藍永生，趙敬國，蔣艷杰

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太極拳運動提高大學生認知功能的研究
——來自P300的證據(jù)

藍永生1，趙敬國2，蔣艷杰1

目的：研究24式太極拳運動(以下簡稱太極拳)對在校大學生認知功能的影響，探討有效鍛煉的頻率。方法：招募17名長期從事太極拳運動的男大學生為實驗組(運動年限>1年)，30名久坐男大學生為對照組，比較實驗組和對照組P300的差異。另招募30名健康在校女大學生進行短期太極拳運動干預實驗(6周)，將其隨機分為1組(n=10)、2組(n=10)和對照組(n=10)。1組和2組進行6周太極拳運動，其中，1組每周運動3天(周一、周三、周五)，2組每周運動5天(周一～周五)，對照組不運動。分別于運動前、第2周、第4周和第6周測量受試者P300，并于實驗結(jié)束2周后測量1組和2組的P300。結(jié)果：和對照組相比， 長期運動組P300潛伏期和反應時出現(xiàn)顯著性縮短(P<0.05，P<0.01)。短期運動1組P300各指標均未出現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)；2組P300峰值分別在第4周和第6周出現(xiàn)顯著性升高(P<0.05)，且實驗結(jié)束2周后P300峰值沒有顯著性回落(P>0.05)。結(jié)論：太極拳運動能提高練習者認知功能；每周運動5次比每周運動3次效果顯著。

太極拳；認知；事件相關電位；鍛煉頻率

1 前言

認知功能是大學生學習活動的心理基礎。良好的認知能力能夠幫助大學生更快的儲備新知識、掌握新技能。多數(shù)學者認為，體育運動能夠提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的認知功能[12,16,21]，大學生參加體育鍛煉對提高學習能力具有積極促進作用[24]。Schmidt R A等[16]研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能和運動強度呈倒U型關系，當運動強度接近乳酸閾時對認知功能的提高具有較理想的效果。Yamaji K等[25]研究了非運動員人群的心率和最大吸氧量百分比關系，發(fā)現(xiàn)年齡在10～27歲的人群，當心率達到115～135次/min時，運動強度即可達到乳酸閾。

太極拳是我國的傳統(tǒng)武術項目，具有很高的群眾普及率。眾多學者均已證實太極拳具有良好的健身效果[2-7]，因此，在校園推廣太極拳運動對提高學生體質(zhì)具有積極作用。周之華等[8]對太極拳運動的強度進行了研究，發(fā)現(xiàn)全套太極拳運動的平均心率為121次/min，屬于提高認知功能的最佳心率范圍。因此，太極拳運動不僅具有健身養(yǎng)生效果，而且對大學生認知功能也應具有促進作用。但目前此推論尚未得到實驗證實。

事件相關電位P300是反映認知功能的基本神經(jīng)生物學評價指標，是被靶刺激誘發(fā)的正向波，出現(xiàn)時間大約為靶刺激出現(xiàn)后300 ms。P300是一種與注意、記憶和認知等相關的內(nèi)源性成分，因其不受刺激物理特性的影響，所得波形亦具有良好的穩(wěn)定性，已經(jīng)成為近年來研究認知神經(jīng)功能領域的熱點，其潛伏期、峰值和反應時可從不同方面反映認知能力。P300潛伏期是從刺激開始到波峰最高點之間的時間間隔(ms)，反映認知速度；P300峰值是指基線到波峰之間的電位差(μV)，反映注意力分配；P300反應時是指從刺激開始至動作結(jié)束的總時間(ms)，意味著人體動員機體的速度，反映信息處理過程的激活速度[26]。通常認為，潛伏期和反應時縮短，峰值升高，認知能力增強。本研究旨在利用事件相關電位P300，通過實驗驗證太極拳運動對大學生認知功能的影響，進一步探討更為理想的運動頻率。

2 實驗對象與方法

2.1 實驗對象

1.實驗一：選取山東師范大學體育學院長期從事太極拳運動(>1年)的男生17人作為實驗組，久坐同性別學生30人作為對照組，研究太極拳運動對大學生認知功能的影響(表1)。

2.實驗二：在山東師范大學非體育專業(yè)招募志愿者。要求所有志愿者填寫身體活動指數(shù)量表和PAR&Q問卷。從中選取身體活動指數(shù)≤2，且PAR&Q問卷中全部選擇“不是”的志愿者，向其介紹本實驗的研究目的和注意事項。在征得對方同意的情況下，最終選取30名女大學生參加本實驗。將入選志愿者平均分為2個實驗組和1個對照組：實驗1組每周運動3次(周一、周三、周五)；實驗2組每周運動5次(周一～周五)；對照組不參加太極拳運動。實驗周期為6周，期間實驗組只允許參加預定的太極拳運動，而對照組則不允許參加任何系統(tǒng)的運動。此實驗目的，是探索太極拳運動的有效頻率(表2)。

表 1 本研究長期組志愿者人口統(tǒng)計學特征一覽表Table 1 The Demographic Characteristics of Long Term Group Volunteers

表 2 本研究短期組志愿者人口統(tǒng)計學特征一覽表Table 2 The Demographic Characteristics of Short Term Group Volunteers

2.2 實驗方法

2.2.1 運動方案

1.實驗一：運動時間通常為早晨6：00～7：30，幾乎每天運動。

2.實驗二：1組和2組志愿者需參加6周太極拳運動，運動時間為練習日上午6：30～7：15。

2.2.2 測試方法

P300測試采用上海海神醫(yī)療電子儀器廠生產(chǎn)的NDI-200神經(jīng)電檢診儀。測試電極為Ag/AgCl盤狀電極，測試前需確保電極抗阻在5 KΩ以下，具體措施為用酒精棉球?qū)﹄姌O和安放電極的部位脫脂，并涂抹導電膏。

按國際腦電學會10/20系統(tǒng)，將記錄電極置于Pz點，參考電極置于A2點，接地電極置于FPz點。刺激模式為Oddball視覺刺激，靶刺激為黑白相間的豎條紋(25×275 mm)，出現(xiàn)幾率為20%；非靶刺激為黑白相間的方格(25×25 mm)，出現(xiàn)幾率為80%。測試過程中，受試者需注視顯示器中間的凝視點，并集中注意力。當出現(xiàn)靶刺激時，要求受試者用優(yōu)勢腳盡可能快地踩踏腳踏板；而當非靶刺激出現(xiàn)時，則不需要做此反應；靶刺激疊加30次。

測試過程在山東師范大學體育學院運動人體科學實驗室完成。測試環(huán)境為安靜的暗室。室內(nèi)不允許攜帶手機等能夠刺激志愿者感官的電子產(chǎn)品，以避免非正常靶刺激對測試結(jié)果的影響。

實驗二測試時間：分別于運動前、第2周、第4周和第6周測量短期組志愿者的P300，并于實驗結(jié)束2周后測量1組和2組P300。所有測試過程均在志愿者安靜狀態(tài)下完成。

2.2.3 統(tǒng)計方法

實驗一：通過獨立樣本t檢驗，比較實驗組和對照組P300的差異，研究太極拳運動對認知功能的影響。實驗二：以運動時間為組內(nèi)因素，運動頻率為組間因素，采用重復測量方差分析，分析不同運動頻率對P300的影響；采用配對t檢驗比較兩個實驗組第6周和實驗結(jié)束2周后P300的差異，分析太極拳運動對認知功能的持續(xù)影響。由于1組有2人退出，對照組有3人退出，最終被統(tǒng)計的人數(shù)為1組8人、2組10人、對照組7人。

3 實驗結(jié)果

3.1 實驗一

與對照組相比，實驗組P300的潛伏期和反應時均有顯著縮短(表3，P<0.05，P<0.01)。說明長期太極拳運動能夠使人對靶刺激做出更快的感知，并能夠積極調(diào)動骨骼肌做出反應。提示，太極拳運動能夠提高認知能力。

表 3 本研究實驗一各組P300指標比較一覽表Table 3 The P300 Comparison of Experimental Group One

注：* 與對照組相比P<0.05；** 與對照組相比P<0.01。

3.2 實驗二

1組志愿者P300潛伏期、峰值和反應時均未出現(xiàn)顯著性變化(表4，P>0.05)，說明6周內(nèi)，每周運動3次不能提高認知功能。2組志愿者P300峰值從第4周開始出現(xiàn)顯著性升高(表4，P<0.05)，且這種升高趨勢一直持續(xù)到第6周，說明每周5次太極拳運動、持續(xù)4周可提高認知功能。同時，實驗結(jié)束2周后P300峰值并未出現(xiàn)顯著性回落(表4，P>0.05)，說明太極拳運動引起的認知功能提高具有持續(xù)性，且至少能夠維持2周。因此，6周運動周期內(nèi)，每周5次運動效果比每周3次運動效果顯著。

但2周內(nèi)，1組和2組P300均未出現(xiàn)顯著性變化(表4，P>0.05)，說明太極拳運動促進認知功能提高需有一定的時間積累，一次性太極拳運動對認知功能無影響。

表 4 本研究實驗二各組P300幅度變化一覽表Table 4 The P300 Amplitude Changes of Experimental Group Two

注：* 與鍛煉前相比P<0.05。

4 討論

越來越多的證據(jù)表明，運動訓練能夠提高認知功能。Barak O等[10]發(fā)現(xiàn)，中強度運動能使P300峰值增大，而小強度運動和大強度運動均無此影響。Kamijo K等[17]研究發(fā)現(xiàn)中強度運動使P300峰值增大，大強度運動使P300峰值減小，小強度運動對P300無影響?？傊?，中等強度運動對認知功能具有促進作用，小強度運動和大強度運動對認知功能的影響仍需進一步探討。太極拳屬典型的中強度運動，本研究證實其對認知功能提高具有明顯的促進作用。

Polich J等[20]發(fā)現(xiàn)，長期有氧運動能夠提高P300峰值；Iwadate M等[14]發(fā)現(xiàn)，長時間足球運動能使P300潛伏期縮短，峰值升高。以上學者均證實長期運動訓練能夠提高認知功能。本研究證實，長期太極拳運動(>1年)能夠顯著縮短P300潛伏期和反應時，說明太極拳運動對認知功能具有促進作用。Yagi Y等[26]研究了一次性有氧運動對P300的影響，發(fā)現(xiàn)運動后即刻P300潛伏期和反應時明顯縮短；Nakamura Y等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，30 min的跳躍可使P300峰值增高；Arcelin R等[9]發(fā)現(xiàn)，10 min功率自行車運動(60%最大吸氧量)使反應時縮短。以上學者又證實，一次性運動也能夠提高認知功能。但本研究顯示，一次性太極拳運動對認知功能沒有影響。出現(xiàn)這種差異的原因可能與運動干預方式的不同有關。當太極拳運動時間超過4周(5次/周)時，P300峰值出現(xiàn)顯著提高，說明只有達到足夠的時間累計，太極拳運動才能提高認知功能，并且，這種正向促進作用具有可持續(xù)性。每周運動3次，沒有引起P300各指標的改變，說明每周運動5次的效果比每周運動3次的效果顯著。

值得注意的是，雖然短期(4周)和長期(>1年)太極拳運動均能提高認知功能，但二者原因卻不相同：短期運動使P300峰值升高；而長期運動使P300潛伏期和反應時縮短。這是因為運動訓練可以影響多巴胺和去甲腎上腺素等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[18]，而此類神經(jīng)遞質(zhì)可直接影響P300峰值[13]。太極拳運動有別于其他運動，練習過程中講究“靜”，一次性練習不足以使中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的興奮。但隨著練習時間的積累(≥4周)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性得到提高[1]，誘導神經(jīng)元釋放足夠的神經(jīng)遞質(zhì)，從而引起P300峰值改變。并且，這種改變至少可維持2周。

海馬是與認知功能密切相關的腦組織，大量的動物實驗表明，運動訓練可提高海馬神經(jīng)元的突觸可塑性[11,23]，從而提高認知功能。而神經(jīng)元突觸聯(lián)系的加強則需要一定的時間積累才能完成。因此，推測長期太極拳運動(>1年)促進認知功能增強的原因，可能與練習者海馬神經(jīng)元突觸聯(lián)系增強有關。另外，太極拳練習過程中，練習者平均心率可提高到121次/min。心率的提高必然增加腦部血流量，同時增加腦部葡萄糖和氧氣供給[1]，為腦部神經(jīng)元做快速動員提供能量基礎。而Sakai Y等[22]已證實，P300潛伏期和腦血流量成反比關系。這意味著人腦在處理突發(fā)刺激時，將縮短分析時間，并以更快的速度動員骨骼肌做出反應，使人體處于更加有利的狀態(tài)。電生理上則表現(xiàn)為P300潛伏期和反應時縮短。但有關P300的產(chǎn)生機制目前尚無定論，運動對認知影響的機制仍需進一步研究。

5 結(jié)論

綜上所述，長期太極拳運動(>1年)能夠提高大學生的認知功能；6周運動周期內(nèi)，每周運動5次比每周運動3次效果顯著；持續(xù)4周(每周5次)太極拳運動可提高認知功能，且此正面影響具有持續(xù)性；一次性太極拳運動對認知功能無影響。

[1]黃燕萍.不同狀態(tài)下太極拳練習者的腦電圖變化 [M].北京:北京體育大學,2011:33-62.

[2]劉崇,閆芬,李穎,等.太極拳,健步走對改善女性老年人靜態(tài)平衡功能效果的對比研究[J].中國康復醫(yī)學雜志,2009,24(5):445-447.

[3]李青,房衛(wèi)華,劉翠.太極拳聯(lián)合呼吸功能訓練對穩(wěn)定期慢性阻塞性肺疾病患者康復的影響[J].中國康復醫(yī)學雜志,2012,27(9):825-828.

[4]孫威,毛德偉,逄峰,等.太極拳和快走練習對老年女性平衡能力的影響[J].中國體育科技,2012,48(5):75-80.

[5]肖春梅,王彤,姜桂萍.太極拳運動對老年平衡能力的影響[J].北京體育大學學報,2006,29(4):489-490.

[6]楊慧馨,虞定海.太極拳鍛煉與快走鍛煉中老年女性靜態(tài)平衡機能比較[J].中國運動醫(yī)學雜志,2013,32(5):427-440.

[7]虞定海,王三,楊慧馨,等.24周太極拳鍛煉對中老年人靜態(tài)平衡功能的影響[J].中國運動醫(yī)學雜志,2012,30(12):1115-1119.

[8]周之華,紀仲秋,周紹軍.24式太極拳運動強度與規(guī)律研究[J].中國體育科技,2005,36(7):42-43.

[9]ARCELIN R,BRISSWALTER J,DELIGNIERES D.Effect of physical exercise duration on decisional performance[J].J Human Move Studies，1997,32(3):123-140.

[11]COTMAN C W,BERCHTOLD N C.Exercise:a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity[J].Trends Neurosciences,2002,25(6):295-301.

[12]HILLMAN C H,ERICKSON K I,KRAMER A F.Be smart,exercise your heart:exercise effects on brain and cognition[J].Nature Rev Neuroscience,2008,1(9):58-66.

[13]HANSENNE M,PITCHOT W,MORENO A G,etal.Timsit-Berthier M,Ansseau M.Catecholaminergic function and P300amplitude in major depressive disorder (P300and catecholamines) [J].Electroencephalography Clin Neurophysiology/Evoked Potentials Section,1995,96(2):194-196.

[14]IWADATE M,MORI A,ASHIZUKA T,etal.Long-term physical exercise and somatosensory event-related potentials[J].Experimental Brain Res,2005,160(4):528-532.

[15]IDE K,SECHER NH.Cerebral blood flow and metabolism during exercise[J].Progress Neurobiology,2000,61(4):397-414.

[16]KASHIHARA K,MARUYAMA T,MUROTA M,etal.Positive effects of acute and moderate physical exercise on cognitive function[J].J Physiol Anthropology,2009,28(4):155-164.

[17]KAMIJO K,NISHIHIRA Y,HATTA A,etal.Differential influences of exercise intensity on information processing in the central nervous system[J].Eur J Appl Physiol,2004,92(3):305-311.

[18]MEEUSEN R,DE MEIRLEIR K.Exercise and brain neurotransmission[J].Sports Med,1995,20(3):160-188.

[19]NAKAMURA Y,NISHIMOTO K,AKAMATU M,etal.The effect of jogging on P300event related potentials[J].Electromyography Clin Neurophysiology,1999,39(2):71-74.

[20]POLICH J,LARDON M T.P300and long-term physical exercise[J].Electroencephalography Clin Neurophysiology,1997,103(4):493-498.

[21]STROTH S,KUBESCH S,DIETERLE K,etal.Physical fitness,but not acute exercise modulates event-related potential indices for executive control in healthy adolescents[J].Brain Res,2009,1269(7):114-124.

[22]SAKAI Y,OKAMOTO K,TANAKA M,etal.Cerebral lesions and event-related potential P300using positron emission tomography (PET) [J].Radilolgy Nuclear Med,1993,35(6):394-398.

[23]VAYNMAN S,YING Z,GOMEZ‐PINILLA F.Hippocampal BDNF mediates the efficacy of exercise on synaptic plasticity and cognition[J].Eur J Neuroscience,2004,20(10):2580-2590.

[24]WINTER B,BREITENSTEIN C,MOOREN F C,etal.High impact running improves learning[J].Neurobiology Learn Memory,2007,87(4):597-609.

[25]YAMAJI K,MIYASHITA M,SHEPHARD R.Relationship between heart rate and relative oxygen intake in male subjects aged 10 to 27 years[J].J Human Ergology,1978,7(1):29-39.

[26]YAGI Y,COBURN K L,ESTES K M,etal.Effects of aerobic exercise and gender on visual and auditory P300,reaction time,and accuracy[J].Eur J Appl Phys Occupational Phys,1999,80(5):402-408.

Research on Taijiquan Exercise Improving Cognitive Function of College Students—An Evidence from P300

LAN Yong-sheng1,ZHAO Jing-guo2,JIANG Yan-jie1

Objective:To study the effects of Taijiquan exercise (TCC) on cognitive function of college students and analyze a better practice frequency for college students.Methods:Seventeen male college students who have been participating in TCC for a long time (more than one year) are in the experimental group.Thirty sedentary male college students are in the control group.We compared the differences of P300between of them.Furthermore,Thirty healthy female college students took part in another study that TCC as a short-term intervention (six weeks),and they were randomly divided into three groups:the first group (n=10),the second group (n=10) and the control group (n=10).The participants of the first group and the second group were asked to practice for short term TCC exercise (6 weeks).The first group participants practiced TCC 3 times a week (Monday,Wednesday,Friday).The second group participants practiced TCC 5 times a week (Monday,Tuesday,Wednesday,Thursday,Friday).The control group didn’t take practice TCC.The P300of the participants were recorded separately:before the experiment,in the second week,in the fourth week and in the sixth week.And the P300of the first group and the second group were recorded again in the eighth week.Result:The P300and the time reaction of the long-term TCC participants was significant shortened (P<0.05,P<0.01).The P300of the first group did not change significantly (P>0.05);The P300amplitude was significantly increased in the fourth week and in the sixth week (P<0.05).And the Positive effect of P300amplitude can be maintained for 2 weeks.Conclusion:The TCC exercise can improve cognitive function;the effects of practicing TCC 5 times a week was better than the 3 times a week.

Taijiquan;cognitive;P300;practicefrequency

2015-01-27；

2015-06-07

長春師范大學自然科學基金[長師大自然合字(2013)第006號]。

藍永生(1983-)，男，山東青島人，講師，碩士，主要研究方向為運動生理學，Tel：(0431)85099769，E-mail：lyssd@163.com；趙敬國(1964- )，男，山東新泰人，教授，碩士，碩士研究生導師，主要研究方向為運動訓練的機能學評價；蔣艷杰(1966-)，女，吉林長春人，教授，主要研究方向為運動生理學。

1.長春師范大學 體育學院，吉林 長春 130031；2.山東師范大學 體育學院，山東 濟南 250014 1.Changchun Normal University,Changchun 130031,China;2.Shandong Normal University,Jinan 250014,China.

1002-9826(2015)04-0093-04

10.16470/j.csst.201504013

G852.114.8

A