張展嘉 ，李天晴 ，張 冰

生命不息，運(yùn)動不止。生活中經(jīng)常運(yùn)動的群體往往表現(xiàn)出更佳的精神狀態(tài)，讓人感覺其神采奕奕、精力充沛。有氧運(yùn)動對體質(zhì)健康的促進(jìn)作用已經(jīng)眾所周知，隨著運(yùn)動科學(xué)的不斷發(fā)展，有氧運(yùn)動對記憶認(rèn)知方面的作用也越來越多地被學(xué)者所研究。記憶功能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的高級功能之一，在心理學(xué)范疇中，記憶指的是獲取外界信息后對信息進(jìn)行編碼、儲存以及再提取的過程[1]。一直以來，研究者從有氧運(yùn)動對記憶的影響這一角度出發(fā)，對該問題進(jìn)行了長期而廣泛的研究。現(xiàn)有的研究表明，具有長期運(yùn)動習(xí)慣的人群會比相同年齡段的人群具有更好的反應(yīng)速度、準(zhǔn)確率與記憶水平[2-4]。有氧健身水平更高的青少年會表現(xiàn)出更好的再認(rèn)記憶能力，研究者認(rèn)為，有氧健身給機(jī)體帶來的生理結(jié)構(gòu)變化對記憶編碼和記憶提取的過程產(chǎn)生了積極的影響[5]。

一項有氧運(yùn)動對記憶影響的薈萃分析表明，不僅是長期的有氧運(yùn)動，短時有氧運(yùn)動（10～60 min）對于記憶也有著顯著的促進(jìn)作用[6]。在進(jìn)行短時間的有氧運(yùn)動的1 h內(nèi)對受試者進(jìn)行不同的測試，發(fā)現(xiàn)受試者在記憶測試方面表現(xiàn)更好[7]。同時也有研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)記憶后進(jìn)行短時有氧運(yùn)動可以顯著改善老年人與輕度失憶癥患者的記憶，該項結(jié)果在一項動物實驗上也得到了驗證[8,9]。雖然學(xué)習(xí)后有氧運(yùn)動對于記憶固化的促進(jìn)作用已經(jīng)得到了大量的證明，但是記憶編碼后短時有氧運(yùn)動對于長時記憶的影響并未得到充分研究，并且運(yùn)動強(qiáng)度這一因素的影響在人體實驗中也未進(jìn)行深入探討，目前國內(nèi)90%以上關(guān)于運(yùn)動與記憶的研究都為動物實驗研究。本研究選取國內(nèi)某一流大學(xué)的在校生為研究對象，在前人研究的基礎(chǔ)上，探討記憶編碼后短時有氧運(yùn)動與長時記憶的關(guān)系，以及有氧運(yùn)動強(qiáng)度這一因素對記憶固化的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為國內(nèi)某一流大學(xué)在校生48名 （男24名，女24名），身體健康狀況良好，無運(yùn)動禁忌癥，（矯正）視力和色覺正常，分為控制組、低強(qiáng)度組和高強(qiáng)度組，每組16人。研究對象的年齡在18～24歲之間，平均年齡為21.8±1.8歲。實驗當(dāng)天身體狀態(tài)良好，實驗前沒有進(jìn)行較大強(qiáng)度的體育鍛煉。

1.2 有氧運(yùn)動方案

本研究在瑞典產(chǎn)MONARK839E功率自行車上實施有氧運(yùn)動，功率自行車的阻力根據(jù)受試者的身體素質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，蹬車頻率保持在50～60轉(zhuǎn)/分。本研究采用最大心率來評價運(yùn)動強(qiáng)度，參照美國運(yùn)動醫(yī)學(xué)學(xué)會對有氧運(yùn)動強(qiáng)度的分級標(biāo)準(zhǔn)[10]以及國內(nèi)一些學(xué)者的研究方案[11]，本研究低強(qiáng)度組有氧運(yùn)動負(fù)荷設(shè)定為個體的50%～59%最大心率，高強(qiáng)度組有氧運(yùn)動負(fù)荷率設(shè)定為個體的70%～79%最大心率。實驗中使用芬蘭產(chǎn)POLAR運(yùn)動心率表對受試者的心率進(jìn)行監(jiān)控，運(yùn)動至相應(yīng)強(qiáng)度對應(yīng)心率范圍內(nèi)開始計時，運(yùn)動時間均為30 min。此外，本研究也使用主觀疲勞感覺（RPE）對運(yùn)動強(qiáng)度實行監(jiān)控。

1.3 記憶材料

從 《現(xiàn)代漢語雙字感情信息評定表》[12]中共選取60個中性詞匯（愉悅度 5.09±0.31，9 點量表）[13]，其中隨機(jī)抽取30個作為受試者在學(xué)習(xí)階段的記憶詞匯，另30個中性詞匯將作為一周后詞匯再認(rèn)測試的干擾詞匯。考慮到受試者在再認(rèn)過程中會進(jìn)行猜測，再認(rèn)成績將通過下述方式得到校正：再認(rèn)率 =（1-虛報率）/擊中率×100%，其中虛報率=虛報詞匯數(shù)/30，即將干擾詞匯錯認(rèn)為記憶詞匯；擊中率=擊中詞匯數(shù)/30，即再認(rèn)正確的記憶詞匯[14]。

1.4 實驗過程

本實驗共有3種實驗條件，分別是記憶編碼后進(jìn)行30 min高強(qiáng)度有氧運(yùn)動 （高強(qiáng)度組）、記憶編碼后進(jìn)行30 min低強(qiáng)度有氧運(yùn)動 （低強(qiáng)度組）或記憶編碼后休息（控制組）。

實驗過程主要分為4個階段。在第一個階段中，每位受試者在主試的引導(dǎo)下進(jìn)入實驗室，隨機(jī)分配到高強(qiáng)度組、低強(qiáng)度組或控制組，保證每組的受試者性別男女比例為1:1。之后，受試者將會在研究者的引導(dǎo)下了解實驗流程與儀器。待受試者身體狀態(tài)與情緒都處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)時，記錄受試者安靜狀態(tài)下的心率值，之后便可開始正式實驗。

實驗過程的第二個階段是詞匯學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。每名受試者坐在計算機(jī)前并調(diào)整至舒服的距離進(jìn)行詞匯學(xué)習(xí)。所有詞匯均為黑色125點大小，呈現(xiàn)于白色背景上。每個單詞將呈現(xiàn)2 s，隨后屏幕上相繼呈現(xiàn)500 ms的空屏與500 ms詞匯間會有500 ms的注視點，接著呈現(xiàn)下一個詞匯。30個學(xué)習(xí)詞匯為隨機(jī)無重復(fù)呈現(xiàn)。全部學(xué)習(xí)詞匯呈現(xiàn)結(jié)束后，對受試者進(jìn)行詞匯的自由回憶。要求受試者寫出盡可能多的學(xué)習(xí)詞匯，作為他們的短時記憶與記憶水平基線?；貞浾_一個詞匯記1分，回憶錯誤或是沒有回憶出不扣分。自由回憶測試滿分為30分。在自由回憶測試結(jié)束后，計算機(jī)屏幕呈現(xiàn)的指導(dǎo)語會告知被試不得對呈現(xiàn)過的詞語進(jìn)行回憶，實驗者也會對此進(jìn)行口頭提醒。

在實驗的第三個階段，控制組的受試者將會被安排在房間內(nèi)休息，高強(qiáng)度組與低強(qiáng)度組受試者將在功率自行車上進(jìn)行30 min的有氧運(yùn)動，低強(qiáng)度組受試者需保持50%～59%的最大心率；高強(qiáng)度組受試者需保持70%～79%的最大心率。從有氧運(yùn)動開始到結(jié)束，每隔5 min記錄一次受試者的主觀體力感覺與心率，30 min共記錄7次。

實驗中的最后一個階段是在一周后受試者對所學(xué)詞匯進(jìn)行再認(rèn)測試。再認(rèn)測試中所用的詞匯，除去30個記憶詞匯，還有30個干擾詞匯。記憶詞匯與干擾詞匯將被混合在一起，隨機(jī)無重復(fù)呈現(xiàn)給受試者。受試者通過按鍵反應(yīng)判斷之前的學(xué)習(xí)中是否記憶過該單詞，其中每組有一半受試者，記過按“F”鍵，沒有記過按“J”鍵；另一半受試者記過按“J”鍵，沒有記過按“F”鍵。受試者的判斷將通過計算機(jī)記錄，最終再認(rèn)成績根據(jù)校正公式得出。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

研究利用SPSS20.0、EXCEL2013等軟件對實驗測試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理分析，計量數(shù)據(jù)均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(M±SD)”表示，統(tǒng)計方法采用單因素方差分析模型（ANOVA）、獨立樣本T檢驗，顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 受試者組間同質(zhì)性檢驗

本實驗對于不同組別的性別進(jìn)行了很好的平衡。經(jīng)單因素方差分析，不同組受試者在年齡、身高、體重、最大心率、情緒狀態(tài)、安靜時的心率等方面都不存在顯著差異（P＞0.05）。在自由回憶分?jǐn)?shù)方面，控制組、低強(qiáng)度組和高強(qiáng) 度 組 的 自 由 回 憶 分 數(shù) 分 別 為 （8.9±4.1）、 （8.5±2.8）、（10.4±4.3）分，組間無顯著性差異（F=0.771，P＞0.05），表明不同組的受試者短時記憶能力沒有差別。綜上所述，不同組的受試者基本同質(zhì)。

2.2 不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動對長時記憶的影響以及性別差異

圖1表明了高強(qiáng)度組、低強(qiáng)度組、控制組的心率值在學(xué)習(xí)后30 min內(nèi)的變化情況。其中高強(qiáng)度組最高為（143.6±2.0） 次 /分，其次為低強(qiáng)度組為（105.3±3.6） 次 /分，控制組最低為（72.0±9.2）次/分。組間心率均值存在顯著差異（F=434.7,P＜0.01），高強(qiáng)度組顯著大于低強(qiáng)度組與控制組（P＜0.01），低強(qiáng)度組顯著大于控制組（P＜0.01），表明本實驗對運(yùn)動強(qiáng)度這一自因素進(jìn)行了有效的操控。

圖1 不同組學(xué)習(xí)后30 min內(nèi)心率均值的變化情況Figure 1 Changes of the Heart Rate Average Value within 30min of Learning of the Different Groups

在1周后的再認(rèn)成績中，高強(qiáng)度組的平均再認(rèn)率最高為 0.53±0.12，控制組次之為 0.43±0.08，低強(qiáng)度組最低為0.41±0.10（見圖2）。對不同組的再認(rèn)成績進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明運(yùn)動強(qiáng)度因素效應(yīng)顯著（F=4.45,P＜0.05）。進(jìn)一步的LSD多重比較結(jié)果表明，與控制組相比，低強(qiáng)度有氧運(yùn)動組的再認(rèn)成績無顯著差異（P＞0.05），而高強(qiáng)度有氧運(yùn)動組的再認(rèn)成績顯著高于控制組（P＜0.05）和低強(qiáng)度有氧運(yùn)動組（P＜0.01）。上述結(jié)果說明，高強(qiáng)度有氧運(yùn)動組的長時記憶固化情況優(yōu)于低強(qiáng)度有氧運(yùn)動組和控制組，而控制組的長時記憶固化情況與低強(qiáng)度有氧運(yùn)動組沒有差別。在性別差異方面，方差分析結(jié)果顯示性別因素效應(yīng)不顯著（F=1.54，P＞0.05），說明男、女性別之間的再認(rèn)成績沒有差異，即性別不對長時記憶固化情況產(chǎn)生影響。此外，多元方差分析結(jié)果顯示，強(qiáng)度×性別的交互作用不顯著（F=0.10，P＞0.05），說明學(xué)習(xí)記憶后不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動對長時記憶的影響不隨性別變化而改變。

圖2 各強(qiáng)度組間再認(rèn)成績比較Figure 2 Comparison between the Recognition Results of the Different Intensity Groups

本研究以普通在校大學(xué)生為研究對象，揭示了學(xué)習(xí)記憶后短時有氧運(yùn)動對長時記憶固化的影響。研究結(jié)果表明，不同強(qiáng)度短時有氧運(yùn)動對長時記憶固化的影響存在差異，具體表現(xiàn)為高強(qiáng)度短時有氧運(yùn)動能夠顯著提升長時記憶固化水平，而低強(qiáng)度短時有氧運(yùn)動對長時記憶固化水平則不產(chǎn)生明顯影響。對于高強(qiáng)度短時有氧運(yùn)動引起的長時記憶效果固化的促進(jìn)作用，可以根據(jù)有氧運(yùn)動給人體帶來的生理喚起進(jìn)行解釋。記憶的形成有賴于突觸間的長時程增強(qiáng)效應(yīng)，其固化過程發(fā)生在突觸間的分子與細(xì)胞層面。短時有氧運(yùn)動的過程中，腎上腺素、皮質(zhì)醇、突觸素等神經(jīng)遞質(zhì)的發(fā)放得到了促進(jìn)，這些都有助于加強(qiáng)突觸的可塑性，加速記憶固化的過程[9,15-17]。即，記憶編碼后，短時有氧運(yùn)動所引發(fā)的生理喚起促進(jìn)了記憶固化的過程。這一點在許多應(yīng)用相同范式的研究中都得到了證明：研究發(fā)現(xiàn)在被試進(jìn)行學(xué)習(xí)后，若進(jìn)行壓力作業(yè)、吸煙（尼古丁攝入）、收聽或收看帶有感情色彩的音樂與視頻，其對學(xué)習(xí)材料的記憶水平都顯著高于控制組[14,18-23]。這同樣是因為上述的方式都可以造成個體生理的喚起，促進(jìn)各類神經(jīng)遞質(zhì)的發(fā)放。因此，在本研究中我們可以認(rèn)為，高強(qiáng)度短時有氧運(yùn)動引起的各項生理變化促進(jìn)了神經(jīng)元間長時程增強(qiáng)效應(yīng)，加強(qiáng)了突觸間的聯(lián)系，提高了長時記憶固化水平，而低強(qiáng)度短時有氧運(yùn)動引起的生理喚起作用不足以對長時記憶固化水平產(chǎn)生顯著提升。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

記憶編碼后短時有氧運(yùn)動能夠?qū)﹂L時記憶固化水平產(chǎn)生積極影響，其中不同運(yùn)動強(qiáng)度對長時記憶固化的影響存在差異，高強(qiáng)度短時有氧運(yùn)動能夠顯著提升長時記憶固化水平，而低強(qiáng)度短時有氧運(yùn)動對長時記憶固化水平則不產(chǎn)生顯著影響。同時，不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動對長時記憶的影響不隨性別變化而改變。

3.2 不足與建議

本研究探討了記憶編碼后短時有氧運(yùn)動與長時記憶的關(guān)系，以及運(yùn)動強(qiáng)度這一因素對長時記憶固化的影響，由于受試者均為在校大學(xué)生，因此不同年齡段人群是否與本研究的結(jié)果存在差異未能得到證實。此外，運(yùn)動強(qiáng)度只是構(gòu)成有氧運(yùn)動的其中一個要素，有氧運(yùn)動的其他構(gòu)成要素（如運(yùn)動類型、運(yùn)動時間等）對長時記憶固化的影響未能得到揭示。后續(xù)的研究應(yīng)著力彌補(bǔ)這些不足，關(guān)注有氧運(yùn)動其他構(gòu)成要素單獨及其交互作用對長時記憶固化的影響，全面揭示短時有氧運(yùn)動對長時記憶影響的“劑量—效應(yīng)”關(guān)系。

[1] Milner B,Squire L R,Kandel E R.(1998).Cognitive neuroscience and the study of memory[J].Neuron,20(3):445-468.

[2] Churchill J D,Galvez R,Colcombe S,et al.(2002).Exercise,experience and the aging brain[J].Neurobiology of aging,23(5):941-955.

[3] Colcombe S J,Erickson K I,Scalf P E,et al.(2006).Aerobic exercise training increases brain volume in aging humans[J].The Journals of Gerontology Series A:Biological Sciences and Medical Sciences,61(11):1166-1170.

[4] Harada T,Okagawa S,Kubota K.(2004).Jogging improved performance of a behavioral branching task:implications for prefrontal activation[J].Neuroscience research,49(3):325-337.

[5] Chaddock L,Hillman C H,Buck S M,et al.(2011).Aerobic fitness and executive control of relational memory in preadolescent children[J].Med Sci Sports Exerc,43(2):344-349.

[6] Roig M,Nordbrandt S,Geertsen S S,et al.(2013).The effects of cardiovascular exercise on human memory:a review with meta-analysis[J].Neuroscience&Biobehavioral Reviews,37(8):1645-1666.

[7] Pontifex M,Hillman C,Fernhall B,et al.(2009).The effect of acute aerobic and resistance exercise on working memory[J].Medicine+Science in Sports+Exercise,41(4):927.

[8] Segal S K,Cotman C W,Cahill L F.(2012).Exercise-induced noradrenergic activation enhances memory consolidation in both normal aging and patients with amnestic mild cognitive impairment[J].Journal of Alzheimer's Disease,32(4):1011-1018.

[9] Snigdha S,De Rivera C,Milgram N W,et al.(2014).Exercise enhances memory consolidation in the aging brain[J].Frontiers in aging neuroscience,6

[10] Medicine A C O S.(2013).ACSM's guidelines for exercise testing and prescription[M].Lippincott Williams&Wilkins.

[11] 陳愛國,殷恒嬋,顏軍,等.不同強(qiáng)度短時有氧運(yùn)動對執(zhí)行功能的影響[J].心理學(xué)報,2011,43(9):1055-1062.

[12] 王一牛,周立明,羅躍嘉.漢語情感詞系統(tǒng)的初步編制及評定[J].中國心理衛(wèi)生雜志,2008,22(8):608-612.

[13] 喬艷陽,張慶林.記憶編碼之后的情緒對中性詞語記憶鞏固現(xiàn)象的影響[J].心理學(xué)探新,2011,31(2):133-137.

[14] Nielson K A,Powless M.(2007).Positive and negative sources of emotional arousal enhance long-term word-list retention when induced as long as 30min after learning[J].Neurobiology of learning and memory,88(1):40-47.

[15] Dao A T,Zagaar M A,Levine A T,et al.(2013).Treadmill exercisepreventslearningandmemoryimpairmentinAlzheimer’s disease-like pathology[J].Current Alzheimer Research,10(5):507.

[16] Liu H-L,Zhao G,Cai K,et al.(2011).Treadmill exercise prevents decline in spatial learning and memory in APP/PS1 transgenic mice through improvement of hippocampal long-term potentiation[J].Behavioural brain research,218(2):308-314.

[17] 孫國欣,田振軍.突觸素與運(yùn)動,學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)生物學(xué)研究進(jìn)展[J].西安體育學(xué)院學(xué)報,2006,23(3):81-83.

[18] Judde S,Rickard N.(2010).The effect of post-learning presentation of music on long-term word-list retention[J].Neurobiology of learning and memory,94(1):13-20.

[19] Liu D L J,Graham S,Zorawski M.(2008).Enhanced selective memory consolidation following post-learning pleasant and aversive arousal[J].Neurobiology of learning and memory,89(1):36-46.

[20] Nielson K A,Lorber W.(2009).Enhanced post-learning memory consolidation is influenced by arousal predisposition and emotion regulation but not by stimulus valence or arousal[J].Neurobiology of learning and memory,92(1):70-79.

[21] Nielson K A,Yee D,Erickson K I.(2005).Memory enhancement by a semantically unrelated emotional arousal source induced after learning[J].Neurobiology of learning and memory,84(1):49-56.

[22] Tollenaar M S,Elzinga B M,Spinhoven P,et al.(2008).The effects of cortisol increase on long-term memory retrieval during and after acute psychosocial stress[J].Acta Psychologica,127(3):542-552.

[23] Warburton D M,Rusted J,Fowler J.(1992).A comparison of the attentional and consolidation hypotheses for the facilitation of memory by nicotine[J].Psychopharmacology,108(4):443-447.