视屏类久坐行为影响学龄儿童执行功能的fNIRS研究

【作者】 崔洁； 李琳；

【机构】 上海师范大学体育学院； 华东师范大学体育与健康学院；

【摘要】 研究目的:执行功能是人类大脑最高级的认知功能,包含了抑制功能、工作记忆和认知灵活性三个核心成分,是学龄儿童顺利应对日常生活和学习挑战、掌握未来生活所需能力的重要保障,与大脑额叶等区域的发育发展息息相关。儿童时期是个体大脑发育发展的重要时期,也是个体大脑逐步发展成熟的敏感期,易受到外界特定环境因素的影响。健康的生活方式通常被认为是保证儿童大脑发育和认知发展的重要前提。然而,社会经济和电子科技的快速发展,致人们的生活方式发生了巨大改变,静态化趋势日益严峻。娱乐视屏类久坐时间过长等问题愈发凸显,已经成为儿童青少年健康促进和认知发展面临的重大挑战。同时,有研究显示娱乐视屏类久坐行为与学龄儿童大脑额叶等区域的结构和功能变化存在关联,其中看电视、玩电脑等娱乐视屏类久坐行为与大脑额叶、颞叶等脑区体积的减少以及相关功能连接性的下降存在关联,由此娱乐视屏类久坐行为可能会通过改变额叶等相关脑区的结构和功能来影响学龄儿童的执行功能。近年来,功能性近红外光谱脑成像技术(functional Near-Infrared Spectroscopy, f NIRS)已经成为较为先进的非侵入式脑功能成像技术,可以对大脑皮层特定区域的血氧变化进行实时检测和记录,以更加直观的方式来反映个体在特定任务中的大脑激活情况,为人们探索个体特定心理或行为背后的神经机制提供了巨大便利,已被广泛运用于儿童青少年执行功能相关脑机制研究中。基于此,本研究聚焦于学龄儿童的娱乐视屏类久坐行为,联合运用问卷调查、心理测验和近红外光谱脑成像技术,旨在探讨娱乐视屏类久坐行为对学龄儿童执行功能的影响及其潜在脑机制。基于已有研究提出假设:娱乐视屏类久坐行为通过改变前额叶等脑区的激活影响学龄儿童的执行功能。研究方法:基于《儿童青少年体力活动指南》中儿童青少年每日视屏时间应低于2小时为筛选标准,分别选取35名学龄儿童为高、低视屏久坐组。被试纳入标准:无严重躯体疾病、无脑创伤、神经系统及遗传病史;智力正常;无抑郁、焦虑等不良情绪;右利手;视力或矫正视力正常,无色盲或色弱等。采用信效度良好的《儿童青少年久坐行为问卷》和《儿童青少年体力活动调查问卷》分别调查学龄儿童闲暇期间用于娱乐视屏类久坐行为、教育类久坐行为的时间及体力活动水平;采用Stroop任务、N-back任务和More-odd shifting任务分别评估学龄儿童执行功能中的抑制功能、工作记忆和认知灵活性,同时运用功能性近红外光谱脑成像系统(ETG-4000, Hitachi Medical Corporation,日本)采集其大脑额叶的脑数据,并借助Maltab2010b平台运行的NIRS_SPM工具包,基于修正的modified Beer-Lambert定律、血流动力学响应曲线滤波和一般线性模型等对近红外原始数据进行转换、时间序列矫正、过滤和降噪等处理分析。鉴于氧合血红蛋白(oxygenated hemoglobin,HbO)比脱氧血红蛋白(Deoxy-hemoglobin,Hb)具有更优的信噪比,且对脑血流变化更为敏感,本研究以氧合血红蛋白作为主要结果。额叶(尤其是前额叶区域)是负责执行功能的关键脑区,本研究主要以覆盖额叶区域的通道为主要分析通道。本研究中通道覆盖的额叶区域主要有:背外侧前额叶(BA9/BA46)、布洛卡区(BA45)、额叶眼动区(BA8)、额叶辅助运动前区(BA6)。本研究经华东师范大学人体实验伦理委员会批准(批准号:HR047-2018),按照最新版本赫尔辛基宣言所规定的伦理标准执行。研究开始前,学龄儿童及其家长分别签署儿童和家长知情同意书。研究结果:与低视屏久坐组相比:(1)抑制功能方面,高视屏久坐组的Stroop任务表现显著较差,同时完成Stroop任务时大脑左右双侧背外侧前额叶(BA9/46)和左侧额叶辅助运动前区(BA6)的激活显著较大,并且左侧额叶辅助运动前区、左侧背外侧前额叶的激活与Stroop任务表现存在显著的负相关关系;(2)工作记忆方面,高视屏久坐组的N-back任务表现显著较差,同时完成N-back任务时大脑左侧额叶眼动区(BA8)激活显著较大,且与N-back任务表现存在显著的负相关关系;(3)认知灵活性方面,高视屏久坐组的More-odd shifting任务表现显著较差,同时完成More-odd shifting任务时高、低视屏久坐组在左右双侧背外侧前额叶(BA9)、左侧额叶辅助运动前区(BA6)、右侧布洛卡区(BA45)的激活差异显著,且大脑左侧背外侧前额叶激活与More-odd shifting任务表现存在显著的相关性。研究结论:过度的娱乐视屏类久坐行为不利于学龄儿童执行功能发展,其脑机制可能涉及大脑左侧额叶辅助运动前区、左侧额叶眼动区、左侧背外侧前额叶的激活改变。更多还原