不同體力活動(dòng)水平大學(xué)生的生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工特征研究

婁瑩 周成林 陸穎之

摘? ? 要：以生物運(yùn)動(dòng)光點(diǎn)視頻為刺激方式，探討不同體力活動(dòng)水平大學(xué)生生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工的差異性特征。方法：通過(guò)64導(dǎo)腦電設(shè)備記錄18名高體力活動(dòng)水平大學(xué)生（高體力活動(dòng)組）和19名低體力活動(dòng)水平大學(xué)生（低體力活動(dòng)組）在生物運(yùn)動(dòng)工作記憶任務(wù)中的腦電（EEG）變化情況，在這一任務(wù)中的正確率和反應(yīng)時(shí)作為行為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以alpha頻段能量、theta頻段能量和theta頻段能量/alpha頻段能量作為腦電指標(biāo)。結(jié)果：高體力活動(dòng)組的行為指標(biāo)優(yōu)于低體力活動(dòng)組，正確率組間差異顯著。高體力活動(dòng)組在alpha頻段能量上顯著高于低體力活動(dòng)組，并且在額區(qū)和中央?yún)^(qū)滿足高記憶負(fù)荷下的alpha頻段能量大于低記憶負(fù)荷。theta頻段能量和theta頻段能量/alpha頻段能量均存在組別與腦區(qū)的交互作用，且2組被試均滿足大腦額區(qū)>大腦中央?yún)^(qū)>大腦頂區(qū)>大腦枕區(qū)這一規(guī)律。結(jié)論：在進(jìn)行生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工過(guò)程中，高體力活動(dòng)水平的大學(xué)生有著更高的大腦喚醒水平和更好的行為表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：生物運(yùn)動(dòng);體力活動(dòng);工作記憶

中圖分類號(hào)：G 804.8? ? ? ? ? 學(xué)科代碼：040302? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Objective： Point light displays were used as the stimulating approach to explore the differences between different levels of physical activity in biological motion working memory of university students. Method： The electroencephalogram（EEG） data in biological motion working memory task were recorded in 19 participants with low physical activity and 18 participants high physical activity. Behavioral data of the participants were recorded including correct rate and response time were used as evaluation indicators of cognitive behavior. In terms of EEG， alpha（8-13 Hz）， theta（4-7 Hz） and theta/alpha were used as indicators for EEG changes. Results： The behavior of the high physical activity group was better than that of the low physical activity group， and there was a significant difference in the correct rate between the groups. The alpha energy value of the high physical activity group was significantly higher than that of the low physical activity group， and the alpha energy value under the high memory load condition was significantly higher than that of the low memory load condition in the frontal and central regions. Both theta energy value and theta/alpha ratio had interaction between groups and brain regions， and both groups met the rule of frontal area > central area > parietal area > occipital area. Conclusion： Individuals in the high physical activity group have greater levels of brain activation and better? cognitive behavior performance than those in the low physical activity group.

Keywords：biological motion; physical activity; working memory

在日常生活中，如何正確地認(rèn)識(shí)和理解環(huán)境中生物的運(yùn)動(dòng)和行為，是個(gè)體與他人進(jìn)行交流和互動(dòng)的重要前提。而對(duì)生物運(yùn)動(dòng)信息的加工是人們與環(huán)境及他人進(jìn)行互動(dòng)的重要內(nèi)容之一，通過(guò)對(duì)生物運(yùn)動(dòng)的感知和加工，人們能夠在動(dòng)態(tài)的自然環(huán)境中，推斷生物運(yùn)動(dòng)的意圖和目的，進(jìn)而形成互動(dòng)[1]。近年來(lái)，研究者從行為層面對(duì)生物運(yùn)動(dòng)信息的加工特征進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)了大量可能影響生物運(yùn)動(dòng)信息加工的因素[2]，而除了認(rèn)知風(fēng)格等內(nèi)部因素外，外部因素（如體力活動(dòng)等）是否也有可能影響個(gè)體對(duì)生物運(yùn)動(dòng)信息的認(rèn)知加工呢？

隨著全民健身活動(dòng)的開(kāi)展，研究者越來(lái)越多地對(duì)體力活動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知加工的作用機(jī)制進(jìn)行探索[3-4]。較高水平的體力活動(dòng)有利于個(gè)體認(rèn)知加工能力（工作記憶、注意轉(zhuǎn)換、抑制控制等）的發(fā)展和保持。工作記憶作為執(zhí)行功能的重要組成部分，是人們完成運(yùn)算、推理、語(yǔ)言理解等高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)的基礎(chǔ)[5]。研究發(fā)現(xiàn)，高水平體力活動(dòng)能有效延緩老年人工作記憶的衰退[6-7]，也能促進(jìn)學(xué)齡前兒童工作記憶能力的發(fā)展[8]。目前，尚未有研究對(duì)體力活動(dòng)與生物運(yùn)動(dòng)工作記憶之間的關(guān)系進(jìn)行探討。

與一般的視覺(jué)客體工作記憶不同，生物運(yùn)動(dòng)工作記憶有其相對(duì)獨(dú)立的加工和存儲(chǔ)機(jī)制，例如其在工作記憶中的復(fù)述需鏡像神經(jīng)元的參與，同時(shí)，工作記憶加工生物運(yùn)動(dòng)信息相關(guān)的過(guò)程也有別于一般視覺(jué)客體[9]。對(duì)生物運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行加工的能力被認(rèn)為是衡量個(gè)體社會(huì)認(rèn)知水平的關(guān)鍵指標(biāo)，例如研究發(fā)現(xiàn)，生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的負(fù)荷可以預(yù)測(cè)個(gè)體的共情水平，這是視空間及視覺(jué)客體工作記憶無(wú)法實(shí)現(xiàn)的[10]。體力活動(dòng)對(duì)視空間工作記憶的促進(jìn)作用得到了大量研究證實(shí)，較高水平的體力活動(dòng)和參與較多種類的體力活動(dòng)都能夠有效提升人們運(yùn)動(dòng)知覺(jué)的敏感性，而運(yùn)動(dòng)知覺(jué)敏感性是提高個(gè)體生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)的關(guān)鍵因素[11]。盡管高水平體力活動(dòng)對(duì)生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)有積極的促進(jìn)作用，但這些結(jié)果并不適合直接推論為高水平體力活動(dòng)對(duì)生物運(yùn)動(dòng)工作記憶產(chǎn)生的影響;因此，本研究將針對(duì)生物運(yùn)動(dòng)工作記憶，探索不同的體力活動(dòng)水平對(duì)其產(chǎn)生的影響。

目前，在有關(guān)生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)和工作記憶加工的神經(jīng)機(jī)制的研究中，腦電（EEG）技術(shù)及與工作記憶相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)被廣泛地使用。theta頻段（4～7 Hz）的能量反映了工作記憶的信息編碼過(guò)程與表現(xiàn)過(guò)程[12-13]，并與大腦認(rèn)知負(fù)荷呈正相關(guān)關(guān)系[14]。Neymotin等[15]研究視覺(jué)工作記憶的EEG信號(hào)時(shí)發(fā)現(xiàn)，theta頻段的能量隨認(rèn)知負(fù)荷的增加而提高，而alpha頻段（8～13 Hz）的能量被認(rèn)為是與大腦皮質(zhì)的激活或覺(jué)醒有關(guān)[16-17]，它與抑制性的加工呈正相關(guān)關(guān)系[18]。為了減少個(gè)體差異及不同認(rèn)知任務(wù)帶來(lái)的影響，近年來(lái)，研究人員開(kāi)始采用theta頻段能量與alpha頻段能量的比率評(píng)估工作記憶負(fù)荷對(duì)認(rèn)知加工的影響[13，19]，并且發(fā)現(xiàn)，theta頻段能量/alpha頻段能量會(huì)隨著工作記憶難度的增大而提升[20]。因此，本研究中分別以theta頻段能量、alpha頻段能量及theta頻段能量/alpha頻段能量作為評(píng)判指標(biāo)，探討不同生物運(yùn)動(dòng)工作記憶負(fù)荷對(duì)大腦認(rèn)知加工的影響。

綜上所述，體力活動(dòng)可以有效改善個(gè)體的認(rèn)知水平，但這種認(rèn)知水平的改善是否也會(huì)體現(xiàn)在生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的加工過(guò)程中，目前尚不確定。因此，本研究將探索不同體力活動(dòng)水平成年人生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的加工特征。選取不同體力活動(dòng)水平的大學(xué)生，使用“光點(diǎn)視頻”（PLD）記錄和比較其在不同工作記憶負(fù)荷下的大腦活動(dòng)情況，揭示不同水平體力活動(dòng)與生物運(yùn)動(dòng)工作記憶之間的關(guān)系。本研究假設(shè)：高水平體力活動(dòng)個(gè)體在較高生物運(yùn)動(dòng)工作記憶負(fù)荷下，消耗的認(rèn)知資源更少，效率更高，但體力活動(dòng)水平不影響個(gè)體生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的負(fù)荷。

1? ?研究對(duì)象與方法

1.1? 研究對(duì)象

研究共招募某高校大學(xué)生54人，根據(jù)國(guó)際體力活動(dòng)調(diào)查問(wèn)卷（IPAQ），以高強(qiáng)度體力活動(dòng)≥3 d/W，且每周總體力活動(dòng)≥3 500 MET-min/W的標(biāo)準(zhǔn)篩選出18人，組成為高體力活動(dòng)組。其中，男性9人，年齡為（20.05±1.27）歲。同時(shí)以有無(wú)規(guī)律性的高強(qiáng)度體力活動(dòng)且每周總體力活動(dòng)<600 MET-min/W的標(biāo)準(zhǔn)篩選出19人，組成低體力活動(dòng)組[21]。其中，男性9人，年齡為（19.67±1.45）歲。被試基本信息見(jiàn)表1，所有被試視力正?；虺C正視力正常，無(wú)色盲。被試均自愿參與本研究，并簽署知情同意書(shū)。

1.2? 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)為兩因素混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，組別（高體力活動(dòng)組和低體力活動(dòng)組）為被試間變量，工作記憶負(fù)荷（低等、中等、高等）為被試內(nèi)變量。因變量包括行為反應(yīng)（反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)正確率）和大腦活動(dòng)情況（alpha頻段能量、theta頻段能量及theta頻段能量/alpha頻段能量）。

1.3? 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括1臺(tái)安裝運(yùn)行程序的筆記本電腦和1臺(tái)用于刺激呈現(xiàn)的筆記本電腦，其分辨率為1 024×768，刷新頻率為100 Hz。被試的腦電采集使用德國(guó)Brain Products公司的記錄系統(tǒng)，采樣率為500 Hz。64個(gè)電極點(diǎn)按照國(guó)際10-20標(biāo)準(zhǔn)分布于腦電帽，佩戴于被試頭部完成腦電采集。

1.4? 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)以經(jīng)典的PLD[22]為識(shí)記資料，在來(lái)自于 Vanire和Verfaillie的數(shù)據(jù)庫(kù)[23]中，選取18個(gè)時(shí)長(zhǎng)為1 s的PLD，每1種PLD皆由13個(gè)光點(diǎn)構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)中刺激均在電腦顯示器上呈現(xiàn)，屏幕背景為黑色，被試眼睛距離電腦屏幕大約60 cm。

1.5? 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)采用生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的變化覺(jué)察任務(wù)（the change detection task），實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，本實(shí)驗(yàn)在經(jīng)典的變化覺(jué)察范式基礎(chǔ)上添加了同步的數(shù)字復(fù)述任務(wù)，以防止被試使用語(yǔ)音編碼策略[24]。呈現(xiàn)3個(gè)隨機(jī)數(shù)字，要求被試大聲復(fù)述，時(shí)長(zhǎng)為500 ms，隨后呈現(xiàn)一個(gè)注視點(diǎn)，呈現(xiàn)時(shí)長(zhǎng)為1 000 ms，提醒被試將進(jìn)行PLD記憶任務(wù)。在記憶項(xiàng)部分：屏幕上會(huì)出現(xiàn)2～4個(gè)PLD，呈現(xiàn)的時(shí)長(zhǎng)分別為2 000、3 000或4 000 ms。2 000 ms的注視點(diǎn)后，呈現(xiàn)隨機(jī)PLD的檢測(cè)項(xiàng)。隨后出現(xiàn)1個(gè)紅色問(wèn)號(hào)，要求被試判斷檢測(cè)項(xiàng)的PLD是否在記憶項(xiàng)中出現(xiàn)過(guò)，若出現(xiàn)過(guò)，按J鍵，反之，則按F鍵。按鍵后，出現(xiàn)1 000 ms時(shí)長(zhǎng)的注視點(diǎn)，最后呈現(xiàn)1個(gè)數(shù)字，要求被試判斷該數(shù)字是否在數(shù)字復(fù)述任務(wù)中出現(xiàn)過(guò)，按X鍵判斷為“是”，按Z鍵判斷為“否”，2個(gè)判斷均需在1 000 ms內(nèi)完成。

實(shí)驗(yàn)共3組，每組30個(gè)試次。3組任務(wù)難度由低到高，分別為2個(gè)PLD、3個(gè)PLD和4個(gè)PLD。所有任務(wù)呈現(xiàn)與控制均通過(guò)Matlab2014a及Psychtoolbox工具包實(shí)現(xiàn)。正式實(shí)驗(yàn)前，被試進(jìn)行30個(gè)試次的練習(xí)（練習(xí)試次為2個(gè)PLD），確保被試完全了解實(shí)驗(yàn)流程后正式開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，被試在每組任務(wù)之間有3 min休息時(shí)間，整個(gè)實(shí)驗(yàn)共90 min。

1.6? 數(shù)據(jù)采集與分析

1.6.1? 行為數(shù)據(jù)采集與分析

行為數(shù)據(jù)由Matlab2014a軟件記錄采集，分析指標(biāo)為被試判斷光點(diǎn)視頻的反應(yīng)時(shí)和正確率及數(shù)字任務(wù)正確率;通過(guò)IBM SPSS Statistics 19軟件，使用重復(fù)測(cè)量方差分析對(duì)2組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1.6.2? EEG數(shù)據(jù)采集與分析

腦電數(shù)據(jù)采集將FCz電極點(diǎn)作為參考電極，AFz電極點(diǎn)作為接地電極在線采集。分別放置右眼眶外側(cè)水平眼電（HEOG）、左眼眶正下方垂直眼電（VEOG），并確保頭皮與電極之間的阻抗小于10 kΩ。根據(jù)被試情況調(diào)整顯示高度，并在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，要求被試雙腳平放，并盡量減少肩部和頭部活動(dòng)，保持眼睛與顯示器中心處于同一高度。

在線采集腦電數(shù)據(jù)后，采用Brain Production Analyzer 2.1軟件進(jìn)行離線分析。首先進(jìn)行重參考，選擇雙耳乳突（TP9和TP10）為新參考電位，并將參考電極FCz點(diǎn)還原為記錄電極。以低通70 Hz，高通0.3 Hz，斜度24 dB/oct為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行帶通濾波，之后通過(guò)獨(dú)立成分分析進(jìn)行半自動(dòng)去眼電偽跡，將各組的EEG數(shù)據(jù)以1 s為單位進(jìn)行分段，分段后通過(guò)快速傅立葉變換將其從時(shí)域信息轉(zhuǎn)為頻域信息。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線校正后，進(jìn)行疊加，并計(jì)算得到alpha頻段能量、theta頻段能量和theta頻段能量/alpha頻段能量。

根據(jù)已有研究及腦地形圖，分別選取大腦額區(qū)（F1、F2、Fz）、大腦中央?yún)^(qū)（C1、C2、Cz）、大腦頂區(qū)（P1、P2、Pz）及大腦枕區(qū)（O1、O2、Oz）4個(gè)腦區(qū)，對(duì)各腦區(qū)的電極點(diǎn)進(jìn)行平均以計(jì)算各個(gè)腦區(qū)的alpha頻段能量、theta頻段能量及theta頻段能量/alpha頻段能量。進(jìn)行2（組別）×3（2PLD、3PLD、4PLD）×4（F區(qū)、C區(qū)、P區(qū)、O區(qū)）的重復(fù)測(cè)量方差分析。對(duì)不滿足球形檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量采用Greenhouse-Geisser法矯正自由度和P值，事后比較采用Bonferroni法進(jìn)行校正，本研究中的多重比較P值均為校正值，P<0.05為顯著，η2為效果量。

為進(jìn)一步探討在不同記憶負(fù)荷下，不同體力活動(dòng)水平的個(gè)體行為表現(xiàn)和大腦活動(dòng)的差異，將各記憶負(fù)荷下，各組的行為指標(biāo)（正確率、反應(yīng)時(shí)）和大腦活動(dòng)指標(biāo)（4個(gè)腦區(qū)的alpha頻段能量、theta頻段能量及theta頻段能量/alpha頻段能量）進(jìn)行皮爾遜相關(guān)分析。

2? ?結(jié)果

2.1? 行為結(jié)果分析

數(shù)字復(fù)述任務(wù)的正確率統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2組正確率分別為92%和97%，根據(jù)先前的研究[25]，認(rèn)為數(shù)字任務(wù)的正確率在90%以上時(shí)，被試對(duì)數(shù)字任務(wù)進(jìn)行了有效的加工。

生物運(yùn)動(dòng)工作記憶任務(wù)的行為結(jié)果如圖2所示，正確率組別主效應(yīng)顯著（F（1，35）=8.563，P=0.006，η2=0.197），高體力活動(dòng)組正確率顯著高于低體力活動(dòng)組（P=0.006），認(rèn)知任務(wù)主效應(yīng)顯著（F（2，70）=18.916，P<0.001，η2=0.351），事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低等記憶負(fù)荷下的正確率顯著高于中等記憶負(fù)荷（P=0.023）和高等記憶負(fù)荷（P<0.001），而中等記憶負(fù)荷正確率顯著高于高等記憶負(fù)荷（P=0.003）。而認(rèn)知任務(wù)與組別的交互作用不顯著（F（2，70）=0.550，P=0.579，η2=0.15）。

反應(yīng)時(shí)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知任務(wù)主效應(yīng)顯著（F（2，70）=7.664，P=0.001，η2=0.180），事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高等記憶負(fù)荷下的反應(yīng)時(shí)高于低等記憶負(fù)荷下的反應(yīng)時(shí)（P=0.004），而中等記憶負(fù)荷下的反應(yīng)時(shí)顯著高于低等記憶負(fù)荷下的反應(yīng)時(shí)（P=0.034）。但組別主效應(yīng)（F（1，35）=3.233，P=0.081，η2=0.085）及任務(wù)與組別交互作用（F（2，70）=0.376，P=0.688，η2=0.11。）均不顯著。

2.2? EEG結(jié)果分析

2.2.1? 不同腦區(qū)的alpha頻段能量分析

alpha頻段能量的結(jié)果表明（如圖3A和3B所示），組別主效應(yīng)顯著（F（1，35）=6.744，P=0.014，η2=0.162），事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高體力活動(dòng)組被試的alpha頻段能量顯著高于低體力活動(dòng)組（P=0.014）。腦區(qū)主效應(yīng)顯著（F （3，33）=9.225，P<0.001，η2=0.456），任務(wù)與腦區(qū)交互作用顯著（F （6，30）=3.411，P=0.011，η2=0.406）。任務(wù)與腦區(qū)alpha頻段能量的交互作用顯示，通過(guò)簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，不同認(rèn)知負(fù)荷對(duì)alpha頻段能量的誘發(fā)差異主要發(fā)生在大腦額區(qū)，即高等工作記憶負(fù)荷顯著大于低等工作記憶負(fù)荷誘發(fā)的alpha頻段能量（P=0.018），大腦中央?yún)^(qū)高等工作記憶負(fù)荷誘發(fā)的alpha頻段能量顯著大于低等工作記憶負(fù)荷誘發(fā)的alpha頻段能量（P=0.018）。經(jīng)相關(guān)性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高體力活動(dòng)組在中強(qiáng)度工作記憶負(fù)荷下，大腦額區(qū)的alpha頻段能量與反應(yīng)時(shí)呈正相關(guān)關(guān)系（r=0.507，P=0.032）。

另外，任務(wù)主效應(yīng)（F （2，34）=0.841，P=0. 440，η2=0.047）、任務(wù)與組別的交互作用（F （2，34）=0.254，P=0.778，η2=0.015）、組別與腦區(qū)的交互作用（F （3，33）=1.230，P=0.314，η2=0. 101）及任務(wù)、腦區(qū)與組別的交互作用（F （6，30）=0.534，P=0.778，η2=0.096）均不顯著。

2.2.2? 不同腦區(qū)的theta頻段能量比較

theta頻段能量結(jié)果表明（如圖3C和3D所示），組別主效應(yīng)不顯著（F （1，35）=1.118，P=0.298，η2=0.031），工作記憶負(fù)荷主效應(yīng)不顯著（F （2，34）=0.284，P=0.782，η2=0.014），組別與腦區(qū)的交互作用顯著（F （3，33）=3.162，P=0.037，η2=0.223），工作記憶負(fù)荷與組別的交互作用（F （2，34）=0.542，P=0.587，η2=0.031）、工作記憶負(fù)荷與腦區(qū)交互作用（F （6，30）=1.723，P=0.150，η2=0.256）及工作記憶負(fù)荷、腦區(qū)與組別的交互作用（F （6，30）=1.426，P=0.238，η2=0.222）均不顯著。腦區(qū)主效應(yīng)顯著（F （3，33）=97.834，P<0.001，η2=0.899），通過(guò)事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大腦額區(qū)theta頻段能量顯著高于大腦中央?yún)^(qū)（P<0.001）、大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001）;大腦中央?yún)^(qū)theta頻段能量顯著高于大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001）;大腦頂區(qū)theta頻段能量顯著高于大腦枕區(qū)（P<0.001）。組別與腦區(qū)的交互作用顯著（如前述），通過(guò)簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)低體力活動(dòng)組和高體力活動(dòng)組均滿足額區(qū)theta頻段能量顯著高于大腦中央?yún)^(qū)（P<0.001）、大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001）;大腦中央?yún)^(qū)theta頻段能量顯著高于大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001），大腦頂區(qū)theta頻段能量顯著高于大腦枕區(qū)（P<0.001）。

2.2.3? 不同腦區(qū)的theta頻段能量/alpha頻段能量分析

theta頻段能量/alpha頻段能量的結(jié)果表明，工作記憶負(fù)荷主效應(yīng)顯著（F （2，34）=3.303，P=0.049，η2=0.163）。通過(guò)事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低等工作記憶負(fù)荷高于高等工作記憶負(fù)荷（P =0.043），腦區(qū)主效應(yīng)顯著（F（3，33）=97.978，P<0.001，η2=0.899）。通過(guò)事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大腦額區(qū)顯著高于大腦中央?yún)^(qū)（P<0.001）、大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001）;大腦中央?yún)^(qū)顯著高于大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001）;大腦頂區(qū)顯著高于大腦枕區(qū)（P<0.001）。工作記憶負(fù)荷與腦區(qū)交互作用顯著（F （6，30）=6.120，P<0.001，η2=0.550），如圖3E所示。通過(guò)簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，3個(gè)實(shí)驗(yàn)條件均滿足大腦額區(qū)顯著高于大腦中央?yún)^(qū)（P<0.001）、大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001）;大腦中央?yún)^(qū)顯著高于大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001）;大腦頂區(qū)顯著高于大腦枕區(qū)（P<0.001）。同時(shí)，在各個(gè)腦區(qū)，不同工作記憶負(fù)荷誘發(fā)的theta頻段能量/alpha頻段能量的不同僅出現(xiàn)在大腦額區(qū)，即低等工作記憶負(fù)荷高于中等工作記憶負(fù)荷（P=0.024）和高等工作記憶負(fù)荷（P=0.006）。組別與腦區(qū)的交互作用顯著（F （3，33）=4.057，P=0. 015，η2=0.269），如圖3F所示。通過(guò)簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，低體力活動(dòng)組和高體力活動(dòng)組均滿足大腦額區(qū)顯著高于大腦中央?yún)^(qū)（P<0.001）、大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001）;大腦中央?yún)^(qū)顯著高于大腦頂區(qū)（P<0.001）和大腦枕區(qū)（P<0.001）;大腦頂區(qū)顯著高于大腦枕區(qū)（P<0.001）。同時(shí)，在大腦額區(qū)，高體力活動(dòng)組theta頻段能量/alpha頻段能量顯著低于低體力活動(dòng)組（P=0.026）。

此外，組別主效應(yīng)（F（1，35）=2.952，P=0.095，η2=0.078）、工作記憶負(fù)荷與組別的交互作用（F（2，34）=0.095，P=0.909，η2=0.006）及工作記憶負(fù)荷、腦區(qū)與組別的交互作用（F （6，30）=1.219，P=0.324，η2=0.196）均不顯著。

3? ?討論

本研究通過(guò)對(duì)不同工作記憶負(fù)荷下，2組大學(xué)生認(rèn)知行為績(jī)效和大腦活動(dòng)特征的比較發(fā)現(xiàn)，在行為層面，高體力活動(dòng)組的生物運(yùn)動(dòng)工作記憶正確率優(yōu)于低體力活動(dòng)組;同時(shí)，隨著工作記憶負(fù)荷的增大，被試的行為表現(xiàn)會(huì)下降。在電生理層面，組別優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在alpha頻段，高體力活動(dòng)組比低體力活動(dòng)組誘發(fā)更多的alpha頻段活動(dòng)，工作記憶負(fù)荷與腦區(qū)存在交互作用，并且在額區(qū)和中央?yún)^(qū)均出現(xiàn)了高等記憶負(fù)荷下alpha頻段能量大于低等記憶負(fù)荷下的結(jié)果，特別是高體力活動(dòng)組在中等記憶負(fù)荷下，其額區(qū)所誘發(fā)的alpha頻段能量與反應(yīng)時(shí)間成正相關(guān);theta頻段能量和theta頻段能量/alpha頻段能量均出現(xiàn)了組別與腦區(qū)的交互作用，且2組被試均滿足大腦額區(qū)>大腦中央?yún)^(qū)>大腦頂區(qū)>大腦枕區(qū)這一規(guī)律，而工作記憶負(fù)荷效應(yīng)則發(fā)生在theta頻段能量/alpha頻段能量這一指標(biāo)上，低等記憶負(fù)荷下該指標(biāo)最高，而高等記憶負(fù)荷下，該指標(biāo)最低并且兩者具有顯著差異。上述結(jié)果說(shuō)明了不同體力活動(dòng)水平個(gè)體在生物運(yùn)動(dòng)工作記憶時(shí)所誘發(fā)的大腦活動(dòng)和加工策略存在差異。

3.1? 不同體力活動(dòng)水平大學(xué)生生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工的行為特征

高體力活動(dòng)組被試的數(shù)字復(fù)述正確率高于低體力活動(dòng)組被試。由此推測(cè)，較高水平的體力活動(dòng)可以對(duì)大學(xué)生生物運(yùn)動(dòng)工作記憶產(chǎn)生積極影響，這與已有研究結(jié)果一致，例如：有研究發(fā)現(xiàn)，高水平的體力活動(dòng)對(duì)兒童的認(rèn)知水平和學(xué)業(yè)成績(jī)都有顯著的促進(jìn)作用[26];在老年人群中，體力活動(dòng)水平越高，工作記憶的表現(xiàn)越好[27]。同時(shí)，本研究結(jié)果也顯示，生物運(yùn)動(dòng)工作記憶負(fù)荷對(duì)個(gè)體工作記憶的表現(xiàn)具有顯著影響，且不受體力活動(dòng)水平的調(diào)節(jié)。對(duì)于2組被試，其工作記憶的正確率隨著工作記憶負(fù)荷的增加而下降，工作記憶的反應(yīng)時(shí)隨著工作記憶負(fù)荷增加而延長(zhǎng)。

雖然已有大量研究證實(shí)了體力活動(dòng)對(duì)視空間工作記憶的記憶負(fù)荷、加工速度有積極作用，但本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于生物運(yùn)動(dòng)信息的工作記憶加工過(guò)程，體力活動(dòng)的促進(jìn)作用僅體現(xiàn)在正確率上，對(duì)加工速度及記憶負(fù)荷的影響并不明顯。這可能與生物運(yùn)動(dòng)工作記憶的加工方式有關(guān)。與一般視空間信息不同，對(duì)生物運(yùn)動(dòng)信息的工作記憶編碼包括了時(shí)間序列上的加工，是一種細(xì)節(jié)信息的整合，其編碼和復(fù)核比單一的視空間信息需要更多的認(rèn)知資源，而這一過(guò)程，受知覺(jué)者加工信息（如認(rèn)知風(fēng)格）和知覺(jué)對(duì)象的基本特征（如光點(diǎn)數(shù)量、持續(xù)時(shí)間）影響。在本研究中，隨著工作記憶負(fù)荷的增大，被試進(jìn)行信息加工的持續(xù)時(shí)間也在增多，這可能是導(dǎo)致體力活動(dòng)促進(jìn)作用僅體現(xiàn)在加工正確率上的原因。

3.2? 不同體力活動(dòng)水平大學(xué)生生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工的大腦認(rèn)知負(fù)荷特征

本研究通過(guò)記錄大腦活動(dòng)情況，比較和分析不同體力活動(dòng)水平大學(xué)生在加工不同負(fù)荷工作記憶時(shí)大腦的激活特征。從結(jié)果來(lái)看，高體力活動(dòng)組和低體力活動(dòng)組被試的alpha頻段能量存在顯著的組間差異。高體力活動(dòng)組被試的alpha頻段能量值顯著高于低體力活動(dòng)組，并且在大腦額區(qū)、大腦中央?yún)^(qū)、大腦頂區(qū)和大腦枕區(qū)4個(gè)腦區(qū)均得到體現(xiàn)。已有研究發(fā)現(xiàn)，在認(rèn)知過(guò)程中alpha頻段能量越高，大腦的喚醒水平越低[15]，認(rèn)知加工的效率越高。本研究認(rèn)為，被試在生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工的過(guò)程中，高體力活動(dòng)組被試的alpha頻段能量較高，說(shuō)明其大腦的喚醒水平也較高，因此，高體力活動(dòng)組被試在進(jìn)行生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工時(shí)的神經(jīng)效率更高。另外，記憶負(fù)荷對(duì)認(rèn)知產(chǎn)生影響主要發(fā)生在額區(qū)位置。額區(qū)在工作記憶的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。已有研究認(rèn)為，額區(qū)損傷者執(zhí)行空間工作記憶[28]和視空間工作記憶[29]任務(wù)的行為結(jié)果顯著低于正常人。本研究的結(jié)果顯示，在大腦額區(qū)高體力活動(dòng)組被試完成生物運(yùn)動(dòng)工作記憶任務(wù)的水平顯著高于低體力活動(dòng)組，因此，高體力活動(dòng)組被試在進(jìn)行生物運(yùn)動(dòng)工作記憶時(shí)的大腦喚醒效率更高，而大腦額區(qū)在信息加工過(guò)程中的喚醒程度受工作記憶負(fù)荷的調(diào)節(jié)最為明顯。

從theta頻段能量結(jié)果來(lái)看，組別與腦區(qū)存在顯著的交互作用，且高低體力活動(dòng)組被試4個(gè)腦區(qū)的激活水平均滿足大腦額區(qū)>大腦中央?yún)^(qū)>大腦頂區(qū)>大腦枕區(qū)的規(guī)律，但在theta頻段并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)2組之間的體力活動(dòng)水平的差異。因此，本研究中不同體力活動(dòng)水平和不同工作記憶負(fù)荷下，大學(xué)生在進(jìn)行生物運(yùn)動(dòng)信息工作記憶加工時(shí)調(diào)用的認(rèn)知資源并未表現(xiàn)出差別。在分析theta頻段能量/alpha頻段能量指標(biāo)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了工作記憶負(fù)荷的調(diào)節(jié)，低等記憶負(fù)荷的theta頻段能量/alpha頻段能量指標(biāo)值顯著高于高等記憶負(fù)荷下該指標(biāo)值。在已有的研究中，把theta頻段能量/alpha頻段能量作為評(píng)價(jià)認(rèn)知負(fù)荷的敏感指標(biāo)，這一指標(biāo)將工作記憶與認(rèn)知資源的調(diào)用和個(gè)體的大腦皮層喚醒水平進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，比單一的theta頻段能量或alpha頻段能量對(duì)工作記憶負(fù)荷的評(píng)價(jià)更加精準(zhǔn)[30-31]。但已有研究顯示，theta頻段能量/alpha頻段能量指標(biāo)值會(huì)隨著認(rèn)知任務(wù)難度的提升而增大，但在本研究中，工作記憶負(fù)荷增加時(shí)，theta頻段能量/alpha頻段能量指標(biāo)值反而會(huì)下降。這可能與本研究中知覺(jué)對(duì)象呈現(xiàn)的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，雖然工作記憶負(fù)荷增大，并且不一定要提高認(rèn)知任務(wù)難度，持續(xù)時(shí)間也會(huì)隨之增多。

3.3? 不足與展望

雖然本研究試圖研究體力活動(dòng)與生物運(yùn)動(dòng)工作記憶之間的規(guī)律，并得到了一些初步的結(jié)論，但仍存在局限。本研究中雖然以調(diào)節(jié)工作記憶負(fù)荷作為認(rèn)知任務(wù)難度的變量，對(duì)認(rèn)知任務(wù)難度的其他方面沒(méi)有進(jìn)行控制，這可能影響了研究結(jié)果。進(jìn)一步的研究可調(diào)整光點(diǎn)數(shù)量或持續(xù)時(shí)間，調(diào)節(jié)認(rèn)知任務(wù)的難度，通過(guò)增加認(rèn)知資源的調(diào)用負(fù)荷探討體力活動(dòng)對(duì)生物運(yùn)動(dòng)的工作記憶加工策略的影響。

4? ?結(jié)論

高水平體力活動(dòng)的大學(xué)生在認(rèn)知行為表現(xiàn)上具有對(duì)生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)出更高的再認(rèn)正確率，同時(shí)，這種工作記憶加工優(yōu)勢(shì)在大腦活動(dòng)的頻率特征上主要表現(xiàn)在alpha頻段的變化，高體力活動(dòng)水平大學(xué)生的alpha頻段激活效果顯著優(yōu)于低體力活動(dòng)水平的大學(xué)生。說(shuō)明其在對(duì)生物運(yùn)動(dòng)工作記憶加工的過(guò)程中，有著更高的神經(jīng)加工效率和大腦喚醒水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]? THOMPSON J， PARASURAMAN R. Attention， biological motion， and action recognition[J]. Neuroimage， 2012， 59（1）： 4.

[2]? WOOD J N. A core knowledge architecture of visual working memory： correction to wood（2011）[J]. J Exp Psychol Hum Percept Perform， 2011， 37（2）： 357.

[3]? PADILLA C， PéREZ L， ANDRéS P. Chronic exercise keeps working memory and inhibitory capacities fit[J]. Frontiers in Behavioral Neuroscience， 2014， 8（8）： 49.

[4]? CONN V S， HAFDAHL A R， MEHR D R. Interventions to increase physical activity among healthy adults： meta-analysis of outcomes[J]. American Journal of Public Health， 2011， 101（4）： 751.

[5]? BADDELEY A. Working memory[J]. Psychology of Learning & Motivation， 1992， 255（5044）： 556.

[6]? 郭瑋.不同運(yùn)動(dòng)鍛煉方式老年人的視空間工作記憶的特征[D].上海：上海體育學(xué)院， 2017.

[7]? 徐暢，周成林，馬陽(yáng).生活方式對(duì)延緩老年人認(rèn)知功能衰退的研究[J].體育科學(xué)，2014， 34（5）：35.

[8]? 文椈.學(xué)齡前兒童睡眠及體力活動(dòng)對(duì)認(rèn)知能力的交互作用[D].上海：上海體育學(xué)院，2017.

[9]? DING X， ZHAO Y， WU F， et al. Binding biological motion and visual features in working memory[J]. J Exp Psychol Hum Percept Perform， 2015， 41（3）： 850.

[10]? PAVLOVA M A. Biological motion processing as a hallmark of social cognition[J]. Cerebral Cortex， 2012， 22（5）： 981.

[11]? HIRIS E， KREBECK A， EDMONDS J， et al. What learning to see arbitrary motion tells us about biological motion perception[J]. Journal of Experimental Psychology Human Perception & Performan， 2005， 31（5）： 1096.

[12]? SAUSENG P， GRIESMAYR B， FREUNBERGER R， et al. Control mechanisms in working memory： a possible function of eeg theta oscillations[J]. Neurosci Biobehav Rev， 2010， 34（7）： 1015.

[13]? NASSEF A. On-line monitoring and adaptive control of psychophysiological markers relating to humans under stress[D]. Sheffield：University of Sheffield， 2009.

[14]? GEVINS A， SMITH M E， LE J， et al. High resolution evoked potential imaging of the cortical dynamics of human working memory[J]. Electroencephalography & clinical neurophysiology， 1996， 98（4）： 327.

[15]? NEYMOTIN S A， JACOBS K M， FENTON A A， et al. Synaptic information transfer in computer models of neocortical columns[J]. Journal of Computational Neuroscience， 2011， 30（1）： 69.

[16]? GOLDMAN R I， STERN J M， JR E J， et al. Simultaneous eeg and fmri of the alpha rhythm[J]. Neuroreport， 2002， 13（18）： 2487.

[17]? SHAGASS C. Electrophysiological studies of psychiatric problems[J]. Rev Can Biol， 1972（31）： 77.

[18]? KLIMESCH W. Eeg alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance： a review and analysis[J]. Brain Res Brain Res Rev， 1999， 29（2-3）： 169.

[19]? HOCKEY G R， NICKEL P， ROBERTS A C， et al. Sensitivity of candidate markers of psychophysiological strain to cyclical changes in manual control load during simulated process control[J].Applied Ergonomics， 2009， 40（6）： 1011.

[20]? KYLE J， LO L， RODOLPHE G， et al. Changes in mental workload and motor performance throughout multiple practice sessions under various levels of task difficulty[J]. Journal of Neuroscience， 2018， 19（17）： 2.

[21]? 王正倫，孫飆，戴劍松.大學(xué)生體質(zhì)與體力活動(dòng)的相關(guān)分析和研究[J].武漢體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，40（12）：67.

[22]? JOHANSSON G. Visual perception of biological motion and a model for its analysis[J]. Perception & Psychophysics， 1973， 14（2）： 201.

[23]? VANRIE J， VERFAILLIE K. Perception of biological motion： a stimulus set of human point-light actions[J]. Behavior Research Methods Instruments & Computers， 2004， 36（4）： 625.

[24]? CURBY K M， GAUTHIER I. A visual short-term memory advantage for faces[J]. Psychonomic Bulletin & Review， 2007， 74（4）： 620.

[25]? XIQIAN L， JIAN H， YUJI Y， et al. Holding biological motion in working memory： an fmri study[J].Cognitive Neuroscience Journal， 2016， 10（1）： 198.

[26]? DONNELLY J E， HILLMAN C H， CASTELLI D， et al. Physical activity， fitness， cognitive function， and academic achievement in children： a systematic review[J]. Med Sci Sports Exerc， 2016， 48（6）： 1197.

[27]? CHANG Y K， HUANG C J， CHEN K F， et al. Physical activity and working memory in healthy older adults： an erp study[J]. Psychophysiology， 2013， 50（11）： 1174.

[28]? PETRIDES M， MILNER B. Deficits on subject-ordered tasks after frontal- and temporal-lobe lesions in man[J]. Neuropsychologia， 1982， 20（3）： 249.

[29]? OWEN A M， DOWNES J J， SAHAKIAN B J， et al. Planning and spatial working memory following frontal lobe lesions in man[J]. Neuropsychologia， 1990， 28（10）： 1021.

[30]? HOLM A， LUKANDER K， KORPELA J， et al. Estimating brain load from the EEG[J]. Scientific World Journal， 2009（9）： 639.

[31]? GENTILI R J， RIETSCHEL J C， JAQUESS K J， et al. Brain biomarkers based assessment of cognitive workload in pilots under various task demands[C]// Chicago： Engineering in Medicine & Biology Society， 36th Annual International Conference of the IEEE， 2014.