體育鍛煉對兒童執行功能的影響及其機制研究述評

王葉瓊　宋鑫平

摘 要：兒童時期處于大腦功能發展的快速期，是執行功能發展的高峰期。而運動干預對發育期腦的可塑性具有積極的影響。因此，身體活動與鍛煉對兒童執行功能的影響相關問題日益受到研究者的關注，并獲得了一定的研究成果。本文綜述了體育鍛煉對兒童執行功能影響的相關研究，探討提高兒童執行功能的手段及途徑，旨在為探索體育鍛煉促進兒童認知發展提供一定的理論價值及實踐意義。

關鍵詞：體育鍛煉 體育運動 兒童 執行功能

中圖分類號：G806 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2813（2018）10（a）-0025-02

執行功能（Executive Function，EF）是指在完成復雜的認知任務時，協調控制各種基本活動的重要認知過程，它保證認知系統靈活、優化的實現特定目標，其根本目的是產生協調有序的、目的性的行為，是一種高級認知功能。主要包括抑制、刷新和轉換功能。研究發現兒童時期處于大腦功能發展的快速期，是執行功能發展的高峰期。而運動干預對發育期腦的可塑性具有積極的影響。因此，身體活動與鍛煉對兒童執行功能的影響相關問題日益受到研究者的關注，并獲得了一定的研究成果。筆者擬綜述體育鍛煉對兒童執行功能影響的相關研究，探討提高兒童執行功能的手段及途徑，旨在為探索體育鍛煉促進兒童認知發展提供一定的理論價值及實踐意義。

1 體育鍛煉對普通兒童執行功能的影響

1.1 不同類型體育鍛煉對兒童執行功能的影響

研究者采用多種多樣的運動方式探討體育鍛煉對兒童執行功能的影響，如功率自行車、籃球、足球、羽毛球、乒乓球、網球、棒球、跆拳道、太極拳、健美操、游泳、力量素質訓練、障礙跑、花樣跑步、趣味田徑游戲等。雖然相關領域還存在不一致的研究結果，但眾多研究表明，體育鍛煉可以作為提高兒童執行功能的手段，且不同鍛煉方式對兒童執行功能及各子功能的影響存在差異性。有研究者探討5種運動干預方案（（1）花樣跑步；（2）趣味田徑游戲；（3）“小手球+素質練習”；（4）“踢毽+游戲”；（5）“武術+花樣跳繩+8字跑”）對小學生腦執行功能的影響。結果表明，5種方案對小學生的執行功能均有積極的促進作用，但不同方案對3個子功能產生的效果存在差別。方案（2）（4）（5）能有效提高抑制功能；方案（1）（5）能有效提高刷新功能；方案（1）（3）（5能有效提高轉換功能[1]。

有研究表明，有氧運動與控制認知發展的神經電活動的改變存在相關。相較于靈敏運動和阻力運動，有氧運動更有利于促進小學生執行功能的提高[2，3]。越來越多來自運動心理學領域的研究發現有氧運動對執行功能具有積極效益，建議把它作為改善和提高執行功能的手段。

1.2 不同持續時間體育鍛煉對兒童執行功能的影響

迄今，大多數的研究表明不管是短時還是長時運動，對兒童的身體和大腦執行功能都有積極的促進作用，且運動對執行功能改善效果與運動的持續時間相關。但不同研究采用的運動持續時間長短不一，且較少有不同持續時間的效果比較研究。馮磊選取180名四年級小學生為被試，分別對其進行8min、15min、30min的中等強度運動干預及同等時間室內自由活動對照。結果表明，30min籃球運動訓練對兒童執行功能改善效果最好[4]。陳愛國，馮磊，朱麗娜等人的研究支持了這一結果[5]。有研究者探索長時不同持續時間鍛煉對執行功能的影響，指出3次/周、30min/次的運動效果較好[6]。

1.3 不同強度體育鍛煉對兒童執行功能的影響

近年來，研究者采用小強度、中強度和大強度探索不同強度鍛煉對兒童執行功能發展的有效性，結果表明，中等強度的改善效果更好[6，7]。陳愛國，趙莉，李煥玉等人探討30min不同強度籃球運球訓練對小學生執行功能的積極效益，發現不同強度訓練均能產生積極的影響，但效果存在差異，其中，中等強度訓練的改善效果最佳[7]。因而，中等強度成為大多數研究者的選擇。

也有研究者探索年齡對兒童執行功能的影響，發現7～9歲和10～12歲兩個時期，兒童執行功能的各成分會加速發展[8]。許多標準執行功能測試將于12歲左右達到成人水平[9]。在對性別的探討中，一般反應出來的是認知風格或反應偏好等方面的差異，如女生在認知靈活性上的表現較男生好[8]。也有研究表明，所有執行功能任務測量均沒有發現性別主效應，且性別和年齡的交互作用不顯著[10]。

2 體育鍛煉對特殊兒童執行功能的影響

隨著體育鍛煉對普通兒童執行功能研究地不斷深入，部分研究者將注意力轉移向特殊兒童。研究一般集中在超重、肥胖兒童、ADHD兒童、自閉癥兒童、認知障礙兒童、攻擊性兒童、學習困難兒童、聾啞兒童及留守兒童等。雖然相關研究數量較少，但大多數研究表明，體育鍛煉能夠對特殊兒童的執行功能產生積極性的影響。陳愛國，蔣任薇，吉曉海等人的研究指出8周中等強度的花樣跳繩運動能夠改善和提高聾啞兒童的執行功能，主要體現在對刷新和轉換功能產生了積極影響，對抑制功能則沒有產生顯著性影響[11]。梁洪英以“BAMS”身心運動為干預方式，對留守兒童進行研究，結果與其一致[12]。潘家禮，殷恒嬋，陳愛國等人采用籃球運動干預對學習困難、正常小學生進行對比分析，結果表明運動干預對兩類學生的執行功能均具有促進作用，且學習困難組的改善效果優于正常組[6]。

3 體育鍛煉對兒童執行功能的影響機制

鍛煉涉及運動皮質、腦干、小腦等腦的局部區域的活動，更與多個區域緊密相關，如大腦前額葉、頂葉、顳葉、丘腦、邊緣系統等[6]。而執行功能是由前額葉、頂葉、前扣帶回、皮層下結構（基底節、丘腦、小腦）組成的皮層——皮層下網絡等多個腦區協同作用的結果[13]。體育鍛煉具有改變兒童腦結構（包括腦重的變化、皮層厚度的變化、不同腦區溝回面積的改變等）、腦功能（相關腦區激活水平的改變和腦功能網絡聯結的變化）的能力，能改善兒童腦的可塑性[14]。

陳愛國，殷恒嬋，王君等人借助fMRI技術，發現短時中等強度有氧運動能夠使得兒童執行功能腦激活模式產生雙側額上回、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等積極變化，從而改善兒童的執行功能[13]。另一項研究表明短時中等強度有氧運動通過增加兒童靜息狀態下腦功能ReHo值，可改善大腦的可塑性，提高執行功能[15]。也有研究表明，有氧鍛煉與參與和控制認知發展的神經電活動的改變相關。更多的鍛煉與更好的體能在各種認知任務中能夠使得P3振幅更大、潛伏期更短，ERN波幅更小[16]。潘家禮，殷恒嬋，陳愛國等人對特殊兒童進行研究，他們認為相較于正常小學生，學習困難小學生的神經通路可能不一樣，由于發育不完善或許出現了障礙，經過鍛煉后神經通路可能被激活或出現新的神經通路，導致干預后學習困難小學生較正常小學生的神經通路改善或激活程度更好[6]。

4 展望

雖然探討體育鍛煉與小學生執行功能關系的研究已相當充分，但其因果關系證據積累有限，需要更多的腦科學證據，且相關研究仍不盡一致，尚需更全面和系統地挖掘。體育鍛煉與執行功能的劑量效應研究相對有限，亦較少考慮中介變量、調節變量的影響。此外，干預過程中，如何嚴格地控制無關變量的影響？這些都是未來的研究需要考慮的問題。另外，在今后的探究中，對特殊人群亦需進行更深入地探索。

參考文獻

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[7] 陳愛國，趙莉，李煥玉，等.不同強度短時籃球運球訓練對小學生執行功能的影響[J].天津體育學院學報，2014，29（4）：352-355.

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[13]陳愛國，殷恒嬋，王君，等.短時中等強度有氧運動改善兒童執行功能的磁共振成像研究[J].體育科學，2011，31（10）：35-40.

[14]陳愛國，殷恒嬋，顏軍.讓孩子贏在體育課：腦科學研究對體育的啟示[J].全球教育展望，2013（2）：93-99.

[15]陳愛國，朱麗娜，王鑫，等.短時中等強度有氧運動對兒童腦的可塑性影響：來自腦功能局部一致性的證據[J].體育科學，2015，35（8）：24-29.

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