HIIT改善記憶及注意功能研究進(jìn)展

樊春鵬

（揚(yáng)州大學(xué) 體育學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州225002）

認(rèn)知功能包括感知覺、注意、記憶、思維、語(yǔ)言、執(zhí)行控制等各種能力，對(duì)于人的日常生活、學(xué)習(xí)和工作都極為重要。體育運(yùn)動(dòng)對(duì)人的大腦和身體都有積極的影響，因此它被認(rèn)為是促進(jìn)認(rèn)知能力提高的重要方式［1］。青少年、成年人、老年人、運(yùn)動(dòng)員等群體的認(rèn)知功能都被證實(shí)可以受益于體育運(yùn)動(dòng)［2-6］。近年來(lái)不同運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知功能的影響成為研究的熱點(diǎn)。中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的改善作用已得到很多研究的證實(shí)［7-8］，而高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（High-intensity Interval Training，HIIT）對(duì)認(rèn)知功能影響的研究卻為數(shù)不多，僅有的研究多關(guān)注對(duì)記憶和注意功能的影響，且研究結(jié)論尚不統(tǒng)一。高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練是一種讓你在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行全力、快速、爆發(fā)式的一種訓(xùn)練方式，它也可以作為我們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N運(yùn)動(dòng)方式。HIIT與中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)相比，其優(yōu)勢(shì)在于：1）高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練單次所需時(shí)間短。2）依從性好且樂趣多。3）減少日常健身所需總時(shí)間。因此，HIIT作為健身手段，具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練對(duì)心血管健康、耐力素質(zhì)、生活質(zhì)量等方面的積極影響已經(jīng)得到證實(shí)［9-11］，但對(duì)特定認(rèn)知功能的改善仍存在爭(zhēng)議。如HIIT對(duì)記憶功能影響的研究中，H?tting等認(rèn)為HIIT不能提升人們的短時(shí)記憶能力［12］，而Kao等認(rèn)為HIIT可以改善人們的長(zhǎng)時(shí)記憶［13］。HIIT不僅對(duì)健康人群的記憶和注意功能存在影響［4-6］，還能改善特殊人群的認(rèn)知功能。例如改善帕金森患者的注意功能［14］、提高注意缺陷多動(dòng)障礙（Attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）兒童的運(yùn)動(dòng)記憶能力［15］。越來(lái)越多的證據(jù)表明高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練可能是提高認(rèn)知功能的有效手段，在控制良好的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，進(jìn)行單次HIIT或長(zhǎng)期HIIT干預(yù)，都對(duì)認(rèn)知產(chǎn)生了促進(jìn)效益［16-20］。在某些情況下，HIIT帶來(lái)的生理改善甚至可以超越中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)［21］。因此研究人員提出了一種假設(shè)，即HIIT是否可以替代長(zhǎng)時(shí)間的體育運(yùn)動(dòng)來(lái)提高認(rèn)知能力。由于HIIT作為健身手段所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，相比于中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)，其對(duì)認(rèn)知功能改善具有更好的應(yīng)用價(jià)值，因此，對(duì)HIIT影響認(rèn)知功能的探索是必要的。已有的研究集中探討HIIT對(duì)記憶和注意記憶功能的影響，且由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施等方面存在差異，導(dǎo)致易產(chǎn)生不統(tǒng)一的研究結(jié)果，因此本文對(duì)HIIT改善記憶和注意功能進(jìn)行綜述。

1 HIIT對(duì)記憶的影響

記憶是人腦對(duì)外界輸入的信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)和提取的過程。按信息存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)短的不同，記憶可分為瞬時(shí)記憶、短時(shí)記憶、長(zhǎng)時(shí)記憶3個(gè)系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)多數(shù)運(yùn)動(dòng)鍛煉能在一定程度上改善記憶功能，比如阻力 運(yùn)動(dòng)［22］、身心運(yùn)動(dòng)［23］、有氧運(yùn)動(dòng)［24］。但有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)記憶改善的研究結(jié)果還存在一些爭(zhēng)議。在有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)段落回憶影響的研究中，Labban等認(rèn)為被試分別在記憶前后參加運(yùn)動(dòng)，記憶改善效果不同［25］。而Mcnerney等［26］、Segal等［27］認(rèn)為被試無(wú)論是在編碼前還是編碼后運(yùn)動(dòng)，有氧運(yùn)動(dòng)后都增強(qiáng)了記憶。HIIT對(duì)記憶的改善也沒有完全得到證實(shí)，學(xué)者認(rèn)為HIIT可以顯著改善人們的長(zhǎng)時(shí)記憶，但對(duì)短時(shí)記憶的改善并不顯著。

1.1 HIIT對(duì)短時(shí)記憶的影響

在單次HIIT干預(yù)對(duì)短時(shí)記憶影響的研究中，Alves等讓實(shí)驗(yàn)組的被試參加騎自行車高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練，與此同時(shí)，對(duì)照組完成一個(gè)低強(qiáng)度主動(dòng)伸展運(yùn)動(dòng)。每次實(shí)驗(yàn)前后，通過數(shù)字廣度測(cè)驗(yàn)（短時(shí)記憶測(cè)驗(yàn)）評(píng)估記憶能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，兩組被試在數(shù)字廣度測(cè)驗(yàn)中的表現(xiàn)沒有顯著差異，這表明高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練并沒有提升被試的短時(shí)記憶［16］。這一結(jié)論與Etnier等［28］的研究相同，他們采用了雷伊聽覺語(yǔ)言學(xué)習(xí)測(cè)試（Rey Auditory Verbal Learning Test,RAVLT）來(lái)評(píng)估被試的短時(shí)記憶。所有人在跑步機(jī)上參加不同強(qiáng)度跑步運(yùn)動(dòng)后都要聽一個(gè)由15個(gè)單詞組成單詞列表。在聽了列表之后，要求參與者以任意順序回憶盡可能多的單詞。單詞列表共重復(fù)了5次（實(shí)驗(yàn)1～5），實(shí)驗(yàn)1被認(rèn)為是短時(shí)記憶的表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，短時(shí)記憶在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度條件作用下無(wú)顯著差異。因此，HIIT對(duì)參與者的短時(shí)記憶能力沒有提高。

在長(zhǎng)期HIIT干預(yù)對(duì)短時(shí)記憶影響的研究中，研究人員大多將HIIT與其他訓(xùn)練方式相結(jié)合，探討其對(duì)短時(shí)記憶的影響。Drigny等［29］將HIIT與阻力運(yùn)動(dòng)結(jié)合，研究二者相結(jié)合對(duì)肥胖人員認(rèn)知能力的影響，他們進(jìn)行為期4個(gè)月的訓(xùn)練，包括每周2次高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練(HIIT)以及每周2次阻力訓(xùn)練，通過雷伊聽覺語(yǔ)言學(xué)習(xí)測(cè)試來(lái)評(píng)估短時(shí)記憶，發(fā)現(xiàn)HIIT與阻力運(yùn)動(dòng)相結(jié)合能有效改善肥胖者的短時(shí)記憶能力。此外，將HIIT、生酮飲食、記憶訓(xùn)練相結(jié)合能夠有效改善阿爾茲海默癥患者的短時(shí)記憶能力［30］。長(zhǎng)期HIIT干預(yù)很少作為研究的唯一因變量，通常與其他干預(yù)結(jié)合，因此很難證明此類研究中的效益是否僅由長(zhǎng)期HIIT干預(yù)引起。

1.2 HIIT對(duì)長(zhǎng)時(shí)記憶的影響

HIIT對(duì)長(zhǎng)時(shí)記憶的改善表現(xiàn)為陽(yáng)性結(jié)果。Kao等［13］的實(shí)驗(yàn)中采用自由回憶任務(wù)，從回憶功能切入，研究HIIT與長(zhǎng)時(shí)記憶的關(guān)系。在即刻回憶的12min后，被試進(jìn)行了延遲回憶，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明HIIT組延遲回憶單詞的數(shù)量顯著高于對(duì)照組，說明HIIT增強(qiáng)了被試的長(zhǎng)時(shí)記憶。Etnier等［28］采用隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，通過雷伊聽覺語(yǔ)言學(xué)習(xí)測(cè)試（RAVLT），從聽覺回憶功能切入，評(píng)估被試的長(zhǎng)時(shí)記憶，發(fā)現(xiàn)HIIT組回憶單詞的數(shù)量顯著優(yōu)于對(duì)照組，同樣證明HIIT改善被試的長(zhǎng)時(shí)記憶能力。有研究者認(rèn)為這是由于高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)增加了人體腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）和皮質(zhì)醇的釋放，BDNF可能是促進(jìn)記憶能力提升的一種潛在機(jī)制。例如H?tting等［12］的實(shí)驗(yàn)中讓參與者在進(jìn)行30min高強(qiáng)度或低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)前，對(duì)一組詞匯進(jìn)行記憶。在干預(yù)后20min和24h后進(jìn)行詞匯記憶測(cè)試。在基線、記憶后和干預(yù)后測(cè)定血清BDNF和唾液皮質(zhì)醇。與基線相比，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組在運(yùn)動(dòng)后BDNF和皮質(zhì)醇水平明顯升高，并且高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組的被試在記憶24h后的測(cè)試中，遺忘的詞匯數(shù)量比低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組要少。更加有趣的發(fā)現(xiàn)是BDNF多態(tài)性與BDNF活動(dòng)依賴性較低相關(guān)的個(gè)體(met66攜帶者)，相比于BDNF活動(dòng)依賴性較高個(gè)體，從運(yùn)動(dòng)干預(yù)中獲得的認(rèn)知收益可能會(huì)更多［2］。心血管功能較低的個(gè)體在改善認(rèn)知功能的體育運(yùn)動(dòng)干預(yù)措施中可能獲得更大收益［31-32］。這也證實(shí)了運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的改善存在個(gè)體差異。

1.3 HIIT對(duì)工作記憶的影響

除了對(duì)短時(shí)和長(zhǎng)時(shí)記憶的研究外，HIIT對(duì)工作記憶影響的研究也至關(guān)重要。但HIIT對(duì)工作記憶影響的研究較少，且很少呈現(xiàn)陽(yáng)性結(jié)果。工作記憶是對(duì)當(dāng)前信息進(jìn)行暫時(shí)性的存儲(chǔ)和加工功能。1974年Baddeley和Hitch提出了工作記憶三系統(tǒng)模型［33］。工作記憶與學(xué)習(xí)能力、思維等密切相關(guān)，且是導(dǎo)致認(rèn)知功能衰退的主要原因［34］。探索HIIT對(duì)工作記憶影響的研究較少，有學(xué)者認(rèn)為HIIT并不能夠提升工作記憶能力，此類研究中常使用n-back任務(wù)評(píng)估工作記憶的功能。在HIIT對(duì)青少年工作記憶研究中，Leahy等［35］采用n-back任務(wù)測(cè)試了青少年的工作記憶，在進(jìn)行每周3次共14周的HIIT干預(yù)后，HIIT組和對(duì)照組在n-back任務(wù)測(cè)試上的準(zhǔn)確率和反應(yīng)時(shí)都沒有顯著差異，說明HIIT并沒能增強(qiáng)青少年的工作記憶。

綜上所述，HIIT對(duì)記憶的改善效果還未得到全面證實(shí)，原因可能是不同研究所采用的HIIT運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目類型、運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)驗(yàn)被試等不同，以及所采取測(cè)試任務(wù)的難度不同，這些均可能影響認(rèn)知功能的效益。認(rèn)知功能的增強(qiáng)或減弱可能取決于測(cè)量的時(shí)間、認(rèn)知任務(wù)和運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目類型的選擇［36］。另一種潛在的干擾是干預(yù)研究無(wú)法有效排除被試的期望效應(yīng)，Au等［37］的元分析中，20項(xiàng)研究中有17項(xiàng)研究在招募志愿者時(shí)都直接或間接地提到“認(rèn)知”或“大腦訓(xùn)練”，由此看來(lái)，暗示性招募方法是很常見的。通過不同的方式招募被試進(jìn)行認(rèn)知測(cè)試，對(duì)認(rèn)知功能改善期望程度高的一組會(huì)表現(xiàn)出更大的認(rèn)知收益［38］。

2 HIIT對(duì)注意的影響

注意（attention）是心理活動(dòng)對(duì)一定對(duì)象的指向和集中。它是認(rèn)知系統(tǒng)的核心功能，它管理著記憶、語(yǔ)言等其他認(rèn)知功能［39］。近年來(lái)有關(guān)HIIT對(duì)注意的影響研究分別關(guān)注了HIIT對(duì)健康人群注意的影響和HIIT對(duì)特殊人群注意的影響。

2.1 HIIT對(duì)健康人群注意的改善

HIIT對(duì)健康人群注意改善的研究中，被試多為青少年或成年人。研究人員通常使用Stroop測(cè)試、A-B連線測(cè)試或d2注意力測(cè)試（d2 test of attention）來(lái)評(píng)估個(gè)體的選擇性注意力和注意集中能力，其中d2測(cè)試適用于不同人群（正常人、腦損傷、慢性疾病、精神疾病患者等）、不同年齡段和不同種族。d2注意力測(cè)試中的TN（Total Number）、CP(Concentration Performance)、FR(Fluctuate Rate)更多地反映了選擇性注意功能，PE(percentage of errors)更多地反映了選擇性注意中的抑制能力。 Ma等［19］采用d2任務(wù)范式研究HIIT對(duì)小學(xué)生注意力的影響，學(xué)生進(jìn)行為期4周的課間4min的趣味高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（蹲起、剪刀腿、跳躍和跑步等），研究結(jié)果顯示高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練顯著提高了學(xué)生的選擇性注意功能。這意味著在小學(xué)課堂中加入趣味高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練，可以作為增加體育活動(dòng)和提高課堂注意力的一種手段。這對(duì)提高學(xué)生的身體健康和學(xué)業(yè)成績(jī)至關(guān)重要。

從不同的運(yùn)動(dòng)方式、干預(yù)持續(xù)時(shí)間和測(cè)試任務(wù)等角度進(jìn)行研究都得到同一個(gè)結(jié)果，即HIIT對(duì)注意有顯著的改善作用。Alves等［16］采用騎自行車高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練方式對(duì)中年人進(jìn)行10min干預(yù)，采用stroop任務(wù)測(cè)試中年人的選擇注意功能，發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練方式增強(qiáng)了被試的選擇注意功能。HIIT對(duì)注意的改善還受年齡因素影響，對(duì)不同年齡段的注意改善程度也不相同，研究發(fā)現(xiàn)年輕女性表現(xiàn)出更多的注意力改善，而中年女性則沒有［40］。

在HIIT對(duì)注意影響的研究中，研究人員所采用的實(shí)驗(yàn)范式有時(shí)并不能夠整體反映出個(gè)體的注意功能。Stroop任務(wù)范式更多反映的是個(gè)體的抑制能力。在注意功能的研究中，一種常用的范式是注意網(wǎng)絡(luò)測(cè)試（attention network test，ANT）。研究者可以使用ANT同時(shí)對(duì)注意的3個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過線索提示有無(wú)可以測(cè)量警覺網(wǎng)絡(luò)功能，通過線索提示目標(biāo)的位置可以測(cè)量定向網(wǎng)絡(luò)功能，通過目標(biāo)刺激與干擾刺激是否一致可以測(cè)量執(zhí)行控制功能。ANT在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用，但較少研究關(guān)注HIIT與注意網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系。目前的研究已證實(shí)運(yùn)動(dòng)鍛煉對(duì)兒童注意網(wǎng)絡(luò)功能提升有積極作用［41-42］，但很少有研究探索HIIT對(duì)老年人和年輕人的這種益處。一些研究未能測(cè)量HIIT對(duì)老年人和年輕人的影響，其潛在原因可能是老年人因年齡緣故，不適宜參與高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練。年輕人認(rèn)知功能正處于頂峰狀態(tài)［43］。因此很難在年輕人身上看到HIIT對(duì)注意網(wǎng)絡(luò)功能的改善。

2.2 HIIT對(duì)特殊人群注意的改善

HIIT不僅可以改善健康人群的注意功能，還能改善特殊人群的注意功能。Fiorelli等［44］在對(duì)帕金森患者進(jìn)行中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練的研究中，被試進(jìn)行25min的高強(qiáng)度間歇騎自行車運(yùn)動(dòng)，研究結(jié)果顯示，HIIT改善了帕金森患者的持續(xù)注意功能而中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度卻沒有。在HIIT對(duì)乳腺癌患者的注意改善研究中，也發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果。80%的乳腺癌患者表現(xiàn)出注意功能下降，癥狀持續(xù)好幾個(gè)月甚至幾年［45-47］。Oberste等［48］對(duì)59名乳腺癌患者進(jìn)行分組，實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行8周的騎自行車HIIT干預(yù)，采用TMT-A/B測(cè)驗(yàn)注意功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示她們的注意功能得到顯著提高，這意味著高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練似乎是一個(gè)短時(shí)高效的改善方案。有研究發(fā)現(xiàn)HIIT對(duì)注意缺陷多動(dòng)障礙（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）兒童 的注意功能也有提高，Messler等研究發(fā)現(xiàn)HIIT能夠有效改善ADHD兒童的注意、身體健康和生活質(zhì)量的某些方面［49］。HIIT的適用人群并沒有受其高強(qiáng)度所限制，實(shí)際上HIIT甚至被證實(shí)還可適用于冠心病患者［50］。以上研究表明，HIIT對(duì)健康人群和特殊人群的注意功能都有改善。

3 總結(jié)與展望

諸多研究從不同視角揭示了HIIT不僅對(duì)人們的身體健康有益，而且對(duì)認(rèn)知功能也有改善。已有研究主要從運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目類型、認(rèn)知測(cè)試任務(wù)、實(shí)驗(yàn)被試等方面探討HIIT對(duì)記憶和注意的影響，在運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目上，研究人員大多選用跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)、功率自行車運(yùn)動(dòng)作為干預(yù)方式。在記憶測(cè)試任務(wù)上，聽覺和視覺單詞記憶任務(wù)通常用來(lái)評(píng)估短時(shí)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶能力，nback任務(wù)測(cè)試人們的工作記憶能力，但探討HIIT與工作記憶之間關(guān)系的研究較少。HIIT對(duì)長(zhǎng)時(shí)記憶有積極的影響，可能由于HIIT能夠增加腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）的水平，而BDNF對(duì)學(xué)習(xí)、記憶至關(guān)重要。HIIT既能改善健康人群的注意功能，也能改善特殊人群的注意功能。在注意測(cè)試任務(wù)上，使用Stroop測(cè)試、A-B連線測(cè)試或d2注意力測(cè)試來(lái)評(píng)估個(gè)體的選擇性注意力和注意集中能力，ANT測(cè)試評(píng)估個(gè)體的注意網(wǎng)絡(luò)功能，但很少有研究關(guān)注HIIT與注意網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系。在被試選擇上，已有研究通常納入青少年、成年人和特殊人群作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。已有的研究通常采用行為層面指標(biāo)，如反應(yīng)時(shí)、準(zhǔn)確率等來(lái)評(píng)估個(gè)體的記憶和注意功能，卻少有研究從神經(jīng)指標(biāo)方面進(jìn)一步探索HIIT對(duì)記憶和注意功能的影響。未來(lái)可以借助神經(jīng)影像學(xué)和電生理學(xué)技術(shù)更深入地了解影響的機(jī)制。

HIIT對(duì)記憶和注意功能的研究還處于探索階段，HIIT對(duì)記憶功能改善的不同結(jié)果，是否受運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目類型、運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間、認(rèn)知測(cè)試任務(wù)等因素的影響，尚未得到統(tǒng)一的證實(shí)。HIIT與工作記憶和注意網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系研究較少，大多數(shù)研究尚未借助神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)進(jìn)一步探討HIIT對(duì)記憶和注意功能的影響。HIIT對(duì)記憶和注意功能改善的未來(lái)研究熱點(diǎn)，可能會(huì)集中在以下幾個(gè)方面：1）從記憶類型角度，探討HIIT對(duì)不同類型記憶的影響及其機(jī)制。2）從注意和注意網(wǎng)絡(luò)角度，發(fā)掘HIIT對(duì)注意以及注意網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系。3）從神經(jīng)機(jī)制角度，借助神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)，進(jìn)一步研究HIIT對(duì)記憶和注意的改善。HIIT具有短時(shí)高效改善人們記憶和注意功能的潛力，如果能夠應(yīng)用于大眾健身或醫(yī)療領(lǐng)域，必將對(duì)人們的生活和鍛煉方式選擇產(chǎn)生積極影響。