體育運動對注意轉換功能影響的研究進展

杜凱 劉靜

摘要：注意轉換功能是執行功能的重要組成部分，是指在執行多個任務或情景時，認知資源相互轉換的過程，在日常的學習生活中扮演著重要的角色。個體的注意轉換功能可以通過運動干預得到改善和提高。就體育運動對注意轉換功能影響的相關文獻進行整理與分析。綜述發現：在研究對象的選取方面，我國學者主要集中在青少年兒童、大學生以及慢性疾病的研究方面；運動類型多為短時有氧運動為主，干預方式相對較單一；研究方法較多地采用行為學任務測試，而使用先進的認知神經科學技術的研究較少。未來的研究可以較多的關注認知健康的老年人群，進行不同類型的運動干預，并結合認知神經科學技術，探討體育運動對注意轉換功能的影響及其內在的神經機制。

關鍵詞：體育運動；注意轉換功能；研究進展

中圖分類號：G804文獻標識碼：A文章編號：1009-9840（2018）03-0052-05

Research progress of the impact of sports on attention switching function

DU Kai，LIU Jing

（College of Wushu， Shanghai University of Sport， Shanghai 200438， China）

Abstract：Attention switching function as an important part of executive function， refers to the process of cognitive resource conversion when performing multiple tasks or situations， which plays an important role in daily study and life. Attention switching function of individual can be improved through physical exercise intervention. This article collects and analyzes relevant literature on the effect of sports to attention switching function. It is found that in the selection of the research objects， scholars mainly focus on adolescent children， college students， and chronic diseases； The types of exercise are mainly short-term aerobic exercise， and the intervention method is relatively simple； Research methods mainly adopt the behavioral test and fewer studies use advanced cognitive neuroscience techniques. The future research can focus more on cognitively healthy elderly populations， adopt different types of exercise intervention， and combine with cognitive neuroscience technology to explore the effects of sports on attention switching function and its intrinsic neural mechanism.

Key words：sports； attention switching function； research progress

收稿日期：2018-03-06

作者簡介：杜凱（1993-），男，山東聊城人，在讀碩士研究生，研究方向民族傳統體育與健康促進。

通訊作者：劉靜（1971-），女，安徽六安人，教授，博士生導師，研究方向民族傳統體育學。注意轉換又可以稱為任務轉換（Task Switching），是人類認知活動最基本的方式，在日常的學習、工作、生活中需要同時或連續處理多種任務，這就要求人腦在不同的任務之間進行快速、頻繁的任務轉換，具體體現為當兩項任務競爭同一認知資源時，對這兩項任務相互轉換的控制過程[1]。已有研究表明，轉換功能對青少年的學習、邏輯推理、解決問題和智力發展尤為重要，是影響青少年身心健康發展的關鍵因素，注意轉換功能困難會影響青少年的行為表現和情緒狀態，嚴重的轉換功能障礙會造成反應遲鈍、行動緩慢以及抑郁癥等精神疾病[2]。此外，隨著年齡的增長老年人的認知功能衰退比較明顯，其中注意轉換功能在整個中老年期表現出明顯衰退，將嚴重影響老年人的身心健康，降低他們的生活質量[3]。如何促進青少年兒童注意轉換功能的發展、延緩老年人注意轉換功能的衰退，成為現代社會迫切要解決的問題，也是心理學、臨床醫學、教育學和認知神經科學等不同領域各方面專家關注的焦點問題。

近年來，體育運動作為一種改善大腦健康的潛在有效方法已得到了廣泛的關注[4-6]，在有關體育鍛煉促進執行功能的提高方面產生了豐碩的研究成果。研究發現，青少年兒童是執行功能發展的關鍵時期，合理的體育鍛煉和運動干預能夠有效促進其執行功能的發展。認知和神經的可塑性（Cognitive And Neutral Plasticity）現象說明，體育鍛煉可以使老年人的認知功能得到提高甚至逆轉，并且對改善腦容量、腦功能也有影響[7]。本文運用文獻資料法對體育運動與注意轉換功能的相關文獻進行篩選、整理和歸納，以體育運動的構成要素（運動方式、運動強度、運動持續時間）為切入點，從體育運動對老年人注意轉換功能影響的行為學效果和腦機制兩方面進行綜述，總結體育運動與注意轉換功能關系的研究成果，并為今后的研究提供參考思路，為提高青少年的注意轉功能與延緩老年人執行功能衰退提供理論依據。

Miyachi等人將68名大學生隨機分成4組，1組為對照組，另外3組分別以40%RM負荷、70% RM負荷、90%RM負荷進行不同強度的力量訓練，訓練前后采用More odd shifting任務測試4組大學生的注意轉換功能。與對照組相比，結果發現12周力量訓練對大學生執行功能的轉換能力產生積極的影響，并且高負荷的力量訓練效果顯著好于低負荷力量訓練[21]。陳愛國等人以四年級學生為研究對象，依據籃球運球強度分為小強度組、中等強度組、大強度組和對照組，使用More-odd shifting任務評價1次30分鐘籃球運球訓練干預試驗前后小學生注意轉換功能的變化，研究結果發現1次30分鐘不同強度的籃球運球訓練對小學生轉換功能均有積極影響，但效果存在差異，中等強度籃球運球訓練對小學生轉換功能改善效果最好[22-23]。在陳愛國的另一項研究中，為探討不同強度短時有氧運動對轉換功能的影響，選取30名大學生參加30分鐘不同強度的功率自行車運動，使用More-odd shifting任務分別測試被試基線、小強度、中等強度和大強度短時有氧運動后注意轉換功能的變化，結果表明不同強度的有氧運動對大學生的轉換功能均能產生積極影響，并且沒有顯著性差異[24]。Chang 等人研究了中等強度的有氧運動對轉換功能的影響，實驗選取了 40 歲至50歲之間的被試者，分為運動組和對照組，采用了Task-switch 轉換任務進行了測試，研究結果顯示運動組的成績并沒有顯著大于對照組的成績，雖然運動組的反應時要小于對照組，但是運動組的正確率明顯低于對照組。由此實驗可以表明，中等強度的有氧運動對 40 歲至50 歲年齡段被試者的轉換功能沒有積極的影響[25]。

3體育運動持續時間對注意轉換功能的影響

運動持續時間也是影響運動效果的關鍵因素，在體育運動與注意轉換功能的相關研究中，學者們主要采用短時和長期運動干預兩種方法來探討實驗前后個體注意轉換功能的變化。

張楠楠等選取參加太極拳半年以上和無鍛煉習慣的中老年人為研究對象，鍛煉組又按鍛煉時間小于3年、4至6年、大于7年進行組內比較，結果發現鍛煉組的平均反應時間、手腳交叉運動的總時間、正確次數、平均時間得分顯著大于對照組，說明太極拳對老年人的判斷速度、反應速度、轉換能力等有顯著的提高作用。在鍛煉組內比較來看，練習太極拳7年以上中老年人的各項測試成績顯著優于鍛煉少于3年的，說明長期太極拳鍛煉對注意轉換能力、反應速度有顯著促進作用[26]。贠小波隨機選取天津體育學院大學生作為對照組與實驗組，實驗組進行為期 8 周的二十四式簡化太極拳鍛煉干預，對照組不做任何形式的運動干預，在實驗前、第五周、第八周分別對對照組和實驗組進行一次More odd shifting的測試，結果表明在實驗組的后測成績中，8 周時成績明顯優于4周時成績（P<0.001），說明長期的太極拳鍛煉能明顯改善大學生的轉換功能[27]。劉俊一在有氧體育鍛煉與大學生執行功能關系的劑量效應的研究中，選取270名大學生為研究對象，按不同的干預時間進行有氧功率自行車鍛煉，使用More odd shifting任務分別在鍛煉前、1次鍛煉后、8周、12周和16周測試被試者的注意轉換功能，考察不同鍛煉時間對轉換功能的影響，結果顯示大學生轉換功能的改善效果為16周>12周>8周>4周>1次，表明持續長時間的體育鍛煉更有助于提高大學生的注意轉換功能[28]。顏軍等以87名女大學生為研究對象，以中等運動強度的健美操運動進行干預，按照干預持續時間不同分為常規教學組、持續鍛煉6周組和持續鍛煉12周組，使用More odd shifting任務測試被試者的注意轉換功能，結果顯示不同持續時間健美操鍛煉對女大學生轉換功的能影響存在顯著差異，鍛煉12周組的測試成績明顯優于鍛煉6周組和常規教學組，表明鍛煉的持續時間是影響女大學生轉換功能發展的主要因素之一[29]。

4體育運動影響注意轉換功能的腦機制研究

李琳等選取30名女大學生為研究對象，以30分鐘中等強度功率自行車運動為干預手段，以More-odd shifting任務為剌激材料進行fMRI掃描測試，通過配對t檢驗比較運動前后完成任務的行為學及腦區激活差異，研究表明短時有氧運動能引起女大學生轉換功能的腦激活模式發生改變，具體表現為被試的右腦后頂葉回、右腦額下回、左腦額中回、右腦額葉回、右腦顳葉回、左腦額上回、左腦邊緣葉扣帶回、右腦邊緣葉扣帶回和右腦頂葉回激活顯著增強[30]。國外學者Nagahama等人的fMRI 研究發現， 被試在不同的知覺特性間轉換注意時，右前額葉被激活[31]。而Sohn 和Jamadar 等人的fMRI 研究發現， 被試在任務轉換時激活了前額葉和頂葉[32-34]。Sylvester等研究也指出注意轉換主要是以背外側前額皮質、前扣帶回、頂葉后部為基礎[35]。DOVEA等人通過fMRI研究發現前額葉皮層和扣帶回是認知定勢轉換的神經解剖基礎[36]。以上這些研究表明，任務轉換與額葉、顳葉及頂葉有關。也有學者對體育運動對整體執行功能影響的腦機制進行了相關研究，陳愛國等采取30分鐘中等強度的有氧功率自行車運動干預，采用心率監測裝置監控以及功能磁共振成像測量技術，進行了兒童執行功能的腦機制研究，研究發現短時中等強度有氧運動干預前后腦激活模式發生了改變，具體表現雙側額上回、雙側額中回、雙側頂上小葉和左側頂下小葉激活程度增加，左側前扣帶回激活減弱[37]。劉俊一以56名身體健康、無異常心理癥狀的大學生為研究對象，采用全腦功能磁共振成像（fMRI）方法比較分析有氧體育鍛煉前后大學生相關腦區激活情況，有氧體育運動干預方式為功率自行車，結果發現經過有氧體育鍛煉干預后，與執行功能相關的腦區激活范圍更廣、激活程度更高，主要表現在雙側額葉中回、左頂上小葉、左扣帶回、右中央前回、右中央后回和左額上回[38]。

5小結和展望

綜上所述，轉換功能作為執行功能的重要組成部分，更應是學者們關注的重點，它是一個擁有著廣闊理論和應用前景的研究領域，在近年來的發展中取得了豐富的研究成果。但是以往的研究也存在一些不足，同時在研究的結論上，有學者得出相反的結論，說明研究尚具有不確定性，需要進一步證實。

首先，在研究認知健康的執行功能方面，國內外學者以兒童、青少年以及慢性病患者等特殊群體作為研究對象的較多，而針對于運動對認知健康老年人注意轉換功能的研究相對較少。其次，在體育運動對執行功能影響的“劑量效應”中，國內外學者所采取的干預手段多為短時中等強度的有氧運動，干預方式相對單一，無法充分揭示體育運動的“劑量效應”與執行功能的關系。再次，在研究方法方面，當前我國學者主要采用行為學量表和計算機輔助測試任務來探究體育運動與執行功能的關系，雖然神經心理量表是成熟、標準化的認知功能評價工具，有著廣泛的臨床應用，但是尚不能充分探討兩者關系的相關腦機制問題。

因此，在未來的研究中，可以將認知健康的老年人作為研究對象，使用不同類型的干預手段，采用神經心理學量表、計算機輔助測試任務與認知神經科學技術（fMRI/ERP）相結合的方法，探討體育運動對注意轉換功能的影響及其內在的神經機制，為體育運動影響認知神經科學的研究提供新的路徑和思維方式。

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