摘 要：研究表明，急性運動對抑制控制有積極的影響，但由于受運動參數(shù)（如運動強度和方式等）及人群特征等因素的影響，抑制控制改善的最佳鍛煉方案仍有待進一步探討。為探究不同強度的間歇性運動對青少年抑制控制的即時和延遲效應(yīng)，采用隨機分組的方法，將6個班94名參與者分成20分鐘的中等強度間歇性運動組（MIE）、高強度間歇性運動組（HIE）和對照組（CON），其中MIE運動與恢復(fù)間歇的比例為30 s：30 s，HIE運動與恢復(fù)間歇的比例為60 s：30 s。在運動前、運動后即時以及停止運動后30、60分鐘對抑制控制（Stroop任務(wù)）進行測試。結(jié)果顯示：在Stroop任務(wù)的反應(yīng)時表現(xiàn)上，時間和組的交互作用顯著F（12，172）=3.80，P=0.015，ηP2=0.06。事后分析發(fā)現(xiàn)，僅在MIE中，反應(yīng)時從干預(yù)前到干預(yù)后即刻、30分鐘顯著降低，在60 min后也適度降低。結(jié)論：在操場上進行的中等強度的間歇性運動促進青少年抑制控制的改善，且至少可以保持60 min。因此，中等強度的間歇性運動可能是改善青少年抑制控制的一種有前途的鍛煉干預(yù)方式。

關(guān)鍵詞：青少年;抑制控制;間歇性運動

中圖分類號：G804.2? 文獻標識碼：A? 文章編號：1009-9840（2021）04-0056-06

Immediate and delayed effects of intermittent exercise of varying intensity on inhibitory control in adolescents

ZHANG Yueyan

（Physical Education Group， Experimental School Affiliated to Qufu Normal University， Rizhao 276827， Shandong， China）

Abstract：Studies have shown that acute exercise has positive effects on inhibitory control. However， due to the influence of exercise parameters （such as intensity and mode of exercise， etc.） and population characteristics， the optimal exercise program to improve inhibitory control remains to be further explored. In order to explore the immediate and delayed effects of intermittent exercise of different intensity on adolescent inhibitory control， 94 participants from 6 classes were randomly divided into 20 minutes of moderate intensity intermittent exercise group （MIE）， HIE and CON. The ratio between MIE motion and recovery interval is 30 s ： 30 s， and HIE motion and recovery interval is 60 s：30 s. Inhibition control （Stroop task） was tested before and immediately after exercise and 30 and 60 minutes after cessation of exercise. The results showed that the interaction between time and group was significant F（12，172）=3.80，P=0.015， ηP2=0.06 in the performance of Stroop task. Postmortem analysis found that in MIE alone， response time was significantly reduced from pre-intervention to immediately after intervention， at 30 min， and moderately decreased at 60 min. Conclusions： Moderate-intensity interval exercise on the playground improved inhibitory control in adolescents for at least 60 minutes. Therefore， moderate intensity interval exercise may be a promising exercise intervention for improving inhibitory control in adolescents.

Key words： adolescents; suppression control; intermittent motion

收稿日期：2021-03-05

作者簡介：張月艷（1979- ），女，一級教師，研究方向體育教學(xué)。

越來越多的證據(jù)表明，急性運動可以提高認知功能[1-2]，尤其是認知控制[3-5]。認知控制（cognitive control）又稱為執(zhí)行功能（executive functioning， EF），與前額葉皮層（PFC）[6]有關(guān)的，一種自上而下、目標導(dǎo)向的高級認知過程[7]，包含三個核心成分抑制控制（inhibitory control）、工作記憶（working memory）以及認知靈活性（cognitive flexibility）[8]。在過去的十年里，研究急性運動對認知控制影響的研究數(shù)量呈指數(shù)增長，這在很大程度上是專注于抑制控制方面的研究結(jié)果[9]。Drollette、Shishido、Pontifex和Hillman發(fā)現(xiàn)青春期前兒童在進行中等強度步行后，沒有觀察到對工作記憶（Spatial n-back任務(wù)）的影響，但觀察到抑制控制（Flanker任務(wù)）的表現(xiàn)有所改善[10]。Lambrick、Stoner、Grigg和Faulkner以青春前兒童為研究對象，發(fā)現(xiàn)不管急性間歇運動還是持續(xù)運動，都可以改善兒童的抑制控制（Stroop任務(wù)），而且這種效應(yīng)可以持續(xù)到運動停止后的30 min[11]。Maleki、Bahram、Rajabi和Farrokhi發(fā)現(xiàn)，高強度運動后，Stroop任務(wù)的表現(xiàn)在運動期間和運動后即刻下降，而在低強度、中等強度或高強度運動后15 min，所有參與者的Stroop表現(xiàn)都有所提高[12]。抑制控制又稱抑制功能，是認知控制的核心成分，是指當個體完成某一任務(wù)時，用于抑制與當前任務(wù)無關(guān)刺激的一種能力，即抑制無關(guān)干擾能力、抑制新形成的優(yōu)勢反應(yīng)能力以及抑制習(xí)慣性優(yōu)勢反應(yīng)能力[13]。抑制控制與青少年的課堂學(xué)習(xí)參與行為[14]和學(xué)業(yè)成績[15]有關(guān)。雖然關(guān)于急性運動對抑制控制的改善已得到橫斷研究[16]、縱向研究[17]以及元分析[18]的支持，但由于受到運動參數(shù)（如運動強度和方式等）及人群特征等因素的影響，抑制控制改善的最佳鍛煉方案仍有待進一步探討。

根據(jù)倒U假說[19]，中等強度運動對認知控制將產(chǎn)生最大的益處[20-21]，低強度和高強度運動都會導(dǎo)致認知任務(wù)表現(xiàn)不佳[22-23]。因此，以往急性運動改善認知的研究大多采用以中等強度持續(xù)運動（moderate intensity continuous exercise， MICE）為主的有氧鍛煉方式[24]，且對認知控制有小[25]到中等[26]效果量的改善。但有研究發(fā)現(xiàn)，在急性鍛煉干預(yù)認知的過程中，鍛煉強度的線性增加并不意味著認知功能的下降[27]。Peruyero、Zapata、Pastor和Cervelló探究三種不同強度（無運動、以低強度為主、以劇烈運動為主）的體育活動（以尊巴舞為基礎(chǔ)）對青少年抑制反應(yīng)的影響（Stroop任務(wù)）。結(jié)果表明，以劇烈運動為主的運動是增強認知抑制控制的最強刺激，這就意味著運動的認知效果可以通過運動強度來進行調(diào)節(jié)[28]。同樣Castelli、Hillman、Hirsch、Hirsch和Drollette在7至9歲的男孩和女孩中也發(fā)現(xiàn)，高強度的活動可能比中等強度的活動對注意力和執(zhí)行功能（Stroop任務(wù)）帶來更多的好處[29]。來自實證研究的證據(jù)進一步表明，高強度間歇運動（high-intensity interval exercise， HIIE）在抑制控制方面比中等強度持續(xù)運動更有益處[30-31]。Kao、Westfall、Soneson、Gurd和Hillman比較了年輕人9 minHIIE和20 minMICE對抑制控制（Flanker任務(wù)）的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HIIE和MICE后都能改善改善抑制控制，但HIIE的改善可以持續(xù)更長的時間[30]。此外，這一觀點得到了運動生理學(xué)研究的支持。據(jù)報道，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）血清濃度隨運動強度的增加呈線性升高[32]，BDNF被認為是運動誘導(dǎo)認知改善的中介因子[33-34]。

除了不同強度鍛煉方式的影響外，在一次身體活動的后對認知影響的時程效應(yīng)也可能取決于運動劑量的特征（例如，運動強度）。因此，急性運動對認知的影響的時程效應(yīng)可能受到運動強度和認知測試時間的交互影響。例如，在相對低到中等強度的身體活動結(jié)束后，認知能力的改善可能會在運動后立即顯現(xiàn)出來，而在高強度身體活動之后，認知能力的增強可能在運動后延遲一段時間才會顯現(xiàn)出來。事實上，與這一論斷相一致的是，在Chang等的一項包括幾個認知領(lǐng)域的元分析中，發(fā)現(xiàn)了運動強度和測試時間的交互作用，表明低到中等強度運動后的即時效應(yīng)，以及次強度到高強度運動后的延遲效應(yīng)[25]。Maleki、Bahram、Rajabi和Farrokhi發(fā)現(xiàn)，高強度運動后，Stroop的表現(xiàn)在運動期間和運動后立即下降，而在低強度、中等強度或高強度運動后15 min，所有參與者的Stroop表現(xiàn)都有所提高[35]。Tsukamoto等以年輕人為對象，采用4 min高強度自行車和3 min間歇的HIIE方案，結(jié)果顯示，與基線相比，MICE和HIIE后都改善了Stroop任務(wù)表現(xiàn)，但HIIE對抑制控制的改善比MICE持續(xù)更長的時間，達到了30 min[31]。Lambrick、Stoner、Grigg和Faulkner比較了15 minMICE和HIIE對兒童抑制控制（Stroop任務(wù)）的影響，結(jié)果與Tsukamoto的發(fā)現(xiàn)相同，HIIE和MICE后都能改善改善抑制控制，但HIIE的改善可以持續(xù)更長的時間[11]。這表明，在改善抑制控制方面，HIIE可能是一種與MICE相當甚至更優(yōu)的鍛煉方式，尤其是在運動后的延遲階段。

有證據(jù)表明，青少年的活動模式更加分散，很少有持續(xù)的中等強度或高強度的劇烈活動[36]。具體來說，95%的青少年的身體活動持續(xù)時間小于15 s[37]，活動模式通常是高強度和間歇性的，青少年更有可能容忍間歇性的運動模式[38]，這種模式包括低到中等強度的運動，中間穿插較短的高強度運動，特別是在學(xué)校課間休息期間[39-40]。除了高強度間歇運動對青少年的生態(tài)有效性外，它也是一種有吸引力的運動模式，因為它具有高時效性，可以納入基于游戲的活動[41]，從而提高了對運動項目的享受和堅持[38]。因此，根據(jù)青少年的運動特點，間歇性運動在誘導(dǎo)認知改善方面可能是一種更有前途的鍛煉方式[42-43]。

考慮到對體育運動后更長時間跨度的研究較少，對不同強度的急性間歇性運動后的認知效應(yīng)了解有限，因此，本研究基于青少年高強度、間歇性的運動特點，采用Stroop任務(wù)，旨在探討中、高強度的間歇性運動對青少年抑制控制的即時和延遲效應(yīng)?；谥暗膍eta分析[25]，我們假設(shè)：（1）MIE和HIE兩種鍛煉方式都會改善青少年的抑制控制;（2）與MIE相比，HIE會產(chǎn)生相當甚至更優(yōu)的效果，尤其是在鍛煉后的延遲階段。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

從山東省日照市某中學(xué)招募了6個班的105名12～15歲的男性青少年，采用隨機分組的方法，將所有參與者被分配到急性中等強度間歇性運動組（MIE）、急性高強度間歇性運動組（HIE）及不活動的控制組（CON）。所有參與者都是右利手，視力或矯正視力正常，無神經(jīng)等特殊疾病，能夠參加一定強度的鍛煉干預(yù)。本研究獲得了兒童和其父母/監(jiān)護人的同意。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過CNKI、EBSCO、Web of Science、百鏈云等數(shù)據(jù)庫進行相關(guān)文獻檢索，為本文的撰寫提供理論依據(jù)。

1.2.2 實驗法

1.2.2.1 實驗設(shè)計

采用2鍛煉方式（HIE、HIE、CON）×4 認知測試時間（運動前、運動后即時、運動后延遲30 min、60 min）混合實驗設(shè)計，鍛煉方式為組間變量，認知測試時間為組內(nèi)變量，因變量是Stroop任務(wù)的反應(yīng)時和正確率。

1.2.2.2 實驗程序

被試第一次來實驗室采集年齡、身高、體重、BMI（人體成分測量儀，GAIA KIKO，韓國）等人口統(tǒng)計學(xué)變量的統(tǒng)計，熟悉鍛煉方式并進行Stroop任務(wù)練習(xí)。一周后3組被試分別完成相應(yīng)的鍛煉干預(yù)，并分別在運動前、運動后即時、運動后延遲30 min、60 min完成Stroop任務(wù)測試。在運動期間，被試佩戴芬蘭Polar（跑步系列）的RS400心率遙測儀來監(jiān)測心率。

鍛煉方式：

MIE和HIE的間歇性訓(xùn)練由兩位經(jīng)驗豐富的教練指導(dǎo)，以循環(huán)訓(xùn)練的形式操場上進行，包括10 m折返跑、跳繩、交叉跳躍、運球跑等。間歇性運動的強度是通過操縱運動和恢復(fù)時間的比例來確定的[44]。MIE運動和恢復(fù)時間的比例30 s：30 s，HIE運動和恢復(fù)時間的比例60 s：30 s，整個運動過程共20 min，包括4 min的熱身和16 min的間歇性運動。CON組觀看了一段與他們年齡相符的中性視頻。

認知測試（Stroop任務(wù)）：

Stroop任務(wù)已被廣泛用于評估急性運動對抑制控制的影響[36，40]。被試利用電腦完成了Stroop任務(wù)（E-prime編制），其中4個字（藍、黃、綠、紅）隨機地連續(xù)出現(xiàn)在電腦屏幕上，每個字呈現(xiàn)的顏色要么與其語義信息一致，要么不一致（即，“紅”分別用紅色或其他顏色寫）（具體流程見圖1）。要求被試盡快識別每個字的顏色并迅速而準確地做出按鍵反應(yīng)（紅“D”、黃“F”、綠“J”、藍“K”），記錄完成測試的反應(yīng)時和正確率。整個 Stroop 任務(wù)包括練習(xí)實驗和正式實驗兩部分。練習(xí)實驗為 24 個trial，正式實驗為96個trail。練習(xí)實驗有正誤的反饋信息，正式實驗無反饋信息。正式實驗共分為2個block，每個block包含48個trail，每兩個block之間有30 s的間歇。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法

首先，將采集到的實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel中進行預(yù)處理，剔除3個標準差以外的反應(yīng)時數(shù)據(jù)和正確率<50%的數(shù)據(jù)。然后，釆用SPSS22.0進行處理描述性統(tǒng)計和重復(fù)測量方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 人口統(tǒng)計學(xué)變量分析

經(jīng)過篩選，有11名參與者不合格。其余94名參與者的人口統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)如表1所示。除了心率，其他變量沒有群體差異F（2，91）≤2.53，P≥0.91，ηp2≤0.05。在運動中，HIE組的平均心率和最大心率高于MIE組t（61）≥2.23，P≤0.027。此外，與HIE和MIE相比，CON顯示較低的平均和最大心率t（58）≥13.46，P≤0.001。

2.2 Stroop任務(wù)表現(xiàn)

對行為數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析顯示，在任務(wù)表現(xiàn)上，一致性的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（2，90） = 63.73，P≤0.001，ηp2=0.59，與不一致試次相比，一致性試次的反應(yīng)時間更短，準確性更高。此外，認知測試時間的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（6，86） = 5.37，P≤0.001，ηp2 = 0.30。鍛煉方式和認知測試時間交互作用顯著，F(xiàn)（12，172） = 1.99，P≤0.028，ηp2=0.12。進一步用單變量ANOVAs顯示，對于反應(yīng)時，鍛煉方式和認知測試時間的交互作用顯著（見圖2），F(xiàn)（12，172） = 3.80，P = 0.015，ηp2= 0.06。對每一鍛煉方式組的交互作用進行分析發(fā)現(xiàn)，只有在MIE中，反應(yīng)時從運動前到運動后即時t（33） = 6.21，P= 0.005，以及運動停止后30 mint（33） = 3.95，P= 0.005和60 mint（33）=3.33，P = 0.018存在積極效應(yīng)，相比之下，在HIE或CON中沒有發(fā)現(xiàn)這種積極效應(yīng)。對于正確率，鍛煉方式的主效應(yīng)、測試時間的主效應(yīng)及二者的交互作用均不顯著（見圖3）。

3 討 論

本研究的主要發(fā)現(xiàn)是，與HIE和CON相比，只有MIE參與者在運動后Stroop任務(wù)中的表現(xiàn)有顯著提高。這些積極的效應(yīng)在所有測量時間點上都持續(xù)存在，即使在運動停止后60 min仍然可以觀察到反應(yīng)時的適度降低，這說明MIE鍛煉方案對青少年抑制控制的改善至少可以持續(xù)60 min。相比之下，正確率沒有隨時間的推移而發(fā)生群體特異性的變化，因此，MIE反應(yīng)時的更大改善不可能是由于反應(yīng)時和正確率競爭的結(jié)果。還應(yīng)該指出的是，所有鍛煉方式組初始評估的準確率都很高，因此天花板效應(yīng)可能阻止了正確率的進一步提高。

在反應(yīng)時方面，MIE的改善持續(xù)了一段時間，這在以往的間歇性或持續(xù)性運動研究中也有報道[45-46]。然而，在HIE鍛煉方案中并沒有引起行為表現(xiàn)的改善，這一結(jié)果與本研究的假設(shè)及以往實證研究相矛盾。以往研究表明，對于年輕人來說，高強度間歇性運動比中等強度的持續(xù)運動更有利于抑制控制，尤其是在鍛煉后的延遲階段[30-31]。本研究結(jié)果與以往研究之間的差異可能是由于運動與恢復(fù)間歇的比例、實驗環(huán)境因素（實驗室與操場）和研究人群特征（年輕人與青少年），尤其是研究人群特征，60 s：30 s的高強度間歇的比例設(shè)置，對于青少年人群來說，可能已經(jīng)超出他們的承受范圍。

常用來解釋急性運動改善抑制控制的機制是喚醒水平的提高[31，45]。在這方面，前額葉功能低下（RAH）模型提出了兩步級聯(lián)的方法。雖然中等強度的運動被認為能夠激活促進信息處理的喚醒機制，但進一步增加強度可能會由于資源限制，導(dǎo)致前額葉皮層依賴的執(zhí)行功能的脫離，如抑制控制[46]。但本研究只發(fā)現(xiàn)MIE可以很好地改善青少年的抑制控制，且可以持續(xù)60 min，而在HIE中卻沒有發(fā)現(xiàn)積極效應(yīng)，究其原因，雖然MIE和HIE都是高強度間歇性運動，但由于運動與恢復(fù)間歇比例的差異，導(dǎo)致MIE的整個過程可能正好處于中等強度的水平，誘發(fā)出的喚醒水平正好可以促進抑制控制的改善，而HIE可能超出了青少年的承受能力，導(dǎo)致誘發(fā)的喚醒水平已經(jīng)超過最佳的喚醒水平。由于本研究并沒有在實驗過程中對參與者的心率變異性（HRV）進行檢測，MIE的益處的喚醒機制仍不清楚，后續(xù)的研究可以進一步在實驗中檢測HRV指標，根據(jù)HRV中LF/HF比率的變化探究急性運動改善抑制控制的喚醒機制[47]。

除了喚醒機制外，急性運動后的認知益處被解釋為預(yù)先進行體育活動的神經(jīng)生理反應(yīng)的結(jié)果[48-50]。研究發(fā)現(xiàn)在健康的成年人和青少年中，發(fā)現(xiàn)在中等強度的鍛煉后，注意力資源的分配增加了[30，51]。此外，前額葉皮層的氧合增加與運動誘發(fā)的抑制控制增強有關(guān)[41，52]，需要注意的是，這種效應(yīng)只有在低到中等強度的運動后才會觀察到。相反，在高強度運動中，前額皮質(zhì)氧合[53]和全腦血流[54]減少。因此，更多的資源分配和腦氧合可能有助于MIE的即時和延遲效應(yīng)，而HIE引起消極的腦血管反應(yīng)沒有引起抑制控制的變化。

還需要注意的是，有人假設(shè)在實驗中顯示的急性耐力鍛煉的有益認知效益是預(yù)期驅(qū)動的安慰劑效應(yīng)的結(jié)果，而不是對運動的生理反應(yīng)[55-56]。預(yù)期驅(qū)動的安慰劑效應(yīng)在急性運動改善認知的研究中起著重要作用，且不同的運動強度會激發(fā)不同的認知效應(yīng)預(yù)期[57]。有研究發(fā)現(xiàn)，對高強度鍛煉干預(yù)的消極預(yù)期可能會降低鍛煉干預(yù)的實際效果[58]。與MIE和CON相比，對HIE的消極預(yù)期也可能是導(dǎo)致HIE沒有導(dǎo)致認知改善的原因。

綜上所述由于上述原因，對運動強度和認知效應(yīng)之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系還需要謹慎的解釋。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

（1）20分鐘MIE可以改善青少年的抑制控制，且這些效應(yīng)在運動停止后至少可以持續(xù)60 min，這說明在操場上進行的30 s：30 s的MIE是促進青少年抑制控制改善的一種有前途鍛煉干預(yù)方式。

（2）相對于MIE，沒有發(fā)現(xiàn)HIE對青少年抑制控制的改善。

4.2 不足與建議

由于某些局限性，本研究結(jié)果還需謹慎解釋。

（1）盡管元分析的結(jié)果并沒有表明男性青少年在急性鍛煉后的認知能力的改善比女性青少年更高[10]，但由于本研究只招募的男性青少年，因此，觀察到的益處不能推廣到女性青少年。

（2）評估持續(xù)的效應(yīng)達到60 min，考慮到在此時間點仍觀察到相對于前測而言抑制控制反應(yīng)時方面的改善，MIE積極效應(yīng)的總持續(xù)時間仍有待定論。

（3）由于鍛煉干預(yù)在操場上進行，從操場到實驗室，還需要經(jīng)過上樓梯環(huán)節(jié)，耽擱了3 min左右的時間，這可能會對實驗結(jié)果造成一定的影響，在后續(xù)研究中應(yīng)進一步加強無關(guān)因素的控制。

（4）雖然本研究發(fā)現(xiàn)MIE對青少年抑制控制的改善，但本研究沒有對抑制控制改善的潛在機制進行探討，未來研究值得進一步探討。

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