大学生长时认知脑疲劳对抑制控制能力的影响及运动干预

大学生长时认知脑疲劳对抑制控制能力的影响及运动干预

江典在

(福建商业高等专科学校 基础部，福建 福州 350012)

摘要:大学生长时打电脑游戏能够引起脑疲劳，脑疲劳后对大学生的认知会产生影响.研究前期利用长时打游戏诱发大学生脑疲劳，并利用Go/no-go实验范式测试脑疲劳后对其抑制控制能力的影响；研究后期采用中等强度有氧运动干预，探索长时锻炼对大学生脑疲劳的缓解及对抑制控制能力的促进.研究发现大学生脑疲劳使其抑制控制的反应时和错误率增加，长时的有氧运动干预能够缓解其脑疲劳，使锻炼者认知抑制控制能力的反应时缩短、错误率下降.研究认为，长时有规律的有氧运动锻炼能够有效缓解大学生相同认知任务下的脑疲劳，并提高其在相同认知操作任务后的抑制控制能力.

关键词:大学生；脑疲劳；Go/no-go；运动干预

DOI:10.13877/j.cnki.cn22-1284.2015.10.036

收稿日期：2015-08-10

基金项目：福建省教育厅基金“构建终身体育视野下的自主学习教学模式与实证研究”(JA09307S)

作者简介：江典在，男，福建福州人，讲师.

中图分类号：G804.49文献标志码：A

时代的进步和经济的发展为当代大学生生活和学习创造了更舒适、便捷的条件，使得他们经常可以利用电脑进行学习、游戏等.然而由于青少年大学生自我节制性差，经常会出现连续的长时间打电脑游戏的现象，这种长时的打电脑游戏能够引起个体的脑力疲劳.脑力疲劳也称脑疲劳(mental fatigue)，它有两个含义，一是指缺乏动机与警觉的自我感觉，主观感受出现头脑昏沉、注意力难集中、思维受阻、健忘、欲望下降，工作绩效低下且易出差错等.二是指长时间从事紧张的脑力劳动，大脑皮层和神经系统转入抑制状态时所出现的主观疲劳感[1].脑疲劳后，个体的认知执行控制能力受到影响，特别是对执行控制能力中主要的功能——抑制控制影响尤为突出.既然大学生正常的学习生活会受到脑疲劳的影响，那么我们就应该从认知心理学整体的角度来研究长时认知脑疲劳对个体抑制控制影响的特征，探索科学的手段缓解脑疲劳及其对抑制控制的促进.运动干预手段对青少年身心健康和认知能力的促进为我们对大学生长时打游戏所致脑疲劳的研究提供了新视角，对该主题的研究不仅可以为大学生长时打游戏所致脑疲劳提供科学缓解途径，而且也能为促进我国大学生身心健康做出重要贡献.

1研究对象

福建商业高等专科学校大学二年级男学生40人，实验组和对照组随机分组，各20人.实验组平均年龄20.34±1.84岁，对照组平均年龄20.35±2.11岁，实验过程中严格控制实验人员的课后体育锻炼情况.所有被试身体健康,裸眼视力1.2以上，全部右利手，实验前5天不饮酒或服药，实验进行前所有被试者签知情同意书并自愿参加实验，实验后给予适度的报酬.

2研究方法

2.1研究设计

实验采用：2(被试：实验组、对照组)×2(有无运动干预：有、无)二因素被试间前后测试设计.其中自变量为测试对象和有无运动干预，因变量为反应时和准确率.

2.2实验设备和材料

10个芬兰便携式心率测试仪(Polar表)，10台计算机，自行设计刺激材料，利用E-Prime软件进行实验设计和数据采集.

2.3实验任务

实验包括两个基本部分：一是测试16小时长时电脑游戏引起的脑疲劳和脑疲劳后对认知抑制控制能力影响；二是测试长时的中等强度有氧运动训练后，对大学生相同16小时电脑游戏任务脑疲劳诱发程度和运动干预因素两组抑制控制能力的影响.长时认知脑疲劳诱发实验采用16小时电脑游戏(以下简称实验任务)，其中每隔2小时休息5分钟，每隔4小时安排25分钟进餐.认知抑制控制能力测试采用Go/no-go实验(流程图见图1)，在电脑屏幕上依次出现绿灯和红灯，绿灯出现不按键，而红灯则要按键反应，绿灯和红灯的比例为3：1.

图1　Go/no-go实验测试流程图

2.4实验过程

实验一：前测全部被试长时电脑游戏对他们脑疲劳的诱发(实验过程中佩戴Polar表)和脑认知疲劳后对认知抑制控制能力的影响.实验开始前全部被试者随机分成两组，每组20人，对两组被试实验测试后结果配对样本的t检验没有显著性差异(P值>0.05)，认为两组认知疲劳后认知抑制控制能力基本相同.

实验二：在实验一完成后，两组相同的是每周的周末安排一次16小时电脑游戏脑疲劳诱发实验(有主试监督，不进行脑疲劳测试，实验中不安排缓解活动，两组都被告知音乐、睡眠、饮食、按摩对脑疲劳具有缓解作用)，实验后可以自行安排缓解；不同的是6周时间内实验组安排隔天40分钟的中等有氧强度跑步训练(主试监督)，对照组在体育课程后不再安排运动锻炼，并严格限制对照组的课后自行运动锻炼；两组在第六周的周末安排16小时电脑游戏疲劳实验，实验过程中佩戴Polar表，疲劳诱发实验任务后测试两组的认知抑制控制能力.

2.5数据统计与处理

实验后，利用SPSS16.0对数据指标进行实验前、后测t检验和配对样板t检验.

3结果与分析

3.1两组被试脑疲劳实验前测抑制控制能力对比

两组被试在一般情况下(没有脑疲劳发生)抑制控制能力测试结果(只记录红灯反应时和按键准确率情况)，见表1.

表1　两组被试脑疲劳实验前测配对样板t检验

注：“*”为P<0.05，“**”为P<0.01，“***”为P<0.001，下同.

由表1可知，两组被试的反应时和准确率配对样本t检验的P值均>0.05，说明实验前两组被试Go/no-go任务下反应时和准确率没有差异，认知抑制控制能力相同.

3.2两组被试脑认知疲劳实验后测抑制控制能力对比

两组被试在进入实验室前进行基础心率测试，利用佩戴(polar表)便携式心率表，观测实验任务后心率变化差异数据，发现全部被试经过实验任务后心率变异量达14.12±2.34%，认为实验任务可以诱发大学生脑认知疲劳.随后利用Go/no-go任务对两组被试进行认知抑制控制能力测试，结果见表2.

表2　两组被试脑疲劳实验后测配对样板t检验

根据表2，两组被试长时脑认知疲劳后，反应时和准确率配对样本t检验的P值均>0.05，说明两组被试长时脑认知疲劳后Go/no-go任务下反应时和准确率没有差异，认知抑制控制能力相同.但是这里需要我们注意的是，当对两组被试长时脑认知疲劳实验前、后测t检验，发现P值均<0.001，说明长时脑认知疲劳测试下两组被试的反应时和准确率的实验前、后对比有极其显著的统计学意义，长时的脑认知疲劳能够使两组被试大学生认知抑制控制能力显著下降.

3.3运动干预对实验组长时认知脑疲劳的干预影响

为了探索长时有氧中等强度运动训练对大学生脑疲劳的缓解和认知抑制控制能力的提高作用，采用实验二的方式研究有氧运动干预和没有运动干预对大学生脑疲劳后的认知抑制控制能力的影响，见表3.

表3　两组有无运动干预的配对样板的t检验

根据表3，两组被试在6个星期后再次经历16小时脑认知疲劳后的抑制控制能力测试发现：两组被试配对样本t检验的反应时和准确率P值均<0.001，说明两组被试的认知抑制控制能力有极其显著的统计学差异.另外，利用表2和表3的数据对比两组被试在实验前、后反应时、准确率和认知抑制能力的t检验和心率变异量会发现：实验组被试实验任务后引起的心率的变异量为4.64±2.19%，实验组前、后测心率变异量的t检验对比，P值<0.001，说明运动干预缓解了脑认知疲劳；同时，实验组反应时、准确率前后测t检验的P值均<0.001，说明实验组相同时间的脑认知疲劳任务后的抑制控制能力比前测有高度显著性提高；对照组的实验前后测的心率变化和认知抑制控制反应时、准确率的t检验P值均>0.05，说明对照组在实验前后相同时间的脑认知任务后的疲劳程度没有变化，认知抑制控制能力没有提高.

4讨论

(1)脑疲劳对大学生抑制控制能力的影响.脑疲劳的发生通常是一个渐进的积累过程，研究发现脑疲劳发生时人会出现头昏眼花、倦怠、肢体反应迟钝和认知能力下降[2].评价脑疲劳的标准有生理、心理、生化、神经学等多种指标，其中心率变异量测试作为简洁、准确、方便的测试手段，常常被用到脑力疲劳的评鉴中.这是因为个体的单次心脏收缩不仅会产生一个单次心电信号，而且单次心脏搏动的心电信号也会有差异，医学上把这种心脏收缩点信号变化的不同称为心率变异性，研究已经证实了心率变异性在很大程度上可以评定出脑力疲劳，其中长时用脑后的脑认知疲劳评定更为显著，并认为测试心率波与基础心率波形变异量达到10%～15%，可以视为脑疲劳[3-4].本次实验中，被试在实验前所测心率与被试经过实验任务后测心率变异量达到了这个数据区间，故我们可以认为经过实验任务诱发了大学生脑疲劳.

抑制功能(inhibition function )是执行功能(executive function)的一个最主要成分，本次实验采用的Go/no-go范式正是考察个体对正在进行的行为抑制反应能力的测试范式[5].实验结果显示两组被试在实验前后反应时和准确率对比没有差异，可以认为两组被试通常情况下和脑认知疲劳情况下的认知抑制能力基本相同.为了更好地理解本次实验中脑疲劳对认知抑制能力的影响，我们还对两组被试实验前、后进行t检验，统计结果表明两组被试经过实验任务诱发脑疲劳后认知抑制控制的反应时和准确率都呈现显著下降，说明长时的电脑游戏诱发脑疲劳后使得这些大学生认知抑制能力受损.

高中毕业生进入大学环境后，缺失了高中时的教师和家庭的严格监督，这种突然的管理真空就会出现部分学生随性做事情，其中最典型的是迷恋网络游戏，这种长时间的电脑游戏使得他们心理状态、情绪状态、认知能力、免疫系统受到影响，熬夜或逃课打游戏使他们头昏脑胀、注意力易分散、记忆力下降、学习效率降低.本次实验研究验证了长时间的电脑游戏会诱发大学生的脑疲劳，脑疲劳后对他们认知抑制反应能力有损害，使得个体的抑制反应时和判断正确率变差.这种抑制反应时和正确率变差将直接影响到他们正常的学习和生活，甚至会影响到他们的生命安全，需要我们认真研究降低脑疲劳，提高身心健康的科学手段.

(2)运动干预对缓解大学生脑疲劳后认知抑制能力的作用.大学生长时的电脑游戏不仅会对他们的情绪和学习效率产生影响，还会对他们的身体产生不良影响.这是因为长时间的久坐、不运动，缺少足够的身体锻炼，直接影响他们的生长发育和机体免疫，最终对大学生的身体健康产生不良影响.考虑到身体生长发育的因素，传统的音乐、认知、按摩、食物疗法虽然对缓解脑疲劳有帮助，但对身体生产发育影响作用不大.大学生处于身体生长发育的一个重要时期，长期的中等强度有氧锻炼能够促进他们的生长发育已经获得科学的验证.因此，长时的中等有氧运动干预为缓解大学生长时电脑游戏所致脑疲劳提供了新视角.

本次实验证实了长时的有氧中等强度锻炼后，大学生在完成实验任务后诱发的心率变异量小于首测脑疲劳后心率变异量，并且接近健康清醒水平，可以认为长时的中等强度有氧运动锻炼降低了大学生相同实验任务下诱发脑疲劳水平.同时对脑认知任务后的认知抑制能力测试，反应时和准确率都高于实验前，两组配对检验具有极其显著水平，说明在完成同样电脑游戏任务下，实验组不

仅脑疲劳水平缓解，同时认知抑制能力下降也远远低于对照组.因为两组在实验期间都被告知可以通过听音乐、按摩或饮食来调节脑疲劳，所以我们可以认为在相同的实验期间，两组在完成相同的认知任务后脑疲劳水平和认知抑制能力不同不仅与平时的音乐、按摩或饮食有关，更与运动干预作用密切相关.另外，大学生认知抑制能力提高，可以反过来促进自我的认知能力和不良行为的抑制能力，这对大学生网络游戏成瘾者正确认知的建立和戒除网瘾也起到认知和自我约束的重要作用.综合这些原因，就很好地解释了长时的中等强度有氧运动锻炼对长时电脑游戏大学生脑疲劳的缓解和抑制控制能力的改善，本实验研究为戒除大学生网络游戏成瘾提供了一个行之有效的科学方法.

(3)后期研究展望.本次研究虽然使用了大量的实验研究，但由于实验设备限制，没能综合利用脑神经机制测试仪器，如脑电波(EEG)、事件相关电位(ERPs)和功能性核磁共振(fMRI)等技术来测试其认知机制.今后在大学生长时认知任务对其脑疲劳的诱发和干预手段研究中，建议利用EEG脑电变化精确性来检测清醒和疲劳后脑电波变化，利用ERPs脑电时间分辨精确性和fMRI大脑皮层空间分辨的精确性来测试不同实验下人脑认知特征和神经机制.这样就可以通过行为和神经机制测试的紧密结合，为科学、准确地探索运动干预对大学生长时间打游戏脑疲劳的缓解和认知抑制能力提高提供科学的手段支撑.

参考文献：

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(责任编辑:王前)