幼兒體質健康水平與工作記憶加工的差異特征：來自fNIRS的證據

摘 """要 ""目的：探討幼兒體質健康發展水平與工作記憶加工的大腦神經關聯，為幼兒體質健康促進與認知發展提供依據。方法：選取98名4～6歲學齡前兒童，按照《國民體質測定標準手冊（幼兒部分）》的內容評估幼兒體質健康發展水平，采用功能性近紅外光譜腦成像（fNIRS）技術，監測幼兒執行工作記憶任務時的大腦前額葉皮層血氧動力學信號，采用4（體質健康，分為優秀、良好、合格、不合格）×2（記憶難度，分為低記憶難度、高記憶難度）的混合實驗設計探討幼兒體質健康水平與大腦工作記憶時的行為學和前額葉氧合血紅蛋白濃度差異。結果：1）在低記憶難度條件下，體質健康優秀組的氧合血紅蛋白濃度在右側背外側前額葉皮層（R-DLPFC）顯著大于良好組，在R-DLPFC、右側三角部布羅卡氏區（R-PTBA）、右側額極區（R-FPA）及左側背外側前額葉皮層（L-DLPFC）顯著大于合格組，在L-DLPFC顯著大于不合格組；2）在高記憶難度條件下，優秀組的氧合血紅蛋白濃度在R-DLPFC顯著大于良好組，在R-DLPFC、R-PTBA、R-FPA及L-DLPFC顯著大于合格組和不合格組；良好組的氧合血紅蛋白濃度在L-DLPFC和R-PTBA顯著大于合格組，在R-DLPFC、R-PTBA、R-FPA及L-DLPFC顯著大于不合格組，合格組的氧合血紅蛋白濃度在R-DLPFC、R-FPA及L-DLPFC的氧合血紅蛋白濃度顯著大于不合格組；3）優秀組和良好組在高記憶難度條件下的R-DLPFC、R-PTBA、R-FPA及L-DLPFC顯著大于低記憶難度條件下；4）合格組在高記憶難度條件下的R-FPA和L-DLPFC的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度條件下；5）不合格組在高記憶難度條件下的R-PTBA的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度條件下。結論：幼兒的體質健康發展水平與工作記憶存在密切關聯，表現為體質健康發展水平越高，大腦在執行工作記憶任務時的前額葉相關皮層激活程度越高。

關鍵詞 ""體質健康；工作記憶；幼兒；功能性近紅外光譜腦成像；差異特征；身體活動

中圖分類號：G804.8 """"""""""學科代碼：040302 """"""""""文獻標志碼：A

DOI：10.14036/j.cnki.cn11-4513.2024.03.004

Abstract ""Objective： To explore the neural correlations between physical fitness development levels and working memory processing in early childhood， providing a basis for promoting physical fitness and cognitive development in early children. Methods： A total of 98 preschool children aged 4-6 years were selected. The physical fitness development levels of the children were assessed according to the“National Physical Fitness Measurement Standards Manual （Preschool Children Section）.” Functional Near-Infrared Spectroscopy （fNIRS） was used to monitor hemodynamic signals in the prefrontal cortex during working memory tasks. A mixed experimental design of 4 （physical health： excellent， good， fair， poor） ×2 （memory difficulty： low， high） was used to investigate the behavioral and prefrontal oxygenated hemoglobin concentration differences during working memory tasks in relation to physical fitness levels. Results： 1） Under low memory difficulty conditions， the excellent physical fitness group showed significantly higher oxygenated hemoglobin concentrations in the right dorsolateral prefrontal cortex （R-DLPFC） compared to the good group; significantly higher concentrations in the R-DLPFC， right triangular part of Broca’s area （R-PTBA）， right frontal pole area （R-FPA）， and left dorsolateral prefrontal cortex （L-DLPFC） compared to the fair group; and significantly higher concentrations in the L-DLPFC compared to the poor group; 2） Under high memory difficulty conditions， the excellent group had significantly higher oxygenated hemoglobin concentrations in the R-DLPFC compared to the good group; significantly higher concentrations in the R-DLPFC， R-PTBA， R-FPA， and L-DLPFC compared to both the fair and poor groups. The good group had significantly higher oxygenated hemoglobin concentrations in the L-DLPFC and R-PTBA compared to the fair group， and significantly higher concentrations in the R-DLPFC， R-PTBA， R-FPA， and L-DLPFC compared to the poor group. The fair group had significantly higher oxygenated hemoglobin concentrations in the R-DLPFC， R-FPA， and L-DLPFC compared to the poor group; 3） In the excellent and good groups， the oxygenated hemoglobin concentrations in the R-DLPFC， R-PTBA， R-FPA， and L-DLPFC were significantly higher during high memory difficulty compared to low memory difficulty; 4） In the fair group， the concentrations in the R-FPA and L-DLPFC were significantly higher during high memory difficulty compared to low memory difficulty; 5） In the poor group， the concentration in the R-PTBA was significantly higher during high memory difficulty compared to low memory difficulty. Conclusion： There is a close relationship between the physical fitness development levels and working memory among children in their early age， manifested as higher physical fitness development levels being associated with greater activation of the prefrontal cortex during working memory tasks.

Keywords ""physical fitness; working memory; early childhood; Functional Near-Infrared Spectroscopy; differe-ntial characteristics; physical activity

幼兒時期是身心發展的關鍵階段，身體和認知的發展對個體終身學業成就、社會適應等具有積極意義［1-3］。體質健康是衡量個體身體健康水平的重要內容，是個體生產與生活的物質基礎［4］。身體活動被認為是個體體質健康發展的重要環節，相關研究顯示，身體活動與體質健康之間具有正向相關關系［5］，身體活動不足往往與肥胖發病率有關［6］，更高水平的身體活動則與更好的力量、速度、平衡能力等身體素質有關［7］。還有研究顯示，身體活動對認知和大腦健康有潛在益處［1］。從神經學和微結構變化的角度而言，身體活動期間會產生更多的神經營養因子，諸如腦源性神經營養因子（BDNF）或神經營養生長因子（NGF）［3，8-9］，這些因子能夠增強大腦的神經可塑性，使白質結構產生積極變化［10］。

工作記憶是對感知信息的短期保持、儲存和處理，是一種核心的執行功能，是完成運算、推理、理解等高級認知活動的基礎［11］，對包括計劃、技能學習和問題解決在內的一系列認知能力至關重要［12］。執行功能假說提出，身體活動期間改變的神經突觸傳遞和大腦血管生成對負責思維、決策、行為和記憶的前額葉皮層具有積極影響［13］。從這一點來說，身體活動不僅對體質健康有積極影響［14］，還對大腦認知功能有積極影響。還有研究者提出，工作記憶是一系列行為的基礎，從感知到更高層級的認知和行為控制［15］，視空間工作記憶被認為是動作感知和動作序列學習的基礎［16-17］，動作的記憶與編碼依賴工作記憶在內的認知活動［18］，身體活動的動作過程需要調動工作記憶在內的執行功能［19］。因此，身體活動水平可能與工作記憶能力有著密切關系。

皮亞杰的認知發展理論提出，認知和身體發展是相互依賴的，發達的運動能力能使兒童更積極地參與環境互動，進而促進認知發展［20］。這強調了體質健康水平對認知發展的重要性。根據Martin的認知功能發展模型可知，運動和身體活動對體質健康有直接的影響，而體質健康對腦血管生長和血流量有積極效益，最終會影響認知功能的發展［21］。從這一點而言，體質健康與工作記憶作為身體活動影響的2個方面，似乎存在著密切關聯。以往的干預研究顯示，8周網球運動對幼兒體質健康和工作記憶有積極影響［22］，這進一步支持了上述關于身體活動對體質健康和工作記憶有積極影響的觀點，還有研究者提出，體質健康與工作記憶存在相關性關聯［15，23］。但通過梳理文獻發現，現階段關于體質健康與工作記憶的闡述多為行為學研究，缺乏相關腦機制的探討，而關于幼兒階段的探討則更為匱乏。因此，本研究將進一步探討幼兒體質健康水平與工作記憶加工的神經差異機制，以此豐富相關研究理論。此外，還有研究者提出，智商和家庭社會經濟地位對兒童工作記憶有積極影響［24］。因此，本研究將智商、家庭社會經濟地位和身體活動作為協變量，探討排除智商、家庭社會經濟地位和身體活動混雜干擾后，體質健康與工作記憶加工的行為和神經關聯。基于此，本研究提出以下假設：1）更高體質健康水平的幼兒有更高水平的記憶正確率和更快的反應時；2）不同體質健康水平的幼兒在工作記憶期間前額葉相關腦區血氧濃度存在顯著差異。

隨著神經科學的發展，功能近紅外光譜（fNRIS）技術被廣泛應用于認知神經科學研究［25］，在兒童認知功能研究方面取得了一定進展和突破［26］。fNIRS是一種非侵入光學成像技術，可測量腦功能活動相關的氧合血紅蛋白（Oxy-hemoglobin，HbO2）和脫氧血紅蛋白（Deoxy-hemoglobin，HHb）濃度變化。與其他腦成像設備相比，fNIRS具有便攜、時間和空間分辨率相對較高、生態效度高且很少受實驗對象限制、適用于所有可能參與的人群等優點［25，27］，特別適用于幼兒認知神經的研究。因此，本研究采用fNRIS對幼兒體質健康與工作記憶的關系展開探討。

1" "研究對象與方法

1.1" 研究對象

本次實驗對象來自西安市2所幼兒園，納入標準為：右利手，視力或矯正視力正常，年齡在4～6歲，排除了患有精神疾病或正在接受藥物治療的幼兒。在監護人了解該研究項目并同意自愿參加后，與監護人簽訂了《知情同意書》。本次實驗共招募了114名幼兒，在正式測試期間，5名幼兒由于感染甲流未能參加測試，3名幼兒由于無法理解工作記憶測試規則，沒有對其進行測試，2名幼兒過于活躍，測試期間不能保持安靜，沒有完成工作記憶測試。最終，共有104名幼兒完成了所有測試內容。對近紅外數據進行預處理后，3名幼兒由于腦部血氧測試數據質量不高（偽跡過多）排除于本次研究，3名幼兒身體活動數據缺失。最終本次研究共有98名幼兒數據納入了分析。98名幼兒中：男童有47人，女童有51人；年齡為（60.49±3.30）月。本項研究獲得了陜西師范大學倫理委員會批準（202316006）。

1.2" 工作記憶測試

1.2.1" 測試材料與設計

采用組塊任務設計測試幼兒視空間工作記憶。測試任務參照以往兒童視空間工作記憶研究范式［28-29］，并進行了適度修改。任務呈現如圖1所示。共包含2個量級的記憶測試，分別為2個記憶任務（以下表述為：低記憶難度）和3個記憶任務（以下表述為：高記憶難度）。低記憶難度測試時，在1個9宮格內隨機出現小魚和青蛙2種動物。高記憶難度測試時，在1個9宮格內隨機出現小魚、青蛙和鴨子3種動物。在實驗中，每次動物呈現的視空間位置均不相同，且不相鄰，以避免學習效應［29］。

所有記憶任務呈現與行為學數據收集均由“E-prime3.0”軟件（Psychology Software Tools Inc， Sharpsburg，PA，USA）完成。單個Trial呈現順序為：屏幕中心位置出現1 000 ms的注視點，然后是刺激圖片呈現2 000 ms，之后是2 000 ms時長的空屏時間，然后出現一個包含問號的圖片，要求被試判斷與刺激圖片相比，動物的位置是否發生了變化，該階段設置時長為被試作出判斷反應時長，判斷任務中按鍵“D”表示與刺激任務一樣，按鍵“J”表示與刺激任務不一樣，以上為單個Trial。每個組塊包含6個Trials，組塊呈現順序為：低記憶難度在第1個和第2個組塊，高記憶難度在第3個和第4個組塊。每個組塊之間間隔15 s休息時間。在正式實驗期間收集了被試行為學數據（反應時和正確率）以及感興趣腦區的血氧動力學數據。在正式實驗開始前，所有被試都進行了規則講解和學習，并在第1個組塊測試前完成了練習試次，練習試次包含4個Trials，內容分別包含2個記憶任務和3個記憶任務的組合。練習試次后休息15 s開始正式測試。

實驗中的每個材料均在15.3英寸的電腦顯示器上呈現，刺激材料居中并占屏幕比例的75%，屏幕背景為白色，被試眼睛距離電腦顯示器約60 cm。

1.2.2" fNIRS數據采集

采用Artinis便攜式近紅外腦成像系統（brite MKⅢ，Atinis corporation，Holland）監測被試在完成工作記憶任務期間前額葉皮層的血氧動力學信號?！癘xySoft”采集分析軟件同步采集血氧動力學數據。本實驗設備包含10個發射光極端和8個接收光極端，根據工作記憶調動的相關腦區分布特征，參考以往研究者感興趣腦區的排列分布［31］，采用2×12的通道排列方式，共24個采集通道分布于大腦前額葉皮層（如圖2所示）。發射端與接收端間距約為3 cm，發射光極光源波長為760 mm與850 mm，采樣頻率設置為25 Hz。

采用3D頭部定位建模系統（Patriot，Polhemus，USA）對每個通道位置進行三維坐標定位，運用Matlab中的“nirs_SPM”軟件包進行空間配準，各通道分布如圖2所示。根據24通道的具體分布，劃分出6個感興趣腦區，具體通道對應腦區如表1所示。

1.3" 身體活動測量

采用三軸加速度計（wGT3X-BT，Actigraph，USA）測試幼兒身體活動情況。被試被要求連續7 d（5個工作日和2個周末日）佩戴加速度計（洗澡、游泳、睡眠等情況下取下）測量身體活動水平，佩戴位置為左手腕部，當受試者每日佩戴8 h以上為有效佩戴日，有效佩戴日在4 d及以上（至少包含3個有效工作日和一個有效周末）為有效測試樣本。依據以往文獻對中國幼兒身體活動測試的建議［32］，加速度計采樣間隔設置為15 s［33］，采樣率為100 Hz，Choi算法作為未佩戴定義［34］，采用Butte Preschoolers VM（2013）的標準（Actiheart x軸為41 449和1 297 cpm；ActiGraph矢量震級為820、3 908和6 112 cpm；久坐/輕度、輕度/中度和中度/劇烈的ActiGraph x軸分別為240、2 120和4 450 cpm）作為本研究中身體活動強度分界值［33］，由于輸出結果中的多數幼兒沒有高強度身體活動數據，所以本研究中將中強度身體活動與高強度身體活動合并為中高強度身體活動，本研究中總身體活動量=低強度身體活動量+中高強度身體活動量，并在后續分析中將低強度身體活動、中高強度身體活動納入協變量進行變量控制。

1.4" 人口學信息

采用聯合性瑞文CRT（combined Raven’s test，CRT）量表測定幼兒智商。該量表由英國心理學家瑞文（J.C.Raven）于1938年設計，1989年由中國學者李丹、王棟完成了中國版修訂并制定了常模。該量表適用于5～75歲群體智商測定，共有72個測試題目，每個測試題目 為1 分，共72分［35］。家庭社會經濟地位（socioeconomic status questionnaire，SESQ）參照中國學者研究［36］，將家庭年收入、父母受教育程度及父母職業作為家庭社會經濟地位的指標，并分別賦值。參照《中國家庭收入階層劃分標準（2022）》將家庭年收入劃分為8個等級，具體等級為：家庭年收入lt;30 000元、30 000元≤家庭年收入lt;50 000元、50 000元≤家庭年收入lt;100 000元、100 000元≤家庭年收入lt;400 000元、400 000元≤家庭年收入lt;1 000 000元、1 000 000元≤家庭年收入lt;2 000 000元、2 000 000元≤家庭年收入≤5 000 000元、家庭年收入gt;5 000 000元以上，以上依次分別賦值1～8 分。父親和母親受教育程度各自以1～7分分別依次表示：小學及以下、初中、高中（中專或技校）、大專、本科、碩士研究生及博士研究生；父母職業各自以1～8分依次表示：臨時工（無工作或待業中）、體力勞動者或個體經營者、生產（運輸設備） 操作人員、農（林、牧、漁、水利）業生產人員、商業（商貿服務業）人員、公務員或公司職員、專業技術人員（如教師、醫生）、政府（事業單位）或公司管理干部。對相關變量的標準分進行主成分分析并獲得各個變量的因素負荷。計算公式如下。

E家庭社會經濟地位 =（β1×Z父親職業 +β2×Z 父親受教育程度 +β3×Z母親職業 +β4×Z母親受教育程度+β5×Z家庭年收入）/f1），

其中：β1～β5為各個指標的因子負荷，f為特征值。分數越高表明家庭社會經濟地位越高。

1.5" 體質健康測量

采用國家體育總局頒布的《國民體質測定標準手冊（幼兒部分）》對受試幼兒進行體質健康測試［37］，測試內容包括身高、體重、1 m折返跑、網球擲遠、雙腳連續跳、平衡木、坐位體前屈和立定跳遠8項指標，測試期間記錄原始測試成績，在測試結束后依據《國民體質測定標準手冊（幼兒部分）》中的評定方法和標準將原始數據轉換為標準評分，然后計算8項指標的總得分，并進行體質健康評級。其標準為：一級（優秀）gt;31分，二級（良好）為28～31分，三級（合格）為20～27分，四級（不合格）lt;20分。在幼兒體質健康水平評級的基礎上，將不同得分水平的幼兒分別劃分為不同體質健康組進行下一步研究。其分組依據為：一級納入優秀組，二級納入良好組，三級納入合格組，四級納入不合格組。

1.6" 數理處理與統計

1.6.1" fNIRS數據預處理

行為學數據使用“e-prime3.0”軟件中的“E-Merge3”功能將所有被試的行為學數據進行合并整理，并導入excel進行數據預處理。數據預處理參照以往研究［38］，剔除了平均值超過±3個標準差的反應時。

使用“Matlab”軟件（R2013b，MathWorks corporation，USA）對fNIRS數據進行預處理，使用某公司研發的插件包“oxysoft2matlab”將原始數據*.oxy5和*.oxyproj轉換為*.nirs格式文件，使用“Homer2”插件包將光強度數據轉換為血氧濃度數據。對所有被試的所有通道進行了運動偽影矯正，并標記了壞通道，采用帶通濾波將大于0.1 Hz與小于0.01 Hz的呼吸、心跳等成分濾除，取組塊刺激開始前2 s的數據對任務態數據進行基線矯正，根據本研究任務設計，預計單個組塊完成時長約為45 s，所以截取同一類型刺激任務的前2～45 s的血氧數據進行疊加平均。最終，得到了2個記憶難度量級下的HbO2、HHb與總血紅蛋白濃度（Total-Hemoglobin，t-Hb）數據均值。相關研究表明，氧合血紅蛋白比脫氧血紅蛋白具有更優的信噪比［39］，對大腦血氧變化的敏感度更高［40］，所以本研究選取氧合血紅蛋白作為血氧濃度分析指標納入后期數據分析，采用“NIRS_KIT”軟件包對任務期間的氧合血紅蛋白濃度進行腦區激活評估，并繪制腦區激活熱圖。

1.6.2" 統計學分析

采用“spss25.0”軟件（IBM Inc.，Chicago，IL，USA）進行數據統計分析，采用皮爾遜相關性分析對身體活動、體質健康與工作記憶的行為學結果和血氧濃度結果進行相關性檢驗；采用廣義估計方程對不同體質健康組別對2個記憶難度的行為學結果及血氧濃度進行交互效應和主效應檢驗，并依據檢驗結果進行簡單效應分析和事后成對比較，采用軟件“Bonferroni”對2組以上的比較進行矯正；廣義估計方程統計結果的描述性統計采用納入協變量后的估算值平均值±標準誤表述；顯著性水平設為α=0.05。

2" "研究結果

2.1" 相關性結果

2.1.1" 自變量間的相關性

對體質健康得分、低強度身體活動、中高強度身體活動、總身體活動、智商和家庭社會經濟地位進行相關性分析的結果如表2所示。從表2可知：1）中高強度身體活動與體質健康之間有顯著相關關系，相關系數為0.660；2）總身體活動與智商、體質健康、低強度身體活動及中高強度身體活動有顯著正相關關系，相關系數分別為0.226、0.541、0.360和0.890；3）家庭社會經濟地位與低強度身體活動之間有顯著相關關系，相關系數為-0.221。

2.1.2" 自變量與工作記憶指標間的相關性

對體質健康得分、低強度身體活動、中高強度身體活動、總身體活動、智商、家庭社會經濟地位與工作記憶的行為學結果、氧合血紅蛋白濃度結果進行相關性分析的結果如表3所示。由表3可知如下結果。1）體質健康得分與各感興趣腦區在2種記憶難度條件下的血氧數據均有顯著正向相關關系，相關系數為0.25～0.67。其中，在低記憶難度時，體質健康與工作記憶的反應時有負向相關關系，相關系數為-0.242。2）在2種記憶難度條件下，體質健康與工作記憶正確率均有顯著正向相關關系，相關系數為0.29～0.41。3）低強度身體活動與高記憶難度的R-FPA濃度有顯著負向相關關系，相關系數為-0.227。4）中高強度身體活動既與低記憶難度的雙側DLPFC、左側PTBA及雙側FPA均有顯著相關關系，相關系數為0.21～0.38，又與高記憶難度條件下所有感興趣腦區均有顯著正向相關關系，相關系數為0.38～0.51，而且與不同記憶難度條件下的行為學正確率均有顯著正向相關關系，相關系數為0.21～0.35。5）總身體活動既與低記憶難度條件下雙側DLPFC、左側PTBA及右側FPA均有顯著相關關系，相關系數為0.22～0.35，又與高記憶難度條件下雙側DLPFC、左側PTBA及雙側FPA均有顯著相關關系，相關系數為0.27～0.45，而且與不同記憶難度條件下的行為學正確率均有顯著正向相關關系，相關系數為0.20～0.34。

2.1.3" 工作記憶行為與氧合血紅蛋白指標的相關性

對工作記憶的行為指標與氧合血紅蛋白指標進行相關性分析的結果顯示，在高記憶難度條件下，任務正確率與R-DLPFC、L-DLPFC、R-PTBA、L-PTBA、R-FPA和L-FPA氧合血紅蛋白指標有正向顯著相關關系，相關系數為0.20～0.33。

2.2" 行為學結果

將智商、家庭社會經濟地位、低強度身體活動和中高強度身體活動納入協變量，采用廣義估計方程對不同體質健康水平（優秀、良好、合格和不合格）在不同記憶難度（低記憶難度和高記憶難度）條件下的行為學結果進行統計分析，結果如表5所示。

表5反應時統計結果顯示：1）體質健康×任務難度交互效應不顯著［χ2（體質健康×任務難度）=6.493，p=0.090］； 2）體質健康主效應顯著［χ2（體質健康）=9.336，p=0.025］，且優秀組反應時顯著短于不合格組；3）任務難度主效應不顯著［χ2（任務難度）=1.566，p=0.211］。

表5正確統計率結果顯示：1）體質健康×任務難度交互效應不顯著［χ2（體質健康×任務難度）=3.194，p=0.363］； 2）體質健康主效應顯著［χ2（體質健康）=12.799，p=0.005］，且體質健康優秀組正確率顯著大于合格組和不合格組；3）任務難度主效應不顯著［χ2（任務難度）=3.185，p=0.074］。

2.3" fNIRS結果

將智商、家庭社會經濟地位、低強度身體活動和中高強度身體活動納入協變量，采用廣義估計方程對不同體質健康水平（優秀、良好、合格和不合格）在不同記憶難度（低記憶難度和高記憶難度）條件下前額葉皮層氧合血紅蛋白濃度進行統計分析，結果如表6和圖3所示。

2.3.1" R-DLPFC結果

1）體質健康×任務難度交互效應顯著［χ2（體質健康×任務難度） =25.967，p=0.000］。簡單效應分析結果顯示：在低記憶難度條件下，優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于良好組和合格組；在高記憶難度條件下，優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于良好組、合格組和不合格組，良好組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于不合格組，合格組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于不合格組；優秀組和良好組在高記憶難度條件下的氧合血紅蛋白濃度均顯著大于低記憶難度條件下。2）體質健康主效應顯著［χ2（體質健康）=41.223，p=0.000］，且優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于良好組、合格組和不合格組。3）任務難度主效應顯著［χ2（任務難度）=16.398，p=0.000］，且高記憶難度條件下氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度條件下。

2.3.2" L-DLPFC結果

1）體質健康×任務難度交互效應顯著［χ2（體質健康×任務難度）=16.098，p=0.001］。簡單效應分析結果顯示：在低記憶難度條件下，優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組和不合格組；在高記憶難度條件下，優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組和不合格組，良好組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組和不合格組，合格的組氧合血紅蛋白濃度顯著大于不合格組；優秀組、良好組和合格組在高記憶難度條件下的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度條件下。2）體質健康主效應顯著［χ2（體質健康）=58.898，p=0.000］，且優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于良好組、合格組和不合格組，良好組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于不合格組；3）任務難度主效應顯著［χ2（任務難度）=22.403，p=0.000］，且高記憶難度條件下的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度條件下。

2.3.3" R-PTBA結果

1）體質健康×任務難度交互效應顯著［χ2（體質健康×任務難度）=35.943，p=0.000］。簡單效應分析結果顯示：在低記憶難度條件下，優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組；在高記憶難度條件下，優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組和不合格組，良好組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組和不合格組；優秀組、良好組和不合格組在高記憶難度條件下的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度條件下。2）體質健康主效應顯著［χ2（體質健康）=46.027，p=0.000］，且優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于良好組、合格組和不合格組，良好組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組。3）任務難度主效應顯著［χ2（任務難度）=9.851，p=0.002］，且高記憶難度條件下的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度。

2.3.4" L-PTBA結果

1）體質健康×任務難度交互效應不顯著［χ2（體質健康×任務難度）=4.286，p=0.232］；2）體質健康主效應顯著［χ2（體質健康）=18.522，p=0.000］，且優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于良好組、合格組和不合格組，良好組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于不合格組；3）任務難度主效應顯著［χ2（任務難度）=21.161，p=0.000］，且高記憶難度條件下的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度。

2.3.5" R-FPA結果

1）體質健康×任務難度交互效應顯著［χ2（體質健康×任務難度）=11.786，p=0.008］。簡單效應分析結果顯示：在低記憶難度條件下，優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組；在高記憶難度條件下，優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組和不合格組，良好組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于不合格組，合格組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于不合格組；優秀組、良好組和合格組在高記憶難度條件下的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度條件下。2）體質健康主效應顯著［χ2（體質健康）=21.700，p=0.000］，且優秀組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組和不合格組，良好組的氧合血紅蛋白濃度顯著大于合格組和不合格組。3）任務難度主效應顯著［χ2（任務難度）=34.781，p=0.000］，且高記憶難度條件下的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度。

2.3.6" L-FPA結果

1）體質健康×任務難度交互效應不顯著［χ2（體質健康×任務難度）=6.900，p=0.075］；2）體質健康主效應不顯著［χ2（體質健康）=7.740，p=0.052］；3）任務難度主效應顯著［χ2（任務難度）=7.802，p=0.005］，且高記憶難度條件下的氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度。

3" "討論

幼兒時期是身體和認知發展的關鍵階段［41］，體質健康是身體發展的基礎。相關研究顯示，體質健康與兒童動作發展、身體活動、睡眠質量密切相關［21，41-42］。執行功能是認知加工的重要部分，執行功能發展滯后往往會導致學習能力受損，還常常會繼發行為和情緒方面問題，諸如注意缺陷多動障礙、孤獨、抑郁等［43］。工作記憶是執行功能的核心部分，與兒童學習、思維、社會行為、語言發展等密切相關，工作記憶能力不足將會導致執行功能在內的認知功能發展受限，進而會影響個體的終身發展［44］。以往的研究顯示，兒童青少年身體活動水平對體質健康與工作記憶有積極影響，更高的體質健康水平與工作記憶發展水平相關［5］。然而，現階段關于幼兒階段的探討卻相對較少，且多為行為結果的表述［5］?；诖耍狙芯繌挠變后w質健康與工作記憶的神經加工機制出發，探討不同體質健康水平幼兒在工作記憶加工時的行為和神經差異，并探討了這種差異關系發生的腦區。為了更加客觀地評價這種關系，本研究還將智商、家庭社會經濟地位和身體活動納入了協變量，探討排除混雜因素干擾后，體質健康與工作記憶加工的差異特征。從研究結果而言，證實了幼兒體質健康發展水平與工作記憶加工水平間存在密切關聯，這種關聯不僅表現在行為結果上，也表現在任務期間相關腦區的激活上。

3.1" 體質健康水平與工作記憶加工的行為學差異

一項關于8～11歲肥胖兒童的研究顯示，兒童體質健康水平與工作記憶的反應時和正確率有關，更高體質健康水平的兒童表現出更短的任務反應時和更高的任務正確率［45］，這說明兒童時期體質健康水平與工作記憶存在密切關聯［5］。本研究對5歲左右的幼兒進行研究后發現，在體質健康分組的條件下，工作記憶的反應時和正確率的主效應顯著，表現為高體質健康水平有更短的反應時間和更高的任務正確率，這與上述研究結果一致。另一項關于8～11歲肥胖兒童的研究顯示，心肺能力與工作記憶的正確率有關，心肺能力較強的兒童可以表現出較高的工作記憶正確率［46］。還有一項關于7～10歲兒童的研究則顯示，肌肉素質與工作記憶任務的正確率呈正向相關關系，而與反應時不相關［24］。這在一定程度上支持了本研究關于體質健康水平越高工作記憶正確率越高的結果。而Veraksa采用記憶卡片對5～6歲幼兒工作記憶能力進行測試后發現，體質健康與工作記憶得分之間存在正向相關關系［5］，這又支持了本研究同齡層面的結果。

動作學習與發展的相關研究顯示，在動作學習過程中，大腦會對完整動作序列進行記憶儲存、編碼和復現［47］。充分想象一個動作的精確執行可以幫助幼兒更好地掌握一系列動作，并在實際執行中更好地實現動作控制［5］。在完成復雜運動動作過程中，大腦傾向于在動作實施之前形成一個動作圖像并結合周圍運動環境進行認知加工，以便于實現動作過程的協調與控制，在這一過程中，認知與身體實現了雙向互動［5］。從結果而言，動作發展較好的兒童往往具有更高的身體活動水平和體質健康水平，而隨著動作發展，記憶加工能力會逐步提升，進而能實現體質健康與記憶能力的協同發展。因此，這種動作序列的記憶能力和心智表征能力的提高可能成為體質健康水平較高的幼兒具有更快工作記憶反應時和更高正確率的關鍵。

此外，本研究在記憶任務難度的對比中未發現反應時和正確率的主效應，這可能歸結于任務難度有限，尚未達到出現顯著水平的閾值，但正確率卻表現出了隨著記憶難度增加而下降的趨勢，這與之前關于大學生工作記憶的結果一致［11］。隨著任務難度的增大，個體會表現出與任務相關的正確率和反應時。

3.2" 體質健康水平與工作記憶的相關腦區氧合血紅蛋白濃度差異

本研究結果顯示，在排除智商、家庭社會經濟地位、低強度身體活動和中高強度身體活動混雜干擾后，R-DLPFC、L-DLPFC、R-PTBA和R-FPA工作記憶時的氧合血紅蛋白濃度與體質健康水平具有交互效應，呈現出高體質健康水平的幼兒在工作記憶時出現了更高水平的腦區激活趨勢，L-PTBA表現出與體質健康水平相關的腦區氧合血紅蛋白濃度主效應。一項關于8～11歲肥胖兒童的ERP研究顯示，體質健康水平與P3波幅相關，較高的體質健康水平在工作記憶中表現出更高的P3波幅［45］。另一項關于6歲左右幼兒的研究則顯示，8周網球運動干預能夠有效提升工作記憶任務的L-PFC腦血氧效率和體質健康水平［22］，這在一定程度支持了本研究結果。

前額葉是參與工作記憶的主要腦區［48］，DLPFC的結構和功能在工作記憶時起著核心作用［49-50］。在本研究中，體質健康與任務難度在R-DLPFC、L-DLPFC、R-PTBA和R-FPA的交互效應顯著，簡單效應結果表現出體質健康水平的主效應。體質健康組別在L-PTBA表現出主效應，即體質健康水平較高的幼兒表現出更高水平的任務相關腦區的激活，說明無論工作記憶負荷如何，高體質健康水平的幼兒都能更快地調動大腦神經資源，使神經資源集中于記憶任務。以往的研究顯示，更高的身體活動水平與更大的前額葉體積相關［51］，身體活動過程可以增加大腦血流量，產生更多的神經營養因子，諸如腦源性神經營養因子（BDNF）或神經營養生長因子（NGF）［8-9，52］，從而能促進神經突觸的形成與神經元分化和增殖［53］，進而影響認知功能［54］。還有研究顯示，兒童身體活動對體質健康有積極影響［55］，身體活動可能是體質健康水平與工作記憶產生關聯的基礎［5，21］，前額葉在運動中的結構和功能的改善可能是體質健康水平與工作記憶時腦區激活相關聯的關鍵［13，56］。此外，身體活動過程往往與動作學習和執行密切相關［57］，以往的研究顯示，前額葉皮層特別參與了動作學習和執行過程［58］，工作記憶與動作學習和執行在前額葉有著共同的神經基礎［15］，這也可能成為幼兒體質健康水平與工作記憶期間腦區激活差異的重要內容。

本研究結果還顯示，體質健康水平與任務難度在R-DLPFC、L-DLPFC、R-PTBA及R-FPA腦區的交互效應顯著，簡單效應分析結果顯示出任務難度相關的主效應，在L-PTBA和L-FPA顯示出主效應，即不同體質健康組別在高記憶難度條件下腦區氧合血紅蛋白濃度顯著大于低記憶難度條件下，這意味著R-DLPFC、

L-DLPFC、R-PTBA、L-PTBA、R-FPA和L-FPA對工作記憶難度的增大更為敏感，表現出更高水平的任務相關激活，之前一項關于大學生的研究顯示，隨著記憶難度的增大，額區alpha 頻段能量表現出顯著差異［11］，這與本研究中的任務難度增大后前額葉相關腦區變化一致，表現為隨著任務難度的增大，幼兒需要調動更多的認知資源完成記憶任務，氧合血紅蛋白濃度的增加代表幼兒大腦相關區域激活的增強。值得注意的是，優秀組、良好組和合格組在L-DLPFC和R-FPA顯示出了任務難度相關的差異，而不及格組在L-DLPFC和R-FPA未發現這種差異，同時，優秀組、良好組和不及格組在R-PTBA發現了這種差異，而合格組未發現這種差異，這說明優秀組和良好組在認知加工過程中對任務難度的敏感性更高，個體能夠更快速地調動認知資源進而完成記憶任務，而合格組和不合格組則體現出相應的差異，這也說明了幼兒有更高的體質健康水平會具有更高水平認知優勢的這一結果。

4" "結論

幼兒體質健康發展水平與工作記憶存在密切關聯，體質健康發展水平較高的幼兒在執行工作記憶任務時可以表現出認知優勢和大腦前額葉皮層相關腦區的活躍性，這一結果為幼兒體質健康促進和認知發展提供了研究依據，體現了體育活動對幼兒認知發展的重要影響。進一步的研究可以深入探討幼兒體質健康與認知發展之間的生物機制，并提出相應的干預措施，以促進幼兒的身心健康發展。

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收稿日期：2023-11-24

基金項目：陜西省教育廳科學研究計劃項目（23JK0454）。

第一作者簡介：鄭權良（1994—），男，博士在讀，研究方向為幼兒體質健康與認知發展促進。E-mail：zhengql369@163.com。

通信作者簡介：李紅娟（1972—），女，博士，教授，研究方向為兒童青少年體質健康促進。E-mail：janerobin@126.com。

作者單位：1.北京體育大學運動人體科學學院，北京 100084；2.西安翻譯學院體育學院，陜西西安 710105；3. 陜西師范大學體育學院，陜西 西安 710119；4.鄭州大學體育學院，河南鄭州 450044。

1.School of Sport Science， Beijing Sport University， Beijing 100084， China; 2. School of Physical Education， Xi’an FANYI University， Xi’an， Shaanxi 710105， China; 3. School of Physical Education， Shaanxi Normal University， Xi’an， Shaanxi 710119， China;4. School of Physical Education，Zhengzhou University， Zhengzhou， Henan 450044， China.