开放性体育锻炼对大学生注意网络功能的选择性促进

王诗瑶 周成林 王碧野，2

1上海体育学院（上海 200438）2扬州大学体育学院（江苏扬州 225127）

开放性体育锻炼对大学生注意网络功能的选择性促进

王诗瑶1周成林1王碧野1，2

1上海体育学院（上海 200438）2扬州大学体育学院（江苏扬州 225127）

目的：探索开放性与闭锁性体育锻炼方式对大学生注意网络功能的影响。方法：采用组间设计，选取符合研究条件的75名大学生作为被试，将被试按照其体育锻炼方式划分为3组：开放性锻炼组、闭锁性锻炼组与无规律锻炼对照组。本研究使用注意网络测试对被试的3个注意网络功能进行评测。结果：在执行控制网络上，对照组和闭锁性锻炼组差异显著（P＜0.05），闭锁性锻炼组和开放性锻炼组差异显著（P＜0.01），开放性锻炼组和对照组差异显著（P＜0.01）。在警觉网络和定向网络上，3组被试均无显著差异。结论：开放性锻炼与闭锁性锻炼均可显著提高注意的执行控制网络功能，开放性锻炼相比于闭锁性锻炼对注意的执行控制网络功能的促进作用更显著；两种体育锻炼方式对注意的警觉与定向网络不存在促进效益。

体育锻炼；注意网络测试；开放性锻炼；闭锁性锻炼

注意是人类最基础的认知功能，它使得人类可以排除无关信息的干扰而选择性地集中在有关信息上，以此来保证人类可以有效地同环境发生各种交互。同时，注意还是认知系统的核心功能，它管理着记忆、语言等其他认知功能[1]。因此，注意功能对个体完成几乎所有的认知活动均有着重要意义。现有研究已经从多个方面证明：体育锻炼具备有效提高个体注意功能的效果[2]。但此类研究多具有以下特点或不足：首先，研究对象通常选取老年人或病人[3-4]，却忽视了健康的年轻人群体[5]；其次，对于体育锻炼的方式没有进行区分，从而导致了无法回答何种体育锻炼方式最为有效这一问题，而不同的体育锻炼方式可以对不同的认知能力产生特定影响[6]，考虑到实际生活中个体的锻炼方式千差万别，这一问题极其值得关注；最后，注意功能所包含的内容较为丰富，尽管以往研究中采取了各种实验任务，但很难在一个研究中覆盖到注意的全部功能。基于以上几点，本研究选取能够全面评价注意功能的注意网络测试，对普通大学生的注意功能进行测试，探索不同体育锻炼方式对其的影响。

注意网络测试是基于注意网络理论而提出的[7]，具有牢固的理论基础。在众多注意理论当中，注意网络理论得到最为广泛的接受和认可，其认为存在不同的3个注意网络：警觉网络（alerting network）、定向网络（orienting network）和执行控制网络（executive control network），每个网络都对应着特定的注意功能，并且彼此之间较少重合[1，8]。警觉网络用来保持一定水平的唤醒和警觉，定向网络使得个体可以从较多的感觉输入中选取特定的信息，而执行控制网络与冲突的监控和解决有关[8]。有研究者使用该测试对运动员[9]、老年人[10]、病人[11]等群体的注意功能进行研究，也有一部分研究使用该测试对长期运动锻炼[12]或急性运动[13]对注意功能的影响进行探索，可见该测试具有较强实用性和适用性。因此，本研究选取该测试作为实验任务。

体育锻炼方式可以分为开放性锻炼（open-skill exercise）的和闭锁性锻炼（closed-skill exercise），所谓开放性的运动是指那些需要参与者需要根据外部动态变化着的环境做出反应的运动，如乒乓球、羽毛球等；而闭锁性运动是指那些环境较为稳定的，由参与者自己掌控的运动，如跑步和游泳等[14-15]。开放性运动相比于闭锁性运动需要更多的认知负荷，因为开放性运动在需要大量运动技能的同时，还要应对不可预测的环境变化，从而需要大量的认知投入。这使得开放性运动锻炼兼具体力锻炼与注意训练[14]功能于一身，从而相对单纯的闭锁性锻炼更有可能产生较大的注意功能上的收益。其次，在探讨体育锻炼认知收益的研究中，开放性与闭锁性的区分是一种广泛使用的较为成熟的分类方法[15]。因此，本研究中将体育锻炼方式划分为开放式和闭锁式两类。

有研究证明长期体育锻炼可以有效提高执行控制网络的功能，但是对定向和警觉网络的功能则没有作用[12]。该研究中没有对运动类型进行区分，因而无法推断出是否不同类型的体育锻炼均对定向和警觉网络功能没有作用。另有研究发现，相比于从事闭锁性运动项目的运动员，开放性运动的运动员在执行控制网络[16]或定向网络[17]的功能上均更强。因此，本研究假设，参与开放性体育锻炼的大学生在执行控制网络和定向网络功能上强于闭锁性锻炼大学生和无规律锻炼大学生；参与闭锁性运动的大学生在执行控制网络功能上强于无规律锻炼大学生。

1 方法

1.1 研究对象

根据国际体力活动问卷（IPAQ）和自制运动锻炼类型简易问卷，将招募来的大学生被试分为开放性锻炼组、闭锁性锻炼组与无规律锻炼组。国际体力活动问卷采用台湾版本[18]，对被试的体力活动量进行调查。运动锻炼类型简易问卷调查内容包括：锻炼的种类、每周锻炼的次数、每次持续运动的时间以及进行该锻炼的年限。3组被试的划分准则为：开放性锻炼组被试在过去两年进行每周至少3次，每次至少30分钟开放性运动锻炼，闭锁性锻炼组被试在过去两年进行每周至少3次，每次至少30分钟闭锁性运动锻炼。无规律锻炼组被试为报告没有或无规律体育锻炼，在国际体力活动问卷上得分划归为低体力活动水平。既进行开放性运动锻炼又进行闭锁性运动锻炼的被试被排除。最终确定开放性锻炼组24人（男14名），闭锁性锻炼组25人（男12名），无规律锻炼组26人（男12名）。被试基本情况见表1。

3 组被试在年龄（F（2，72）=0.00，P=0.91）、身高（F（2，72）=2.99，P=0.09）、体重（F（2，72）=1.72，P=0.21）、反应时（F（2，72）=1.45，P=0.24）、正确率（F（2，72）=0.49，P=0.61）上均无显著差异。在体力活动水平（活动总量）上差异显著（F（2，72）=7.88，P＜0.01），无规律锻炼组体力活动水平显著低于开放性锻炼组和闭锁性锻炼组。

1.2 注意网络测试

注意网络测试可以对注意的3个不同网络功能进行测试。在每个试次中，首先有一个“十”字注视点呈现在屏幕的中心。在之后随机的400至600毫秒后，星号作为提示线索会以4种可能的方式中的一种呈现。这四种可能的方式分别为：（a）不呈现，线索提示不出现；（b）中心呈现，星号代替中心的“十”字注视点；（c）双线索，两个星号分别在十字注视点的上方和下方同时出现；（d）空间线索，单个星号出现在十字注视点的上方或者下方。如果星号出现，它会呈现100毫秒。提示线索的出现向被试提供了时间信息（不呈现情况除外），意味着目标刺激将要出现。在空间线索条件下，星号还额外提供了目标刺激的空间位置信息，在本研究中，该空间位置信息总是有效的，不存在提示与目标刺激不一致的情况。提示线索消失后，注视点会继续单独呈现400毫秒，然后目标刺激会在其上方或下方出现。目标刺激由5个排成一行的箭头或横线组成。被试需要判断中间位置的箭头的朝向并做出判断。周围箭头或横线与中心箭头的关系有3种，可将其概括为3种可能的条件：（a）一致条件，周围的箭头和中心的箭头指向同一个方向；（b）不一致条件，周围箭头和中心箭头所指的方向不同；（c）中性条件，中心箭头的周围是4条横线而非箭头。目标刺激在屏幕中会持续呈现直至被试按键反应或者呈现满1700毫秒。至此，完成一个完整试次。测试具体流程如图1所示。

表1 被试基本情况

图1 实验流程图

本研究中，被试需要将左右手食指放置于小键盘的“1”和“3”键上，当目标刺激的中心箭头朝向为左的时候，被试需要按“1”键，向右则按“3”键。整个实验中，被试被要求将注意力集中于注视点，一旦目标刺激出现需要又快又准地做出反应。基于将不同的线索条件（无线索、中心线索、双线索和空间线索）、目标刺激位置（上或下）和目标刺激条件（中性、一致或不一致）无重复地进行组合，可以得出不重复的48个试次，将其设定为一个组块。一个组块内的试次顺序完全随机生成，实验任务共包含4个组块。实验刺激的呈现与数据的收集均通过Psychtoolbox 3.0完成。

1.3 实验流程

所有被试在到达实验室后，均阅读并签署知情同意书，随后在主试的引导下，完成身体活动量表、运动类型调查问卷与被试基本信息调查表。所有符合条件的被试被通知在约定的时间进行注意网络测试。被试在参加注意网络测试前24小时内不得饮酒或咖啡。当其到达实验室后，需在一间昏暗和安静的实验室中独立完成测试。被试需要先完成一个包含24个试次的练习组块，只有当其反应正确率达到80%后，才可以进行后续的正式测试。正式测试包含有4个组块，被试可以在组块间进行休息，并通过自行按键继续测试。整个练习部分和正式测试部分共需要大约17分钟完成。

1.4 数据处理与统计学分析

3个注意网络的测试结果通过如下的方式计算得出：警觉网络，用无线索条件下的反应时减去双线索条件下的反应时；定向网络，中心线索条件下的反应时减去空间线索条件下的反应时；执行控制网络，目标刺激不一致条件下的反应时减去一致条件下的反应时。

统计分析采用SPSS 17.0进行。分别以反应时和正确率作为因变量，进行4（线索类型）×3（Flanker类型）×2（组别）的三因素混合设计方差分析，其中线索类型和Flanker类型为组内因素，组别为组间因素。以三个网络测验中的得分为因变量，组别为自变量，分别进行单因素方差分析。整个分析过程中，对不满足球形检验的统计量采用Greenhouse Geisser法矫正，事后比较采用Bonferroni，显著性水平设定为P＜0.05。

2 结果

2.1 不同运动锻炼组的反应时比较

在进行反应时分析前，先剔除了按键错误的试次和超过个体平均反应时3个标准差的数据。被试的反应时数据见表2。多因素方差分析结果表明，线索主效应显著（F（3，216）=134.11，P＜0.01，ηp2=0.65），在无线索条件下，反应时最长，在空间线索条件下，反应时最短。Flanker主效应显著（F（2，144）=403.18，P＜0.01，ηp2=0.85），在不一致情况下的反应时显著大于一致和中性条件。Flanker类型和线索类型的交互作用显著（F（6，432）=4.80，P＜0.01，ηp2=0.06），进一步简单效应分析结果表明，在4种线索条件下，不一致情况下的反应时显著大于一致条件和中性条件，而一致条件和中性条件下的反应时无差异。组别和Flanker类型交互作用显著（F（4，288）=11.14，P＜0.01，ηp2=0.24），简单效应分析结果表明，在不一致条件下，开放性锻炼组的反应时显著小于闭锁性锻炼组，在一致和中性条件下，不同运动锻炼组无显著差异。组别主效应不显著（F（2，72）=1.46，P=0.24，ηp2=0.04），线索类型和组别交互作用不显著（F（6，432）=0.79，P=0.58，ηp2=0.21），线索类型和Flanker类型及组别交互作用不显著（F（12，864）=0.73，P=0.73，ηp2=0.02）。这一结果表明，开放性锻炼组在Flanker类型不一致的情况下反应更快，而3组被试的反应时受线索类型的影响无区别。

表2 不同运动锻炼组在不同Flanker类型和线索类型条件下的反应时（平均数±标准差，单位：毫秒）

2.2 不同运动锻炼组的反应正确率分析

被试的反应正确率见表3。多因素方差分析结果表明，线索主效应显著（F（3，216）=8.30，P＜0.01，ηp2=0.10），Flanker主效应显著（F（2，144）=51.64，P＜0.01，ηp2=0.42）。Flanker类型和线索类型的交互作用显著（F（6，432）=5.21，P＜0.01，ηp2=0.07）。组别主效应不显著（F（2，72）=0.49，P=0.62，ηp2=0.01），组别和Flanker类型交互作用不显著（F（4，288）=0.17，P=0.95，ηp2=0.01），线索类型和组别交互作用不显著（F（6，432）=1.33，P=0.24，ηp2=0.04），线索类型和Flanker类型及组别交互作用不显著（F（12，864）=0.94，P=0.51，ηp2=0.03）。以上结果说明任务条件对各组正确率的影响无区别。

2.3 不同运动锻炼组在3个注意网络测验中的得分比较

3组被试在3个注意网络测验中的得分如表4所示。采用单因素方差分析，对3个注意网络（警觉、定向和执行控制网络）测验得分进行分析，结果显示，3组被试在执行控制网络上差异显著（F（2，72）=17.41，P＜0.01），事后检验结果表明，无规律锻炼组和闭锁性锻炼组差异显著（P＜0.05），闭锁性锻炼组和开放性锻炼组差异显著（P＜0.01），开放性锻炼组和无规律锻炼组差异显著（P＜0.01）。在警觉网络（F（2，72）=0.73，P=0.49）和定向网络（F（2，72）=0.68，P=0.51）上，3组被试无显著差异（图2）。这说明不同运动锻炼对3个注意网络的影响具有选择性，开放性锻炼组在执行网络方面效率最高，无规律锻炼组效率最低。

表3 不同运动锻炼组在不同Flanker类型和线索类型条件下的反应正确率（平均数±标准差，单位：%）

表4 3组被试在3个注意网络测验中的得分比较（平均数±标准差，单位：ms）

图2 不同运动锻炼组注意网络测验得分

3 讨论

有关大脑可塑性的研究已经证明体育锻炼可以提高认知功能[1，4]，本研究进一步探索何种体育锻炼方式能最有效地提高注意功能。有体育锻炼习惯的大学生是非常合适的用以探索该问题的被试群体。首先，与老年人、运动员或者病人群体相比，大学生的健康状态更好，实验结果较少受到健康等因素影响；其次，大学生处于个体认知能力的巅峰时期，此时若仍能提高注意功能具有更大的意义；最后，大学生的体育锻炼较为规律，在体育锻炼外的其它活动较为类似，便于控制实验中的干扰因素。

本研究发现，两种体育锻炼均可提高执行控制网络的功能，这一点与前人的研究结果相一致[12]，其原因可能是长期的体育锻炼可增加神经生长因子的表达，从而导致执行控制网络功能的提高[19]。本研究还进一步证明了采用不同的锻炼方式，在注意的执行控制网络上的收益是不同的，开放性锻炼组相比于闭锁性锻炼组具有更优秀的执行控制网络。这与针对运动员的研究所得到的结果十分类似[9]。造成这种结果的原因可能在于开放性锻炼活动中包含了更多的认知需求，参与者需要投入较多的认知资源以应对不可预测的环境中的各种变化。这一过程实际上可能成为了一种认知训练，通过该认知训练可以使注意能力得到提高[20]。这样也可以很好地解释开放性锻炼运动员在认知上的优势。

警觉与定向网络对于日常生活、学习与工作均有着重要的意义，它们使得我们可以保持警觉并在需要时将注意力快速指向环境中最为重要的信息。但是，本研究并没有发现开放性或闭锁性锻炼组在警觉与定向网络中相比无规律锻炼对照组存在优势。这与部分已有的研究结果相一致，而与另一些研究结果不一致。存在矛盾的原因可能是被试选取的不同。选取健康的年轻人作为被试的研究多发现警觉与定向网络功能受体育锻炼的影响不显著[4]，而选取老年人或者病人的研究多得到显著结果[2-3]。健康大学生的警觉与定向网络功能处于较高水平，更难得到促进，因此更易得出阴性结果。而老年人或病人的该功能是处于退化或受损状态的，因而更容易出现阳性结果。

综上，体育锻炼对大学生不同注意网络功能的提升作用并不一致，执行控制网络更容易受到体育锻炼的促进，并且从开放性锻炼中的收益更大；但警觉和定向网络的功能则没能从体育锻炼中得到显著提升。在以运动员为研究对象的研究中，类似的对执行控制网络的选择性强化已经被证实存在[9]。运动员与普通有锻炼习惯的大学生相比，前者显然具有更规律和强度更大的运动经验，但是在其身上依然没有发现警觉与定向网络功能的提高，由此可以推测：体育锻炼对注意网络的选择性强化是普遍存在的，开放性体育锻炼的更大促进作用也选择性地发生在执行控制网络。

本研究中存在以下不足：首先，由于采用横断面研究，只能推测出可能存在的因果关系，而无法确认其一定是因果关系，未来研究中可以考虑采用纵向追踪研究；其次，本研究中没有考虑被试玩视频游戏的时间，这是大学生中常见的活动方式，有研究指出玩视频游戏可能会对注意功能产生影响[21]；最后，本研究中，被试的反应正确率较高，这可能导致在警觉和定向任务中产生了天花板效应，从而增加了发生统计学Ⅱ型错误的可能性，后续研究考虑对注意网络测试进行一定调整，增加任务难度。

4 结论

开放性锻炼与闭锁性锻炼均可显著提高注意的执行控制网络功能，但对警觉和定向网络功能的影响不显著；开放性锻炼相比于闭锁性锻炼对注意的执行控制网络功能的促进更显著。

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Selective Enhancement of Open-skill Exercise on Attention Network of College Students

Wang Shiyao1，Zhou Chenglin1，Wang Biye1，2
1 Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China 2 Department of Physical Education，Yangzhou University，Yangzhou 225127，China Corresponding Author:Wang Biye，Email：wangbiye@yzu.edu.cn

ObjectivesTo investigate the relationship between different exercise types and the atten⁃tion network.MethodsA total of 75 university students were enrolled and randomly divided into an open-skill exercise group，a closed-skill exercise group and an irregular exercise control group，each of 25.They underwent the exercise as their group names implied.Then the attention network test was per⁃formed to evaluate their functions of the alerting network，orienting network and executive control net⁃work.ResultsSignificant differences were found in the function of the executive control network among the 3 groups，while no significant difference was found among the 3 groups in the functions of the alert⁃ing network and orienting network.ConclusionsBoth open-and closed-skill exercise are associated with better function of executive control network.Furthermore，open-skill exercise showes more benefits than closed-skill exercise in promoting the function of the executive control network.Neither opennor closed-skill exercise bring benefits to the function of the alerting or orienting network.

physical exercise，attention network test，open-skill exercise，closed-skill exercise

2017.01.26

国家自然科学基金面上项目（编号：31571151），上海体育学院研究生国（境）外访学资助计划（编号：stfx20170119）

王碧野，Email:wangbiye@yzu.edu.cn