中老年体育舞蹈锻炼者视觉空间工作记忆优势——来自fNIRS的证据

【作者】 尤嘉诚； 许铭； 谭先明； 项明强； 胡敏蕊； 杨海燕；

【机构】 广州体育学院研究生院； 广州体育学院基础教育学院； 广州体育学院科学实验中心； 广州体育学院运动与健康学院；

【摘要】 研究目的:我国已进入人口老年化阶段,老年痴呆、认知功能障碍等一系列认知功能增龄性下降问题日趋严重。作为认知功能的重要组成部分,工作记忆也对年龄十分敏感,会随着年龄增长而发生老化衰退。研究表明在老年群体中,视觉空间工作记忆的老化远快于语音工作记忆,并且这种老化衰退早在中年阶段就可显现出来。近些年,体育锻炼对人脑工作记忆等认知功能的改善作用成为体育与认知科学等领域的研究热点。以往研究指出,有氧运动结合具有复杂认知参与的技巧性运动可以改善大脑高级认知功能。体育舞蹈正是一项需要复杂认知参与学习的有氧运动,具备有氧和技巧的双功能,深受中老年人喜爱,在我国具有较好的群众基础。虽然,前人研究指出体育舞蹈可以在衰老过程中保持认知功能,但是,有关体育舞蹈与中老年人工作记忆改善关系的研究未见报道。因此,本研究主要从中老年体育舞蹈锻炼者视觉空间工作记忆的存储功能、操作加工功能特征出发,验证中老年体育舞蹈锻炼者是否在视觉空间工作记忆上存在优势,并探究其优势特征的脑激活机制。研究方法:本研究使用问卷调查及相关问题评定筛选出中老年体育舞蹈组18人,中老年无体育锻炼习惯对照组18人为研究被试,被试均满足身体健康、无认知障碍或神经及精神疾病等条件。体育舞蹈组要求被试参与体育舞蹈锻炼3年以上,每周至少两次,每次不低于1小时的锻炼,对照组被试长期无体育锻炼习惯。使用视觉空间工作记忆干扰任务、心理旋转任务分别测试两组被试的视觉空间工作记忆的存储功能和操作加工功能,同时采用fNIRS监测任务期间前额叶皮层工作记忆相关脑区Oxy-Hb的变化。任务由E-prime2.0软件编写和运行,干扰任务中要求被试在干扰条件下判断目标刺激是否与识记刺激一致,旋转任务要求被试判断目标刺激的图形是否为识记刺激图形的90°旋转。f NRIS监测采用美国NIRSport系统,蒙太奇设计由8个光源和7个探测器组成,形成20个通道,覆盖面涉及前额叶的左、右额极区(L,R-FPA),中额极区(M-FPA),左、右背外侧前额叶(L,R-DLPFC),中背外侧前额叶(M-DLPFC)和左、右腹外侧前额叶(L,R-VLFPC)等8个感兴趣脑区(ROIs)。实验采用单因素设计,自变量为体育舞蹈组和对照组两个水平,因变量为干扰任务、心理旋转任务的正确率与反应时和fNIRS测量的各通道氧合血红蛋白(Oxy-Hb)水平。干扰、心理旋转任务的行为学数据(正确率、反应时)采用独立样本T检验或非参数秩和检验,相关脑区通道Oxy-Hb浓度激活数据采用独立样本T检验进行分析。研究结果:(1)在干扰任务中,行为学指标:体育舞蹈组正确率显著高于对照组(z=-2.393,P<0.05),反应时显著低于对照组(z=-4.841,P<0.001)。脑激活层面:体育舞蹈组在左背外侧前额叶(L-DLPFC)通道19(t=2.169,P<0.05)和右背外侧前额叶(R-DLPFC)通道20(t=2.211,P<0.05)的Oxy-Hb浓度信号显著高于对照组。(2)在心理旋转任务中,行为学指标:体育舞蹈组正确率与对照组无显著性差异(z=-1.368,P>0.05),反应时显著低于对照组(t=5.596,P<0.001)。脑激活层面:体育舞蹈组在中背外侧前额叶(M-DLPFC)通道18(t=2.146,P<0.05)、右背外侧前额叶(R-DLPFC)通道20(t=2.133,P<0.05)、左腹外侧前额叶(L-VLPFC)通道16(t=2.398,P<0.05)、右腹外侧前额叶(R-VLPFC)通道17(t=2.568,P<0.05)的Oxy-Hb浓度信号显著高于对照组。研究结论:(1)中老年体育舞蹈锻炼者的视觉空间工作记忆具有存储功能的抗干扰能力较强的优势特征,行为学上具体表现为正确率更高、反应更快。(2)抗干扰能力较强的优势特征背后的脑机制为双侧背外侧前额叶(DLPFC)中的Oxy-Hb浓度信号激活更高。(3)中老年体育舞蹈锻炼者的视觉空间工作记忆具有操作加工功能较强的优势特征,行为学上具体表现为反应速度更快。(4)操作加工功能较强的优势特征背后的脑机制为右背外侧前额叶(R-DLPFC)、中背外侧前额叶(M-DLPFC)、左右腹外侧前额叶(L、R-VLPFC)的Oxy-Hb浓度信号激活更高。更多还原