一次短時(shí)游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響

高俊宏,胡 玥

(杭州市陳經(jīng)綸體育運(yùn)動(dòng)學(xué)校，浙江 杭州 310007;2.杭州市余杭區(qū)少年八家業(yè)余體校，浙江 杭州 311100)

隨著認(rèn)知心理學(xué)的發(fā)展，對(duì)運(yùn)動(dòng)與認(rèn)知能力的研究越來越受到重視，運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行功能也逐漸成為認(rèn)知心理學(xué)和體育心理學(xué)的重要研究領(lǐng)域。執(zhí)行功能(executive function,EF)是在完成復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)時(shí)，對(duì)各種基本認(rèn)知過程進(jìn)行協(xié)調(diào)，以保證認(rèn)知系統(tǒng)以靈活、優(yōu)化的方式實(shí)行特定目標(biāo)的一般性控制機(jī)制，其本質(zhì)是對(duì)其他認(rèn)知過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，根本目的是為了產(chǎn)生協(xié)調(diào)有序、有目的性的行為[1]。科學(xué)研究表明運(yùn)動(dòng)不僅可以增強(qiáng)體質(zhì)，促進(jìn)身體健康，還可以改善兒童的執(zhí)行功能，從而提高他們的學(xué)習(xí)成績。執(zhí)行功能始于嬰兒期，在兒童時(shí)期發(fā)展得最快[2]。執(zhí)行功能發(fā)展良好的兒童注意力更專注，記憶力也更好，決策能力更強(qiáng)，他們?cè)跀?shù)學(xué)和閱讀能力方面的表現(xiàn)較好。執(zhí)行功能發(fā)展不良的兒童容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)功能受損，導(dǎo)致學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)減弱、自我控制能力低、注意轉(zhuǎn)換有困難等，還容易出現(xiàn)自閉癥、多動(dòng)癥和注意力缺陷等癥狀[3,4,5]。Miyake將執(zhí)行功能分為三個(gè)子功能，分為抑制功能、刷新功能、轉(zhuǎn)換功能。抑制功能是指認(rèn)知過程中有意識(shí)地對(duì)自動(dòng)的占主導(dǎo)地位的優(yōu)勢(shì)反應(yīng)的抑制。抑制控制是執(zhí)行功能的核心成分，它是決定多種心理過程如何協(xié)同工作，以使得一項(xiàng)任務(wù)在成功實(shí)施的過程中起重要的作用。轉(zhuǎn)換功能是指在執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)時(shí)根據(jù)任務(wù)目的要求，在多種任務(wù)、多種操作或心理定勢(shì)之間靈活的轉(zhuǎn)換。刷新功能是指對(duì)進(jìn)入工作記憶的信息進(jìn)行監(jiān)控和編碼以適應(yīng)當(dāng)前的任務(wù)，以及對(duì)工作記憶中的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦薷?，用新的、更合適的心理取代舊的不合適的信息。

研究發(fā)現(xiàn)長期和短期的體育運(yùn)動(dòng)均有助于兒童執(zhí)行功能的發(fā)展[6]。Donnelly等人發(fā)現(xiàn)經(jīng)過為期3年每周5次每次90min的中高強(qiáng)度體育運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，受試兒童的體力活動(dòng)水平、認(rèn)知能力測(cè)試成績和學(xué)業(yè)表現(xiàn)均有所提高[7]。Chaddock等人也發(fā)現(xiàn)經(jīng)過為期9個(gè)月每周5次每次60min的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，兒童的右額葉前部的激活水平下降，注意力和抗干擾表現(xiàn)有所改善[8]。陳愛國等人也發(fā)現(xiàn)短時(shí)間有氧運(yùn)動(dòng)，如30min的功率自行車也提高了兒童在執(zhí)行功能測(cè)試中的得分[9]。不過目前大部分研究聚焦在陸上有氧運(yùn)動(dòng)，對(duì)于水上有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響研究較少。因此本文研究短時(shí)體育運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響，研究通過將48名9至11歲兒童分為游泳組和對(duì)照組，游泳組進(jìn)行一次短時(shí)間中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)，對(duì)照組進(jìn)行一次60min自修課。在干預(yù)前后對(duì)他們進(jìn)行執(zhí)行功能測(cè)試，分析一次短時(shí)間中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)前后兒童執(zhí)行功能的變化。旨在了解長期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響，并為未來提高兒童執(zhí)行功能發(fā)展提供運(yùn)動(dòng)干預(yù)的參考方案。

1 研究對(duì)象

實(shí)驗(yàn)對(duì)48名9至11歲的兒童進(jìn)行研究分析，將他們分為兩組，分別是游泳組與對(duì)照組。游泳組的兒童就讀于杭州市各個(gè)普通小學(xué)，同時(shí)利用課余時(shí)間在杭州市某體育運(yùn)動(dòng)學(xué)校參加業(yè)余游泳訓(xùn)練(每周5至7次，每次2h)。對(duì)照組的兒童為杭州市普通小學(xué)學(xué)生。要求這些受試對(duì)象：①身體機(jī)能正常，無心血管、心理和神經(jīng)系統(tǒng)疾??；②視覺色覺正常。

2 研究方法

2.1 研究流程

整個(gè)測(cè)試分為前測(cè)部分、運(yùn)動(dòng)干預(yù)部分、后測(cè)部分三個(gè)部分。第一步，在前測(cè)部分收集被試者的基本資料，采用問卷調(diào)查法，收集受試人員的基本資料。包括年齡、性別、身高、體重、(矯正)視力和色覺是否正常、有無心血管、心理、神經(jīng)系統(tǒng)疾病，并測(cè)試被試者的安靜心率，然后對(duì)被試者進(jìn)行第一次執(zhí)行功能測(cè)量。第二步，在運(yùn)動(dòng)干預(yù)部分，游泳組進(jìn)行一次60min的中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，對(duì)照組進(jìn)行60min自修課。第三步，干預(yù)結(jié)束后待研究對(duì)象心率恢復(fù)到100～120次/min后，進(jìn)行第二次執(zhí)行功能測(cè)試。

圖1 研究流程圖

2.2 運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案

運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間為60min，游泳訓(xùn)練包括5分鐘岸上動(dòng)態(tài)熱身活動(dòng)、400m自由泳水上準(zhǔn)備活動(dòng)、3×100m混合泳劃手、8×50m四種泳姿打腿、2×100m自由泳混合泳各一個(gè)、4×15m自由泳、4×200m自由泳、4×50m四種泳姿配合游。運(yùn)動(dòng)期間運(yùn)動(dòng)心率范圍在154.08±4.96次/min，運(yùn)動(dòng)結(jié)束后20min內(nèi)即刻平均心率為110.46±4.68次/min。而對(duì)照組在老師的組織下，在教室進(jìn)行60min自修課，上課時(shí)心率為83.17±1.40次/min，結(jié)束后20min內(nèi)即刻平均心率為83.25±1.35次/min。

2.3 執(zhí)行功能測(cè)量方法

實(shí)驗(yàn)通過利用計(jì)算機(jī)在Inquisit軟件上對(duì)被試者進(jìn)行Stroop任務(wù)測(cè)試、威斯康辛卡片分類測(cè)試、2-Back任務(wù)測(cè)試的執(zhí)行功能測(cè)量。使用Stroop任務(wù)測(cè)試兒童的抑制功能，使用威斯康辛卡片分類測(cè)試測(cè)試兒童的轉(zhuǎn)換功能，使用2-Back任務(wù)測(cè)試兒童的刷新功能。執(zhí)行功能的評(píng)價(jià)成績?yōu)樗麄兺瓿上嚓P(guān)任務(wù)的反應(yīng)時(shí)和正確率，反應(yīng)時(shí)越快、正確率越高，說明執(zhí)行功能越好。三項(xiàng)任務(wù)的測(cè)試順序?yàn)镾troop任務(wù)測(cè)試、威斯康辛卡片分類測(cè)試、2-Back任務(wù)測(cè)試。執(zhí)行功能前測(cè)和后測(cè)均在學(xué)校計(jì)算機(jī)房內(nèi)進(jìn)行，環(huán)境安靜、明亮，測(cè)試過程中沒有外界干擾。在測(cè)試前被試者在主試?yán)蠋煹闹笇?dǎo)下進(jìn)行練習(xí)，待被試者對(duì)任務(wù)測(cè)試規(guī)則掌握后開始進(jìn)入正式測(cè)試。被試者在完成每個(gè)測(cè)試之間可稍作休息，整個(gè)測(cè)試的時(shí)間大約需要45min左右。

表1受試對(duì)象的基本情況以及運(yùn)動(dòng)干預(yù)情況

對(duì)照組 游泳組 總體 人數(shù)(人) 24 24 48 女生人數(shù)(人) 12 12 24 年齡(歲) 10.42±0.50 10.12±0.79 10.27±0.67 年級(jí) 5 4.42±0.50 4.71±0.45 運(yùn)動(dòng)年限(年) 0 3.63±0.49 1.81±1.86 體重指數(shù)BMI 17.82±1.07 17.34±1.12 17.58±1.11 安靜心率(次/分) 82.92±1.55 82.54±1.74 82.73±1.64 干預(yù)中心率(次/分) 83.17±1.40 154.08±4.96 118.62±36.01 干預(yù)中心率(次/分) 83.25±1.35 110.46±4.68 96.85±14.16

注：BMI: Body Mass Index

2.4 統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。采用重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)方差將兩個(gè)組別(游泳組和對(duì)照組)和兩個(gè)時(shí)間組(前測(cè)和后測(cè))進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 研究結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在Stroop任務(wù)測(cè)試中，游泳組的后測(cè)反應(yīng)時(shí)和正確率均高于對(duì)照組。在威斯康辛卡片分類測(cè)試中，游泳組的后測(cè)反應(yīng)時(shí)和正確率均高于對(duì)照組。在2-back任務(wù)測(cè)試中，游泳組后測(cè)的反應(yīng)時(shí)和準(zhǔn)確率均高于對(duì)照組。

圖2 Stroop任務(wù)反應(yīng)時(shí)的變化

圖2和圖3顯示了各組受試對(duì)象在干預(yù)前后完成Stroop任務(wù)反應(yīng)時(shí)與正確率的變化。研究結(jié)果顯示，游泳組與對(duì)照組在運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后完成Stroop任務(wù)測(cè)試的反應(yīng)時(shí)存在差異，且差異具有顯著性(F(1,46)=17.838,P<0.01)。運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間和分組之間交互作用不顯著(F(1,46)=1.574，P>0.05)，游泳組與對(duì)照組組別間差異具有顯著性(F(1,46)=10.989,P<0.05)。

游泳組與對(duì)照組在干預(yù)前后完成Stroop任務(wù)的正確率差異較小，且差異不具有顯著性(F(1,46)=2.023，P>0.05)。運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間與分組之間交互作用顯著，且差異具有顯著性(F(1,46)=14.248,P<0.01)，游泳組與對(duì)照組組別間差異不具有顯著性(F(1,46)=0.146,P>0.05)。

圖3 Stroop任務(wù)準(zhǔn)確率的變化

圖4 威斯康辛卡片分類測(cè)試反應(yīng)時(shí)的變化

圖4和圖5顯示了各組受試對(duì)象在干預(yù)前后完成威斯康辛卡片分類測(cè)試反應(yīng)時(shí)與正確率的變化。研究結(jié)果顯示，游泳組與對(duì)照組在干預(yù)前后完成威斯康辛卡片分類測(cè)試的反應(yīng)時(shí)差異較小，差異不具有顯著性(F(1,46)=3.514,P>0.05)，運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間和分組之間交互作用顯著(F(1,46)=7.693，P<0.05)，游泳組與對(duì)照組組別間不存在顯著差異(F(1,46)=0.006,P>0.05)。

游泳組與對(duì)照組在干預(yù)前后完成威斯康辛卡片分類測(cè)試正確率的分析數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間的正確率存在差異，且差異具有顯著(F(1,46)=18.355,P<0.01)，運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間與組別之間交互作用顯著(F(1,46)=5.681,P<0.05)，游泳組與對(duì)照組組別間差異具有顯著性(F(1,46)=11.369,P<0.05)。

圖6和圖7顯示了各組受試對(duì)象在干預(yù)前后完成2-back任務(wù)反應(yīng)時(shí)與正確率的變化。研究結(jié)果顯示，游泳組與對(duì)照組在干預(yù)前后完成2-back任務(wù)反應(yīng)時(shí)差異較小，差異不具有顯著性(F(1,44)=0.147,P>0.05)。運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間和分組之間交互作用不顯著(F(1,44)=0.669，P>0.05)。

圖5 威斯康辛卡片分類測(cè)試準(zhǔn)確率的變化

圖6 2-back任務(wù)反應(yīng)時(shí)的變化

游泳組與對(duì)照組在干預(yù)前后完成2-back任務(wù)正確率的分析數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(F(1,45)=1.645,P>0.05)，運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間與組別交互作用顯著(F(1,45)17.771=,P<0.05)，游泳組與對(duì)照組組別間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且差異具有顯著性(F(1,45)=5.989,P<0.05)。

圖7 2-back任務(wù)準(zhǔn)確率的變化

4 分析與討論

本研究將9至11歲的兒童作為研究對(duì)象，將他們分為游泳組和對(duì)照組，研究一次短時(shí)中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響。研究發(fā)現(xiàn)一次短時(shí)中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能各子功能(抑制功能、轉(zhuǎn)換功能和刷新功能)均存在一定的影響。首先，短時(shí)中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制功能存在影響，具體表現(xiàn)為游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)后兒童在Stroop任務(wù)測(cè)試中的正確率均存在提高,反應(yīng)時(shí)提高顯著。這個(gè)研究結(jié)果與已有的研究結(jié)果一致。Sibley等人發(fā)現(xiàn)短時(shí)中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)后，大學(xué)生的Stroop任務(wù)測(cè)試成績提高，即抑制功能提高[10]。Hillman 等人還發(fā)現(xiàn)20min中等強(qiáng)度有氧走后，兒童完成的Flanker任務(wù)準(zhǔn)確率有所提高[11]。其次，短時(shí)中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)換功能存在影響，具體表現(xiàn)為游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)后兒童在威斯康辛卡片分類測(cè)試中的正確率和反應(yīng)時(shí)均存在提高，正確率提高顯著。第三，短時(shí)中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)刷新功能存在影響，具體表現(xiàn)為游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)后兒童在2-back任務(wù)測(cè)試中正確率顯著提高，說明運(yùn)動(dòng)干預(yù)后兒童的注意力更集中，記憶與思維的靈敏度更高。這些研究結(jié)果與已有的研究結(jié)果一致。陳愛國發(fā)現(xiàn)一次短時(shí)自行車運(yùn)動(dòng)后大學(xué)生的Flanker任務(wù)、More-odd shifting任務(wù)和N-back任務(wù)測(cè)試均存在提高，執(zhí)行功能提高[9]。陳愛國發(fā)現(xiàn)一次短時(shí)中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)后，5名10歲兒童的磁共振成像顯示運(yùn)動(dòng)后兒童的執(zhí)行功能各子功能均有所提高[12。

研究表明，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能存在積極影響主要基于倒U型喚醒理論和兒茶酚胺類遞質(zhì)假說。中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)使得人體處于較好的喚醒水平，在達(dá)到最佳喚醒水平之前，喚醒水平越高表現(xiàn)越好，而達(dá)到最佳喚醒水平之后，則喚醒水平越高表現(xiàn)越差[13,14]。兒茶酚胺類遞質(zhì)假說，指的是短時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)使得腦神經(jīng)內(nèi)分泌水平增加，導(dǎo)致腦部兒茶酚胺類遞質(zhì)變化，改善個(gè)體執(zhí)行功能[15,16]。研究還發(fā)現(xiàn)，短時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)能夠提高血液循環(huán)，改善大腦局部血液供應(yīng)，從而提高執(zhí)行功[18]。

5 結(jié) 論

短時(shí)中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)可能能夠改善和提高兒童執(zhí)行功能的轉(zhuǎn)換功能、抑制功能和刷新功能。本文研究短時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能的影響，仍存在一些不足：①選取的被試僅為9-11歲的兒童，其他不同年齡段的人群受有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后執(zhí)行功能是否存在差異在本研究中不能得到證實(shí)；②在一次短時(shí)運(yùn)動(dòng)中僅選擇了一種運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的(中等強(qiáng)度)和一種運(yùn)動(dòng)類型(游泳運(yùn)動(dòng))來揭示有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能的影響，缺乏有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能影響的“劑量效應(yīng)”。后續(xù)的研究還可以選取不同年齡段的被試者，用不同運(yùn)動(dòng)類型、不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、不同運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間進(jìn)行單獨(dú)或交互的研究，研究有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能的影響。全面揭示有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能的“劑量效應(yīng)”，為改善執(zhí)行功能提供有效合理的有氧運(yùn)動(dòng)方案。