執行功能與兒童流行性肥胖的關系*

易顯林 王明怡 王小春

(1北京林業大學心理學系,北京 100083)(2北京世紀維康咨詢有限公司,北京 100037)

1 引言

近幾十年來,兒童流行性肥胖呈逐年上升趨勢,我國兒童和青少年肥胖流行和嚴重程度也急速增加,有研究顯示,近20年來在我國經濟發達城市,兒童的超重/肥胖檢出率上升了4～6倍(季成葉,孫軍玲,陳天嬌,2004)。肥胖包括病理性肥胖(也叫繼發性肥胖)和流行性肥胖(也叫單純性肥胖),病理性肥胖是繼發于其他疾病(如心腦血管疾病、Ⅱ型糖尿病等)產生的肥胖,流行性肥胖則被認為是由于能量攝入和能量消耗間長期的不平衡導致的一種反常的、脂肪堆積過多的狀態。1998年世界肥胖問題工作組(The International Obesity Task Force,IOTF)將體重(kg)/身高(m)2定義為身體體質指數(Body mass index,BMI),并作為肥胖診斷標準,根據該標準分別將BMI等于25 kg/m2和30 kg/m2分作為成人超重/肥胖的判斷指標。但是,由于兒童處于不斷地生長變化中,成人的診斷標準并不適用于兒童。為了找到適合我國兒童和青少年超重/肥胖的診斷標準,研究者通過大樣本研究,繪制了中國0～18歲兒童、青少年體質指數生長曲線,根據該曲線,不同性別、不同年齡段的兒童超重/肥胖的診斷標準不同,如,9歲男童的超重和肥胖標準分別為18.5 kg/m2和21.1 kg/m2,女童則分別為17.9 kg/m2和20.4 kg/m2(李輝,季成葉,宗心南,張亞欽,2009)。已有證據表明肥胖會增加一些重大疾病的患病率,如高血壓、Ⅱ型糖尿病(Aronne,2001;Spruijt-Metz,2011)。肥胖還會給兒童帶來諸如自我效能低、身體滿意度低、抑郁等心理方面的問題,并且可能導致同伴侮辱等不良后果(Porter,Stern,Mazzeo,Evans,&Laver,2012),此外,肥胖還可能會影響兒童的認知能力發展(Li,Dai,Jackson,&Zhang,2008)。

除體育鍛煉、家庭社會經濟地位、性別因素外(Nogueira et al.,2013;季成葉,2008),越來越多的證據表明,個體的高級認知,尤其是執行功能在兒童超重/肥胖的形成和發展中也扮演著重要的角色(Dallman,2010)。執行功能(Executive Functions,EFs)也被稱為執行控制或認知控制,是個體在需要專心和集中注意時一系列自上而下的心理過程,是個體對思想和行動的有意識監控,它包括抑制控制、工作記憶和認知靈活性三個成分(Zelazo&Carlson,2012;Diamond,2013)。進化論為解釋執行功能與肥胖的關系提供了理論基礎。從進化的角度來講,人類和其他許多有機體在漫長的進化過程中形成了食用高脂肪/熱量食物的強烈偏好,這種偏好在食物稀缺的環境下是明顯的進化適應,但是隨著時代的進步,食物的獲取變得相對容易,高脂肪/熱量食物偏好使得能量攝入與消耗不匹配,在這種條件下人類更容易肥胖(Power&Schulkin,2009)。因此,在現代社會中,執行功能對健康體重的保持尤為重要,那些不能有效管理和控制自身行為的個體,更容易對食物線索做出過度進食的反應,從而更容易變胖。追蹤研究發現童年期肥胖可以有效預測成年期肥胖(Deckelbaum&Williams,2001),因此對兒童肥胖進行干預具有深遠的意義。基于此,本文將系統回顧以執行功能為研究視角的兒童流行性肥胖的認知、腦機制研究,梳理二者的關系及以此展開的干預研究,為兒童流行性肥胖的干預和治療提供參考。

2 執行功能與兒童流行性肥胖的關系

流行性肥胖主要是由于長期的能量的攝入大于消耗引起的,因此致胖行為(如進食高熱量食物、非饑餓狀態下進食、久坐行為等)對肥胖起著至關重要的作用,執行功能是否會對致胖行為產生影響呢？已有一些研究表明,執行功能越差的兒童,表現出的致胖行為可能越多。Pieper和Laugero(2013)對學前兒童研究發現,在執行功能等級量表(Behavior Rating Inventory of Executive Function,BRIEF)中得分越低(表明執行功能越差)的兒童,教師報告其在非饑餓狀態下的進食行為越多。在學齡兒童被試身上也發現了類似的現象,有研究者對9歲兒童進行研究發現,超重和肥胖兒童在BRIEF中抑制控制分量表上的得分顯著低于正常體重兒童,總體上來看,在該分量表中得分越低的兒童表現出的致胖行為(包括高糖/脂肪攝入量、低蔬果攝入量和久坐行為)越多(Riggs,Spruijt-Metz,Sakuma,Chou,&Pentz,2010),并且這一分數可以很好地預測他們四個月后的蔬果攝入量,抑制控制分數越高的被試的蔬果攝入量越多(Riggs,Chou,Spruijt-Metz,&Pentz,2010)。上述研究表明,執行功能或許可以通過影響個體的生活習慣來影響其體重狀態。這些研究為探索執行功能與肥胖的關系提供了線索和方向。但執行功能具體是怎樣影響兒童流行性肥胖的呢？為了更好地理解這一問題,以下將分別從執行功能的各個成分的角度對此進行探討。

2.1 執行功能的子成分與兒童流行性肥胖的關系

2.1.1 執行功能的核心成分——抑制控制與兒童流行性肥胖的關系

當前我們所處的環境中充斥著各種食物線索的誘惑,這種致胖環境是能量攝入和消耗不平衡的誘因(Power&Schulkin,2009)。但是為什么處在同樣的環境中,有的人會肥胖,而有的人卻能保持健康的體重呢？這可能是由于抑制控制起著重要作用。抑制控制是個體控制自己的注意、行為、思想和/或情感以克服內發的優勢反應和外部誘惑,從而避免做出不恰當行為的能力,是執行功能的核心成分(Diamond,2013)。根據Diamond的定義,抑制控制可分為干擾抑制和反應抑制。干擾抑制包括注意水平的抑制(也叫注意抑制或者注意控制)和認知水平的抑制(抑制外來的或與當前任務無關的想法或記憶);反應抑制是對行為水平的抑制,也叫自我控制,包含避免做出沖動反應和抵抗誘惑(包括延遲滿足)兩部分。以下將根據抑制控制的類型劃分對肥胖與抑制控制的關系進行梳理。

首先,干擾抑制,尤其是注意抑制對肥胖起著重要作用,難以抑制對食物線索的選擇性注意或許會使肥胖個體更容易受到食物線索的誘惑,從而對流行性肥胖起著促進作用。肥胖者從高熱量/脂肪的食物中能獲取更多愉悅感,這讓他們難以忽略環境中的食物線索(如食物的味道、圖片等),而對高熱量/脂肪食物線索的注意或許又可以增加他們對這類食物的偏好、攝入量以及進食動機(Werthmann et al.,2011;Werthmann,Field,Roefs,Nederkoorn,&Jansen,2014)。眼動研究發現,當面對食物與非食物的圖片時,超重被試比正常體重被試更難將注意分配到非食物圖片上,他們會首先注意到食物圖片,并且在隨后的品嘗測驗中表現出更高的零食攝入量(Werthmann et al.,2011)。有研究者對13歲兒童進行研究發現,相較于正常體重兒童,肥胖兒童在Stroop任務中更容易受到食物詞匯的影響(Braet&Crombez,2003)。對青春期女孩的fMRI研究發現,肥胖女孩難以抑制對食物圖片的注意,并且這種視覺偏好可以預測她們未來體重增加(Yokum,Ng,&Stice,2011)。Kemps,Tiggemann和Holitt(2014)也發現肥胖被試對食物線索的視覺偏好,同時,他們發現這種視覺偏好可以通過對食物線索的注意抑制訓練發生改變。通過對肥胖被試進行關注或回避食物圖片訓練,關注組被試對食物選擇性注意顯著增加,而回避組則明顯減少。這一研究表明,對特定刺激的注意抑制訓練或許可以減少個體對該刺激的注意,該研究為肥胖干預提供了一定的線索。

另一方面,在行為水平上,肥胖人群可能更難控制自己的行為,他們更容易對刺激做出沖動反應。已有一些證據表明,肥胖被試對中性刺激和獎勵刺激的反應抑制都比正常體重被試差,他們在這類任務中表現得更加沖動(Nederkoorn,Braet,van Eijs,Tanghe,&Jansen,2006;Verbeken,Braet,Claus,Nederkoorn,&Oosterlaan,2009)。對肥胖兒童來說,有研究者發現,他們在以中性刺激為材料的停止信號任務(stop-signal task)中的表現也顯著差于正常體重兒童(Nederkoorn et al.,2006)。此外,在采用中性刺激的Go/no-go任務的研究中也得到了類似結論(Verbeken et al.,2009;Wirt,Hundsd?rfer,Schreibe,Kesztyüs,&Steinacker,2014;Kamijo&Pontifex et al.,2012),并且該結論得到了事件相關電位研究的支持(Kamijo&Khan et al.,2012)。這些研究一致表明了肥胖兒童的一般抑制(對中性刺激的抑制)不足,考慮到他們對食物線索更加敏感(Werthmann et al.,2011;Yokum et al.,2011),那么他們對食物的特殊抑制是否會更加不足呢？有研究者通過將Go/no-go任務的中性刺激替換為食物圖片進行研究發現,肥胖的青春期女孩對食物的反應抑制顯著低于同齡的正常體重女孩(Batterink,Yokum,&Stice,2010)。另有研究者采用兩種獎勵刺激條件(美味食物條件和玩具條件)的stop-signal任務測量了7～9歲兒童對不同獎勵刺激的反應抑制(Nederkoorn,Coelho,Guerrieri,Houben,&Jansen,2012),結果發現,超重兒童在兩種條件下的抑制控制都顯著低于正常體重兒童,相比于玩具條件,他們在食物條件下的抑制控制更差。這些研究或許表明,食物刺激作為任務材料對超重/肥胖被試更具有誘惑力,使他們在任務中表現地更加沖動。

綜上,注意水平和反應水平的抑制控制不足都可能是兒童流行性肥胖的形成和發展的原因,從而使得易胖或肥胖人群更容易對食物線索做出沖動行為。值得注意的是,在探討反應抑制與肥胖的關系時,盡管有研究表明肥胖兒童對中性刺激、食物獎勵刺激和其他獎勵刺激對應的抑制控制都較正常體重兒童更差一些,但是目前并未有研究對這三種抑制控制直接進行對比。Hofmann,Friese和Strack(2009)認為,沖動應該是針對特定的刺激,且該特定刺激應當對個體具有獎勵特性,使沖動的結果是欲望的短期滿足,因此,我們可以推斷,肥胖兒童對食物的抑制控制應比一般抑制控制更差一些,未來研究需要將不同的抑制控制進行直接比較,以更好地理解肥胖產生的機制,為干預研究提供有針對性地指導。

2.1.2 執行功能的其他成分與兒童流行性肥胖的關系

工作記憶是指在頭腦中對信息進行保持和操作的能力(Diamond,2013)。目前尚未見到探討刷新(updating)等工作記憶核心功能與兒童流行性肥胖關系的研究,僅有少量相關研究關注肥胖兒童與正常體重者的工作記憶廣度差異,且研究結論并不一致。Li等人(2008)對8～16歲的美國兒童進行大樣本研究發現,超重兒童的數字廣度顯著低于正常體重兒童,在校正年齡、性別、SES后,BMI與工作記憶仍有顯著相關。另有研究者以12名學齡男孩為被試,卻并未發現兩者工作記憶廣度存在差異(Cserjési,Molnár,Luminet,&Lénárd,2007)。上述兩個研究的結論不一致可能是樣本問題導致的。盡管目前我們還不能確定工作記憶與兒童肥胖的關系到底如何,但是可以推測,工作記憶或許參與了兒童健康體重的管理過程,它與抑制控制一起,保持健康計劃“在線”,阻止誘惑信息激活等,從而協助個體更好地保持健康的飲食和生活習慣。

認知靈活性是一種靈活轉換認知的能力,是在抑制控制和工作記憶這兩個執行功能的基礎成分上發展而來的(Diamond,2013)。在專門對認知靈活性進行測查的整體—局部轉換任務中,研究者發現,8～9歲肥胖兒童的表現顯著差于正常體重兒童,說明肥胖兒童的認知靈活性發展不足(Khan et al.,2014)。有研究者采用連線任務對青春期被試進行研究也得到了類似結論(Verdejo-García et al.,2010)。國內研究者采用威斯康辛卡片分類任務對6～11歲的兒童進行研究,發現過度肥胖兒童在任務中的持續性錯誤顯著更多,表明他們的認知靈活性更差(朱盛,2012)。從上述研究看來,肥胖兒童的認知靈活性表現確實要比正常體重兒童更差一些,但是也要看到,僅僅根據這些研究,我們尚不能確定其中認知靈活性獨有成分的直接貢獻和抑制控制等基礎成分的間接貢獻分別如何,因此,未來研究可以考慮通過嚴謹的研究設計將認知靈活性的獨有成分進行剝離,以便進一步確定它與兒童流行性肥胖的關系。

2.2 執行功能與兒童流行性肥胖關系的腦機制

肥胖與執行功能的研究源于成癮問題,有研究發現,肥胖個體與成癮個體表現出相似的前額皮質(Prefrontal cortex,PFC)激活降低的現象(Volkow et al.,2001;Volkow,Wang,Fowler,&Telang,2008),而PFC是執行功能的神經生理基礎,因此,近年來,越來越多的研究關注PFC與肥胖的關系,其中最受關注的腦區是眼窩前額皮質(Orbitofrontal Cortex,OFC)和背外側前額皮質(Dorsolateral Prefrontal Cortex,DLPFC)(Reinert,Po’e,&Barkin,2013)。OFC是抑制控制的關鍵腦區(Hornberger,Geng,&Hodges,2011)。Batterink 等人(2010)發現,肥胖的青春期女孩對食物圖片的OFC激活程度低于正常體重被試,并且BMI越高的被試,OFC的激活程度越低。對正常體重的青春期被試進行研究也發現,BMI與OFC的激活程度呈負相關(Maayan,Hoogendoorn,Sweat,&Convit,2011)。這些研究從認知神經的角度提示我們,相比于正常體重被試,肥胖被試的抑制控制更低,他們在食物的誘惑下會做出更多的沖動反應。DLPFC是信息的編碼與激活的相關腦區,與工作記憶有密切關系(Stingl et al.,2012)。對9～18歲被試的研究發現,肥胖被試面對食物圖片時,其DLPFC的激活程度顯著高于正常體重被試(Davids et al.,2010)。另有研究者對成人的餐前、餐后狀態進行對比研究發現,在用餐前,肥胖被試DLPFC激活程度顯著高于正常體重被試,而用餐后DLPFC激活的降低幅度則明顯低于正常體重被試(Bruce et al.,2010)。這或許是因為在饑餓狀態下面對食物時,所有被試都會激活與食物相關的信息,增加他們的食欲,以滿足生理需求,但是由于肥胖被試對食物更敏感,他們激活的信息可能更多;進餐結束后,正常體重者生理需求得到滿足,與食物相關的信息會迅速去激活,而肥胖被試去激活的能力可能更低,因此這些信息仍處于激活狀態,他們的食欲并未降低,所以他們更有可能在飽足狀態下繼續進食。

肥胖研究作為對成癮問題的延續,在探討其腦機制時,獎勵敏感性(Sensitivity to reward,SRT)是一個不得不提及的因素(Volkow et al.,2008)。SRT對于學習動機和進食行為起著重要作用,其神經中樞是中腦—邊緣多巴胺系統(Mesolimbic dopamine system,也被稱為“獎勵回路”)(Fulton,2010),對于它與執行功能的關系,Appelhans(2009)在其提出的享樂—抑制模型(hedonic-inhibitory model)中對此進行了回答。根據這一模型,肥胖個體對美味食物的過度進食是受動機系統(獎勵回路)和調控系統(PFC)共同作用的結果,獎勵敏感性和執行功能的抑制控制之間可能是一種拮抗關系,當動機的作用大于抑制控制的作用時,個體更有可能將動機轉化為行為;反之,個體則能成功抵制誘惑。這一關系得到了一些研究的支持。有研究者發現,對食物獎勵敏感性越低的被試,在面對食物圖像時OFC激活程度越高(Burger&Stice,2011)。對9～16歲兒童的研究也發現,在面對食物商標時,肥胖兒童的OFC激活水平顯著低于正常兒童,同時獎勵回路的激活水平顯著更高(Bruce et al.,2013)。對成年肥胖被試進行研究發現,面對食物線索時,肥胖被試餐后大腦的獎勵回路激活水平比正常體重被試更高,OFC的激活水平更低;而在過飽狀態下,超重被試仍舊表現出高獎勵回路激活水平和低OFC激活水平(Martens et al.,2013)。這些研究在一定程度上支持了享樂—抑制模型中動機系統與抑制系統的相互作用的假設。

綜上所述,PFC可能是與兒童流行性肥胖關系最為密切的腦區。在面對食物時,肥胖兒童的抑制控制相關腦區OFC激活水平較低,表明他們對食物的抑制控制不足,而作為工作記憶相關腦區的DLPFC卻表現出較高的激活水平,這可能是由于他們對食物的高敏感性導致的。除PFC外,獎勵回路也是涉及肥胖的重要腦區,它所對應的獎勵敏感性與OFC所對應的抑制控制間的拮抗關系可能是肥胖產生的神經生理基礎。在這一關系中,由于DLPFC與這二者之間都有一定的作用關系,因此可能使得這一拮抗關系變得更為復雜,未來研究有必要將OFC、獎勵回路和DLPFC三者結合起來,綜合考慮它們對肥胖產生的影響。

2.3 執行功能與流行性肥胖的因果關系

從以往的研究中可以看出,執行功能與兒童流行性肥胖之間關系密切,但是對于二者間的因果關系我們并不明確。縱向研究為二者的關系提供了線索,這類研究通過在一段相對長的時間內對同一批被試進行重復研究,可以看到個體比較完整的發展過程和發展過程中的一些關鍵轉折點,特別適用于探索早期影響的作用。已有研究表明,兒童早期執行功能不足可能對其未來是否會肥胖有預測作用。對年幼兒童的追蹤研究發現,兒童2歲時的情緒管理能力和抑制控制可以預測兒童是否會在5.5歲時超重(Graziano,Calkins,&Keane,2010)。Francis和 Susman(2009)在兒童 3歲和 5歲時測量了他們的抑制控制(包括不去觸碰玩具和對食物的延遲滿足),結果發現在兩個任務中表現都更差的兒童在3～12歲間BMI增長最快,只在觸碰任務中表現差的兒童次之,然后是在延遲滿足任務中表現差的兒童,在兩個任務中都表現較好的兒童體重增加最慢,并且在任一任務中表現較差的兒童都更有可能在9歲、11歲和12歲時高于同齡兒童的平均BMI。對更年長兒童的追蹤研究也發現,抑制控制可以預測其BMI的變化(Piché,Fitzpatrick,&Pagani,2012)。對 7 歲兒童進行追蹤研究發現,7歲時抑制控制能力更差的兒童,在7～15歲間體重增加得更多(Anzman&Birch,2009)。這些研究表明,兒童早期(2～7歲)的抑制控制水平對兒童中期和晚期的體重變化有較好的預測作用。兒童早期的執行功能發展滯后,尤其是抑制控制不足,或許是兒童流行性肥胖形成和發展的重要原因。

正如前文所述,肥胖兒童相比于正常體重的同輩個體,在執行功能任務中的表現更差(Yokum et al.,2011;Nederkoorn et al.,2006;Verbeken et al.,2009;Wirt et al.,2014;Kamijo&Pomtifex et al.,2012;Batterink et al.,2010;Khan et al.,2014)。另有研究顯示,過度肥胖個體在體重顯著減少后,在執行功能任務中的表現可以得到改善。Makris等人(2013)對肥胖的中年被試進行研究發現,通過節食減肥,被試在顏色Stroop任務中的表現有明顯改善。另有一項研究對肥胖的中年被試進行為期一年的節食干預(一年后的被試的體重平均減少了13.7 kg),發現減肥后,被試的工作記憶(倒序數字廣度任務測量)有明顯提高(Brinkworth,Buckley,Noakes,Clifton,&Wilson,2009)。對接受肥胖手術治療的過度肥胖被試的研究也發現,與未做手術的被試相比,術后12周,前者的工作記憶有顯著提高(Gunstad et al.,2011),Miller等人(2013)的研究也得到了類似結論,并且發現接受手術的被試工作記憶的改善可以持續到1年以后;甚至可以保持2年(Alosco et al.,2014),但是目前尚未有更長期的追蹤研究。上述研究表明,體重減少或許有助于個體執行功能的改善。但是也有以超重女性為被試的研究并未發現體重減少后,被試執行功能有明顯的提高(Bryan&Tiggemann,2001)。這一研究結果的差異可能是由于被試選取不同導致的,或許只有那些過度肥胖的被試在體重減少達到一定的程度后,其執行功能才能得到明顯改善。目前相關研究主要針對成年被試,還未有基于此的兒童研究,因此體重減少是否對兒童也會產生類似的效果還有待未來研究進一步探索,此外,體重減少改善執行功能的潛在機制還不明確,有研究者提出體重減少可以引起肥胖個體與進食相關腦區的激活模式發生變化(Szabo-Reed et al.,2015),但是這一假設尚未得到其他研究的支持。

綜上,執行功能與流行性肥胖之間可能是雙向作用關系,執行功能不足或許是個體BMI增長的潛在因素,而體重減少也許可以使肥胖個體的執行功能在一定程度上得到改善。但是目前基于此展開的研究還較少,我們并不確定這種關系是直接的還是共同受其他因素影響的,這一問題還有待未來研究進一步探討。

3 基于執行功能訓練的兒童肥胖干預

目前,對肥胖的干預和治療主要包括飲食干預、有氧運動和行為干預三種方法。這些方法都具有短期效果好的特點,但是也各有不足：有氧運動干預和行為干預的效果易反彈;而飲食干預則可能會給個體帶來一些副作用,如厭食或者暴食(Munsch et al.,2008)。近來一些針對過度肥胖兒童的減肥項目開始關注通過訓練執行功能,來改善減肥效果。Braet,Tanghe,Decaluwe,Moens和Rosseel等人(2004)將有氧運動與認知行為訓練相結合,對參與減肥治療的肥胖兒童進行干預。認知行為訓練包含學習肥胖的能量平衡機制和自我控制技能,以及抑制對自己喜愛食物的進食沖動的訓練,其目標是幫助肥胖兒童形成健康的生活方式。有氧運動的強度為每天2小時或者一周10小時。經過12周的干預,與控制組兒童相比,接受了認知行為訓練的兒童表現出較好的減肥效果,他們能更好地處理外部的食物線索,盡管在治療結束14個月后,他們的體重開始出現反彈,但是在效果保持方面實驗組仍顯著優于控制組。與Braet等人的研究不同,Verbeken,Braet,Goossens和van der Oord(2013)采用計算機化的執行功能訓練任務對參與減肥項目的肥胖兒童進行干預。其中,執行功能訓練包括工作記憶和抑制控制訓練兩部分,工作記憶的訓練任務是在點矩陣任務(包括順序記憶、刷新、延遲回憶等)的基礎上修改而來的,抑制控制則是對stop-signal任務的改編。實驗組每周接受不少于4次,每次不超過40分鐘的執行功能訓練,訓練持續6周。結果發現,在干預結束后,實驗組兒童在工作記憶任務中的表現較之控制組有明顯的提高;同時,由于所有的被試都參與了體育鍛煉,兩組被試的體重都減少了,但是二者的體重減少量差異并不顯著,盡管如此,相比于控制組,實驗組的減肥效果持續時間更長,在干預結束8周后保持得更好,但是這一效果在12周后就不明顯了,研究者認為對于那些過度肥胖的兒童,需要對其進行長期的執行功能訓練以鞏固效果。

盡管目前對肥胖兒童執行功能訓練的研究還較少,但這些研究已在減肥效果保持方面表現出了巨大的優勢,因此如何有效地對肥胖兒童的執行功能進行訓練或許是未來干預的主要研究方向。目前,常用的執行功能訓練方法主要包括計算機化的任務訓練和有氧運動。計算機化的任務訓練是通過將執行功能任務(如stop-signal任務)以計算機為平臺進行呈現,具有實施方便的特點(Nutley et al.,2011)。有氧運動具有操作簡單易行的特點,它之所以能改善執行功能是因為,它是目標定向的、需要個體參與的行為,個體在參與過程中需要執行復雜的動作,并且通過運動能夠給大腦帶來生理變化,當運動中的認知卷入越多時,執行功能也提高得越多,同時只有長期堅持有氧運動才能有助于執行功能的真正改善(Kamijo et al.,2011)。綜合來看,執行功能訓練具有以下特點：首先,執行功能越差的兒童通過訓練得到的提高越多;其次,在訓練過程中需要不斷地提升任務的執行功能要求;最后,執行功能訓練最關鍵的因素是反復練習(Diamond,2013)。有研究表明,執行功能訓練可以很好地提高工作記憶和認知靈活性(Nutley et al.,2011),但抑制控制的提高效果并不明顯(Verbeken et al.,2013),而從肥胖與執行功能的關系研究不難看出,抑制控制在肥胖的形成和發展中扮演著至關重要的角色(Francis&Susman,2009;Seeyave et al.,2009;Piché et al.,2012),因此如何通過練習提高兒童的抑制控制,尤其是對食物線索的反應抑制應該是未來研究關注的重點。有研究者認為,在自我控制的干預過程中,需要考慮個體自我控制不足的來源(王利剛,謝東杰,樊春雷,高文斌,2014)。對肥胖兒童而言,自我控制的問題主要源于對食物的沖動反應(Batterink et al.,2010;Werthmann et al.,2011,2014),因此,加強對這一方面的訓練應當是干預研究關注的重點。有研究表明,通過對食物相關刺激的抑制控制訓練,能明顯提高個體對該刺激的反應抑制水平。該研究將愛吃巧克力的被試分成三組,分別接受巧克力刺激的Go trial、No-go trial以及一半Go trial,一半No-go trial訓練。訓練結束后,接受No-go trial訓練被試巧克力攝入量有顯著下降(Houben&Jansen,2011),研究表明反復地對特定食物進行反應抑制訓練或許可以幫助他們重新獲得對該食物的自我控制能力。此外,如前文所述,對被試進行食物線索的注意抑制訓練可以提高他們對食物線索的抑制控制(Kemps et al.,2014)。上述兩個研究分別從反應抑制和干擾抑制的角度對肥胖兒童進行包含食物線索的抑制控制訓練,并取得了一定的成效,它們為兒童肥胖干預提供了重要的思路。

執行功能訓練在減肥效果保持方面表現出了巨大的潛力,將其與適度的有氧運動結合或許是未來兒童流行性肥胖干預研究的一個重要方向。從肥胖的成因來看,執行功能訓練可以解決肥胖個體能量攝入過度的問題,而長期的有氧運動一方面有助于執行功能改善,但更重要的一方面是它解決了肥胖個體能量消耗不足的問題,因此,二者的結合有助于個體保持合理的能量攝入與消耗平衡。在未來的研究中,找到對食物抑制控制訓練的有效途徑將是一個亟待解決的問題。

4 總結與展望

通過回顧基于執行功能的兒童流行性肥胖研究,我們可以得到如下結論：執行功能與兒童流行性肥胖關系密切,執行功能越差的兒童會表現出越多不健康進食行為;執行功能的三個子成分中抑制控制與兒童流行性肥胖的聯系最為緊密,BMI越高的兒童越有可能抑制控制不足,他們的注意抑制較差,使得他們更難忽略環境中的食物線索,并且,他們的反應抑制較之正常體重兒童也更為不足,因此他們會表現出更多的沖動行為。腦機制研究發現,肥胖與PFC關系密切,在面對食物線索時肥胖兒童抑制控制的相關腦區OFC的激活水平較低,而作為工作記憶相關腦區的DLPFC則有較高的激活;獎勵回路也是涉及肥胖的重要腦區,OFC與獎勵回路具有拮抗關系,共同對肥胖產生作用。執行功能與流行性肥胖之間可能是雙向作用關系,執行功能不足或許是BMI增長的潛在因素,而體重減少也許可以使肥胖個體的執行功能在一定程度上得到改善。少量干預研究表明執行功能訓練在兒童減肥效果保持方面有著巨大潛力。雖然對執行功能與兒童流行性肥胖的研究已經取得了一些重要研究結論,但是仍有一些問題有待進一步改進和解決。

首先,在以往抑制控制的行為研究中,并未將不同獎勵特性的材料所對應的抑制控制進行綜合對比。根據Zelazo(2006)對執行功能的劃分,不同獎勵特性的刺激材料所涉及的執行功能并不相同,他認為,個體有情感卷入的執行功能是“熱”執行功能(食物、玩具等獎勵刺激),無情感卷入的則是“冷”執行功能(中性刺激)。由于肥胖兒童對食物線索更敏感,他們對中性刺激、食物獎勵刺激和其他獎勵刺激會產生不同程度的情緒喚醒,因此,肥胖兒童可能在這三種刺激材料的抑制任務中的表現也會不同。前人研究雖然考慮到材料的獎勵特性對抑制控制的影響,但是還未有研究將不同獎勵刺激對應的抑制控制進行整合對比,因此,未來研究應當對它們進行系統的對比研究,以幫助我們更好地了解對食物的抑制控制在兒童流行性肥胖中的獨特作用。

其次,DLPFC作為工作記憶的相關腦區,盡管腦機制研究已發現它與肥胖有著密切關系,但是目前基于此展開的行為研究還很少,且已有的行為研究并未重視食物線索的作用,未來設計行為研究時應該重點考察食物線索對肥胖兒童工作記憶的影響,從而更好地理解肥胖的認知機制。另外,有研究者認為抑制控制的相關腦區OFC與獎勵回路間可能是一種拮抗關系,但是這一關系或許比我們想像地更為復雜。這是因為,獎勵敏感性越高的被試,他們的DLPFC激活程度可能也越高;同時獎勵回路激活程度較高的被試OFC的激活程度卻較低;而抑制控制中的認知抑制可以阻止工作記憶中特定信息的激活,因此肥胖兒童在面對食物誘惑時,DLPFC的激活水平更難有效地降低,這使得他們更難對沖動行為進行控制。因此,OFC和獎勵回路間的拮抗關系或許要受DLPFC激活水平的影響,未來研究需要關注DLPFC在其中的重要作用。

最后,對兒童肥胖的干預方面還有以下三個需要注意和解決的問題：第一,

由于執行功能的有效提高需要較長時間的訓練才能實現,并且抑制控制是執行功能中最難得到改善的成分,因此,未來研究應當關注如何提高抑制控制的訓練效率,從而更好地為兒童肥胖干預服務。第二,已有研究表明執行功能在兒童2～5歲時已經出現并開始快速發展,其發展軌跡貫穿整個童年期和青春期(Diamond,2013),而對肥胖與執行功能的研究也發現,兒童早期(2～7歲)的執行功能對兒童中晚期的體重狀態有較好地預測作用。因此,越早對兒童肥胖進行干預,效果可能越好。第三,構建和諧、接納、包容的社會氛圍,盡可能減少環境因素對肥胖兒童心理造成負面影響。在進行肥胖干預時,應當考慮外部環境、執行功能與肥胖間的復雜作用關系。當個體面對持續的壓力(Reising,2013)、悲傷(Phillips et al.,2014)、孤獨(Tun,Miller-Martinez,Lachman,&Seeman,2013)、睡眠剝奪(Barnes,Gozal,&Molfese,2012)或者體育鍛煉不足(Chaddock,Hillman,Buck,&Cohen,2011)時,執行功能和前額皮質會首先受到影響。對兒童流行性肥胖的研究也發現,這些因素與BMI增加有關(Udo et al.,2013;Laurson et al.,2008)。所以,從某種意義上說,這些外部環境因素可能通過影響執行功能從而影響了個體的BMI變化,即執行功能或許在外部環境與兒童肥胖間起到了一定的中介作用。從這一角度來看,改善兒童流行性肥胖的現狀或許需要全社會一起努力,創建一個有序、和諧的社會,尤其是家庭和學校應當營造出對肥胖兒童包容、接納的氛圍,使肥胖兒童有健康的心理狀態和良好的生活方式,進而緩解肥胖的進一步發展,提高身體健康水平。

季成葉.(2008).我國中小學生超重肥胖流行現狀及其社會經濟差異.中國學校衛生,29(2),106–108.

季成葉,孫軍玲,陳天嬌.(2004).中國學齡兒童青少年1985～2000年超重、肥胖流行趨勢動態分析.中華流行病學雜志,25(2),103–108.

李輝,季成葉,宗心南,張亞欽.(2009).中國0～18歲兒童、青少年身高、體重的標準化生長曲線.中華兒科雜志,47(7),487–492.

王利剛,謝東杰,樊春雷,高文斌.(2014).自我控制的干預技術研究:基于雙系統理論.中國臨床心理學雜志,22(2),377–380.

朱盛.(2012).過度肥胖兒童執行功能狀況初步研究.現代實用醫學,24(6),674–675.

Alosco,M.L.,Spitznagel,M.B.,Strain,G.,Devlin,M.,Cohen,R.,Paul,R.,....Gunstad,J.(2014).Improved memory function two years after bariatric surgery.Obesity,22(1),32–38.

Anzman,S.L.,&Birch,L.L.(2009).Low inhibitory control and restrictive feeding practices predict weight outcomes.The Journal of Pediatrics,155(5),651–656.

Appelhans,B.M.(2009).Neurobehavioral inhibition of reward-driven feeding: Implications for dieting and obesity.Obesity,17(4),640–674.

Aronne,L.J.(2001).Epidemiology,morbidity,and treatment of overweight and obesity.The Journal of Clinical Psychiatry,62,13–22.

Barnes,M.E.,Gozal,D.,&Molfese,D.L.(2012).Attention in children with obstructive sleep apnoea:An event-related potentials study.Sleep Medicine,13,368–377.

Batterink,L.,Yokum,S.,&Stive,E.(2010).Body mass correlates inversely with inhibitory control in response to food among adolescent girls:An fMRI study.NeuroImage,52(4),1696–1703.

Braet,C.,&Crombez,G.(2003).Cognitive interference due to food cues in childhood obesity.Journal of Clinical Child and Adolescent Psychology,32(1),32–39.

Braet,C.,Tanghe,A.,Decaluwé,V.,Moens,E.,&Rosseel,Y.(2004).Inpatient treatment for children with obesity:weight loss,psychological well-being,and eating behavior.Journal of Pediatric Psychology,29(7),519–529.

Brinkworth,G.D.,Buckley,J.D.,Noakes,M.,Clifton,P.M.,&Wilson,C.J.(2009).Long-term effects of a very low-carbohydrate diet and a low-fat diet on mood and cognitive function.Archives of Internal Medicine,169(20),1873–1880.

Bruce,A.S.,Holsen,L.M.,Chambers,R.J.,Martin,L.E.,Brooks,W.M.,Zarcone,J.R.,....Savage,C.R.(2010).Obese children show hyperactivation to food pictures in brain networks linked to motivation,reward and cognitive control.International Journal of Obesity,34(10),1494–1500.

Bruce,A.S.,Lepping,R.J.,Bruce,J.M.,Cherry,J.B.C.,Martin,L.E.,Davis,A.M.,....Savage,C.R.(2013).Brain responses to food logos in obese and healthy weight children.The Journal of Pediatrics,162(4),759–764.

Bryan,J.,&Tiggemann,M.(2001).The effect of weightloss dieting on cognitive performance and psychological well-being in overweight women.Appetite,36(2),147–156.

Burger,K.S.,& Stice,E.(2011).Relation of dietary restraintscores to activation ofreward-related brain regions in response to food intake,anticipated intake,and food pictures.NeuroImage,55(1),233–239.

Chaddock,L.,Hillman,C.H.,Buck,S.M.,&Cohen,N.J.(2011).Aerobic fitness and executive control of relational memory in preadolescent children.Medicine and Science in Sport and Exercise,43,344–349.

Cserjési,R.,Molnár,D.,Luminet,O.,&Lénárd,L.(2007).Is there any relationship between obesity and mental flexibility in children?Appetite,49(3),675–678.

Dallman,M.F.(2010).Stress-induced obesity and the emotional nervous system.Trends in Endocrinology&Metabolism,21(3),159–165.

Davids,S.,Lauffer,H.,Thoms,K.,Jagdhuhn,M.,Hirschfeld,H.,Domin,M.,....Lotze,M.(2010).Increased dorsolateral prefrontalcortex activation in obese children during observation of food stimuli.International Journal of Obesity,34(1),94–104.

Deckelbaum,R.J.,&Williams,C.L.(2001).Childhood obesity:The health issue.Obesity Research,9(Suppl.11),239S–243S.

Diamond,A.(2013).Executive functions.Annual Review of Psychology,64,135–168.

Francis,L.A.&Susman,E.J.(2009).Self-regulation and rapid weight gain in children from age 3 to 12 years.Archives of Pediatrics&Adolescent Medicine,163(4),297–302.

Fulton,S.(2010).Appetite and reward.Frontiers in Neuroendocrinology,31(1),85–103.

Graziano,P.A.,Calkins,S.D.,&Keane,S.P.(2010).Toddler self-regulation skills predict risk for pediatric obesity.International Journal of Obesity,34(4),633–641.

Gunstad,J.,Strain,G.,Devlin,M.J.,Wing,R.,Cohen,R.A.,Paul,R.H.,....Mitchell,J.E.(2011).Improved memory function 12 weeks after bariatric surgery.Surgery for Obesity and Related Diseases,7(4),465–472.

Hofmann,W.,Friese,M.,&Strack,F.(2009).Impulse and self-control from a dual-systems perspective.Perspectives on Psychological Science,4(2),162–167.

Hornberger,M.,Geng,J.,& Hodges,J.R.(2011).Convergent grey and white matter evidence of orbitofrontal cortex changes related to disinhibition in behavioural variant frontotemporal dementia.Brain,134(9),2502–2412.

Houben,K.,&Jansen,A.(2011).Traning inhibitory control.A recipe for resisting sweet temptations.Appetite,56(2),345–349.

Kamijo,K.,Pontifex,M.B.,Khan,N.A.,Raine,L.B.,Scudder,M.R.,Drollette,E.S.,....Hillman,C.H.(2012).The association of childhood obesity to neuroelectric indices of inhibition.Psychophysiology,49(10),1361–1371.

Kamijo,K.,Pontifex,M.B.,O’Leary,K.C.,Scudder,M.R.,Wu,C.T.,Castelli,D.M.,&Hillman,C.H.(2011).The effects of an afterschool physical activity program on working memory in preadolescent children.Developmental Science,14,1046–1058.

Kamijo,K.,Khan,N.A.,Pontifex,M.B.,Scudder,M.R.,Drollette,E.S.,Raine,L.B.,....Hillman,C.H.(2012).The relation of adiposity to cognitive controland scholastic achievement in preadolescent children.Obesity,20(12),2406–2411.

Kemps,E.,Tiggemann,M.,&Hollitt,S.(2014).Biased attentional processing of food cues and modification in obese individuals.Health Psychology,33(11),1391–1401.

Khan,N.Raine,L.,Drollette,E.,Scudder,M.,Pontifex,M.,&Hillman,C.(2014).Differences in cognitive flexibility between healthy weight and obese children:An ERP study(629.6).The Journal of the Federation of American Societies for Experimental Biology,28(Suppl.1),629.6.

Laurson,K.R.,Eisenmann,J.C.,Welk,G.J.,Wickel,E.E.,Gentile,D.A.,&Walsh,D.A.(2008).Combined influence of physical activity and screen time recommendations on childhood overweight.The Journal of Pediatrics,153(2),209–214.

Li,Y.F.,Dai,Q.,Jackson,J.C.,&Zhang,J.(2008).Overweight is associated with decreased cognitive functioning among school-age children and adolescents.Obesity,16(8),1809–1815.

Maayan,L.,Hoogendoorn,C.,Sweat,V.,&Vonvit,A.(2011).Disinhibited eating in obese adolescents is associated with orbitofrontal volume reductions and executive dysfunction.Obesity,19(7),1382–1387.

Makris,A.,Darcey,V.L.,Rosenbaum,D.L.,Komaroff,E.,van der Veur,S.S.,Collins,B.N.,....Foster,G.D.(2013).Similar effects on cognitive performance during high-and low-carbohydrate obesity treatment.Nutrition&Diabetes,3(9),e89.

Martens,M.J.,Born,J.M.,Lemmens,S.G.T.,Karhunen,L.,Heinecke,A.,Goebel,R.,....Westerterp-Plantenga,M.S.(2013).Increased sensitivity to food cues in the fasted state and decreased inhibitory control in the satiated state in the overweight.American Journal of Clinical Nutrition,97,471–479.

Miller,L.A.,Crosby,R.D.,Galioto,R.,Strain,G.,Devlin,M.J.,Wing,R.,....Gunstad,J.(2013).Bariatric surgery patients exhibit improved memory function 12 months postoperatively.Obesity Surgery,23(10),1527–1535.

Munsch,S.,Roth,B.,Michael,T.,Meyer,A.H.,Biedert,E.,Roth,S.,…Margraf,J.(2008).Randomized controlled comparison of two cognitive behavioral therapies for obesechildren:Motherversusmother-child cognitive behavioral therapy.Psychotherapy and Psychosomatics,77(4),235–246.

Nederkoorn,C.,Braet,C.,van Eijs,Y.,Tanghe,A.,&Jansen,A.(2006).Why obese children cannot resist food:The role of impulsivity.Eating Behaviors,7(4),315–322.

Nederkoorn,C.,Coelho,J.S.,Guerrieri,R.,Houben,K.,&Jansen,A.(2012).Specificity of the failure to inhibit responses in overweight children.Appetite,59(2),409–413.

Nogueira,H.,Ferr?o,M.,Gama,A.,Mour?o,I.,Rosado,M.V.,&Padez,C.(2013).Perceptions of neighborhood environments and childhood obesity:Evidence of harmful gender inequities among Portuguese children.Health&Place,19,69–73.

Nutley,B.S.,S?derqvist,S.,Bryde,S.,Thorel,L.B.,Humphreys,K.,&Klingberg,T.(2011).Gains in fluid intelligence after training non-verbal reasoning in 4-year-old children:A controlled,randomized study.Developmental Science,14(3),591–601.

Phillips,L.H.,Henry,J.D.,Nouzova,E.,Cooper,C.,Radlak,B.,& Summers,F.(2014).Difficulties with emotion regulation in multiple sclerosis: Links to executive function,mood,and quality of life.Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology,36(8),831–842.

Piché,G.,Fitzpatrick,C.,& Pagani,L.S.(2012).Kindergarten self-regulation as a predictor of body mass index and sports participation in fourth grade students.Mind,Brain&Education,6(1),19–26.

Pieper,J.R.,&Laugero,K.D.(2013).Preschool children with lower executive function may be more vulnerable to emotional-based eating in the absence of hunger.Appetite,62,103–109.

Porter,J.S.,Stern,M.,Mazzeo,S.E.,Evans,R.K.,&Laver,J.(2012).Relations among teasing body satisfaction,self-esteem,and depression in treatment-seeking obese African American adolescents.Journal of Black Psychology,39(4),375–395.

Power,M.L.,&Schulkin,J.(2009).The Evolution of Obesity.Baltimore,MD:Johns Hopkins University Press.

Reinert,K.R.S.,Po’e,E.K.,&Barkin,S.L.(2013).The relationship between executive function and obesity in children and adolescents:A systematic literature review.Journal of Obesity,2013,820956.

Reising,M.M.(2013).The effects of chronic stress on executive function,coping and prefrontal function in children ofdepressed parents(Unpublished doctoral dissertation).Vanderbilt University.

Riggs,N.R.,Chou,C.P.,Spruijt-Metz,D.,&Pentz,M.A.(2010).Executive cognitive function as a correlate and predictor of child food intake and physical activity.Child Neuropsychology:A Journal on Normal and Abnormal Development in Childhood and Adolescence,16(3),279–292.

Riggs,N.R.,Spruijt-Metz,D.,Sakuma,K.-L.,Chou,C.P.,&Pentz,M.A.(2010).Executive cognitive function and food intake in children.Journal of Nutrition Education and Behavior,42(6),398–403.

Seeyave,D.M.,Coleman,S.,Appugliese,D.,Corwyn,R.F.,Bradley,R.H.,Davidson,N.S.,....Lumeng,J.C.(2009).Ability to delay gratification at age 4 years and risk of overweight at age 11 years.Archives of Pediatrics&Adolescent Medicine,163(4),303–308.

Spruijt-Metz,D.(2011).Etiology,treatment,and prevention of obesity in childhood and adolescence:A decade in review.Journal of Research on Adolescence,21(1),129–152.

Stingl,K.T.,Kullmann,S.,Kettere,C.,Heni,M.,H?ring,H.-U.,Fritsche,A.,&Preiss,H.(2012).Neuronal correlates of reduced memory performance in overweight subjects.NeuroImage,60(1),362–369.

Szabo-Reed,A.N.,Breslin,F.J.,Lynch,A.M.,Patrician,T.M.,Martin,L.E.,Lepping,R.J.,....Savage,C.R.(2015).Brain function predictors and outcome of weight loss and weight loss maintenance.Contemporary Clinical Trials,40,218–231.

Tun,P.A.,Miller-Martinez,D.,Lachman,M.E.,&Seeman,T.(2013).Social strain and executive function across the lifespan:The dark(and light)sides of social engagement.Aging,Neuropsychology,and Cognition:A Journal on Normal and Dysfunctional Development,20(3),320–338.

Udo,T.,Grilo,C.M.,Brownell,K.D.,Weinberger,A.H.,DiLeone,R.J.,&McKee,S.A.(2013).Modeling the effects of positive and negative mood on the ability to resist eating in obese and non-obese individuals.Eating Behaviors,14(1),40–46.

Verbeken,S.,Braet,C.,Claus,L.,Nederkoorn,C.,&Oosterlaan,J.(2009).Childhood obesity and impulsivity:An investigation with performance-based measures.Behaviour Change,26(3),153–167.

Verbeken,S.,Braet,C.,Goossens,L.,&van der Oord,S.(2013).Executive function training with game elements for obese children:A novel treatment to enhance self-regulatory abilities forweight-control.Behaviour Research and Therapy,51(6),290–299.

Verdejo-García,A.,Pérez-Expósito,M.,Schmit-Río-Valle,J.,Fernández-Serrano,M.J.,Cruz,F.,Pérez-García,M.,....Campoy C.(2010).Selective alterations within executive functions in adolescents with excess weight.Obesity,18(8),1572–1578.

Volkow,N.D.,Chang,L.D.,Wang,G.J.,Fowler,J.S.,Ding,Y.S.,Sedler,M.,....Pappas,N.(2001).Low level of brain dopamineD2receptorsin methamphetamine abusers:Association with metabolism in the orbitofrontal cortex.The American Journal of Psychiatry,158,2015–2021.

Volkow,N.D.,Wang,G.J.,Fowler,J.S.,&Telang,F.(2008).Overlapping neuronal circuits in addiction and obesity:Evidence of systems pathology.Philosophical Transactions of the Royal Society B:Biological Science,363,3191–3200.

Werthmann,J.,Roefs,A.,Nederkoorn,C.,Mogg,K.,Bradley,B.P.,&Jansen,A.(2011).Can(not)take my eyes offit:Attention bias for food in overweight participants.Health Psychology,30(5),561–569.

Werthmann,J.,Field,M.,Roefs,A.,Nederkoorn,C.,&Jansen,A.(2014).Attention bias for chocolate increases chocolate consumption-An attention biasmodification study.Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry,45(1),136–143.

Wirt,T.,Hundsd?rfer,V.,Schreiber,A.,Kesztyüs,D.,&Steinacker,J.M.(2014).Associations between inhibitory controland body weightin German primary school children.Eating Behaviors,15(1),9–12.

Yokum,S.,Ng,J.,&Stice,E.(2011).Attentional bias to food images associated with elevated weight and future weight gain:An fMRI study.Obesity,19(9),1775–1783.

Zelazo,P.D.(2006).The dimensional change card sort(DCCS):A method of assessing executive function in children.Nature Protocols,1(1),297–301.

Zelazo,P.D.,&Carlson,S.M.(2012).Hot and cool executive function in childhood and adolescence:Development and plasticity.Child Development Perspectives,6(4),354–360.