中等強度有氧運動干預對大學生執(zhí)行功能影響——Meta分析

李 展 劉 洋 張策宇

中等強度有氧運動干預對大學生執(zhí)行功能影響——Meta分析

李 展 劉 洋 張策宇

（鄭州輕工業(yè)大學 體育學院，河南 鄭州 450002）

目的：運用Meta分析法分析總結中等強度有氧運動干預對大學生執(zhí)行功能的影響。方法：在中文數(shù)據(jù)庫和英文數(shù)據(jù)庫中進行檢索，使用RevMan5.4對納入文獻數(shù)據(jù)進行分析。結果：納入符合標準文獻4篇，樣本數(shù)294人。Meta檢驗發(fā)現(xiàn)，大學生抑制控制功能Z=2.56，P＜0.05,Cl=-2.13～-0.28，轉換功能Z=6.74，95%Cl=-0.99～-0.54，P＜0.01，刷新功能異質性Z=5.23，95%Cl=-1.06～-0.48，P＜0.01。結論：中等強度有氧運動干預可以顯著提高大學生執(zhí)行功能。

抑制控制；轉換；刷新；有氧運動；Meta分析；學生

執(zhí)行功能[1]（Executive Functioning，EF）是指在做較困難的認知任務時，為保證認知系統(tǒng)以靈活的方式實行某一特定目標而對各種認知過程進行協(xié)調的一種調控機制。大量研究表明，執(zhí)行功能與生活的許多方面密切相關，包括心理和身體健康以及社會、認知和心理發(fā)展，并且可以預測日常生活活動量、身體損傷和死亡率的下降[2－4]。因此，執(zhí)行功能對于日常生活質量至關重要。執(zhí)行功能良好的兒童學習能力發(fā)展也較為良好，并具有較高的協(xié)調性[5－8]。當大腦執(zhí)行功能受損可能會出現(xiàn)或導致個體在認知、情緒控制和社會適應等方面出現(xiàn)異常[9]，易患多動癥、抑郁癥、老年癡呆等疾病[10,11]。

執(zhí)行功能主要包括抑制控制、刷新與轉換三個子功能[12]。其中，抑制控制通過抑制個體原始沖動，控制個體實施更加理智的行動而參與各種執(zhí)行功能任務，并在其中發(fā)揮重要作用。Miyake等人的研究發(fā)現(xiàn)：執(zhí)行功能中的抑制、轉換和刷新不是獨立部分，三者內部都含有部分抑制成分[12]。Go-Nogo任務、flanker任務、Stroop范式等是研究抑制過程的常用方法。轉換任務是通過指導語的指引來控制被試內源性注意分配和切換的一種任務模式。簡單來說就是通過指導語要求被試在兩個或兩個以上的不同任務間進行切換，此時被試認知加工過程即包含專注于完成當前任務而抑制與當前無關的其他任務沖動的認知成分，也即抑制控制。在測試轉換功能通常使用任務轉換范式是局部-整體任務、加-減法任務、數(shù)字-字母任務、代TS和目標轉換測驗（OAT）等。每一種任務的信息處理都需要不同的認知操作，這種認知操作可以測試出被試對不同信息進行迅速而頻繁的轉換能力。刷新功能也是執(zhí)行功能的主要組成部分，是執(zhí)行功能根據(jù)大腦內新出現(xiàn)的信息不斷修改工作記憶內容的認知過程。刷新功能需要監(jiān)控和編碼與任務相關的新信息，并及時對工作記憶中的陳舊信息以及與任務無關的信息進行刪改。N-back范式和活動記憶范式是刷新功能研究中最常采用范式。

執(zhí)行功能具有可塑性[7]。體育鍛煉是執(zhí)行功能發(fā)展的潛在干預方式。有大量研究證實體育鍛煉會對執(zhí)行功能產生積極的影響[13－15]。運動從運動時間角度來說可分為急性運動和慢性運動。急性運動是指一次10～40分鐘短時間運動[16]。慢性運動是以增強體能，提高運動成績或促進健康為目標，每次運動一段時間，每周多次運動，持續(xù)數(shù)周(通常超過6周)或數(shù)年的運動[17]。關于急性運動對執(zhí)行功能影響的研究較多[18－20]，而慢性運動的研究相對較少。且多數(shù)相關研究是觀察性研究，干預性研究很少。有觀察性研究表明，兒童和青少年的慢性運動對于兒童和青少年的認知和執(zhí)行功能有一定的促進作用[21,22]。從研究對象的角度來看，之前的研究對象大多是老年人[13,14]和兒童[22,23]，缺乏對大學生年齡階段研究，尤其缺乏慢性運動對大學生執(zhí)行功能影響的研究。

綜上所述，目前對執(zhí)行功能研究的不足之處是：第一，現(xiàn)有的研究方式比較單一，大多是觀察性研究，干預性研究很少。而觀察性研究中很多影響因素無法排除，不能得出確切的結論。第二，執(zhí)行功能的研究對象多是老年人和青少年兒童，關于中青年執(zhí)行功能的研究比較少，影響執(zhí)行功能推廣的實用性。第三，大多數(shù)研究都能證明執(zhí)行功能的發(fā)展與人的日常生活及其發(fā)展有重要作用，但很少研究會對于如何發(fā)展執(zhí)行功進行進一步的研究。因此，本研究采用文獻回顧和Meta分析的方法，對大學生在急性運動干預后執(zhí)行功能任務完成后的執(zhí)行功能表現(xiàn)進行研究，了解急性運動對執(zhí)行功能的不同成分影響，為運動對大腦執(zhí)行功能影響的研究提供參考。

1 方法本研究根據(jù)PRISMA報告指南[24]進行。

1.1 文獻檢索方法

檢索起止時間為建庫到文獻檢索于2020年10月13日進行。輸入中文關鍵詞執(zhí)行功能、運動、大學生、鍛煉和英文關鍵詞aerobic exercise、executive function、young adult、chronic exercise、interventions、collegestudent、cognitive function、cognitive performance、executive task、flanker task、inhibition、reaction time、response time、short-term memory分別進行排列組合，在中文知網（CNKI）、萬方數(shù)據(jù)庫（Wanfang data）、中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫（VIP）、中國生物醫(yī)學文獻數(shù)據(jù)庫（CBM）、PubMed、Google scholar、美國科學引文索引數(shù)據(jù)庫（SCI）共八個檢索平臺進行文件檢索。然后，使用滾雪球法在初步篩選出文獻參考文獻繼續(xù)檢索相關文獻。

1.2 文獻檢索策略

1.2.1 文獻納入標準

檢索公開發(fā)表的中文、英文關于運動干預對大學生大腦執(zhí)行功能影響的隨機對照實驗研究。具體標準如下：（a）調查健康大學生18-25歲慢性運動后執(zhí)行功能的可能變化；（b）研究為實驗研究，采用Flanker、2-back和More odd shifting三種實驗范式；（c）實驗設計采用隨機對照設計；（d）實驗自變量為運動方式，如慢跑、籃球、蹬自行車等；（e）研究結果為認知測試評估執(zhí)行功能的時間或精確度（正確反應的絕對或相對數(shù)目）。使用Cochrane協(xié)作組推薦的Cochrane協(xié)作網偏倚風險估計評估工具進行文獻質量評價[25]。

1.2.2 文獻排除標準

具體標準如下：（a）沒有數(shù)據(jù)的綜述或者調查性研究；（b）實驗設計沒有對照組，只有實驗組；（c）被試沒有客觀實驗數(shù)據(jù)，只有主觀表現(xiàn)數(shù)據(jù)；（d）文獻數(shù)據(jù)不完全，無法獲取原始數(shù)據(jù)；（e）研究結果為認知測試評估執(zhí)行功能的時間或精確度（正確反應的絕對或相對數(shù)目）。

1.2.3 文獻篩選過程與結果

文獻篩選由第一作者和第二作者各自獨立按照文獻篩選標準進行，檢索過程中如果無法達成統(tǒng)一由第三作者判定。具體過程可見圖1，最終納入文獻4篇。

1.3 統(tǒng)計分析

圖1 文獻篩選流程圖

Meta分析是一種對多個獨立研究結果進行統(tǒng)計計算的方法。它主要檢查不同研究結果的差異，如結果有足夠的相似性，可利用這種方法對結果進行定量合并。本研究使用RevMan5.4軟件對選入的文獻進行文獻質量評估、發(fā)表偏倚風險檢驗和異質性分析。元分析中的異質性是指真實效果量之間的差異，通過I2統(tǒng)計進行檢驗。I2值在25%～50%之間的研究被認為是低異質性的，在50%～75%的研究是中度異質性的，大于75%是高異質性的[26]。如果I2值大于50%，則需通過敏感性分析確定造成異質性的原因，以分類變量作為調節(jié)，根據(jù)不同的運動項目進行亞組分析。

表1 研究納入文獻的基本信息

2 結果

2.1 文獻特征

表1列出了主題分析中包括的七個指標的主要特征。這些研究發(fā)表于2012年至2017年間。測試樣本人數(shù)由32至218人不等（共294人，其中61人為男性，233人為女性）。所有的樣本均為大學生。文獻實驗均為隨機對照試驗（n=294），包括體育鍛煉組和對照組。作為運動干預的急性運動包括：打籃球（n=39），跳健美操（n=184），花樣跑步（n=52）以及組合有氧運動（n=80）。運動方式是中等強度有氧運動，每周運動2～3次/，每次運動30～60分鐘。在對照組中，所有參與者被安排常規(guī)內容教學（n=297）。運動類別包括有氧訓練和綜合運動（即兩種或以上訓練的組合）。

2.2 總體效應量及異質性分析

元分析中各種研究結果間的差異，稱為異質性。異質性通常表示各研究間隨機誤差以外的差異性。它來源于方法學異質性、干預異質性和統(tǒng)計學異質性。本研究前期選用的文獻在方法學上有統(tǒng)一的定義，測量方法一致，統(tǒng)計方法一致，因此可以排除統(tǒng)計學異質性和方法學異質性部分。使用異質性（heterogeneity）檢驗是檢驗文獻研究全體間效應量差別是否有統(tǒng)計學意義。

2.2.1對大學生抑制控制功能影響的異質性檢驗

Meta分析森林圖檢驗結果顯示，Z=2.56，P＜0.05，Cl=-2.13～-0.28，說明檢驗具有統(tǒng)計學意義。df=4（P＜0.00001），I2=93%，呈高異質性，說明效應值的真實差異造成了93%的觀察值變異。所有文獻的抑制控制功能置信區(qū)間均在無效線的左側，表明實驗組的效應量小于對照組（P＜0.05）。提示中等強度的急性有氧運動有可能提高大學生的抑制控制功能。

圖2 有氧運動對大學生抑制控制功能的影響

2.2.2對大學生轉換功能影響的異質性檢驗

Meta分析森林圖檢驗結果顯示，Z=6.74，95%Cl=-0.99～-0.54，P＜0.01，實驗組和對照組的轉換功能得分差異具有統(tǒng)計學意義。df=4（P=0.58），I2=0%，呈低異質性，表明文獻間不存在異質性。所有文獻的抑制控制功能置信區(qū)間均在無效線的左側，表明實驗組的效應量小于對照組，并且具有統(tǒng)計學意義，證明中等強度的急性有氧運動對大學生大腦的抑制控制功能具有一定的積極作用。

圖3 有氧運動對大學生轉換功能的影響

2.2.3對大學生刷新功能影響的異質性檢驗

Meta分析森林圖檢驗結果顯示，Z=5.23，95%Cl=--1.06～-0.48，P＜0.01，實驗組和對照組之間的刷新功能測量分數(shù)有明顯差異。df=4（P=0.16），I2=39%，表明文獻間的異質性較低，可忽略不計。所有文獻的刷新功能置信區(qū)間均在無效線的左側，表明實驗組的效應量小于對照組，同時具備統(tǒng)計學意義，顯示中等強度的急性有氧運動對大腦刷新功能具有一定的積極作用。所有文獻的抑制控制功能置信區(qū)間均在無效線的左側，表明實驗組的效應量小于對照組，同時具有統(tǒng)計學意義，提示中等強度的有氧運動能夠有效提高大學生大腦的刷新功能。

圖4 有氧運動對大學生刷新功能的影響

3 討論

本研究采用Meta分析法，以4項研究的294人為樣本，討論中等強度的有氧運動干預對大學生執(zhí)行功能的影響。Meta分析結果顯示，8周以上中等強度的有氧運動干預對執(zhí)行功能均有增進作用。國內外大量研究證明［24,31,32］，長期有氧運動對人體抑制控制功能有積極作用。目前執(zhí)行功能的Meta分析文章主要是關于老年人和兒童是注意力缺陷/多動障礙與抑制控制和干擾控制方面的內容[24]，而這項Meta是慢性體力活動對大學生執(zhí)行功能影響。本研究擴大了運動對執(zhí)行功能影響的研究范圍。

和以往Meta分析相比，本文首次評估了長期體育鍛煉對大學生執(zhí)行功能的影響，但是由于相關文章的被試人數(shù)較少，對于研究結果應特別謹慎；在針對長期體育鍛煉對執(zhí)行功能的影響的四項研究中，并沒有統(tǒng)一研究計劃。因此，長期體育鍛煉對不同執(zhí)行功能域的影響尚無定論。但所有實驗都是交叉設計，都監(jiān)測了被試的心率，使得研究可以確定運動強度對執(zhí)行功能的影響。這是一個重要的問題，因為越來越多的證據(jù)表明，適度的體育鍛煉對認知功能比輕度鍛煉更有利。本研究主要以探討多種常見有氧運動對于改善大學生執(zhí)行功能的作用為目標，局限性包括由于檢索資源有限，只檢索了英文文獻和中文文獻，具有語言選擇方面的偏倚，結果不可避免具有一定的選擇發(fā)表偏倚；文中所納入的文獻類型為期刊類，沒有納入會議論文和出版文章，可能會一定程度上影響研究成果；此方面還需要進行更多樣本、更長時間的隨機對照試驗，進一步的分組分析國別、性別、干預方案對執(zhí)行功能的影響。

4 結論

Meta分析結果表明，中等強度的有氧運動干預能夠顯著提高大學生的執(zhí)行功能，但具體對不同子功能的影響效果不一樣。中等強度的有氧運動可以顯著提高大學生的抑制控制功能和刷新功能，對大腦抑制控制一定的積極作用。

[1]FUNAHASHI S.Neuronal mechanisms of executive control by the prefrontal cortex[J]. NeurosciRes,2001,39(2):147-165．

[2]CAHN W D A,FARIAS S T, JULIAN L, et al.Cognitive and neuroimaging predictors of instrumental activities of daily living[J].J Int Neuropsychol Soc,2007,13(5):747-757.

[3]VAZZANA R,BANDINELLI S, LAURETANI F, et al.Trail making test predicts physical impairment and mortality in older persons[J].J Am Geriatr Soc,2010,58(4):719-723.

[4]ZELAZO P D, CRAIK I, BOOTH L.Executive function across the life span[J].Acta Psychol (Amst),2004,115(23):167-183.

[5]文萍,李紅.6～11歲兒童執(zhí)行功能發(fā)展研究[J].心理學探新,2007,27(3):38-43．

[6]何華,李凌云,劉電芝.小學五年級兒童執(zhí)行功能特點研究[J].心理科學,2008,31(2):353-355．

[7]陳愛國,殷恒嬋.運動、兒童執(zhí)行功能與腦的可塑性[M].北京體育大學出版社,2011:14．

[8]ELLEMBERG D,LOUS D M.The effect of acute physical exercise on cognitive function during development[J].Psychol Sport Exer,2010,11(2):122-126.

[9]周曉林.執(zhí)行控制:一個具有廣闊理論前途和應用前景的研究領域[J].心理科學進展,2004(5):641-642.

[10]楊健,羅學榮.精神分裂癥的自知力與執(zhí)行功能的關系[J].中國臨床心理學雜志,2004,12(1):79-80.

[11]譚云龍,鄒義壯,屈英,等.抑郁癥、強迫癥患者大腦額葉執(zhí)行功能比較研究[J].中國心理衛(wèi)生雜志,2003,17(9):617-619.

[12]MIYAKE A, RFIEDMAN N P,EMERSON M J,et al.The unity and diversity of executive function and their contribution to complex “frontal lobe” tasks: a latent variable analysis[J].Cogn psychol,2000,41(1):49-100.

[13]ALBINET C T,BOUCARD G,BOUQUET C A,et al.Increased heart rate variability and executive performance after aerobic training in the elderly[J].Eur J appl physiol,2014,109(4):617-624.

[14]BERRYMAN N,BHERER L,NADEAU S,et al.Multiple roads lead to Rome: combined high-intensity aerobic and strength training vs. gross motor activities leads to equivalent improvement in executive functions in a cohort of healthy older adults[J].Age (dordrecht, netherlands),2014,36(5):9710.

[15]SINK K M,ESPELAND M A,CASTRO C M,et al.Life study investigators.Effect of a 24-month physical activity intervention vs health education on cognitive outcomes in sedentary older adults:the life randomized trial[J].JAMA,2015,314(8):781-790.

[16]LOT V,MARSH K,ERIK J A,et al.Physical exercise and executive functions in preadolescent children, adolescents and young adults: a meta-analysis[J].BJSM,2014,48(12):973-979.

[17]KENNEY W L,WILMORE J H,COSTILL D L.Physiology of sport and exercise w/web study guide[M]. 5th edition:human kinetics,2012.

[18]HOGAN C L,MATA J,CARSTENSEN L L.Exercise holds immediate benefits for affect and cognition in younger and older adults[J].Psychol and aging,2013,28(2):587-594.

[19]HAYATO T, TADASHI S, SAKI T, et al. An acute bout of localized resistance exercise can rapidly improve inhibitory control[J].Plos one,2017,12(9):e0184075.

[20]ALVES C, GUALANO B, TAKAO P P, et al. Effects of acute physical exercise on executive functions: a comparison between aerobic and strength exercise[J].Journal of sport & exercise psychology,2012,34(4):539.

[21]殷恒嬋,李鑫楠,陳愛國,等.5種運動干預方案對小學生腦執(zhí)行功能影響的試驗研究[J].天津體育學院學報,2015,30(1):7-10．

[22]DONNELLY J E, HILLMAN C, CASTELLI D, et al. Physical activity, fitness, cognitive function, and academic achievement in children: asystematic review[J]. Med Sci sports exerc,2016,48(6):1197-1222.

[23]VERBURGH L,KONIGS M,SCHERDER E J,et al.Physical exercise and executive functions in preadolescent children, adolescents and young adults: a meta-analysis[J].Br J sports med,2014,12(48):973-979.

[24]MOHER D,LIBERATI A,TETZLAFF J,et al.Preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses: the PRISMA statement[J].Journal of clinical epidemiology,2009,6(10):1006-1012.

[25]HIGGINS J, GREEN S. Cochrane collaboration:cochranehandbook for systematic reviews of Interventions version 5.1.0[updated March 2011].John Wiley＆ Sons Ltd and the cochrane collaboration,chichester,2011.

[26]HIGGINS J, THOMPSON S G, Decks J J, et al.Measuring inconsistency inmeta-Analyses[J].BMJ,2003,327(6):557-560.

[27]何大海.不同運動項目干預對大學新生執(zhí)行功能影響的實踐研究[D].揚州大學,2017.

[28]顏軍,馬山山,陳愛國,等.不同持續(xù)時間健美操鍛煉對大學女生執(zhí)行功能影響的實驗研究[J].體育科學,2012,33(6):88-91．

[29]張藝帆,殷恒嬋,崔蕾,等.運動干預影響女大學生情緒調節(jié)策略:執(zhí)行功能的中介作用[J].天津體育學院學報,2017,32(5):455-460．

[30]梁爽.淺析健美操鍛煉對女生執(zhí)行功能的影響[J].浙江工商職業(yè)技術學院學報,2017,16(2):89-91．

[31]VOSS M W,PRAKASH R S,ERICKSON K I,et al.Plasticity of brain networks in a randomized intervention trial of exercise training in older adults[J].Frontiers in aging neuroscience,2010,2(1):1-17.

[32]XIONG J,YE M Z,WANG L C,et al.Effects of physical exercise on executive function in cognitively healthy older adults: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials Physical exercise for executive function[J].Int J Nurs Stud,2021,56(10):1-12.

Effects of Moderate Intensity Aerobic Exercise Interventions on Executive Functions in College Students: A Meta-analysis

LI Zhan, etal.

(Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, Henan, China)

李展（1977—），講師，碩士，研究方向：大學生身體健康。

；劉洋（1980—），博士，副教授，碩士生導師，研究方向：體育運動與健康促進。