中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能影響——Meta分析

李 展 劉 洋 張策宇

中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能影響——Meta分析

李 展 劉 洋 張策宇

（鄭州輕工業(yè)大學(xué) 體育學(xué)院，河南 鄭州 450002）

目的：運(yùn)用Meta分析法分析總結(jié)中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能的影響。方法：在中文數(shù)據(jù)庫(kù)和英文數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢索，使用RevMan5.4對(duì)納入文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果：納入符合標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)4篇，樣本數(shù)294人。Meta檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大學(xué)生抑制控制功能Z=2.56，P＜0.05,Cl=-2.13～-0.28，轉(zhuǎn)換功能Z=6.74，95%Cl=-0.99～-0.54，P＜0.01，刷新功能異質(zhì)性Z=5.23，95%Cl=-1.06～-0.48，P＜0.01。結(jié)論：中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以顯著提高大學(xué)生執(zhí)行功能。

抑制控制；轉(zhuǎn)換；刷新；有氧運(yùn)動(dòng)；Meta分析；學(xué)生

執(zhí)行功能[1]（Executive Functioning，EF）是指在做較困難的認(rèn)知任務(wù)時(shí)，為保證認(rèn)知系統(tǒng)以靈活的方式實(shí)行某一特定目標(biāo)而對(duì)各種認(rèn)知過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)的一種調(diào)控機(jī)制。大量研究表明，執(zhí)行功能與生活的許多方面密切相關(guān)，包括心理和身體健康以及社會(huì)、認(rèn)知和心理發(fā)展，并且可以預(yù)測(cè)日常生活活動(dòng)量、身體損傷和死亡率的下降[2－4]。因此，執(zhí)行功能對(duì)于日常生活質(zhì)量至關(guān)重要。執(zhí)行功能良好的兒童學(xué)習(xí)能力發(fā)展也較為良好，并具有較高的協(xié)調(diào)性[5－8]。當(dāng)大腦執(zhí)行功能受損可能會(huì)出現(xiàn)或?qū)е聜€(gè)體在認(rèn)知、情緒控制和社會(huì)適應(yīng)等方面出現(xiàn)異常[9]，易患多動(dòng)癥、抑郁癥、老年癡呆等疾病[10,11]。

執(zhí)行功能主要包括抑制控制、刷新與轉(zhuǎn)換三個(gè)子功能[12]。其中，抑制控制通過(guò)抑制個(gè)體原始沖動(dòng)，控制個(gè)體實(shí)施更加理智的行動(dòng)而參與各種執(zhí)行功能任務(wù)，并在其中發(fā)揮重要作用。Miyake等人的研究發(fā)現(xiàn)：執(zhí)行功能中的抑制、轉(zhuǎn)換和刷新不是獨(dú)立部分，三者內(nèi)部都含有部分抑制成分[12]。Go-Nogo任務(wù)、flanker任務(wù)、Stroop范式等是研究抑制過(guò)程的常用方法。轉(zhuǎn)換任務(wù)是通過(guò)指導(dǎo)語(yǔ)的指引來(lái)控制被試內(nèi)源性注意分配和切換的一種任務(wù)模式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)指導(dǎo)語(yǔ)要求被試在兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同任務(wù)間進(jìn)行切換，此時(shí)被試認(rèn)知加工過(guò)程即包含專注于完成當(dāng)前任務(wù)而抑制與當(dāng)前無(wú)關(guān)的其他任務(wù)沖動(dòng)的認(rèn)知成分，也即抑制控制。在測(cè)試轉(zhuǎn)換功能通常使用任務(wù)轉(zhuǎn)換范式是局部-整體任務(wù)、加-減法任務(wù)、數(shù)字-字母任務(wù)、代TS和目標(biāo)轉(zhuǎn)換測(cè)驗(yàn)（OAT）等。每一種任務(wù)的信息處理都需要不同的認(rèn)知操作，這種認(rèn)知操作可以測(cè)試出被試對(duì)不同信息進(jìn)行迅速而頻繁的轉(zhuǎn)換能力。刷新功能也是執(zhí)行功能的主要組成部分，是執(zhí)行功能根據(jù)大腦內(nèi)新出現(xiàn)的信息不斷修改工作記憶內(nèi)容的認(rèn)知過(guò)程。刷新功能需要監(jiān)控和編碼與任務(wù)相關(guān)的新信息，并及時(shí)對(duì)工作記憶中的陳舊信息以及與任務(wù)無(wú)關(guān)的信息進(jìn)行刪改。N-back范式和活動(dòng)記憶范式是刷新功能研究中最常采用范式。

執(zhí)行功能具有可塑性[7]。體育鍛煉是執(zhí)行功能發(fā)展的潛在干預(yù)方式。有大量研究證實(shí)體育鍛煉會(huì)對(duì)執(zhí)行功能產(chǎn)生積極的影響[13－15]。運(yùn)動(dòng)從運(yùn)動(dòng)時(shí)間角度來(lái)說(shuō)可分為急性運(yùn)動(dòng)和慢性運(yùn)動(dòng)。急性運(yùn)動(dòng)是指一次10～40分鐘短時(shí)間運(yùn)動(dòng)[16]。慢性運(yùn)動(dòng)是以增強(qiáng)體能，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)或促進(jìn)健康為目標(biāo)，每次運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，每周多次運(yùn)動(dòng)，持續(xù)數(shù)周(通常超過(guò)6周)或數(shù)年的運(yùn)動(dòng)[17]。關(guān)于急性運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能影響的研究較多[18－20]，而慢性運(yùn)動(dòng)的研究相對(duì)較少。且多數(shù)相關(guān)研究是觀察性研究，干預(yù)性研究很少。有觀察性研究表明，兒童和青少年的慢性運(yùn)動(dòng)對(duì)于兒童和青少年的認(rèn)知和執(zhí)行功能有一定的促進(jìn)作用[21,22]。從研究對(duì)象的角度來(lái)看，之前的研究對(duì)象大多是老年人[13,14]和兒童[22,23]，缺乏對(duì)大學(xué)生年齡階段研究，尤其缺乏慢性運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能影響的研究。

綜上所述，目前對(duì)執(zhí)行功能研究的不足之處是：第一，現(xiàn)有的研究方式比較單一，大多是觀察性研究，干預(yù)性研究很少。而觀察性研究中很多影響因素?zé)o法排除，不能得出確切的結(jié)論。第二，執(zhí)行功能的研究對(duì)象多是老年人和青少年兒童，關(guān)于中青年執(zhí)行功能的研究比較少，影響執(zhí)行功能推廣的實(shí)用性。第三，大多數(shù)研究都能證明執(zhí)行功能的發(fā)展與人的日常生活及其發(fā)展有重要作用，但很少研究會(huì)對(duì)于如何發(fā)展執(zhí)行功進(jìn)行進(jìn)一步的研究。因此，本研究采用文獻(xiàn)回顧和Meta分析的方法，對(duì)大學(xué)生在急性運(yùn)動(dòng)干預(yù)后執(zhí)行功能任務(wù)完成后的執(zhí)行功能表現(xiàn)進(jìn)行研究，了解急性運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能的不同成分影響，為運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦執(zhí)行功能影響的研究提供參考。

1 方法本研究根據(jù)PRISMA報(bào)告指南[24]進(jìn)行。

1.1 文獻(xiàn)檢索方法

檢索起止時(shí)間為建庫(kù)到文獻(xiàn)檢索于2020年10月13日進(jìn)行。輸入中文關(guān)鍵詞執(zhí)行功能、運(yùn)動(dòng)、大學(xué)生、鍛煉和英文關(guān)鍵詞aerobic exercise、executive function、young adult、chronic exercise、interventions、collegestudent、cognitive function、cognitive performance、executive task、flanker task、inhibition、reaction time、response time、short-term memory分別進(jìn)行排列組合，在中文知網(wǎng)（CNKI）、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)（Wanfang data）、中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)（VIP）、中國(guó)生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)（CBM）、PubMed、Google scholar、美國(guó)科學(xué)引文索引數(shù)據(jù)庫(kù)（SCI）共八個(gè)檢索平臺(tái)進(jìn)行文件檢索。然后，使用滾雪球法在初步篩選出文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)繼續(xù)檢索相關(guān)文獻(xiàn)。

1.2 文獻(xiàn)檢索策略

1.2.1 文獻(xiàn)納入標(biāo)準(zhǔn)

檢索公開(kāi)發(fā)表的中文、英文關(guān)于運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)大學(xué)生大腦執(zhí)行功能影響的隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)研究。具體標(biāo)準(zhǔn)如下：（a）調(diào)查健康大學(xué)生18-25歲慢性運(yùn)動(dòng)后執(zhí)行功能的可能變化；（b）研究為實(shí)驗(yàn)研究，采用Flanker、2-back和More odd shifting三種實(shí)驗(yàn)范式；（c）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用隨機(jī)對(duì)照設(shè)計(jì)；（d）實(shí)驗(yàn)自變量為運(yùn)動(dòng)方式，如慢跑、籃球、蹬自行車等；（e）研究結(jié)果為認(rèn)知測(cè)試評(píng)估執(zhí)行功能的時(shí)間或精確度（正確反應(yīng)的絕對(duì)或相對(duì)數(shù)目）。使用Cochrane協(xié)作組推薦的Cochrane協(xié)作網(wǎng)偏倚風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)評(píng)估工具進(jìn)行文獻(xiàn)質(zhì)量評(píng)價(jià)[25]。

1.2.2 文獻(xiàn)排除標(biāo)準(zhǔn)

具體標(biāo)準(zhǔn)如下：（a）沒(méi)有數(shù)據(jù)的綜述或者調(diào)查性研究；（b）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)沒(méi)有對(duì)照組，只有實(shí)驗(yàn)組；（c）被試沒(méi)有客觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，只有主觀表現(xiàn)數(shù)據(jù)；（d）文獻(xiàn)數(shù)據(jù)不完全，無(wú)法獲取原始數(shù)據(jù)；（e）研究結(jié)果為認(rèn)知測(cè)試評(píng)估執(zhí)行功能的時(shí)間或精確度（正確反應(yīng)的絕對(duì)或相對(duì)數(shù)目）。

1.2.3 文獻(xiàn)篩選過(guò)程與結(jié)果

文獻(xiàn)篩選由第一作者和第二作者各自獨(dú)立按照文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，檢索過(guò)程中如果無(wú)法達(dá)成統(tǒng)一由第三作者判定。具體過(guò)程可見(jiàn)圖1，最終納入文獻(xiàn)4篇。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

圖1 文獻(xiàn)篩選流程圖

Meta分析是一種對(duì)多個(gè)獨(dú)立研究結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算的方法。它主要檢查不同研究結(jié)果的差異，如結(jié)果有足夠的相似性，可利用這種方法對(duì)結(jié)果進(jìn)行定量合并。本研究使用RevMan5.4軟件對(duì)選入的文獻(xiàn)進(jìn)行文獻(xiàn)質(zhì)量評(píng)估、發(fā)表偏倚風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)和異質(zhì)性分析。元分析中的異質(zhì)性是指真實(shí)效果量之間的差異，通過(guò)I2統(tǒng)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)。I2值在25%～50%之間的研究被認(rèn)為是低異質(zhì)性的，在50%～75%的研究是中度異質(zhì)性的，大于75%是高異質(zhì)性的[26]。如果I2值大于50%，則需通過(guò)敏感性分析確定造成異質(zhì)性的原因，以分類變量作為調(diào)節(jié)，根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)行亞組分析。

表1 研究納入文獻(xiàn)的基本信息

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)特征

表1列出了主題分析中包括的七個(gè)指標(biāo)的主要特征。這些研究發(fā)表于2012年至2017年間。測(cè)試樣本人數(shù)由32至218人不等（共294人，其中61人為男性，233人為女性）。所有的樣本均為大學(xué)生。文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)均為隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)（n=294），包括體育鍛煉組和對(duì)照組。作為運(yùn)動(dòng)干預(yù)的急性運(yùn)動(dòng)包括：打籃球（n=39），跳健美操（n=184），花樣跑步（n=52）以及組合有氧運(yùn)動(dòng)（n=80）。運(yùn)動(dòng)方式是中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)，每周運(yùn)動(dòng)2～3次/，每次運(yùn)動(dòng)30～60分鐘。在對(duì)照組中，所有參與者被安排常規(guī)內(nèi)容教學(xué)（n=297）。運(yùn)動(dòng)類別包括有氧訓(xùn)練和綜合運(yùn)動(dòng)（即兩種或以上訓(xùn)練的組合）。

2.2 總體效應(yīng)量及異質(zhì)性分析

元分析中各種研究結(jié)果間的差異，稱為異質(zhì)性。異質(zhì)性通常表示各研究間隨機(jī)誤差以外的差異性。它來(lái)源于方法學(xué)異質(zhì)性、干預(yù)異質(zhì)性和統(tǒng)計(jì)學(xué)異質(zhì)性。本研究前期選用的文獻(xiàn)在方法學(xué)上有統(tǒng)一的定義，測(cè)量方法一致，統(tǒng)計(jì)方法一致，因此可以排除統(tǒng)計(jì)學(xué)異質(zhì)性和方法學(xué)異質(zhì)性部分。使用異質(zhì)性（heterogeneity）檢驗(yàn)是檢驗(yàn)文獻(xiàn)研究全體間效應(yīng)量差別是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2.1對(duì)大學(xué)生抑制控制功能影響的異質(zhì)性檢驗(yàn)

Meta分析森林圖檢驗(yàn)結(jié)果顯示，Z=2.56，P＜0.05，Cl=-2.13～-0.28，說(shuō)明檢驗(yàn)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。df=4（P＜0.00001），I2=93%，呈高異質(zhì)性，說(shuō)明效應(yīng)值的真實(shí)差異造成了93%的觀察值變異。所有文獻(xiàn)的抑制控制功能置信區(qū)間均在無(wú)效線的左側(cè)，表明實(shí)驗(yàn)組的效應(yīng)量小于對(duì)照組（P＜0.05）。提示中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)有可能提高大學(xué)生的抑制控制功能。

圖2 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生抑制控制功能的影響

2.2.2對(duì)大學(xué)生轉(zhuǎn)換功能影響的異質(zhì)性檢驗(yàn)

Meta分析森林圖檢驗(yàn)結(jié)果顯示，Z=6.74，95%Cl=-0.99～-0.54，P＜0.01，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的轉(zhuǎn)換功能得分差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。df=4（P=0.58），I2=0%，呈低異質(zhì)性，表明文獻(xiàn)間不存在異質(zhì)性。所有文獻(xiàn)的抑制控制功能置信區(qū)間均在無(wú)效線的左側(cè)，表明實(shí)驗(yàn)組的效應(yīng)量小于對(duì)照組，并且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，證明中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生大腦的抑制控制功能具有一定的積極作用。

圖3 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生轉(zhuǎn)換功能的影響

2.2.3對(duì)大學(xué)生刷新功能影響的異質(zhì)性檢驗(yàn)

Meta分析森林圖檢驗(yàn)結(jié)果顯示，Z=5.23，95%Cl=--1.06～-0.48，P＜0.01，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間的刷新功能測(cè)量分?jǐn)?shù)有明顯差異。df=4（P=0.16），I2=39%，表明文獻(xiàn)間的異質(zhì)性較低，可忽略不計(jì)。所有文獻(xiàn)的刷新功能置信區(qū)間均在無(wú)效線的左側(cè)，表明實(shí)驗(yàn)組的效應(yīng)量小于對(duì)照組，同時(shí)具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，顯示中等強(qiáng)度的急性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦刷新功能具有一定的積極作用。所有文獻(xiàn)的抑制控制功能置信區(qū)間均在無(wú)效線的左側(cè)，表明實(shí)驗(yàn)組的效應(yīng)量小于對(duì)照組，同時(shí)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效提高大學(xué)生大腦的刷新功能。

圖4 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生刷新功能的影響

3 討論

本研究采用Meta分析法，以4項(xiàng)研究的294人為樣本，討論中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能的影響。Meta分析結(jié)果顯示，8周以上中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)執(zhí)行功能均有增進(jìn)作用。國(guó)內(nèi)外大量研究證明［24,31,32］，長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)人體抑制控制功能有積極作用。目前執(zhí)行功能的Meta分析文章主要是關(guān)于老年人和兒童是注意力缺陷/多動(dòng)障礙與抑制控制和干擾控制方面的內(nèi)容[24]，而這項(xiàng)Meta是慢性體力活動(dòng)對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能影響。本研究擴(kuò)大了運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能影響的研究范圍。

和以往Meta分析相比，本文首次評(píng)估了長(zhǎng)期體育鍛煉對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能的影響，但是由于相關(guān)文章的被試人數(shù)較少，對(duì)于研究結(jié)果應(yīng)特別謹(jǐn)慎；在針對(duì)長(zhǎng)期體育鍛煉對(duì)執(zhí)行功能的影響的四項(xiàng)研究中，并沒(méi)有統(tǒng)一研究計(jì)劃。因此，長(zhǎng)期體育鍛煉對(duì)不同執(zhí)行功能域的影響尚無(wú)定論。但所有實(shí)驗(yàn)都是交叉設(shè)計(jì)，都監(jiān)測(cè)了被試的心率，使得研究可以確定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)執(zhí)行功能的影響。這是一個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)樵絹?lái)越多的證據(jù)表明，適度的體育鍛煉對(duì)認(rèn)知功能比輕度鍛煉更有利。本研究主要以探討多種常見(jiàn)有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于改善大學(xué)生執(zhí)行功能的作用為目標(biāo)，局限性包括由于檢索資源有限，只檢索了英文文獻(xiàn)和中文文獻(xiàn)，具有語(yǔ)言選擇方面的偏倚，結(jié)果不可避免具有一定的選擇發(fā)表偏倚；文中所納入的文獻(xiàn)類型為期刊類，沒(méi)有納入會(huì)議論文和出版文章，可能會(huì)一定程度上影響研究成果；此方面還需要進(jìn)行更多樣本、更長(zhǎng)時(shí)間的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，進(jìn)一步的分組分析國(guó)別、性別、干預(yù)方案對(duì)執(zhí)行功能的影響。

4 結(jié)論

Meta分析結(jié)果表明，中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)能夠顯著提高大學(xué)生的執(zhí)行功能，但具體對(duì)不同子功能的影響效果不一樣。中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)可以顯著提高大學(xué)生的抑制控制功能和刷新功能，對(duì)大腦抑制控制一定的積極作用。

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Effects of Moderate Intensity Aerobic Exercise Interventions on Executive Functions in College Students: A Meta-analysis

LI Zhan, etal.

(Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, Henan, China)

李展（1977—），講師，碩士，研究方向：大學(xué)生身體健康。

；劉洋（1980—），博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：體育運(yùn)動(dòng)與健康促進(jìn)。