12周競技武術干預對大學生認知加工速度的影響

孫 曄，張文靜

1 研究目的

加工速度(processing speed)，是表征個體執行多種認知操作快慢程度，也是衡量心理能力的重要指標。加工速度一般分為感覺運動速度、知覺速度、認知速度。感覺運動速度反映的是基本的神經傳導速度，認知速度是容易受到經驗、策略等影響的高級認知活動。而本文測試的知覺速度反映了對刺激迅速做出簡單的知覺判斷等反應的能力，也是加工速度指標最為常用的方法。

加工速度，與年齡有關，老年后逐漸老化。在生命前期，又可以通過練習改變它。程黎認為五個月的認知練習對兒童信息加工速度的促進作用顯著[1]。左辭波認為加工速度對圖形推理能力和學習成績有很好的預測效應[2]。高淑青認為，身體鍛煉既可以直接促進中老年人基本心理能力，也可以通過認知加工資源的層級中介作用來改善老年人的基本心理能力[3]。開放性運動項目的運動員在速度和正確率兩方面均優于關閉性運動項目的運動員，在高速度要求下，這一差異更加明顯[4]。武術與認知關系研究，集中在二大方面。一是武術運動員認知能力與特點[5, 6]，二是認知訓練作為手段，運用于武術運動員訓練[7, 8]。

加工速度，是一種重要的認知功能。面對不同的刺激，個體加工速度反饋也將不同。本文以競技武術為干預內容，探究12周運動干預對大學生加工速度影響。假設是12周競技武術運動干預能顯著改善大學生加工速度。

2 研究方法

2.1 實驗對象

48名大學生(男22，女26)自愿參與了2018年9-12月的競技武術干預對加工速度影響的實驗。通過在東南大學活動中心、圖書館、宿舍區等學校公共場所的公告欄張貼實驗告示，經過篩選，48人符合實驗要求。這些篩選標準是：(1)沒有心肺等先天身體疾病；(2)是運動參與者，使用exercise history questionnaire了解參與者的運動情況，.采用leisure physical activity問卷測試參與者的運動風險；(3)自愿被分到競技武術組或對照組。

2.2 實驗過程

所有的實驗對象都書面同意參與整個實驗過程。第一過程：基線測試。所有對象都參加基線測試，包括認知的三個測試及心率等身體生理指標。第二過程：分組及干預。把48個實驗對象隨機分配到競技武術組和對照組。競技武術組是在專業武術教師帶領下，安排棍、刀、劍等多組動作，教師負責帶領練習和考勤。對照組也是由民族傳統專業教師負責，內容為拉伸練習。兩組干預時間都為12周，每周4次，每次時間1小時以上；干預地點分別在體育館的武術館和健身館，互相獨立。

2.3 認知測試

加工速度的測試通過3個測驗完成。(1)The Trail Making Test由A、B部分構成。A部分是A4紙中有25個圓圈組成，數字1-25位于圈內；實驗對象被要求用筆盡可能快地按數字順序連接1-25。B部分A4紙中同樣有25個圓圈，里邊分布數字1-13和字母A-L；實驗對象被要求用筆盡可能快地按數字和字母交替順序連接。A、B部分結束后，記錄各自的時間。(2)Digit Symbol Substitution Test是數字符號替代實驗，在測試紙的頂端告知數字1-9分別對應的符號，把上述符號替換到測試內容的數字底下，記錄45秒規定時間內完成替換的個數。(3)基于計算機E-Prime軟件的Letter cancellation Test是字母劃銷實驗，測試頁面上共有隨機不規則的26個字母排列成6行52列，請按順序(上下或左右)把“H”從雜亂無章的字母堆中劃去，最后記錄總時間、正確個數。

2.4 數據分析

采用SPSS22.0軟件對獲得數據進行處理。對于基線，通過獨立樣本t檢驗，判別兩組對象的身體生理指標是否差異。通過重復測量方差方法，分析Trail Making Test中組別(競技武術組，對照組)×時間(基線，后測)×條件(A，B，A-B)對反應時產生的主效應或者交互效應。同樣通過重復測量方差方法，分析組別(競技武術組，對照組)×時間(基線，后測)×條件(時間，單位時間正確率)對字母劃銷實驗中加工速度指標的差異情況。

3 結果與分析

通過獨立樣本t檢驗，兩組對象的BMI、體測成績、休閑體育活動問卷得分均值、心率無顯著性差異。兩組的認知測試基線成績，見表1。獨立樣本T檢驗表明，競技武術組和對照組認知基線均值不存在顯著差異。

表1 認知測試結果均值和標準差

3.1 Trail Making Test

在連線測試中，競技武術組在A和B測試中的反應時都快于對照組。A部分反應時中，競技武術組(16.73±2.4s)優于對照組(17.17±2.91s)；B部分反應時，競技武術組為41.77±8.89s，明顯快于對照組的49.58±7.46s；B-A的結果表明，競技武術組(25.03±8.61s)快于對照組(32.42±6.16s)。重復測量方差分析顯示，組別有顯著作用(F=10.533,p=0.002)；組別×條件有交互作用(F=5.212,p=0.009)。經過成對比較，競技武術組和對照組在A條件中反應時上沒有顯著差異(p=0.093)；但在B條件下反應時有顯著差異(p=0.002)。就A-B條件下反應時來看，同樣具有顯著性差異(p=0.002)；這表明競技武術組受到更少的干擾，相比對照組。

3.2 Digit Symbol Substitution Test

在數字符號替代測試中，45s規定時間內競技武術組完成的替代個數多于對照組，分別是37.75±5.36和34.08±5.05。重復測量方差分析顯示，組別有顯著作用(F=6.585,p=0.014)；組別×時間沒有交互作用(F=0.063,p=0.802)。經過作圖及均值分析，競技武術組在規定時間完成的個數多于對照組。分析還表明，兩組的后測成績與基線成績有顯著差異，即運動后成績好于基線。

3.3 Letter Cancellation Test

在字母劃銷測試中，競技武術組在反應時和正確率上都優于對照組。在反應時方面，競技武術組為49.04±6.77s，對照組為55.42±9.16s；在單位時間正確率上，競技武術組是2.13±0.28，對照組是1.88±0.26。

就反應時方差分析來說，組別有顯著作用(F=9.193,p=0.004)；組別×條件沒有交互作用(F=0.364, p=0.549)。經過成對比較，兩組在完成時間上有顯著差異(p=0.004)，競技武術組快于對照組。在單位時間正確率方面，兩組存在顯著差異(p=0.002)，競技武術組正確率高于對照組。

4 討論

4.1 競技武術動作的刺激特點

依據環境背景穩定性來區分，動作技能的一種分類是開放式與封閉式動作。封閉式動作技能是指運動者根據穩定的環境背景特征完成動作操作，即在技能操作過程中不會發生位置上的變化。開放式動作技能是指運動者始終處于運動狀態條件下操作的技能，即操作時機和采取動作都是由不同環境背景決定的。兩者區別是環境背景中是否存在障礙物、他人以及支撐面以及他們的存在狀態。

因為環境背景是影響動作重要因素，在完成動作中應對的刺激也不同。開放式動作要根據場上對手、障礙物位置、達到的目標來判斷并做出決策，刺激是多變的，反應及應對也是有差別的。競技武術動作，除了難度和規定動作要求外，練習者需要不斷應對環境刺激變化，個人掌握了動作進度；每個動作和每次練習都是與環境的相互適應。刺激的差異及應對的變化，可能會是控制組和對照組產生反應時差異的原因之一。

4.2 競技武術動作的神經肌肉系統差別

從神經肌肉系統來說，開放式與封閉式動作分別屬于閉環神經控制系統和開環神經控制系統。競技武術的開放式動作的神經肌肉控制系統是通過閉環控制系統進行的，運動者必須依靠兩套反饋，為下一個動作做出正確的決定提供依據。第一套反饋是外部反饋。外部反饋的例子包括評估器械的位置和空間關系。第二類反饋被稱為本體感覺或內部反饋，報告肌肉力、關節位置、體位等信息屬于內部反饋[9]。

運動者連續地對外在和內在的反饋進行比較，以便做出快速準確的決定。基于外在的和內在反饋，大腦快速且連續地將正確信息發送給執行協調運動的肌肉。肌肉是被動的身體組織，只有完成大腦命令才能完成正確的動作。這種系統被稱為閉環神經肌肉控制系統，它以連續的方式提供反饋[10]。為了實現開放式運動技能比賽的最高成績，運動員應快速和準確地增強其閉環控制系統，利于完成近期目標[11]。

運動者如何提高閉環神經控制系統，進而發揮開放式動作的競爭力，除了需要做好運動技術及戰術運用能力，最重要一點是快速準確地做決定。這種決策能力，是可以通過適當訓練而獲得提高。中等的運動可以加速反應時間，削弱對直接反應激活的抑制作用[12]。這種能力也可以通過a GO/NoGoreaction task等測試反映出來。

4.3 與前期研究成果的比較

Neha P.Gothe通過對老年人八周的瑜伽干預，得出瑜伽可以提高信息加工速度[13]。Chun-Hao Wang以網球和游泳為例，認為開放式動作訓練隊運動員的抑制控制有益[14]。Chia-Liang Tsai等以對照組(自行車、慢跑、散步)、競技武術組(乒乓球)、控制組(平衡及拉伸練習)64人為研究對象，干預6月之后得出，在執行任務轉換范式時，兩個運動組相對于對照組在運動干預后的試驗中表現出更快的反應時。在非切換和切換試驗后，相對于運動前的反應時，提高僅出現在開放技能組中。在N-back任務方面，兩個運動組在運動后1-back條件下準確率顯著增加，而在2-back條件下的準確率效應只出現在封閉技能組中。此外，兩個運動組在執行兩個認知任務時，相對于基線時，在額葉到頂葉皮質區域表現出更大的P3振幅[15]。任未多等得出開放性運動項目運動員在速度和準確性兩方面均優于閉鎖性項目運動員，特別是在高速度要求下更為明顯[4]。

競技武術等開放式動作對反應時提高明顯，本文的研究結果與前期研究結論一致。正確率上誰優誰劣，還沒有完全相同的結論，有待今后研究進一步驗證。

5 研究結論

本文以12周競技武術為干預，選取棍、刀、劍運動為競技武術組，拉伸運動為對照組。結果表明競技武術組在Trail Making Test測試中的B條件和A-B條件下反應時都快于對照組。Digit Symbol Substitution Test測試中，競技武術組在規定時間完成的個數多于對照組。Letter Cancellation Test測試中，競技武術組比對照組在反應時和準確率上更提高。從上看出，盡管競技武術對大學生的加工速度有提高，但隨著fMRI、EEG等技術介入研究，不同特點項目的干預效果也許不同，運動動作與加工速度等認知功能關系的多維度研究也將進一步展開。