al., 2002; Scher, 2005)。第二個衡量兒童早期睡眠質(zhì)量的參數(shù)是夜間睡眠比例(The Proportion of Nighttime Sleep To Total Sleep)。隨著兒童晝夜節(jié)律的建立, 睡眠時間逐漸整合到夜間, 有調(diào)查顯示嬰兒6個月時平均夜間睡眠比是76%, 1歲時上升到83%, 2歲時為87% (Acebo et al., 2005)。夜間睡眠比是考察嬰兒期和兒童早期階段睡眠質(zhì)量的一個重要的發(fā)展指標, 更高的夜間睡眠比, 意味著兒童擁有更成熟的睡眠?覺醒周期, 因此, 夜間睡眠比是兒童早期發(fā)展的高級生物行為組織的指標, 對執(zhí)行功能有著更大的預測作用(Bernier et al., 2010; Bernier et al., 2013)。

例如, Bernier等(2010)一項前瞻性研究發(fā)現(xiàn), 在控制家庭社會經(jīng)濟地位和同時性的語言能力后, 12和18個月大時的夜間睡眠比而非總睡眠時長能顯著預測兒童26個月大時的執(zhí)行功能, 尤其是沖動控制成分。2013年, Bernier等人將研究對象擴展到1~4歲得到了相同結(jié)果, 即在控制了家庭社會經(jīng)濟地位和之前的認知功能等變量之后, 兒童1歲時的夜間睡眠比能更好地預測兒童4歲時的執(zhí)行功能, 夜間睡眠比越高的兒童其執(zhí)行功能越好。由此, 有研究者認為, 午睡不一定改變兒童的總睡眠時長, 但改變了睡眠的時間分布和模式(Ward, Gay, Anders, Alkon, & Lee, 2008), Lam, Mahone, Mason和Scharf (2011)考察了學前兒童的午睡與神經(jīng)認知功能的關(guān)系, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)學前兒童神經(jīng)認知功能的成績隨著午睡時間的增加而下降, 午睡較少的兒童在夜間睡眠時間充足的情況下并不會導致神經(jīng)認知功能的下降, 該結(jié)果也強調(diào)夜間睡眠對學前兒童的重要性。這是因為, 夜間睡眠時間較長的兒童會出現(xiàn)更多的慢波睡眠(SWA), 慢波睡眠在調(diào)節(jié)皮質(zhì)突觸方面發(fā)揮著積極作用(Ringli & Huber, 2011), 從而促進新學習材料的整合(Lam et al., 2011)。因此夜間睡眠比越高, 嬰兒和兒童的大腦成熟和執(zhí)行功能的發(fā)展也就越好(Bernier et al., 2013)。此外, 兒童的睡眠安排受文化的影響。國外研究者認為, 3歲以后夜間睡眠可以滿足兒童生長發(fā)育的需要, 白天小睡會延遲兒童的夜間入睡時間, 不利于維持良好的夜間睡眠, 因此兒童白天基本不再小睡(Thorpe et al., 2015); 我國傳統(tǒng)的觀念認為, 午睡有助于消除兒童的疲勞, 保證下午精力充沛, 因此兒童一般具有午睡的習慣(王惠珊等, 2006)。因此, 本研究第一個研究目的是考察我國兒童養(yǎng)育背景下, 睡眠總時長和夜間睡眠比究竟哪一個睡眠時間參數(shù)更能預測學前兒童的執(zhí)行功能發(fā)展。

大樣本的調(diào)查結(jié)果顯示, 過去10年兒童的夜間睡眠時間下降很多(Matricciani, Olds, Blunden, Rigney, & Williams, 2012), 晚上電子設(shè)備的使用嚴重影響了兒童的睡眠時間和質(zhì)量(Cain & Gradisar, 2010; Hardell, 2018; Vernon, Modecki, & Barber, 2018)。學前兒童也存在睡眠問題, 美國約10%~ 20%的學前兒童存在著睡眠相關(guān)問題(Byars, Yolton, Rausch, Lanphear, & Beebe, 2012), 我國調(diào)查結(jié)果也顯示超過1/3的學前兒童存在睡眠缺乏等問題(王廣海, 2015)。相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn), 27%的家長表示在上學日讓孩子起床是“困難的”, 41%的家長表示他們的孩子需要在周末補充睡眠(Becker, Pfiffner, Stein, Burns, & Mcburnett, 2016)。因此, 本研究擬以周末補償睡眠(Catch-up Sleep)作為第三個睡眠指標, 考察周末補償睡眠對學前兒童隨后的執(zhí)行功能的預測作用。以往有研究考察了周末補償睡眠對學齡兒童執(zhí)行功能或?qū)W業(yè)成績的影響。如, 周末補償睡眠與青少年執(zhí)行功能的發(fā)展呈正相關(guān), 周末補償睡眠越多青少年的執(zhí)行功能就越好(Kuula et al., 2015)。但我國研究者孫莞綺等(2012)的研究卻發(fā)現(xiàn), 周末補償睡眠并不能改善學齡兒童睡眠質(zhì)量和提高學業(yè)表現(xiàn), 與睡眠缺乏一樣對兒童的睡眠質(zhì)量和學業(yè)表現(xiàn)都有不良影響?？梢? 周末補償睡眠對學齡兒童的影響存在不一致的結(jié)論。青少年由于其自身生理發(fā)育、學業(yè)壓力繁重等原因, 睡眠節(jié)律相對延遲, 夜間入睡的時間較晚, 而白天覺醒的時間較早, 導致其普遍存在睡眠缺乏和周末補償睡眠的現(xiàn)象(Kim et al., 2011)。以學前兒童為對象的相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn), 孩子周末的夜間睡眠時間更長, 即學前兒童存在周末補償睡眠現(xiàn)象(Spruyt, Alaribe, & Nwabara, 2015)。因此, 本研究的第二研究目的是考察周末補償睡眠對學前兒童高級神經(jīng)認知功能的影響。

1.3 睡眠影響的差別易感性：發(fā)展的取向或視角

發(fā)展取向或視角強調(diào)個體差異的重要性, 兒童對睡眠時間的需求存在著個體差異, 在發(fā)展的取向或視角下理解睡眠對兒童高級神經(jīng)認知功能和神經(jīng)行為學效應(yīng), 考察是否特定的兒童群體對某些睡眠問題或障礙的神經(jīng)認知性損傷更具易感性, 是非常重要的(Turnbull, Reid, & Morton, 2013)。以成年人為被試的睡眠研究發(fā)現(xiàn), 個體自身的氣質(zhì)能夠調(diào)節(jié)睡眠限制與個體認知表現(xiàn)的關(guān)系(Rupp, Killgore, & Balkin, 2010)。氣質(zhì)是個體以特定方式表現(xiàn)的內(nèi)在傾向性, 具有跨情境和跨時間的相對穩(wěn)定性(Zentner & Bates, 2008)。有研究者試圖從兒童氣質(zhì)?睡眠經(jīng)驗交互作用的視角, 探討為什么一些孩子因為睡眠問題導致神經(jīng)認知性損傷或問題行為, 另一些孩子則沒有(Goodnight, Bates, Staples, Petit, & Dodge, 2007; Vermeulen et al., 2016)。如Goodnight等(2007)對5~9歲兒童進行了一項追蹤研究, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)努力控制能夠調(diào)節(jié)兒童的睡眠問題和外化問題的關(guān)系, 睡眠問題與低努力控制兒童的外化問題行為存在更強的相關(guān)。差別易感性理論(Differential Susceptibility Model)可以解釋兒童氣質(zhì)與環(huán)境的交互作用, 認為某些氣質(zhì)特征是個體自身的易感性指標, 調(diào)節(jié)著外部環(huán)境和個體經(jīng)驗對個體發(fā)展的影響, 具有這些氣質(zhì)特征的個體不僅更易受消極環(huán)境的不利影響, 同時也更易受積極環(huán)境的有利影響(Belsky, 2005)。消極情緒性(Negative Emotionality)是兒童典型的氣質(zhì)特征之一, 是指兒童表達消極情緒(如, 恐懼和憤怒等)的頻率和強度。高消極情緒性的兒童易緊張、難安撫, 對新異刺激表現(xiàn)消極(Hartz & Williford, 2015)。高消極情緒性的兒童有著更敏感的中樞神經(jīng)系統(tǒng), 更容易記錄自身的經(jīng)驗(Boyce & Ellis, 2005), 因此高消極情緒性是個體發(fā)展的易感性指標之一。有研究發(fā)現(xiàn), 高消極情緒性兒童更容易受到高母親敏感性的有利影響, 同時也更易受到低母親敏感性的不利影響(Conway, Modrek, & Gorroochurn, 2017), 即家庭環(huán)境是以更好或更壞的方式影響著高消極情緒性兒童, 符合差別易感性理論假說。間接的證據(jù)顯示, 迷走神經(jīng)張力較低(高消極情緒性的生理指標之一)的兒童對睡眠缺乏的消極影響更敏感(El-Sheikh, Erath, & Keller, 2007)。Cremone等人(2018)考察了兒童的消極情緒性與入睡時間和睡眠中點(Sleep Midpoint)對學前兒童內(nèi)化和外化問題行為的共同作用, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)高消極情緒性學前兒童在更晚入睡或者更晚的睡眠中點時, 會表現(xiàn)出更多的內(nèi)化和外化行為問題。但該研究是在同一個時間點測量兒童的睡眠時間指標和內(nèi)外化行為問題, 變量之間的橫斷關(guān)系并不能推斷這些變量之間相互關(guān)聯(lián)的方向和排除大量的第三變量解釋的可能性(Bernier et al., 2013), 同時也沒有在差別易感性的理論視角下分析學前兒童的消極情緒性與睡眠時間參數(shù)對學前兒童問題行為的共同作用。因此, 本研究的第三個研究目的是在差別易感性理論的發(fā)展取向或視角下, 考察睡眠時間參數(shù)對學前兒童執(zhí)行功能的差異化影響。

1.4 本研究的目的和假設(shè)

綜上, 本研究擬以兒童的消極情緒性為氣質(zhì)指標, 從兒童氣質(zhì)?睡眠經(jīng)驗交互作用的差別易感性的發(fā)展視角下, 通過短期追蹤研究的范式考察總睡眠時長、夜間睡眠比和周末補償睡眠三個睡眠時間參數(shù)對學前兒童隨后的執(zhí)行功能的滯后效應(yīng), 進一步考察兒童消極情緒性對二者關(guān)系的調(diào)節(jié)作用。運用最新的顯著性區(qū)域分析法(Roisman et al., 2012)考察睡眠時間參數(shù)對學前兒童高級神經(jīng)認知功能的差異化影響, 這不僅僅是當前國內(nèi)外發(fā)展心理學的研究熱點和兒童發(fā)展領(lǐng)域的重要理論問題, 也是兒童養(yǎng)育實踐中的重要轉(zhuǎn)化性問題, 澄清這一問題可以幫助我們更好地理解“對哪些兒童采取哪種睡眠安排模式”可以促進他們高級神經(jīng)認知功能發(fā)展?；谏鲜龅奈墨I, 我們預期：(1)相對于總睡眠時長, 夜間睡眠比對學前兒童的執(zhí)行功能具有更大的預測力; (2)兒童的消極情緒性可以調(diào)節(jié)睡眠時間參數(shù)對學前兒童隨后執(zhí)行功能的預測作用, 睡眠時間參數(shù)對不同消極情緒性的學前兒童存在著差異化的影響效應(yīng)。

2 研究方法

2.1 研究對象

以北京市某幼兒園大班自愿參加本研究的母親和兒童為研究對象, 在第一次收集數(shù)據(jù)時(T1) 86個家庭的母親參與問卷填寫和睡眠時間記錄。為了保證數(shù)據(jù)收集的有效性, 班主任每天早上7點、晚上8點和周末中午1點通過微信群提醒家長完成當天的睡眠時間記錄, 主試每天定時提醒班主任以免發(fā)生遺漏。根據(jù)以往研究中的慣例, 睡眠日志不少于5天為有效數(shù)據(jù)(Meltzer, Montgomery-Downs, Insana, & Walsh, 2012; Philbrook, Hinnant, Elmore- staton, Buckhalt, & El-sheikh, 2017)。在本研究中, 8名被試未能完成5天以上的睡眠日志, 因此在第二個時間點收集兒童的執(zhí)行功能的數(shù)據(jù)時將其剔除, 最后納入本研究數(shù)據(jù)分析的78名被試(男孩53名)均完成了7天的睡眠時間記錄,= 6.31歲,= 0.35歲, 所有兒童均無色盲、不存在醫(yī)學診斷中的重大身心疾病。20.5%母親有碩士及以上學位, 74.3%擁有大專以上學位, 5.2%高中及以下。31.1%父親擁有碩士及以上學位, 64.8%擁有大專及以上學位, 4.1%高中及以下。5.1%家庭月收入低于6000元, 12.8%在6000~10000元, 60.2%在10000~20000元之間, 21.9%月收入大于20000元。

2.2 研究工具

2.2.1 睡眠時間參數(shù)的測量

睡眠日志法是一種廣泛用于嬰幼兒睡眠研究的非侵入式措施(Bernier et al., 2010; Ward et al., 2008)。睡眠日志通過父母在24小時時間線上記錄兒童的睡眠模式, 要求詳細記錄兒童所有的睡眠與覺醒時間, 包括白天小睡和夜間醒來的次數(shù)和時間。本研究由母親采用睡眠日志法報告兒童一周的睡眠, 得到的睡眠時間參數(shù)及計算方式如下(Kuula et al., 2015)：

平時夜間睡眠時間 = 平時早晨醒來的時間?平時晚上睡著的時間

周末夜間睡眠時間 = 周末早晨醒來的時間?周末晚上睡著的時間

平均夜間睡眠時間 = (平時睡眠時間×5+周末睡眠時間×2) / 7

平均白天睡眠時間 = (平時白天睡眠時間×5+周末白天睡眠時間×2) / 7

總睡眠時長 = 平均夜間睡眠時間+平均白天睡眠時間

夜間睡眠比 = 平均夜間睡眠時間/(平均夜間睡眠時間+平均白天睡眠時間)

周末補償睡眠 = 周末夜間睡眠時間?平時夜間睡眠時間。

2.2.2 消極情緒性的測量

采用Rothbart等人(2006)編制的兒童行為問卷(Children’s Behavior Questionnaire, CBQ)中文修訂版簡版的消極情緒性子量表, 包括12個條目, 由母親依據(jù)兒童日常行為與問卷題目描述的相符程度進行評分, 采用7點計分, 1~7代表從“完全不符合”到“完全符合”, 得分越高說明兒童的消極情緒性越高, 本研究中的內(nèi)部一致性系數(shù)為0.74。

2.2.3 執(zhí)行功能的測查

選用美國國立衛(wèi)生研究院開發(fā)的一套標準、有效的評估工具(National Institutes of Health Toolbox, NIH Toolbox)測量兒童的執(zhí)行功能。該工具采用iPad Air (9.7寸)進行實施, 包括側(cè)抑制控制和注意任務(wù)、標準卡片分類任務(wù)、工作記憶排列測試三個任務(wù), 總時間約為30 min, 得分依據(jù)兒童的反應(yīng)時和正確率, 且與該年齡階段的常模對比后自動生成。

側(cè)抑制控制和注意任務(wù)(Flanker Inhibitory Control and Attention Test)測量被試的注意和抑制控制, 需要被試注意所給予的刺激, 同時抑制其側(cè)邊的其他刺激。對3~7歲兒童來說, 我們會進行4次練習, 接著在第一階段他們將先看到1條帶有箭頭的小魚, 左右兩邊各有2條小魚干擾, 中間的目標小魚與側(cè)邊的小魚身上箭頭的方向一致或不一致, 兒童需跟根據(jù)中間小魚身上的箭頭進行選擇, 見圖1。20次測試后正確率達到90%的兒童會進入第二階段, 小魚消失, 兒童只會看到一些抽象的箭頭, 同樣進行20次測試。

標準卡片分類任務(wù)(Dimensional Change Card Sort Test, DCCS)測量認知靈活性, 兒童看到兩張在兩個維度上不同的(如形狀、顏色)目標圖片, 接著兒童從接下來呈現(xiàn)的一系列圖片中選擇跟目標圖片維度匹配的圖片(如黃色小球和藍色卡車), 先根據(jù)其中一個維度分類(顏色), 經(jīng)過幾次測試后根據(jù)另一維度分類(形狀)。在每一張目標圖片出現(xiàn)時, 主試會用聲音提醒兒童是按照形狀還是顏色進行分類, 見圖2。正式實驗開始前兒童會得到4次(每個維度2次)指導, 每次5個測試, 確保他們明白游戲規(guī)則, 開始之后30個測試。

圖2 DCCS測試示例圖

工作記憶排列測試(List Sorting Working Memory Test)需要兒童按序列回憶不同的視覺和聽覺刺激, 屏幕上出現(xiàn)不同的食物和動物, 主試會同時告知兒童這是什么, 屏幕上也會出現(xiàn)相應(yīng)的文字, 當物品消失后, 被試需要告訴主試這些東西都是什么, 按由小到大固定順序回憶, 見圖3。第一階段, 被試需要按物品的類別進行回憶(要么食物要么動物), 回憶數(shù)量由2個開始, 難度逐漸增加到7個或兒童在該難度上錯誤2次則停止; 第二階段, 被試能看到食物和動物的圖片, 并需要先回憶食物再回憶動物, 且都要按由小到大的順序進行回憶, 難度同樣由2個到7個。兩個階段被試都有2次練習的機會。

圖3 工作記憶排列測試示例圖

2.2.4 語言發(fā)展的測量(PPVT)

采用皮博迪圖片詞匯測驗第三版(Peabody Picture Vocabulary Test, PPVT)翻譯版評估兒童的語言發(fā)展, PPVT主要用于測量兒童的理解性詞匯發(fā)展, 由若干張4幅圖片的圖板組成, 測驗時主試口頭說出一個詞匯, 兒童根據(jù)詞義在4幅圖片中找出與詞義一致的圖片。回答正確記1分, 錯誤記0分, 每組有12個詞匯, 錯8個則停止施測, 以最后一題作為頂點分, 實際語言發(fā)展得分為頂點分減去錯誤個數(shù)。施測時間約40 min, 該測驗具有良好的信效度, 被廣泛運用于語言發(fā)展的評估。由于兒童語言發(fā)展好, 對任務(wù)的指導語的理解程度越高, 在執(zhí)行功能測量中的表現(xiàn)可能會更好, 因此將兒童的同時性語言發(fā)展作為控制變量。

2.3 研究程序

本研究分兩個階段進行：第一階段, 在T1時間點由母親填寫家庭基本情況調(diào)查表、記錄兒童7天的睡眠時間和兒童行為問卷, 問卷由老師統(tǒng)一發(fā)放和收回。

第二階段, 在T2時間點(間隔3個月后)由3名經(jīng)過嚴格培訓的研究生采用一對一的形式測試兒童的執(zhí)行功能和語言能力, 整個過程約需要50~ 60 min。為了保證兒童處于較好的精神狀態(tài), 所有測試均在上午9點到11點之間進行。測試結(jié)束后, 給每個兒童發(fā)放小禮物, 表示感謝。

2.4 數(shù)據(jù)分析

本研究使用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。在初步分析中, 計算兒童睡眠時間的各參數(shù)及執(zhí)行功能各成分的平均數(shù)和標準差, 并計算了各變量間的相關(guān)。

接著, 采用分層回歸分析法檢驗學前兒童睡眠時間參數(shù)與消極情緒性對兒童執(zhí)行功能各成分的交互效應(yīng)。首先, 檢驗性別×睡眠時間參數(shù)×消極情緒性和年齡×睡眠時間參數(shù)×消極情緒性的三重交互效應(yīng), 結(jié)果表明三交互項的預測作用均不顯著(> 0.05), 因此, 在結(jié)果分析部分我們只重點分析睡眠時間參數(shù)×消極情緒性的雙重交互效應(yīng)。

最后, 采用Roisman等(2012)提出的顯著性區(qū)域檢驗法(Analysis of Region of Significance, RoS)進一步檢驗雙重交互作用是否符合差別易感性模型。顯著性區(qū)域檢驗法具有以下優(yōu)勢：第一, 考慮的是當自變量與因變量關(guān)聯(lián)顯著時, 調(diào)節(jié)變量的所有取值。若在環(huán)境變量取值較高或較低時, 不同個體在環(huán)境變量上都存在顯著差異, 則符合差別易感性模型; 第二, 為了避免樣本量對結(jié)果造成的影響, Rosiman提出兩個不受樣本量影響且可以量化交互效應(yīng)的指標：PoI (Proportion of Interaction)和PA (Proportion Affect)。PoI指數(shù)表示在交互作用區(qū)域中與差別易感性相符合的比例, 計算公式為b/ (b+w) (b指在積極環(huán)境條件下的積極發(fā)展結(jié)果的比例, w則表示在消極環(huán)境條件下的消極發(fā)展結(jié)果的比例)。PA指數(shù)表示受到良好交互效應(yīng)影響的被試百分比, 當PoI接近0.5時, PA值≥16%時符合差別易感性模型。第三, 采用順序性Bonferroni檢驗對顯著性水平值進行多重矯正, 防止Ⅰ類錯誤的風險過高; 第四, 通過檢驗二次項X、ZX對Y是否具有顯著的預測作用來檢驗變量之間是否存在非線性關(guān)系。如果結(jié)果顯著則說明存在非線性關(guān)系, 需要進一步控制X、ZX, 再檢驗交互項ZX的顯著性。

3 結(jié)果分析

3.1 初步分析

初步分析發(fā)現(xiàn), 學前兒童平均每天的總睡眠時長為10.23 ± 0.56 (h), 平均夜間睡眠時長為9.20 ± 0.47(h), 夜間睡眠比為0.90 ± 0.03, 平時夜間睡眠時長為9.11 ± 0.50 (h), 周末夜間睡眠時長為9.42 ± 0.57 (h), 平時夜間睡眠時長與周末夜間睡眠時長的差異非常顯著((154) = ?3.58,< 0.001,= 0.57), 周末補償睡眠為0.31 ± 0.47 (h)。對各變量進行相關(guān)分析, 結(jié)果見表1?？偹邥r長與執(zhí)行功能的三個成分相關(guān)均不顯著, 夜間睡眠比與執(zhí)行功能各成分間相關(guān)顯著(= 0.43,= 0.32,= 0.31,s < 0.01), 周末補償睡眠與執(zhí)行功能的三個子成分相關(guān)邊緣顯著(= 0.21,= 0.21,= 0.21,s = 0.07)。兒童的語言發(fā)展得分與認知靈活性和工作記憶相關(guān)顯著(= 0.31,< 0.01;= 0.25,< 0.05)。后續(xù)的數(shù)據(jù)分析中將兒童的語言發(fā)展作為控制變量。

3.2 主要分析：分層回歸分析

分別以兒童執(zhí)行功能的抑制控制、認知靈活性和工作記憶為結(jié)果變量, 睡眠時間各參數(shù)指標為預測變量進行分層回歸分析。其中, 將兒童同時性的語言發(fā)展得分作為控制變量放入第一層, 將各睡眠時間參數(shù)和消極情緒性放入第二層, 將消極情緒性×睡眠時間各參數(shù)指標的交互項放入第三層。為避免產(chǎn)生多重共線性問題, 在進行分層回歸之前對各變量進行中心化處理, 分層回歸結(jié)果見表2。

在控制兒童同時性的語言發(fā)展得分之后, 夜間睡眠比可以顯著地正向預測學前兒童三個月后的執(zhí)行功能的三個成分(β= 0.44, p < 0.01; β= 0.32; p < 0.01; β= 0.31, p < 0.01), 即學前兒童的夜間睡眠在總睡眠時長中所占比例越高, 兒童執(zhí)行功能的三個子成分發(fā)展越好; 學前兒童的總睡眠時長(β= 0.13, p > 0.05; β= 0.11, p > 0.05; β= 0.10, p > 0.05)和周末補償睡眠(β= 0.15, p > 0.05; β= 0.16, p > 0.05; β= 0.16, p > 0.05)對執(zhí)行功能各成分的預測作用不顯著。

交互效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn), 周末補償睡眠與消極情緒性的交互項在預測執(zhí)行功能的三個成分時均顯著(β= 0.35, p < 0.01;= 0.29,< 0.05;= 0.30,< 0.05), 這說明學前兒童的消極情緒性可以調(diào)節(jié)周末補償睡眠對他們執(zhí)行功能各子成分發(fā)展的影響。但是, 消極情緒性與總睡眠時長(β= 0.18, p > 0.05;= 0.20,> 0.05;= 0.13,> 0.05)及消極情緒性與夜間睡眠比(β= ?0.06, p > 0.05;= ?0.10,> 0.05;= 0.01,> 0.05)的交互效應(yīng)均不顯著。

表1 各變量的描述性統(tǒng)計與相關(guān)分析(N = 78)

注：表示< 0.05,表示< 0.01,表示< 0.10。

表2 學前兒童消極情緒性與睡眠時間各參數(shù)變量對執(zhí)行功能的分層回歸分析(N = 78)

注：表示< 0.05,表示< 0.01。

3.3 模型檢驗：顯著性區(qū)域檢驗

采用顯著性區(qū)域檢驗法(Roisman et al., 2012)檢驗周末補償睡眠與學前兒童消極情緒性的交互作用模式是否符合差別易感性模型。如表3和圖4所示, 當抑制控制作為結(jié)果變量時：(1)周末補償睡眠的顯著性區(qū)域下邊界為?0.71, 上邊界為0.70, 表明當周末補償睡眠少于?0.71時, 高消極情緒性比低消極情緒性兒童表現(xiàn)出更差的抑制控制, 當周末補償睡眠多于0.70時, 高消極情緒性兒童比低消極情緒性兒童表現(xiàn)出更好的抑制控制, 且顯著區(qū)間介于± 2范圍內(nèi)。(2) PoI指數(shù)為0.51, 表明良好交互效應(yīng)的百分比為51%, 較差交互效應(yīng)的百分比為49%; PA指數(shù)為0.51, 表明51%學前兒童受到良好交互效應(yīng)的影響, 49%學前兒童受到較差交互效應(yīng)的影響。(3) X與ZX對兒童抑制控制的預測作用不顯著, 表明變量間不存在非線性關(guān)系。(4)當采用順序性Bonferroni檢驗對值進行多重矯正后, 上述交互作用依然顯著。

如表3和圖5所示, 以認知靈活性為結(jié)果變量：(1)周末補償睡眠的顯著區(qū)間下邊界為?0.64, 上邊界為1.55, 表明當兒童周末補償睡眠少于?0.64時, 高消極情緒性兒童的認知靈活性顯著低于低消極情緒性兒童, 當周末補償睡眠多于1.55時, 高消極情緒性兒童比低消極性情緒兒童表現(xiàn)出更高的認知靈活性, 顯著區(qū)間介于± 2范圍內(nèi)。(2) PoI值為0.42, PA指數(shù)大于16%。(3) X與ZX對學前兒童認知靈活性的預測作用不顯著。(4)采用Bonferroni多重矯正后, 上述交互作用依然顯著。

表3 RoS法檢驗消極情緒性和周末補償睡眠交互作用的統(tǒng)計指標(N = 78)

圖4 周末補償睡眠對學前兒童抑制控制的線性回歸

圖5 周末補償睡眠對學前兒童認知靈活性的線性回歸

如表3和圖6所示, 以工作記憶為結(jié)果變量, (1)周末補償睡眠的下邊界和上邊界分別為?1.17和0.79, 表明當周末補償睡眠少于?1.17時, 高消極情緒性比低消極情緒性兒童表現(xiàn)出更差的工作記憶, 當周末補償睡眠多于0.79時, 高消極情緒性兒童比低消極情緒性兒童表現(xiàn)出更好的工作記憶, 顯著區(qū)間介于±2范圍內(nèi)。(2) PoI指數(shù)為0.56, PA指數(shù)為0.55。(3)變量間不存在顯著的非線性關(guān)系。(4)消極情緒性與周末補償睡眠對學前兒童的交互作用經(jīng)過多重矯正后依然顯著。綜上, 消極情緒性對周末補償睡眠與執(zhí)行功能三個指標的調(diào)節(jié)效應(yīng)均符合差別易感性模型, 即高消極情緒性兒童更容易受周末補償睡眠的影響, 從而表現(xiàn)出更好或更差的執(zhí)行功能。

圖6 周末補償睡眠對學前兒童工作記憶的線性回歸

4 討論

如何對兒童實施科學、有效而積極的睡眠安排, 是兒童心理學工作者和家長教師共同關(guān)注的問題之一, 本研究從兒童氣質(zhì)?睡眠經(jīng)驗交互作用的發(fā)展性視角, 考察了學前兒童不同的睡眠時間參數(shù)和消極情緒性對隨后的執(zhí)行功能發(fā)展的共同作用。本研究的描述性結(jié)果顯示, 學前兒童的總睡眠時長為10.23 ± 0.56 h, 該結(jié)果與國內(nèi)其他同年齡段兒童總睡眠時長的研究結(jié)果10.6 ± 1.55 h (蔡益民, 易著文, 黃輝, 李介民, 羅雪梅, 2008)基本一致, 低于同年齡段國外兒童11.13 ± 0.63 h的平均總睡眠時長(Pattinson, Smith, Staton, Trost, & Thorpe, 2018)。本研究中學前兒童的夜間睡眠比為0.90 ± 0.03, 這說明學前階段兒童的睡眠時間逐漸向夜間整合的趨勢(Davis, Parker, & Montgomery, 2004)。此外, 本研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)兒童的周末補償睡眠時間為0.31 ± 0.47 h, 周末夜間睡眠時間顯著長于平時夜間睡眠時間, 趙雪妮, 張紀華, 趙浦, 李鵬程, 袁迅玲(2014)的研究結(jié)果也顯示學前兒童周末睡眠時間比平時多0.53 h。

本研究發(fā)現(xiàn), 夜間睡眠比而非總睡眠時長對執(zhí)行功能三個成分具有顯著的預測作用, 這一結(jié)果與國外相關(guān)研究的結(jié)果是一致的。例如, Dionne等(2011)的研究發(fā)現(xiàn), 夜間睡眠所占的比例與兒童隨后的語言認知能力相關(guān)性更強, 而不是睡眠時間的單獨成分(夜間或白天睡眠時長)。一項前瞻性的追蹤研究發(fā)現(xiàn), 在控制了家庭社會經(jīng)濟地位和同時性語言能力之后, 兒童12和18個月時的夜間睡眠比而非總睡眠時長可以顯著地預測兒童26個月大的執(zhí)行功能, 尤其是沖動控制成分, 該結(jié)果說明夜間睡眠的比例越高, 兒童的執(zhí)行功能表現(xiàn)越好(Bernier et al., 2013)。為什么夜間睡眠比而不是總睡眠時長對兒童執(zhí)行功能的三個子成分發(fā)展具有更大的預測力？這可能與兒童的睡眠逐漸成熟有關(guān), 大腦發(fā)育的早期成熟和晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)使得兒童逐漸適應(yīng)晝夜交替, 最終將睡眠整合到夜間階段, 從而白天睡眠時間減少夜間睡眠比例增大, 這是年幼兒童睡眠?覺醒狀態(tài)組織更加成熟的標志(Anders, Sadeh, & Appareddy, 1995), 因此夜間睡眠比是兒童早期發(fā)展的高級生物行為組織的指標, 可以更好地體現(xiàn)兒童早期階段睡眠模式的個體差異, 是考察嬰兒期和兒童早期階段睡眠質(zhì)量的一個重要的發(fā)展指標(Bernier et al., 2013; Dionne et al., 2011)。同時, 這種在嬰兒期和童年早期形成的成熟的睡眠模式可能會促進兒童的學習能力和大腦發(fā)展。例如, 研究表明成熟的夜間睡眠可能是由更多的慢波活動(SWA)構(gòu)成的, 而慢波活動有助于皮質(zhì)成熟, 在皮質(zhì)突觸強度的調(diào)整中可能發(fā)揮著積極作用(Ringli & Huber, 2011), 從而更有益于與學習和整合有關(guān)的大腦可塑性, 在嬰兒期和兒童早期大腦的成熟和執(zhí)行功能的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。因此, 對本研究中的兒童來說, 他們大腦的組織成熟和睡眠?覺醒狀態(tài)組織成熟或許更適合完成執(zhí)行功能這種復雜的組織任務(wù)。此外, 白天小睡會減少夜間的睡眠時長, 因此這些孩子可能會在晚上睡的更少, 因為白天的睡眠減少了夜間睡眠的需求, 或者晚上睡眠較少的兒童因為睡眠不足, 需要白天小睡(Thorpe et al., 2015)。

本研究還發(fā)現(xiàn), 學前兒童的平時平均夜間睡眠與周末平均夜間睡眠存在顯著差異, 即存在周末補償睡眠, 但回歸分析發(fā)現(xiàn)周末補償睡眠對兒童執(zhí)行功能的預測力不顯著, 這與Kuula等人(2015)以學齡階段的青少年為研究對象的研究結(jié)果是不一致的, 他們的研究發(fā)現(xiàn)周末補償睡眠與青少年執(zhí)行功能的發(fā)展呈正相關(guān)關(guān)系, 周末補償睡眠越多青少年的執(zhí)行功能表現(xiàn)越好。導致本研究的結(jié)果與Kuula等人(2015)研究結(jié)果不一致的原因可能有以下兩個。一個原因是Kuula等人的研究對象是青少年, 青少年的睡眠模式與兒童時期相比會發(fā)生一定的變化, 包括睡眠相對延遲以及周末補充睡眠現(xiàn)象較為普遍(Becker et al., 2016)。個體進入青春期后, 睡眠的生物節(jié)律有所延遲。與年幼兒童相比, 青少年夜間入睡時的生理睡眠壓力提升速度較慢, 釋放褪黑素的時間也相對較遲, 因此青少年的睡眠潛伏期也相應(yīng)延長, 入睡的時間較晚(Carskadon, 2011; Owens, 2014)。此外, 青少年由于平時學校作息、課業(yè)壓力、使用電子產(chǎn)品等原因, 夜間睡眠時間縮短。周末補償睡眠多發(fā)生在睡眠不足的學齡兒童和青少年群體中, 用以彌補平時的睡眠不足(Becker et al., 2016; Kim et al., 2011; Seo et al., 2010)。本研究中的學前兒童正處于向小學過渡階段, 學業(yè)壓力相對來說比較小, 從而周末需要的補償睡眠量相對平時來說并不明顯, 因此導致周末補償睡眠對學前兒童執(zhí)行功能的零主效應(yīng)的現(xiàn)象。另一個原因是學前兒童的周末補償睡眠與其隨后執(zhí)行功能的關(guān)系可能會受兒童自身某種因素的調(diào)節(jié), 從而掩蓋了它們之間的聯(lián)系。本研究發(fā)現(xiàn), 兒童的消極情緒性對周末補償睡眠與執(zhí)行功能的三個成分存在著調(diào)節(jié)作用, 當兒童周末補償睡眠較少時, 高消極情緒性兒童的執(zhí)行功能更差, 當周末補償睡眠較多時, 高消極情緒性兒童的執(zhí)行功能更好, 但對低消極情緒性兒童來說, 周末補償睡眠的多少對其執(zhí)行功能三個子成分的影響差異不顯著, 即高消極情緒性兒童更容易受到周末補償睡眠積極或消極的影響, 該結(jié)果支持了差別易感性模型, 說明消極情緒性是兒童自身的易感性指標, 這與以往關(guān)于消極情緒性和其他家庭環(huán)境因素相互作用的結(jié)果一致(Hentges, Davies, & Cicchetti, 2015; Morgan, Shaw, & Olino, 2012; Pluess & Belsky, 2009; 高鑫, 丁碧蕾, 馮姝慧, 邢淑芬, 2018), 消極情緒性兒童往往具有低適應(yīng)性、易怒和低情緒調(diào)節(jié)等特征, 這些特征可能是兒童應(yīng)對環(huán)境刺激時神經(jīng)系統(tǒng)的一般高度敏感性的指示器(Pluess & Belsky, 2009), 由于自身的更敏感的中樞神經(jīng)系統(tǒng), 更容易記錄自身的經(jīng)驗(Boyce & Ellis, 2005), 使得他們不僅容易受低周末補償睡眠的不利影響, 同時也更容易從更多的周末補償睡眠睡眠安排中受益。

本研究從兒童氣質(zhì)?睡眠經(jīng)驗的發(fā)展性視角, 考察了學前兒童的總睡眠時長、夜間睡眠比和周末補償睡眠三個睡眠時間指標對兒童執(zhí)行功能發(fā)展的滯后效應(yīng), 并探討了睡眠對不同消極情緒性兒童的差異化影響。本研究結(jié)果提示我們, 夜間睡眠比對不同消極情緒性兒童的執(zhí)行功能發(fā)展都是非常重要的, 成熟的睡眠?覺醒周期訓練對兒童早期發(fā)展來說是極其重要的; 周末補償睡眠對高消極情緒性學前兒童的執(zhí)行功能發(fā)展具有更積極的預測作用。該研究結(jié)果不僅豐富和拓展了該領(lǐng)域的研究, 同時也為我國兒童科學、有效的睡眠安排提供了心理學實證研究的證據(jù)。但本研究仍存在以下不足和未來研究的方向：第一, 關(guān)于睡眠的測量方法單一。母親報告法相比于微型活動記錄儀(ActiGraph)和多導睡眠圖(Polysomnography, PSG)等客觀睡眠時間測量法簡單易行, 但得到的數(shù)據(jù)不如客觀睡眠測量方法精確, 未來研究可以采用客觀方法精確地觀測兒童的睡眠時間各參數(shù)指標。第二, 本研究從個體發(fā)展性的取向和視角, 考察不同睡眠時間參數(shù)對不同消極情緒性兒童的差異化影響, 發(fā)展性取向需要研究者識別更多的對睡眠問題的風險因素或保護性因素, 未來需要更多研究去識別和考察睡眠時間參數(shù)和兒童高級神經(jīng)認知功能之間關(guān)系的調(diào)節(jié)因素(Turnbull et al., 2013)。第三, 本研究在考察兒童睡眠時間參數(shù)對學前兒童三個月后執(zhí)行功能發(fā)展的長期影響時, 未考慮到近期睡眠狀況對兒童執(zhí)行功能產(chǎn)生的即時影響。在未來研究中, 我們將執(zhí)行功能測量前兒童的睡眠狀況作為控制變量加以控制, 進一步完善研究設(shè)計。第四, 本研究僅僅考察了睡眠時間的高級神經(jīng)認知功能, 未來研究需要從神經(jīng)水平考察睡眠問題與執(zhí)行功能之間的內(nèi)在神經(jīng)生理機制, 以便可以得出一個解釋睡眠影響個體認知和行為發(fā)展路徑的理論模型。如, 已有研究發(fā)現(xiàn)睡眠問題可能降低神經(jīng)元可塑性, 降低神經(jīng)元對外界環(huán)境刺激反應(yīng)的范圍(Turnbull et al., 2013)。最后, 采用母親日志的方法導致本研究的樣本量較小, 且大多數(shù)來自于北京地區(qū)社會經(jīng)濟地位較高的家庭, 有研究顯示家庭社會經(jīng)濟地位影響著兒童的睡眠模式與兒童發(fā)展之間的關(guān)系(El-Sheikh et al., 2013), 未來的研究可以采用更大的、更多樣化的學前兒童被試群體進行重復性研究, 以便得出更穩(wěn)定、更具可推廣性的研究結(jié)論。

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Differential influence of sleep time parameters on preschoolers’ executive function

XING Shufen; LI Qianqian; GAO Xin; MA Yuanyuan; FU Rui

(College of Psychology, Capital Normal University; Beijing Key Laboratory of “Learning & Cognition”, Beijing 100048, China)(Children’s Hospital of Philadelphia, Philadelphia, 19146, USA)

In China, disruptive sleep patterns and sleep deficiency are prevalent in preschool children. Literature has largely focused on the relationship between sleep duration and child development in adolescents and school-age children. Yet little is known about the impact of sleep duration in preschool children, for example, on their advanced neurocognitive function. Given that sleep need and sleep maturation develop rapidly in the first years of life, research findings in older children cannot be generalized to preschoolers.

Developmental research indicates individual differences in sleep need. From a developmental perspective, it is crucial to explore whether children’s susceptibility to neurocognitive disruptions is associated with sleep problems. Temperament, one aspect of individual susceptibility, is shown to be relatively stable across situations and developmental periods. In this study, negative emotionality in preschool children was used to indicate temperament. The goal of this study was to examine the links between preschoolers’ initial sleep duration (i.e., total daily sleep duration, ratio of nighttime sleep to total daily sleep, and sleep compensation over the weekend) and later executive function and the moderating role of children’s negative emotionality in the links. The sample was composed of 78 preschool children (= 6.31 years,= 0.35) and their mothers. Total daily sleep duration, ratio of nighttime sleep, sleep compensation over the weekend, and child negative emotionality were assessed using parental sleep diaries and mother reports. Child executive function was measured three months later using a set of standardized measurement procedures offered by the National Institutes of Health (NIH).

The results of the present study indicated that controlling for children’s concurrent language ability, initial ratio of nighttime sleep significantly predicted children’s subsequent executive function. In addition, we found that negative emotionality significantly moderated the relation between sleep compensation and the three components of the executive function (working memory, inhibitory control, cognitive flexibility), in support of the differential susceptibility model. Specifically, sleep compensation was positively associated with performance in the executive function tests for preschool children with high negative emotionality whereas the association was nonsignificant for children with low negative emotionality.

In conclusion, our findings suggested that children who sleep longer at night would be more advanced in their EF development. For children with high negative emotionality, sleep compensation over the weekend has a positive effect on their executive function skills. The results of this study provided important practical implications for Chinese preschoolers’ sleep arrangements.

sleep duration; executive function; negative emotionality; differential susceptibility; preschoolers

10.3724/SP.J.1041.2018.01269

2018-03-19

* 國家社會科學一般項目(17BSH144)和教育部人文社會科學研究項目(16YJC190023)資助。

邢淑芬, 李倩倩, 高鑫為共同第一作者。

邢淑芬, E-mail: xsf2986@163.com

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