開放式與封閉式運(yùn)動(dòng)技能對執(zhí)行功能的影響差異

潘華威

摘? 要：開放式與封閉式運(yùn)動(dòng)技能是兩種運(yùn)動(dòng)類型。當(dāng)前關(guān)于這兩類運(yùn)動(dòng)對執(zhí)行功能的影響研究還非常少，其機(jī)制問題也鮮有談及。本文通過搜集相關(guān)文獻(xiàn)對開放式與封閉式運(yùn)動(dòng)技能對執(zhí)行功能的三個(gè)子功能的影響差異及其機(jī)制進(jìn)行探討。研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，開放式運(yùn)動(dòng)技能對于抑制功能與轉(zhuǎn)換功能有較好的影響，而封閉式運(yùn)動(dòng)技能對工作記憶有更好的效果，其中最有可能產(chǎn)生這樣差異的原因是不同的運(yùn)動(dòng)技能對于腦區(qū)的影響差異所致。

關(guān)鍵詞：開放式運(yùn)動(dòng)技能? 封閉式運(yùn)動(dòng)技能? 執(zhí)行功能

中圖分類號：G804? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2813（2019）03（c）-0015-03

執(zhí)行功能是認(rèn)知功能的高級成分，對人們能正常甚至更健康的生活起著重要作用。運(yùn)動(dòng)干預(yù)執(zhí)行功能的方案多種多樣，根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)類型可以分為有氧和抗阻，開放式與封閉式。前者在先前的文章中研究較多，而對后者談?wù)摰奈恼螺^少。執(zhí)行功能（executive function;EF）是指在完成復(fù)雜的執(zhí)行任務(wù)時(shí)，對其他執(zhí)行過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的高級認(rèn)知過程，主要包括抑制、工作記憶和轉(zhuǎn)換3個(gè)子功能，其根本作用是產(chǎn)生協(xié)調(diào)有序、具有目標(biāo)性的行為[1]。已有大量的研究證明運(yùn)動(dòng)可以改善人的執(zhí)行功能。而在進(jìn)一步的探索中發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度的、長期并且每次運(yùn)動(dòng)時(shí)間超過30分鐘的運(yùn)動(dòng)會(huì)有更好的效果。而在運(yùn)動(dòng)類別的選擇上，當(dāng)前的研究表明，有氧運(yùn)動(dòng)對執(zhí)行功能的積極作用較抗阻運(yùn)動(dòng)、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)普遍更好。本文通過將運(yùn)動(dòng)分為開放式與封閉式技能來探究運(yùn)動(dòng)類別的不同對執(zhí)行功能的影響。

按照運(yùn)動(dòng)技能的不同，運(yùn)動(dòng)可以分為兩種類型：開放式技能和封閉式運(yùn)動(dòng)技能。開放式運(yùn)動(dòng)技能被定義為要求運(yùn)動(dòng)員在動(dòng)態(tài)變化、不可預(yù)測和外部節(jié)奏的環(huán)境（例如，籃球、網(wǎng)球、擊劍等）中做出反應(yīng)的運(yùn)動(dòng)[3]。相比之下，封閉式技能運(yùn)動(dòng)被定義為運(yùn)動(dòng)員（例如，跑步、游泳）的運(yùn)動(dòng)環(huán)境相對高度一致、可預(yù)測和自我控制節(jié)奏的運(yùn)動(dòng)[2-3]。與來自封閉式技能運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)員相比，來自開放式技能運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)員在視覺注意、決策和行動(dòng)執(zhí)行方面可以發(fā)展更多的靈活性[4]。有一篇元分析研究表明：來自開放式技能運(yùn)動(dòng)（也稱為攔截性或策略性運(yùn)動(dòng)）的運(yùn)動(dòng)員在認(rèn)知任務(wù)上比進(jìn)行封閉式技能運(yùn)動(dòng)（或靜態(tài)運(yùn)動(dòng)）的運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)得更好。明晰兩種運(yùn)動(dòng)對執(zhí)行功能影響的差異性有利于我們對運(yùn)動(dòng)干預(yù)執(zhí)行功能有一個(gè)更全面的認(rèn)識(shí)，也有利于在實(shí)踐中，更有針對性的采取特定措施干預(yù)執(zhí)行功能的發(fā)展。這表明比較開放式與封閉式技能運(yùn)動(dòng)對執(zhí)行功能的影響差異是有一定意義的[2-5]

1? 開放式與封閉式技能運(yùn)動(dòng)對執(zhí)行功能的影響

抑制控制，即在當(dāng)前環(huán)境中抑制已有計(jì)劃但不適當(dāng)?shù)那爸眯袨榈哪芰?，在控制人類行為中起著重要作用。有研究者發(fā)現(xiàn)，與非運(yùn)動(dòng)員相比，抑制控制可能在運(yùn)動(dòng)員中有更好的發(fā)展，他們的行為表現(xiàn)更高，并且也與成功的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)有關(guān)。然而，很少有研究比較開放式與封閉式技能運(yùn)動(dòng)干預(yù)對抑制控制的影響。研究表明，與非運(yùn)動(dòng)員相比，運(yùn)動(dòng)員如棒球運(yùn)動(dòng)員、籃球運(yùn)動(dòng)員和擊劍運(yùn)動(dòng)員在Go/No-go任務(wù)中反應(yīng)更快或犯的錯(cuò)誤更少，而這些運(yùn)動(dòng)都是開放式運(yùn)動(dòng)[9]。還有研究通過眼動(dòng)任務(wù)發(fā)現(xiàn)，與非運(yùn)動(dòng)員相比，乒乓球運(yùn)動(dòng)員、籃球運(yùn)動(dòng)員和高水平射擊運(yùn)動(dòng)員具有較短的反掃視潛伏期。這些來自手動(dòng)與眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)的證據(jù)表明抑制控制可能通過廣泛的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練來加強(qiáng)，至少在某些類型的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中?；谶\(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員比較的證據(jù)，Chun-HaoWang通過干預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員在停止信號任務(wù)中的反應(yīng)時(shí)（SSRT）明顯短于游泳運(yùn)動(dòng)員和久坐對照組，而游泳運(yùn)動(dòng)員和久坐對照組之間沒有差異。Chun-HaoWang等人的這項(xiàng)研究證明了不同運(yùn)動(dòng)類別運(yùn)動(dòng)員以及運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員在抑制控制方面的差異[6]。

轉(zhuǎn)換功能是指根據(jù)任務(wù)目的的要求， 在多種任務(wù)、多種操作或心理定勢之間靈活地轉(zhuǎn)換。Chia-Liang Tsai等人[7]的研究表明，開放式技能運(yùn)動(dòng)組在轉(zhuǎn)換條件下表現(xiàn)出比封閉式技能運(yùn)動(dòng)組或?qū)φ战M更快的反應(yīng)時(shí)，并且其特定的轉(zhuǎn)換成本也低于封閉式技能運(yùn)動(dòng)組和對照組。這表明參與開放式技能運(yùn)動(dòng)模式有助于為即將到來的轉(zhuǎn)換進(jìn)行更充分的準(zhǔn)備，并且參與開放式技能運(yùn)動(dòng)模式的老年人可以更好地從一個(gè)任務(wù)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)任務(wù)，因?yàn)樗麄冊缫言谝粋€(gè)開放的不斷發(fā)生變化的環(huán)境中進(jìn)行練習(xí)。有文獻(xiàn)表明，參與開放式技能運(yùn)動(dòng)的老年被試在轉(zhuǎn)換功能上比參與封閉式技能運(yùn)動(dòng)的老年人更好的神經(jīng)認(rèn)知表現(xiàn)并且短期封閉式技能運(yùn)動(dòng)干預(yù)（例如，阻力運(yùn)動(dòng)）不能改善任務(wù)轉(zhuǎn)換的表現(xiàn)。但是以增強(qiáng)心肺健康為目的的封閉式技能運(yùn)動(dòng)可以促進(jìn)白質(zhì)完整性，增加海馬體積，改善老年人的記憶力。這也證實(shí)了，封閉式技能運(yùn)動(dòng)是可以提高工作記憶能力的一種運(yùn)動(dòng)方式。

工作記憶是多信息存儲(chǔ)及操作的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，兼具了圖文與語言的短時(shí)存儲(chǔ)能力，是執(zhí)行功能的基礎(chǔ)。對于運(yùn)動(dòng)干預(yù)工作記憶的研究主要集中于老年人群，主要是由于衰老導(dǎo)致的工作記憶衰退已經(jīng)成為當(dāng)前的人們關(guān)注的熱點(diǎn)。有研究表明，開放式技能（例如乒乓球）運(yùn)動(dòng)會(huì)更多地影響負(fù)責(zé)注意力，轉(zhuǎn)換和抑制功能的前額皮層區(qū)域，而封閉式技能運(yùn)動(dòng)（例如慢跑）對海馬體起作用更多，這對記憶很重要（例如，長期記憶和工作記憶）。

2? 可能機(jī)制

先前的研究表明，不同類型的體育活動(dòng)會(huì)對執(zhí)行功能產(chǎn)生不同的影響。例如，工作記憶的改善與有氧適能的增強(qiáng)有關(guān)，而拉伸與協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后注意力的增加更為明顯。因此，兩種運(yùn)動(dòng)模式（即開放和封閉式技能）似乎能夠?qū)?zhí)行功能及其神經(jīng)過程產(chǎn)生不同的影響。

一方面，可能是兩種技能運(yùn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力、認(rèn)知負(fù)荷以及神經(jīng)系統(tǒng)有著不同的要求。開放式運(yùn)動(dòng)技能要求運(yùn)動(dòng)員在動(dòng)態(tài)變化、不可預(yù)測和外部節(jié)奏的環(huán)境中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這對運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力提出了較高的要求。所參與的運(yùn)動(dòng)對運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力要求越高，給予大腦的認(rèn)知負(fù)荷也就越高，神經(jīng)系統(tǒng)也會(huì)因此受到更多的刺激。因此，長期參與開放式技能運(yùn)動(dòng)可能會(huì)使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接更加緊密，從而刺激抑制功能與轉(zhuǎn)換功能的增強(qiáng)。

另一方面，工作記憶的改善和抑制控制與轉(zhuǎn)換功能改善的差異可能在于激活的腦區(qū)回路不同。有研究表明，年輕女大學(xué)生的工作記憶在急性有氧運(yùn)動(dòng)得到了顯著的改善并且急性運(yùn)動(dòng)后大腦激活水平也有了顯著變化。在大腦中，海馬體在形成關(guān)于事物的新記憶中起著重要作用。最近的一項(xiàng)研究表明，高有氧適能的兒童有著更大的雙側(cè)海馬體積，并與記憶任務(wù)的表現(xiàn)呈正相關(guān)。另一項(xiàng)研究報(bào)告指出，較高的頂葉活動(dòng)與兒童較高的工作記憶能力有關(guān)。一項(xiàng)元分析得出結(jié)論，小腦的功能涉及感覺運(yùn)動(dòng)，語言，空間和工作記憶。以上談及的海馬、頂葉以及小腦都被證實(shí)與工作記憶有著直接或間接的關(guān)聯(lián)。最近，對小腦的研究揭示了小腦和頂葉之間的聯(lián)系可能是支持小腦影響工作記憶的重要基礎(chǔ)。此外，先前的觀察發(fā)現(xiàn)頂葉小葉是來自兩個(gè)皮質(zhì)下位點(diǎn)的突觸信號輸出的目標(biāo)，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)頂葉小葉接收的強(qiáng)烈突觸信號來自海馬體[10]。以上所述的有氧運(yùn)動(dòng)絕大多數(shù)是簡單的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)或功率自行車?？傊?，可以推測有氧運(yùn)動(dòng)引起的改善工作記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)可能是：有氧運(yùn)動(dòng)對小腦的激活加強(qiáng)可能有助于改善頂葉皮層的功能和加強(qiáng)海馬和頂葉皮層之間的相關(guān)性，從而增強(qiáng)或改善工作記憶，它們構(gòu)成了有氧運(yùn)動(dòng)改善工作記憶的一條快速通道。而開放式技能運(yùn)動(dòng)是在不斷變化的環(huán)境中，不斷地調(diào)整自己的技能，對于抑制功能與轉(zhuǎn)換功能的影響效果更好的可能原因在于開放式運(yùn)動(dòng)技能更多的激活了大腦的前額區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

還有一種假設(shè)指出兩種技能運(yùn)動(dòng)的差異可能歸因于大腦中的神經(jīng)發(fā)生，血管化和血流增加的過程以及神經(jīng)化學(xué)系統(tǒng)中某些生物標(biāo)志物分泌水平的變化的不同[8]。有研究表明：由于神經(jīng)化學(xué)系統(tǒng)中一些生物標(biāo)志物的分泌不同（例如，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子，胰島素樣生長因子-1和同型半胱氨酸），以及腦組織體積和激活的差異，不同類型的運(yùn)動(dòng)似乎對神經(jīng)認(rèn)知表現(xiàn)具有特定的影響。

3? 結(jié)語

在以往的研究中，研究者一般認(rèn)為開放式技能運(yùn)動(dòng)較封閉式技能運(yùn)動(dòng)對運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力有著更高的要求，往往也伴隨更高的認(rèn)知負(fù)荷，因此開放式技能運(yùn)動(dòng)對執(zhí)行功能的影響要優(yōu)于封閉式技能運(yùn)動(dòng)。但是目前的研究表明，不同類型的運(yùn)動(dòng)對執(zhí)行功能有著不同的影響，而非開放式技能運(yùn)動(dòng)就全優(yōu)于封閉式技能運(yùn)動(dòng)。進(jìn)行開放式技能運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以提高抑制控制與轉(zhuǎn)換功能，而封閉式運(yùn)動(dòng)技能對工作記憶、長時(shí)記憶等記憶功能有著更好的干預(yù)效果。但是主要的研究都是針對老年人的，尚未有針對健康成年人的關(guān)于兩種技能運(yùn)動(dòng)的全面性研究，今后的研究可以嘗試對普通的年輕人進(jìn)行研究探討。

參考文獻(xiàn)

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

[2] Voss MW，Kramer AF，Basak C，et al.Are expert athletesexpert in the cognitive laboratory？ A meta-analytic review of cognition and sport expertise[J].Applied Cognitive Psychology，2010，24（6）：812-826.

[3] Di Russo F，Bultrini A，Brunelli S，et al.Benefits of Sports Participation for Executive Function in Disabled Athletes[J].Journal of Neurotrauma，2010，27（12）：2309-2319.

[4] Taddei F，Bultrini A，Spinelli D，et al.Neural Correlates of Attentional and Executive Processing in Middle-Aged Fencers[J].Medicine & Science in Sports & Exercise，2011，44（6）：1057-1066.

[5] Mann DT，Williams AM，Ward P，et al.Perceptual-cognitive expertise in sport： A meta-analysis[J].Journal of Sport and Exercise Psychology，2007，29（4）：457-478.

[6] Wang CH，Chang CC，Liang ym，et al.Open vs.Closed Skill Sports and the Modulation of Inhibitory Control[J].PLoS ONE，2013，8（2）：e55773.

[7] Tsai CL，Wang WL.Exercise-mode-related changes in tasks-witching performance in the elderly[J].Front Behave Neurosci，2015（9）：56.

[8] Neeper SA，Gómez-Pinilla F，Choi J，et al.Exercise and brain neurotrophins[J].Nature，1995（373）：109.

[9] Nakamoto H，Mori S.Sport-specific decision-making in a Go/nogo reaction task： difference among nonathletes and baseball and basketball players[J].Perceptual and Motor Skills，2008（106）：163-170.

[10] CL Tsai，CY Pan，F(xiàn)C Chen，et al.Open- and closed-skill exercise interventions produce different neurocognitive effects on executive functions in the elderly： a 6-month randomized， controlled trial[J].Frontiers in Aging Neuroscience，2017（9）：294.