開放式運動技能練習對單純性肥胖兒童執行功能的影響

尚 寧，張運亮，蔡春先，李忠麗

良好的執行功能是個體擁有正確認知的基礎，是個體合理行為方式的保證［1］。有關研究指出，兒童時期是執行功能發展的重要時期［2-3］。執行功能對兒童生理和認知發展起著不可或缺的作用［4］，執行功能的良好發展，對兒童智力水平、學業成就［5］及反向推理能力［6］均有顯著的促進作用；執行功能的不良發展不但會造成 兒童學習動機水平下降［7］、注意力低下［8］，甚至也會導致抑郁［9］、多動［10］、自閉［11］等心理疾病的產生。因此尋找有效方法促進兒童執行功能的良好發展十分重要［12］。

許多研究已證實，不同時間、不同強度的運動干預對肥胖兒童執行功能的影響效果存在差異［25-28］。目前，有關運動干預肥胖兒童執行功能的方案設計包含訓練強度［25，29］、運動類型［30-31］、干預時間［32］等因素的不同。在不同運動類型的實驗設計中以運動技能特征為分類標準的研究較少。美國學者Poulton在1957年根據練習過程中外部因素的變化能否被預測的標準，將運動技能分為開放式和封閉式技能［33-34］。有研究表明，開放式運動技能改善執行功能的效果比封閉式運動技能更有效［35-37］。因此，進一步研究開放式運動技能對肥胖兒童執行功能的影響具有重要意義。

本研究通過分析開放式運動技能練習前后不同性別單純性肥胖兒童執行功能水平的變化，探討開放式運動技能練習對男女單純性肥胖兒童執行功能的影響，為深入理解開放式運動技能與單純性肥胖兒童執行功能的關系問題提供理論依據和實踐基礎，同時為改善單純性肥胖兒童執行功能水平提供科學有效的運動干預方案。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取某小學三、四年級學生進行體質監測，實際調查711名，其中男生396名，女生315名。根據WHO兒童肥胖診斷標準進行篩選，在排除繼發性肥胖的前提下，將實測體重超過標準體重均值20%的學生診斷為單純性肥胖兒童［38］。在711名學生中，單純性肥胖兒童共52名（7.3%），其中男生34名（8.6%），女生18名（5.7%）。

1.2 研究方法

1.2.1 實驗分組

將52名受試者隨機分為實驗組26人和對照組26人，每組男生17人、女生9人。

1.2.2 干預方案

采用2（組別：實驗組、對照組）×2（測試時間：前測、后測）×2（性別：男、女）三因素混合實驗設計。共分8周進行，兩周為一個階段，每周一、三、五利用課外體育活動時間進行干預，每次持續50～60min左右。實驗組依據開放式運動技能需要根據情景變化做出適宜決策的核心特征［39］與小學生身心發展的水平和特點，以開放式運動技能類體育游戲的形式進行干預。依據開放式運動技能完成過程中所需經歷的4個階段：本體對外部情境變化的感知階段、外部情境變化階段、本體進行決策階段、本體完成應答階段［40］設計練習方案。第一階段：受試者通過不同的感覺通路獲取教師傳遞的多類型任務信息以及同伴間的變換配合狀況，大腦快速進行綜合感知并靈活作出反應。第二階段：高度關注外部環境中同伴、器材等因素的變化，并迅速作出判斷。第三階段：受試者對不斷變換的各環境因素及教師口令迅速判斷，并盡可能快地對下一個動作作出決策。第四階段：受試者抑制習慣慣性，根據環境及教師口令的變換快速做出下一步應答。對照組根據常規體育教學要求進行教學。實驗前后對兩組受試者執行功能各子功能水平進行測試。實驗組各階段具體安排見表1。

同時，材料的力學性能也是重中之中，比如屈服極限、彈性模量、彎曲強度、表面硬度等都應該在合適的條件內。如下表所示：

1.2.3 測試方法

采用陳愛國等人設計的測量工具［41］在計算機上通過E-prime1.1系統完成測量。其中，Flanker任務、2-back任務和More-odd shifting任務分別測試抑制、刷新和轉換功能。所有任務以反應時為評價指標，反應時越短，則該功能水平越高。

表1 實驗組各階段干預目的及練習活動名稱

受試者在安靜、舒適、無干擾的環境中完成各項任務的測量。開始前，確保受試者在研究者的協助下已進行相關適應練習，并且掌握（正確率高于85%）操作方法，實驗大約持續40min左右。

1.3 統計學處理

采用SPSS17.0對實驗前后數據進行統計分析。

2 研究結果

2.1 實驗前執行功能同質性檢驗

2.1.1 實驗前兩組間執行功能水平同質性檢驗

對兩組受試者執行功能抑制、刷新、轉換功能的前測結果進行單因素方差分析，核實兩組受試者執行功能在測試前是否處于相同的水平。結果發現，抑制功能［F（1，50）=0.05，p=0.825>0.05］，刷新功能［F（1，50）=0.156，p=0.694>0.05］，轉換功能［F（1，50）=0.156，p=0.695>0.05］，3個子功能水平的差異性均不顯著，即運動干預前，兩組受試者執行功能水平為同質。

2.1.2 實驗前性別間執行功能水平同質性檢驗

對不同性別受試者執行功能抑制、刷新、轉換功能的前測結果進行單因素方差分析，核實不同性別受試者執行功能在測試前是否處于相同的水平。結果發現，抑制功能［F（1，50）=0.6，p=0.442>0.05］，刷新功能［F（1，50）=1.197，p=0.279>0.05］，轉換功能［F（1，50）=0.322，p=0.573>0.05］，3個子功能水平的差異性均不顯著，即運動干預前，不同性別受試者執行功能水平為同質。

2.2 不同性別單純性肥胖兒童干預前、后執行功能的描述性統計

實驗組與對照組不同性別單純性肥胖兒童運動干預前、后執行功能水平如表2所示。

2.3 開放式運動技能練習對不同性別單純性肥胖兒童抑制功能的影響

對實驗組和對照組單純性肥胖兒童抑制功能前后測得分進行2（前后測）×2（性別）×2（組別）的混合設計方差分析，檢驗開放式運動技能練習對不同性別單純性肥胖兒童抑制功能的影響。結果如表3所示，時間主效應極其顯著（p<0.001），時間與組別的交互作用非常顯著（p<0.01），性別、組別的主效應以及其他交互作用均不顯著。

對時間與組別的交互作用進行簡單效應分析，結果顯示，實驗組前后測水平具有極其顯著性差異，均值差為17.515，p=0.000，對照組前后測水平不具有顯著性差異，均差值為3.822，p=0.278。結果說明，開放式運動技能練習能夠顯著提高單純性肥胖兒童抑制功能水平。

2.4 開放式運動技能練習對不同性別單純性肥胖兒童刷新功能的影響

對實驗組和對照組單純性肥胖兒童刷新功能前后測得分進行2（前后測）×2（性別）×2（組別）的混合設計方差分析，檢驗開放式運動技能練習對不同性別單純性肥胖兒童刷新功能的影響。結果如表4所示，時間主效應極其顯著（p<0.001），時間與組別的交互作用極其顯著（p<0.001），性別、組別的主效應以及其他交互作用均不顯著。

對時間與組別的交互作用進行簡單效應分析，結果顯示，實驗組前后測水平具有極其顯著性差異，均值差為376.491，p=0.000，對照組前后測水平不具有顯著性差異，均差值為37.181，p=0.48。結果說明，開放式運動技能練習能夠顯著提高單純性肥胖兒童刷新功能水平。

2.5 開放式運動技能練習對不同性別單純性肥胖兒童轉換功能的影響

對實驗組和對照組單純性肥胖兒童轉換功能前后測得分進行2（前后測）×2（性別）×2（組別）的混合設計方差分析，檢驗開放式運動技能練習對不同性別單純性肥胖兒童轉換功能的影響。結果如表5所示，時間主效應極其顯著（p<0.001），時間與組別的交互作用極其顯著（p<0.001），性別、組別的主效應以及其他交互作用均不顯著。

表2 實驗組與對照組運動干預前、后執行功能水平一覽表

表3 開放式運動技能練習對不同性別單純性肥胖兒童抑制功能影響的方差分析

表4 開放式運動技能練習對不同性別單純性肥胖兒童刷新功能影響的方差分析

表5 開放式運動技能練習對不同性別單純性肥胖兒童轉換功能影響的方差分析

對時間與組別的交互作用進行簡單效應分析，結果顯示，實驗組前后測水平具有極其顯著性差異，均值差為141.391，p=0.000，對照組前后測水平具有顯著性差異，均差值為36.727，p=0.037。結果說明，開放式運動技能練習和常規體育教學均可提高單純性肥胖兒童轉換功能水平，但開放式運動技能練習的效果更為顯著。

3 分析與討論

3.1 開放式運動技能練習對單純性肥胖兒童執行功能的影響

本研究初步揭示了開放式運動技能練習對單純性肥胖兒童執行功能的改善作用。結論與前人研究結果一致，已有學者證明運動可以影響相關腦區結構［42］、提高大腦前扣帶皮質等區域的激活程度［43］、增加多種神經生長因子的釋放［44］、促進相關腦區神經及血管的生長［45］、提高肥胖兒童額葉感興趣區腦代謝［46］，進而強化兒童執行功能的水平。Colcombe等人發現，兒童處于有一定難度、陌生、時刻變化且需要立刻反應的運動場景中時，小腦和前額葉區域神經網絡的預活化（pre-activation）程度將提高［47］，執行功能水平將會改善。付全等人在探討不同技能分類的運動干預對青少年執行功能的影響中發現，相較于封閉式運動技能類體育活動，開放式運動技能類體育活動能夠對青少年認知功能產生更多積極的影響［48］。開放式運動技能練習中肥胖兒童大腦會經過接收新信息、交替新舊信息、將交接后的信息保存轉換以及最終執行信息4個階段，在此過程中執行功能的3個子功能都會得到頻繁練習，因此得到提高。研究結果進一步證明，開放式運動技能練習是改善單純性肥胖兒童執行功能的有效途徑。

本研究發現，開放式運動技能練習對單純性肥胖兒童執行功能的影響不存在性別差異。有學者發現，體育對執行功能水平的影響不存在性別的差異［49-50］。正常人的執行功能具有特定的活動模式，且該模式不受性別影響，主要根據年齡的變化進行調節［51］。兒童執行功能在發展的過程中，隨著年齡的增長，男孩與女孩在執行功能的發展方向上基本是一致的［52］。由于本實驗受試者年齡接近，大腦發育水平相似，因此實驗中開放式運動技能練習對執行功能的影響不存在性別差異。

3.2 開放式運動技能練習對單純性肥胖兒童抑制功能的影響

研究發現，8周開放式運動技能練習能夠顯著提高單純性肥胖兒童抑制功能水平。發展抑制功能以抑制學生直接反應趨向和克服習慣慣性為指導思想，需要充分考慮外界環境的交互［53］。練習中，通過創設“亂序追逐情境”“比賽情境”，使肥胖兒童在依據教師口令進行練習的過程中，不但要抑制大腦自動化加工、壓制個體固有優勢運動模式，同時也要適應新的動作和教學情景。這種在特殊情境下作出的具體而迅速的轉換，能夠提高前額葉等部位神經元數量，激活大腦區域［46］，相比常規體育教學而言能夠更好地提高單純性肥胖兒童大腦對肢體的控制力，進而改善其抑制功能。

3.3 開放式運動技能練習對單純性肥胖兒童刷新功能的影響

研究發現，8周開放式運動技能練習能夠顯著提高單純性肥胖兒童刷新功能水平。發展刷新功能以提高學生主動儲存和提取動作的能力為指導思想，需要對各類信息進行活躍的操作。常規體育教學模式偏向于運動技術的學習［54］，教學過程脫離情境，而開放式運動技能練習通過創設“多記憶點的情境”“問題情境”，調動肥胖兒童主動儲存任務信息的積極性，提高其在不同運動情境中對信息快速提取加工并做出反應的能力。這種多次重復記憶并重現的練習方法，能夠提高大腦神經纖維周圍白質結構的連通性，進而改變大腦的激活模式和部分結構［55］，相比常規體育教學而言能夠更好地提高單純性肥胖兒童持續修正各項記憶內容的能力，使其能夠更加活躍地操作各類信息，進而改善其刷新功能。

3.4 開放式運動技能練習對單純性肥胖兒童轉換功能的影響

研究發現，8周開放式運動技能練習和常規體育教學都能提高單純性肥胖兒童轉換功能水平，但開放式運動技能練習對轉換功能的改善效果顯著優于常規體育教學。發展轉換功能以練習動作的設計包含多項任務為指導思想，需要對信息進行統籌、協調和控制。練習中，通過創設“多任務情境”，使肥胖兒童單一化的操作任務變得多元，從而促進其在不同動作任務間轉換能力的發展。這種往復轉換的練習方法，能夠充分調動大腦各區域，改變相關腦區體積［56］，提高內源性注意轉移的靈活性，相比常規體育教學而言能夠更好地提高單純性肥胖兒童快速判斷并控制的能力，進而改善其轉換功能。

4 結論

1）開放式運動技能練習對單純性肥胖兒童執行功能具有顯著的改善作用，且效果優于常規體育教學練習。

2）開放式運動技能練習對單純性肥胖兒童執行功能的影響不存在性別差異。

5 研究展望

本研究相較于以往研究拓寬了該領域的練習方法及研究對象，為更全面地探究運動與兒童執行功能的關系提供了新的方向，同時也為單純性肥胖兒童運動方案的選擇提供科學的依據。但該領域仍有許多問題值得深入探討，如干預方案中運動強度、持續時間等變量單獨及交互作用的影響效果等，均需要后續研究的持續關注。