身體鍛煉延緩基本心理能力老化的心理機制：認知加工資源中介模型

高淑青，毛志雄，張連成

●成果報告Original Articles

身體鍛煉延緩基本心理能力老化的心理機制：認知加工資源中介模型

高淑青1，3，毛志雄2，張連成3

基本心理能力是中老年人進行日常活動的基礎。基本心理能力的老化，不僅給個體的身心健康帶來影響，也給整個社會帶來沉重的負擔，因此，如何延緩基本心理能力的老化成為全社會關注的熱點問題之一。身體鍛煉對于延緩中老年人認知老化具有重要作用，但其內在機制，尤其是心理機制仍不明確。采用信息加工測驗系統，對190位中老年參與者進行測試，探討身體鍛煉對中老年人基本心理能力的積極作用及其心理機制，即構建認知加工資源中介模型。結果表明：（1）身體鍛煉對基本心理能力老化具有延緩作用；（2）身體鍛煉既可以直接促進中老年人的基本心理能力，也可以通過感覺功能、加工速度和加工容量3種認知加工資源的層級中介作用來改善中老年人的基本心理能力；（3）身體鍛煉延緩基本心理能力老化的心理機制支持了認知加工資源理論。這提示，針對中老年人基本心理能力老化的干預可以同時考慮從認知加工資源訓練著手。

身體鍛煉；基本心理能力；認知老化；心理機制；認知加工資源

有關成年期認知發展的研究主要集中于基本認知能力和日常認知能力2大領域，其中前者是后者的基礎與核心[1]。因此，對老年期基本心理能力老化機制的研究一直是認知老化領域的研究熱點之一[2]，也是有效干預認知老化的前提和基礎。20世紀初，研究者發現，存在一些相互獨立的智力成分[3]，被稱為基本心理能力（primary mental abilities）。SCHAIE在著名的西雅圖追蹤研究中，在THURSTONE工作的基礎上提出了5種具有代表性的基本心理能力，即數字能力、歸納推理能力、空間定向能力、詞語流暢能力和語義理解能力[4]。根據文獻查閱，尚未見身體鍛煉延緩基本心理能力老化的系統研究，根據基本心理能力老化的特征及其機制，采取一些干預措施以延緩老化進程，具有重要的理論和現實意義。

身體鍛煉對于延緩中老年人認知老化具有重要作用，但其內在機制，尤其是心理機制仍不明確。對于中老年人認知功能為什么會隨著年齡增長而出現普遍衰退，近30年來，認知老化心理學領域先后提出了5種理論來解釋認知老化的機制，即加工速度理論、工作記憶理論、抑制衰退理論、感覺功能理論和執行衰退理論。前4種機制中的加工速度、工作記憶、抑制功能以及感覺功能被看作是信息加工資源的指標，即個體在完成認知任務時可以運用的心理加工能力或心理能量的大小[5]，所以把這些理論統稱為加工資源理論。加工資源理論重在強調認知老化的普遍性機理，即一般性因素對認知老化的普遍影響[6]。而執行衰退假說強調了大腦某一認知結構（如執行功能）對認知老化的特殊影響，而非對認知老化的普適性解釋。以往研究表明，加工資源在老化中起到重要的作用，感覺功能起到更基礎性作用，通過加工速度和加工容量來延緩基本心理能力的老化；加工速度通過加工容量對基本心理能力的老化起作用；加工容量直接與基本心理能力產生聯系[5，7-8]。那么，身體鍛煉對基本心理能力老化的延緩作用是否也是通過這4種信息加工資源實現的呢？如果答案是肯定或部分肯定的，那么，幾種加工資源的層級關系是怎樣的？綜上，本研究將探討身體鍛煉延緩中老年人基本心理能力老化的心理機制，以期在理論上豐富身體鍛煉認知效益的研究，并為實踐中對中老年人認知老化的干預提供指導。

本研究假設：（1）身體鍛煉對基本心理能力老化具有延緩作用，表現在身體鍛煉可以直接延緩基本心理能力老化，也可以通過4種加工資源的中介作用來延緩基本心理能力的老化；（2）感覺功能是幾種中介變量中更為基礎性的共因變量；（3）加工速度和抑制功能均通過加工容量對基本心理能力產生作用，加工容量是最終與基本心理能力發生直接作用的中介變量。

1 研究對象與方法

1.1 研究參與者

來自天津市天塔合唱團、天津市奧林匹克體育中心和天津市天塔街社區的中老年參與者190人（男42人，女148人）自愿參與本研究，鍛煉者96人，非鍛煉者93人，1人鍛煉情況記錄缺失。參與者的年齡在55～77歲之間，平均年齡（62.18±6.36）歲，參與者的視力或矯正視力正常，身體基本健康，受教育程度均為初中及以上，均已婚。

1.2 研究工具

（1）基本心理能力測驗，包括數字運算能力、歸納推理能力、空間定向能力、語義理解能力和詞匯流暢能力5項測試。前3項測試使用北京師范大學發展心理研究所編制的信息加工測驗系統，后2項測試采用王大華[5]使用的測驗材料。5項測試的指標如下：數字運算能力選用加減運算作為此項能力的指標；歸納推理能力選用圖形推理測驗作為指標；空間定向能力選用經典的心理旋轉測驗作為指標；語義理解能力采用解詞測驗作為指標；詞匯流暢能力使用范疇舉例測驗作為指標。

（2）認知加工資源測試，包括加工速度、加工容量、抑制功能和感覺功能4項測試。前3項測試使用北京師范大學發展心理研究所編制的信息加工測驗系統，具體內容為如下。加工速度測試包括數字比較和圖形比較2項測驗，要求參與者對屏幕中央出現的數字串或圖形進行又快又準的比較和判斷，并按鍵反應。加工容量測試包括數字工作記憶和空間工作記憶2項測驗，數字工作記憶測驗要求參與者心算并記憶每組算術題的結果，待一組題目計算完畢后，請參與者按順序回憶出這組題目的結果，回憶結束后，進入下一組計算并記憶；空間工作記憶測驗要求參與者判斷屏幕中央2個網格中“*”的位置是否一致，并記憶左邊網格中“*”的位置，判斷后進行回憶。抑制功能測試采用色詞啟動測驗（Stroop）測查，試驗材料反應時與控制材料反應時之差為Stroop效應值，效應值越大，抑制能力越差。感覺功能測試包括視覺功能和聽覺功能2項測試，視覺功能采用“E”型國際標準視力表，分別測查參與者左右2眼的矯正視敏度；聽覺功能使用BD-II-116型聽覺實驗儀，選取2 000 Hz的純音作為聽力刺激[5]，采用閾限法分別測量參與者兩耳的聽力級（分貝，db）。

（3）鍛煉階段診斷量表，由5道題來判斷個體所處的鍛煉階段，即“請您回想在過去4周內，您是否以至少中等強度，進行每周3次、每次30 min（或至少每周累計1.5 h）的體育活動？”如果回答“沒有，且無此打算”或“沒有，不過我正有此考慮”，則是無意向階段；如果回答“沒有，不過我已經考慮并有詳細計劃了”，則個體處在意向階段；如果回答“是的，最近剛開始”或“是的，已有一段時間了”，則個體處在行動階段[9-11]。

（4）體育活動等級量表，以梁德清[12]修訂的《體育活動等級量表》（Physical Activity Rating Scale-3，PARS-3）為測量工具，來調查研究參與者的體育活動水平。PARS-3從身體鍛煉的強度、頻率和時間3方面來考察鍛煉者的運動量，每個方面分為5個等級。鍛煉量=鍛煉強度×鍛煉時間×鍛煉頻率。有研究發現，該問卷的重測信度為0.82，表明該量表具有較高的可信度[13]。

1.3 研究程序

本研究采用個別施測的方式進行，每位參與者由1名經過培訓的心理學專業本科生作為主試進行指導。參與者進入實驗室后，主試介紹試驗內容，獲得知情同意，并填寫基本信息登記表。參與者在上機測試前進行視敏度和聽力測查。正式機測前，參與者先進行練習，待明確指導語并熟練掌握操作后進行正式測試。

正式測試開始，參與者共完成5項基本心理能力測試和3項認知加工資源測試，基本心理能力中3項在計算機上完成測試，2項為言語測試。言語測試包括解詞測驗和詞匯流暢性測驗，機測包括數字運算能力測驗、歸納推理能力測驗和空間定向能力測驗。一半參與者先進行言語測試，另一半參與者先進行機測。3項認知加工資源測試均在計算機上完成。機測采用的計算機屏幕分辨率為1 024×768。測試結束后，向參與者反饋結果，并贈送紀念品。

1.4數據分析

鑒于加工速度、加工抑制和心理旋轉測驗都是以反應時為分析變量，所以首先對這5項測驗中參與者的反應正確率進行分析。對于老年參與者而言，正確率達到80%及以上，其反應時才作為有效數據。采用SPSS16.0和Amos17.0對數據結果進行分析。

2 研究結果

2.1 2組參與者在5項基本心理能力上的差異檢驗

研究將在“鍛煉階段診斷量表”中回答處于無意向階段和意向階段的參與者作為非鍛煉者，將處于行動階段的參與者視為鍛煉者。

預分析（對采用協方差分析進行差異檢驗的可行性進行分析）：以5項基本心理能力成績為因變量，組別（鍛煉與否）為自變量，年齡為協變量，采用I型方差分析模型進行協方差分析。結果表明，組別和年齡的交互作用在數字運算能力、歸納推理能力、空間定向能力和語義理解能力4項上均不顯著（F數字（1，177）= 0.845，F歸納（1，177）=0.087，F空間（1，177）=0.008，F語義（1，177）=1.220，P＞0.05），即在4項基本心理能力上，2組的斜率可認為相同，符合協方差分析的條件（見表1）。

表1 組別和年齡在五項基本心理能力上的交互作用

正式分析：以數字運算能力、歸納推理能力、空間定向能力和語義理解能力4項基本心理能力為因變量，組別（鍛煉與否）為自變量，年齡為協變量，采用Ⅲ型方差分析模型分析組別與年齡的主效應，并對2組的修正均數進行比較。結果表明：年齡在數字運算能力、歸納推理能力和空間定向能力上主效應顯著（F數字（1，178）=16.695，P<0.001；F歸納（1，178）=4.626，P<0.05；F空間（1，178）= 12.577，P<0.001）（見表2）；排除年齡協變量的影響后，組別在數字運算能力、歸納推理能力、空間定向能力和語義理解能力上的主效應顯著或邊緣顯著（F數字（1，178）=3.458，P=0.065；F歸納（1，178）= 4.202，P<0.05；F空間（1，17）=4.369，P<0.05；F語義（1，178）=5.820，P<0.05），且鍛煉組成績均高于非鍛煉組（見表3）。

表2 2組別在4項基本心理能力上的修正均值

表3 組別和年齡在4項基本心理能力上的主效應檢驗結果

對詞匯流暢能力進行重新預分析，以詞匯流暢能力成績為因變量，組別（鍛煉與否）為自變量，年齡為協變量，采用I型方差分析模型在Model里僅對組別和年齡的交互作用進行分析。結果表明，組別和年齡在詞匯流暢能力上的交互作用不顯著（F（1，177）=1.559，P>0.05），符合協方差分析的條件（見表4）。以詞匯流暢能力為因變量，組別為自變量，年齡為協變量，采用III型方差分析模型分析組別與年齡的主效應，并對2組的修正均數進行比較。結果表明，年齡在詞匯流暢能力上主效應不顯著（F（1，180）=0.585，P>0.05），排除年齡協變量的影響后，組別在詞匯流暢能力上的主效應也不顯著（F（1，180）=0.154，P>0.05）（見表5）。2.2 鍛煉量與基本心理能力的相關分析

表4 2組別在詞匯流暢能力得分上的修正均值

表5 組別和年齡在詞匯流暢能力上的主效應檢驗結果

本研究采用“體育活動等級量表”對參與者的身體鍛煉量進行考察，對鍛煉量與基本心理能力之間的相關程度進行統計。結果表明，鍛煉量與數字運算能力正確數、歸納推理能力正確數正相關，鍛煉量與心理旋轉反應時負相關（見表6）。

表6 鍛煉量與基本心理能力的相關矩陣

2.3 認知加工資源與基本心理能力的相關分析

認知加工資源包括加工速度、加工容量、抑制功能和感覺功能。加工速度測試由數字比較測驗和圖形比較測驗構成，2項測驗結果的均值代表加工速度成績，以反應時表示；加工容量測試由數字工作記憶和空間工作記憶構成，2項測試結果均值代表加工容量成績，以最大正確數形式表示；抑制功能成績由Stroop色詞測驗獲得，以Stroop效應值表示；感覺功能由視力和聽力構成，以2種感覺功能標準分均值代表感覺功能成績。

本研究假設身體鍛煉是通過4種認知加工資源對基本心理能力發揮作用的，所以，本研究先就4種認知加工資源和基本心理能力之間的相關程度進行分析。結果表明，抑制功能與基本心理能力相關不顯著，而其他3項認知加工資源與基本心理能力相關顯著（見表7）。因此，本研究重點考察加工速度、加工容量和感覺功能在身體鍛煉延緩基本心理能力老化中的中介效應。

表7 基本心理能力和認知加工資源的相關矩陣

2.4 認知加工資源的中介作用機制檢驗

根據前期假設，以加工速度、加工容量和感覺功能為中介變量，分析身體鍛煉延緩基本心理能力老化的心理機制。結果表明，身體鍛煉對基本心理能力作用的認知加工資源中介假設模型的擬合度參數都是在可接受的范圍內，表明假設中介模型的擬合較好，從一定程度上可以說明身體鍛煉延緩基本心理能力老化的心理機制問題（見表8、圖1）。

表8 認知加工資源的中介模型擬合度參數（n=190）

圖1 認知加工資源的中介模型

3 分析與討論

3.1 2組參與者在基本心理能力上的差異

結果顯示，如果將鍛煉作為分類變量進行考量，鍛煉組較非鍛煉組在數字運算能力、歸納推理能力、空間定向能力和語義理解能力上的得分更高；如果將鍛煉作為連續變量進行考量，鍛煉量與數字運算能力正確數、歸納推理能力正確數呈顯著正相關，鍛煉量與心理旋轉反應時呈顯著負相關。這表明，參加身體鍛煉對于保護中老年人的基本心理能力、延緩認知老化具有積極作用。這與前人關于身體鍛煉與中老年人認知功能的研究結果類似[14-15]。身體鍛煉對數字運算、歸納推理和空間定向3種基本心理能力老化的延緩作用可能與其促進工作記憶和執行功能的改善有關[16-19]。

詞匯流暢性是很多認知老化研究的重要測量工具[20-23]。本研究結果表明，身體鍛煉并未對詞匯流暢能力老化產生明顯的積極作用，這與以往研究結果不同。BENEDICT等[20]的橫斷研究發現，身體鍛煉量越大，詞匯流暢性成績越好。造成研究結果不一致的原因可能有：（1）詞匯流暢能力雖然是一種流體認知能力，但它仍然受到社會文化因素的影響[24]；（2）BENEDICT等研究調查的是老年人，年齡為75歲，而本研究選取的參與者為中老年人，平均年齡62.18歲，年齡相對偏小，詞匯流暢能力老化程度低，故而身體鍛煉對其老化的延緩作用也較弱，因此，2組參與者未能在此測試上表現出明顯差異。

將鍛煉作為分類變量（鍛煉與非鍛煉）和連續變量（鍛煉量）考察其與語義理解能力的關系時發現，鍛煉者較非鍛煉者的語義理解成績高，而語義理解成績與鍛煉量大小無關。對這一看似矛盾的結果可以理解為，身體鍛煉能夠對語義理解能力的老化有延緩作用，但這種延緩作用并不隨著鍛煉量的增加而增大，鍛煉量與語義理解能力之間的關系可能比較復雜。同時，語義理解作為一種晶體認知能力，要受到個體社會文化經驗[1]等因素的制約，諸多影響因素的抵消作用，致使在進行劑量-效應關系時出現鍛煉量與語義理解能力之間的關系不顯著。

3.2 身體鍛煉對基本心理能力老化作用的心理機制

身體鍛煉對中老年人基本心理能力的積極作用不再贅述。關于感覺功能的中介作用，柏林老化研究表明，感覺功能在認知老化中具有基礎性地位[8]。本研究也證實感覺功能可以作為一級中介變量在身體鍛煉與基本心理能力之間起到基礎性作用，表明身體鍛煉可以通過改善感覺功能，進而調動更多的認知加工資源來完成基本心理能力測試。這也容易理解，個體通過身體鍛煉可以加強基本的感覺功能（視力和聽力），從而提高信息接收的準確性和敏銳性，為后續更高級的認知加工提供有利前提，提高認知測試的成績，同時也能通過促進加工速度的提升，間接促進認知測試的成績。

以往很多研究都表明，視覺和聽覺在高級認知加工中的重要作用。有研究者對2 716名中老年人進行了10年追蹤研究發現，視力較好的人在整體認知功能測試上得分更高，并且在控制了年齡、受教育年限、性別、眼科用藥和追蹤年限的影響以后，相關仍然顯著[25]。這提示，老年人視力的保持對于維持正常的認知功能具有重要的作用。TUN等[26]對老化影響聽覺加工以及認知功能的研究進行了敘事性綜述發現，越來越多的研究表明，因聽力下降導致的感知負擔的加重會影響到認知加工資源的獲得，進而表現出認知功能衰退。也有研究發現，助聽器不但可以改善聽力，還可以改善認知功能[27]。而感覺功能是可以通過一定的干預手段得到改善的，如參加身體鍛煉。LAMBOURNE等[28]研究發現，即刻的鍛煉可以提高鍛煉者的感知加工，促進其覺察能力的提高，但是很快就會恢復到鍛煉前的水平。這提示，要想維持較好的感覺功能，應該長期堅持身體鍛煉。

伴隨中老年人感覺功能下降的同時，其大腦的信息加工速度也會下降[26，30]。加工速度理論認為，個體認知加工速度隨增齡而降低，是認知老化的主要原因[31-32]。而經常參加身體鍛煉的老年人則在加工速度上保持的更好，從而促進其認知功能的良好保持。研究發現，經常參加鍛煉的老年人在執行功能、加工速度以及控制加工等方面表現更好[33]。FREDERIKSEN等[34]的追蹤研究發現，在基線期，經常參加身體鍛煉的老年女性在記憶、執行功能以及加工速度上表現更好，3年的追蹤結果表明，經常參加身體鍛煉可以改善老年人的執行功能以及加工速度。

加工速度的下降也會對加工容量產生影響，這是不言而喻的。研究發現，加工速度的下降會導致工作記憶容量的下降，進而導致歸納推理能力的老化[35]。同時，工作記憶理論認為，工作記憶能力的下降導致認知老化的發生，工作記憶在增齡和認知老化之間起到中介作用。大量研究也表明，信息加工容量的下降是認知加工與動作行為成績下降的重要根源[36-37]。因此，隨著加工速度和工作記憶（加工容量）的下降會降低基本心理能力的成績，這在本研究中得到了體現。本研究發現，加工速度和加工容量都會直接延緩基本心理能力的老化，而且加工容量還可以部分中介加工速度對基本心理能力老化的延緩作用。另外，與加工速度一樣，工作記憶也是可以通過身體鍛煉加以改善的。SOUHA等[38]研究發現，隨著年齡的增長，老年人的信息加工容量會下降，但是經常鍛煉的老年人其信息加工容量較靜坐老年人更大，而且不受任務難度的影響。綜上，隨著年齡的增長，個體的認知加工速度和加工容量都會表現出下降的趨勢，但經常參加身體鍛煉會改善兩者的衰退程度，使得個體仍然能夠動員更多的認知加工資源完成基本心理能力任務。

上述結果提示，身體鍛煉不僅可以直接延緩基本心理能力的老化，還可以通過改善基本的感覺功能進而延緩基本心理能力老化，也可以通過改善感覺功能進而促進加工速度和加工容量來延緩基本心理能力的老化，這解釋了身體鍛煉延緩中老年人基本心理能力老化的心理機制，即3種認知加工資源的層級中介作用。這提示，針對中老年人基本心理能力老化的干預可以同時考慮從認知加工資源訓練著手。同時，本研究在一定程度上驗證了加工資源理論的合理性，即身體鍛煉對基本心理能力老化的延緩作用主要是通過加工資源的改善而實現的。

4 結論

（1）身體鍛煉對中老年人基本心理能力老化具有延緩作用。

（2）身體鍛煉既可以直接促進中老年人的基本心理能力，也可以通過感覺功能、加工速度和加工容量3種認知加工資源的層級中介作用來改善中老年人的基本心理能力。身體鍛煉延緩基本心理能力老化的心理機制支持了認知加工資源理論。

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Psychological Mechanism of Physical Exercise Delaying Aging of Primary Mental Ability ： Mediation Model of Cognitive Processing Resources

GAO Shuqing1，3，MAO Zhixiong2，ZHANG Liancheng3
（1.Key Lab of Competitive Sports Psychology and Physiological Accommodation，Tianjin University of Sport，Tianjin 300381，China；2. Sport Science College，Beijing Sport University，Beijing 100084，China；3.Dept.of Health and Sport Sciences，Tianjin University of Sport，Tianjin 300381，China）

Primary mental abilities are the basis for the daily activities of the middle-aged and the elderly.The aging of primary mental abilities not only affect?ed the physical and mental health of individuals，but also placed heavy burdens on society.Therefore，how to effectively intervene the aging of primary mental abilities had become one of the hot issues in the whole society.Physical exercise plays an important role in delaying of elderly cognitive aging，but the internal mechanisms，especially the mental mechanism，remains unclear.To explore the positive effect of physical exercise on basic psychological ability and its psy?chological mechanism，190 middle and elder participants were tested by information processing tests systems.Results indicated that，physical exercise has positive effect on basic psychological ability，which can delay the degenerative changes in the basic psychological ability of elderly；physical exercise can di?rectly promote the basic psychological ability of elderly，also can indirectly improve the basic psychological ability through mediation roles of three species cognitive processing resources，which include sensory function，processing speed，and processing capacity.The psychological mechanism of physical exer?cise affecting basic psychological ability support the theory of cognitive processing resources.These results suggests that cognitive resources training should be take into account for intervention of the aging of primary mental ability in the elderly.

physical exercise；basic mental ability；cognitive aging；psychological mechanism；cognitive processing resources

G 804.8

：A

：1005-0000（2014）06-461-06

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2014.06.001

2014-05-25；

2014-09-12；錄用日期：2014-09-13

教育部人文社會科學研究項目（項目編號：13YJCZH246）

高淑青（1981-），女，內蒙古呼倫貝爾人，博士，研究方向為運動心理學；通信作者：毛志雄（1964-），男，上海市人，教授，博士，研究方向為鍛煉心理學。

1.天津體育學院競技運動心理與生理調控重點實驗室，天津300381；2.北京體育大學運動人體科學學院，北京100084；3.天津體育學院健康與運動科學系，天津300381。