身體活動改善注意缺陷多動障礙兒童認知神經功能的系統綜述

許明超，蔣長好

首都體育學院運動腦成像研究中心，北京市100191

注意缺陷多動障礙(attention deficit hyperactivity disorder,ADHD)是兒童時期常見的一種神經發育障礙，其核心行為特征為注意力集中困難、過度活動和焦慮沖動等[1]。目前全世界約有7%兒童受到ADHD的影響[2]，我國兒童ADHD 總患病率為5.6%[3]。與同齡兒童相比，ADHD 兒童在反應抑制、警覺性、視覺空間和聽覺工作記憶等認知功能方面相對較差[4]，并伴有社交障礙，嚴重影響其學習和社會交往[5]。《聯合國2030 年可持續發展議程》將健康確認為基本人權，健康全覆蓋是實現2030 年可持續發展目標的基本要求[6]。ADHD 兒童的功能康復是實現健康全覆蓋的重要組成部分。

目前，ADHD 兒童的治療和康復大都采用藥物治療、行為干預和心理干預等手段[7-8]。長期的藥物干預會導致30%的ADHD兒童出現食欲下降、反復失眠等癥狀，而行為和心理干預等非藥物治療則難以維持長期效果[9]。因此必須尋找替代的康復方法來促進與改善ADHD兒童的功能障礙。

近期研究發現[10]，長期參與中等至高強度身體活動，可有效改善ADHD 兒童的運動技能、身體健康、注意力和社會行為。身體活動作為一種輔助療法與傳統治療手段結合，應用于ADHD 兒童的康復訓練具有臨床意義。本研究通過對身體活動干預影響ADHD 兒童認知神經功能的相關文獻進行檢索、收集與整理，系統分析身體活動干預方案及其功能康復效果。

1 資料與方法

1.1 檢索策略

采用主題詞檢索方式，英文數據庫包括PubMed、Embase、Web of Science，中文數據庫包括中國知網、萬方數據庫。檢索時間1990年1月至2021年7月。

中文檢索式：(注意缺陷多動障礙OR 多動癥OR注意障礙OR 多動障礙OR 沖動障礙)AND 兒童AND(鍛煉OR 身體活動OR 身體鍛煉OR 急性鍛煉OR 有氧鍛煉OR 運動)AND (神經認知功能OR 執行功能OR執行控制OR注意力OR人際關系OR 人際交往OR運動功能)

英文檢索式：(attention deficit disorders with hyperactivity OR attention deficit hyperactivity disorders OR ADDH OR attention deficit disorder OR attention deficit OR deficit disorder)AND (exercises OR physical activity OR physical exercise OR acute exercise OR aerobic exercise OR exercise training OR training) AND(child OR children) AND (neurocognitive function OR executive functions OR executive control OR attention OR interpersonal relation OR social relationship OR partner communication OR sport performance OR motor function)。

1.2 納入和排除標準

納入標準：①研究對象為年齡4～16 歲ADHD 兒童；②以ADHD 兒童身體活動干預為自變量，神經認知功能康復為因變量；③隨機對照試驗、臨床對照試驗；④檢測指標包括神經認知功能(認知功能、執行功能、注意力、工作記憶)、運動功能(協調與控制、運動技能)和活動參與等；⑤語言為中文或英文。

排除標準：①不能獲得文獻全文；②重復文獻和不相關文獻；③綜述類或Meta 分析類文獻；④效果含非身體活動干預；⑤非正式出版的文獻，如碩博論文、會議論文等。

世界衛生組織將身體活動定義為由骨骼肌收縮引起的任何能導致能量消耗的身體運動，或者是身體能量消耗大于基礎代謝水平的活動[11]。根據已有文獻資料[12-13]，本研究將ADHD 兒童的身體活動形式劃分為體能類、技能類和運動項目類3種。見表1。

表1 身體活動形式與內容

根據《國際功能、殘疾和健康分類(兒童青少年版)》 (International Classification of Functioning,Disability and Health-Children and Youth Version,ICF-CY)的分類標準[14]，綜合所納入的研究，對身體活動干預ADHD兒童的康復效果進行分類。見表2。

表2 基于ICF-CY的ADHD兒童身體活動干預康復效果分類

1.3 文獻篩選和資料提取

由兩位熟悉該領域的研究者獨立完成，對檢索的文獻標題、摘要進行篩選與評估；提取納入文獻的作者、國家、發表時間、研究對象、男性占比、研究方法、干預過程、測量工具、康復效果等資料。過程中如果產生分歧，咨詢第3 位研究者。最后，將納入的文獻進一步核查和整理，查漏補缺。文獻檢索與篩選流程見圖1。

圖1 文獻檢索和篩選流程

2 結果

2.1 納入文獻基本特征

最終納入12 篇[15-26]，全部為英文文獻，來自6 個國家，包括中國、瑞士、德國、美國、巴西和西班牙；主要來源于臨床醫學、運動康復、心理治療等相關期刊，其發表日期主要集中在2015年之后。研究設計包括隨機對照試驗(n=8)、隨機交叉實驗(n=3)和前后測設計(n=1)，每項樣本量18～202，共641 例被試。文獻的基本特征見表3。

表3 納入文獻基本特征

續表

2.2 身體活動干預方案

影響ADHD 兒童身體活動干預的主要因素包括干預對象、活動形式、干預時間、干預強度、干預頻率以及活動的場地等。

納入的12 項研究中，研究對象共641 例，包括ADHD 兒童437 例和正常兒童204 例，其中男性468例，女性173例。ADHD兒童癥狀評定標準：《精神障礙診斷與統計手冊》(第四版)(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,Version IV,DSM-IV)、DSM-V、國際疾病分類(第十版)(International Classification of Diseases,Version X,ICD-10)、斯諾佩評估量表(第四版)(Swanson,Nolan,and Pelham Rating Scale,Version IV,SNAP-IV)、兒童行為量表(Child Behavior Checklist,CBCL)。

身體活動主要是在實驗室、醫院和社區完成，4項研究涉及實驗室環境[16-17,22,26]，7 項研究涉及自然環境的社區[15,18-21,23,25]，另外還有2項研究涉及的環境是醫院[19,24]，相對于實驗室和醫院而言，社區更適合進行ADHD 兒童身體活動干預；納入的研究主要包括體能類、技能類和運動項目類三種活動形式，具體包括運動游戲[15,18-19]、球類運動[16]、功率自行車[17,22]、游泳[20]、乒乓球[21]、瑜伽[23]、跑步[26]、馬術[25]、高強度間歇訓練(high intensity interval training,HIIT)[24]等；干預的強度多數為中等強度，但其中一項為高強度身體活動；干預周期大多集中在6～12 周，干預的頻率多為每周2～3次、每次15～90 min不等。

2.3 身體活動對ADHD兒童認知神經功能的影響

ADHD 兒童最顯著的特點就是認知功能和社會性障礙，無論是長期還是短期身體活動都可以有效改善ADHD兒童的認知神經功能和社會情緒功能。

2.3.1 改善認知功能

注意力是一種基本的認知功能，主要包括注意的保持、轉移、分配等。已有研究發現，身體活動對ADHD 兒童的注意功能有改善作用。Chou等[23]研究瑜伽對ADHD 兒童持續注意和辨別功能的影響，將49例年齡8～12 歲的ADHD 兒童隨機分為實驗組和控制組，實驗組以最大心率的50%～60%進行每次40 min、每周2 次、共8 周的瑜伽活動，并考察被試的視覺追蹤測試和辨別測試，結果發現瑜伽運動能夠增強ADHD 兒童的選擇性注意和持續性注意能力。Hoza 等[18]發現，與久坐相比，每天31 min、共12周的游戲活動干預可減少ADHD 兒童在家庭環境中的注意力不集中和情緒低落。

不僅如此，許多研究發現身體活動對ADHD 兒童執行功能這一高級認知功能有積極影響。執行功能是指在完成復雜的認知任務時，個體對其他認知過程進行的自我思維和行為的控制與調節的高級認知過程。主要體現在個體的抑制控制、工作記憶、認知靈活性等方面[27]。抑制控制是對認知過程中自動的、具有優勢性的反應進行的有意識控制，而ADHD 兒童較正常兒童的抑制功能有損傷，且抑制功能與兒童的行為、情緒等具有相關性[28]。Benzing 等[19]將46 例ADHD 兒童隨機分為15 min 的運動游戲干預組和靜坐對照組，通過Flanker Task、Color Span Backwords Task 考察運動游戲干預對抑制工作的影響，結果發現，運動游戲干預組較對照組在抑制控制和轉換方面的反應速度快。Pan 等[21]通過對ADHD 兒童進行為期12 周乒乓球運動干預的交叉實驗設計研究，通過Stroop 等任務考察乒乓球運動干預對抑制工作的影響，結果顯示，乒乓球干預組在Stroop 和WCST 測驗中的正確率顯著高于對照組，提示乒乓球運動干預對ADHD 兒童的抑制控制有著積極影響。

認知靈活性是指根據情景或任務的轉換需求合理調整注意力能力[27]，而ADHD 兒童認知靈活性低于正常兒童[29]。有研究者采用交叉設計探究中等強度有氧運動與靜坐(觀看運動類視頻)對正常兒童和ADHD 兒童認知靈活性的影響，結果顯示，與靜坐對照組相比，中等強度有氧運動對正常兒童和ADHD 兒童的認知靈活性都具有較明顯的影響[17]。

工作記憶是指個體對言語和視覺空間信息的維持與操控能力[27]。ADHD 兒童的工作記憶受損，導致兒童很難持續地進行預期、計劃、制定和維持目標導向的行動[30]。Ziereis等[16]將43例7～12歲ADHD兒童隨機分為實驗組一、實驗組二和對照組，進行身體活動干預12周，實驗組一被指定訓練項目，實驗組二無指定運動項目，對照組不做干預，通過Digit Span Task、Letter-number-sequencing Task 和M-ABC-2 測驗，結果顯示，與基線相比，實驗組在工作記憶和運動協調能力方面較對照組明顯改善。

還有一些研究者同時考察身體活動對多個執行功能的影響。Benzing 等[15]將51 例ADHD 兒童隨機分為運動游戲干預組和對照組，在8 周干預前后通過Simon Task、Flanker Task、Color Span Backwards Task、German Motor Task評估兩組被試的抑制、轉換、刷新和運動能力，結果顯示，運動游戲干預組在抑制和轉換方面的反應時顯著快于對照組。

2.3.2 改善社會情緒功能

ADHD 兒童除有認知功能缺陷外，常常還缺乏自我控制能力，易沖動，難以控制與調節自我情緒，很難實現良好的人際關系[28]。身體活動可以有效促進和改善ADHD 兒童的活動與參與。如Me?ler 等[24]探究HIIT 和傳統的低至中等強度運動療法(traditional lowto-moderate intensity exercise therapy,TRAD)對ADHD兒童身體健康、社會行為等方面的影響，對28 例8～13 歲的ADHD 男孩隨機分組，分別進行每周3 次的HIIT 或TRAD 干預，結果發現3周HIIT 干預后會提高ADHD 兒童的自尊、社會能力。García-Gómez 等[25]探究了身體活動干預對ADHD 兒童活動與參與的影響，將18例ADHD 兒童隨機分組，對實驗組進行3個月馬術運動干預，并通過BASC-T 評價干預效果，結果顯示，干預后實驗組的人際交往能力得到改善。

還有研究發現身體活動對情緒功能的積極作用。Silva等[20]探究通過游泳活動干預對ADHD 情緒和認知功能的影響，在進行8 周游泳活動干預后，通過兒童抑郁量表、BAI、感知壓力量表測量，結果顯示，8周的游泳活動干預可以有效改善ADHD 兒童的抑郁、應激狀態。此外一些研究發現，ADHD 兒童存在運動功能方面的障礙[14]，而身體活動可以改善ADHD 兒童的運動協調能力[20-21]、器械控制能力和運動技能[21,28]。

2.3.3 增強大腦功能

ADHD 會導致大腦神經資源不可逆轉損失，妨礙大腦工作時所需的資源募集，與普通兒童相比，ADHD 在完成認知任務特別是執行功能任務時腦激活更低[31]。但是，一些腦科學研究發現，鍛煉可以增強ADHD 兒童的大腦神經功能，進而提高認知表現。Huang 等[26]對24 例ADHD 兒童進行單次30 min 的跑步活動干預，記錄干預前后參與者在睜眼條件下的靜息腦電圖，并在干預后完成Go/No-Go 任務測試，結果發現運動條件下ADHD 兒童表現出更小的θ/β 比值，即靜息時腦電圖震蕩正常化，結果表明，急性運動可能通過增加ADHD 兒童的覺醒和警惕性的方式，對腦功能有改善作用，進而提高抑制控制能力。Ludyga等[22]采用事件相關電位技術探究有氧運動和協調運動對ADHD 兒童抑制控制功能的影響，研究采用隨機交叉試驗設計，16 例ADHD 兒童和18 例正常兒童分別完成20 min中等強度自行車運動、協調運動，在運動前后進行Flanker 測試，同時記錄腦電活動，結果發現，與協調運動相比，有氧運動使ADHD 兒童P300振幅明顯增加，而且完成任務所需的時間更短。這表明單次有氧運動可以改善ADHD 兒童的抑制控制和注意資源的分配。不僅如此，磁共振研究也發現身體活動增強ADHD兒童相關腦區的激活[32]。

上述研究均表明，有氧鍛煉和ADHD 兒童的腦區功能改變相關聯，身體活動參與更多的ADHD 兒童，其認知神經功能更好。

3 討論

3.1 不同類型干預的效果比較

身體活動的干預可以劃分為不同的類型。就干預內容而言，身體活動一般包括體能類、技能類和運動項目類三種。已有研究發現，上述三種形式的干預都取得不同程度的效果。盡管一些研究發現，身體活動對某些認知功能的干預效果與體育活動形式和內容無關[16]；但也有研究發現，某些運動方式對特定的心理功能效果更好，馬術和HIIT 則可以提高ADHD 兒童的人際交往能力，運動游戲對情緒調節的效果比較明顯。總體而言，當前研究大都采用某一類身體活動對ADHD 兒童認知神經功能和情緒社會功能的影響，缺乏關于不同身體活動對ADHD 兒童認知神經功能的比較研究，尤其缺乏有氧運動與無氧運動的比較研究。

根據干預時間，身體活動干預分為長期干預和一次性的短時干預。已有研究發現，長期有規律的身體活動參與可以顯著改善ADHD 兒童的認知能力[15-16,20-21,23,26]、運動能力[15-16,20-21,24]和人際交往能力[18,20,24-25]。但也有研究證實，在實驗室或社區環境下進行一次15 min[19]或者30 min[26]的中等至高強度的身體活動干預訓練就可以顯著地改善ADHD 兒童的認知神經功能。關于普通兒童的研究發現，長期干預效果的穩定性要高于短期干預[33]，但是對于ADHD 兒童而言，對不同時長的相關比較研究還較為缺乏，特別是不同研究效果的延續效益和消退機制還有待于進一步探索。

3.2 干預效果的區分

縱觀已有研究，ADHD 兒童的身體活動干預效果表現在一般認知功能、執行功能、腦功能、人際交往、情緒調節和身體運動功能等多個方面。一些研究發現，同一個身體活動可以有多個方面的功能，身體活動改善運動功能的同時也可以改善認知功能[21]、人際交往能力[24]。但是也有研究發現，特定的身體活動干預對認知神經功能有著選擇性影響。如有研究發現[19]，身體活動對執行功能的抑制和轉換效果更佳，但對工作記憶的效果不明顯。

另一方面，有研究者將身體活動干預和行為干預、心理干預及藥物控制相結合，發現聯合干預效果優于單一干預，但是不同干預對干預效果分別有何作用？哪種干預作用效果更優？其劑量-效應關系是什么？這類問題尚有待于進一步研究。

3.3 干預效果的神經機制

一些研究嘗試結合腦影像技術考察身體鍛煉改善認知功能的腦機制，研究發現身體活動干預改善ADHD 兒童的腦功能。有研究者提出，鍛煉改善大腦功能，進而產生認知效益；也有研究者提出，鍛煉引發大腦結構變化，進而提高大腦功能。但是大腦結構是如何變化的？目前尚缺乏有說服力的證據。

總之，當前關于身體活動干預改善ADHD 兒童認知功能的腦機制還存在比較大的爭議，仍需要積累研究證據。進一步的研究需要細分身體活動類型、控制相關變量，結合采用不同成像手段，并整合橫斷研究和追蹤研究的結果，以利于得出更為明確的結論。

綜上所述，身體活動干預可以改善ADHD 兒童的認知神經能力、運動能力和情緒社會能力。這一效應的量效關系、影響因素及神經機制尚待進一步研究。未來研究需要多學科協作、結合多種研究技術手段驗證相關假設，并進一步提高干預效果，以利于更好地改善ADHD兒童的身心功能和生活質量。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。