邢淑芬，王瑞萌，王曉云，楊玉冰

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運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能影響的研究述評(píng)

邢淑芬1，王瑞萌1，王曉云2，楊玉冰2

執(zhí)行功能是指?jìng)€(gè)體完成復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)時(shí)，對(duì)各種基本認(rèn)知過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制的高級(jí)認(rèn)知過(guò)程，它使個(gè)體表現(xiàn)出適應(yīng)性的目標(biāo)導(dǎo)向行為。個(gè)體的執(zhí)行功能可以通過(guò)訓(xùn)練得到提高，如何采取有效的干預(yù)措施提高兒童的執(zhí)行功能，成為近年來(lái)該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)被看作是提升兒童執(zhí)行功能的有效途徑之一，運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷會(huì)給嬰兒或兒童時(shí)期的執(zhí)行功能的發(fā)展帶來(lái)益處。運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以根據(jù)時(shí)長(zhǎng)、認(rèn)知參與度進(jìn)行分類，不同的運(yùn)動(dòng)干預(yù)方式對(duì)兒童執(zhí)行功能的提升作用不同，通過(guò)對(duì)比分析，可以了解不同類型的運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能產(chǎn)生影響的潛在機(jī)制，最后提出該領(lǐng)域未來(lái)研究方向的建議：1) 加強(qiáng)對(duì)特殊兒童群體的運(yùn)動(dòng)干預(yù)研究；2)從發(fā)展的角度考察運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷對(duì)兒童執(zhí)行功能發(fā)展的影響；3)考察兒童的年齡與不同的運(yùn)動(dòng)方式對(duì)兒童執(zhí)行功能的共同作用；4)探討運(yùn)動(dòng)方式對(duì)不同易感性兒童的心理社會(huì)功能的差異性影響。

運(yùn)動(dòng)；執(zhí)行功能；兒童；認(rèn)知過(guò)程

在過(guò)去20多年里，大量的研究發(fā)現(xiàn)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)不僅能夠?qū)€(gè)體的一般認(rèn)知能力產(chǎn)生較大的影響，還可以對(duì)個(gè)體的高級(jí)認(rèn)知過(guò)程——執(zhí)行功能產(chǎn)生積極的作用[1]。近些年，運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注，運(yùn)動(dòng)不僅能促進(jìn)兒童的身體健康，還與兒童的大腦發(fā)育和認(rèn)知能力存在著密切的關(guān)系[2]；因此，通過(guò)運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以提高兒童早期的執(zhí)行功能水平，其所要求兒童具備的思考能力、注意力及對(duì)未知情況的快速反應(yīng)能力，都對(duì)提高他們的執(zhí)行功能水平有著重要意義[3]。但是，在我國(guó)，以往的學(xué)校教育和家庭教育存在著不同程度的“重智輕體”的現(xiàn)象，也有“四肢發(fā)達(dá)、頭腦簡(jiǎn)單”等一些錯(cuò)誤觀念，運(yùn)動(dòng)作為一種提高兒童執(zhí)行功能的有效手段，亟待普及。國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，不同的運(yùn)動(dòng)方式對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響效應(yīng)是不同的。本文系統(tǒng)地梳理了多種不同方式的運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的促進(jìn)作用和潛在機(jī)制，并對(duì)我國(guó)該領(lǐng)域未來(lái)的研究方向進(jìn)行了總結(jié)，為科學(xué)地設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案以改善兒童執(zhí)行功能提供參考。

1 執(zhí)行功能的構(gòu)成及發(fā)展

執(zhí)行功能是指負(fù)責(zé)組織和控制目標(biāo)導(dǎo)向性行為的高級(jí)認(rèn)知加工過(guò)程，能夠讓個(gè)體克服自動(dòng)化的或者已建立的想法和反應(yīng)[4]。執(zhí)行功能的綜合模型認(rèn)為，基本的執(zhí)行功能成分包括抑制控制、工作記憶和認(rèn)知靈活性3個(gè)基本要素[5]。抑制控制主要是指通過(guò)克制習(xí)慣性反應(yīng)、控制注意力和情緒等來(lái)克服個(gè)體內(nèi)在沖動(dòng)和外部吸引，使個(gè)體適應(yīng)沖突性環(huán)境，是執(zhí)行功能的主要領(lǐng)域[6]。抑制控制對(duì)人類的行為非常重要，例如，一項(xiàng)縱向研究跟蹤了1 000名同年同地區(qū)出生的孩子長(zhǎng)達(dá)32年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在控制了兒童時(shí)期的智商、性別、父母的社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位和家庭環(huán)境等影響因素之后，3～11歲時(shí)抑制控制能力表現(xiàn)較差的孩子，他們?cè)?0年后會(huì)出現(xiàn)身體更差，賺錢更少，更不快樂，犯罪行為更多等情況，早期階段的抑制控制能力對(duì)兒童未來(lái)發(fā)展的影響是線性的、漸變的[7]。工作記憶是指?jìng)€(gè)體保持信息并對(duì)其進(jìn)行加工的能力，有助于個(gè)體理解言語(yǔ)信息和事情的因果聯(lián)系。個(gè)體理解隨著時(shí)間推移而發(fā)生的事情是很關(guān)鍵的，這要求大腦必須能夠記住之前發(fā)生的事情，并把他們跟當(dāng)下的情形聯(lián)系起來(lái)；因此，工作記憶對(duì)讀到的還是聽到的言語(yǔ)信息的理解是很重要的，它也會(huì)在重新排序(例如重新建立一個(gè)日程表)、理解因果、從零散的信息中推斷出一般性結(jié)論或從舊觀點(diǎn)中得出新的聯(lián)系等精神活動(dòng)中起到作用[8]。認(rèn)知靈活性主要指?jìng)€(gè)體轉(zhuǎn)換視角、多角度思考問題及進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整的能力，是執(zhí)行功能最復(fù)雜的成分，建立在反應(yīng)抑制和工作記憶這2個(gè)成分的基礎(chǔ)上[9]。認(rèn)知靈活性對(duì)個(gè)體發(fā)展和環(huán)境適應(yīng)起著重要作用，比如靈活地應(yīng)對(duì)生活中的突發(fā)狀況、適應(yīng)新情境，在學(xué)習(xí)中能夠舉一反三等。

執(zhí)行功能的3個(gè)成分，即工作記憶、抑制控制和認(rèn)知靈活性發(fā)展軌跡是不同的，其中最先快速發(fā)展的是行為和動(dòng)作的抑制控制能力，之后是認(rèn)知靈活性和工作記憶[9-10]。關(guān)于抑制控制發(fā)展的研究表明，抑制控制在兒童的學(xué)齡前階段發(fā)展快速，尤其是5～8歲期間兒童的動(dòng)作及認(rèn)知抑制任務(wù)分?jǐn)?shù)明顯提升[11]，8歲以后兒童基本抑制能力的提升空間已經(jīng)非常小，但抑制能力測(cè)試的速度和準(zhǔn)確性可以繼續(xù)得到改善[12]。關(guān)于工作記憶發(fā)展的研究表明，學(xué)齡前兒童就已經(jīng)擁有在頭腦中短暫保持信息的能力，發(fā)展水平與年齡相關(guān)[13]。由于兒童時(shí)期大腦相關(guān)腦區(qū)的體積在持續(xù)增長(zhǎng)，這使得兒童在簡(jiǎn)單工作記憶任務(wù)上的表現(xiàn)得到大幅度提升[14]，兒童復(fù)雜工作記憶任務(wù)的表現(xiàn)從9歲左右開始穩(wěn)步提高，持續(xù)發(fā)展至青春期[15]。關(guān)于認(rèn)知靈活性發(fā)展的研究表明：2歲以前的幼兒已經(jīng)具有初步的認(rèn)知靈活性，但該能力從3～4歲才開始正式發(fā)展，此時(shí)兒童可以較好地完成規(guī)則簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換任務(wù)；6歲左右進(jìn)入快速發(fā)展的關(guān)鍵階段，復(fù)雜的任務(wù)轉(zhuǎn)換能力進(jìn)一步發(fā)展[16]，并隨著年齡增長(zhǎng)而得到提高，于青春期階段發(fā)育成熟[17]。總的來(lái)說(shuō)，人類執(zhí)行功能的發(fā)展需要一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間表，一般在青少年時(shí)期或成年早期的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)發(fā)展成熟，尤其是兒童的5～12歲這一年齡階段，執(zhí)行功能的發(fā)展軌跡是不容被忽略的[14]。個(gè)體在兒童早期階段的執(zhí)行功能能力低下，往往預(yù)示著長(zhǎng)大后的執(zhí)行功能問題；然而讓我們倍受鼓舞的是，兒童早期的執(zhí)行功能是可以通過(guò)訓(xùn)練或干預(yù)(例如有氧運(yùn)動(dòng)、瑜伽等)得到提高的，因此，如何采取有效的干預(yù)措施提高兒童的執(zhí)行功能，成為近年來(lái)該研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)問題。

2 運(yùn)動(dòng)與兒童的執(zhí)行功能發(fā)展

2.1 長(zhǎng)期/短期運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行功能

運(yùn)動(dòng)作為一種提高兒童執(zhí)行功能的干預(yù)手段，受到越來(lái)越多的兒童發(fā)展心理學(xué)家和運(yùn)動(dòng)心理學(xué)家的關(guān)注，可以依據(jù)運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案實(shí)施周期的長(zhǎng)短分為2大類：一是長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通常將被試隨機(jī)分配到持續(xù)幾周或更長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)干預(yù)組或?qū)φ战M，考察較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)兒童的執(zhí)行功能的影響；二是短時(shí)運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通常研究者將兒童隨機(jī)分配到一次持續(xù)10～60 min的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)組或?qū)φ战M，考察短時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的即時(shí)效應(yīng)[18]。因此，首先回顧了長(zhǎng)期和短期運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的促進(jìn)作用。

早期研究者并沒有直接考察執(zhí)行功能這一結(jié)果變量，有研究者考察了長(zhǎng)時(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童創(chuàng)造力的影響，研究以4～6年級(jí)154名兒童為被試，將他們隨機(jī)分配到為期12周、每周完成3個(gè)跑步訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)組和只參加學(xué)校常規(guī)體育課程的控制組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)跑步訓(xùn)練提高了兒童的創(chuàng)造力[19]。創(chuàng)造力可以反映兒童思維的靈活性和流暢性，繼而能反映他們的執(zhí)行功能水平[20]。Davis等[21]選取94名7～11歲的肥胖兒童為被試，進(jìn)行10～15周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)，隨機(jī)將兒童分配到3組，即控制組(無(wú)運(yùn)動(dòng))，運(yùn)動(dòng)組1(運(yùn)動(dòng)20 min)，運(yùn)動(dòng)組2(運(yùn)動(dòng)40 min)，采用認(rèn)知評(píng)估系統(tǒng)(CAS)評(píng)估兒童的認(rèn)知能力，包括計(jì)劃、注意、同時(shí)性加工和繼時(shí)性加工4個(gè)維度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有接受大劑量的運(yùn)動(dòng)干預(yù)組的兒童，其計(jì)劃維度的得分顯著高于控制組，執(zhí)行功能的定義中涵蓋了計(jì)劃這一成分。同時(shí)，該研究在被試完成執(zhí)行功能任務(wù)時(shí)采用功能性磁共振成像技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)接受大劑量運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的兒童，他們的前額葉活性也提高，證明運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能夠影響兒童的執(zhí)行功能和潛在的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。江大雷等[22]研究了長(zhǎng)期足球游戲?qū)W(xué)齡前兒童執(zhí)行功能的影響，將61名5～6歲兒童隨機(jī)分至對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，進(jìn)行8周中等強(qiáng)度的足球游戲，實(shí)驗(yàn)前后測(cè)查兒童抑制控制(熊貓-獅子任務(wù)和雪地-綠草任務(wù))、工作記憶(科斯積木和反科斯積木任務(wù))和認(rèn)知靈活性(項(xiàng)目靈活選擇任務(wù))，結(jié)果發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了兒童執(zhí)行功能，提高其抑制控制能力。

上述幾項(xiàng)研究證明：長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)可以提高兒童的執(zhí)行功能，還有研究者采用短時(shí)運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考察了二者之間的關(guān)聯(lián)。陳愛國(guó)等[23]研究了短時(shí)中等強(qiáng)度的籃球運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響，以130名4年級(jí)兒童為被試，干預(yù)時(shí)間分為8 min、15 min和30 min，分別采用Flanker任務(wù)、1-Back任務(wù)和More-odd shifting任務(wù)來(lái)評(píng)價(jià)兒童執(zhí)行功能的抑制、刷新和轉(zhuǎn)換3個(gè)子功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度的籃球運(yùn)動(dòng)能夠提高兒童的執(zhí)行功能，但提高的程度與運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間有關(guān)，30 min的籃球運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能改善效果最好。Gabbard等[24]最早考察了短時(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童的執(zhí)行功能的影響，該研究以106名6年級(jí)兒童為被試，隨機(jī)讓兒童參與時(shí)長(zhǎng)為20 min、30 min和50 min的劇烈運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)前后分別測(cè)試兒童的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力。研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行50 min運(yùn)動(dòng)之后，兒童的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力得到顯著提高，而數(shù)學(xué)運(yùn)算能力與執(zhí)行功能中的抑制、工作記憶緊密相關(guān)[25]。Hillman等[26]采用反應(yīng)時(shí)和腦電圖(EEG)等指標(biāo)比較了不同身體健康程度(依據(jù)運(yùn)動(dòng)中測(cè)量的最大耗氧量、換氣比值等指標(biāo)來(lái)區(qū)分)的兒童的執(zhí)行功能水平，該研究招募20名平均年齡9.6歲的兒童為被試，讓兒童分別進(jìn)行20 min中等強(qiáng)度的步行和20 min不進(jìn)行任何活動(dòng)的休息，之后采用Flanker任務(wù)測(cè)試兒童的抑制控制能力，采用WRAT-3測(cè)試他們的學(xué)業(yè)成績(jī)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兒童的抑制控制得到提高。通過(guò)EEG數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)之后在前額區(qū)、腦中心區(qū)域和頂葉區(qū)域的P3波幅都有所增大，這說(shuō)明被試的注意分配能力得到提高。通過(guò)被試完成視覺辨別任務(wù)時(shí)大腦活動(dòng)的神經(jīng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)心肺健康程度較差的兒童，心肺健康程度較高的兒童反應(yīng)時(shí)更短，而且P3波幅更大，潛伏期更明顯，這表明其認(rèn)知加工過(guò)程速度更快。

2.2 認(rèn)知參與度不同的運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行功能

長(zhǎng)期或短期運(yùn)動(dòng)確實(shí)能夠?qū)和膱?zhí)行功能帶來(lái)積極影響，那么不同類型的運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的提高程度是否相同？近些年，研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)類型調(diào)節(jié)著運(yùn)動(dòng)與兒童認(rèn)知的關(guān)系[27]，認(rèn)知參與度高的運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響更大[28]。例如，Budde等[29]研究了不同認(rèn)知要求的短時(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童注意力的影響，隨機(jī)將115名13～16歲的健康兒童分配到實(shí)驗(yàn)組和控制組，運(yùn)動(dòng)干預(yù)任務(wù)包括10 min的雙手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，包括一些從足球等運(yùn)動(dòng)里選取的協(xié)調(diào)性技能，例如平衡能力、對(duì)情境變化的反應(yīng)和調(diào)整能力等，控制組兒童進(jìn)行常規(guī)體育課程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與控制組兒童相比，實(shí)驗(yàn)組兒童的注意力分?jǐn)?shù)得到顯著提升，選擇性注意任務(wù)的準(zhǔn)確性更高，反應(yīng)時(shí)更短。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究者使用心率監(jiān)測(cè)儀使2組兒童的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度都在中等水平，但2組兒童的運(yùn)動(dòng)任務(wù)的認(rèn)知參與程度是不同的，控制組兒童參與的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)只包括了重復(fù)性的動(dòng)作，實(shí)驗(yàn)組兒童的雙手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)更具技巧性，對(duì)兒童具有更大的挑戰(zhàn)性，需要依賴于大腦額葉的認(rèn)知控制和抑制自動(dòng)化行為的參與；因此，僅10 min運(yùn)動(dòng)也提高了兒童前額葉的神經(jīng)功能，使大腦為接下來(lái)的認(rèn)知任務(wù)做好準(zhǔn)備。陳愛國(guó)等[30]研究了不同形式的短時(shí)中等強(qiáng)度跳繩對(duì)兒童執(zhí)行功能的促進(jìn)作用，將116名小學(xué)生分配至個(gè)人跳繩組、合作跳繩組及對(duì)照組，運(yùn)動(dòng)組進(jìn)行30 min的跳繩運(yùn)動(dòng)，采用Flanker任務(wù)、1-back任務(wù)、More-odd shifting任務(wù)評(píng)價(jià)兒童抑制、刷新和轉(zhuǎn)換3個(gè)功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2個(gè)運(yùn)動(dòng)組兒童執(zhí)行功能都得到提升，但合作跳繩組效果好于個(gè)人跳繩組。這是因?yàn)楹献魈K需要與同伴的互相配合、控制甩繩和跳繩節(jié)奏相互協(xié)調(diào)，包括了更多協(xié)調(diào)性動(dòng)作。

此外，運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)的背景環(huán)境也是運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童認(rèn)知功能產(chǎn)生影響的重要調(diào)節(jié)變量。有些團(tuán)體運(yùn)動(dòng)(例如籃球或足球)本身就包含了復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程和社會(huì)互動(dòng)，與孤立的個(gè)人運(yùn)動(dòng)相比能夠帶給兒童更高的適應(yīng)性[31]；但是，目前鮮有研究根據(jù)認(rèn)知和社會(huì)因素的相互作用將運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類，考察它們對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[32]，豐富且具有挑戰(zhàn)性的運(yùn)動(dòng)背景環(huán)境，對(duì)動(dòng)物的神經(jīng)發(fā)育和認(rèn)知功能有更為積極的影響?？傊\(yùn)動(dòng)對(duì)兒童大腦和執(zhí)行功能的影響依賴于具體運(yùn)動(dòng)的類型和相應(yīng)的背景環(huán)境[32]。運(yùn)動(dòng)的技能和背景環(huán)境的復(fù)雜性反映了兒童在運(yùn)動(dòng)時(shí)認(rèn)知參與的程度，認(rèn)知參與度越高，對(duì)執(zhí)行功能的影響越大[33]。

2.3 體感游戲與兒童的執(zhí)行功能

如前所述，認(rèn)知參與度高的運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童的執(zhí)行功能能夠產(chǎn)生更大的影響，那么如何區(qū)分“認(rèn)知”和“運(yùn)動(dòng)”2個(gè)因素對(duì)兒童的執(zhí)行功能所產(chǎn)生的影響？Best等最先利用“體感游戲”(exergame)區(qū)分運(yùn)動(dòng)干預(yù)中的認(rèn)知因素和運(yùn)動(dòng)因素，來(lái)確定這2個(gè)因素對(duì)兒童執(zhí)行功能的特異性影響和聯(lián)合效應(yīng)[33]。Exergame(體感游戲)是由Exercise和Game的合成詞，是一種人機(jī)交互性的視頻游戲，基于視頻動(dòng)作捕捉和反應(yīng)追蹤技術(shù)，將身體動(dòng)作即時(shí)反映到游戲系統(tǒng)中，顛覆了傳統(tǒng)的視頻游戲形式，能夠激發(fā)兒童的全身運(yùn)動(dòng)，兒童既可以單獨(dú)游戲也可以組隊(duì)游戲，游戲難度根據(jù)兒童的技能水平而隨時(shí)調(diào)整。體感游戲可以使一些社會(huì)性心理障礙患者、對(duì)體育活動(dòng)感到不愉悅和低自我效能感(尤其是肥胖兒童)的兒童，參與到體育活動(dòng)中來(lái)[33]。體感游戲這一游戲方式的誕生，給運(yùn)動(dòng)與兒童發(fā)展這一研究領(lǐng)域提供了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的新途徑。

Best共招募33名6～10歲的健康兒童為被試，采用2×2組內(nèi)設(shè)計(jì)，自變量分別是運(yùn)動(dòng)因素和認(rèn)知因素，各有高低2個(gè)水平，組合出4種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行1 h，采用觀察量表、問卷及ANT-C任務(wù)分別對(duì)兒童行為、運(yùn)動(dòng)參與度和執(zhí)行功能進(jìn)行評(píng)估。發(fā)現(xiàn)單獨(dú)的“運(yùn)動(dòng)”因素提高了兒童處理視覺空間沖突的效率，卻沒有發(fā)現(xiàn)單獨(dú)“認(rèn)知”因素的主效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的生理喚醒對(duì)提高執(zhí)行功能有獨(dú)特作用，僅有認(rèn)知參與的活動(dòng)，例如計(jì)算機(jī)游戲，至少在短期內(nèi)對(duì)執(zhí)行功能沒有效果。同時(shí)，與之前研究結(jié)論有所不同的是，該研究發(fā)現(xiàn)“運(yùn)動(dòng)”與“認(rèn)知”的結(jié)合沒有比單獨(dú)的“運(yùn)動(dòng)”帶來(lái)更大的效果，Best認(rèn)為可能原因是其研究中沒有將單獨(dú)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的認(rèn)知因素完全排除，因而掩蓋了運(yùn)動(dòng)與認(rèn)知可能存在的交互作用，仍需利用體感游戲進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)證研究。

3 運(yùn)動(dòng)促進(jìn)兒童執(zhí)行功能的潛在機(jī)制

運(yùn)動(dòng)在類型、時(shí)長(zhǎng)和強(qiáng)度上存在著較大的差異，目前，還沒有某一理論能夠全面解釋運(yùn)動(dòng)影響兒童執(zhí)行功能發(fā)展的機(jī)制，但是，不同類型的運(yùn)動(dòng)影響兒童執(zhí)行功能的途徑存在著明顯的不同，根據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)、短時(shí)運(yùn)動(dòng)及不同認(rèn)知要求的運(yùn)動(dòng)來(lái)分別分析運(yùn)動(dòng)與兒童執(zhí)行功能之間的潛在機(jī)制。

3.1 長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)促進(jìn)兒童執(zhí)行功能——神經(jīng)生理機(jī)制假說(shuō)

長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)引起大腦結(jié)構(gòu)性的改變，近年來(lái)對(duì)嚙齒目動(dòng)物的研究表明，一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起大腦學(xué)習(xí)與記憶相關(guān)腦區(qū)的變化，通過(guò)腦內(nèi)一些重要的生長(zhǎng)因子的調(diào)節(jié)，引起新的神經(jīng)發(fā)育，比如在海馬回中[34]，在人體中存在類似的機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)使左、右前額葉皮層功能連接得到顯著提高，老年人前額葉區(qū)域的白質(zhì)和灰質(zhì)體積(本是隨著年齡而下降)增加[35]，特定區(qū)域腦血量增加[36]，而腦血量可以預(yù)測(cè)人的記憶表現(xiàn)。執(zhí)行功能與前額皮層密切相關(guān)，而運(yùn)動(dòng)功能與小腦密切相關(guān)，腦功能成像研究發(fā)現(xiàn)，如果前額皮層活性降低，小腦活性也隨之降低，前額葉區(qū)域病變能夠?qū)е滦∧X內(nèi)的代謝減退，同樣小腦受損會(huì)導(dǎo)致額葉區(qū)域代謝減退；所以，這2個(gè)區(qū)域之間存在較強(qiáng)的神經(jīng)共活化作用，小腦對(duì)注意、工作記憶等神經(jīng)系統(tǒng)的影響也很大，但在研究中，運(yùn)動(dòng)發(fā)展和認(rèn)知發(fā)展通常是分開研究的，被看做是獨(dú)立的。Diamond提出[37]：兒童運(yùn)動(dòng)功能和認(rèn)知功能發(fā)展的聯(lián)系要比預(yù)想的更為緊密，從大腦神經(jīng)層面上兩者是相互交織的；因此，長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)通過(guò)作用于運(yùn)動(dòng)-認(rèn)知相互關(guān)聯(lián)的大腦神經(jīng)機(jī)制來(lái)影響兒童的執(zhí)行功能。

3.2 短時(shí)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)兒童執(zhí)行功能——喚醒理論假說(shuō)

短時(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的影響機(jī)制源自于喚醒理論的假設(shè)，喚醒水平和認(rèn)知水平之間的關(guān)系呈倒U型，也就是說(shuō)在一定范圍內(nèi)，認(rèn)知水平會(huì)隨喚醒水平的提高而提高。短時(shí)運(yùn)動(dòng)能夠引起即刻的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的改變[38]，提高大腦的血流量，提高覺醒水平和認(rèn)知表現(xiàn)，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)為當(dāng)前或接下來(lái)的技能習(xí)取做好準(zhǔn)備[29]。生理喚醒使兒童的注意分配能力提高，在有干擾時(shí)能夠?qū)⒆⒁饬性谀繕?biāo)刺激物上，大腦釋放的神經(jīng)遞質(zhì)(例如多巴胺，去甲腎上腺素和5-羥色胺)的短暫變化能夠發(fā)揮短暫的神經(jīng)調(diào)節(jié)的影響[33]，提高執(zhí)行功能某些方面的表現(xiàn)。同時(shí)，腦血量的增加使腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)含量也得到提高[39]，BDNF與神經(jīng)元和突觸的生長(zhǎng)有直接關(guān)聯(lián)，對(duì)短期的認(rèn)知表現(xiàn)起著重要的調(diào)節(jié)作用，被稱作是“大腦的優(yōu)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)肥料”。近年來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)短時(shí)運(yùn)動(dòng)引起的周圍神經(jīng)系統(tǒng)中BDNF的提升與認(rèn)知尤其是記憶表現(xiàn)的提升顯著相關(guān)，因此，BDNF可能是調(diào)節(jié)短時(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知產(chǎn)生影響的潛在因素之一[40]。

3.3 認(rèn)知參與性的運(yùn)動(dòng)促進(jìn)兒童執(zhí)行功能——神經(jīng)預(yù)活化機(jī)制

認(rèn)知參與度高、背景環(huán)境復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)不僅能夠促進(jìn)兒童的生理喚醒，還更大程度地帶來(lái)了認(rèn)知激活，能夠預(yù)活化與認(rèn)知相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這一機(jī)制體現(xiàn)在2個(gè)方面。

1)運(yùn)動(dòng)本身對(duì)認(rèn)知的要求，當(dāng)任務(wù)難度較大而不是簡(jiǎn)單的、是新穎的而非熟悉或經(jīng)過(guò)練習(xí)的、是變化而非固定的、必須集中注意力而非自動(dòng)化的及需要快速反應(yīng)的時(shí)候，能夠促使小腦和前額葉區(qū)域活性提高[37]，協(xié)調(diào)性強(qiáng)、動(dòng)作復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)包含了上述要素，在過(guò)程中對(duì)參與兒童提出認(rèn)知要求，預(yù)先活化了與認(rèn)知相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而提高兒童執(zhí)行功能任務(wù)的表現(xiàn)。

2)運(yùn)動(dòng)情境對(duì)認(rèn)知的要求，例如進(jìn)行學(xué)習(xí)性、團(tuán)隊(duì)合作的運(yùn)動(dòng)時(shí)，兒童需要運(yùn)用策略進(jìn)行合作、預(yù)判，完成動(dòng)作目標(biāo)，適時(shí)調(diào)整策略等，這種非計(jì)劃性、隨機(jī)的情境干擾無(wú)形中增加了兒童運(yùn)用技能、完成動(dòng)作的難度，需要兒童更努力地思考如何處理一些出乎意料的特殊情況，克服大腦的自動(dòng)化加工。這一過(guò)程提出了較高的認(rèn)知及社會(huì)互動(dòng)的要求，需要調(diào)動(dòng)與執(zhí)行功能相關(guān)的神經(jīng)回路參與，使前額葉區(qū)域活性水平提高，與兒童完成執(zhí)行功能任務(wù)對(duì)大腦神經(jīng)系統(tǒng)的要求類似，所以執(zhí)行功能水平得到提高。

4 關(guān)于未來(lái)研究的建議

在我國(guó)，學(xué)校和家庭教育存在著“重智輕體”的現(xiàn)象，也存在著“四肢發(fā)達(dá)、頭腦簡(jiǎn)單”的錯(cuò)誤觀念，運(yùn)動(dòng)作為一種提高兒童執(zhí)行功能的有效手段，亟待普及；但是國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的實(shí)證研究在研究設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)類型、執(zhí)行功能的評(píng)估和樣本特征上存在著很大的不同，導(dǎo)致研究結(jié)果也存在著一定的分歧[41]。

4.1 加強(qiáng)對(duì)特殊兒童群體的運(yùn)動(dòng)干預(yù)研究

由于前額皮層和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展緩慢，一些兒童的執(zhí)行功能會(huì)出現(xiàn)功能性障礙[37]，但是兒童的執(zhí)行功能可以通過(guò)環(huán)境改變和干預(yù)措施得到改善，這是一個(gè)很有實(shí)踐價(jià)值和社會(huì)意義的研究領(lǐng)域，特別是對(duì)于患有發(fā)展性障礙的兒童，例如注意力缺陷障礙、自閉癥[9]。注意力缺陷障礙兒童(ADHD)幾乎所有執(zhí)行功能任務(wù)的表現(xiàn)都受到影響，其中最明顯的是抑制控制、工作記憶和計(jì)劃能力[37,42]，運(yùn)動(dòng)干預(yù)是改善注意力缺陷障礙兒童的認(rèn)知表現(xiàn)和行為癥狀的重要方法。Diamond對(duì)注意力缺陷障礙兒童進(jìn)行了短時(shí)運(yùn)動(dòng)干預(yù)，發(fā)現(xiàn)其在信息加工、抑制控制及計(jì)劃能力等方面都得到了提高[37]，還有研究發(fā)現(xiàn)短時(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)ADHD患者的抑制控制能力有獨(dú)特作用[43]。自閉癥兒童(ASD)的執(zhí)行功能受損主要表現(xiàn)在思維靈活性、注意力及腹內(nèi)側(cè)前額皮層的相關(guān)功能上，例如計(jì)劃、抑制刺激等[44]，其中50%的自閉癥兒童也存在運(yùn)動(dòng)能力的缺陷，難以完成簡(jiǎn)單的目標(biāo)導(dǎo)向性動(dòng)作[37,45]。運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以提高自閉癥兒童的運(yùn)動(dòng)能力、社會(huì)互動(dòng)和社會(huì)適應(yīng)能力，例如體感游戲能夠迅速提高自閉癥兒童的執(zhí)行功能[46]。研究發(fā)現(xiàn)，小腦和前額皮層的活性水平顯著正相關(guān)，存在神經(jīng)共活化(co-activation)作用[37]，這可能是運(yùn)動(dòng)改善自閉癥兒童執(zhí)行功能的潛在機(jī)制。未來(lái)需要更多的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)證明具體哪些運(yùn)動(dòng)能夠給發(fā)展性障礙兒童帶來(lái)更大的認(rèn)知提升，并進(jìn)一步揭示發(fā)展性障礙與執(zhí)行功能之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制。

4.2 從發(fā)展的角度考察運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷對(duì)兒童執(zhí)行功能發(fā)展的影響

執(zhí)行功能與運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系可以追溯到嬰兒時(shí)期，嬰兒身體動(dòng)作能夠促進(jìn)早期的認(rèn)知發(fā)展，為其注意力、認(rèn)知靈活性等發(fā)展奠定基礎(chǔ)[33]，說(shuō)明兒童的執(zhí)行功能發(fā)展是一脈相承的；因而考察運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響時(shí)，應(yīng)該考慮一個(gè)更大的發(fā)展歷程背景。通過(guò)發(fā)展的思維方式進(jìn)行干預(yù)研究，一方面可以幫助研究者們揭示每個(gè)執(zhí)行功能要素的發(fā)展軌跡及各個(gè)要素之間的關(guān)系，另一方面可以明確運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能產(chǎn)生影響的性質(zhì)。例如運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的影響與年齡增長(zhǎng)所帶來(lái)的影響是否相似，早期的運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷對(duì)之后執(zhí)行功能的發(fā)展產(chǎn)生的影響是強(qiáng)的還是弱的，是長(zhǎng)久的還是短暫的，如果效果能夠持續(xù)，能夠持續(xù)多久，在哪個(gè)方面持續(xù)，以及哪些因素影響效果持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短[8]。這些問題的解答可以使運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行功能兩者之間的關(guān)聯(lián)更加明確，所以，未來(lái)的研究需要檢驗(yàn)一個(gè)更長(zhǎng)久的發(fā)展歷程[33]，以全面闡述運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷對(duì)未來(lái)兒童執(zhí)行功能發(fā)展的影響。

4.3 考察兒童的年齡與不同的運(yùn)動(dòng)方式對(duì)兒童執(zhí)行功能的共同作用

年齡是運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行功能之間的重要調(diào)節(jié)因素[27]，對(duì)于年齡較小的兒童，運(yùn)動(dòng)干預(yù)主要考驗(yàn)其動(dòng)作協(xié)調(diào)性，而年齡較大的兒童則應(yīng)考驗(yàn)其計(jì)劃能力，不同類型的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)的年齡不同，在規(guī)則復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)中，年齡大的兒童可能獲益更大[33]。一方面，不同年齡的兒童神經(jīng)系統(tǒng)成熟度、發(fā)育狀況、荷爾蒙水平都不同，能夠完成的動(dòng)作、理解的規(guī)則方面存在較大差異，所以為了優(yōu)化認(rèn)知參與，研究者在確定干預(yù)方案時(shí)需要將年齡因素納入考慮范圍，謹(jǐn)慎考慮兒童的發(fā)展水平；另一方面，能夠不斷挑戰(zhàn)兒童認(rèn)知能力的運(yùn)動(dòng)能夠?qū)?zhí)行功能的提升產(chǎn)生最大的效果[8]。但是執(zhí)行功能各要素也遵循不同的發(fā)展軌跡，在某一個(gè)發(fā)展階段，可能某一種執(zhí)行功能要素會(huì)更容易受到運(yùn)動(dòng)干預(yù)的影響；所以研究者還應(yīng)該考慮在某個(gè)年齡階段，哪一種運(yùn)動(dòng)方式最能幫助兒童提高執(zhí)行功能[8]。

4.4 探討運(yùn)動(dòng)方式對(duì)不同易感性兒童的心理社會(huì)功能的差異性影響

近年來(lái)，差別易感性假說(shuō)(Differential Susceptibility Hypothesis)受到研究者的廣泛關(guān)注，該假說(shuō)認(rèn)為一些兒童由于自身的行為、生理和基因等因素，比其他兒童具有更高的可塑性，他們不僅更易受消極環(huán)境的不利影響，而且更易受到積極干預(yù)的有利影響[47]；因此，兒童自身的特點(diǎn)可能是運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)執(zhí)行功能作用的差異來(lái)源之一。目前，關(guān)于兒童自身特點(diǎn)與環(huán)境交互作用的理論模型還有“素質(zhì)-壓力模型”和“優(yōu)勢(shì)敏感性模型”，究竟哪一種理論模型更能解釋兒童的發(fā)展目前尚無(wú)定論，目前運(yùn)用最新的顯著性區(qū)域分析法[48]和新參數(shù)回歸模型[49]檢驗(yàn)3種模型的適應(yīng)性是當(dāng)前發(fā)展心理學(xué)的研究熱點(diǎn)；因此，未來(lái)研究我們將采用“兒童-環(huán)境”交互作用的研究思路，深入探討不同的運(yùn)動(dòng)干預(yù)方式對(duì)不同易感性兒童的心理社會(huì)功能發(fā)展的差異性影響。

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Review on the Effects of Physical Activity on Children’s Executive Function

XING Shufen1,WANG Ruimeng1,WANG Xiaoyun2,YANG Yubing2

Executive function(EF) refers to the higher-order cognition that permits humans to behave in an adaptive and goal-directed fashion when completing complex tasks.It has been proved that EF can be improved by various activities.And how to improve children's EFs through effective interventions has become a hot issue of research in this field.Exercise is found to be one of effective ways to improve children’s EF,and will be of great benefit to the development of EF in infancy or childhood.First of all,exercises could be categorized based on the duration and the degree of cognitive engagement.And then the possible mechanisms underlie the link between exercise and EF will be discussed.Finally,suggestions are put forward for the future research directions in this field:1) to strengthen the movement of special children group intervention study;2) from the angle of the development of inspection campaign through its influence on the development of the children's executive function;3) the age of the child and different ways of movement combination of children's executive function;4) to explore ways of different susceptibility differences affect children's psychosocial function.

exercise;executive function;children;cognitive processes

2016-09-05

邢淑芬，女，博士，副教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)心理學(xué)。

單位：楊玉冰，男，博士，副教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)心理學(xué)。

1.首都師范大學(xué)，北京 100037；2.北京體育大學(xué)，北京 100084

1.Capital Normal University,Beijing 100037， China；2.Beijing Sport University,Beijing 100084，China.

G 804.8

1009-783X(2016)06-0566-06

A