張連成 王肖 高淑青

摘 ? ? ?要：身體活動(dòng)已成為延緩老年人認(rèn)知老化、提高青少年認(rèn)知功能、改善學(xué)生學(xué)習(xí)等的重要因素，然而基于特定認(rèn)知效益的鍛煉處方設(shè)計(jì)仍需探索。研究分別從單次身體活動(dòng)和長(zhǎng)期身體活動(dòng)角度探討身體活動(dòng)強(qiáng)度、身體活動(dòng)時(shí)間、身體活動(dòng)頻率、身體活動(dòng)總量、身體活動(dòng)類型與認(rèn)知效益之間的量效關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，提出未來(lái)研究應(yīng)該重點(diǎn)考慮身體活動(dòng)4個(gè)要素的整體設(shè)計(jì)、考慮不同身體活動(dòng)項(xiàng)目的認(rèn)知效益、考察不同人群身體活動(dòng)的認(rèn)知效益、考察身體活動(dòng)認(rèn)知效益量效關(guān)系的機(jī)制等，進(jìn)而為制定促進(jìn)認(rèn)知效益的身體活動(dòng)方案提供循證依據(jù)。

關(guān) ?鍵 ?詞：運(yùn)動(dòng)心理學(xué);身體活動(dòng);認(rèn)知效益;認(rèn)知功能;鍛煉強(qiáng)度;鍛煉時(shí)間;鍛煉頻率;鍛煉類型

中圖分類號(hào)：G80-32 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號(hào)：1006-7116（2020）01-0066-10

Cognition benefits of physical activities： Dose-effect relationship

research and its inspirations

ZHANG Lian-cheng，WANG Xiao，GAO Shu-qing

（Key Laboratory of Competitive Sport Psychological and Physiological Regulation，Tianjin University of Sport，Tianjin 301617，China）

Abstract： Physical activity has become an important factor for delaying cognition aging of the elderly， improving cognition functions of teenagers， and improving student learning， etc， however， exercise prescription design based on specific cognition benefits still needs to be explored. The authors probed into the dose-effect relationships between physical activity intensity， physical activity time， physical activity frequency， total physical activity volume， physical activity type and cognition benefit from the perspectives of one-time physical activity and long-term physical activity respectively. On such a basis， the authors put forward that future research should focus on considering the overall design of 4 physical activity elements， considering the cognition benefits of different physical activity events， examining the cognition benefits of physical activities of different groups of people， examining the mechanism of dose-effect relationships of the cognition benefits of physical activities， and then provide evidence-based criteria for making cognition benefit promoting physical activity plans.

Key words： sports psychology;physical activity;cognition benefit;cognition function;exercise intensity;exercise time;exercise frequency;exercise type

隨著運(yùn)動(dòng)是良醫(yī)理念逐漸深入人心，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到身體活動(dòng)對(duì)身心健康的重要價(jià)值。進(jìn)行身體活動(dòng)時(shí)應(yīng)該遵循一定的科學(xué)規(guī)律，否則不但達(dá)不到鍛煉者期望的健康效應(yīng)，還可能會(huì)適得其反，例如鍛煉受傷、鍛煉無(wú)用、鍛煉退出等。遵循科學(xué)原則進(jìn)行鍛煉的一項(xiàng)重要議題便是劑量效應(yīng)的依據(jù)。

劑量效應(yīng)（dose-effect relationship）本是醫(yī)學(xué)名詞，又稱量效關(guān)系。它是指在一定范圍內(nèi)藥物的劑量（或濃度）增加或減少時(shí)，藥物的效應(yīng)隨之增強(qiáng)或減弱[1]。劑量效應(yīng)是確定臨床用藥劑量的基礎(chǔ)。之后，劑量效應(yīng)被引入體育領(lǐng)域研究身體活動(dòng)的健康效應(yīng)，用以確定最佳的鍛煉或活動(dòng)量，回答“何種鍛煉類型和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)哪些特定人群產(chǎn)生特定效果”問(wèn)題[2]。

任何藥物都必須達(dá)到一定劑量時(shí)才能發(fā)揮效應(yīng)，開(kāi)始發(fā)揮效應(yīng)的劑量叫“最低有效劑量”。隨著劑量的增加，藥物效應(yīng)隨之增強(qiáng)，達(dá)到一定程度后藥物效應(yīng)不再增強(qiáng)，稱為“最大效應(yīng)”。若繼續(xù)增加劑量，治療效應(yīng)將轉(zhuǎn)變?yōu)槎纠硇?yīng)[3]。在體育領(lǐng)域中也有類似現(xiàn)象，鍛煉的健康效應(yīng)呈倒U型變化，開(kāi)始時(shí)，隨著鍛煉劑量的增加，由鍛煉帶來(lái)的身心效益也不斷增加，達(dá)到身心效益的最高點(diǎn)（即最佳鍛煉量時(shí)）后鍛煉的身心效益反而會(huì)隨著鍛煉劑量的增加而減小，“鍛煉過(guò)度”“鍛煉受傷”就好比藥學(xué)中的“毒理效應(yīng)”。因此，在單次和長(zhǎng)期鍛煉研究中，普遍關(guān)注由體育鍛煉的“定量”參數(shù)引起的健康效果差異。這種對(duì)定量參數(shù)的關(guān)注促使研究人員考察身體活動(dòng)與健康結(jié)果之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系，從而得出運(yùn)動(dòng)處方指南[4]。

身體活動(dòng)已成為延緩老年人認(rèn)知老化、提高青少年認(rèn)知功能、改善學(xué)生學(xué)習(xí)等的重要因素[5-7]。但是從劑量效應(yīng)角度看，仍需進(jìn)行更多研究確定最佳運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和頻率[8]。換句話說(shuō)，也就是具體回答“何種鍛煉和量”對(duì)認(rèn)知的特定效益問(wèn)題。本文將對(duì)身體活動(dòng)與認(rèn)知效益之間的量效關(guān)系研究進(jìn)行梳理，進(jìn)而為運(yùn)動(dòng)實(shí)踐提供更加明確的指導(dǎo)建議，為制定運(yùn)動(dòng)處方和評(píng)估運(yùn)動(dòng)處方效果提供科學(xué)依據(jù)。

1 ?身體活動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知效益的量效關(guān)系

1.1 ?單次身體活動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知效益的量效關(guān)系

1）單次身體活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知影響的劑量效應(yīng)。

鍛煉具有即刻認(rèn)知效應(yīng)，單次身體活動(dòng)就可以產(chǎn)生一定的認(rèn)知效益。那么單次身體活動(dòng)與認(rèn)知效益的劑量效應(yīng)關(guān)系如何呢？Chang等[9]發(fā)現(xiàn)阻力運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知表現(xiàn)之間確實(shí)存在劑量-反應(yīng)關(guān)系，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)信息加工速度有顯著線性影響，即越高強(qiáng)度阻力運(yùn)動(dòng)越有利于信息加工速度的提升，而阻力運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)執(zhí)行功能的影響曲線是倒U型，即中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能最有益。Chang等[10]探討單次阻力運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與計(jì)劃之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系。結(jié)果顯示，在倫敦塔任務(wù)（Tower of London，TOL）正確率和移動(dòng)分?jǐn)?shù)上，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)出曲線趨勢(shì)，其中中等強(qiáng)度表現(xiàn)出與其他條件相比最佳的性能。Arent等[11]發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)信息處理速度的影響是線性的，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)執(zhí)行功能的影響呈倒U關(guān)系。因此，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可能有利于加工的速度，但中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)對(duì)于執(zhí)行功能來(lái)說(shuō)是最有益的。

但也有一些研究并未發(fā)現(xiàn)單次運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知功能之間存在倒U型關(guān)系。例如，陳愛(ài)國(guó)等[12]發(fā)現(xiàn)，小強(qiáng)度短時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)能改善刷新和轉(zhuǎn)換功能，而大、中強(qiáng)度的短時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)則能提高執(zhí)行功能的3個(gè)子功能。Chen等[13]探討唐氏綜合癥者運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知表現(xiàn)的劑量效應(yīng)關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中等強(qiáng)度和高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)都有利于執(zhí)行功能中的抑制控制。但是，在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，信息加工表現(xiàn)受損（選擇反應(yīng)速度變慢），而在中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中信息加工速度得到提高。McMorris等[14]通過(guò)元分析發(fā)現(xiàn)單次中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)工作記憶任務(wù)的速度和準(zhǔn)確性的影響不同。單次中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)會(huì)加快工作記憶任務(wù)的反應(yīng)，但對(duì)準(zhǔn)確度有顯著的負(fù)向作用。Brown等[15]發(fā)現(xiàn)隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加，Stroop任務(wù)表現(xiàn)出顯著退化。這提示在力竭前進(jìn)行等長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)直到耗竭與認(rèn)知能力降低相關(guān)，并且更高強(qiáng)度的等長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)以線性劑量反應(yīng)方式導(dǎo)致更大的錯(cuò)誤數(shù)。這些研究提示關(guān)于鍛煉強(qiáng)度與認(rèn)知功能之間的關(guān)系可能會(huì)受到鍛煉人群、鍛煉方式、認(rèn)知功能種類等的調(diào)節(jié)。

上述研究發(fā)現(xiàn)，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)最有利于執(zhí)行功能的提升，而高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)似乎更有利于信息加工速度的提升。Dietrich[16]曾提出瞬態(tài)低活化理論（transient hypofrontality theory）解釋運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)執(zhí)行功能的效果。由于人腦資源有限，進(jìn)行高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)需要更多的代謝資源來(lái)提供給肌肉和控制身體動(dòng)作，可用于處理執(zhí)行功能的資源是減少的。因此，高強(qiáng)度會(huì)損害執(zhí)行功能，中等強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)執(zhí)行功能。Del Giorno等[17]研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)期間執(zhí)行控制功能的下降可以通過(guò)瞬時(shí)低活化理論來(lái)解釋。通氣閾強(qiáng)度（ventilatory threshold，VT）運(yùn)動(dòng)后即刻，在持續(xù)性操作任務(wù)（Contingent Continuous Performance Task，CPT）的誤報(bào)數(shù)和威斯康辛卡片分類任務(wù)（Wisconsin Card Sorting Test，WCST）的總體和持續(xù)性錯(cuò)誤數(shù)上仍然升高，可能是因?yàn)樵趧×疫\(yùn)動(dòng)后，大腦需要額外時(shí)間來(lái)恢復(fù)動(dòng)態(tài)平衡。Wang等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在高強(qiáng)度組中大多數(shù)WCST表現(xiàn)受損，而在低強(qiáng)度和中等強(qiáng)度組中均有促進(jìn)的表現(xiàn)。這些研究結(jié)果表明，在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)期間會(huì)出現(xiàn)短暫的低活化，但在低強(qiáng)度和中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)期間則不會(huì)。除了瞬間活化降低理論以外，王瑩瑩等[19]發(fā)現(xiàn)單次中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效地促進(jìn)抑制能力，其主要機(jī)制在于完成任務(wù)過(guò)程中能夠更加合理地分配認(rèn)知資源（N2和P3波幅更高）。根據(jù)這些研究，可以大膽推測(cè)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度在對(duì)認(rèn)知功能的影響上可能具有選擇性和針對(duì)性，高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)更有利于簡(jiǎn)單的認(rèn)知操作，而中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)更有利于促進(jìn)高級(jí)認(rèn)知功能。

2）單次身體活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知影響的時(shí)程效應(yīng)。

單次運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不同所產(chǎn)生認(rèn)知效益的時(shí)程（即運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知效益的延遲影響）也不相同。例如，Winter等[20]使用被試內(nèi)設(shè)計(jì)來(lái)比較安靜休息15 min、低強(qiáng)度40 min（有氧）跑步、6 min高強(qiáng)度（無(wú)氧）運(yùn)動(dòng)對(duì)視覺(jué)配對(duì)學(xué)習(xí)記憶的影響，隨后在1、24 h和7 d進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，高強(qiáng)度條件運(yùn)動(dòng)組學(xué)習(xí)配對(duì)成績(jī)更好，在1周后，長(zhǎng)時(shí)記憶比其他任何一個(gè)條件下都好。Brush等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)后15 min高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可以減少干擾，完成Stroop任務(wù)的反應(yīng)時(shí)更短，而在運(yùn)動(dòng)后180 min，低強(qiáng)度和中等強(qiáng)度阻力運(yùn)動(dòng)分別使工作記憶和認(rèn)知靈活性得到改善。

Etnier等[22]研究安排參與者完成3次相對(duì)于通氣閾值的不同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)（VO2max，Vt-20%，Vt+20%），每次鍛煉約30 min，運(yùn)動(dòng)后進(jìn)行Rey聽(tīng)覺(jué)言語(yǔ)學(xué)習(xí)測(cè)試（RAVLT）以評(píng)估短時(shí)記憶、學(xué)習(xí)和長(zhǎng)時(shí)記憶，24 h后完成RAVLT識(shí)別試驗(yàn)以測(cè)量長(zhǎng)時(shí)記憶。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在24 h延遲后評(píng)估的長(zhǎng)時(shí)記憶中，最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后觀察到的益處最大，這提示單次運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)運(yùn)動(dòng)后即刻和延遲一段時(shí)間的認(rèn)知效益不同?？梢?jiàn)單次運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知功能之間的劑量效應(yīng)關(guān)系會(huì)受到認(rèn)知功能測(cè)試時(shí)間的調(diào)節(jié)，這提示研究者在進(jìn)行后續(xù)研究時(shí)應(yīng)注意對(duì)認(rèn)知功能測(cè)試的時(shí)間，以保證各研究之間的可比性。

綜上，關(guān)于單次身體活動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知功能之間的量效關(guān)系已有諸多研究，揭示了單次有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、單次阻力運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知功能影響的劑量效應(yīng)所在，即一般意義上來(lái)講，中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)比較有利于運(yùn)動(dòng)期間的認(rèn)知功能，而中高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)則更有利于運(yùn)動(dòng)后一段時(shí)間的認(rèn)知功能，尤其是信息加工速度。不過(guò)運(yùn)動(dòng)期間進(jìn)行認(rèn)知功能測(cè)試的現(xiàn)實(shí)意義似乎不明顯，而運(yùn)動(dòng)后的認(rèn)知效益似乎更加明顯。人們面對(duì)一項(xiàng)重要決策等重大認(rèn)知任務(wù)之前，如何通過(guò)身體活動(dòng)來(lái)促進(jìn)認(rèn)知是極具現(xiàn)實(shí)意義的課題。（例如，高三學(xué)生即將參加高考）因此，在制定身體活動(dòng)處方時(shí)，如僅僅考慮運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度一個(gè)維度時(shí)，需要考慮中等強(qiáng)度及以上運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)認(rèn)知功能的獨(dú)特效益。但是目前研究結(jié)果并不一致。這可能與鍛煉類型、研究人群、測(cè)試時(shí)間、認(rèn)知功能種類等調(diào)節(jié)變量有關(guān)，這提示在未來(lái)研究中需要進(jìn)一步細(xì)化研究設(shè)計(jì)，既要對(duì)這些不同調(diào)節(jié)變量進(jìn)行控制，也要對(duì)不同調(diào)節(jié)變量進(jìn)行比較。如探討單次阻力運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)老年人執(zhí)行功能影響的劑量效應(yīng);再如在不同強(qiáng)度單次鍛煉中加入不同鍛煉方式，以更加全面地設(shè)計(jì)鍛煉處方，以產(chǎn)生更大的認(rèn)知效益。

1.2 ?長(zhǎng)期身體活動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知效益的量效關(guān)系

除單次身體活動(dòng)外，也有一些研究探討了長(zhǎng)期身體活動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知效益的量效關(guān)系。例如，Matthews[23]采用橫斷設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)查60名18～75歲健康參與者的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知功能之間的關(guān)系進(jìn)而確定二者的劑量效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可以顯著預(yù)測(cè)記憶和執(zhí)行功能兩個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)知表現(xiàn)，低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)不能預(yù)測(cè)認(rèn)知表現(xiàn)。該研究提示只有高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)才與認(rèn)知表現(xiàn)呈正相關(guān)，而低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)與認(rèn)知功能之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)。Zhu等[24]采用加速度計(jì)測(cè)量6 452名老年人中等至劇烈強(qiáng)度身體活動(dòng)、低強(qiáng)度身體活動(dòng)以及久坐時(shí)間，并追蹤其與認(rèn)知功能之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)中等至劇烈強(qiáng)度身體活動(dòng)時(shí)間與認(rèn)知表現(xiàn)之間存在顯著的劑量效應(yīng)關(guān)系，即中等至劇烈強(qiáng)度身體活動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，其認(rèn)知障礙風(fēng)險(xiǎn)越低，執(zhí)行功能和記憶力維持越好;低強(qiáng)度身體活動(dòng)時(shí)間或久坐時(shí)間與認(rèn)知功能間相關(guān)不顯著。這表明長(zhǎng)期來(lái)看只有維持一定強(qiáng)度的身體活動(dòng)才能有助于老年人的認(rèn)知健康。

上述關(guān)于長(zhǎng)期身體活動(dòng)強(qiáng)度的研究提示，身體活動(dòng)是要求達(dá)到中等以上強(qiáng)度才有認(rèn)知效益。不過(guò)，也有研究發(fā)現(xiàn)不一致的結(jié)果。Sanders等[25]探討身體鍛煉對(duì)癡呆者的認(rèn)知功能的劑量反應(yīng)關(guān)系。該研究邀請(qǐng)70名全因癡呆患者（MMSE平均值為20.4，女性占63%，平均年齡為82.3歲）進(jìn)行24周綜合步行和下肢力量訓(xùn)練鍛煉（分為低強(qiáng)度和高強(qiáng)度兩個(gè)階段），并探討強(qiáng)度（低強(qiáng)度與高強(qiáng)度）與認(rèn)知功能之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系。對(duì)照組活動(dòng)是靈活性和放松練習(xí)與社交互動(dòng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在整體認(rèn)知功能、工作記憶或執(zhí)行功能方面，24周身體鍛煉效果并不優(yōu)于對(duì)照組，運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的影響不依賴于強(qiáng)度。在干預(yù)后3個(gè)月隨訪時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩組患者的認(rèn)知功能均顯著下降。該研究至少提示兩點(diǎn)：第一，在特殊人群中（例如老年癡呆），鍛煉與認(rèn)知效益的量效關(guān)系與正常人不同，當(dāng)然，這一推測(cè)還需要后續(xù)研究繼續(xù)探討;第二，需要設(shè)計(jì)更多的追蹤研究來(lái)探討身體活動(dòng)干預(yù)對(duì)認(rèn)知功能影響的劑量效應(yīng)及其時(shí)間進(jìn)程。

綜上，關(guān)于長(zhǎng)期身體活動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知效益之間的關(guān)系還需要進(jìn)一步研究，尤其是對(duì)于不同年齡人群以及不同健康狀況人群等。另外，除了中高強(qiáng)度的長(zhǎng)期鍛煉以外，也需要一定低強(qiáng)度的鍛煉，尤其是一些特殊人群，如身體嚴(yán)重超重、患有肢體障礙人群，甚至是需要被動(dòng)鍛煉的人群，他們可能需要先維持一定的小強(qiáng)度鍛煉，然后再逐漸增加強(qiáng)度。

2 ?身體活動(dòng)時(shí)間與認(rèn)知效益的量效關(guān)系

2.1 ?單次身體活動(dòng)時(shí)間與認(rèn)知效益

提高認(rèn)知能力的單次運(yùn)動(dòng)處方如何設(shè)計(jì)是具有重要現(xiàn)實(shí)意義的課題。Chang等[26]發(fā)現(xiàn)以中等強(qiáng)度鍛煉20 min會(huì)顯著提高認(rèn)知表現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間和認(rèn)知表現(xiàn)之間劑量-反應(yīng)關(guān)系呈曲線型，較短或更長(zhǎng)時(shí)間適度運(yùn)動(dòng)的益處可以忽略。該研究提示促進(jìn)認(rèn)知功能的單次中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)的最佳時(shí)間在20 min左右，這可以作為促進(jìn)健康年輕人認(rèn)知功能單次中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)處方的時(shí)間參考。Chen等[27]研究采用平衡設(shè)計(jì)，探討老年人運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間（使用功率自行車進(jìn)行3次運(yùn)動(dòng)，分別為10、20或45 min）與任務(wù)轉(zhuǎn)換之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)20 min的中等強(qiáng)度單次有氧運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致不一致轉(zhuǎn)換任務(wù)反應(yīng)時(shí)間短于對(duì)照組和10 min組，可見(jiàn)持續(xù)20 min中等強(qiáng)度單次有氧運(yùn)動(dòng)是改善任務(wù)轉(zhuǎn)換的最有效持續(xù)時(shí)間。較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間（45 min）與10或20 min的運(yùn)動(dòng)效果沒(méi)有差異，盡管較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間對(duì)于任務(wù)轉(zhuǎn)換不是最佳的，但它不會(huì)損害老年人的任務(wù)轉(zhuǎn)換。這提示老年人單次運(yùn)動(dòng)時(shí)間最好達(dá)到20 min，如果喜歡更長(zhǎng)時(shí)間鍛煉，則鍛煉45 min也并無(wú)壞處。

陳愛(ài)國(guó)等[28]研究發(fā)現(xiàn)，中等強(qiáng)度籃球運(yùn)動(dòng)可以提高兒童的執(zhí)行功能，但效果與運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間有關(guān)。持續(xù)30 min的籃球運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能改善效果最好，好于8和15 min組。

不過(guò)，Johnson等[29]比較31名老年人在10和30 min中等強(qiáng)度有氧或阻力訓(xùn)練后即刻、30和60 min后使用Stroop測(cè)試認(rèn)知能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鍛煉持續(xù)時(shí)間并未對(duì)鍛煉認(rèn)知效益產(chǎn)生影響，參與者在鍛煉后即刻Stroop抑制任務(wù)得到改善，但鍛煉后30和60 min后與基線沒(méi)有差異。該研究設(shè)計(jì)的鍛煉時(shí)間為10和30 min，與前面研究所設(shè)計(jì)的10、20、45 min有所差異，這可能是導(dǎo)致研究結(jié)果不一致的原因。這提示未來(lái)研究需要進(jìn)一步細(xì)化改善認(rèn)知功能的單次鍛煉的時(shí)間，進(jìn)而確定單次鍛煉最佳持續(xù)時(shí)間。

此外，還有一些研究探討了在課堂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與學(xué)習(xí)效果的關(guān)系。Howie等[30]比較單次5、10和20 min課堂鍛煉對(duì)任務(wù)行為的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與久坐不動(dòng)的注意力控制相比，課堂運(yùn)動(dòng)10和20 min均有利于學(xué)生課堂任務(wù)集中時(shí)間，但只有10 min課堂運(yùn)動(dòng)組學(xué)生的任務(wù)集中時(shí)間（time-on-task）顯著提高。Howie等[7]研究發(fā)現(xiàn)10和20 min的課間運(yùn)動(dòng)組與靜坐組相比執(zhí)行功能沒(méi)有任何改進(jìn)，但是在休息后的數(shù)學(xué)分?jǐn)?shù)更高[7]。這表明與靜坐10 min的課堂休息相比，10和20 min的課堂鍛煉可以使學(xué)生的數(shù)學(xué)表現(xiàn)得到適度提高。這兩項(xiàng)研究提示在課間進(jìn)行10～20 min的運(yùn)動(dòng)更加有利于學(xué)生后續(xù)的課堂學(xué)習(xí)。

張晏山等[6]對(duì)有關(guān)單次健身運(yùn)動(dòng)時(shí)間與執(zhí)行功能相關(guān)之劑量反應(yīng)研究進(jìn)行文獻(xiàn)回顧后發(fā)現(xiàn)，相較于過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，20 min有氧健身運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制執(zhí)行功能的效益更佳。這可能也是未來(lái)運(yùn)動(dòng)實(shí)踐領(lǐng)域，圍繞單次運(yùn)動(dòng)提升認(rèn)知功能進(jìn)行鍛煉設(shè)計(jì)在時(shí)間上的重要參考。然而，是否該時(shí)間也適用于其他認(rèn)知功能？是不是所有鍛煉的最佳持續(xù)時(shí)間都是20 min？如果是，那么其中的機(jī)制是什么？如果不是，那么會(huì)受到哪些因素的調(diào)節(jié)呢？這些問(wèn)題是未來(lái)該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

2.2 ?長(zhǎng)期身體活動(dòng)時(shí)間與認(rèn)知效益

長(zhǎng)期身體活動(dòng)時(shí)間，主要是指在一定周期內(nèi)鍛煉的累計(jì)時(shí)間。關(guān)于長(zhǎng)期身體活動(dòng)時(shí)間與認(rèn)知效益的量效關(guān)系，可以回答堅(jiān)持多久的身體活動(dòng)才能產(chǎn)生相應(yīng)的認(rèn)知效益問(wèn)題。Vidoni等[31]探討有氧運(yùn)動(dòng)累積時(shí)間與認(rèn)知功能之間的可能劑量效應(yīng)關(guān)系。該研究將沒(méi)有認(rèn)知障礙的不活躍或久坐的參與者隨機(jī)分為4組（對(duì)照組、每周75、150和225 min，在社區(qū)環(huán)境中進(jìn)行為期26周的中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，3個(gè)不同時(shí)間運(yùn)動(dòng)組的簡(jiǎn)單注意均有所改善，但沒(méi)有體現(xiàn)鍛煉時(shí)間的劑量效應(yīng);在視覺(jué)空間加工上存在劑量-反應(yīng)關(guān)系，鍛煉時(shí)間越長(zhǎng)其視覺(jué)空間加工越好;在運(yùn)動(dòng)與心肺健康之間存在明顯的劑量-反應(yīng)關(guān)系，心肺健康在有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)間對(duì)視覺(jué)空間加工的影響中起到完全中介作用。這表明個(gè)人心肺適應(yīng)性反應(yīng)是比運(yùn)動(dòng)劑量（即持續(xù)時(shí)間）更好的認(rèn)知增益預(yù)測(cè)因子，為實(shí)現(xiàn)心肺健康最大化而開(kāi)具個(gè)體化運(yùn)動(dòng)處方，可能對(duì)實(shí)現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的認(rèn)知益處很重要。

Dascal等[32]通過(guò)回顧性觀察研究發(fā)現(xiàn)任何持續(xù)時(shí)間的身體活動(dòng)對(duì)整體認(rèn)知功能、執(zhí)行功能、情景記憶和處理速度均沒(méi)有影響，提示對(duì)于認(rèn)知功能的研究需要細(xì)化鍛煉時(shí)間，基于年的劃分過(guò)于宏觀，難以揭示其劑量反應(yīng)關(guān)系。Falck等[33]系統(tǒng)綜述包含8項(xiàng)久坐行為與認(rèn)知功能關(guān)系的研究，其中6項(xiàng)研究報(bào)告久坐行為與認(rèn)知功能之間的顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明久坐行為與認(rèn)知之間存在線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。

Booth等[34]研究發(fā)現(xiàn)在控制身體活動(dòng)的總量后，中等至劇烈強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)（MVPA）時(shí)間可以有效預(yù)測(cè)男生和女生的英語(yǔ)成績(jī)?cè)黾恿?MVPA的時(shí)間可以預(yù)測(cè)男生和女生16歲時(shí)數(shù)學(xué)成績(jī)表現(xiàn)的增加;對(duì)于女生而言，11歲時(shí)在MVPA中花費(fèi)的時(shí)間可以預(yù)測(cè)在11和16歲時(shí)科學(xué)得分的增加。該研究結(jié)果表明中等至劇烈強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)對(duì)青春期學(xué)業(yè)成就有長(zhǎng)期積極影響。Zhu等[35]發(fā)現(xiàn)中等至高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)所占時(shí)間比率越高，認(rèn)知障礙的可能性越小，老年人記憶和執(zhí)行功能的表現(xiàn)更好，中等至高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)所占時(shí)間比率與老年人認(rèn)知功能之間存在劑量-反應(yīng)關(guān)系，輕度運(yùn)動(dòng)時(shí)間和久坐時(shí)間都與任何認(rèn)知功能測(cè)量無(wú)關(guān)?？梢?jiàn)如果是進(jìn)行中高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，則其堅(jiān)持時(shí)間越長(zhǎng)越好，而低強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)似乎對(duì)預(yù)防老年人認(rèn)知障礙的發(fā)生沒(méi)有顯著效益。

根據(jù)國(guó)際體力活動(dòng)指南，長(zhǎng)期堅(jiān)持身體鍛煉是非常具有認(rèn)知效益的，然而具體到長(zhǎng)期身體鍛煉時(shí)間與認(rèn)知之間的劑量效應(yīng)研究起來(lái)比較困難，受到各種條件的限制，導(dǎo)致研究無(wú)法控制如研究時(shí)間長(zhǎng)短、鍛煉類型、鍛煉強(qiáng)度等重要參數(shù)的影響，導(dǎo)致研究結(jié)果過(guò)于發(fā)散，在實(shí)踐指導(dǎo)上也不盡如人意。不過(guò)上述研究至少提示兩點(diǎn)：第一，長(zhǎng)期堅(jiān)持鍛煉并沒(méi)有對(duì)認(rèn)知功能產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，因此需要長(zhǎng)期堅(jiān)持;第二，關(guān)于長(zhǎng)期身體活動(dòng)時(shí)間與認(rèn)知效益的量效關(guān)系需要進(jìn)一步明確，長(zhǎng)期鍛煉堅(jiān)持時(shí)間對(duì)各種認(rèn)知效益的不同影響也需要進(jìn)一步探討。

3 ?身體活動(dòng)頻率與認(rèn)知效益的量效關(guān)系

身體活動(dòng)頻率是制定運(yùn)動(dòng)處方考慮要素之一，也是影響認(rèn)知效益的重要鍛煉劑量之一。已有研究發(fā)現(xiàn)身體活動(dòng)頻率與認(rèn)知效益之間存在明顯的線性劑量反應(yīng)趨勢(shì)，即鍛煉頻率越高，其認(rèn)知效益越好。Laeson等[36]通過(guò)隊(duì)列研究對(duì)1 740名65歲級(jí)以上認(rèn)知健康老年人進(jìn)行6.2年隨訪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每周鍛煉3次或以上的人群中癡呆癥發(fā)生率為13.0‰，每周不到3次人群中癡呆的發(fā)病率為19.7‰。De Souto Barreto等[37]發(fā)現(xiàn)與不進(jìn)行身體活動(dòng)相比，每月1～3次、每周1次或每周進(jìn)行1次以上的身體活動(dòng)與認(rèn)知綜合評(píng)分呈正相關(guān);與非活動(dòng)組相比，低活躍、中度活躍和高度活躍與認(rèn)知綜合評(píng)分呈正相關(guān)。可見(jiàn)身體活動(dòng)頻率與認(rèn)知功能之間存在劑量-反應(yīng)關(guān)聯(lián)，甚至低身體活動(dòng)頻率（每月幾次）與衰老期間的認(rèn)知功能正相關(guān)。

這些研究提示，長(zhǎng)期來(lái)看鍛煉頻率似乎越多越好。不過(guò)，身體活動(dòng)頻率往往需要與特定身體活動(dòng)類型、特定身體活動(dòng)強(qiáng)度等聯(lián)系在一起，這樣才更具現(xiàn)實(shí)意義。因此，未來(lái)研究需要將鍛煉類型、鍛煉持續(xù)時(shí)間、鍛煉強(qiáng)度等結(jié)合在一起綜合考慮，進(jìn)而確定身體活動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的影響。

4 ?身體活動(dòng)總量與認(rèn)知效益的量效關(guān)系

除身體鍛煉強(qiáng)度、身體活動(dòng)持續(xù)時(shí)間、身體活動(dòng)頻率以外，身體活動(dòng)還可以根據(jù)參與時(shí)間、活動(dòng)強(qiáng)度、參與頻率來(lái)計(jì)算身體活動(dòng)的總量，進(jìn)而分析長(zhǎng)期身體鍛煉的劑量效應(yīng)。Xu等[38]通過(guò)橫向分析中國(guó)受試者身體活動(dòng)量與認(rèn)知功能之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)身體活動(dòng)總量（代謝當(dāng)量值METs）的五分位數(shù)與延遲文字回憶任務(wù)（delayed 10-word recall test，DWRT）評(píng)分之間存在顯著的劑量-反應(yīng)關(guān)系（P<0.01），運(yùn)動(dòng)量越大，認(rèn)知功能越好，并且在自評(píng)健康較差的參與者中，這種關(guān)聯(lián)更為明顯;與MET的第1個(gè)五分位數(shù)相比，第5個(gè)五分位數(shù)（最高M(jìn)ET）患者輕度認(rèn)知障礙的風(fēng)險(xiǎn)顯著降低28%。

Xu等[39]元分析發(fā)現(xiàn)，身體活動(dòng)與全因癡呆（ACD）、阿爾茨海默病（AD）之間存在劑量反應(yīng)趨勢(shì)，身體活動(dòng)與血管性癡呆（VD）之間沒(méi)有劑量效應(yīng)。在劑量-反應(yīng)分析中，ACD或AD與休閑時(shí)間的身體活動(dòng)（LTPA）呈線性關(guān)系。具體而言，每周每增加500千卡（或10 MET-h）的活動(dòng)量，ACD和AD的風(fēng)險(xiǎn)平均分別下降10%和13%。該研究提示身體活動(dòng)與癡呆之間存在一定的劑量-反應(yīng)關(guān)系，從預(yù)防癡呆的角度進(jìn)一步支持國(guó)際身體活動(dòng)指南。

Loprinzi等[40]對(duì)2 157名60～85歲的老年人進(jìn)行調(diào)查，并使用數(shù)字符號(hào)替換測(cè)試評(píng)估認(rèn)知功能。根據(jù)自評(píng)上一個(gè)月中度至劇烈身體活動(dòng)（MVPA）情況計(jì)算代謝當(dāng)量（MET-min-month=天數(shù)×持續(xù)時(shí)間×MET水平），并劃分為5個(gè)MVPA水平：<2 000、2 000～3 999、4 000～5 999、6 000～7 999和≥8 000MVPA。經(jīng)過(guò)加權(quán)多變量線性回歸發(fā)現(xiàn)身體活動(dòng)與認(rèn)知功能呈倒U型關(guān)系，參與6 000～7 999 MVPA的人具有最高的認(rèn)知功能評(píng)分。該研究提示進(jìn)行最佳的身體活動(dòng)量可以防止與衰老相關(guān)的認(rèn)知功能下降。

通過(guò)上述研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期而言鍛煉量越大越有利于認(rèn)知功能。但是，如果限定在一定的時(shí)限內(nèi)，似乎需要考慮過(guò)猶不及現(xiàn)象，這可能跟過(guò)度鍛煉導(dǎo)致休息不足、出現(xiàn)負(fù)面現(xiàn)象有關(guān)。因此，未來(lái)需要更多的縱向追蹤研究來(lái)界定身體鍛煉量與認(rèn)知功能之間的精確劑量效應(yīng)。

5 ?身體活動(dòng)類型與認(rèn)知效益的量效關(guān)系

關(guān)于身體活動(dòng)類型，可以根據(jù)參與項(xiàng)目的不同分為不同鍛煉類型，例如跑步，騎車等;可以根據(jù)耗氧方式不同，分為有氧鍛煉、無(wú)氧鍛煉等;根據(jù)鍛煉時(shí)人數(shù)不同，分為個(gè)人鍛煉與集體鍛煉;根據(jù)鍛煉環(huán)境不同，分為戶內(nèi)鍛煉和戶外鍛煉，戶內(nèi)鍛煉又可細(xì)分為健身房鍛煉、在家鍛煉等。

不同鍛煉類型對(duì)認(rèn)知功能的影響也不盡相同。翟芳等[41]發(fā)現(xiàn)籃球和跆搏比跑步更具認(rèn)知效益。趙中艷[42]發(fā)現(xiàn)在中等強(qiáng)度跳繩對(duì)小學(xué)生執(zhí)行功能的影響上，集體跳繩優(yōu)于個(gè)人組且優(yōu)于對(duì)照組。Curlik等[43]指出身心鍛煉的效益可能更好。心理和身體鍛煉都可以通過(guò)增加成熟大腦中功能性神經(jīng)元細(xì)胞的數(shù)量來(lái)改變這一過(guò)程，然而，這些增加發(fā)生的機(jī)制不一定相同。身體活動(dòng)，尤其是有氧運(yùn)動(dòng)大大增加了海馬結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生新神經(jīng)元的數(shù)量。相比之下，通過(guò)技能學(xué)習(xí)進(jìn)行的心理訓(xùn)練，特別是在訓(xùn)練目標(biāo)具有挑戰(zhàn)性時(shí)，可以增加新神經(jīng)元存活的數(shù)量?；诖耍ㄗh將心理訓(xùn)練和體育訓(xùn)練相結(jié)合，稱為MAP（mental and physical）訓(xùn)練，對(duì)于神經(jīng)元的招募和整體心理健康比單獨(dú)使用任何一種活動(dòng)更有益。

有個(gè)別研究比較有氧身體活動(dòng)與無(wú)氧身體活動(dòng)（阻力訓(xùn)練）之間的認(rèn)知效益差異，不過(guò)二者沒(méi)有差異。Johnson等[29]比較31名老年人在10和30 min中等強(qiáng)度有氧或阻力訓(xùn)練后即刻、30和60 min后使用Stroop測(cè)試認(rèn)知能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)認(rèn)知能力不受鍛煉方式的影響，參與者在身體活動(dòng)后即刻與身體活動(dòng)后30和60 min后其基線沒(méi)有差異，并在Stroop抑制任務(wù)的表現(xiàn)上均得到改善。Alves等[44]也發(fā)現(xiàn)，單次有氧鍛煉與阻力鍛煉對(duì)執(zhí)行功能的影響沒(méi)有差異。這提示需要結(jié)合心理效益角度對(duì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)行重新分類，這樣才能為促進(jìn)特定心理效益而制定更有價(jià)值的運(yùn)動(dòng)處方。

上述研究提示在圍繞認(rèn)知效益制定運(yùn)動(dòng)處方時(shí)，可能需要考慮運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的特性。例如需要認(rèn)知參與程度高的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目可能會(huì)對(duì)認(rèn)知功能產(chǎn)生更強(qiáng)的效應(yīng)。在藥物劑量效應(yīng)領(lǐng)域，研究者關(guān)注的問(wèn)題是效價(jià)強(qiáng)度，即用于作用性質(zhì)相同的藥物之間等效劑量的比較。如果達(dá)到等效時(shí)所需藥量較小，那么其效價(jià)強(qiáng)度較大，而所用藥量大者，其效價(jià)強(qiáng)度小。關(guān)于身體活動(dòng)的劑量效應(yīng)，是否也存在不同身體活動(dòng)項(xiàng)目的效價(jià)強(qiáng)度不同？如果存在，如何量化與界定不同身體活動(dòng)組合的效價(jià)，是未來(lái)研究需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題之一。

6 ?未來(lái)研究展望

上述從身體活動(dòng)強(qiáng)度、身體活動(dòng)時(shí)間、身體活動(dòng)頻率、身體活動(dòng)量以及身體活動(dòng)類型等梳理身體活動(dòng)與認(rèn)知效益之間的量效關(guān)系研究進(jìn)展。通過(guò)分析可知，在身體活動(dòng)強(qiáng)度和身體活動(dòng)時(shí)間方面已有研究取得系列進(jìn)展，為改善認(rèn)知功能的運(yùn)動(dòng)處方制定提供證據(jù);同時(shí)關(guān)于身體活動(dòng)頻率以及身體活動(dòng)類型的研究也有諸多啟示。不過(guò)，就提高與維持認(rèn)知功能而言，身體活動(dòng)劑量研究仍有很長(zhǎng)一段路要走，未來(lái)研究至少需要關(guān)注4個(gè)領(lǐng)域。

6.1 ?考慮身體活動(dòng)4個(gè)要素的整體設(shè)計(jì)

身體活動(dòng)通常用頻率、強(qiáng)度、時(shí)間和類型4個(gè)方面來(lái)進(jìn)行表征[45]。身體活動(dòng)的量是由頻率、強(qiáng)度、時(shí)間和類型等要素決定，各個(gè)要素之間存在制約關(guān)系，如強(qiáng)度大，頻率、時(shí)間等就會(huì)小;強(qiáng)度小，持續(xù)時(shí)間就可以更長(zhǎng)一些。身體活動(dòng)總是在一定時(shí)空條件下進(jìn)行的，因此必須完整考慮身體活動(dòng)中各個(gè)要素的作用，單獨(dú)考慮其中一個(gè)因素在實(shí)踐應(yīng)用中指導(dǎo)意義就會(huì)大打折扣。僅考慮強(qiáng)度而忽視頻率、持續(xù)時(shí)間等在現(xiàn)實(shí)生活中就失去了很多指導(dǎo)意義。因此，理想的劑量反應(yīng)研究應(yīng)該綜合考慮身體活動(dòng)的4個(gè)方面。

據(jù)此，建議未來(lái)研究除了在研究設(shè)計(jì)上通過(guò)固定其他因素來(lái)考慮單一因素的劑量反應(yīng)外，還應(yīng)該強(qiáng)調(diào)鍛煉要素的完整性。劉俊一[46]探討有氧鍛煉與大學(xué)生執(zhí)行功能關(guān)系劑量反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)性別在最佳運(yùn)動(dòng)劑量的選擇上有差異，相對(duì)于男大學(xué)生來(lái)講，中等強(qiáng)度、每周鍛煉3次、持續(xù)鍛煉12周對(duì)執(zhí)行功能的改善最為有效;相對(duì)女大學(xué)生來(lái)講，小強(qiáng)度、每周鍛煉5次、持續(xù)鍛煉12周則最為有效;16周仍具有積極效果，但是相比12周不再增加。類似這樣的研究是未來(lái)該領(lǐng)域需要進(jìn)一步加強(qiáng)的，這樣才能充分考慮完整運(yùn)動(dòng)處方的認(rèn)知效益所在，才能揭示身體活動(dòng)與認(rèn)知之間的真正劑量效應(yīng)關(guān)系。

6.2 ?考慮不同身體活動(dòng)項(xiàng)目的認(rèn)知效益

如前所述，以往研究大都表明中等強(qiáng)度身體活動(dòng)可以產(chǎn)生最佳心理效益，而忽略了具體的身體活動(dòng)形式。最近，美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)院強(qiáng)調(diào)在促進(jìn)健康的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮數(shù)量和質(zhì)量的必要性，而以往研究主要考察了定量特征，忽略了定性的運(yùn)動(dòng)特征，如運(yùn)動(dòng)類型或模式[47]。這樣在實(shí)踐中，就會(huì)導(dǎo)致大家片面追求中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，而不加區(qū)分具體的運(yùn)動(dòng)形式，這可能會(huì)導(dǎo)致身體活動(dòng)的實(shí)際心理效益受到影響。

Brümmer等[48]發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模式和強(qiáng)度不同，大腦皮層激活模式不同。Nokia等[49]發(fā)現(xiàn)，在跑輪上耐力跑的大鼠增加了神經(jīng)生成，但是跑輪上進(jìn)行高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練或少動(dòng)組大鼠則沒(méi)有增加神經(jīng)生成。這個(gè)研究提示并不是所有運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)大腦的影響都是一樣的。Lambourne等[50]也發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)模式對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)產(chǎn)生的影響不同，騎自行車組在運(yùn)動(dòng)期間和運(yùn)動(dòng)后認(rèn)知表現(xiàn)均提高，而跑步機(jī)組在運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)受損，運(yùn)動(dòng)后表現(xiàn)略有改善。這些研究提示不同身體活動(dòng)類型可能對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響不同。

不過(guò)，就耗氧方式不同來(lái)劃分似乎不能區(qū)分身體活動(dòng)類型的認(rèn)知效益差異[29，44]。這提示需要結(jié)合心理效益的角度對(duì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)行重新分類，這樣才能為提高認(rèn)知功能而制定更有價(jià)值的運(yùn)動(dòng)處方。例如，在單次運(yùn)動(dòng)研究中，一些研究認(rèn)為運(yùn)動(dòng)任務(wù)的協(xié)調(diào)和認(rèn)知復(fù)雜性有益認(rèn)知功能[51-52]。因此，有學(xué)者建議在身體活動(dòng)與認(rèn)知效益研究領(lǐng)域，考慮年齡和個(gè)人技能水平不同，可以通過(guò)控制任務(wù)協(xié)調(diào)和認(rèn)知需求的“劑量”來(lái)協(xié)調(diào)體育鍛煉任務(wù)也可以調(diào)節(jié)身體活動(dòng)對(duì)認(rèn)知的影響[4]。這也提示，除了要根據(jù)身體活動(dòng)的物理特征，如頻率、強(qiáng)度、時(shí)間等;也要考慮身體活動(dòng)的心理屬性，如需要認(rèn)知協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)（如球類），需要靜心的項(xiàng)目（如瑜伽、太極），以及社會(huì)屬性，如個(gè)體還是集體、有無(wú)音樂(lè)，等等。

6.3 ?考察不同人群身體活動(dòng)的認(rèn)知效益

已有的很多研究由于研究設(shè)計(jì)和研究實(shí)施的限制，只能選擇典型人群進(jìn)行干預(yù)。而不同人群身體活動(dòng)的心理效益所需要的最佳刺激是否相同，這需要未來(lái)研究進(jìn)行檢驗(yàn)。已有研究指出，年齡、性別和身體健康狀況是調(diào)節(jié)單次運(yùn)動(dòng)-認(rèn)知關(guān)系的相關(guān)個(gè)體變量[53]。例如，急性身體活動(dòng)對(duì)高體適能者的認(rèn)知影響是積極的，對(duì)中等體適能者的影響可以忽略，而對(duì)低體適能者可能是有害的[53]?？梢?jiàn)，急性身體鍛煉并不會(huì)給所有人帶來(lái)積極效益。身體活動(dòng)對(duì)一些特殊人群（如老年癡呆、唐氏綜合癥等）認(rèn)知效益影響的劑量不盡相同，其身體活動(dòng)與認(rèn)知效益的劑量關(guān)系曲線類型不同。這提示需要考慮不同人群的特征，選擇合適的干預(yù)項(xiàng)目或模式。

6.4 ?身體活動(dòng)認(rèn)知效益量效關(guān)系的解釋

從發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象到解釋機(jī)制，是科學(xué)研究不斷深入的重要標(biāo)志。關(guān)于身體活動(dòng)認(rèn)知效益的劑量關(guān)系研究逐漸有了一些結(jié)論，但是其內(nèi)在機(jī)制問(wèn)題仍然不明確。目前，已有一些研究嘗試探討不同劑量身體活動(dòng)與認(rèn)知效益之間關(guān)系的機(jī)制所在。

鍛煉認(rèn)知效益劑量關(guān)系的生理學(xué)解釋。一些生理學(xué)變量，如血乳酸、兒茶酚胺水平可能有助于解釋不同劑量運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知效益影響的生理生化機(jī)制。McMorris等[54]認(rèn)為高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)是有壓力的，導(dǎo)致前額皮質(zhì)內(nèi)多巴胺和去甲腎上腺素濃度過(guò)高，導(dǎo)致神經(jīng)元放電減少，從而損害高階認(rèn)知加工。相比之下，由于低強(qiáng)度或中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)引起的壓力適度增加有助于神經(jīng)元活動(dòng)，從而增強(qiáng)執(zhí)行功能。McMorris等[55]一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)增加運(yùn)動(dòng)劑量誘導(dǎo)的血漿兒茶酚胺濃度會(huì)對(duì)認(rèn)知產(chǎn)生直接影響（即兒茶酚胺假說(shuō)），這可以解釋運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與認(rèn)知表現(xiàn)之間的倒U型關(guān)系假設(shè)。另外，McMorris[56]還提出一種更復(fù)雜的神經(jīng)內(nèi)分泌學(xué)模型作為一個(gè)更合適的框架，以協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度劑量與認(rèn)知反應(yīng)關(guān)系研究結(jié)果的不一致。Piepmeier等[57]指出，在單次運(yùn)動(dòng)后可以觀察到認(rèn)知能力的改善。然而，支持這種效應(yīng)的生物學(xué)機(jī)制的證據(jù)仍然有限。來(lái)自嚙齒動(dòng)物和人類研究的結(jié)果表明，腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）是單次運(yùn)動(dòng)對(duì)記憶影響的潛在機(jī)制，遺憾的是研究結(jié)果并不一致。H?tting等[58]評(píng)估了單次體育鍛煉對(duì)年輕成年人記憶鞏固的影響及潛在神經(jīng)內(nèi)分泌機(jī)制，參與者在進(jìn)行30 min高強(qiáng)度或低強(qiáng)度之前或放松階段之前學(xué)習(xí)詞匯表，在干預(yù)后20 min以及24 h后評(píng)估詞匯的保留。在基線，學(xué)習(xí)后和干預(yù)后測(cè)量血清BDNF和唾液皮質(zhì)醇。與基線相比，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后BDNF和皮質(zhì)醇增加，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組較放松組在學(xué)習(xí)后24 h忘記更少的詞匯量。但是，記憶評(píng)分與BDNF和皮質(zhì)醇之間的關(guān)系并不穩(wěn)健，因此建議未來(lái)研究需要進(jìn)一步考慮其他參數(shù)來(lái)解釋身體活動(dòng)對(duì)記憶的影響。

鍛煉認(rèn)知效益劑量關(guān)系的心理學(xué)解釋，Audiffren等[59]和Baumeister[60]的自我控制力量模型，可解釋身體活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)執(zhí)行功能的影響，因?yàn)樵诟邚?qiáng)度運(yùn)動(dòng)期間的調(diào)節(jié)努力可能會(huì)耗盡一個(gè)人自我控制資源并影響執(zhí)行功能測(cè)試的表現(xiàn)。此外，一些腦電指標(biāo)，可以幫助解釋不同劑量運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生心理效益反應(yīng)的心理機(jī)制。未來(lái)研究需要借助這些手段來(lái)解釋劑量反應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制問(wèn)題。王瑩瑩等[19]發(fā)現(xiàn)單次有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效地促進(jìn)抑制能力，并且是有選擇性地提高難度較大任務(wù)的成績(jī)，單次有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與抑制能力呈倒U型曲線關(guān)系，其主要機(jī)制在于中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠更加合理地分配認(rèn)知資源（如N2和P3波幅更大）。Olson等[61]研究發(fā)現(xiàn)無(wú)論強(qiáng)度如何，運(yùn)動(dòng)時(shí)Flanker任務(wù)的準(zhǔn)確性受損但反應(yīng)時(shí)間更快，并且中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)反應(yīng)時(shí)更快，神經(jīng)電測(cè)量表明在運(yùn)動(dòng)期間N2和P3的振幅增加。蔣長(zhǎng)好等[62]研究發(fā)現(xiàn)20 min的中等強(qiáng)度有氧身體活動(dòng)對(duì)認(rèn)知控制和腦功能有著積極影響，這一影響通過(guò)提高抑制任務(wù)表現(xiàn)和增強(qiáng)大腦額葉腦區(qū)激活而實(shí)現(xiàn)。

除了借助腦電等儀器對(duì)身體活動(dòng)認(rèn)知效益的劑量反應(yīng)進(jìn)行研究，還應(yīng)該關(guān)注第三變量對(duì)身體活動(dòng)認(rèn)知效益劑量反應(yīng)的影響。已有很多研究證明了在身體活動(dòng)和認(rèn)知功能關(guān)系之間存在著中介變量[63-64]，這些中介變量是否可以有效解釋兩者之間的量效關(guān)系呢？目前尚未發(fā)現(xiàn)有對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行研究。如果這一問(wèn)題得以明確，對(duì)于運(yùn)動(dòng)處方制定及身體活動(dòng)劑量反應(yīng)研究等將會(huì)更有針對(duì)性。

綜上，未來(lái)研究既需要在行為上探討不同身體活動(dòng)劑量對(duì)認(rèn)知效益的影響差異，也要從生理生化、心理與大腦等角度解釋身體活動(dòng)認(rèn)知效益量效關(guān)系的機(jī)制所在，這樣才能為改善認(rèn)知功能而開(kāi)具更加科學(xué)化的運(yùn)動(dòng)處方。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊世杰，楊寶峰，顏光美，等. 藥理學(xué)[M]. 北京：人民衛(wèi)生出版社，2010.

[2] 李京誠(chéng). 鍛煉心理學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2017.

[3] 謝晚晴，連鳳梅，姬航宇，等. 中藥量效關(guān)系研究進(jìn)展[J]. 中醫(yī)雜志，2011（19）：1696-1699.

[4] PESCE C. Shifting the focus from quantitative to qualitative exercise characteristics in exercise and cognition research[J]. Journal of Sport and Exercise Psychology，2012，34（6）：766-786.

[5] 張連成，高淑青. 身體鍛煉對(duì)認(rèn)知老化的延遲作用：來(lái)自腦科學(xué)的證據(jù)[J]. 天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，29（4）：309-312.

[6] 張晏山，陳豐慈，宋岱芬，等. 急性健身運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行功能之劑量反應(yīng)關(guān)系[J]. 大專體育，2017，142（1）：35-44.

[7] HOWIE E K，SCHATZ J，PATE R R. Acute effects of classroom exercise breaks on executive function and math performance：A dose-response study[J]. Research Quarterly for Exercise & Sport，2015，86（3）：217.

[8] ETNIER J L. Physical activity programming to promote cognitive function[M]. Enhancing cognitive function and brain plasticity，Champaign： Human Kinetics，2009：159-175.

[9] CHANG Y K，ETNIER J L. Exploring the dose-response relationship between resistance exercise intensity and cognitive function[J]. Journal of Sport & Exercise Psychology，2009，31（5）：640-656.

[24] ZHU W，WADLEY V G，HOWARD V J，et al. Objectively measured physical activity and cognitive function in older adults[J]. Medicine and Science in Sports and Exercise，2017，49（1）：47.

[25] SANDERS L M J，HORTOBAGYI T，SCHERDER E J. Dose-response effects of exercise on cognition and physical function in patients with dementia[J]. Innovation in Aging，2018，2（S1）：575-575.

[26] CHANG Y K，CHU C H，WANG C C，et al. Dose-response relation between exercise duration and cognition[J]. Medicine & Science in Sports & Exercise，2015，47（1）：159-65.

[27] CHEN F T，ETNIER J，WU C H，et al. Dose-response relationship between exercise duration and executive function in older adults[J]. Journal of clinical medicine，2018，7（9）：279.

[28] 陳愛(ài)國(guó)，馮磊，朱麗娜，等. 不同持續(xù)時(shí)間的中等強(qiáng)度籃球運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童執(zhí)行功能的影響[J]. 首都體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，27（3）：223-227.

[29] JOHNSON L，ADDAMO P K，SELVA RAJ I，et al. An acute bout of exercise improves the cognitive performance of older adults[J]. Journal of aging and physical Activity，2016，24（4）：591-598.

[30] HOWIE E，BEETS M，PATE R. Acute classroom exercise breaks improve on-task behavior in 4th and 5th grade students：A dose-response[J]. Mental Health & Physical Activity，2014，7（2）：65-71.

[31] VIDONI E D，JOHNSON D K，MORRIS J K，et al. Dose-response of aerobic exercise on cognition：A community-based，pilot randomized controlled trial[J]. Plos One，2015，10（7）：e0131647.

[32] DASCAL J B，SANDERS L，F(xiàn)ILHO E，et al. Dose-response effects of years of self-reported physical activity on old females motor and cognitive function[J]. Brazilian Journal of Physical Therapy，2018：S1413355517305932-.

[33] FALCK R S，DAVIS J C，LIUAMBROSE T. What is the association between sedentary behaviour and cognitive function？ A systematic review[J]. British Journal of Sports Medicine，2016，51（10）：bjsports-2015-095551.

[34] BOOTH J N，LEARY S D，JOINSON C，et al. Associations between objectively measured physical activity and academic attainment in adolescents from a UK cohort[J]. British Journal of Sports Medicine，2014，48（3）：265-270.

[35] ZHU W，HOWARD V J，WADLEY V G，et al. Association between objectively measured physical activity and cognitive function in older adults-The reasons for geographic and racial differences in stroke study[J]. Journal of the American Geriatrics Society，2015，63（12）：2447-2454.

[36] LARSON E B，WANG L，BOWEN J D，et al. Exercise is associated with reduced risk for incident dementia among persons 65 years of age and older[J]. Annals of Internal Medicine，2006，144（2）：73-81.

[37] DE SOUTO BARRETO P，DELRIEU J，ANDRIEU S，et al. Physical activity and cognitive function in middle-aged and older adults：An analysis of 104，909 people from 20 countries[G]//Mayo Clinic Proceedings. Elsevier，2016，91（11）：1515-1524.

[38] XU L，JIANG C Q，TAI H L，et al. Dose-response relation between physical activity and cognitive function：Guangzhou biobank cohort study[J]. Annals of Epidemiology，2011，21（11）：857-863.

[39] XU W，WANG H F，WAN Y，et al. Leisure time physical activity and dementia risk：A dose-response meta-analysis of prospective studies[J]. British Medicine Journal，2017，7（10）：e014706.

[40] LOPRINZI P D，EDWARDS M K，CRUSH E，et al. Dose-response association between physical activity and cognitive function in a national sample of older adults[J]. American Journal of Health Promotion，2017，32（3）：089011711668973.

[41] 翟芳，童昭崗，顏軍，等. 不同強(qiáng)度、項(xiàng)目的身體鍛煉對(duì)男大學(xué)生心理健康認(rèn)知維度若干指標(biāo)影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，18（1）：49-50.

[42] 趙中艷. 不同類型跳繩對(duì)小學(xué)生執(zhí)行功能影響的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2014.

[43] CURLIK D M，SHORS T J. Training your brain： Do mental and physical （MAP） training enhance cognition through the process of neurogenesis in the hippocampus？[J]. Neuropharmacology，2013，64（1）：506-514.

[44] ALVES C R R，GUALANO B，TAKAO P P，et al. Effects of acute physical exercise on executive functions：A comparison between aerobic and strength exercise[J]. Journal of Sport and Exercise Psychology，2012，34（4）：539-549.

[45] RHODES R E，JANSSEN I，SSD B，et al. Physical activity：Health impact，prevalence，correlates and interventions[J]. Psychology & Health，2017，32（8）：942.

[46] 劉俊一. 有氧體育鍛煉與大學(xué)生執(zhí)行功能關(guān)系的“劑量效應(yīng)”[J]. 北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，40（1）：58-64.

[47] GARBER C E，BLISSMER B，DESCHENES M R，et al. Quantity and quality of exercise for developing and maintaining cardiorespiratory，musculoskeletal，and neuromotor fitness in apparently healthy adults：Guidance for prescribing exercise[J]. Medicine & Science in Sports & Exercise，2011，43（7）：1334-1359.

[48] BR?MMER V，SCHNEIDER S，VOGT T，et al. Coherence between brain cortical function and neurocognitive performance during changed gravity conditions [J]. Journal of Visualized Experiments Jove，2011（51）：e2670-e2670.

[49] NOKIA M S，LENSU S，AHTIAINEN J P，et al. Physical exercise increases adult hippocampal neurogenesis in male rats provided it is aerobic and sustained[J]. Journal of Physiology，2016，594（7）：1855.

[50] LAMBOURNE K，TOMPOROWSKI P. The effect of exercise-induced arousal on cognitive task performance：A meta-regression analysis[J]. Brain Research，2010，1341（6）：12-24.

[51] BUDDE H，VOELCKERREHAGE C，PIETRASSYKKENDZIORRA S，et al. Acute coordinative exercise improves attentional performance in adolescents[J]. Neuroscience Letters，2008，441（2）：219-223.

[52] PESCE C，CROVA C，CEREATTI L，et al. Physical activity and mental performance in preadolescents：Effects of acute exercise on free-recall memory[J]. Mental Health & Physical Activity，2009，2（1）：16-22.

[53] CHANG Y K，LABBAN J D，GAPIN J I，et al. The effects of acute exercise on cognitive performance：A meta-analysis[J]. Brain Research，2012，1453（1）：87-101.

[54] MCMORRIS T，TURNER A，HALE B J，et al. Beyond the catecholamines hypothesis for an acute exercise-cognition interaction：A neurochemical perspective [M].Exercise-cognition interaction：Neuroscience perspectives. San Diego：Elsevier Academic Press，2016：65-103.

[55] MCMORRIS T，COLLARD K，CORBETT J，et al. A test of the catecholamines hypothesis for an acute exercise-cognition interaction[J]. Pharmacology Biochemistry and Behavior，2008，89（1）：106-115.

[56] MCMORRIS T. Effect of acute exercise on cognitive control required during an Eriksen flanker task[J]. Journal of Sport & Exercise Psychology，2009，31（5）：628.

[57] PIEPMEIER A T，ETNIER J L. Brain-derived neurotrophic factor （BDNF） as a potential mechanism of the effects of acute exercise on cognitive performance[J]. Journal of Sport & Health Science，20154（1）：14-23.

[58] H?TTING K，SCHICKERT N，KAISER J，et al. The effects of acute physical exercise on memory，peripheral BDNF，and cortisol in young adults[J]. Neural Plasticity，2016（3）：1-12.

[59] AUDIFFREN M，ANDR? N. The strength model of self-control revisited：Linking acute and chronic effects of exercise on executive functions[J]. Journal of Sport & Health Science，2015，4（1）：30-46.

[60] BAUMEISTER R F，VOHS K D，TICE D M. The strength model of self-control[J]. Current Directions in Psychological Science，2007，16（6）：351-355.

[61] OLSON R L，CHANG Y K，BRUSH C J，et al. Neurophysiological and behavioral correlates of cognitive control during low and moderate intensity exercise [J]. Neuroimage，2016，131（1）：171-180.

[62] 蔣長(zhǎng)好，王志鵬. 短時(shí)有氧鍛煉對(duì)認(rèn)知控制功能影響的近紅外腦光譜研究[J]. 首都體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，28（4）：356-359.

[63] 高旭，柴嬌，孟宇. 身體鍛煉對(duì)中老年認(rèn)知功能的積極效應(yīng)：基于老化態(tài)度、一般自我效能中介模型檢驗(yàn)[J]. 沈陽(yáng)體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，34（3）：7-12.

[64] 張立敏，查圣祥. 體育鍛煉對(duì)老年人執(zhí)行功能的影響：多重中介模型的檢驗(yàn)[J]. 體育與科學(xué)，2017，38（4）：97-105.

[收稿日期：2019-07-03

基金項(xiàng)目：國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（17BTY118）。

作者簡(jiǎn)介：張連成（1981-），男，副教授，博士，研究方向：運(yùn)動(dòng)心理學(xué)。E-mail：zlc-hhht@163.com]