朱風(fēng)書(shū) 周成林 陸穎之 王東石

1 上海體育學(xué)院（上海200438）

2 揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院

隨著運(yùn)動(dòng)健身的普及和認(rèn)知心理學(xué)的發(fā)展， 很多學(xué)者開(kāi)始積極探討有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的影響。 綜合目前的研究成果發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的研究結(jié)果并不一致。雖然大部分研究都支持有氧運(yùn)動(dòng)有助于促進(jìn)鍛煉者的認(rèn)知功能，Davranche 等[1]的研究發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)后鍛煉者選擇反應(yīng)時(shí)提高；神經(jīng)影像學(xué)研究中，Hillman 等[2]發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于靜息條件，20 分鐘的中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)能夠顯著增加修改后Flanker 任務(wù)的P3 波幅，縮短P3 潛伏期以及減小ERN 的波幅，也支持了運(yùn)動(dòng)可以促進(jìn)鍛煉者的認(rèn)知功能。 然而，也有部分研究持反對(duì)意見(jiàn)，Collardeau[3]發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間有氧運(yùn)動(dòng)后，優(yōu)秀跑步運(yùn)動(dòng)員的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)并沒(méi)有發(fā)生顯著變化； 同樣的結(jié)果也出現(xiàn)在McMorris[4]的研究中，其發(fā)現(xiàn)，對(duì)于非運(yùn)動(dòng)員群體，有氧運(yùn)動(dòng)量的增加也并未改變鍛煉者的認(rèn)知功能。 為了探討以上研究無(wú)法得到一致結(jié)果的原因，Colombes 和Kramer[5]進(jìn)行了一項(xiàng)元分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)主要存在兩個(gè)原因：首先，有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)間和強(qiáng)度的差異都會(huì)對(duì)認(rèn)知功能的改善程度造成影響。 其中20～60 分鐘中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)改善鍛煉者的認(rèn)知功能最為有效， 這一結(jié)果也得到近期大量研究的證實(shí)[6]；其次，有氧運(yùn)動(dòng)選擇性地優(yōu)先促進(jìn)了鍛煉者的認(rèn)知功能。也就是說(shuō)，有氧運(yùn)動(dòng)并不是對(duì)所有的認(rèn)知功能均起到促進(jìn)作用， 而是具有選擇性地提高了認(rèn)知功能的某些方面， 例如對(duì)于基礎(chǔ)性認(rèn)知功能（簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)和選擇選擇時(shí)等），中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)大多都起到積極作用， 但對(duì)于認(rèn)知控制這一類的高級(jí)認(rèn)知功能， 有氧運(yùn)動(dòng)的影響仍存在一些不確定的因素。

認(rèn)知控制作為認(rèn)知功能的核心成分， 已被研究者們就有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)其的影響進(jìn)行了大量研究。 認(rèn)知控制是一種依據(jù)規(guī)則、目的或意圖執(zhí)行行為的能力，主要包括反應(yīng)執(zhí)行和反應(yīng)抑制兩部分[7]。 在諸多的評(píng)價(jià)工具中，信號(hào)停止任務(wù)（Stop signal task）是能夠同時(shí)對(duì)反應(yīng)執(zhí)行和反應(yīng)抑制能力做出最直接行為評(píng)價(jià)的工具，在認(rèn)知控制的相關(guān)研究中得到廣泛使用。同時(shí)，在前人對(duì)于有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知控制鍛煉效益的研究中， 雙任務(wù)加工范式得到了大量運(yùn)用。與完成單一任務(wù)相比，在雙任務(wù)范式下， 鍛煉者的完成情況呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。 例如，被試在進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉時(shí)，其辨別反應(yīng)時(shí)變長(zhǎng)[8]；在Flanker 任務(wù)中，相比靜息組，運(yùn)動(dòng)組的正確率更低[9]。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是，在雙任務(wù)工作環(huán)境中，運(yùn)動(dòng)過(guò)程需要占用一部分注意資源， 因而引起鍛煉者注意資源分配不平衡，進(jìn)而降低其抵抗干擾的能力[10]。 那么，認(rèn)知控制能力在雙任務(wù)工作中的表現(xiàn)有什么特點(diǎn)？中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)是否會(huì)促進(jìn)鍛煉者的認(rèn)知控制表現(xiàn)？本研究首先欲探討在雙任務(wù)環(huán)境下，中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)能否提升鍛煉者的認(rèn)知控制能力。

另一方面， 單次有氧運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的認(rèn)知效益是暫時(shí)性的，鑒于這一特點(diǎn)，學(xué)者開(kāi)始探討諸如這種效益在何時(shí)出現(xiàn)、又將維持多長(zhǎng)時(shí)間等時(shí)程特征。而目前這類研究結(jié)果非常有限。 早期研究者以解決數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí)的速度與準(zhǔn)確率為指標(biāo)， 發(fā)現(xiàn)鍛煉者的認(rèn)知功能在運(yùn)動(dòng)結(jié)束后15 分鐘內(nèi)都保持較高水平[11]。 另一項(xiàng)研究表明，在進(jìn)行10 分鐘中等強(qiáng)度自行車(chē)運(yùn)動(dòng)后，鍛煉者在運(yùn)動(dòng)結(jié)束后8 分鐘內(nèi)的認(rèn)知任務(wù)成績(jī)有了明顯提升， 但隨后又逐漸回到鍛煉前狀態(tài)[12]。 那么，既然中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的效益有著時(shí)程上的差異， 那么作為認(rèn)知功能的重要成分——認(rèn)知控制能力， 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)其的時(shí)程效益又有何特點(diǎn)？因此，本研究還通過(guò)跟蹤中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)停止時(shí)到停止后50 分鐘內(nèi)的認(rèn)知控制能力變化， 探討有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知控制能力產(chǎn)生效益的時(shí)間進(jìn)程特征。

綜上所述， 本研究在雙任務(wù)工作環(huán)境下通過(guò)信號(hào)停止任務(wù)， 探討中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生認(rèn)知控制能力的影響，并進(jìn)一步追蹤這種鍛煉效益的時(shí)程特點(diǎn)，為有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知控制能力提供科學(xué)方法和理論支撐。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

揚(yáng)州某高校招募并篩選30 名本科生（男生15 人，女生15 人）作為研究對(duì)象，年齡19～24 歲（平均22.3 ±1.3 歲），BMI 21.8 ± 1.6 kg/m2。 所有被試均明確研究過(guò)程并積極配合完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

篩選研究對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）在身體活動(dòng)能力問(wèn)卷（PAR-Q 問(wèn)卷） 調(diào)查中表現(xiàn)為身體活動(dòng)能力正常者；（2）身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）在18.5～23.5；（3）簡(jiǎn)易瑞文推理智力量表評(píng)定結(jié)果為智力正常者；（4）裸眼視力或矯正視力正常。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用MONARK 834 功率自行車(chē)進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)，踏車(chē)節(jié)律保持在50 r/min，通過(guò)調(diào)整功率自行車(chē)阻力大小使心率維持在65%～75%最大心率區(qū)間內(nèi)，心率采用芬蘭RS800CXSD 型心率表監(jiān)控。認(rèn)知任務(wù)的刺激呈現(xiàn)使用Dell19 寸顯示器，刷新頻率100 Hz，距離功率自行車(chē)0.5 m，其中心與被試眼睛平行。

1.3 實(shí)驗(yàn)程序

認(rèn)知任務(wù)采用“信號(hào)停止任務(wù)”范式，首先在白色背景屏幕中央先出現(xiàn)一個(gè)黑色“+”注視點(diǎn)，呈現(xiàn)時(shí)間隨機(jī)為1250 ms、1375 ms、1500 ms、1625 ms，之后出現(xiàn)一個(gè)向左或向右的綠色箭頭， 要求被試根據(jù)箭頭指向在反應(yīng)測(cè)試盒上快速準(zhǔn)確地做出相應(yīng)按鍵反應(yīng) （向左則左手按左鍵，向右則右手按右鍵）。其中，約有30%的試次，綠色箭頭在一段時(shí)間后變?yōu)榧t色箭頭，若出現(xiàn)紅色箭頭，要求被試做出抑制反應(yīng)，即停止對(duì)箭頭方向的按鍵反應(yīng)。 如果被試1 秒鐘內(nèi)未作反應(yīng)，刺激自動(dòng)消失，進(jìn)行下一個(gè)試次。 綠色箭頭呈現(xiàn)與紅色箭頭呈現(xiàn)之間的時(shí)間間隔稱為停止信號(hào)延遲 （stop signal delay，SSD），SSD 的基線時(shí)間為200 ms， 若被試抑制成功，則SSD 減少50 ms；反之SSD 則增加50 ms（圖1）。

本研究包括兩輪實(shí)驗(yàn) （運(yùn)動(dòng)處理和休息處理），兩輪實(shí)驗(yàn)相隔10 天，每輪實(shí)驗(yàn)被試均需完成3 次信號(hào)停止任務(wù)，每次任務(wù)包括4 組（block），每組共130 個(gè)試次（trial）。被試僅在每輪的第1 次測(cè)試時(shí)任務(wù)不同，“運(yùn)動(dòng)處理”在完成中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完成信號(hào)停止任務(wù)，而“休息處理”除不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)外，其他程序與運(yùn)動(dòng)處理任務(wù)相同。

圖1 實(shí)驗(yàn)程序流程圖

1.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)采用組內(nèi)交叉設(shè)計(jì)，“運(yùn)動(dòng)處理”與“休息處理”處理順序在被試間進(jìn)行平衡，30 名被試隨機(jī)平均分成兩組，其中一組在首次測(cè)試中先完成運(yùn)動(dòng)處理，在10天之后的再測(cè)試中完成休息處理； 另一組被試的實(shí)驗(yàn)順序則相反（表1）。 每位被試兩輪實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間和場(chǎng)所保持相同。 此種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)用以消除測(cè)試的學(xué)習(xí)效應(yīng)和順序效應(yīng)。

表1 組內(nèi)交叉設(shè)計(jì)的被試間平衡

被試到達(dá)實(shí)驗(yàn)室后，先測(cè)量其身高和體重，隨后完成PAR-Q 問(wèn)卷和簡(jiǎn)易瑞文推理智力量表。經(jīng)過(guò)以上指標(biāo)的篩選，采用美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)會(huì)（ACSM）3 分鐘靜息狀態(tài)下的心率換算出每名被試在中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)的心率區(qū)間值，以便在運(yùn)動(dòng)中調(diào)節(jié)并監(jiān)控運(yùn)動(dòng)負(fù)荷[13]。 結(jié)合國(guó)內(nèi)以大學(xué)生為研究對(duì)象的相關(guān)研究[14]，將大學(xué)生中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)負(fù)荷設(shè)定為個(gè)體60%～69%的最大心率（heart rate max，HR max）， 其中最大心率由公 式HR max=220-年齡獲得。 隨后，被試通過(guò)練習(xí)，熟悉認(rèn)知任務(wù)操作，在完全熟悉任務(wù)后進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)階段。

正式實(shí)驗(yàn)階段運(yùn)動(dòng)處理組被試在功率自行車(chē)上先進(jìn)行約5 分鐘的熱身運(yùn)動(dòng)， 使運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到中等有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度后， 開(kāi)始通過(guò)固定在左右手把上的兩個(gè)反應(yīng)盒上的相應(yīng)按鈕，完成第1 次信號(hào)停止任務(wù)，此過(guò)程中運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度控制為中等強(qiáng)度（60%～69% HR max）。 在有氧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行30 分鐘后，被試即刻停止運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始完成第2 時(shí)段信號(hào)停止任務(wù)；隨后，在有氧運(yùn)動(dòng)結(jié)束30 分鐘后，進(jìn)行第3 時(shí)段信號(hào)停止任務(wù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。 每次信號(hào)停止任務(wù)共包括4 個(gè)組塊， 每個(gè)組塊時(shí)間約為5 分鐘。同時(shí)，休息處理組被試與運(yùn)動(dòng)處理組被試在相應(yīng)時(shí)段分別完成3 次信號(hào)停止任務(wù)， 但不進(jìn)行任何有氧運(yùn)動(dòng)（圖2）。 所有被試的所有認(rèn)知任務(wù)均在功率自行車(chē)上完成。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

圖2 實(shí)驗(yàn)流程示意圖

采用社會(huì)統(tǒng)計(jì)分析軟件包SPSS 17.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，驗(yàn)證組內(nèi)交叉設(shè)計(jì)的順序效應(yīng)成陰性后，進(jìn)一步對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。 處理因素和組塊因素為組內(nèi)變量， 采用多元重復(fù)測(cè)量方差分析法分析實(shí)驗(yàn)處理因素（運(yùn)動(dòng)和休息）、組塊因素（組塊1、組塊2、組塊3 和組塊4）、性別差異（男、女）及其交互作用對(duì)認(rèn)知控制（反應(yīng)執(zhí)行Go RT、抑制失敗率Error Rate、反應(yīng)停止時(shí)間SSRT） 的影響。 其中反應(yīng)停止時(shí)間 （stop signal reaction time，SSRT） 的計(jì)算根據(jù)賽馬模型 （horse-race model），由Go 刺激的平均反應(yīng)時(shí)減去抑制成功率接近50%時(shí)的SSD 確定。 整個(gè)分析過(guò)程中，對(duì)不滿足球形檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量采用Greenhouse Geisser 法矯正自由度和P值， 事后比較采用Bonferroni。 顯著性水平設(shè)定為P <0.05。

2 結(jié)果

2.1 序列效應(yīng)檢驗(yàn)

以反應(yīng)執(zhí)行反應(yīng)時(shí) （Go RT）、 反應(yīng)停止時(shí)間（SSRT）為因變量，分別對(duì)兩組被試在前后兩次測(cè)試中各組塊的成績(jī)（即運(yùn)動(dòng)A 組vs.運(yùn)動(dòng)B 組，休息A 組vs.休息B 組）進(jìn)行獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前后兩次成績(jī)均不存在顯著性差異（P > 0.05）。 由此認(rèn)為，本研究的交叉設(shè)計(jì)不存在順序效應(yīng)， 并對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，得到各時(shí)段的結(jié)果（表2）。

表2 不同時(shí)間因素與處理因素條件下的認(rèn)知控制成績(jī)

2.2 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生認(rèn)知控制能力的影響及性別差異

以被試反應(yīng)執(zhí)行能力（Go RT）為因變量，以處理因素（運(yùn)動(dòng)處理和休息處理）和組塊因素（組塊1、組塊2、組塊3、組塊4）為組內(nèi)變量，以性別（男、女）為組間變量，對(duì)第1 時(shí)段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，處理因素主效應(yīng)顯著[F(1，28) = 8.607，P = 0.007 < 0.01]，簡(jiǎn)單主效應(yīng)結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)處理的反應(yīng)時(shí)間（383.32 ±8.22 ms）顯著短于休息處理的反應(yīng)時(shí)間（420.72 ±13.34 ms）；組 塊 因 素[F(3，84) = 0.638，P = 0.515]及 性 別[F(1，28) = 0.385，P = 0.540]主效應(yīng)均不顯著。 處理因素與組塊因素存在顯著交互作用[F(3，84) = 26.574，P <0.001]。 事后比較結(jié)果表明，接受運(yùn)動(dòng)處理的被試在第2、3 及第4 個(gè)組塊上反應(yīng)執(zhí)行反應(yīng)時(shí)顯著小于休息處理 （MD運(yùn)動(dòng)2-休息2= -29.30，P < 0.05；MD運(yùn)動(dòng)3-休息3= -50.10，P < 0.001；MD運(yùn)動(dòng)4-休息4=-59.50，P < 0.001）。 同時(shí)， 第1 時(shí)段信號(hào)停止任務(wù)中運(yùn)動(dòng)處理和休息處理各個(gè)組塊上的反應(yīng)時(shí)發(fā)展趨勢(shì)存在差異性（圖3），變化趨勢(shì)表明休息期被試反應(yīng)執(zhí)行能力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)， 運(yùn)動(dòng)處理呈提高趨勢(shì)。

圖3 不同時(shí)段被試在各組塊上的運(yùn)動(dòng)處理和休息處理反應(yīng)執(zhí)行能力（Go RT）（單位：ms）

以被試反應(yīng)抑制能力（SSRT）為因變量，以處理因素（運(yùn)動(dòng)處理和休息處理）為組內(nèi)變量，以性別（男、女）為組間變量，對(duì)第1 時(shí)段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 處理因素主效應(yīng)顯著 [F (1，28 = 51.187，P <0.001]， 簡(jiǎn)單主效應(yīng)結(jié)果表明， 運(yùn)動(dòng)處理的反應(yīng)時(shí)間（184.20 ± 3.83 ms） 顯著短于休息處理的反應(yīng)時(shí)間（197.00 ± 5.61 ms）；性別主效應(yīng)[F(1，28) = 1.153，P =0.216]和交互作用均不顯著。

2.3 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生認(rèn)知控制能力的時(shí)程效益及性別差異

以被試反應(yīng)執(zhí)行能力（Go RT）為因變量，以處理因素（運(yùn)動(dòng)處理和休息處理）和組塊因素（組塊1、組塊2、組塊3、組塊4）為組內(nèi)變量，以性別（男、女）為組間變量， 分別對(duì)第2 時(shí)段和第3 時(shí)段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 在有氧運(yùn)動(dòng)停止即刻 （第2 階段）[F(1，28) =11.914，P < 0.01] 和有氧運(yùn)動(dòng)停止后30～50 分鐘（第3 階段）[F(1，29) = 20.974，P < 0.001]存在顯著的處理因素主效應(yīng)， 即在有氧運(yùn)動(dòng)結(jié)束后50 分鐘時(shí)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)處理的反應(yīng)執(zhí)行能力高于休息處理（MD運(yùn)動(dòng)時(shí)段2-休息時(shí)段 2= -22.30，P = 0.008；MD運(yùn)動(dòng)時(shí)段3-休息時(shí)段3= -25.73，P < 0.001）。 兩個(gè)階段的組塊處理與性別的主效應(yīng)均不顯著。 無(wú)顯著的交互作用存在。

以被試反應(yīng)抑制能力（SSRT）為因變量，以處理因素（運(yùn)動(dòng)處理和休息處理）和時(shí)段因素（第1 時(shí)段、第2時(shí)段和第3 時(shí)段）為組內(nèi)變量，以性別（男、女）為組間變量，進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，處理因素[F(1，28) = 1885.10，P < 0.001] 和時(shí)段因素[F (2，56) =27.43，P < 0.001]主效應(yīng)顯著，多重比較發(fā)現(xiàn)，被試運(yùn)動(dòng)處理的信號(hào)停止反應(yīng)時(shí)短于休息處理 （MD運(yùn)動(dòng)-休息= -11.20，P < 0.001）；在運(yùn)動(dòng)處理?xiàng)l件下，第1 時(shí)段信號(hào)停止反應(yīng)時(shí)短于第2、第3 時(shí)段（MD時(shí)段1-時(shí)段2= -8.2，P <0.001；MD時(shí)段1-時(shí)段3= -8.0，P < 0.01），第2 與第3 時(shí)段間不存在顯著性差異 （MD時(shí)段2-時(shí)段3= 0.2，P = 0.947）。處理因素和時(shí)段因素不存在顯著性交互作用， 性別主效應(yīng)亦不顯著。

以被試反應(yīng)抑制能力（SSRT）為因變量，以處理因素（運(yùn)動(dòng)處理和休息處理）為組內(nèi)變量，性別（男、女）為組間變量，分別對(duì)3 個(gè)時(shí)段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3 個(gè)時(shí)段均表現(xiàn)出明顯的處理因素主效應(yīng)（P <0.001）。 性別主效應(yīng)均不顯著，交互作用不顯著。

圖4 不同時(shí)段被試的運(yùn)動(dòng)處理和休息處理信號(hào)停止反應(yīng)時(shí)（SSRT）（單位：ms）

3 討論

本研究結(jié)果顯示， 大學(xué)生在進(jìn)行中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)（第1 時(shí)段），其反應(yīng)時(shí)間變短，反應(yīng)速度變快，反應(yīng)執(zhí)行能力提高；在執(zhí)行抑制任務(wù)時(shí)，運(yùn)動(dòng)處理時(shí)的停止信號(hào)反應(yīng)時(shí)（SSRT）較休息處理更短。 在運(yùn)動(dòng)停止即刻至運(yùn)動(dòng)停止后20 分鐘內(nèi)（第2 時(shí)段）進(jìn)行的信號(hào)停止任務(wù)中，與休息處理相比，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)處理的大學(xué)生表現(xiàn)出更短的反應(yīng)時(shí)間和更快的停止信號(hào)反應(yīng)；并且，這一認(rèn)知促進(jìn)效應(yīng)在運(yùn)動(dòng)停止后30 分鐘至50 分鐘時(shí)（第3 時(shí)段）進(jìn)行的信號(hào)停止任務(wù)中也得到體現(xiàn)，即反應(yīng)時(shí)間和停止信號(hào)反應(yīng)時(shí)在第2 和第3 時(shí)段依然主效應(yīng)顯著。

3.1 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生認(rèn)知控制能力的影響

3.1.1 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生反應(yīng)執(zhí)行能力的影響

本研究大學(xué)生在進(jìn)行中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)執(zhí)行任務(wù)的反應(yīng)結(jié)果與前人研究結(jié)果相一致。 Kashihara 等[15]發(fā)現(xiàn)， 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)有利于鍛煉者選擇反應(yīng)速度的提高；Tomporowski 等[16]要求鍛煉者完成中等強(qiáng)度20～60 分鐘的有氧運(yùn)動(dòng)， 并在鍛煉過(guò)程中完成一定的認(rèn)知任務(wù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鍛煉者在鍛煉期間完成認(rèn)知任務(wù)時(shí)，有更優(yōu)的績(jī)效表現(xiàn)。同時(shí)，這一結(jié)果也得到了喚醒水平假說(shuō)和腦源性營(yíng)養(yǎng)因子 （brain derived neurotrophic factor，BDNF）假說(shuō)的驗(yàn)證。 前者認(rèn)為，適時(shí)的有氧運(yùn)動(dòng)提高了個(gè)體的喚醒水平，使其新陳代謝水平增加、與執(zhí)行功能相關(guān)腦區(qū)血流水平增加， 進(jìn)而提高個(gè)體的認(rèn)知功能[17]；而后者則認(rèn)為，短時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)使腦神經(jīng)內(nèi)分泌水平增加，導(dǎo)致腦部神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子變化，改善個(gè)體的認(rèn)知功能[18]。

本研究結(jié)果同時(shí)表明， 與運(yùn)動(dòng)處理相對(duì)應(yīng)的休息處理在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中（第1 階段）完成認(rèn)知任務(wù)時(shí)，表現(xiàn)出與運(yùn)動(dòng)處理相反的趨勢(shì)，即反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，反應(yīng)速度下降。 出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是由于簡(jiǎn)單任務(wù)多次重復(fù)所帶來(lái)的疲勞效應(yīng)。而相較休息處理，在運(yùn)動(dòng)處理中，大學(xué)生不但沒(méi)有表現(xiàn)出疲勞效應(yīng)，其反應(yīng)速度反而更快， 提示中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)在某種程度上可以抵抗枯燥任務(wù)所導(dǎo)致的疲勞產(chǎn)生， 從而使大學(xué)生在認(rèn)知任務(wù)中維持較高的認(rèn)知水平。 而這一結(jié)果也得到了前人研究結(jié)果的支持。Davranche 等[19]跟蹤檢測(cè)了鍛煉者20分鐘中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)中的反應(yīng)速度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)末期，鍛煉者的反應(yīng)速度明顯快于運(yùn)動(dòng)初期。由此認(rèn)為， 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)能對(duì)大學(xué)生認(rèn)知控制能力中的反應(yīng)執(zhí)行能力起到促進(jìn)和減緩疲勞效應(yīng)的作用。

3.1.2 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生反應(yīng)抑制能力的影響

運(yùn)動(dòng)處理中的大學(xué)生在進(jìn)行中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，不僅反應(yīng)執(zhí)行能力得到提高，其抑制不必要反應(yīng)的能力也有了更優(yōu)的表現(xiàn)， 我們推測(cè)運(yùn)動(dòng)處理后執(zhí)行能力的提高并非“速度-準(zhǔn)確性”權(quán)衡的結(jié)果，表現(xiàn)在反應(yīng)速度提高的同時(shí)，正確率也未受到影響。 首先，從認(rèn)知心理學(xué)角度，根據(jù)Logan 和Cowan 提出的賽馬模型，反應(yīng)抑制是否成功取決于反應(yīng)和抑制何者先達(dá)到反應(yīng)閾限；而反應(yīng)或抑制加工兩者任一過(guò)程發(fā)生延遲，都會(huì)使另一方先達(dá)到閾限而支配行為， 抑制反應(yīng)發(fā)生的潛伏期是衡量抑制加工效率的依據(jù)[20]。 在信號(hào)停止任務(wù)中，停止信號(hào)反應(yīng)時(shí)（SSRT）反映了抑制反應(yīng)的效率，時(shí)間越短，效率越高。因此，在本研究中，運(yùn)動(dòng)處理時(shí)的大學(xué)生表現(xiàn)出更短的停止信號(hào)反應(yīng)時(shí)， 提示中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)提高了大學(xué)生的抑制能力。 其次，從生理學(xué)角度，多巴胺神經(jīng)調(diào)節(jié)理論認(rèn)為， 多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)反應(yīng)抑制的調(diào)節(jié)起到重要作用。臨床研究發(fā)現(xiàn)，在前額回路注射多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)后， 被試的反應(yīng)抑制能力增強(qiáng)[21]；Bilder 等[22]認(rèn)為，抑制成績(jī)的提高是由于多巴胺的濃度增強(qiáng)了被試在抑制控制任務(wù)中的警戒狀態(tài)。因此，在本研究中，大學(xué)生在進(jìn)行中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)誘發(fā)大腦分泌多巴胺， 進(jìn)而增強(qiáng)了被試在信號(hào)停止任務(wù)中對(duì)于可能出現(xiàn)的抑制任務(wù)的警戒狀態(tài)， 最終表現(xiàn)為在運(yùn)動(dòng)處理時(shí)更優(yōu)的抑制能力。最后，根據(jù)前人的研究認(rèn)為，有氧運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的認(rèn)知功能改善，主要來(lái)自于動(dòng)作加工過(guò)程的加快[23]。 本研究的結(jié)果提示，除了動(dòng)作加工進(jìn)程的縮短， 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)同樣也促進(jìn)了認(rèn)知控制這樣的高級(jí)認(rèn)知功能。因此，這對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)高級(jí)認(rèn)知功能的假說(shuō)提供了強(qiáng)有力的支持。

3.2 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生認(rèn)知控制能力影響的時(shí)程效益

除了在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中表現(xiàn)出反應(yīng)執(zhí)行和反應(yīng)抑制兩方面的認(rèn)知控制優(yōu)勢(shì)外， 從運(yùn)動(dòng)結(jié)束一直到運(yùn)動(dòng)中止后50 分鐘，進(jìn)行中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)的大學(xué)生在信號(hào)停止任務(wù)中依然表現(xiàn)出更短的反應(yīng)時(shí)間和更快的停止信號(hào)反應(yīng)。這一結(jié)果提示我們，大學(xué)生在有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉結(jié)束時(shí)，表現(xiàn)出了鍛煉的認(rèn)知促進(jìn)效益，同時(shí)這種效應(yīng)的體現(xiàn)維持到了運(yùn)動(dòng)停止后50 分鐘。

中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知控制能力帶來(lái)的促進(jìn)效益主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 首先是反應(yīng)執(zhí)行能力的保持[24]，大學(xué)生在進(jìn)行30 分鐘有氧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，其執(zhí)行能力不斷提高，反應(yīng)時(shí)間不斷縮小，并且直到運(yùn)動(dòng)結(jié)束后的50 分鐘內(nèi)，雖然其反應(yīng)時(shí)間較運(yùn)動(dòng)過(guò)程中變長(zhǎng)，但仍顯著快于同時(shí)段休息處理的反應(yīng)時(shí)間； 其次是抑制能力的提高，運(yùn)動(dòng)處理時(shí)，停止信號(hào)反應(yīng)時(shí)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，以及運(yùn)動(dòng)停止后50 分鐘內(nèi)都短于休息處理的大學(xué)生，并且隨著時(shí)間的推移，這一促進(jìn)效益有所減弱。 而鍛煉的促進(jìn)效益得到持續(xù)的原因， 可能與運(yùn)動(dòng)過(guò)程中分泌的多巴胺在運(yùn)動(dòng)停止后依然在神經(jīng)調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用有關(guān)[25]。

除此以外， 本研究并未發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知控制能力的性別效應(yīng)， 然而由于中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知控制的促進(jìn)程度和時(shí)程效益可能會(huì)受到諸如運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及被試的體適能等因素的影響[26]，因此， 未來(lái)的研究應(yīng)在確定運(yùn)動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知控制能力影響因素的基礎(chǔ)上， 采用不同的認(rèn)知任務(wù)范式， 從單因素、多因素以及交互作用方面，全面揭示運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知控制之間的關(guān)系。

4 總結(jié)

在雙任務(wù)環(huán)境下， 中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了大學(xué)生的認(rèn)知控制能力，包括反應(yīng)執(zhí)行和反應(yīng)抑制兩方面。且這一促進(jìn)效益不僅體現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中， 還保持到了運(yùn)動(dòng)結(jié)束后50 分鐘。 同時(shí)，促進(jìn)效益在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中表現(xiàn)最為明顯。

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