运动干预对中国儿童执行功能改善效果的meta分析

朱 莉, 余少兵, 王树明, 程 枫

(1.滁州学院 体育学院，安徽 滁州 239000；2.华东师范大学 体育与健康学院，上海 200241；3.福建农林大学 体育教学部，福建 福州 350007)

引言

执行功能(Executive Function，EF)是目前认知科学、心理学、教育学等范畴内研究的一个重要概念，指人们想达到某种目标或者遇到某些困难的时候，会动用一些高级的认知功能进行控制和协调的过程，主要涵盖抑制功能、刷新功能和转换功能[1]。执行功能的健康发展，对于儿童的学业保障、自我控制、逻辑思维和创造性解决问题的能力发展具有举足轻重的作用。执行功能缺陷会影响儿童乃至成年后的各种功能，与儿童的注意力缺陷、学业障碍、脑功能轻微失调综合征以及成年后的抑郁、焦虑等多种精神疾病成正相关[2]。执行功能最早出现在发展早期，当我们在幼儿时期，执行功能就开始不断发展，一直持续到青少年时期才能逐渐发展完善，这些研究揭示了一个可能：在儿童早期的执行功能发展过程中，我们能够通过一定的手段和措施，帮助儿童能够更好地发展他们的执行功能。因此，探索如何增强儿童的执行功能已经广泛地引起心理学、认知科学、教育学等相关领域专家的重视，最近此方面的研究也呈现越来越多、实验研究设计过程合理、数据处理严谨规范的态势。

通过文献检索，来自体育领域的不同学者对儿童执行功能的干预从不同的运动方式，不同的训练手段，不同的强度等诸多方面进行研究。研究结果显示体育运动手段可以增强中国儿童的执行功能，但干预的最终效果也不尽相同，而且样本量都偏小，在研究中也没形成统一合理的运动处方，儿童的执行功能干预在实践中难以得到切实有效的运动指导。鉴于此，本研究选择关于运动对中国儿童执行功能干预的随机对照试验进行Meta分析。在对各研究结果一致性进行评价的基础上，通过定量合成多项相关的随机试验研究成果，形成一个可视化的量化结果，最终达到提升检验实验效能的目标，为制定干预儿童执行功能的运动处方时提供理论依据与实践帮助。

1 研究方法

1.1 文献检索

检索中国知网(CNKI)、超星期刊、中国生物医学文献数据库(CBM)、维普数据库(VIP)、万方数据库、EBSCO学术资源检索平台等收集相关文献。检索主题词或关键词为“执行功能”“儿童”“运动干预”“实验研究”，检索方式为主题词与关键词结合的方式。检索时间从2009年1月到2019年4月，得到相关文献482 篇。

1.2 纳入与排除标准

1.2.1 纳入标准 1)研究样本为我国儿童；2)实验设计属于随机对照试验(RCT)，实验前实验组与对照组没有显著差异；3)文献中实验相关数据记载完整；4)实验组实施运动干预，对运动方式没有要求，对照组不做运动干预；5)文献发表在中文核心期刊(北大)、CSSCI、统计源期刊(中信所)、CSCD上。

1.2.2 排除标准 1)综述性文献；2)文献研究的对象为非儿童；3)重复、质量差的文献；4)实验数据描述不清或不完整的文献。

1.3 文献的筛选与提取

从各个数据库检索到的文献统一导入Note Express软件进行重复检查并进行删除。然后由2名独立的研究人员分别按照纳入与排除标准筛选文献，对各自选取的合格文献进行汇总，对于有争议的文献进行讨论，取得一致性认定结果后最终确定是否纳入。

确定纳入文献后，对文献的相关资料进行整理、提取，分别由两名独立的研究人员提取文献相关信息。1)文献一般资料的提取：包括作者、发表期刊、年份；2)实验基本特征：纳入实验的样本量、干预项目、实施周期、频次，运动强度等；3)实验的测量项目。

1.4 质量评价

对纳入的文献采用方法学质量评价，运用Cochrane风险偏倚评估工具，对每条指标采用“低度偏倚风险”“偏倚不确定”“高度偏倚风险”进行判定。

1.5 统计分析

图1 研究纳入文献筛选流程图Fig.1 Flow chart of literature selection

统计学分析软件采用Review Manager5，采用Homogeneity test(Q检验)对纳入研究的随机试验的数据异质性进行检验(检验水准为a=0.1)，检验后再结合I2定量分析异质性的大小，当P>0.1且I2<50%时，就能认定所抽取的实验数据是同质的，需要运用固定效应模型(Fixed Effects Model)进行合并分析；否则就运用随机效应模型(Randomized Effects Model)进行分析。效应量都采用OR值和95%CI来表示。

2 结果

2.1 文献筛选方法

检索相关学术资源平台，共检索到相关文献482篇，首先利用计算机相应软件去除重复的文献，然后通过阅读题目、摘要等去除与本研究相关度不高的411篇文献，得到有可能符合的71篇文献，再通过阅读全文，排除不合格文献，由两名独立研究人员综合信息，最终纳入11篇13个随机对照试验进行研究，文献筛选方法流程见图1。

2.2 纳入研究文献的特征与质量评价

纳入研究的11篇文献中一共存在13个实验，累计研究对象870名，其中试验组451名，对照组419名，其中有聋哑儿童、留守儿童、正常儿童和学习困难儿童。干预项目有趣味游戏、花样跳绳、花样跑、篮球、健美操等，干预时间分为短时运动干预和长期运动干预，13个实验中用来测试执行功能任务的均为陈爱军等开发的软件，分别对执行功能的三个子功能：抑制功能(Flanker任务)、刷新功能(1-back任务)和转换功能(shifting任务)进行评价(具体见表1)。该11篇文献均发表在核心期刊，文献质量较高，其中四篇文献明确说明采用双盲试验，一篇采用单盲试验，所有文献均采用随机分组方式。

利用Cochrane系统评价标准对纳入的11篇文献进行偏倚风险综合评价，评价的指标为是否双盲实验、是否随机分组、是否隐蔽分组、实验数据是否完整、效应指标盲检、实验结果的选择性表格以及其他偏倚风险等。由图2可知11篇纳入的研究文献存在一定的偏倚性。

表1 纳入分析文献的基本特征

图2 偏倚风险示意图

Fig.2 Diagram about the risk of bias

2.3 meta分析结果

2.3.1 运动干预对儿童执行功能中抑制功能的影响 最终纳入的11篇文献13个研究实验中，比较干预后对照组与试验组抑制功能的差异，meta分析发现(见图3)，Chi2=22.24，df=12(P=0.03)，I2=46%，显示研究间不存在异质性，所以选择固定效应模型进行分析。13个CRT的加权均数差WMD=-18.58,95%CI：-21.62—-15.54，总效应值Z=11.99，P<0.01，差异具有统计学意义，说明干预后试验组与对照组之间的抑制功能测量得分的差异具有统计学意义。森林图菱形落于左侧，说明试验组的指标小于对照组，结合数值变小抑制功能增强来看，不同运动干预对儿童执行功能中的抑制功能具有较好的干预效果。

图3 不同运动干预儿童执行功能中的抑制功能影响的森林图

2.3.2 运动干预对儿童执行功能中刷新功能的影响 对最终纳入的11篇文献13个研究实验进行分析，干预后对照组与试验组刷新功能的差异，meta分析发现(见图4)，Chi2=51.38，df=12(P<0.00001)，I2=77%，显示样本有可能存在高度异质性，所以利用随机效应模型进行分析。13个CRT的加权均数差WMD=-173.55,95%CI：-217.43—-129.68，总效应值Z=7.75，P<0.01，差异具有统计学意义，说明试验组与对照组之间的刷新功能测量得分的差异具有统计学意义。森林图菱形落于左侧，说明试验组的指标小于对照组，结合数值变小刷新功能增强来看，不同运动干预对儿童执行功能中的刷新功能具有较好的干预效果。

Light提出的漏斗图是一种定性测量发表偏倚常用的方法，本研究对运动干预儿童执行功能中刷新功能的影响作漏斗图，从图5可以看出有4个实验数据在漏斗图图形以外，说明存在一定的偏倚。

图4 不同运动干预对儿童执行功能中刷新功能影响的森林图

图5 不同运动干预对儿童执行功能中刷新功能影响的漏斗图

按照可能引起异质性差异的研究特征进行亚组分析(见图6)。对普通儿童的干预进行meta分析显示Chi2=1.97，df=5(P=0.85)，I2=0%，这说明对普通儿童进行干预的文献中不存在异质性；而对特殊儿童的干预进行meta分析显示Chi2=27.84，df=6(P=0.0001)，I2=78%，说明对特殊儿童进行干预的文献依然存在较高的异质性。

图6 对不同类型儿童刷新功能干预效果的亚组分析森林图

2.3.3 运动干预对儿童执行功能中转换功能的影响 由图7可知，最终纳入的11篇文献13个研究实验中，比较干预后对照组与试验组转换功能的差异，meta分析发现，Chi2=23.75，df=12(P=0.02)，I2=49%，显示研究间不存在异质性，所以选择固定效应模型进行分析，13个CRT的加权均数差WMD=-115.62,95%CI：-134.07—-97.16，总效应值Z=12.28，P<0.01，差异具有统计学意义，试验组与对照组直接的转换功能测量得分的差异具有统计学意义。森林图菱形落于左侧，说明试验组的指标小于对照组，结合数值变小转换功能增强来看，不同运动干预对儿童执行功能中的转换功能具有较好的干预效果。

图7 不同运动干预儿童执行功能中的转换功能影响的森林图

3 讨论

执行功能(Executive Function)的研究始于英国，执行功能对儿童的早期发展和今后的健康生活都至关重要。执行功能发展的好坏可以很大程度上预测儿童的数学和阅读能力[14]、以及今后的事业、婚姻、友谊和身心健康水平[15]。儿童的执行功能在幼儿期发展迅速，12岁左右基本形成，但之后一直到成年时期都在不断发展中。近10年来，体育运动干预促进执行功能改善的研究成果越来越丰富。研究表明，体育运动可以作为一种替代药物的经济有效的手段来改善儿童的执行功能，脑科学的研究也已经证明了其有效性。陈爱国、董晓晓等利用多模态核磁共振进行研究，结果表明，体育运动干预能导致大脑灰质体积的增加，并且伴随着与执行功能相关的脑功能区连接的重组，从脑科学的实证层面证实了运动对执行功能的促进作用[16]。Catherine L.Davis对7-11岁的超重儿童进行有氧运动干预，对被干预儿童进行核磁共振扫描，发现被干预儿童大脑中与人类的高级认知功能密切相关的前额叶皮层增厚，从而可以改善被干预儿童的认知能力，进而增强执行功能[17]。

本文对近10年发表的运动干预中国儿童执行功能的研究进行系统评价。本系统评价共纳入11篇文献13个RCT，最终研究结果显示，运动干预对儿童执行功能的抑制功能影响的分析结果显示，运动干预能够明显提升儿童的抑制功能(提高了0.77个标准差)、刷新功能(提高了1.12个标准差)和转换功能(提高了0.76个标准差)。采用干预对象的不同类型来进行亚组分析，结果显示普通儿童亚组不存在异质性，而特殊儿童亚组依然显示为高异质性，这可能与特殊儿童亚组中又包含不同类型的儿童，比如：聋哑儿童、学习困难儿童等不同的被干预对象有关。

运动能够增强儿童的抑制、刷新和转换三个执行功能的子功能，这说明运动可以改善儿童的执行功能，其机制可能是：(1)不同运动项目的干预设计执行起来都需要协调、控制、转换等各种基本信息的加工过程；(2)运动中需要多种认知成分的共同协作和及时变换，需要多变的执行控制能力；(3)运动中的情境瞬息万变，能够锻炼刷新功能和在不同情境和动作之间变换的功能，也需要抑制不需要的优势反应，从而能锻炼和改善执行功能；(4)运动可以增加血液流动的速度，提高血液养分的运输能力，促进脑源性神经营养因子的产生以及激活神经内分泌通路，从而影响执行功能。

从研究的文献中可以看出，不同的运动干预手段可能会影响执行功能的不同维度。为了给准备利用体育运动干预儿童执行功能的人制定运动处方提供参考，也为了更加有的放矢地改善儿童的执行功能，本研究追溯纳入研究的参考文献，根据对执行功能不同维度所起到的效果量的不同，总结如下：(1)需要干预儿童的抑制功能时，如果想利用短时运动进行干预，建议采用中等强度、合作性的阻力练习，如果想利用长期运动进行干预，建议采用中等强度的篮球、足球的运动方式，干预时间越长越好；(2)需要干预儿童的刷新功能时，如果想利用短时运动进行干预，建议采用中、大强度、合作性的有氧练习，如果想进行长期的运动干预，首选身心运动、足球、篮球、花样跳绳等运动形式，中等强度，干预时间越长越好；(3)需要干预儿童的转换功能时，如果想利用短时运动进行干预，建议采用中等强度、合作性的灵敏性练习，如果想利用长期运动进行干预，建议采用中等强度篮球、足球、花样跳绳、花样跑步、身心运动等方式，干预时间越长越好。

本研究的局限：(1)纳入分析的各研究间干预对象、运动项目、干预时间长短等不一致，可能增加研究的异质性并影响meta分析的结果；(2)通过最终能够纳入研究的11篇文献来看，研究者多为同一团队的成员，研究的范围和干预的范式相似，可能对于推广研究成果具有一定的局限性；(3)纳入文献的国界性会在一定程度上影响到研究的效应量。

根据上面研究所示，体育运动干预对儿童执行功能有改善效果，不同的运动强度和形式对执行功能的各个子功能有不同的作用，可以为制定运动处方提供参考依据。由于选取的随机试验在数量和研究面上存在一定的局限性，所以所得结论还有待于进一步验证。