太極（八法五步）對大學(xué)生刷新功能的影響：來自腦自發(fā)神經(jīng)活動的證據(jù)

申其淇，崔 蕾，張靜怡，王東嶺，羅 銳，辛振雷，殷恒嬋

（北京師范大學(xué) 體育與運(yùn)動學(xué)院，北京 100875）

刷新功能是執(zhí)行功能的重要組成成分，是指根據(jù)新呈現(xiàn)的信息不斷更新工作記憶內(nèi)容的過程，與學(xué)習(xí)、記憶、決策等息息相關(guān)（趙鑫 等，2014；Ma et al.，2014），對個(gè)體的身心健康發(fā)展至關(guān)重要。刷新功能具有可塑性，探索提升刷新功能的有效手段已經(jīng)成為多學(xué)科領(lǐng)域研究者關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)。研究表明，體育運(yùn)動能夠提高個(gè)體的刷新功能（殷恒嬋 等，2015）。腦可塑性假說指出，任何一種心理現(xiàn)象都是以大腦的活動為基礎(chǔ)的，運(yùn)動產(chǎn)生的認(rèn)知改善是運(yùn)動引起大腦可塑性變化的結(jié)果（陳愛國 等，2018；趙琦 等，2017）。現(xiàn)有關(guān)于運(yùn)動與刷新功能的研究多以兒童、老年人為研究對象，大學(xué)生處于成年早期，腦可塑性仍有發(fā)展空間。此外，不同運(yùn)動方案對刷新功能的提升可能存在差異（殷恒嬋 等，2018），這提示我們，選擇適合、易于大學(xué)生群體鍛煉的運(yùn)動手段十分必要。

太極拳是身心合一、心靜體松的中華傳統(tǒng)養(yǎng)生功法，受到越來越多研究者的關(guān)注。已有研究發(fā)現(xiàn)，太極拳能夠改善老年人的記憶、注意等認(rèn)知功能（Tao et al.，2017）。研究發(fā)現(xiàn)，長期堅(jiān)持太極拳鍛煉的老年人左側(cè)額中回的比率低頻振幅（fALFF）值大于長期步行的老年人，且左側(cè)額中回的fALFF值與刷新功能顯著相關(guān)（梅劍 等，2019）。但現(xiàn)有研究較少涉及對太極拳與刷新功能因果關(guān)系的探討，且以往太極拳套路存在門檻過高、動作結(jié)構(gòu)復(fù)雜等現(xiàn)實(shí)問題。在全面貫徹落實(shí)健康中國戰(zhàn)略的背景下，國家體育總局委托研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)創(chuàng)編了太極（八法五步）套路。前期ERP研究發(fā)現(xiàn)，短時(shí)太極（八法五步）能夠改善大學(xué)生抑制功能，增大N2振幅（李秀娟 等，2020）；功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）研究發(fā)現(xiàn)，8周的太極（八法五步）能夠促進(jìn)腦結(jié)構(gòu)重塑和腦功能的優(yōu)化重組（Cui et al.，2019）。這提示我們太極（八法五步）可能是促進(jìn)大學(xué)生刷新功能提升的有效手段，揭示太極（八法五步）對大學(xué)生刷新功能的影響效果及腦機(jī)制，能夠?yàn)樘嵘髮W(xué)生刷新功能提供新的科學(xué)途徑。

人腦在靜息狀態(tài)下的活動具有特殊作用，能夠反映個(gè)體自發(fā)神經(jīng)活動（Soares et al.，2016）。研究發(fā)現(xiàn)，自發(fā)神經(jīng)活動消耗的能量占大腦總能量消耗的95%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于任務(wù)誘發(fā)神經(jīng)活動的能量消耗（Raichle et al.，2006）。靜息態(tài)功能磁共振成像技術(shù)（resting-state fMRI，rs-fMRI）依賴于自發(fā)的大腦耦合活動，能夠揭示在不施加外部刺激或任務(wù)時(shí)的大腦自發(fā)/內(nèi)在功能信號的活動（Friston et al.，2014），已成為探索人類心理和行為底層神經(jīng)機(jī)制的重要手段。fALFF能夠反映大腦中單個(gè)體素的自發(fā)神經(jīng)活動強(qiáng)度，揭示大腦的區(qū)域自發(fā)神經(jīng)活動。功能連接（functional connectivity，F(xiàn)C）通常用于研究某一種子點(diǎn)與其他腦區(qū)功能活動的相互作用，揭示解剖學(xué)上分離的腦區(qū)之間神經(jīng)元活動的時(shí)域相關(guān)性?；趫D論（graph theory）的全腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法可以全面而細(xì)致地刻畫大腦內(nèi)部的組織和運(yùn)行模式，進(jìn)而理解大腦的內(nèi)部工作機(jī)制（Zang et al.，2007），其中聚類系數(shù)（clustering coefficient，Cp）和局部效率（local efficiency，Eloc）反映了腦網(wǎng)絡(luò)的功能分離程度，特征路徑長度（characteristic path length，Lp）和全局效率（global efficiency，Eg）反映了腦網(wǎng)絡(luò)的整合程度。上述多元化的靜息態(tài)自發(fā)腦功能活動指標(biāo)的綜合應(yīng)用，可以加深對運(yùn)動與大腦內(nèi)部工作機(jī)制關(guān)系的理解，對采用運(yùn)動手段促進(jìn)個(gè)體身心腦健康具有重要意義。

因此，本研究以大學(xué)生為對象，采用運(yùn)動干預(yù)研究設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用體育測量、心理測量、rs-fMRI技術(shù)，探討8周太極（八法五步）對大學(xué)生刷新功能及fALFF、FC、腦網(wǎng)絡(luò)全局拓?fù)鋵傩缘挠绊?，揭示太極（八法五步）對大學(xué)生刷新功能的影響及其腦機(jī)制，以期為提升大學(xué)生刷新功能提供新的途徑，為太極（八法五步）的推廣普及提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

招募并篩選出無鍛煉習(xí)慣的在校大學(xué)生36名［年齡（21.83±2.34）歲，男性6名，女性30名］，分為太極組、健步走組、對照組，各組性別比例一致。要求3組被試在實(shí)驗(yàn)期間保持原有的運(yùn)動習(xí)慣。

篩選標(biāo)準(zhǔn)：右利手；無神經(jīng)精神障礙及遺傳病史，且目前精神狀況良好；無藥物濫用；無重大軀體疾病，無腦部損傷史；視力正常或矯正后正常，無色盲色弱；采用腦成像中心被試檢查單評價(jià)是否滿足磁共振掃描條件，如體內(nèi)無植入金屬（如金屬假牙）等；適合參加本實(shí)驗(yàn)的運(yùn)動強(qiáng)度（通過身體活動準(zhǔn)備問卷評價(jià)），體力活動水平滿足要求（通過國際體力活動問卷評價(jià)）；狀態(tài)特質(zhì)量表和抑郁量表得分在正常范圍內(nèi)；被試簽署知情同意書。本實(shí)驗(yàn)獲北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室倫理審查委員會批準(zhǔn)。

1.2 運(yùn)動干預(yù)方案

1）對運(yùn)動項(xiàng)目：太極組進(jìn)行太極（八法五步）運(yùn)動干預(yù)（表1），對健步走組進(jìn)行健步走運(yùn)動干預(yù)，對照組正常學(xué)習(xí)生活。

表1 太極（八法五步）干預(yù)主要內(nèi)容安排Table 1 The Main Contents of Tai Chi Intervention

2）運(yùn)動強(qiáng)度：太極組與健步走組均控制運(yùn)動強(qiáng)度為中等強(qiáng)度，即平均心率處于（220-年齡）×（60%～69%）。采用polar表監(jiān)測運(yùn)動強(qiáng)度，太極組的平均心率為135次/min，達(dá)到了最大心率的68.1%左右，健步走組的平均心率為136次/min，達(dá)到了最大心率的68.6%左右。2組均處于中等強(qiáng)度區(qū)間內(nèi)。

3）每次運(yùn)動時(shí)間：太極組60 min，包含5 min準(zhǔn)備活動、50 min太極（八法五步）練習(xí)、5 min整理活動；健步走組60 min，包含5 min準(zhǔn)備活動、50 min健步走練習(xí)、5 min整理活動。

4）運(yùn)動周期與頻率：太極組、健步走組均進(jìn)行8周運(yùn)動干預(yù)，運(yùn)動頻率均為3次/周。

1.3 實(shí)驗(yàn)程序

采用3（組別：太極組、健步走組、對照組）×2（時(shí)間：前測、后測）兩因素混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中組別為被試間因素，時(shí)間為被試內(nèi)因素，因變量為刷新功能反應(yīng)時(shí)、正確率和靜息態(tài)腦功能活動指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)過程由3部分組成：前測、8周運(yùn)動干預(yù)、后測。

1.4 刷新功能測量

采用3-back任務(wù)測量刷新功能，每個(gè)任務(wù)開始前均首先呈現(xiàn)6 000 ms指導(dǎo)語，之后開始任務(wù)測試。每個(gè)試次中，先呈現(xiàn)500 ms的注視點(diǎn)，緊接著在屏幕中央呈現(xiàn)1個(gè)數(shù)字（1～9），呈現(xiàn)時(shí)間為1 500 ms，要求被試在保證正確的前提下，盡可能快地判斷當(dāng)前數(shù)字與之前第3個(gè)數(shù)字（中間間隔2個(gè)數(shù)字）是否相同，共60個(gè)試次。平均正確率越高、平均反應(yīng)時(shí)越短，代表刷新功能運(yùn)行效率越高。正式測試前進(jìn)行任務(wù)練習(xí)，當(dāng)練習(xí)正確率≥70%后正式開始測試。

1.5 磁共振數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理

采用SIEMENS MAGNETOM Prisma 3T MRI系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集。

T1-MPRAGE結(jié)構(gòu)像掃描參數(shù)：重復(fù)時(shí)間（repetition time，TR）=2 530.00 ms，回 波 時(shí) 間（echo time，TE）=2.98 ms，間隔時(shí)間（inversion time，TI）=1 100.00 ms，層厚=1.00 mm，翻轉(zhuǎn)角（flip angle，F(xiàn)A）=7°，層數(shù)=192，體素大小=0.5 mm×0.5 mm×1.0 mm，視野（field of view，F(xiàn)OV）=224 mm×256 mm，掃描時(shí)間300 s。

靜息態(tài)功能磁共振掃描參數(shù)：TR=2 000.00 ms，TE=30.00 ms，層 數(shù)=33，層 厚 =3.5 mm，體 素 大 小 =3.5 mm×3.5 mm×3.5 mm，F(xiàn)A=90°，F(xiàn)OV=224 mm×224 mm，掃描時(shí)間480 s，獲得每名被試圖像240幅。掃描期間要求被試睜眼（無注視點(diǎn)），保持清醒，保持頭部與身體不動。

采用GRETNA工具包進(jìn)行預(yù)處理（https：//www.nitrc.org/projects/gretna），包括以下常規(guī)步驟：1）去除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)，剩下230個(gè)時(shí)間點(diǎn)；2）時(shí)間層校正；3）頭動校正，本研究使用的所有數(shù)據(jù)均滿足任何方向頭動平動＜2 mm或旋轉(zhuǎn)＜2°的空間標(biāo)準(zhǔn)；4）標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化到MNI空間模板，標(biāo)準(zhǔn)化后的圖像分辨率為3 mm×3 mm×3 mm；5）平滑，采用FWHM 4 mm高斯核進(jìn)行空間平滑；6）去線性趨勢；7）回歸協(xié)變量，去除24個(gè)頭動參數(shù)（Friston-24）及白質(zhì)、腦脊液平均信號等無關(guān)信號的影響。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

1.6.1 行為數(shù)據(jù)分析

采用兩因素重復(fù)測量方差分析，探討組別、時(shí)間2個(gè)因素的單獨(dú)及交互作用，當(dāng)交互作用顯著時(shí)，進(jìn)一步進(jìn)行簡單效應(yīng)分析。以運(yùn)動干預(yù)前后刷新功能反應(yīng)時(shí)、正確率變化（后測-前測）為因變量，對太極組、健步走組、對照組之間各因變量的差異進(jìn)行多重比較。統(tǒng)計(jì)分析均在SPSS 25.0上進(jìn)行，統(tǒng)計(jì)分析顯著性為P＜0.05。

1.6.2 磁共振數(shù)據(jù)分析

fALLF計(jì)算與分析：采用REST工具包（http：//restfmri.net/forum/index.php?Q=rest），對預(yù)處理后某體素的時(shí)間序列進(jìn)行快速傅立葉變換，得到其功率譜，對0.01～0.08 Hz下信號的功率譜進(jìn)行開方，得到ALFF值，將此范圍內(nèi)的ALFF值相加得到其總值，與0.01～0.25 Hz的全頻段振幅總值相除，得到fALFF值，并進(jìn)行Z分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。采用SPM12進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，確定交互作用顯著的腦區(qū)。提取交互作用顯著腦區(qū)的fALFF值在SPSS 25.0中進(jìn)行事后統(tǒng)計(jì)分析以及與刷新功能變化值的關(guān)系分析。

功能連接計(jì)算與分析：基于fALFF的重復(fù)測量方差分析結(jié)果，選取與刷新功能變化存在關(guān)系的腦區(qū)作為種子點(diǎn)，采用CONN工具包（https：//web.conn-toolbox.org/）進(jìn)行ROI-ROI的功能連接分析，分別計(jì)算種子點(diǎn)與全腦腦區(qū)的時(shí)間序列相關(guān)，在CONN工具包中進(jìn)行重復(fù)測量方差分析及事后分析。

腦網(wǎng)絡(luò)全局拓?fù)鋵傩杂?jì)算與分析：采用GRETNA軟件包構(gòu)建全腦網(wǎng)絡(luò)。1）定義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采用AAL90模板，將每個(gè)個(gè)體空間的大腦分割為90個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，提取每個(gè)節(jié)點(diǎn)所有體素的時(shí)間序列；2）定義網(wǎng)絡(luò)的邊，分別計(jì)算90個(gè)節(jié)點(diǎn)兩兩之間時(shí)間序列的Pearson相關(guān)系數(shù)，得到每個(gè)個(gè)體空間的90×90的功能連接矩陣，采用Fisher’s Z變換將功能連接矩陣轉(zhuǎn)換為Z值矩陣，使數(shù)據(jù)更接近正態(tài)分布；3）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，采用稀疏度閾值法將功能連接矩陣進(jìn)行閾值化，得到二值無向矩陣，其中，節(jié)點(diǎn)表示大腦區(qū)域，邊表示區(qū)域之間的連接，本研究將稀疏度閾值設(shè)置為0.05～0.50，稀疏度間隔為0.02，共包括23個(gè)閾值點(diǎn)。計(jì)算并提取腦網(wǎng)絡(luò)全局拓?fù)鋵傩裕–p，Eloc，Lp和Eg），在SPSS 25.0中進(jìn)行重復(fù)測量方差及事后統(tǒng)計(jì)分析。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 不同組別人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征、刷新功能前測的同質(zhì)性檢驗(yàn)

對太極組、健步走組、對照組前測的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)、刷新功能的正確率和反應(yīng)時(shí)進(jìn)行同質(zhì)性檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3組的年齡、性別、受教育年限、身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）、體力活動量、刷新功能正確率、刷新功能反應(yīng)時(shí)均無顯著性差異（表2），表明3組在人口學(xué)指標(biāo)上具有同質(zhì)性。

表2 不同組別人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征、刷新功能前測的差異Table 2 The Differences among Three Groups in Demographics and Updating M±SD

2.2 不同運(yùn)動干預(yù)對刷新功能的影響

采用重復(fù)測量方差分析探討太極（八法五步）、健步走干預(yù)對大學(xué)生刷新功能正確率、反應(yīng)時(shí)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在正確率上，組別［F（2，33）=0.02，ηp2=0.001，P=0.976］、時(shí)間［F（1，33）=3.30，ηp2=0.091，P=0.079］主效應(yīng)，以及時(shí)間×組別的交互作用［F（2，33）=0.15，ηp2=0.009，P=0.863］均不顯著。在反應(yīng)時(shí)上，組別［F（2，33）=0.94，ηp2=0.054，P=0.402］、時(shí)間［F（1，33）=0.71，ηp2=0.021，P=0.405］主效應(yīng)不顯著，時(shí)間×組別的交互作用顯著［F（2，33）=3.99，ηp2=0.195，P=0.028］。

進(jìn)一步對反應(yīng)時(shí)交互作用進(jìn)行簡單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，太極組后測較前測反應(yīng)時(shí)顯著降低［F（1，33）=7.51，P=0.010］；健步 走 組［F（1，33）=0.40，P=0.835］、對 照 組［F（1，33）=1.14，P=0.293］前后測均無顯著差異；太極組、健步走組、對照組3組后測反應(yīng)時(shí)無顯著性差異。

以反應(yīng)時(shí)變化值（后測-前測）為因變進(jìn)行多重比較，分析太極（八法五步）、健步走運(yùn)動干預(yù)對大學(xué)生刷新功能影響的差異（圖1）。太極組與對照組之間（P=0.011）、太極組與健步走組之間（P=0.045）刷新功能反應(yīng)時(shí)變化具有顯著性差異，健步走組與對照組之間無顯著性差異（P=0.548）。結(jié)果表明，8周太極（八法五步）能夠提升大學(xué)生的刷新功能運(yùn)行效率，且效果優(yōu)于健步走。

圖1 不同運(yùn)動干預(yù)前后刷新功能正確率和反應(yīng)時(shí)變化值的差異Figure 1. The Differences of Accuracy and Reaction Time in Updating among Three Groups

2.3 不同運(yùn)動干預(yù)對fALFF的影響

采用重復(fù)測量方差分析探討太極（八法五步）、健步走干預(yù)對大學(xué)生fALFF的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表3，圖2），在左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、右側(cè)背外側(cè)額上回、右側(cè)中央旁小葉、右側(cè)梭狀回上時(shí)間×組別的交互作用顯著，表明在不同組別運(yùn)動干預(yù)前后上述腦區(qū)的fALFF變化存在差異。

圖2 時(shí)間×組別交互作用顯著的腦區(qū)Figure 2. The Brain Region of the Interaction Effect in fALFF

表3 不同運(yùn)動干預(yù)對fALFF影響的重復(fù)測量方差分析Table 3 The Differences of fALFF among Three Groups

以左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、右側(cè)背外側(cè)額上回、右側(cè)中央旁小葉、右側(cè)梭狀回4個(gè)腦區(qū)的fALFF變化值（后測-前測）為因變量進(jìn)行多重比較，分析太極（八法五步）、健步走運(yùn)動干預(yù)對大學(xué)生fALFF的影響的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖3）：1）在左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回，太極組后測fALFF較前測顯著升高（P=0.003），太極組fALFF變化值與對照組具有極顯著性差異（P=0.000），與健步走組具有顯著性差異（P=0.041），表明太極（八法五步）干預(yù)顯著增強(qiáng)了左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回的fALFF，且效果優(yōu)于健步走；健步走組fALFF變化值與對照組差異不顯著（P＞0.05），表明健步走干預(yù)對左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回的fALFF無顯著影響。2）在右側(cè)背外側(cè)額上回，太極組后測fALFF較前測降低（P=0.194），對照組后測fALFF較前測升高（P=0.181），太極組fALFF變化值與對照組具有極顯著性差異（P=0.001），與健步走組無顯著性差異，表明太極（八法五步）干預(yù)顯著降低了右側(cè)背外側(cè)額上回fALFF；健步走組后測fALFF較前測升高（P=0.220），但升高幅度低于對照組，健步走組fALFF變化值與對照組具有顯著性差異（P=0.018），表明健步走干預(yù)顯著減緩了右側(cè)背外側(cè)額上回fALFF的增強(qiáng)。3）在右側(cè)中央旁小葉，太極組后測fALFF較前測降低（P=0.543），對照組后測fALFF較前測極顯著升高（P=0.002），太極組fALFF變化值與對照組具有極顯著性差異（P=0.003），與健步走組無顯著性差異，表明太極（八法五步）干預(yù)顯著降低了右側(cè)中央旁小葉fALFF；健步走組后測fALFF較前測升高（P=0.881），但升高幅度低于對照組，健步走組fALFF變化值與對照組具有顯著性差異（P=0.016），表明健步走干預(yù)顯著減緩了右側(cè)中央旁小葉fALFF的增強(qiáng)。4）在右側(cè)梭狀回，太極組后測fALFF較前測升高（P=0.429），對照組后測fALFF較前測極顯著降低（P=0.000），太極組fALFF變化值與對照組具有極顯著性差異（P=0.001），與健步走組無顯著性差異，表明太極（八法五步）干預(yù)顯著增強(qiáng)了右側(cè)梭狀回的fALFF；健步走組后測fALFF較前測升高（P=0.848），健步走組fALFF變化值與對照組具有極顯著性差異（P=0.006），表明健步走干預(yù)顯著增強(qiáng)了右側(cè)梭狀回fALFF。

圖3 不同運(yùn)動干預(yù)前后fALFF的變化Figure 3. The Differences of fALFF Changes among Three Groups

2.4 太極（八法五步）干預(yù)前后刷新功能變化與fALFF變化的關(guān)系

對太極組運(yùn)動干預(yù)前后刷新功能反應(yīng)時(shí)和fALFF變化值進(jìn)行Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)（圖4），刷新功能反應(yīng)時(shí)的降低與右側(cè)背外側(cè)額上回fALFF的減弱存在高度正相關(guān)（r=0.895，P=0.000），其他腦區(qū)fALFF變化與刷新功能反應(yīng)時(shí)變化無顯著相關(guān)（Ps＞0.05）。進(jìn)一步以刷新功能反應(yīng)時(shí)變化值為因變量，以右側(cè)背外側(cè)額上回fALFF變化值為自變量進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)，右側(cè)背外側(cè)額上回fALFF變化能夠顯著預(yù)測刷新功能反應(yīng)時(shí)的變化，預(yù)測力為80.2%。

圖4 太極（八法五步）干預(yù)前后刷新功能反應(yīng)時(shí)變化與fALFF變化的關(guān)系Figure 4. Correlation between fALFF Changes and Reaction Time of Updating in Tai Chi Group

2.5 不同運(yùn)動干預(yù)對功能連接的影響

以與刷新功能反應(yīng)時(shí)變化存在關(guān)系的右側(cè)背外側(cè)額上回為種子點(diǎn)，進(jìn)行全腦功能連接分析發(fā)現(xiàn)（圖5），與對照組相比，太極組后測右側(cè)背外側(cè)額上回與左側(cè)角回的功能連接顯著增強(qiáng)（P=0.018，F(xiàn)DR矯正），其他組別均無顯著性差異。

圖5 太極組與對照組運(yùn)動干預(yù)前后功能連接差異圖Figure 5. The Differences of FC Changes between Tai Chi Group and Control Group

2.6 不同運(yùn)動干預(yù)對腦功能網(wǎng)絡(luò)全局拓?fù)鋵傩缘挠绊?/h3>

進(jìn)一步構(gòu)建全腦網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行拓?fù)鋵傩苑治?，揭示不同運(yùn)動干預(yù)前后腦功能網(wǎng)絡(luò)的底層工作機(jī)制。采用重復(fù)測量方差分析發(fā)現(xiàn)（圖6），在Eloc上，時(shí)間×組別交互作用顯著［F（1，33）=3.84，ηp2=0.189，P=0.032］，表明不同組別運(yùn)動干預(yù)前后的Eloc變化存在差異。進(jìn)一步進(jìn)行簡單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，在前測［F（2，33）=1.38，P=0.266］和后測［F（2，33）=0.98，P=0.384］中，3組之間均無顯著性差異；與前測相比，太極組后測Eloc顯著升高［F（1，33）=6.20，P=0.018］，健步走組［F（1，33）=1.17，P=0.287］、對照組［F（1，33）=0.47，P=0.498］均無顯著性變化。在 Lp［F（1，33）=5.42，ηp2=0.141，P=0.026］、Eg［F（1，33）=4.51，ηp2=0.120，P=0.041］上，時(shí)間主效應(yīng)顯著。進(jìn)一步對時(shí)間主效應(yīng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與前測相比，太極組后測Eg顯著提升（t=-2.287，P=0.043），其他組別均無顯著性差異。

圖6 運(yùn)動干預(yù)前后各組整體稀疏度Eloc、Lp、Eg變化圖Figure 6. The Differences of Eloc， Lp， and Eg Changes among Three Groups

3 討論

3.1 太極（八法五步）對大學(xué)生刷新功能的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，8周太極（八法五步）能夠提升大學(xué)生刷新功能運(yùn)行效率。刷新功能的本質(zhì)是主動、有意識地根據(jù)情景或?qū)嶋H的需要，儲存及提取相應(yīng)工作記憶的信息（趙鑫 等，2014），太極（八法五步）可能是通過以下幾個(gè)方面提升刷新功能。首先，從項(xiàng)目特征上看，太極（八法五步）干預(yù)時(shí)要求恪守“心靜體松”的基本法則，在此基礎(chǔ)上將“形、氣、意”3個(gè)核心要素有機(jī)結(jié)合，在意念的引導(dǎo)下，結(jié)合呼吸，全神貫注地正確完成動作。在整個(gè)運(yùn)動干預(yù)過程中，個(gè)體要專注當(dāng)下，使其專注力、覺知力等得到改善，能夠更好地監(jiān)控信息的輸入，以及根據(jù)任務(wù)的需要及時(shí)修正工作記憶的信息，從而提升了刷新功能運(yùn)行效率。其次，從動作特征上看，該套路提煉了太極拳中最核心的“掤、捋、擠、按、採、挒、肘、靠”8種勁法，以及“進(jìn)、退、顧、盼、定”5種步法（李秀娟 等，2020），動作之間的銜接更加緊密。在完成一套動作的過程中，需要個(gè)體不斷刷新出當(dāng)前招式所對應(yīng)的正確動作，并做到上下相隨，和諧統(tǒng)一，涉及了豐富的動作學(xué)習(xí)和控制過程，兼具有氧鍛煉和認(rèn)知訓(xùn)練的功能，從而提升了大學(xué)生刷新功能。

本研究還發(fā)現(xiàn)，健步走對大學(xué)生刷新功能無顯著影響，可能是由于以下幾方面原因。首先，可能與項(xiàng)目特征有關(guān)，健步走屬于相對簡單重復(fù)性的運(yùn)動，以粗大動作為主，在運(yùn)動過程中無需記憶動作序列，不涉及工作記憶的儲存和提取。殷恒嬋等（2018）提出了運(yùn)動改善執(zhí)行功能的多路徑模型，動作特征是其中一個(gè)重要因素。有研究發(fā)現(xiàn)與簡單重復(fù)運(yùn)動相比，復(fù)雜運(yùn)動促進(jìn)認(rèn)知的效果更佳（陳愛國 等，2016）；也有研究表明，太極拳對認(rèn)知功能的益處大于快步行走（Ji et al.，2017）。其次，可能與研究對象有關(guān)，本研究的被試為大學(xué)生，已有證據(jù)表明身體活動對執(zhí)行功能等認(rèn)知功能的影響在青少年和老年人中更明顯，而在年輕成年人中效應(yīng)會被減弱（Voss et al.，2011）；最近的研究也指出身體活動對年輕人認(rèn)知的作用依賴于特定的干預(yù)和措施（Gooderham et al.，2019）。最后，還可能與運(yùn)動干預(yù)周期有關(guān)，本研究周期為8周，且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)健步走能夠優(yōu)化自發(fā)神經(jīng)活動，但其積極效應(yīng)還未顯現(xiàn)在行為上，可能需要更長的干預(yù)周期。

3.2 太極（八法五步）提升大學(xué)生刷新功能的腦機(jī)制

3.2.1 fALFF

本研究發(fā)現(xiàn)，太極（八法五步）能夠增強(qiáng)右側(cè)梭狀回、左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回的fALFF，減弱右側(cè)背外側(cè)額上回、右側(cè)中央旁小葉的fALFF；健步走運(yùn)動增強(qiáng)了右側(cè)梭狀回的fALFF，減弱了右側(cè)背外側(cè)額上回、右側(cè)中央旁小葉fALFF的增強(qiáng)。這表明太極（八法五步）與健步走在一定程度上均能提升腦功能，前人研究也提出，運(yùn)動干預(yù)可以改善大腦的可塑性，包括腦功能活動的優(yōu)化（Best et al.，2017；Rogge et al.，2018）。

右側(cè)梭狀回位于視覺聯(lián)合皮層，涉及面部知覺（Uono et al.，2017）和身體知覺（Grewe et al.，2015）等過程。本研究結(jié)果表明，太極（八法五步）、健步走均能增強(qiáng)右側(cè)梭狀回局部自發(fā)神經(jīng)活動，這提示我們，長期的運(yùn)動干預(yù)可能提升大學(xué)生面部知覺和身體知覺的能力。前人研究發(fā)現(xiàn)，12周瑜伽干預(yù)后，早期精神病患者的梭狀回皮質(zhì)厚度和體積增加（Woodward et al.，2020）；也有學(xué)者指出，長期練習(xí)太極拳能夠增強(qiáng)梭狀回的局部一致性，改善記憶能力（Yue et al.，2020a）。太極（八法五步）對右側(cè)梭狀回的影響可能與太極拳所蘊(yùn)含的覺知、冥想元素有關(guān)，已有研究發(fā)現(xiàn)太極拳能夠提升正念水平（Chen et al.，2021）。太極（八法五步）運(yùn)動過程中，個(gè)體需要用意念引導(dǎo)，更加注重持續(xù)地覺察動作、呼吸等，不斷提升的覺知能力可能會增強(qiáng)感知覺能力，進(jìn)而提升與面部知覺、身體知覺相關(guān)腦區(qū)的自發(fā)神經(jīng)活動。

右側(cè)中央旁小葉屬于運(yùn)動感覺網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵腦區(qū)（劉明 等，2016）。有研究發(fā)現(xiàn)急性有氧運(yùn)動后，2-back條件下右側(cè)中央旁小葉激活減弱（Li et al.，2014）；還有研究發(fā)現(xiàn)舞蹈干預(yù)后大腦中央旁小葉的灰質(zhì)體積增加（Trinkler et al.，2019）。本研究發(fā)現(xiàn)，8周太極（八法五步）減弱了右側(cè)中央旁小葉自發(fā)神經(jīng)活動，而健步走減緩了該腦區(qū)自發(fā)神經(jīng)活動的增強(qiáng)。這可能是由于太極（八法五步）干預(yù)初期涉及全新的動作學(xué)習(xí)，在8周干預(yù)過程中，大學(xué)生由最初的動作學(xué)習(xí)階段逐漸過渡到了動作自動化的階段，進(jìn)行動作執(zhí)行時(shí)無需調(diào)動太多資源，自發(fā)神經(jīng)活動減弱。

左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回位于內(nèi)側(cè)前額葉，與抑制控制有關(guān)，對情感和動機(jī)具有重要的作用（Miller et al.，2001）。前人研究發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練引起的大腦皮層功能活動的變化主要體現(xiàn)在前額葉和頂葉區(qū)域（Wei et al.，2017）。Yin等（2014）的研究表明，6周的太極拳干預(yù)能夠增強(qiáng)老年人左側(cè)額上回的ALFF。本研究結(jié)果表明，太極（八法五步）顯著增強(qiáng)了左側(cè)額上回的fALFF，且效果優(yōu)于健步走，而健步走對其無顯著影響。這可能與太極（八法五步）的動作特征、練習(xí)法則及核心要素有關(guān)。太極（八法五步）是一種多模式的身心運(yùn)動，它強(qiáng)調(diào)覺察、體驗(yàn)廣泛的內(nèi)在感覺與身體外部現(xiàn)象的重要性，包括了大量的動作學(xué)習(xí)和運(yùn)動控制過程，兼具身體訓(xùn)練和認(rèn)知訓(xùn)練的特征。以往研究發(fā)現(xiàn)，身體訓(xùn)練和認(rèn)知訓(xùn)練相結(jié)合的方式可能會使干預(yù)效果同時(shí)增強(qiáng)（Hotting et al.，2013）。

右側(cè)背外側(cè)額上回位于背外側(cè)前額葉，在認(rèn)知、刷新功能及執(zhí)行控制方面起到重要的作用，還與注意、自我相關(guān)的加工、自傳體記憶的加工等有關(guān)（Miller et al.，2001；Northoff et al.，2006；van der Meer et al.，2010；Whitfield-Gabrieli et al.，2011）。人體和動物實(shí)驗(yàn)研究均表明，體育活動促進(jìn)了大腦的神經(jīng)可塑性，從而改善認(rèn)知功能。通過體育鍛煉，個(gè)體的注意、刷新等認(rèn)知活動得到頻繁鍛煉，這些認(rèn)知活動的加工過程逐漸自動化，進(jìn)行相關(guān)認(rèn)知加工時(shí)無需動用太多的資源，自發(fā)神經(jīng)活動減弱。本研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，太極組右側(cè)背外側(cè)額上回fALFF的減弱能夠顯著預(yù)測其刷新功能的提升。背外側(cè)前額葉位于執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)，與運(yùn)動過程中的控制有關(guān)，還參與工作記憶等需要外部導(dǎo)向注意力的認(rèn)知任務(wù)（Beaty et al.，2015）。太極拳運(yùn)動中涉及大量的運(yùn)動控制以及動作的記憶與提取過程，8周的訓(xùn)練使得該區(qū)域得到頻繁鍛煉，隨著對動作的控制逐漸形成自動化，對該區(qū)域資源的調(diào)動逐漸降低，對該腦區(qū)能量的供應(yīng)減少，腦區(qū)自發(fā)神經(jīng)活動也趨于減弱。因此，太極（八法五步）對右側(cè)背外側(cè)額上回的自發(fā)神經(jīng)活動優(yōu)化的效果更強(qiáng)，對大學(xué)生刷新功能的提升效果更好。此外，本研究中右側(cè)梭狀回、右側(cè)中央旁小葉、左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回的fALFF變化與刷新功能的變化沒有顯著性關(guān)系，這也提示我們，這些腦區(qū)fALFF的變化可能與太極（八法五步）引起的其他行為變化有關(guān)，如認(rèn)知控制、認(rèn)知靈活性、情緒、注意力、長時(shí)記憶等，今后研究可以進(jìn)一步分析太極（八法五步）對這些行為學(xué)指標(biāo)的影響并揭示其腦機(jī)制。

本研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，太極（八法五步）增強(qiáng)了2個(gè)腦區(qū)fALFF，減弱了2個(gè)腦區(qū)fALFF，健步走增強(qiáng)了1個(gè)腦區(qū)fALFF，減緩了2個(gè)腦區(qū)的fALFF增強(qiáng)趨勢。有研究指出，大腦的總血流量在運(yùn)動期間無顯著變化（Globus et al.，1983），并且大腦會將有限的資源分配至需要的腦區(qū)（Moriarty et al.，2019）。太極（八法五步）涉及動作的學(xué)習(xí)與控制、記憶的儲存與提取、注意的集中與轉(zhuǎn)換、呼吸的控制、對內(nèi)外部體驗(yàn)的覺察等，在8周干預(yù)中大腦需要不斷地將資源分配給相應(yīng)的認(rèn)知過程，使得相應(yīng)腦區(qū)神經(jīng)活動的同步性得到優(yōu)化，體現(xiàn)在不同腦區(qū)自發(fā)神經(jīng)活動的同步增強(qiáng)與減弱。內(nèi)側(cè)額上回屬于默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)，背外側(cè)額上回屬于執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)，有研究指出，這2個(gè)網(wǎng)絡(luò)傾向于相反的活動，即一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的激活通常對應(yīng)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的抑制（Fox et al.，2005）。執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)與默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)之間的耦合增加，也反映了與認(rèn)知相關(guān)的大腦網(wǎng)絡(luò)之間的合作增強(qiáng)（Beatyet al.，2015）。因此，這也提示我們，太極（八法五步）可能優(yōu)化了腦區(qū)間自發(fā)神經(jīng)活動的同步性，促進(jìn)了刷新功能運(yùn)行效率的提升。

3.2.2 功能連接及腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩?/p>

基于fALFF的分析結(jié)果，以與刷新功能反應(yīng)時(shí)變化存在關(guān)系的右側(cè)背外側(cè)額上回為種子點(diǎn)，進(jìn)行全腦功能連接分析，探究太極（八法五步）干預(yù)是否促進(jìn)了腦區(qū)間自發(fā)神經(jīng)活動的同步性，發(fā)現(xiàn)了太極（八法五步）干預(yù)后右側(cè)背外側(cè)額上回與左側(cè)角回的功能連接顯著增強(qiáng)，即太極（八法五步）干預(yù)后右側(cè)背外側(cè)額上回與左側(cè)角回在靜息狀態(tài)下低頻振蕩信號同步減弱，這支持了fALFF分析的結(jié)果。功能連接體現(xiàn)了腦區(qū)間神經(jīng)元活動模式的時(shí)間依賴性，即腦區(qū)間的功能連通性。有研究發(fā)現(xiàn)，與非運(yùn)動員相比，長期高策略性技能訓(xùn)練（乒乓球）運(yùn)動員連接背側(cè)和腹側(cè)通路腦區(qū)的白質(zhì)結(jié)構(gòu)更加完整，如左側(cè)上縱束的各向異性分?jǐn)?shù)更高，該白質(zhì)纖維束將額區(qū)和鰓蓋區(qū)分別連接到頂上小葉、角回等腦區(qū)（祁亞鵬 等，2021）。本研究中右側(cè)背外側(cè)額上回與左側(cè)角回功能連接的增強(qiáng)，也反映了背側(cè)和腹側(cè)通路的連通性的增強(qiáng)。這提示我們太極（八法五步）干預(yù)雖然不是高策略性技能，但因運(yùn)動過程中“形”涉及動作回憶、動作表征編碼等動作執(zhí)行過程，“意”涉及思維、注意力等認(rèn)知過程，其對高級認(rèn)知功能的促進(jìn)也可以達(dá)到相似的鍛煉效果。角回位于腹側(cè)語言區(qū)，前人研究發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動訓(xùn)練后，角回的ALFF顯著降低，且認(rèn)知功能得到改善（趙海軍 等，2021）。還有研究對輕度認(rèn)知障礙老年人進(jìn)行6個(gè)月的八段錦干預(yù)，發(fā)現(xiàn)老年人的角回灰質(zhì)體積顯著增加，海馬的ALFF顯著降低，海馬體-角回的功能連接增強(qiáng)（Tao et al.，2019）。

最后，本研究還構(gòu)建了腦功能網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合圖論分析進(jìn)一步探究太極（八法五步）干預(yù)在優(yōu)化區(qū)域自發(fā)神經(jīng)活動、腦區(qū)間功能連接的同時(shí)，是否還引發(fā)了腦功能網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在組織和運(yùn)行模式的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)太極（八法五步）顯著提升了腦功能網(wǎng)絡(luò)的Eloc和Eg。Eloc是指所有節(jié)點(diǎn)上的Eloc，即對于1個(gè)節(jié)點(diǎn)i，與其鄰居構(gòu)成的小網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行信息通信的效率，反映了腦網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)局部集群的平均效率（Li et al.，2021），Eloc越高，表明腦網(wǎng)絡(luò)的模塊化程度越高，局部信息傳輸效率越強(qiáng)（Bullmore et al.，2009）。Eg是指網(wǎng)絡(luò)中任意2個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息通信的效率，反映了腦網(wǎng)絡(luò)的整合程度（Bullmore et al.，2009）。這2個(gè)屬性的同時(shí)增強(qiáng)反映了太極（八法五步）干預(yù)后腦網(wǎng)絡(luò)的功能分離和整合水平的均衡提升，即大腦的組織模式更加高效。Yue等（2020b）橫向?qū)Ρ攘碎L期進(jìn)行太極拳鍛煉與步行鍛煉的老年女性腦白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵傩圆町?，發(fā)現(xiàn)長期太極拳鍛煉的老年女性小世界屬性更強(qiáng)，且與刷新功能運(yùn)行效率呈正相關(guān)。腦網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性體現(xiàn)了大腦網(wǎng)絡(luò)的功能分離與整合的平衡性，即高水平的局部模塊負(fù)責(zé)高效的局部信息處理，在局部模塊間再加上幾個(gè)遠(yuǎn)程連接，通過這些網(wǎng)絡(luò)確保全腦及不同腦區(qū)間高水平的信息傳輸效率。本研究結(jié)果表明，太極（八法五步）能夠提升腦網(wǎng)絡(luò)的局部及全局運(yùn)行效率、優(yōu)化腦功能組織模式，與健步走相比，太極（八法五步）對Eloc的提升作用更強(qiáng)。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)了8周太極（八法五步）對大學(xué)生刷新功能運(yùn)行效率的提升作用，并從區(qū)域自發(fā)神經(jīng)活動、功能連接、腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩缘慕嵌冉沂玖似渥饔玫膬?nèi)在機(jī)制，為提升大學(xué)生刷新功能、促進(jìn)身心腦健康提供了新的途徑和科學(xué)依據(jù)。未來研究可擴(kuò)大樣本量，延長干預(yù)周期，探討更長的太極拳干預(yù)周期對認(rèn)知、腦可塑性的影響；引入有效連接，探究太極拳干預(yù)引起的腦區(qū)間功能連接的方向；采用擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging）技術(shù)，從白質(zhì)纖維束的角度探索太極拳對腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的影響。

4 結(jié)論

1）8周太極（八法五步）能夠提升大學(xué)生刷新功能的運(yùn)行效率，且效果優(yōu)于健步走。

2）8周太極（八法五步）、健步走能夠促進(jìn)腦自發(fā)神經(jīng)活動的優(yōu)化，且太極（八法五步）具有獨(dú)特優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回fALFF的增強(qiáng)、右側(cè)背外側(cè)額上回與左側(cè)角回功能連接的增強(qiáng)、腦功能網(wǎng)絡(luò)局部信息傳輸效率的提升。

3）太極（八法五步）提升大學(xué)生刷新功能運(yùn)行效率的腦機(jī)制可能是促進(jìn)了腦自發(fā)神經(jīng)活動的優(yōu)化。