有氧健身有利于提高兒童的認知控制能力

李明珠

〔摘要〕本文回顧了近幾年有關有氧健身與兒童認知控制之間關系的研究。結果顯示，有氧健身有利于提高兒童的認知控制能力，主要在于有氧健身能夠提高兒童的抑制控制能力，提高兒童的工作記憶能力，使兒童能夠在任務過程中更好地分配注意資源，在反應選擇中減少沖突，從而獲得更好的認知控制能力。

〔關鍵詞〕有氧健身；認知控制；工作記憶

〔中圖分類號〕G44 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1671-2684（2017）08-0007-04

一、引言

近些年來，隨著社會的發展，兒童的學習壓力日益增加，而由于交通運輸的便利，兒童的靜坐行為越來越多，運動量越來越少。同時，在當前的教育形勢下，很多老師家長更加注重兒童的學習，而忽視體育健身對于兒童發展的重要作用。心理學家則越來越關注運動對于兒童的影響，并進行一系列的相關研究，尤其是有氧運動對于兒童認知功能方面的影響。

認知控制又稱執行控制，是指對于目標導向行為的調節與控制，即在知覺選擇、反應控制等任務中實時的調整自己，以達到順利完成特定任務的目的。認知控制包括三個核心成分，分別為工作記憶、抑制控制和認知靈活性。

同時作為中央執行系統的核心部分，認知控制能力也是兒童知識學習、解決問題、智力活動和邏輯推理能力發展的重要影響因素[1]。認知控制能力不良的兒童在日常學習生活中注意力集中困難，難以抑制無關信息的干擾，使學習能力受損，影響學業成就[2]。認知控制能力也是新概念知識學習及對新環境適應的重要條件，會影響學生日常行為的各個方面[3]。就兒童的身體健康方面，有研究表明肥胖癥與認知控制有著選擇性的消極關聯。提高兒童認知控制能力能夠幫助兒童在學習和生活中適應得更好，得到更好的發展。

有氧健身是指長時間進行運動，使心肺得到充分的有效刺激，提高心肺功能，從而讓全身各組織、器官得到良好的氧氣和營養供應，維持最佳的功能狀況[4]。有關人類和動物的生理和心理研究均指出運動對認知和大腦功能有積極影響，近幾年一些研究也表明有氧運動對于認知控制具有積極影響。

二、有氧健身與認知控制的關系研究

（一）研究方法概述

在有氧運動與認知控制的研究中，研究者大多選擇有氧體能（Aerobic Fitness）作為衡量有氧健身效果的重要指標。而對于有氧體能的評估則多使用有氧心血管耐力跑（Progressive Aerobic Cardiovascular En-durance Run，PACER）體質測驗，也有研究使用其他指標來評估兒童的有氧體能，如身體質量指數（Body Mass Index，BMI）；而研究中的認知任務則主要使用側抑制任務（Flanker）和空間n-back任務等。

（二）有氧健身促進認知控制

有氧健身與兒童的認知控制能力成正相關，Scudder，Lambourne和Drollette等人[5]發現，在評估抑制控制功能的側抑制任務（Flanker）中，有氧體能越高的兒童其任務表現越好，具體表現為更短的反應時和更高的準確率。此外，研究者發現側抑制任務中，高體能的兒童有更穩定的表現，而低體能兒童在一致任務中的表現較好，但不一致任務中表現較差，任務表現隨任務難度增加而顯著下降，表現出更大的個體內差異。Chaddock，Erickson和Parkash等人[6]也發現，高有氧體能的兒童在任務中能始終保持較高的準確率，而低有氧體能的兒童只能在任務早期保持較高的準確率。這些結果均表明，有氧體能的提高有利于兒童認知控制能力的發展，使兒童在難度增加的任務中，也能有較好的表現，有更好的適應新問題、新環境的能力。

但是有氧體能的提高對于兒童認知控制功能的影響也不盡相同，有氧體能對于兒童需要更多認知控制能力的任務中的作用更加突出。如在空間n-back任務中，研究者發現當任務中要求更多的工作記憶時，有氧體能水平的高低與任務表現存在更加緊密的關聯[5]。Wu，Pontifex和Raine等人[7]也發現在多種認知控制要求的任務中，有氧體能的高低與兒童認知控制之間的關系更密切。這些研究都證明有氧體能有利于提高兒童的認知控制能力，同時也表明有氧體能高的兒童在應對困難問題時，能夠更有效地解決沖突，較好地完成任務。

但是有氧運動影響認知控制的具體方面尚有爭議，如Hillman，Pontifex和Raine等人[8]發現，中等程度的有氧鍛煉（跑步機上20分鐘競走）之后，兒童的注意認知控制能力有所提高，從而提高了兒童在認知任務中的反應準確率；但Drollette，Shishido和Protifek等人[9]的研究表明，短期鍛煉對于認知控制的影響主要在于對抑制控制的影響，而對于工作記憶的影響則不顯著。

三、有氧健身對認知控制作用的神經基礎

已有研究結果已經證實有氧健身有利于提高兒童的認知控制能力，那么有氧健身影響認知控制的機制又是什么呢？近年來，隨著電生理及神經影像學技術的發展，研究者可以通過使用腦電（ERP），功能性磁共振成像技術（fMRI）等技術更加深入地了解大腦的神經機制。

Voss，Chaddock和Kim等人[10]的功能磁共振成像（fMRI）研究結果表明，健身與涉及認知控制過程的大腦區域不同激活模式有關。高健康水平（BMI）的兒童能夠更有效地激活帶狀蓋網絡區域。健身不止會在一定程度上影響因任務需要而激活的相關腦區，還會影響認知控制大腦系統的基礎功能體系結構。在側抑制任務中，刺激一致條件下，低健康水平（BMI）兒童的激活反應了更多的無效控制，高健康水平的兒童很少需要努力主動控制。而刺激不一致條件下，低健康水平的兒童難以有效地使用反應策略，從而引起了大腦網絡更多的激活，反映了認知控制的無效調節。反之，高健康水平的兒童能夠使用有效的反應策略，能夠在更困難的任務中充分調整主動策略，從而更加有效地加工，引起較少的大腦網絡激活。

同樣地，Chaddock，Erickson和Prakash等人[6]的研究也發現，高體能兒童在完成不一致任務（即難度較高的任務）時與低體能兒童表現出不同的大腦激活模式，高低體能兒童在不一致任務早期前額葉與頂葉激活增加；但是在任務后期，高體能兒童激活減少，而低體能兒童未發現明顯差異。這一結果表明高體能兒童在任務后期已不需要調用更多資源處理任務，而低體能兒童依然需要更多的認知資源才能保證任務的完成。

此外，一些研究表明，有氧體能與兒童的大腦結構相關，Chaddock-Heyman，Hillman和Cohen[11]發現，與低有氧體能的同伴相比，高有氧體能的兒童有更大的基底神經節和海馬容量，而基底神經節與海馬結構與個體的認知控制和記憶能力的大小相關。Chaddock，Erickson和Prakash[12]發現，高體能兒童的背側紋狀體體積大于低體能的兒童，而背側紋狀體體積與行為干擾之間成負相關，更大的背側紋狀體體積可以促進沖突解決。

在ERP研究中，與認知控制相關的腦電波成分中，比較具有代表性的是P300，P300與沖突水平呈正相關，能夠反映注意資源的分配，而P300的潛伏期則可以反映認知處理速度。此外錯誤相關負波（ERN）——人類被試在錯誤動作反應發生之后100～150ms產生的一種負波，也是ERP成分中沖突監控與錯誤評估的指標。Hillman，Buck和Themanson等人[13]關于兒童有氧運動與認知發展的ERP研究結果表明，在側抑制任務中，較高健康水平兒童的P300波振幅大于健康水平較低的兒童，且P300的潛伏期較短，這說明高健康水平的兒童在任務中能夠更好地分配注意資源，更快地進行認知處理，從而有更好的認知控制表現。

Pontifex，Raine和Johnson等人[14]的研究也發現，高體能兒童表現出增加的P300振幅和更短的P300潛伏期，以及在兼容與不兼容刺激反應條件中，有更好的P300振幅調節。同時還發現，在側抑制任務中，高健康水平的兒童在刺激一致條件下呈現更小的錯誤相關負電（ERN）的振幅，在刺激一致和不一致條件之間也能更好地調整ERN；而低健康水平的兒童則反之，在兩種條件下都呈現更大的ERN振幅。這些結果表明高健康水平的兒童在任務中能夠更靈活地調整認知控制過程。

總結上述研究，有氧體能可以通過改變兒童大腦激活模式以及大腦結構，提高兒童的認知控制能力。

四、總結和建議

各研究者的行為學研究結果都表明，相比有氧健身水平較低的兒童，有更高水平的有氧健身的兒童在認知控制任務中都會表現出更高的準確率和更短的反應時，這些結果都反映了有氧健身有利于兒童的認知控制。而神經電生理學的研究與神經影像學的研究結果也為有氧健身和認知控制的關系提供了相應的證據。

當前在我國，不論學校與家庭，均更重視兒童的學業成就，忽視兒童的體育鍛煉。有氧健身有利于提高兒童的認知控制能力，學校和家庭應重視增加兒童的有氧運動，減少兒童的靜坐行為，避免因長時間的靜坐行為影響兒童的認知控制能力，進而影響兒童的學習與生活，不利于兒童的健康成長。學校要合理安排學生課程，不可忽視兒童體育鍛煉，學校的早操安排應該更加完善，使早操確實發揮其應有的作用。而父母也要重視孩子的身體鍛煉，可在休息日帶孩子多參與一些室外活動，增加兒童的運動量，減少當前兒童越來越多的靜坐行為。廣大社會應樹立以“體育”促“心育”的意識，讓兒童全面發展。

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（作者單位：安徽師范大學教育科學學院，蕪湖，240000）

編輯/劉 揚 終校/于 洪