王宇， 賀剛， 黎東升， 馬愷悅， 王超

首都體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)與健康學(xué)院，北京市 100191

目的 系統(tǒng)分析身體活動(dòng)對(duì)兒童青少年執(zhí)行功能的干預(yù)效果，并對(duì)影響干預(yù)效果的因素進(jìn)行梳理。

方法 檢索2010年1月1日至2021年6月30日中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)、Google Scholar、Wiley Online Library、PubMed中對(duì)兒童青少年執(zhí)行功能進(jìn)行身體活動(dòng)干預(yù)的文獻(xiàn)，經(jīng)篩選、質(zhì)量評(píng)定后，進(jìn)行系統(tǒng)綜述。

結(jié)果 最終納入21篇文獻(xiàn)，來(lái)自11個(gè)國(guó)家，包含13項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，涉及2 496例研究對(duì)象，年齡5～18歲，文獻(xiàn)發(fā)表日期主要集中在2010年至2019年，物理治療證據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)量表平均分5.57分。身體活動(dòng)類型主要包括體能、技能和運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目三類，活動(dòng)強(qiáng)度為低至高強(qiáng)度，每次8～120 min，每周1～5次，時(shí)間最長(zhǎng)10個(gè)月。身體活動(dòng)可以有效改善執(zhí)行功能，主要改善抑制控制、工作記憶和認(rèn)知可塑性，體現(xiàn)在完成認(rèn)知任務(wù)的準(zhǔn)確率提高、反應(yīng)時(shí)縮短，雙側(cè)前額葉皮質(zhì)活動(dòng)增加等。影響干預(yù)效果的因素包括身體活動(dòng)類型、活動(dòng)組織形式、活動(dòng)強(qiáng)度、單次活動(dòng)持續(xù)時(shí)間、活動(dòng)頻率和周期、干預(yù)對(duì)象的選取、執(zhí)行功能指標(biāo)的選取等。

結(jié)論 身體活動(dòng)可以改善兒童青少年的抑制控制、工作記憶和認(rèn)知可塑性。影響干預(yù)效果的因素主要為身體活動(dòng)要素、研究對(duì)象自身因素以及試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素。

0 引言

執(zhí)行功能是指?jìng)€(gè)體對(duì)思想、情感和行為進(jìn)行有意識(shí)控制的心理過(guò)程，主要由抑制控制、工作記憶和認(rèn)知可塑性三個(gè)子功能組成，是一種大腦高級(jí)別的認(rèn)知過(guò)程[1]。執(zhí)行功能在人的工作和生活中扮演重要角色[2]。兒童的執(zhí)行功能不僅與學(xué)習(xí)能力、語(yǔ)言能力的發(fā)展密切相關(guān)，還能夠一定程度預(yù)測(cè)后期學(xué)業(yè)表現(xiàn)[3]。

近年來(lái)我國(guó)兒童青少年身體活動(dòng)現(xiàn)狀并不樂(lè)觀，久坐時(shí)間與身體活動(dòng)時(shí)間比例不均衡可能是導(dǎo)致兒童青少年身體活動(dòng)不足的主要原因之一[4]。一般認(rèn)為，身體活動(dòng)占用學(xué)習(xí)時(shí)間，可能引起學(xué)習(xí)成績(jī)下降。但隨著相關(guān)研究的開(kāi)展，身體活動(dòng)對(duì)兒童青少年執(zhí)行功能的積極影響逐漸得到證實(shí)[5-6]。科學(xué)、合理的身體活動(dòng)，可改善兒童青少年執(zhí)行功能，使兒童青少年在體教融合過(guò)程中更多受益[7-8]。

本研究基于世界衛(wèi)生組織國(guó)際家族分類(World Health Organization Family of International Classifications, WHO-FICs)架構(gòu)，分析身體活動(dòng)對(duì)兒童青少年執(zhí)行功能的干預(yù)效果，并對(duì)影響干預(yù)效果的因素進(jìn)行梳理。

1 資料與方法

1.1 研究架構(gòu)

本研究基于《國(guó)際功能、殘疾和健康分類(兒童和青少年版)》(International Classification of Functioning, Disability and Health-Children and Youth Ⅴersion,ICF-CY)[9]和文獻(xiàn)資料[10-11]，對(duì)兒童青少年身體活動(dòng)相關(guān)干預(yù)策略和功能結(jié)局進(jìn)行分類與編碼，從干預(yù)方案設(shè)計(jì)、研究對(duì)象選取、試驗(yàn)設(shè)計(jì)角度分析執(zhí)行功能干預(yù)效果。ICF將執(zhí)行功能定義為特別依賴大腦額葉的高水平認(rèn)知功能(b164)，包括復(fù)雜的目標(biāo)定向行為，如決策、抽象思維、安排和執(zhí)行計(jì)劃、心理可塑性以及在什么環(huán)境下決定哪些行為是適當(dāng)?shù)?。包括：觀念的抽象和組織功能；時(shí)間管理、洞察力和判斷力；概念形成、類化和認(rèn)知可塑性(靈活性)；不包括：b144記憶功能、b160思維功能、b168語(yǔ)言精神功能、b172計(jì)算功能。本綜述的PICO表見(jiàn)表1。

表1 納入研究的PICO

1.2 文獻(xiàn)檢索策略

本研究遵循PRISMA聲明[12]，運(yùn)用Boolean邏輯運(yùn)算法對(duì)下列檢索詞進(jìn)行組合，檢索中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方數(shù) 據(jù) 庫(kù) 、 Google Scholar、 Wiley Online Library、PubMed中對(duì)兒童青少年執(zhí)行功能進(jìn)行身體活動(dòng)干預(yù)的文獻(xiàn)。時(shí)間范圍：2010年1月1日至2021年6月30日。

中文檢索式：(身體活動(dòng) OR 體力活動(dòng) OR 運(yùn)動(dòng)OR 活動(dòng) OR 鍛煉) AND (兒童 OR青少年 OR 少年OR 青年 OR 學(xué)齡兒童 OR 少兒 OR 學(xué)生 OR 青春期OR 男孩 OR女孩) AND (認(rèn)知 OR 執(zhí)行 OR 工作記憶OR 抑制控制 OR 認(rèn)知靈活性 OR 功能 OR 表現(xiàn))

英文檢索式：(physical activity OR exercise OR activity OR sports OR plays) AND (child OR children OR youth OR adolescents OR students OR primary school OR secondary school OR high school OR boys OR girls OR school age OR teenagers) AND (cognitive OR executive OR execution OR working memory OR inhibitory control OR cognitive flexibility OR function OR performance)

1.3 文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①研究對(duì)象年齡5～18歲；②干預(yù)措施為身體活動(dòng)；③結(jié)果變量包含執(zhí)行功能；④中、英文文獻(xiàn)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①橫斷面研究；②研究對(duì)象為特殊人群，如專業(yè)運(yùn)動(dòng)員、殘疾人或有慢性病患者；③會(huì)議論文及摘要、學(xué)位論文以及綜述類文獻(xiàn)。

1.4 文獻(xiàn)篩選與數(shù)據(jù)提取

研究人員通過(guò)閱讀標(biāo)題及摘要進(jìn)行初篩，然后閱讀全文，最后根據(jù)已檢索到的參考文獻(xiàn)，進(jìn)行文獻(xiàn)的追溯。提取納入文獻(xiàn)關(guān)鍵信息：第一作者、發(fā)文時(shí)間、研究對(duì)象基本信息、測(cè)量工具及測(cè)量指標(biāo)、干預(yù)設(shè)計(jì)要素等。文獻(xiàn)篩選流程見(jiàn)圖1。

圖1 文獻(xiàn)篩選流程圖

1.5 文獻(xiàn)質(zhì)量評(píng)價(jià)

由兩名研究人員使用2010版物理治療證據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)(Physiotherapy Evidence Database, PEDro)量表獨(dú)立對(duì)每篇文獻(xiàn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)[13]，出現(xiàn)分歧時(shí)，由第三名研究人員評(píng)估并達(dá)成共識(shí)。質(zhì)量評(píng)價(jià)共11項(xiàng)內(nèi)容，后10項(xiàng)符合標(biāo)準(zhǔn)計(jì)1分，不符合標(biāo)準(zhǔn)或不確定計(jì)0分，總分9～10分為高質(zhì)量，6～8分質(zhì)量較好，4～5分質(zhì)量中等，＜ 4分質(zhì)量差。

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)特征

最終納入21篇文獻(xiàn)[14-34]，來(lái)自11個(gè)國(guó)家，發(fā)表日期主要集中在2010年至2019年，研究設(shè)計(jì)主要包括13項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(randomized controlled trial, RCT)、2項(xiàng)病例對(duì)照研究(case-control study, CCS)和6項(xiàng)對(duì)照研究(controlled study, CS)，涉及2 496例研究對(duì)象。文獻(xiàn)的基本特征見(jiàn)表2。

表2 納入文獻(xiàn)基本特征

續(xù)表

續(xù)表

2.2 文獻(xiàn)質(zhì)量

所有文獻(xiàn)PEDro量表評(píng)分5～7分，平均5.57分。其中6～8分11篇，4～5分10篇，研究質(zhì)量中等或較好。

2.3 研究方案

影響兒童青少年執(zhí)行功能干預(yù)效果的因素包括活動(dòng)類型、活動(dòng)強(qiáng)度、單次活動(dòng)持續(xù)時(shí)間、活動(dòng)頻率及周期、研究對(duì)象以及執(zhí)行功能指標(biāo)的選取。

本研究中，身體活動(dòng)類型包括體能、技能和運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目3類，具體包括有氧體育課程、協(xié)調(diào)性訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)技能練習(xí)、跆拳道、籃球、足球、網(wǎng)球、跳繩、高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練、功率自行車、課堂站立、跑步和課間體育活動(dòng)。活動(dòng)強(qiáng)度以中等強(qiáng)度為主，2項(xiàng)研究選擇了較高強(qiáng)度活動(dòng)；單次活動(dòng)8～120 min，每周1～5次，持續(xù)1～10個(gè)月，5項(xiàng)研究選擇了單次干預(yù)。干預(yù)環(huán)境多為學(xué)校體育館、操場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)館或其他運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地。

研究對(duì)象年齡5～18歲，包括超重兒童197例，學(xué)習(xí)困難兒童45例和留守兒童21例。

在結(jié)局指標(biāo)方面，6項(xiàng)研究選用執(zhí)行功能的3個(gè)子成分，4項(xiàng)研究選用2個(gè)子成分，10項(xiàng)研究選用1個(gè)子成分，1項(xiàng)研究選用成套認(rèn)知范式整體評(píng)價(jià)執(zhí)行功能。

2.4 效果

身體活動(dòng)對(duì)兒童青少年抑制控制、工作記憶和認(rèn)知可塑性方面有改善作用，體現(xiàn)在完成執(zhí)行相應(yīng)認(rèn)知任務(wù)的準(zhǔn)確率提高，反應(yīng)時(shí)縮短，相應(yīng)大腦區(qū)域(如雙側(cè)前額葉皮質(zhì))激活增加等。

抑制控制是個(gè)體過(guò)濾無(wú)關(guān)信息、抑制自身習(xí)慣性反應(yīng)的能力。針對(duì)抑制控制的研究較多。Crova等[17]發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)體育課程相比，運(yùn)動(dòng)技能結(jié)合網(wǎng)球練習(xí)可以增強(qiáng)兒童的抑制控制能力。

工作記憶是個(gè)體對(duì)信息進(jìn)行暫時(shí)加工、貯存的容量有限的記憶系統(tǒng)，與兒童青少年的智力、閱讀、推理和解決問(wèn)題能力息息相關(guān)。Koutsandreou等[21]分別對(duì)兒童進(jìn)行跑步、運(yùn)動(dòng)技能練習(xí)和不干預(yù)，發(fā)現(xiàn)只有運(yùn)動(dòng)技能練習(xí)改善兒童的工作記憶。

認(rèn)知可塑性是個(gè)體根據(jù)任務(wù)變化的需要靈活調(diào)整工作記憶、注意和反應(yīng)選擇的能力。相比抑制控制和工作記憶，身體活動(dòng)改善認(rèn)知可塑性的難度較大。陳愛(ài)國(guó)等[27]發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)足球運(yùn)動(dòng)相比，結(jié)合了游戲和比賽等形式的足球運(yùn)動(dòng)才能額外改善兒童青少年的認(rèn)知可塑性。

3 討論

3.1 身體活動(dòng)干預(yù)執(zhí)行功能的機(jī)制

身體活動(dòng)可以通過(guò)增加神經(jīng)遞質(zhì)含量，對(duì)大腦產(chǎn)生一系列積極效應(yīng)，如改善腦血流、促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞再生，提高突觸可塑性等[35]。身體活動(dòng)促進(jìn)小鼠海馬體神經(jīng)生長(zhǎng)，突觸可塑性增強(qiáng)，脊神經(jīng)密度、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)蛋白水平和空間記憶能力提高[36-37]。其中，腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子以及胰島素樣生長(zhǎng)因子-1起著重要作用。有氧運(yùn)動(dòng)能調(diào)節(jié)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子[38]。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子引起細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而擴(kuò)展神經(jīng)結(jié)構(gòu)，如樹(shù)突棘和軸突等[39]；血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，促使新血管形成[40]；胰島素樣生長(zhǎng)因子-1可以促使血流環(huán)境優(yōu)化[8]?？棺枇\(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)組織蛋白酶B和鳶尾素穿過(guò)血腦屏障，改善神經(jīng)發(fā)生，達(dá)到強(qiáng)化認(rèn)知的效益[41]。某些身體活動(dòng)的產(chǎn)物，如乳酸，也可能影響腦功能[42]。

海馬結(jié)構(gòu)是執(zhí)行功能必不可少的大腦區(qū)域，具有高度可塑性[43]。身體活動(dòng)可使海馬體積和血管結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[38]，從而影響記憶和空間導(dǎo)向[8]。Chaddock等[44]通過(guò)MRI發(fā)現(xiàn)，最大攝氧量較高的兒童，海馬體積更大。

前額葉、頂葉、前扣帶回、皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)都參與執(zhí)行功能。身體活動(dòng)通過(guò)相關(guān)腦區(qū)的激活模式和功能連接影響執(zhí)行功能[45]，如增加雙側(cè)前額葉皮質(zhì)活動(dòng)、減少雙側(cè)后頂葉皮質(zhì)活動(dòng)[6]，增強(qiáng)大腦整體神經(jīng)回路的效率[8,46]等。

3.2 不同身體活動(dòng)方案的效果

不同類型身體活動(dòng)的干預(yù)效果和干預(yù)機(jī)制存在差異。Mehta等[47]研究顯示，用課堂站立行為替代久坐對(duì)兒童青少年抑制控制和認(rèn)知可塑性的提高有利，可能與站立行為提高機(jī)體能量消耗，或改變周圍環(huán)境，減少注意力分散有關(guān)；李琳等[48]研究顯示，抗阻運(yùn)動(dòng)不僅可以有效改善女性青少年的抑制控制，還能一定程度優(yōu)化工作記憶，但有氧運(yùn)動(dòng)只對(duì)工作記憶有效，可能由于肌肉收縮改變腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、白細(xì)胞介素-6等細(xì)胞因子或乳酸[42]含量，通過(guò)影響大腦新陳代謝誘導(dǎo)執(zhí)行功能變化[49]，而有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)工作記憶的積極效應(yīng)可能是通過(guò)改變海馬結(jié)構(gòu)的體積實(shí)現(xiàn)[44]。

相較單一活動(dòng)，形式豐富的活動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能的干預(yù)效果可能更佳。如足球運(yùn)動(dòng)，如果融合技、戰(zhàn)術(shù)練習(xí)，演練和比賽形式，對(duì)兒童抑制控制和工作記憶皆有改善；而常規(guī)足球教學(xué)只改善兒童的抑制控制[19]。

運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)干預(yù)效果存在影響。只有達(dá)到中等強(qiáng)度的活動(dòng)，干預(yù)效果才顯著[18,23,26,31]，與前人的結(jié)論相似[50]。在認(rèn)知強(qiáng)度方面，具有高認(rèn)知參與度的活動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能更為有效[51]。但由于當(dāng)前研究普遍缺乏對(duì)于認(rèn)知功能參與程度的測(cè)量，不同認(rèn)知強(qiáng)度活動(dòng)的干預(yù)效果差異還不明確。

活動(dòng)的干預(yù)效果存在顯著量效關(guān)系。長(zhǎng)時(shí)間身體活動(dòng)對(duì)執(zhí)行功能，尤其是工作記憶的促進(jìn)效果要好于短時(shí)活動(dòng)[18]。高頻、長(zhǎng)期干預(yù)的效果優(yōu)于短期，但其變化規(guī)律還不明確。

3.3 其他影響干預(yù)效果的因素

研究對(duì)象的年齡會(huì)影響干預(yù)效果。身體活動(dòng)對(duì)平均4.4歲的學(xué)齡前兒童基本無(wú)效[52]；對(duì)5～6歲兒童的抑制控制和認(rèn)知可塑性逐漸起效[19,28]；而對(duì)5歲以上兒童青少年，年齡的影響顯著降低。

不同基礎(chǔ)認(rèn)知水平也會(huì)影響干預(yù)效果。潘家禮等[22]發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)對(duì)學(xué)習(xí)困難小學(xué)生執(zhí)行功能的干預(yù)效果優(yōu)于普通小學(xué)生；王瑞萌等[28]發(fā)現(xiàn)，跆拳道練習(xí)對(duì)抑制控制水平較低的兒童效果更為顯著。與Erickson等[53]的結(jié)果一致。

測(cè)量多個(gè)子成分或?qū)?zhí)行功能進(jìn)行整體研究的有效性高于其他研究。由于認(rèn)知可塑性是建立在工作記憶和抑制控制基礎(chǔ)上的衍生概念，所以有學(xué)者只測(cè)量抑制控制和工作記憶兩個(gè)方面，盡管子功能之間可能存在共性因子，但在測(cè)量時(shí)還應(yīng)盡量保證全面。

日常生活中的一些因素，如睡眠、噪音、家庭教養(yǎng)方式、飲食習(xí)慣、營(yíng)養(yǎng)、個(gè)體情緒或壓力激素等，均可能影響執(zhí)行功能，然而針對(duì)上述可能影響因素的協(xié)變量控制卻較少提及。未來(lái)應(yīng)該盡量控制此類干擾因素。

4 結(jié)論

身體活動(dòng)可以改善兒童青少年的抑制控制、工作記憶和認(rèn)知可塑性，主要體現(xiàn)在其完成認(rèn)知任務(wù)的反應(yīng)時(shí)縮短、準(zhǔn)確率增加以及執(zhí)行功能相關(guān)大腦區(qū)域的活動(dòng)增加等方面。影響干預(yù)效果的因素主要為身體活動(dòng)要素、研究對(duì)象自身因素以及試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。