体育运动对注意转换功能影响的研究进展

杜凯 刘静

摘要：注意转换功能是执行功能的重要组成部分，是指在执行多个任务或情景时，认知资源相互转换的过程，在日常的学习生活中扮演着重要的角色。个体的注意转换功能可以通过运动干预得到改善和提高。就体育运动对注意转换功能影响的相关文献进行整理与分析。综述发现：在研究对象的选取方面，我国学者主要集中在青少年儿童、大学生以及慢性疾病的研究方面；运动类型多为短时有氧运动为主，干预方式相对较单一；研究方法较多地采用行为学任务测试，而使用先进的认知神经科学技术的研究较少。未来的研究可以较多的关注认知健康的老年人群，进行不同类型的运动干预，并结合认知神经科学技术，探讨体育运动对注意转换功能的影响及其内在的神经机制。

关键词：体育运动；注意转换功能；研究进展

中图分类号：G804文献标识码：A文章编号：1009-9840（2018）03-0052-05

Research progress of the impact of sports on attention switching function

DU Kai，LIU Jing

（College of Wushu， Shanghai University of Sport， Shanghai 200438， China）

Abstract：Attention switching function as an important part of executive function， refers to the process of cognitive resource conversion when performing multiple tasks or situations， which plays an important role in daily study and life. Attention switching function of individual can be improved through physical exercise intervention. This article collects and analyzes relevant literature on the effect of sports to attention switching function. It is found that in the selection of the research objects， scholars mainly focus on adolescent children， college students， and chronic diseases； The types of exercise are mainly short-term aerobic exercise， and the intervention method is relatively simple； Research methods mainly adopt the behavioral test and fewer studies use advanced cognitive neuroscience techniques. The future research can focus more on cognitively healthy elderly populations， adopt different types of exercise intervention， and combine with cognitive neuroscience technology to explore the effects of sports on attention switching function and its intrinsic neural mechanism.

Key words：sports； attention switching function； research progress

收稿日期：2018-03-06

作者簡介：杜凯（1993-），男，山东聊城人，在读硕士研究生，研究方向民族传统体育与健康促进。

通讯作者：刘静（1971-），女，安徽六安人，教授，博士生导师，研究方向民族传统体育学。注意转换又可以称为任务转换（Task Switching），是人类认知活动最基本的方式，在日常的学习、工作、生活中需要同时或连续处理多种任务，这就要求人脑在不同的任务之间进行快速、频繁的任务转换，具体体现为当两项任务竞争同一认知资源时，对这两项任务相互转换的控制过程[1]。已有研究表明，转换功能对青少年的学习、逻辑推理、解决问题和智力发展尤为重要，是影响青少年身心健康发展的关键因素，注意转换功能困难会影响青少年的行为表现和情绪状态，严重的转换功能障碍会造成反应迟钝、行动缓慢以及抑郁症等精神疾病[2]。此外，随着年龄的增长老年人的认知功能衰退比较明显，其中注意转换功能在整个中老年期表现出明显衰退，将严重影响老年人的身心健康，降低他们的生活质量[3]。如何促进青少年儿童注意转换功能的发展、延缓老年人注意转换功能的衰退，成为现代社会迫切要解决的问题，也是心理学、临床医学、教育学和认知神经科学等不同领域各方面专家关注的焦点问题。

近年来，体育运动作为一种改善大脑健康的潜在有效方法已得到了广泛的关注[4-6]，在有关体育锻炼促进执行功能的提高方面产生了丰硕的研究成果。研究发现，青少年儿童是执行功能发展的关键时期，合理的体育锻炼和运动干预能够有效促进其执行功能的发展。认知和神经的可塑性（Cognitive And Neutral Plasticity）现象说明，体育锻炼可以使老年人的认知功能得到提高甚至逆转，并且对改善脑容量、脑功能也有影响[7]。本文运用文献资料法对体育运动与注意转换功能的相关文献进行筛选、整理和归纳，以体育运动的构成要素（运动方式、运动强度、运动持续时间）为切入点，从体育运动对老年人注意转换功能影响的行为学效果和脑机制两方面进行综述，总结体育运动与注意转换功能关系的研究成果，并为今后的研究提供参考思路，为提高青少年的注意转功能与延缓老年人执行功能衰退提供理论依据。

Miyachi等人将68名大学生随机分成4组，1组为对照组，另外3组分别以40%RM负荷、70% RM负荷、90%RM负荷进行不同强度的力量训练，训练前后采用More odd shifting任务测试4组大学生的注意转换功能。与对照组相比，结果发现12周力量训练对大学生执行功能的转换能力产生积极的影响，并且高负荷的力量训练效果显著好于低负荷力量训练[21]。陈爱国等人以四年级学生为研究对象，依据篮球运球强度分为小强度组、中等强度组、大强度组和对照组，使用More-odd shifting任务评价1次30分钟篮球运球训练干预试验前后小学生注意转换功能的变化，研究结果发现1次30分钟不同强度的篮球运球训练对小学生转换功能均有积极影响，但效果存在差异，中等强度篮球运球训练对小学生转换功能改善效果最好[22-23]。在陈爱国的另一项研究中，为探讨不同强度短时有氧运动对转换功能的影响，选取30名大学生参加30分钟不同强度的功率自行车运动，使用More-odd shifting任务分别测试被试基线、小强度、中等强度和大强度短时有氧运动后注意转换功能的变化，结果表明不同强度的有氧运动对大学生的转换功能均能产生积极影响，并且没有显著性差异[24]。Chang 等人研究了中等强度的有氧运动对转换功能的影响，实验选取了 40 岁至50岁之间的被试者，分为运动组和对照组，采用了Task-switch 转换任务进行了测试，研究结果显示运动组的成绩并没有显著大于对照组的成绩，虽然运动组的反应时要小于对照组，但是运动组的正确率明显低于对照组。由此实验可以表明，中等强度的有氧運动对 40 岁至50 岁年龄段被试者的转换功能没有积极的影响[25]。

3体育运动持续时间对注意转换功能的影响

运动持续时间也是影响运动效果的关键因素，在体育运动与注意转换功能的相关研究中，学者们主要采用短时和长期运动干预两种方法来探讨实验前后个体注意转换功能的变化。

张楠楠等选取参加太极拳半年以上和无锻炼习惯的中老年人为研究对象，锻炼组又按锻炼时间小于3年、4至6年、大于7年进行组内比较，结果发现锻炼组的平均反应时间、手脚交叉运动的总时间、正确次数、平均时间得分显著大于对照组，说明太极拳对老年人的判断速度、反应速度、转换能力等有显著的提高作用。在锻炼组内比较来看，练习太极拳7年以上中老年人的各项测试成绩显著优于锻炼少于3年的，说明长期太极拳锻炼对注意转换能力、反应速度有显著促进作用[26]。贠小波随机选取天津体育学院大学生作为对照组与实验组，实验组进行为期 8 周的二十四式简化太极拳锻炼干预，对照组不做任何形式的运动干预，在实验前、第五周、第八周分别对对照组和实验组进行一次More odd shifting的测试，结果表明在实验组的后测成绩中，8 周时成绩明显优于4周时成绩（P<0.001），说明长期的太极拳锻炼能明显改善大学生的转换功能[27]。刘俊一在有氧体育锻炼与大学生执行功能关系的剂量效应的研究中，选取270名大学生为研究对象，按不同的干预时间进行有氧功率自行车锻炼，使用More odd shifting任务分别在锻炼前、1次锻炼后、8周、12周和16周测试被试者的注意转换功能，考察不同锻炼时间对转换功能的影响，结果显示大学生转换功能的改善效果为16周>12周>8周>4周>1次，表明持续长时间的体育锻炼更有助于提高大学生的注意转换功能[28]。颜军等以87名女大学生为研究对象，以中等运动强度的健美操运动进行干预，按照干预持续时间不同分为常规教学组、持续锻炼6周组和持续锻炼12周组，使用More odd shifting任务测试被试者的注意转换功能，结果显示不同持续时间健美操锻炼对女大学生转换功的能影响存在显著差异，锻炼12周组的测试成绩明显优于锻炼6周组和常规教学组，表明锻炼的持续时间是影响女大学生转换功能发展的主要因素之一[29]。

4体育运动影响注意转换功能的脑机制研究

李琳等选取30名女大学生为研究对象，以30分钟中等强度功率自行车运动为干预手段，以More-odd shifting任务为剌激材料进行fMRI扫描测试，通过配对t检验比较运动前后完成任务的行为学及脑区激活差异，研究表明短时有氧运动能引起女大学生转换功能的脑激活模式发生改变，具体表现为被试的右脑后顶叶回、右脑额下回、左脑额中回、右脑额叶回、右脑颞叶回、左脑额上回、左脑边缘叶扣带回、右脑边缘叶扣带回和右脑顶叶回激活显著增强[30]。国外学者Nagahama等人的fMRI 研究发现， 被试在不同的知觉特性间转换注意时，右前额叶被激活[31]。而Sohn 和Jamadar 等人的fMRI 研究发现， 被试在任务转换时激活了前额叶和顶叶[32-34]。Sylvester等研究也指出注意转换主要是以背外侧前额皮质、前扣带回、顶叶后部为基础[35]。DOVEA等人通过fMRI研究发现前额叶皮层和扣带回是认知定势转换的神经解剖基础[36]。以上这些研究表明，任务转换与额叶、颞叶及顶叶有关。也有学者对体育运动对整体执行功能影响的脑机制进行了相关研究，陈爱国等采取30分钟中等强度的有氧功率自行车运动干预，采用心率监测装置监控以及功能磁共振成像测量技术，进行了儿童执行功能的脑机制研究，研究发现短时中等强度有氧运动干预前后脑激活模式发生了改变，具体表现双侧额上回、双侧额中回、双侧顶上小叶和左侧顶下小叶激活程度增加，左侧前扣带回激活减弱[37]。刘俊一以56名身体健康、无异常心理症状的大学生为研究对象，采用全脑功能磁共振成像（fMRI）方法比较分析有氧体育锻炼前后大学生相关脑区激活情况，有氧体育运动干预方式为功率自行车，结果发现经过有氧体育锻炼干预后，与执行功能相关的脑区激活范围更广、激活程度更高，主要表现在双侧额叶中回、左顶上小叶、左扣带回、右中央前回、右中央后回和左额上回[38]。

5小结和展望

綜上所述，转换功能作为执行功能的重要组成部分，更应是学者们关注的重点，它是一个拥有着广阔理论和应用前景的研究领域，在近年来的发展中取得了丰富的研究成果。但是以往的研究也存在一些不足，同时在研究的结论上，有学者得出相反的结论，说明研究尚具有不确定性，需要进一步证实。

首先，在研究认知健康的执行功能方面，国内外学者以儿童、青少年以及慢性病患者等特殊群体作为研究对象的较多，而针对于运动对认知健康老年人注意转换功能的研究相对较少。其次，在体育运动对执行功能影响的“剂量效应”中，国内外学者所采取的干预手段多为短时中等强度的有氧运动，干预方式相对单一，无法充分揭示体育运动的“剂量效应”与执行功能的关系。再次，在研究方法方面，当前我国学者主要采用行为学量表和计算机辅助测试任务来探究体育运动与执行功能的关系，虽然神经心理量表是成熟、标准化的认知功能评价工具，有着广泛的临床应用，但是尚不能充分探讨两者关系的相关脑机制问题。

因此，在未来的研究中，可以将认知健康的老年人作为研究对象，使用不同类型的干预手段，采用神经心理学量表、计算机辅助测试任务与认知神经科学技术（fMRI/ERP）相结合的方法，探讨体育运动对注意转换功能的影响及其内在的神经机制，为体育运动影响认知神经科学的研究提供新的路径和思维方式。

参考文献：

[1]Baddeley A D.Exploring the central executive[J].The Quarterly Journal of Experimental Psychology，1996，49（1）：5-28.

[2]DIAMOND A. Executive functions [J].Annual review of psychology，2013（64）：135-138.

[3]马菲，王婷，银炯，等. 社区老年人轻度认知功能障碍影响因素病例对照研究[J]. 中华流行病学杂志，2008，29（9）： 873-874.

[4]Gomes da Silva S，Arida RM.Physical activity and brain development[J].Expert Rev Neurother，2015（15）：1041-1051.

[5]Phillips C，Baktir MA，Srivatsan M，Salehi A.Neuroprotective effects of physical activity on the brain：a closer look at trophic factor signaling[J].Front Cell Neurosci，2014（8）：170.

[6]Loprinzi PD， Herod SM，Cardinal BJ， Noakes TD. Physical activity and the brain： a review of this dynamic， bi-directional relationship[J].Brain Res，2013（1539）：95-104.

[7]杜新，陈天勇.老年执行功能的认知可塑性和神经可塑性[J].心理科学进展，2010（9）：1471-1480.

[8]郭伟，曲天敏.体育的功能和作用的再思考[J].科教文汇：下旬刊，2008（10）：164.

[9]Tomer R，Netz Y，Axelrad S，et al.The effect of a single aerobic training session on cognitive flexibility in late middle-aged adults[J]. International journal of sports medicine. 2007， 28（1）：82-87.

[10]Audiffren M，Tomporowski P D，Zagrodnik J.Acute Energizing motor processes during a choice reaction time task[J].aerobic exercise and information processing：Acta Psychologica，2008，129（3）：410-419.

[11]Sibley B A， Etnier J L， Le Masurier G C. Effects of an acute bout of exercise on cognitive aspects of Stroop performance[J]. Journal of Sport and Exercise Psychology，2006，28（3）：285-299.

[12]颜军，王源，陈爱国，马冬静.短时中等强度不同类型运动对小学生执行功能的影响[J].体育与科学，2014，35（6）：94-100.

[13]C A，JP N，SC W.Cognitive health benefits of strengthening exercise for community-dwelling older adults[J].Journal of Clinical Experimental Neuropsychology，2010，32（9）：996-1001.

[14] Busse A L，Filho W J，Magaldi R M，et al.Effects of resistance training exercise on cognitive performance in elderly individuals with memory impairment： results of a controlled trial[J].Einstein，2008（4）：402-407.

[15]Chang Y K， Etnier J L. Effects of acute bout of adults： a randomized controlled trial study[J].Journal Psychology of Sports and Exercise，2009 （10）：19-24.

[16]Wayne P M，Walsh J N，Taylor-Piliae R E，et al.Effect of Tai Chi on Cognitive Performance in Older Adults： Systematic Review and Meta-Analysis[J].Journal of the American Geriatrics Society，2014，62（1）：25-39.

[17]Tsang WW， Kwok JC， Hui-Chan CW. Effects of aging and Tai Chi on a finger-pointing task with a choice paradigm [J]. Evid Based Complement Alternat Med，2013，24（1）：1-7.

[18] Nguyen M H，Kruse A. A randomized controlled trial of Tai chi for balance， sleep quality and cognitive performance in elderly Vietnamese[J]. Clinical Interventions in Aging，2012（7）：185-190.

[19]王乾贝，绳宇.太极拳对轻度认知障碍老年人记忆力和执行功能的影响[J].山东体育学院学报，2016，32 （3）：68-72.

[20]戈成.太极拳练习对老年人执行功能的影响[D].苏州：苏州大学，2016.

[21]Miyachi M，Kawano H，Sugawara J，et al.Unfavorable effects of resistance training on central arterial compliance A randomized intervention study[J].Circulation，2004，110（18）：2858-2863.

[22]陈爱国，赵莉，李焕玉，等.不同强度短时篮球运球训练对小学生执行功能的影响[J].天津体育学院学报，2014，29（4）：352-355.

[23]周轶枫.浅谈不同强度短时篮球运球训练对小学生执行功能的影响[J].当代体育科技，2017，7（8）：76.

[24]陈爱国，殷恒婵，颜军，杨钰.不同强度短时有氧运动对执行功能的影响[J].心理学报，2011，43（9）：1055-1062.

[25]Chang Y，Nien Y，Tsai C，et al.Physical activity and cognition in older adults： the potential of Tai Chi Chuan[J]. Journal of aging and physical activity，2010，18（4）：451-472.

[26]张楠楠，吕晓标，倪伟，等.长期太极拳锻炼改善中老年人认知能力的作用[J].中国临床康复，2006，26（10）：7-9.

[27]贠小波.太极拳锻炼对大学生执行功能影响实验研究[D].天津：天津体育学院，2016.

[28]刘俊一.有氧体育锻炼与大学生执行功能关系的“剂量效应”[J].北京体育大学学报，2017，40（1）：58-64.

[29]颜军，陈爱国.不同持续时间健美操锻炼对大学女生执行功能影响的实验研究[J].体育与科学，2012，33（6）：88-91.

[30]李琳，袁荆晶，季泰，周泽鸿.短时中等强度有氧运动对女大学生转换功能的fMRI研究[J].北京体育大学学报，2014，37（12）：56-60.

[31]Nagahama Y，Okada T，Katsumi Y，et al.Dissociable mechanisms of attention control within the human prefrontal cortex[J].Cereb Cortex，2001（11）：85-92.

[32]Sohn M，Ursu S，Anderson J R，et al.The role of prefrontal cortex and posterior cortex in task switching[J].Proc Natl Aacd Sci USA， 2000（97）：13448-13453.

[33]Jamadar S，Hughes M，Fulham W R，et al.The spatial and temporal dynamics of anticipatory preparation and response inhibition in task-switching[J].NeuroImage，2010（51）：432-449.

[34]Jamadar S， Michie P. Compensatory mechanisms underlie intact task-switching performance in schizophrenia[J].Neuropsychologia，2010（48）：1305-1323.

[35]Sylvester C Y， Wager TD. Switching Attention and Resolving Interference：fMRI Measures of Executive Functions[J].Neuropsychologia，2003（41）：357-370.

[36]Dove A，Pollmann S，et al.Prefrontal cortex activation in task switching： an event-related fMRI study[J].Brain Res Cogn Brain Res，2000，9（1）：103-109.

[37]陳爱国，殷恒蝉，王君，李鑫楠，宋争.短时中等强度有氧运动改善儿童执行功能的磁共振成像研究[J].体育科学，2011，31 （10）：35-40.

[38]刘俊一.有氧体育锻炼对大学生执行功能的积极性影响：fMRI研究的探索[J].北京体育大学学报，2014，（37）3：78-83.第40卷第3期 Vol.40 No.3山 东 体 育 科 技Shandong Sports Science & Technology2018年6月June 2018