摘要：體育運(yùn)動(dòng)可以有效預(yù)防和延緩老年人的各種慢性病，促進(jìn)老年心理健康，延緩衰老，減少醫(yī)療保健費(fèi)用，緩解和降低老齡化引起的相關(guān)社會(huì)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外不少專家開(kāi)展了老年人體育促進(jìn)健康相關(guān)方面的研究。從老年人體育健康促進(jìn)相關(guān)的實(shí)證研究、老年人體育健康促進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在老年人體育促進(jìn)健康方面的應(yīng)用等方面系統(tǒng)地綜述了相關(guān)研究進(jìn)展?；谌斯ぶ悄?，探索了老年人體育健康促進(jìn)的首個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。最后，對(duì)未來(lái)相關(guān)研究進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：老年人體適能；體育促進(jìn)健康；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

基金項(xiàng)目：教育部人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目青年基金項(xiàng)目，《基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的老年人體育健康促進(jìn)模型研究》，編號(hào)：20YJC890027。

一、引言

國(guó)務(wù)院《關(guān)于深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革的意見(jiàn)》明確，應(yīng)對(duì)我國(guó)老年人健康問(wèn)題的關(guān)鍵在于預(yù)防。大量研究表明，體育運(yùn)動(dòng)能夠降低或預(yù)防多種慢性病的風(fēng)險(xiǎn)，改善老年人的健康[1]。本文研究了練習(xí)導(dǎo)引術(shù)八段錦對(duì)老年人健康體適能的影響，并借助人工智能方法定量地將鍛煉八段錦與老年人體適能聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)建了老年人體育健康促進(jìn)模型。該模型可以擴(kuò)充老年人體適能的數(shù)據(jù)影響因素范圍，方便根據(jù)該模型科學(xué)提出老年人運(yùn)動(dòng)處方和體育干預(yù)措施，從而科學(xué)指導(dǎo)老年人體育鍛煉。

二、老年人體育健康促進(jìn)研究進(jìn)展

圍繞體育運(yùn)動(dòng)對(duì)老年人體適能影響這一關(guān)鍵詞，文獻(xiàn)檢索和分析得知，國(guó)內(nèi)外關(guān)于老年人體育健康促進(jìn)的研究方法相似，大多選擇不同區(qū)域、年齡段、性別和不同數(shù)量的老年人開(kāi)展不同的體育項(xiàng)目，包括鍛煉內(nèi)容、鍛煉形式、鍛煉時(shí)間、鍛煉地點(diǎn)等[2]，再研究這些體育項(xiàng)目對(duì)老年人的不同健康方面的影響。所選擇的體育項(xiàng)目大多以太極拳、太極柔力球、八段錦、健身操等節(jié)奏較慢的為主。此外，直到2020年，國(guó)家國(guó)民體質(zhì)監(jiān)測(cè)中心才將老年人群監(jiān)測(cè)年齡上限由69歲提升到79歲，并增加了70-79歲這一年齡段人群的體質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)60-79歲老年人群，采用了2分鐘原地高抬腿、握力、坐位體前屈、30秒坐站、閉眼單腳站立、選擇反應(yīng)以及BMI、體脂率、肺活量等9個(gè)指標(biāo)。但是，關(guān)于70歲及以上老年人的體適能數(shù)據(jù)，仍然比較缺乏[3]。

（一）太極拳

太極拳運(yùn)動(dòng)可以極大改善老年人的健康體適能，提高老年人的生活質(zhì)量，為老年人科學(xué)健身提供指導(dǎo)和參考依據(jù)。參加太極拳練習(xí)的老年女性的體適能都明顯好于不參加太極拳的對(duì)照組，特別在平衡、心肺適能、下肢肌力等指標(biāo)上尤為顯著。

（二）太極柔力球

太極柔力球結(jié)合了太極拳的柔和動(dòng)作與球類運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性，既能改善身體平衡能力、靈活性，又能增強(qiáng)上肢力量，對(duì)提升老年人的整體健康水平具有積極作用。其健身負(fù)荷和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度可以根據(jù)個(gè)人自身情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，且無(wú)身體對(duì)抗，特別適合老年人長(zhǎng)期參與。

（三）門球

門球運(yùn)動(dòng)也是一種非常適合老年人的體育活動(dòng)。長(zhǎng)期堅(jiān)持門球訓(xùn)練對(duì)老年人的身體健康有多方面的積極影響，能夠促進(jìn)身體成分、呼吸功能、上肢力量、柔韌性、軀體平衡能力以及反應(yīng)能力等的改善。

（四）八段錦氣功

作為傳統(tǒng)的中國(guó)健身方法，近年來(lái)的研究也證實(shí)八段錦氣功對(duì)老年人的健康有著積極影響。長(zhǎng)期練習(xí)八段錦對(duì)生活質(zhì)量、睡眠質(zhì)量、平衡、握力、軀干靈活性、收縮、舒張血壓和靜息心率等有益。但八段錦氣功對(duì)腿部力量、心肺耐力和肺功能（如：肺活量）等的影響需要進(jìn)一步研究證實(shí)，特別需要考慮長(zhǎng)期隨訪來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證其效果。發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期有規(guī)律地練習(xí)八段錦氣功，身體形態(tài)、運(yùn)動(dòng)素質(zhì)、心血管功能、免疫機(jī)能、血脂水平、性激素水平、自由基清除能力以及心理健康水平等都得到了明顯改善。

（五）廣場(chǎng)舞

廣場(chǎng)舞作為一種既有趣又有效的鍛煉方式，也可以改善老年人的健康狀況。廣場(chǎng)舞鍛煉人群的肺活量指數(shù)、血壓、身體質(zhì)量指數(shù)、腰臀比、坐位體前屈（柔韌）等指標(biāo)均有明顯改善。但隨著年齡增長(zhǎng)，骨密度、血壓等指標(biāo)反而變差，而廣場(chǎng)舞對(duì)其他指標(biāo)無(wú)明顯影響。

（六）健身操

健身操是一種有氧體育活動(dòng)，包括一系列有節(jié)奏的動(dòng)作，可以結(jié)合不同的舞蹈元素、體操動(dòng)作和音樂(lè)，適合各個(gè)年齡段的人群參與，老年人長(zhǎng)期鍛煉可以改善其身體健康、柔韌性、力量、心肺功能等。

三、老年人體育健康促進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)

了解我國(guó)老年人總體的健康狀況，如：體適能、生理指標(biāo)、慢性疾病、運(yùn)動(dòng)習(xí)慣和運(yùn)動(dòng)計(jì)劃等信息，進(jìn)而建立我國(guó)的老年人體育健康促進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)，有利于更好地為科學(xué)健身提供指導(dǎo)和依據(jù)，助力臨床診斷和治療。自2000年起，國(guó)家體育總局開(kāi)啟了一項(xiàng)重要的體育健康監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：每五年在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展一次國(guó)民體質(zhì)監(jiān)測(cè)活動(dòng)，為國(guó)家科學(xué)制定群眾體育發(fā)展政策、增強(qiáng)國(guó)民體質(zhì)具體措施提供了重要依據(jù)。2020年，盡管面臨疫情防控的挑戰(zhàn)，第五次國(guó)民體質(zhì)監(jiān)測(cè)仍成功完成。本次監(jiān)測(cè)首次將監(jiān)測(cè)年齡上限由原來(lái)的69歲提高到79歲，順應(yīng)了我國(guó)人口年齡結(jié)構(gòu)的變化。此外，本次監(jiān)測(cè)首次包含了心理健康的測(cè)量，為研究體育鍛煉與心理健康的關(guān)系提供了寶貴的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。再次，本次監(jiān)測(cè)采用了現(xiàn)代化的電子數(shù)據(jù)采集方法，取代了傳統(tǒng)的人工錄入和紙質(zhì)文檔提交方式。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的邏輯篩查、自動(dòng)定位以及實(shí)時(shí)上傳，這不僅提升了數(shù)據(jù)采集效率，而且通過(guò)強(qiáng)化質(zhì)量控制，確保了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和客觀性，為后續(xù)的體育健身指導(dǎo)服務(wù)提供了更為準(zhǔn)確和全面的信息支持。

四、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的老年人體育健康促進(jìn)模型

（一）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

作為一種模擬人腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)能力。近年來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在體育、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如：運(yùn)動(dòng)員技術(shù)分析、運(yùn)動(dòng)康復(fù)等。圖1給出了一個(gè)典型的前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖，它包含一個(gè)輸入層、若干隱藏層、一個(gè)輸出層，每個(gè)層由若干神經(jīng)元組成，這些神經(jīng)元相互連接形成網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)元的輸入和輸出通過(guò)激活函數(shù)實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)元、隱藏層的組合產(chǎn)生了不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原則上可以通過(guò)學(xué)習(xí)和調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)逼近任何未知的復(fù)雜高維函數(shù)，從而被廣泛用于預(yù)測(cè)、分類或擬合等任務(wù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，神經(jīng)元數(shù)目越多，其擬合和預(yù)測(cè)速度越慢。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于不太復(fù)雜的數(shù)據(jù)場(chǎng)景，兩個(gè)隱藏層即共四層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以精準(zhǔn)高效完成擬合和預(yù)測(cè)任務(wù)。

下面將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于建立老年人體育健康促進(jìn)模型。類似的，老年人體育健康促進(jìn)模型包括輸入層、隱藏層和輸出層。輸入層包括老年人的基本信息、健康狀況、體育活動(dòng)偏好等。隱藏層可以凝練輸入層數(shù)據(jù)的特征，并將其進(jìn)行非線性變換。本文選擇所有隱藏層的激活函數(shù)均為雙曲正切函數(shù)。隱藏層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)需要根據(jù)輸入層數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)整隱藏層的層數(shù)、每層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)、激活函數(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，可以改善模型的泛化能力和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。輸出層輸出值就是老年人的健康體適能指標(biāo)，即擬合的目標(biāo)值?；诜蔷€性擬合算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)“學(xué)習(xí)”不斷調(diào)整模型參數(shù)（即圖1中的參數(shù)w和b），直至模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際值之間的誤差達(dá)到極小值。這樣就得到了一個(gè)最優(yōu)的老年人體育健康促進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

（二）老年人體育健康促進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

老年人的健康水平可以通過(guò)科學(xué)的體育鍛煉得到提升，亦即，相應(yīng)的老年人體適能指標(biāo)也必然受體育鍛煉的影響，包括體育鍛煉項(xiàng)目、鍛煉強(qiáng)度、鍛煉頻率等。除此之外，老年人體適能還與老年人的年齡、性別、身高、體重或BMI指數(shù)，及其健康狀況如慢性病史等密切相關(guān)。因此，原則上，老年人的體適能指標(biāo)以及相應(yīng)的健康水平都可以由老年人的基本信息、健康狀況、體育鍛煉項(xiàng)目、鍛煉頻率、鍛煉強(qiáng)度、慢性病史等決定。

經(jīng)過(guò)篩選，本文在重慶市某區(qū)選取了符合受試條件的60-85歲老年人共計(jì)183人。老年人基本信息如年齡、性別、身高、體重或BMI指數(shù)等可以直接測(cè)量、詢問(wèn)得到。本文所選擇體育鍛煉項(xiàng)目為導(dǎo)引術(shù)八段錦這一中國(guó)傳統(tǒng)導(dǎo)引術(shù)，鍛煉頻率為一周一次，共計(jì)鍛煉1-2月即4-8周，鍛煉強(qiáng)度選擇每次0.5—1小時(shí)。由于各種原因，最后僅有22名60-75歲老年人完成了1—2個(gè)月科學(xué)地鍛煉導(dǎo)引術(shù)八段錦。剩余的161名老年人均沒(méi)有參加導(dǎo)引術(shù)八段錦鍛煉，即鍛煉時(shí)間數(shù)據(jù)為0。輸入層控制可以將參加、不參加體育項(xiàng)目鍛煉的情況都包括進(jìn)來(lái)。總之，本文的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層即圖1中的{ai}分別為：老年人基本信息如性別、身高、體重、年齡等；健康狀況如慢性病史等；體育活動(dòng)偏好如鍛煉項(xiàng)目、鍛煉頻率、鍛煉強(qiáng)度等。如果選擇鍛煉其他體育項(xiàng)目，則相應(yīng)地可以將鍛煉項(xiàng)目更改為其它描述符來(lái)表示。本文限于人力、物力等原因，僅選擇了導(dǎo)引術(shù)八段錦作為鍛煉項(xiàng)目，因此可以不用在輸入層中考慮這一變量?？傊?，原則上，本文提出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型適用于任何體育項(xiàng)目類型的健康促進(jìn)研究。

輸出層為老年人的健康體適能指標(biāo)。本文選取容易測(cè)得的老年人體適能指標(biāo)，共有6項(xiàng)，分別是：30秒手臂彎舉測(cè)試、30秒坐站測(cè)試、椅式坐位體前屈、2分鐘踏步測(cè)試、8英尺起立行走測(cè)試、背抓測(cè)試等。項(xiàng)目開(kāi)始前，先測(cè)定183名老年人的各項(xiàng)體適能指標(biāo)。在完成導(dǎo)引術(shù)八段錦科學(xué)訓(xùn)練之后，再次測(cè)定完成定期鍛煉的22名老年人的體適能指標(biāo)。類似地，搜集該22名老年人鍛煉八段錦前后的體適能數(shù)據(jù)，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，就可以得到鍛煉八段錦后的老年人體適能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

注意，在進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合前，所有的數(shù)據(jù)都需要預(yù)處理，包括對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去除異常值和缺失值等預(yù)處理操作，確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。然后再利用預(yù)處理后的數(shù)據(jù)對(duì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的老年人體育健康促進(jìn)模型進(jìn)行訓(xùn)練和驗(yàn)證。通過(guò)調(diào)整隱藏層層數(shù)、每層神經(jīng)元個(gè)數(shù)、結(jié)構(gòu)等，優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，選取最優(yōu)模型。最后將最優(yōu)模型應(yīng)用于老年體適能指標(biāo)的預(yù)測(cè)和驗(yàn)證，極大減少需要收集的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的身心健康水平，評(píng)估模型的效果。

五、結(jié)論與展望

老年人參加體育運(yùn)動(dòng)獲得的益處不可估量，包括預(yù)防和延緩各種慢性病，促進(jìn)心理健康，延緩衰老，減少相關(guān)醫(yī)療保健費(fèi)用，可以有效緩解和降低老齡化引起的相關(guān)社會(huì)問(wèn)題。本文通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，著重分析了老年人體育健康促進(jìn)相關(guān)的實(shí)證研究、老年人體育健康促進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在老年人體育健康方面的應(yīng)用等的方法和研究進(jìn)展。進(jìn)一步地，本文在重慶市某區(qū)篩選了183名60-85歲老年人，測(cè)得了他們的健康體適能指標(biāo)。其中22名老年人在專業(yè)體育教師的帶領(lǐng)下，堅(jiān)持完成了4-8周的導(dǎo)引術(shù)八段錦練習(xí)，再次測(cè)定了他們的健康體適能指標(biāo)?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)，將這些寶貴數(shù)據(jù)用于構(gòu)建老年人體育健康的促進(jìn)模型，其中輸入層包括：老年人基本信息如年齡、性別、身高、體重等，健康狀況如慢性病史等，體育活動(dòng)偏好如鍛煉項(xiàng)目、鍛煉頻率、鍛煉強(qiáng)度等。輸出層則為六項(xiàng)容易測(cè)得的老年人體適能指標(biāo)。

鑒于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)秀學(xué)習(xí)能力和泛化能力，相信未來(lái)人工智能相關(guān)方法會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用于老年人體育健康促進(jìn)領(lǐng)域，為老年人提供更加科學(xué)、個(gè)性化的體育活動(dòng)方案，為重大老年疾病防控決策提供科學(xué)依據(jù)，提高相關(guān)政策制定的精確性和有效性。

為了更有效地促進(jìn)人工智能在老年人體育健康促進(jìn)這一領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，建議未來(lái)應(yīng)該在以下方面開(kāi)展相關(guān)研究：

老年人體育健康促進(jìn)領(lǐng)域中的相關(guān)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)亟待統(tǒng)一?？梢钥吹?，以往相關(guān)研究大多為描述性研究，還缺乏統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的定量化研究。另外如何描述定量化描述老年人所選擇的體育項(xiàng)目，以及如何定量統(tǒng)一地評(píng)估不同研究中使用的不同體適能指標(biāo)參數(shù)，也都嚴(yán)重阻礙了人工智能在老年人體育健康促進(jìn)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

如何發(fā)展相應(yīng)的儀器和測(cè)試手段，方便快速地獲得大量寬范圍的老年人體育健康數(shù)據(jù)，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。各種各樣的智能穿戴設(shè)備如智能手表、手環(huán)、服飾或者智能織物，極大方便了運(yùn)動(dòng)健康數(shù)據(jù)的提取和檢測(cè)，但針對(duì)老年人的運(yùn)動(dòng)健康相關(guān)的專門儀器、設(shè)備以及標(biāo)準(zhǔn)，還比較缺乏。

“數(shù)字化”體育還任重道遠(yuǎn)。為了體現(xiàn)不同體育鍛煉項(xiàng)目、鍛煉頻率、鍛煉強(qiáng)度的不同，需要設(shè)計(jì)人工智能需要的體育鍛煉項(xiàng)目、頻率和強(qiáng)度等的數(shù)字化描述符。即體育需要數(shù)字化和規(guī)范化地表示，否則無(wú)法直接與人工智能相結(jié)合使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭春梅.健身行為對(duì)患有慢性病老年人健康相關(guān)生命質(zhì)量的影響研究.博士，山東大學(xué)，2016.

[2]李文川.上海市老年人體育生活方式研究[D].博士，上海體育學(xué)院，2011.

[3]王紅雨；張林，70歲以上高齡老年人健康體適能特征及增齡變化研究[J].中國(guó)體育科技2015，51，121-126.