音乐对大学生急性运动后抑制能力与情绪的影响:基于fNIRS的研究

【作者】 杨璇； 王树明；

【机构】 华东师范大学；

【摘要】 研究目的:体育锻炼对情绪、认知功能等心理健康的益处一直是人们关注的焦点。最新的人类流行病学研究表明,有规律的体育活动与更好的认知功能和较少的认知衰退有关。抑制功能作为人类高级认知执行功能的子成分之一,与大学生的日常学习与生活密切相关,如何更加有效的通过科学制定有氧运动计划进而提高抑制功能一直是项重要研究课题。最近的研究一致表明,一次运动就会引起主要与抑制功能相关的前额叶皮质背外侧(DLPFC)部分的脑激活增加,从而提高抑制能力。此外,几乎所有已知形式的音乐都因其情感品质而得到认可,音乐具有多维功能,研究人员发现节奏和调式对情绪质量(快乐、悲伤、平静)的影响最为关键,同时短暂的情绪状态可以根据由兴奋(兴奋-镇静)和愉快(愉快-不愉快)组成的情绪状态的二维模型来评估。由于DLPFC不仅负责执行抑制,而且还负责情绪调节,因此有理由假设,在音乐的干预下,可以刺激DLPFC改善被试的情绪,而情绪的改善会通过激活DLPFC,提高运动对抑制功能的有益影响。然而以往关于有氧运动与执行功能的研究中,通常只涉及单一群体大学生或者是笼统的大学生群体样本,没有将群体按照不同运动水平进行细致划分,从而无法为不同运动基础的大学生做出理论上的比较研究和提出针对性的锻炼建议和运动处方。因此,我们采用功能性近红外光谱技术(fNIRS)监测心理学Stroop任务过程中脑激活模式的变化来反映音乐结合有氧运动对抑制功能的影响,并结合情绪反应的表现来评价音乐结合有氧运动对情绪所产生的效益,探讨音乐与运动结合所产生的情绪变化对不同运动水平大学生前额叶抑制功能的影响。研究方法:30名年龄在18-21岁在校大学生,按照运动等级分为一级运动员、二级运动员和普通大学生,每组10人,男女各5人,参与了本次实验研究。在实验开始前,统计受试者的身高、体重、性别、年龄、利手等情况,通过身体状况安全问卷(PAR-Q)回答全部为"否",排除了不宜参与人群。通过简单音乐调查问卷收集被试对曲目的熟悉度、效价、唤醒度的打分,分数由高到低从曲单选出5首节奏在120-140拍/分的激扬纯音乐用于实验干预。由于被试的运动水平存在较大差异,每位被试的中等强度运动由电脑计算并自动调节,通过蹬踏6分钟MONARK功率自行车,使用适配的电脑程序计算获得最大摄氧量,中等强度=个体最大摄氧量×60%。随后,采用混合实验设计,将10min音乐干预作为基线任务,有音乐和无音乐结合的10min中等强度自行车蹬踏有氧运动作为对照任务,通过fNIRS仪器、改良的Stroop任务范式、二维情绪量表(TDMS),获取三组被试三次任务后的DLPFC区域的Hb O2浓度的变化值、行为学数据和情绪得分。自变量为被试组别和实验干预方式(音乐干预、运动干预、音乐加运动干预);因变量是fNIRS监测感兴趣区域(ROI)通道的Hb O2浓度变化的β值、行为学数据(Stroop任务正确率和反应时)、情绪得分(积极情绪、消极情绪)。之后,通过使用MATLAB与插件NIRS_SPM软件处理fNIRS的血氧变化信号,对原始血流动力学信号采用1s的移动高斯窗滤除心跳频率的噪声,使用MATLABTM中实现的运动伪影减少算法(MARA)去除运动伪影。在过滤过程之后,在每个实验条件开始后的10秒钟内将偏差设置为0。本次实验采用Block设计,通过一般线性模型(GLM)估计可以得到抑制功能测试时间段整体22个通道Hb O2浓度的变化β值;Stroop任务数据通过E-Prime2.0程序导出,按照组别、实验干预方式、Stroop任务类型对正确率和反应时进行分别计算;情绪数据通过导入Excel表格中进行整理和处理,得到三组被试三次测验分别所得积极情绪与消极情绪得分。最后,利用SPSS 20.0完成ROI通道的Hb O2浓度变化的β值、行为学数据和情绪得分进一步的统计分析。研究结果:基线任务下Stroop效应的正确率显著低于运动干预和音乐加运动干预(F=4.198,P<0.05),音乐加运动干预的正确率最高。在左背外侧前额叶皮质区(L—DLPFC)上,二级运动员音乐加运动干预任务的Stroop效应Hb O2信号显著高于基线对照任务(F=2.496,P<0.05),与运动干预任务比较,有边缘显著优势。消极情绪存在组间显著差异(F=4.356,P<0.05)和干预方式显著差异(F=4.839,P<0.05):二级运动员的消极情绪为三组最低,其次是一级运动员,最后是普通大学生;音乐加运动干预消极情绪水平最低,其次是运动干预,最后是音乐干预。研究结论:音乐加10min中等强度有氧运动显著提高了不同运动水平大学生Stroop任务的正确率表现,并增强了二级运动员左背外侧前额叶皮质区(L-DLPFC)的血氧激活,且局部脑区神经活性的增加与情绪表现的提高同步出现。更多还原