足球鍛煉及停練對10～11 歲兒童執(zhí)行功能的影響

戴 朝

執(zhí)行功能是人體一種高級的認(rèn)知過程，包括抑制、刷新和轉(zhuǎn)化3 個子功能［1］。研究認(rèn)為人體執(zhí)行功能發(fā)展不良會導(dǎo)致認(rèn)知、情緒和社會功能的異常［2］。解超等［3］Meta 分析認(rèn)為定期的體育活動能改善學(xué)齡兒童的執(zhí)行功能，表現(xiàn)為思考能力、注意力以及對未知情況的快速反應(yīng)能力的提升。兒童執(zhí)行功能最早出現(xiàn)在出生后第一年末，2～5 歲是快速發(fā)展時期，12 歲執(zhí)行功能接近或達(dá)到成人水平。執(zhí)行功能是衡量個體認(rèn)知功能的重要指標(biāo)，對心智發(fā)展和人格特征完善有重要意義。

目前體育鍛煉對學(xué)齡兒童執(zhí)行功能的研究，多為單次運動或短期干預(yù)。有學(xué)者研究短時間（20～50 min）運動對6 年級學(xué)齡兒童執(zhí)行功能的影響，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行功能的抑制子功能和學(xué)習(xí)記憶功能得到顯著改善［4］。陳愛國等［5］對4 年級學(xué)齡兒童進行單次不同時間（8 min，15 min和30 min）中等強度的籃球干預(yù)，顯示執(zhí)行功能不同程度提高，隨著干預(yù)時間的增加效果越明顯。另外，有學(xué)者進行較長時間的干預(yù)，江大雷等［6］認(rèn)為8 周中等強度的足球鍛煉提高了5～6 歲兒童執(zhí)行功能的抑制子功能。Davis等［7］對7～11 歲肥胖學(xué)齡兒童進行10～15 周干預(yù)（20 min 和40 min 運動組），發(fā)現(xiàn)只有40 min 運動組執(zhí)行功能顯著優(yōu)于對照組。殷恒嬋等［8］對326 名小學(xué)生實施20 周不同方式的干預(yù)（武術(shù)＋跳繩＋8字跑，花樣跑步），兩種方案在改善執(zhí)行功能子功能效果上各有所長，隨著干預(yù)時間的增加，效果越顯著。在國家大力發(fā)展足球項目的背景下，提倡學(xué)齡兒童進行足球鍛煉促進體質(zhì)健康，需要體育科研工作者提供相應(yīng)理論支持。有學(xué)者指出學(xué)齡兒童進行足球鍛煉后執(zhí)行功能發(fā)生了變化［6，9］，研究認(rèn)為一種系統(tǒng)的形成和消失均需要一定的時間［10］。因此可推測足球停練后對練習(xí)者執(zhí)行功能有益效果的維持有一定的時限，而目前停止足球鍛煉對學(xué)齡兒童執(zhí)行功能影響相關(guān)研究較少。

綜上，目前缺少長期的體育鍛煉對學(xué)齡兒童執(zhí)行功能影響的研究，停止鍛煉后學(xué)齡兒童執(zhí)行功能有何變化尚無定論。鑒于此，本研究基于四川省奧林匹克后備人才計劃，募集了剛進行足球鍛煉的學(xué)齡兒童和一般學(xué)齡兒童為研究對象，探討有規(guī)律足球鍛煉及停練對學(xué)齡兒童執(zhí)行功能的影響，將豐富體育健身及增強兒童體質(zhì)的理論。

1 對象和方法

1.1 對象

本研究募集了四川省奧林匹克學(xué)校足球培訓(xùn)中心進行24 周足球鍛煉的學(xué)齡兒童為實驗組（2017年9 月）。從成都市某小學(xué)抽取年齡、身高和體重與之相匹配的一般學(xué)齡兒童為對照組。在整個實驗過程中，實驗人員每隔2 周對受試者家長進行電話、微信或面談形式的回訪，了解受試者生活狀態(tài)，并詳細(xì)記錄他／她們是否增加其他方式的運動，如額外增加長期、有規(guī)律鍛煉的受試者將被剔除。最終包括46 例實驗組（男／女童：22／24，已剔除了在實驗過程中脫落或不符合的15 例樣本，其中干預(yù)期12 例，停練期3 例，人員流失率24.6%）和對照組43 例（男／女童：22／21，已剔除19 例樣本，其中干預(yù)期15 例，停練期4 例，人員流失率30.6%），完成整個干預(yù)過程的受試者基本信息見表1。本次研究所有測試均取得受試者本人和家長的同意，并簽訂了知情同意書。

表1 受試者基本信息（±s）Table 1 Basic information of the subjects（±s）

表1 受試者基本信息（±s）Table 1 Basic information of the subjects（±s）

1.2 方法

1.2.1 足球干預(yù)

對實驗組進行為期24 周的足球干預(yù)，每周5次，每次2 h（上、下午各1 h），訓(xùn)練強度參考陳愛國等［11］研究，認(rèn)為中等運動強度能影響學(xué)齡兒童執(zhí)行功能，心率控制在（220-年齡）x（60%～69%）之間。足球干預(yù)過程包括足球技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)演練和模擬比賽等。（足球技術(shù)：1～24 周，以腳部和下肢為主的顛控球練習(xí)，以腳背內(nèi)、外、正側(cè)為主的運球練習(xí)，原地或慢速運動的腳部、大腿和胸部接球練習(xí)，以腳背內(nèi)、外、正側(cè)，腳內(nèi)側(cè)為主的傳球和射門練習(xí)；戰(zhàn)術(shù)演練：16～22 周，限定區(qū)域和防守目標(biāo)的相等人數(shù)攻守練習(xí)，不同得分方式與不同球門數(shù)量的小場地分隊比賽；模擬比賽：22～24 周，模擬足球比賽進行隨機分組）。

所有受試者配戴Hb02 智能手環(huán)，通過藍(lán)牙與電腦連接，由實驗人員監(jiān)控其心率變化，當(dāng)某位受試者心率超出或低于監(jiān)控范圍（125～145 次／min），對該名受試者訓(xùn)練強度進行降低或增加的調(diào)整，以確保為中等運動強度。在24 周足球干預(yù)后，我們對所有受試者進行跟蹤研究，實驗組停止足球鍛煉8周。實驗組和對照組在整個32 周內(nèi)保持原先生活、學(xué)習(xí)狀態(tài)不變化，期間不再進行其他定期有規(guī)律的體育鍛煉。

1.2.2 執(zhí)行功能測試

本研究執(zhí)行功能測試共進行4 次，時間安排在0 周、24 周、28 周（停練4 周）和32 周（停練8 周）。包括抑制、刷新和轉(zhuǎn)化3 種，分別采用Flanker［12］任務(wù)、Smith［13］的2-back 實驗和Salthouse［14］實驗。參考陳愛國等［9］研究方法所有受試者在相同計算機房依次完成3 個測試，每個測試之間進行對應(yīng)測試任務(wù)練習(xí)，當(dāng)練習(xí)正確率≥80%則進入正式測試（3 個測試平均準(zhǔn)確率分別為83.5%、86.2%和87.3%），完成一個任務(wù)受試者休息約10 s。①抑制功能：要求受試者注視電腦屏幕，在開始500 ms 后出現(xiàn)一串字母，時間為1000 ms、間隔為2 s，出現(xiàn)一致條件“FFFFF和LLLLL”，不一致條件“LLFLL 和FFLFF”。受試者盡快發(fā)現(xiàn)每串字母的中間字母，如F或L則按鍵盤上F或L。測試分兩部分（48 次判斷為一部分）。成績?yōu)椴灰恢聴l件下的平均反應(yīng)時與一致條件下的反應(yīng)時差，反應(yīng)時差越小表示抑制能力越好；②刷新功能：出現(xiàn)5 個字母（“B、D、L、Y、P”），每個字母顯示時間2 s，間隔3 s，當(dāng)出現(xiàn)的字母與前面出現(xiàn)的倒數(shù)第2 個字母相同，按鍵F，否則按鍵L。測試分兩部分（25 次判斷為一部分），測試平均反應(yīng)時越短表示刷新能力越好；③轉(zhuǎn)換功能：電腦屏幕出現(xiàn)一串?dāng)?shù)字（數(shù)字為1～9，時間2 000 ms，間隔3 s）但不包括5，要求受試者完成大?。▽Τ尸F(xiàn)黑色數(shù)字與5 大小的判斷）、奇偶（對呈現(xiàn)綠色數(shù)字奇偶數(shù)的判斷）和大?。媾嫁D(zhuǎn)換（對呈現(xiàn)黑色或綠色數(shù)字分辨大小／奇偶轉(zhuǎn)換的判斷）測試。受試者完成大小／奇偶轉(zhuǎn)換測試時間，減去分別進行大小和奇偶測試時間的平均值，為轉(zhuǎn)換功能的反應(yīng)時差，反應(yīng)時差越小表示轉(zhuǎn)換能力越好。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 18.0 對兩組受試者測試結(jié)果進行“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”處理，其中足球干預(yù)以0 周為基線，停練分析以24 周為基線。首先使用Shapiro-Wilk檢測數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布，如數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，根據(jù)變量的分布形狀確定相應(yīng)的轉(zhuǎn)換公式（中度偏態(tài)選取平方根轉(zhuǎn)換，高等偏態(tài)選取對數(shù)轉(zhuǎn)換）并觀察變量為轉(zhuǎn)換成功。采用組別（2）×?xí)r間（4）的混合實驗設(shè)計方差分析，如組別和時間存在交互作用，則比較組別及時間因素的單獨效應(yīng)，單因素重復(fù)測量方差分析進行組內(nèi)比較，獨立樣本t檢驗分析組間相同時間差異。如無交互作用，僅考慮組別和時間的主效應(yīng)，并用Bonferroni 對結(jié)果進行事后多重比較。顯著水平α ＝0.05。

2 結(jié)果

首先，Shapiro-Wilk檢測數(shù)據(jù)顯示符合正態(tài)分布。組別（2）×?xí)r間（4）的混合實驗設(shè)計方差分析，組別、時間以及組別×?xí)r間的交互作用見表2，顯示執(zhí)行功能3 個子功能組別×?xí)r間均存在交互作用（抑制功能的組別×?xí)r間：F（7，348）＝16.820，P ＜0.001；刷新功能的組別×?xí)r間：F（7，348）＝13.227，P＜0.001；轉(zhuǎn) 換 功 能 的 組 別×?xí)r 間：F（7，348）＝21.092，P ＜0.001）。對實驗組和對照組4 次測試結(jié)果見表3 和圖1。

干預(yù)階段，組間比較顯示，0 周時實驗組和對照組基線數(shù)據(jù)比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（抑制功能：t ＝0.226，P ＝0.827；刷新功能：t ＝0.119，P ＝0.903；轉(zhuǎn)換功能：t ＝-0.650，P ＝0.513），說明在0 周兩組執(zhí)行功能的3 個子功能同質(zhì)。24 周時實驗組的抑制和轉(zhuǎn)換功能反應(yīng)時差分別小于對照組39.0%和32.7%，且有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.01），刷新功能測試反應(yīng)時小于對照組9.2%，且有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05），說明實驗組抑制、刷新和轉(zhuǎn)換功能均優(yōu)于對照組。24 周與0 周比較顯示，實驗組的抑制和轉(zhuǎn)換功能反應(yīng)時差分別減小41.8%和39.2%，且有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.001）。刷新功能反應(yīng)時減小10.0%，且有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05），說明實驗組抑制、刷新和轉(zhuǎn)換功能得到改善。而對照組執(zhí)行功能3 個子功能變化無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）。

停練階段，組間比較顯示，實驗組在停練4 周（28 周）時抑制功能反應(yīng)時差小于對照組26.9%，且有統(tǒng)計學(xué)意義（t ＝7.116，P ＜0.001），轉(zhuǎn)換功能反應(yīng)時差小于對照組14.5%，且有統(tǒng)計學(xué)意義（t ＝-3.665，P ＝0.022）。實驗組在停練8 周（32 周），其抑制和轉(zhuǎn)換功能反應(yīng)時差分別小于對照組14.1%和17.9%，且有統(tǒng)計學(xué)意義（t ＝3.227，P ＝0.030；t ＝3.881，P ＝0.018），說明在停練4 周（28周）和停練8 周時，實驗組抑制和轉(zhuǎn)換功能仍優(yōu)于對照組；組內(nèi)比較顯示，停練4 周（28 周）與24 周（停練基線）比較顯示實驗組的執(zhí)行功能各子功能雖有變化，但無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）。停練8 周（32 周）與24 周比較，實驗組的抑制功能反應(yīng)時差增加36.1%，且有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.001），停練8周與停練4 周比較，實驗組的抑制功能反應(yīng)時差增加14.3%，且有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05），說明隨著停練時間增加，實驗組抑制功能出現(xiàn)衰退。

表2 主體效應(yīng)及交互作用檢驗Table 2 Subject effect and interaction test

表3 受試者不同時間執(zhí)行功能測試比較（±s）Table 3 Comparison of subject＇s performing functional tests at different times（±s）

表3 受試者不同時間執(zhí)行功能測試比較（±s）Table 3 Comparison of subject＇s performing functional tests at different times（±s）

注：組間比較★為P ＜0.05，★★為P ＜0.01；24周與0周組內(nèi)比較▲為P ＜0.05，▲▲為P ＜0.01；停練8周（32周）與24周組內(nèi)比較△△為P ＜0.01；停練8周（32周）與停練4周（28周）組內(nèi)比較◆為P ＜0.05。

圖1 各組別不同時期執(zhí)行功能比較Figure 1 Comparisons of executive functions in different groups at different times

3 討論

3.1 足球鍛煉對學(xué)齡兒童執(zhí)行功能影響

本研究對10～11 歲學(xué)齡兒童進行24 周足球干預(yù)，我們發(fā)現(xiàn)：干預(yù)結(jié)束后，執(zhí)行功能3 個子功能均顯著改善。個別研究證實了足球鍛煉對學(xué)齡兒童執(zhí)行功能的有益影響，如江大雷等［6］分析8 周（2次／周，35 min／次）足球游戲?qū)?～6 歲學(xué)齡兒童執(zhí)行功能的影響，發(fā)現(xiàn)足球游戲促進了學(xué)齡前兒童執(zhí)行功能的發(fā)展，對抑制功能改善最顯著。本研究與上述結(jié)果有分歧，認(rèn)為可能與受試者年齡段以及干預(yù)時間不同有關(guān)。陳愛國等［9］對9～10 歲留守學(xué)齡兒童進行8 周足球鍛煉，發(fā)現(xiàn)對執(zhí)行功能的抑制、刷新和轉(zhuǎn)換3 個子功能均改善顯著。本研究對象年齡和足球干預(yù)時間雖不同，但研究結(jié)果與陳愛國等［9］的一致，說明長期足球鍛煉對學(xué)齡兒童執(zhí)行功能有積極影響。

以“神經(jīng)生理”和“神經(jīng)預(yù)活化”機制解釋長期運動對人體執(zhí)行功能的有益影響得出：神經(jīng)生理機制認(rèn)為長期運動會引起人體大腦結(jié)構(gòu)性改變。這一結(jié)論在動物實驗中已被證實，表現(xiàn)為長時間運動會引起大腦學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)腦區(qū)發(fā)生變化，促進腦內(nèi)生長因子調(diào)節(jié)，引起神經(jīng)發(fā)育［15］。以老年人為研究對象也得出類似結(jié)論，長期運動會顯著提高老年人左、右前額葉皮層功能的連接，延緩因增齡引起的前額葉區(qū)域的白質(zhì)和灰質(zhì)的體積減少［16］，如Diamond等［17］認(rèn)為學(xué)齡兒童長期運動，其執(zhí)行功能是通過“運動——認(rèn)知”相互關(guān)聯(lián)的大腦神經(jīng)機制來影響的。

而神經(jīng)預(yù)活化機制體現(xiàn)在運動本身以及運動環(huán)境對認(rèn)知的要求。當(dāng)人們面臨大難度運動挑戰(zhàn)時，由于運動技能的不熟悉、易變化和難度等因素，受試者必須集中注意力，促使小腦和前額葉區(qū)域活性提高［17］。本研究采取足球鍛煉，干預(yù)動作復(fù)雜且對受試者協(xié)調(diào)性要求高，學(xué)齡兒童在參與過程預(yù)先激活了與認(rèn)知相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，長期練習(xí)會提高執(zhí)行功能的測試表現(xiàn)；而運動環(huán)境對認(rèn)知要求主要表現(xiàn)在人們對動作學(xué)習(xí)、團隊合作等方面，陳愛國等［9］認(rèn)為足球是一項集速度、力量、靈敏、智慧、集體性和對抗性為一體的運動，學(xué)齡兒童在練習(xí)過程中依靠抑制功能克服外界干擾，對足球場上瞬息萬變的局勢的把握，刷新功能對信息進行更新和儲存，而不同的動作之間變換依賴轉(zhuǎn)換功能。本研究認(rèn)為，學(xué)齡兒童在進行足球鍛煉時，配搭、合作和預(yù)判等行為完成訓(xùn)練目標(biāo)，這種非計劃、隨機性的運動情景增加了兒童運用技能、完成動作的難度，促使兒童更加努力思考和處理信息，調(diào)動了執(zhí)行功能相關(guān)的神經(jīng)回路。

3.2 足球停練對學(xué)齡兒童執(zhí)行功能影響

當(dāng)前研究缺乏停止運動后執(zhí)行功能如何變化。本研究分析停止足球鍛煉對學(xué)齡兒童執(zhí)行功能的影響，發(fā)現(xiàn)：實驗組在停練4 周時抑制功能發(fā)現(xiàn)：實驗組在停練4 周和8 周抑制和轉(zhuǎn)換功能反應(yīng)時差均顯著小于對照組（P ＜0.05）；組內(nèi)比較顯示，24 周（停練基線）比較停練4 周，實驗組執(zhí)行功能各子功能無顯著變化（P ＞0.05）；停練4 周比較，實驗組在停練8 周抑制功能反應(yīng)時差顯著增加14.3%（P ＜0.05）。分析可能的機制，本研究發(fā)現(xiàn)學(xué)齡兒童在進行足球鍛煉時，不同動作間需要不斷判斷外界環(huán)境，執(zhí)行功能中抑制子功能在其中扮演重要“角色”。而在停練階段，受試者在足球鍛煉時出現(xiàn)的“外界環(huán)境的干擾”消失，因而表現(xiàn)為相應(yīng)的抑制功能退化較顯著。另外在停練4 周，實驗組執(zhí)行功能3 個子功能無顯著變化，而隨著停練時間增加至8周抑制功能衰減明顯?，F(xiàn)有研究認(rèn)為兒童時期其認(rèn)知功能各方面處于發(fā)展巔峰，幾乎不會出現(xiàn)衰退現(xiàn)象［18］，這與本研究結(jié)論不一致。我們分析可能與受試者個體差異有關(guān)，需后續(xù)擴大樣本進一步論證。值得注意的是，實驗組在停練后執(zhí)行功能抑制和轉(zhuǎn)換子功能仍然優(yōu)于對照組，說明運動給學(xué)齡兒童執(zhí)行功能帶來的有益影響在停練后仍能持續(xù)。

本研究驗證了部分假設(shè)，足球停練后學(xué)齡兒童抑制功能消退顯著。但研究存在局限性，未比較不同的運動方式、強度、頻率及停練對結(jié)果造成的差異，從運動與腦成像方面探討鍛煉、停練對不同年齡段的學(xué)齡兒童執(zhí)行功能影響的機制，將是后續(xù)研究方向。

4 結(jié)論

24 周足球鍛煉能不同程度改善10～11 歲兒童的執(zhí)行（抑制、轉(zhuǎn)換和刷新）功能。足球停練4 周時，對10～11 歲兒童執(zhí)行功能的有益影響仍能維持，而停練8 周時抑制功能出現(xiàn)衰退，但仍然具有保護效益。本研究為足球鍛煉提升兒童執(zhí)行功能提供了證據(jù)。