身体锻炼延缓基本心理能力老化的心理机制：认知加工资源中介模型

高淑青，毛志雄，张连成

●成果报告Original Articles

身体锻炼延缓基本心理能力老化的心理机制：认知加工资源中介模型

高淑青1，3，毛志雄2，张连成3

基本心理能力是中老年人进行日常活动的基础。基本心理能力的老化，不仅给个体的身心健康带来影响，也给整个社会带来沉重的负担，因此，如何延缓基本心理能力的老化成为全社会关注的热点问题之一。身体锻炼对于延缓中老年人认知老化具有重要作用，但其内在机制，尤其是心理机制仍不明确。采用信息加工测验系统，对190位中老年参与者进行测试，探讨身体锻炼对中老年人基本心理能力的积极作用及其心理机制，即构建认知加工资源中介模型。结果表明：（1）身体锻炼对基本心理能力老化具有延缓作用；（2）身体锻炼既可以直接促进中老年人的基本心理能力，也可以通过感觉功能、加工速度和加工容量3种认知加工资源的层级中介作用来改善中老年人的基本心理能力；（3）身体锻炼延缓基本心理能力老化的心理机制支持了认知加工资源理论。这提示，针对中老年人基本心理能力老化的干预可以同时考虑从认知加工资源训练着手。

身体锻炼；基本心理能力；认知老化；心理机制；认知加工资源

有关成年期认知发展的研究主要集中于基本认知能力和日常认知能力2大领域，其中前者是后者的基础与核心[1]。因此，对老年期基本心理能力老化机制的研究一直是认知老化领域的研究热点之一[2]，也是有效干预认知老化的前提和基础。20世纪初，研究者发现，存在一些相互独立的智力成分[3]，被称为基本心理能力（primary mental abilities）。SCHAIE在著名的西雅图追踪研究中，在THURSTONE工作的基础上提出了5种具有代表性的基本心理能力，即数字能力、归纳推理能力、空间定向能力、词语流畅能力和语义理解能力[4]。根据文献查阅，尚未见身体锻炼延缓基本心理能力老化的系统研究，根据基本心理能力老化的特征及其机制，采取一些干预措施以延缓老化进程，具有重要的理论和现实意义。

身体锻炼对于延缓中老年人认知老化具有重要作用，但其内在机制，尤其是心理机制仍不明确。对于中老年人认知功能为什么会随着年龄增长而出现普遍衰退，近30年来，认知老化心理学领域先后提出了5种理论来解释认知老化的机制，即加工速度理论、工作记忆理论、抑制衰退理论、感觉功能理论和执行衰退理论。前4种机制中的加工速度、工作记忆、抑制功能以及感觉功能被看作是信息加工资源的指标，即个体在完成认知任务时可以运用的心理加工能力或心理能量的大小[5]，所以把这些理论统称为加工资源理论。加工资源理论重在强调认知老化的普遍性机理，即一般性因素对认知老化的普遍影响[6]。而执行衰退假说强调了大脑某一认知结构（如执行功能）对认知老化的特殊影响，而非对认知老化的普适性解释。以往研究表明，加工资源在老化中起到重要的作用，感觉功能起到更基础性作用，通过加工速度和加工容量来延缓基本心理能力的老化；加工速度通过加工容量对基本心理能力的老化起作用；加工容量直接与基本心理能力产生联系[5，7-8]。那么，身体锻炼对基本心理能力老化的延缓作用是否也是通过这4种信息加工资源实现的呢？如果答案是肯定或部分肯定的，那么，几种加工资源的层级关系是怎样的？综上，本研究将探讨身体锻炼延缓中老年人基本心理能力老化的心理机制，以期在理论上丰富身体锻炼认知效益的研究，并为实践中对中老年人认知老化的干预提供指导。

本研究假设：（1）身体锻炼对基本心理能力老化具有延缓作用，表现在身体锻炼可以直接延缓基本心理能力老化，也可以通过4种加工资源的中介作用来延缓基本心理能力的老化；（2）感觉功能是几种中介变量中更为基础性的共因变量；（3）加工速度和抑制功能均通过加工容量对基本心理能力产生作用，加工容量是最终与基本心理能力发生直接作用的中介变量。

1 研究对象与方法

1.1 研究参与者

来自天津市天塔合唱团、天津市奥林匹克体育中心和天津市天塔街社区的中老年参与者190人（男42人，女148人）自愿参与本研究，锻炼者96人，非锻炼者93人，1人锻炼情况记录缺失。参与者的年龄在55～77岁之间，平均年龄（62.18±6.36）岁，参与者的视力或矫正视力正常，身体基本健康，受教育程度均为初中及以上，均已婚。

1.2 研究工具

（1）基本心理能力测验，包括数字运算能力、归纳推理能力、空间定向能力、语义理解能力和词汇流畅能力5项测试。前3项测试使用北京师范大学发展心理研究所编制的信息加工测验系统，后2项测试采用王大华[5]使用的测验材料。5项测试的指标如下：数字运算能力选用加减运算作为此项能力的指标；归纳推理能力选用图形推理测验作为指标；空间定向能力选用经典的心理旋转测验作为指标；语义理解能力采用解词测验作为指标；词汇流畅能力使用范畴举例测验作为指标。

（2）认知加工资源测试，包括加工速度、加工容量、抑制功能和感觉功能4项测试。前3项测试使用北京师范大学发展心理研究所编制的信息加工测验系统，具体内容为如下。加工速度测试包括数字比较和图形比较2项测验，要求参与者对屏幕中央出现的数字串或图形进行又快又准的比较和判断，并按键反应。加工容量测试包括数字工作记忆和空间工作记忆2项测验，数字工作记忆测验要求参与者心算并记忆每组算术题的结果，待一组题目计算完毕后，请参与者按顺序回忆出这组题目的结果，回忆结束后，进入下一组计算并记忆；空间工作记忆测验要求参与者判断屏幕中央2个网格中“*”的位置是否一致，并记忆左边网格中“*”的位置，判断后进行回忆。抑制功能测试采用色词启动测验（Stroop）测查，试验材料反应时与控制材料反应时之差为Stroop效应值，效应值越大，抑制能力越差。感觉功能测试包括视觉功能和听觉功能2项测试，视觉功能采用“E”型国际标准视力表，分别测查参与者左右2眼的矫正视敏度；听觉功能使用BD-II-116型听觉实验仪，选取2 000 Hz的纯音作为听力刺激[5]，采用阈限法分别测量参与者两耳的听力级（分贝，db）。

（3）锻炼阶段诊断量表，由5道题来判断个体所处的锻炼阶段，即“请您回想在过去4周内，您是否以至少中等强度，进行每周3次、每次30 min（或至少每周累计1.5 h）的体育活动？”如果回答“没有，且无此打算”或“没有，不过我正有此考虑”，则是无意向阶段；如果回答“没有，不过我已经考虑并有详细计划了”，则个体处在意向阶段；如果回答“是的，最近刚开始”或“是的，已有一段时间了”，则个体处在行动阶段[9-11]。

（4）体育活动等级量表，以梁德清[12]修订的《体育活动等级量表》（Physical Activity Rating Scale-3，PARS-3）为测量工具，来调查研究参与者的体育活动水平。PARS-3从身体锻炼的强度、频率和时间3方面来考察锻炼者的运动量，每个方面分为5个等级。锻炼量=锻炼强度×锻炼时间×锻炼频率。有研究发现，该问卷的重测信度为0.82，表明该量表具有较高的可信度[13]。

1.3 研究程序

本研究采用个别施测的方式进行，每位参与者由1名经过培训的心理学专业本科生作为主试进行指导。参与者进入实验室后，主试介绍试验内容，获得知情同意，并填写基本信息登记表。参与者在上机测试前进行视敏度和听力测查。正式机测前，参与者先进行练习，待明确指导语并熟练掌握操作后进行正式测试。

正式测试开始，参与者共完成5项基本心理能力测试和3项认知加工资源测试，基本心理能力中3项在计算机上完成测试，2项为言语测试。言语测试包括解词测验和词汇流畅性测验，机测包括数字运算能力测验、归纳推理能力测验和空间定向能力测验。一半参与者先进行言语测试，另一半参与者先进行机测。3项认知加工资源测试均在计算机上完成。机测采用的计算机屏幕分辨率为1 024×768。测试结束后，向参与者反馈结果，并赠送纪念品。

1.4数据分析

鉴于加工速度、加工抑制和心理旋转测验都是以反应时为分析变量，所以首先对这5项测验中参与者的反应正确率进行分析。对于老年参与者而言，正确率达到80%及以上，其反应时才作为有效数据。采用SPSS16.0和Amos17.0对数据结果进行分析。

2 研究结果

2.1 2组参与者在5项基本心理能力上的差异检验

研究将在“锻炼阶段诊断量表”中回答处于无意向阶段和意向阶段的参与者作为非锻炼者，将处于行动阶段的参与者视为锻炼者。

预分析（对采用协方差分析进行差异检验的可行性进行分析）：以5项基本心理能力成绩为因变量，组别（锻炼与否）为自变量，年龄为协变量，采用I型方差分析模型进行协方差分析。结果表明，组别和年龄的交互作用在数字运算能力、归纳推理能力、空间定向能力和语义理解能力4项上均不显著（F数字（1，177）= 0.845，F归纳（1，177）=0.087，F空间（1，177）=0.008，F语义（1，177）=1.220，P＞0.05），即在4项基本心理能力上，2组的斜率可认为相同，符合协方差分析的条件（见表1）。

表1 组别和年龄在五项基本心理能力上的交互作用

正式分析：以数字运算能力、归纳推理能力、空间定向能力和语义理解能力4项基本心理能力为因变量，组别（锻炼与否）为自变量，年龄为协变量，采用Ⅲ型方差分析模型分析组别与年龄的主效应，并对2组的修正均数进行比较。结果表明：年龄在数字运算能力、归纳推理能力和空间定向能力上主效应显著（F数字（1，178）=16.695，P<0.001；F归纳（1，178）=4.626，P<0.05；F空间（1，178）= 12.577，P<0.001）（见表2）；排除年龄协变量的影响后，组别在数字运算能力、归纳推理能力、空间定向能力和语义理解能力上的主效应显著或边缘显著（F数字（1，178）=3.458，P=0.065；F归纳（1，178）= 4.202，P<0.05；F空间（1，17）=4.369，P<0.05；F语义（1，178）=5.820，P<0.05），且锻炼组成绩均高于非锻炼组（见表3）。

表2 2组别在4项基本心理能力上的修正均值

表3 组别和年龄在4项基本心理能力上的主效应检验结果

对词汇流畅能力进行重新预分析，以词汇流畅能力成绩为因变量，组别（锻炼与否）为自变量，年龄为协变量，采用I型方差分析模型在Model里仅对组别和年龄的交互作用进行分析。结果表明，组别和年龄在词汇流畅能力上的交互作用不显著（F（1，177）=1.559，P>0.05），符合协方差分析的条件（见表4）。以词汇流畅能力为因变量，组别为自变量，年龄为协变量，采用III型方差分析模型分析组别与年龄的主效应，并对2组的修正均数进行比较。结果表明，年龄在词汇流畅能力上主效应不显著（F（1，180）=0.585，P>0.05），排除年龄协变量的影响后，组别在词汇流畅能力上的主效应也不显著（F（1，180）=0.154，P>0.05）（见表5）。2.2 锻炼量与基本心理能力的相关分析

表4 2组别在词汇流畅能力得分上的修正均值

表5 组别和年龄在词汇流畅能力上的主效应检验结果

本研究采用“体育活动等级量表”对参与者的身体锻炼量进行考察，对锻炼量与基本心理能力之间的相关程度进行统计。结果表明，锻炼量与数字运算能力正确数、归纳推理能力正确数正相关，锻炼量与心理旋转反应时负相关（见表6）。

表6 锻炼量与基本心理能力的相关矩阵

2.3 认知加工资源与基本心理能力的相关分析

认知加工资源包括加工速度、加工容量、抑制功能和感觉功能。加工速度测试由数字比较测验和图形比较测验构成，2项测验结果的均值代表加工速度成绩，以反应时表示；加工容量测试由数字工作记忆和空间工作记忆构成，2项测试结果均值代表加工容量成绩，以最大正确数形式表示；抑制功能成绩由Stroop色词测验获得，以Stroop效应值表示；感觉功能由视力和听力构成，以2种感觉功能标准分均值代表感觉功能成绩。

本研究假设身体锻炼是通过4种认知加工资源对基本心理能力发挥作用的，所以，本研究先就4种认知加工资源和基本心理能力之间的相关程度进行分析。结果表明，抑制功能与基本心理能力相关不显著，而其他3项认知加工资源与基本心理能力相关显著（见表7）。因此，本研究重点考察加工速度、加工容量和感觉功能在身体锻炼延缓基本心理能力老化中的中介效应。

表7 基本心理能力和认知加工资源的相关矩阵

2.4 认知加工资源的中介作用机制检验

根据前期假设，以加工速度、加工容量和感觉功能为中介变量，分析身体锻炼延缓基本心理能力老化的心理机制。结果表明，身体锻炼对基本心理能力作用的认知加工资源中介假设模型的拟合度参数都是在可接受的范围内，表明假设中介模型的拟合较好，从一定程度上可以说明身体锻炼延缓基本心理能力老化的心理机制问题（见表8、图1）。

表8 认知加工资源的中介模型拟合度参数（n=190）

图1 认知加工资源的中介模型

3 分析与讨论

3.1 2组参与者在基本心理能力上的差异

结果显示，如果将锻炼作为分类变量进行考量，锻炼组较非锻炼组在数字运算能力、归纳推理能力、空间定向能力和语义理解能力上的得分更高；如果将锻炼作为连续变量进行考量，锻炼量与数字运算能力正确数、归纳推理能力正确数呈显著正相关，锻炼量与心理旋转反应时呈显著负相关。这表明，参加身体锻炼对于保护中老年人的基本心理能力、延缓认知老化具有积极作用。这与前人关于身体锻炼与中老年人认知功能的研究结果类似[14-15]。身体锻炼对数字运算、归纳推理和空间定向3种基本心理能力老化的延缓作用可能与其促进工作记忆和执行功能的改善有关[16-19]。

词汇流畅性是很多认知老化研究的重要测量工具[20-23]。本研究结果表明，身体锻炼并未对词汇流畅能力老化产生明显的积极作用，这与以往研究结果不同。BENEDICT等[20]的横断研究发现，身体锻炼量越大，词汇流畅性成绩越好。造成研究结果不一致的原因可能有：（1）词汇流畅能力虽然是一种流体认知能力，但它仍然受到社会文化因素的影响[24]；（2）BENEDICT等研究调查的是老年人，年龄为75岁，而本研究选取的参与者为中老年人，平均年龄62.18岁，年龄相对偏小，词汇流畅能力老化程度低，故而身体锻炼对其老化的延缓作用也较弱，因此，2组参与者未能在此测试上表现出明显差异。

将锻炼作为分类变量（锻炼与非锻炼）和连续变量（锻炼量）考察其与语义理解能力的关系时发现，锻炼者较非锻炼者的语义理解成绩高，而语义理解成绩与锻炼量大小无关。对这一看似矛盾的结果可以理解为，身体锻炼能够对语义理解能力的老化有延缓作用，但这种延缓作用并不随着锻炼量的增加而增大，锻炼量与语义理解能力之间的关系可能比较复杂。同时，语义理解作为一种晶体认知能力，要受到个体社会文化经验[1]等因素的制约，诸多影响因素的抵消作用，致使在进行剂量-效应关系时出现锻炼量与语义理解能力之间的关系不显著。

3.2 身体锻炼对基本心理能力老化作用的心理机制

身体锻炼对中老年人基本心理能力的积极作用不再赘述。关于感觉功能的中介作用，柏林老化研究表明，感觉功能在认知老化中具有基础性地位[8]。本研究也证实感觉功能可以作为一级中介变量在身体锻炼与基本心理能力之间起到基础性作用，表明身体锻炼可以通过改善感觉功能，进而调动更多的认知加工资源来完成基本心理能力测试。这也容易理解，个体通过身体锻炼可以加强基本的感觉功能（视力和听力），从而提高信息接收的准确性和敏锐性，为后续更高级的认知加工提供有利前提，提高认知测试的成绩，同时也能通过促进加工速度的提升，间接促进认知测试的成绩。

以往很多研究都表明，视觉和听觉在高级认知加工中的重要作用。有研究者对2 716名中老年人进行了10年追踪研究发现，视力较好的人在整体认知功能测试上得分更高，并且在控制了年龄、受教育年限、性别、眼科用药和追踪年限的影响以后，相关仍然显著[25]。这提示，老年人视力的保持对于维持正常的认知功能具有重要的作用。TUN等[26]对老化影响听觉加工以及认知功能的研究进行了叙事性综述发现，越来越多的研究表明，因听力下降导致的感知负担的加重会影响到认知加工资源的获得，进而表现出认知功能衰退。也有研究发现，助听器不但可以改善听力，还可以改善认知功能[27]。而感觉功能是可以通过一定的干预手段得到改善的，如参加身体锻炼。LAMBOURNE等[28]研究发现，即刻的锻炼可以提高锻炼者的感知加工，促进其觉察能力的提高，但是很快就会恢复到锻炼前的水平。这提示，要想维持较好的感觉功能，应该长期坚持身体锻炼。

伴随中老年人感觉功能下降的同时，其大脑的信息加工速度也会下降[26，30]。加工速度理论认为，个体认知加工速度随增龄而降低，是认知老化的主要原因[31-32]。而经常参加身体锻炼的老年人则在加工速度上保持的更好，从而促进其认知功能的良好保持。研究发现，经常参加锻炼的老年人在执行功能、加工速度以及控制加工等方面表现更好[33]。FREDERIKSEN等[34]的追踪研究发现，在基线期，经常参加身体锻炼的老年女性在记忆、执行功能以及加工速度上表现更好，3年的追踪结果表明，经常参加身体锻炼可以改善老年人的执行功能以及加工速度。

加工速度的下降也会对加工容量产生影响，这是不言而喻的。研究发现，加工速度的下降会导致工作记忆容量的下降，进而导致归纳推理能力的老化[35]。同时，工作记忆理论认为，工作记忆能力的下降导致认知老化的发生，工作记忆在增龄和认知老化之间起到中介作用。大量研究也表明，信息加工容量的下降是认知加工与动作行为成绩下降的重要根源[36-37]。因此，随着加工速度和工作记忆（加工容量）的下降会降低基本心理能力的成绩，这在本研究中得到了体现。本研究发现，加工速度和加工容量都会直接延缓基本心理能力的老化，而且加工容量还可以部分中介加工速度对基本心理能力老化的延缓作用。另外，与加工速度一样，工作记忆也是可以通过身体锻炼加以改善的。SOUHA等[38]研究发现，随着年龄的增长，老年人的信息加工容量会下降，但是经常锻炼的老年人其信息加工容量较静坐老年人更大，而且不受任务难度的影响。综上，随着年龄的增长，个体的认知加工速度和加工容量都会表现出下降的趋势，但经常参加身体锻炼会改善两者的衰退程度，使得个体仍然能够动员更多的认知加工资源完成基本心理能力任务。

上述结果提示，身体锻炼不仅可以直接延缓基本心理能力的老化，还可以通过改善基本的感觉功能进而延缓基本心理能力老化，也可以通过改善感觉功能进而促进加工速度和加工容量来延缓基本心理能力的老化，这解释了身体锻炼延缓中老年人基本心理能力老化的心理机制，即3种认知加工资源的层级中介作用。这提示，针对中老年人基本心理能力老化的干预可以同时考虑从认知加工资源训练着手。同时，本研究在一定程度上验证了加工资源理论的合理性，即身体锻炼对基本心理能力老化的延缓作用主要是通过加工资源的改善而实现的。

4 结论

（1）身体锻炼对中老年人基本心理能力老化具有延缓作用。

（2）身体锻炼既可以直接促进中老年人的基本心理能力，也可以通过感觉功能、加工速度和加工容量3种认知加工资源的层级中介作用来改善中老年人的基本心理能力。身体锻炼延缓基本心理能力老化的心理机制支持了认知加工资源理论。

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Psychological Mechanism of Physical Exercise Delaying Aging of Primary Mental Ability ： Mediation Model of Cognitive Processing Resources

GAO Shuqing1，3，MAO Zhixiong2，ZHANG Liancheng3
（1.Key Lab of Competitive Sports Psychology and Physiological Accommodation，Tianjin University of Sport，Tianjin 300381，China；2. Sport Science College，Beijing Sport University，Beijing 100084，China；3.Dept.of Health and Sport Sciences，Tianjin University of Sport，Tianjin 300381，China）

Primary mental abilities are the basis for the daily activities of the middle-aged and the elderly.The aging of primary mental abilities not only affect⁃ed the physical and mental health of individuals，but also placed heavy burdens on society.Therefore，how to effectively intervene the aging of primary mental abilities had become one of the hot issues in the whole society.Physical exercise plays an important role in delaying of elderly cognitive aging，but the internal mechanisms，especially the mental mechanism，remains unclear.To explore the positive effect of physical exercise on basic psychological ability and its psy⁃chological mechanism，190 middle and elder participants were tested by information processing tests systems.Results indicated that，physical exercise has positive effect on basic psychological ability，which can delay the degenerative changes in the basic psychological ability of elderly；physical exercise can di⁃rectly promote the basic psychological ability of elderly，also can indirectly improve the basic psychological ability through mediation roles of three species cognitive processing resources，which include sensory function，processing speed，and processing capacity.The psychological mechanism of physical exer⁃cise affecting basic psychological ability support the theory of cognitive processing resources.These results suggests that cognitive resources training should be take into account for intervention of the aging of primary mental ability in the elderly.

physical exercise；basic mental ability；cognitive aging；psychological mechanism；cognitive processing resources

G 804.8

：A

：1005-0000（2014）06-461-06

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2014.06.001

2014-05-25；

2014-09-12；录用日期：2014-09-13

教育部人文社会科学研究项目（项目编号：13YJCZH246）

高淑青（1981-），女，内蒙古呼伦贝尔人，博士，研究方向为运动心理学；通信作者：毛志雄（1964-），男，上海市人，教授，博士，研究方向为锻炼心理学。

1.天津体育学院竞技运动心理与生理调控重点实验室，天津300381；2.北京体育大学运动人体科学学院，北京100084；3.天津体育学院健康与运动科学系，天津300381。