高海拔運動影響個體注意網絡

黨鵬 馬海林

摘要：高海拔環境和運動都會影響個體的認知功能，尤其是注意網絡。本研究系統梳理了相關領域的研究與綜述類文獻，探討長期在高海拔環境下運動對個體認知功能的影響，以及高海拔低氧環境和有氧運動對個體認知表現的交互影響作用。為因學習、工作等需求來到高海拔地區生活的個體進行科學運動提供理論依據。

關鍵詞：高海拔;運動;注意網絡

調查研究表明，全球居住在高海拔地區（海拔3000m以上）的人口約有0.42億。中國青藏高原面積近240萬平方公里，約占總國土總面積的1/4，具有十分重要的戰略地位。近年來到青藏高原地區旅游、工作和生活的人越來越多，其中從平原地區長期移居到此的人口約600萬。隨海拔升高空氣氧分壓降低，人體在高海拔地區由于氧分壓的降低，肺內血液的氧合作用減少，從而導致機體缺氧，大腦是人體需氧量及耗氧量最大的器官，缺氧是高原環境對人體最大的影響因素（葉任高&陸再英，2004）。研究表明，長期反復的高海拔暴露會引起大腦的功能及神經元的改變，損害神經系統及認知功能，如記憶、注意、言語能力，決策、抑制能力和認知靈活性等。

神經生理學研究表明體育運動會影響個體的認知功能。對經常進行規律有氧運動人群的EEG研究表明，theta頻帶，alpha頻帶和beta頻帶的振蕩激活增加。也就是說，體育鍛煉會影響基線皮質功能，因此可能會影響認知行為表現。研究表明，長期高海拔暴露會引起大腦的功能及神經元的改變，損害神經系統及認知功能 如記憶功能、注意能力、轉換抑制能力、抑制控制能力等。注意被定義為個體心理活動對一定事物的指向和集中。研究表明，注意能力是其他一切心理活動與認知功能的前提與基礎，是個體認識世界了解世界最根本的認知能力。有關高原缺氧環境對認知功能影響的研究中，注意網絡的改變備受研究者關注。20世紀90年代Ponser等提出了注意網絡理論，將注意力分為三個子網絡：警覺、定向和執行控制。警覺是指保持一定的覺醒狀態以處理外部刺激。定向是指選擇目標信息并將注意力放在關注的事件上。執行控制是通過抑制干擾和解決沖突來完成目標任務。范津等（2002年）設計了注意網絡測試（ANT），以注意網絡理論為基礎，結合線索提示和Franker任務來測量大腦的注意力網絡功能的效率。

之前采用ANT范式對不同海拔高度世居者的研究發現，4200米世居者相較于2900米和3700米被試其定向功能受到負面影響，執行控制功能在行為結果和腦電波幅結果上呈現增強的趨勢。表明高海拔環境不僅會影響個體的注意網絡功能，其不同子網絡所受到的影響也有所差異。長期暴露于高海拔環境的移居者相較于出生并成長于低海拔地區的人群而言，警覺功能和執行控制功能在行為學結果上呈現下降趨勢，而這一差異在形象網絡的數據中沒有得到體現，但ERP結果顯示高海拔移居者出現N1、P1波幅的改變即定向能力的下降。高海拔移居者在警覺階段需要調用更多的注意資源。暴露時長是高海拔環境影響移居者注意網絡的主要因素。安心等2017年通過對高海拔駐留一周、一個月和兩年的大學生研究發現，在注意網絡系統的三個子網絡中相較于警覺、定向功能，個體的執行控制功能受高海拔缺氧環境影響更加明顯，且隨著駐留時間的推移，呈現出先下降、再恢復、再下降的變化趨勢。

運動能夠增加前額葉皮層血液的含氧量進而提高或者改善人體的認知功能。這一發現已經在關于衰老、兒童及青少年認知發展及疾病干預等方面的實證研究中得到驗證。高海拔環境會影響個體認知功能，運動訓練可以改善個體認知。那么在高海拔環境中進行運動訓練又會怎樣影響個體的注意網絡呢？影響的方向、程度、機制又是什么呢？研究表明，在高海拔環境中運動可以改善個體的認知功能。具體表現為高海拔環境可能導致個體在簡單反應任務中表現下降，而有氧運動能夠提高這一任務的表現，具體表現為反應時下降且正確率不變。8小時的低氧環境暴露會增在被試在相應任務中的反應時，降低其任務的正確率。低氧條件下連續60分鐘的中等強度的運動，抵消了低氧所引起的反應時的下降。Ando等在模擬的中度低氧環境下，通過GNG任務發現，中等強度的急性運動能夠提高個體的認知表現。Komiyama等的研究驗證了該結論，并發現即使個體暴露于高海拔環境下（3800m），運動仍能夠改善個體的抑制控制能力。

雖然有研究表明運動可以改善高海拔地區人群的認知功能，但也有研究得出了相反的結果，即在高海拔低壓缺氧環境下，運動會損傷個體認知功能，低氧對認知表現的損傷效果大于運動的提升效果，運動對認知表現的影響可能是負向的。有學者通過經典的GNG范式研究發現，在缺氧條件下，高強度的有氧運動干預降低了該任務的準確率。Shannon等采用AST1任務發現有氧運動降低了嚴重缺氧環境下（4300m）被試AST任務的表現。中度缺氧環境下進行急性有氧運動提高了被試個體CWST（color word stroop task）的反應時間。同時也有學者認為，低氧和運動對個體認知表現的影響效果可能相互抵消，即高海拔環境下的運動干預不會對個體的認知產生影響。

高海拔運動對認知功能影響的不一致結果，可能是由于暴露的海拔高度、暴露時長和運動劑量的不同導致的。人體會隨著暴露時間的增加產生生理方面的適應性變化，并影響認知表現。有研究表明，7天是高海拔暴露的初步習服期，停留的時間多于一星期時，個體逐漸適應高海拔環境。進入高原1個月以上基本習服。完全習服需要至少進入高原半年以上。有關高海拔環境對認知功能影響的綜述研究表明，缺氧對認知的損傷會隨著海拔高度的升高、氧含量下降而加重運動劑量的影響主要包括運動強度和持續時長。低等強度/中強度/高強度訓練和急性訓練/長期干預訓練對個體認知功能有著不同的影響在高海拔運動影響認知功能的研究中需要注意，真實高海拔的低壓低氧環境和模擬高海拔環境可能引起不一致的生理反應。高海拔暴露時間和運動劑量也是影響個體認知的重要因素。

以往研究主要聚焦于實驗室模擬暴露和急性暴露。對自然條件下在高海拔地區長期規律性運動對認知功能的影響的了解較少。并且目前已有研究主要分別探討有氧運動（張斌&劉瑩，2019）和低氧環境對個體認知功能的影響。但是在高原環境下進行有氧運動存在一定的特殊性。由于氧分壓不足，在平原地區進行的常規有氧運動在高海拔環境下可能會加劇缺氧情況，低氧環境進行運動是會改善認知功能還是會加劇認知損傷呢？目前，在高海拔條件下進行運動對認知功能的影響尚不明確。此外，高海拔低氧環境下，有氧運動對個體認知、生理、腦結構和運動能力的影響也可能受到運動的強度、運動的持續時間等因素的交互影響。這使得高海拔環境下，運動對個體的影響機制更為復雜。但是鮮有研究探討長期在高海拔環境下運動對個體認知功能的影響，以及高海拔低氧環境和有氧運動對個體認知表現的交互影響作用。近幾年，因學習、工作等需求使越來越多生長在平原地區者移居到高原地區，且居住時間較長（多為兩年以上），對于這一批人，使之在高海拔地區的科學訓練提供理論依據，具有一定的現實意義。

參考文獻

[1]安心，馬海林，韓布新，等.高海拔駐留時間對注意網絡的影響[J].中國臨床心理學雜志，2017（3）：502–506+ 493.

[2]陳愛國，殷恒嬋，顏軍，等.不同強度短時有氧運動對執行功能的影響[J].心理學報，2011，43（9）：1055–1062.

[3]馬海林，張新娟，楊振濤.長期高海拔暴露對移居者和世居者注意網絡的影響[J].中國高原醫學與生物學雜志，2017（4）：267–272.

[4]張斌，劉瑩.急性有氧運動對認知表現的影響[J].心理科學進展，2019，6（27）：1058–1071.

[5]Fan J.，Mccandliss B.D.，Sommer T.，et al.Testing the efficiency and inde-pendence of attentional networks[J].Journal of Cognitive Neuroscience，2002，14（3）：340–347.

[6]Hillman C.H.，Erickson K.I.，Kramer A.F.Be Smart，exercise your heart：Exercise effects on brain and cognition[J].Nature Reviews Neuroscience，2008，9（1）：58–65.

[7]Virués‐Ortega J.，Garrido E.，Javierre，C.，et al.Human behaviour and development under high‐altitude conditions[J].Developmental Science，2006，9（4）：400–410.

[8]Yan，X.Cognitive impair-ments at high altitudes and adaptation[J].High Altitude Medicine&Biology，2014，15（2）：141–145.

[9]Zhang D.，Zhang X.，Ma H.，et al.Competition among the attentional networks due to resource reduction in tibetan indigenous residents：evidence from event-related potentials[J].Scientific Reports，2018，8（1），610.