開放式與封閉式運動技能對執行功能的影響差異

潘華威

摘? 要：開放式與封閉式運動技能是兩種運動類型。當前關于這兩類運動對執行功能的影響研究還非常少，其機制問題也鮮有談及。本文通過搜集相關文獻對開放式與封閉式運動技能對執行功能的三個子功能的影響差異及其機制進行探討。研究的結果發現，開放式運動技能對于抑制功能與轉換功能有較好的影響，而封閉式運動技能對工作記憶有更好的效果，其中最有可能產生這樣差異的原因是不同的運動技能對于腦區的影響差異所致。

關鍵詞：開放式運動技能? 封閉式運動技能? 執行功能

中圖分類號：G804? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2813（2019）03（c）-0015-03

執行功能是認知功能的高級成分，對人們能正常甚至更健康的生活起著重要作用。運動干預執行功能的方案多種多樣，根據不同的運動類型可以分為有氧和抗阻，開放式與封閉式。前者在先前的文章中研究較多，而對后者談論的文章較少。執行功能（executive function;EF）是指在完成復雜的執行任務時，對其他執行過程進行控制和調節的高級認知過程，主要包括抑制、工作記憶和轉換3個子功能，其根本作用是產生協調有序、具有目標性的行為[1]。已有大量的研究證明運動可以改善人的執行功能。而在進一步的探索中發現中等強度的、長期并且每次運動時間超過30分鐘的運動會有更好的效果。而在運動類別的選擇上，當前的研究表明，有氧運動對執行功能的積極作用較抗阻運動、協調運動普遍更好。本文通過將運動分為開放式與封閉式技能來探究運動類別的不同對執行功能的影響。

按照運動技能的不同，運動可以分為兩種類型：開放式技能和封閉式運動技能。開放式運動技能被定義為要求運動員在動態變化、不可預測和外部節奏的環境（例如，籃球、網球、擊劍等）中做出反應的運動[3]。相比之下，封閉式技能運動被定義為運動員（例如，跑步、游泳）的運動環境相對高度一致、可預測和自我控制節奏的運動[2-3]。與來自封閉式技能運動的運動員相比，來自開放式技能運動的運動員在視覺注意、決策和行動執行方面可以發展更多的靈活性[4]。有一篇元分析研究表明：來自開放式技能運動（也稱為攔截性或策略性運動）的運動員在認知任務上比進行封閉式技能運動（或靜態運動）的運動員表現得更好。明晰兩種運動對執行功能影響的差異性有利于我們對運動干預執行功能有一個更全面的認識，也有利于在實踐中，更有針對性的采取特定措施干預執行功能的發展。這表明比較開放式與封閉式技能運動對執行功能的影響差異是有一定意義的[2-5]

1? 開放式與封閉式技能運動對執行功能的影響

抑制控制，即在當前環境中抑制已有計劃但不適當的前置行為的能力，在控制人類行為中起著重要作用。有研究者發現，與非運動員相比，抑制控制可能在運動員中有更好的發展，他們的行為表現更高，并且也與成功的運動表現有關。然而，很少有研究比較開放式與封閉式技能運動干預對抑制控制的影響。研究表明，與非運動員相比，運動員如棒球運動員、籃球運動員和擊劍運動員在Go/No-go任務中反應更快或犯的錯誤更少，而這些運動都是開放式運動[9]。還有研究通過眼動任務發現，與非運動員相比，乒乓球運動員、籃球運動員和高水平射擊運動員具有較短的反掃視潛伏期。這些來自手動與眼動實驗的證據表明抑制控制可能通過廣泛的運動訓練來加強，至少在某些類型的運動訓練中。基于運動員與非運動員比較的證據，Chun-HaoWang通過干預實驗發現，網球運動員在停止信號任務中的反應時（SSRT）明顯短于游泳運動員和久坐對照組，而游泳運動員和久坐對照組之間沒有差異。Chun-HaoWang等人的這項研究證明了不同運動類別運動員以及運動員與非運動員在抑制控制方面的差異[6]。

轉換功能是指根據任務目的的要求， 在多種任務、多種操作或心理定勢之間靈活地轉換。Chia-Liang Tsai等人[7]的研究表明，開放式技能運動組在轉換條件下表現出比封閉式技能運動組或對照組更快的反應時，并且其特定的轉換成本也低于封閉式技能運動組和對照組。這表明參與開放式技能運動模式有助于為即將到來的轉換進行更充分的準備，并且參與開放式技能運動模式的老年人可以更好地從一個任務轉換到另一個任務，因為他們早已在一個開放的不斷發生變化的環境中進行練習。有文獻表明，參與開放式技能運動的老年被試在轉換功能上比參與封閉式技能運動的老年人更好的神經認知表現并且短期封閉式技能運動干預（例如，阻力運動）不能改善任務轉換的表現。但是以增強心肺健康為目的的封閉式技能運動可以促進白質完整性，增加海馬體積，改善老年人的記憶力。這也證實了，封閉式技能運動是可以提高工作記憶能力的一種運動方式。

工作記憶是多信息存儲及操作的動態系統，兼具了圖文與語言的短時存儲能力，是執行功能的基礎。對于運動干預工作記憶的研究主要集中于老年人群，主要是由于衰老導致的工作記憶衰退已經成為當前的人們關注的熱點。有研究表明，開放式技能（例如乒乓球）運動會更多地影響負責注意力，轉換和抑制功能的前額皮層區域，而封閉式技能運動（例如慢跑）對海馬體起作用更多，這對記憶很重要（例如，長期記憶和工作記憶）。

2? 可能機制

先前的研究表明，不同類型的體育活動會對執行功能產生不同的影響。例如，工作記憶的改善與有氧適能的增強有關，而拉伸與協調運動訓練后注意力的增加更為明顯。因此，兩種運動模式（即開放和封閉式技能）似乎能夠對執行功能及其神經過程產生不同的影響。

一方面，可能是兩種技能運動在運動協調能力、認知負荷以及神經系統有著不同的要求。開放式運動技能要求運動員在動態變化、不可預測和外部節奏的環境中進行運動，這對運動員的運動協調能力提出了較高的要求。所參與的運動對運動協調能力要求越高，給予大腦的認知負荷也就越高，神經系統也會因此受到更多的刺激。因此，長期參與開放式技能運動可能會使神經網絡連接更加緊密，從而刺激抑制功能與轉換功能的增強。

另一方面，工作記憶的改善和抑制控制與轉換功能改善的差異可能在于激活的腦區回路不同。有研究表明，年輕女大學生的工作記憶在急性有氧運動得到了顯著的改善并且急性運動后大腦激活水平也有了顯著變化。在大腦中，海馬體在形成關于事物的新記憶中起著重要作用。最近的一項研究表明，高有氧適能的兒童有著更大的雙側海馬體積，并與記憶任務的表現呈正相關。另一項研究報告指出，較高的頂葉活動與兒童較高的工作記憶能力有關。一項元分析得出結論，小腦的功能涉及感覺運動，語言，空間和工作記憶。以上談及的海馬、頂葉以及小腦都被證實與工作記憶有著直接或間接的關聯。最近，對小腦的研究揭示了小腦和頂葉之間的聯系可能是支持小腦影響工作記憶的重要基礎。此外，先前的觀察發現頂葉小葉是來自兩個皮質下位點的突觸信號輸出的目標，進一步的研究發現頂葉小葉接收的強烈突觸信號來自海馬體[10]。以上所述的有氧運動絕大多數是簡單的跑臺運動或功率自行車。總之，可以推測有氧運動引起的改善工作記憶的神經基礎可能是：有氧運動對小腦的激活加強可能有助于改善頂葉皮層的功能和加強海馬和頂葉皮層之間的相關性，從而增強或改善工作記憶，它們構成了有氧運動改善工作記憶的一條快速通道。而開放式技能運動是在不斷變化的環境中，不斷地調整自己的技能，對于抑制功能與轉換功能的影響效果更好的可能原因在于開放式運動技能更多的激活了大腦的前額區域的神經網絡。

還有一種假設指出兩種技能運動的差異可能歸因于大腦中的神經發生，血管化和血流增加的過程以及神經化學系統中某些生物標志物分泌水平的變化的不同[8]。有研究表明：由于神經化學系統中一些生物標志物的分泌不同（例如，腦源性神經營養因子，胰島素樣生長因子-1和同型半胱氨酸），以及腦組織體積和激活的差異，不同類型的運動似乎對神經認知表現具有特定的影響。

3? 結語

在以往的研究中，研究者一般認為開放式技能運動較封閉式技能運動對運動協調能力有著更高的要求，往往也伴隨更高的認知負荷，因此開放式技能運動對執行功能的影響要優于封閉式技能運動。但是目前的研究表明，不同類型的運動對執行功能有著不同的影響，而非開放式技能運動就全優于封閉式技能運動。進行開放式技能運動干預可以提高抑制控制與轉換功能，而封閉式運動技能對工作記憶、長時記憶等記憶功能有著更好的干預效果。但是主要的研究都是針對老年人的，尚未有針對健康成年人的關于兩種技能運動的全面性研究，今后的研究可以嘗試對普通的年輕人進行研究探討。

參考文獻

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