急性有氧运动联合认知任务对大学生执行功能的影响——基于认知投入的视角

【作者】 董玮仲； 胡亮；

【机构】 浙江大学教育学院体育学系；

【摘要】 研究目的:体智融合干预强调以体育运动为基础,融合多学科知识技能,用于应对学生身体活动不足导致的健康水平偏低和肥胖风险,被证实可以带来身体和学业的双重效益,得到了广泛的研究关注。运动认知功能提升假说认为运动对认知能力的提升是体智融合产生学业促进效益的重要中介,其原因在于运动引发的认知投入对于认知能力具有训练效果,加之运动本身会激活相关脑区,从而提高个体的认知功能,继而促进个体的学业表现。在其中,执行功能这一高阶认知功能被广泛研究。认知投入指为了完成任务所付出的认知努力,由于干预方案中干预剂量、干预方式的差异,当前涉及认知投入的体智融合干预研究结果存在极大差异,有研究认为运动联合认知投入任务会造成认知负荷过载导致脑力疲劳,也有研究认为运动联合认知任务能够起到1+1>2的认知干预效益。此外,当前研究大多采用被试间实验-对照组设计,无法准确确定运动和认知投入在急性干预中各自对执行功能的影响。因此有必要通过2(体力消耗:高/低)x2(认知投入:高/低)的被试内实验干预,厘清:1)体力消耗和认知任务对执行功能的影响;2)联合干预相较于单一干预的效果差异。因此,本研究采用被试内实验设计,从认知投入的视角探究不同急性干预方式对大学生执行功能的影响。本研究假设:1)运动联合认知任务的认知投入高于单一任务,2)在急性干预中,体力消耗对执行功能的影响更大,3)运动联合认知任务可以显著改善大学生执行功能水平。研究方法:招募大学生16人,年龄在18-24岁之间。使用被试内实验设计,每名被试需要完成四种干预方式:A.运动+高认知投入任务(High PE+High CE);B.运动+低认知投入任务(High PE+Low CE);C.静坐+高认知投入任务(LowPE+HighCE);D.静坐+低认知投入任务(Low PE+Low CE)。运动方式选用20分钟功率自行车骑行,静坐要求被试在功率自行车上安静的坐着,高认知投入任务选取数独游戏,低认知投入任务选择观看数独教学视频。对于干预过程中体力消耗和认知投入分别进行主观和客观测量,体力消耗选择心率和Theratingof perceivedphysical exertion(RPE)量表,认知投入选择前人研究中使用的心率变异性(HRV)中RMSSD指标和改编自RPE量表的Theratingofper ceivedcognitive engagement(RCE)量表。在干预前后干预前分别完成2-Back(工作记忆)、Stroop(抑制控制)和Moreodd shifting(认知灵活性)任务,以正确率和反应时指标评价个体的执行功能水平。使用单因素方差分析对体力消耗和认知投入结果进行检验,LSD事后比较用于确定不同组别之间的具体差异。对于执行功能三成分的变化,使用4(干预方式)x2(测试时间)重复测量方差分析进行检验。所有分析的显著性水平设定为p<.05。研究结果:在体力消耗上,主观和客观数据均在不同干预方式间存在显著差异(RPE:F=56.330,p<0.001,η2=0.738,HR during:F=246.62,p<0.001,η2=0.925)。事后检验表明,High PE的两种干预方式间体力消耗不存在显著差异(RPE:p=0.788,HR during:p=0.584),LowPE的两种干预方式间不存在显著差异(RPE:p=0.283,HR during:p=0.284)。在认知投入上,不同干预方式间RCE数据存在差异(F=5.954,p=0.001,η2=0.229),事后检验结果表明,High PE+High CE的认知投入显著高于High PE+Low CE(p=0.033)和Low PE+Low CE(p<0.001),Low PE+High CE的认知投入显著高于Low PE+Low CE(p=0.008)。HRV指标显示不同干预方式存在显著差异(F=14.137,p<0.001,η2=0.414),事后检验表明,High PE+High CE的认知投入显著高于其他干预方式(RMSSD post:High PE+Low CE:p=0.011,Low PE+High CE:p<0.001;Low PE+Low CE:p<0.001),High PE+Low CE的认知投入显著高于不运动的两种干预方式(RMSSD post:Low PE+Low CE:p=.002;Low PE+Low CE:p=0.016)。结果表明,运动任务和认知任务可以操控体力消耗和认知投入,虽然认知投入的主客观数据不是完全统一,但是可以确定High PE+High CE相较于High PE+Low CE或是Low PE+High CE的干预方式,可以诱发更大的认知投入。2-Back测试正确率的干预方式主效应显著(F=3.313,p=0.028,η2=0.181),测试时间主效应显著(F=8.887,p=0.009,η2=0.372),交互效应边缘显著(F=2.683,p=0.061,η2=.150)。简单效应分析结果表明,从不同干预方式来看,High PE+High CE干预显著提升了2-Back测试的正确率(p=0.002),其他干预方式均未能显著提升2-back测试的正确率;从测试时间点看,干预后High PE+High CE干预的正确率显著高于High PE+Low CE(p=0.038),High PE+Low CE的正确率显著高于Low PE+High CE(p=0.016)。在反应时指标上没有表现出显著的主效应或交互效应。结果表明,High PE+High CE的干预形式可以有效提升个体的工作记忆水平,Low PE+High CE的干预效果好于High PE+Low CE的干预效果。Stroop测试正确率方面不存在显著的主效应或交互效应。反应时方面,干预方式主效应不显著(F=1.622,p=0.198,η2=0.098),测试时间主效应显著(F=12.261,p=0.003,η2=.450),交互效应显著(F=4.079,p=0.012,η2=0.214)。简单效应分析表明,从测试时间点来看,干预后High PE+High CE对反应时的改善效果显著好于其他三种干预方式(High PE+Low CE:p=0.038;Low PE+High CE:p=0.048;Low PE+Low CE:p=0.004);从干预方式看,只有High PE+High CE的干预方式有效提升了个体的抑制控制水平(p=0.001)。结果表明,High PE+High CE的干预方式,可以对个体的抑制控制水平有显著改善,其他三种方式并没有改善个体抑制控制水平,且不同方式间没有差异。MoS测试的正确率和反应时指标没有显著的主效应或交互效应,表明不同干预方式对大学生认知灵活性的影响没有差异。研究结论:1)运动联合认知任务干预能够最大程度诱发大学生的认知投入,2)相较于运动干预而言,急性干预中认知任务对大学生执行功能的影响更大;3)运动联合认知任务相较于单任务干预对工作记忆和抑制控制的改善效益更大。这意味着同时完成简单认知任务和体育锻炼付出的认知投入并不会导致认知负荷过载,相反有助于提高后续认知表现。因此,可以鼓励大学生在完成一些简单的认知任务(复习、背诵)的时候同时进行体育锻炼,实现学业进步和身体健康提升的双重收益。更多还原