常聽(tīng)人說(shuō)多運(yùn)動(dòng)能健腦，可你有沒(méi)有想過(guò)：同樣是鍛煉身體，打羽毛球和跳健身操，對(duì)大腦的鍛煉效果其實(shí)大不一樣？運(yùn)動(dòng)可以增強(qiáng)神經(jīng)可塑性、分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、提升腦部供氧，對(duì)大腦健康的益處早已被科學(xué)證實(shí)。不過(guò)運(yùn)動(dòng)也分類型：羽毛球、排球、足球這類需要隨時(shí)根據(jù)賽場(chǎng)變化調(diào)整動(dòng)作的，叫做開(kāi)放性技能運(yùn)動(dòng)；健身操、游泳、田徑等動(dòng)作套路固定、外界干擾少的，則屬于封閉性技能運(yùn)動(dòng)。

這兩類運(yùn)動(dòng)，對(duì)認(rèn)知能力、大腦執(zhí)行功能的提升效果究竟孰優(yōu)孰劣？目前學(xué)界還沒(méi)有統(tǒng)一答案。有人認(rèn)為開(kāi)放型運(yùn)動(dòng)健腦效果更強(qiáng)，也有研究證明封閉型運(yùn)動(dòng)能更好地延緩認(rèn)知衰退。值得警惕的是，癡呆相關(guān)的腦部病變，早在癥狀出現(xiàn)的二三十年之前就已悄然發(fā)生。如今認(rèn)知障礙也不再是老年人的 “專屬難題"，越來(lái)越多中青年也面臨相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

廣西師范大學(xué)體育與健康學(xué)院聯(lián)合桂林醫(yī)學(xué)院體育教學(xué)部的研究團(tuán)隊(duì)，在《Scientific Reports》發(fā)表了題為"Comparative effectiveness of open and closed skill exercises on cognitive function in young adults: a fNIRS study"的研究論文。研究采用觀察性研究與實(shí)驗(yàn)性研究相結(jié)合的設(shè)計(jì)，利用功能性近紅外光譜技術(shù)（fNIRS）和認(rèn)知心理學(xué)任務(wù)，系統(tǒng)比較了開(kāi)放性（羽毛球）與封閉性（健身操）技能運(yùn)動(dòng)對(duì)青年人認(rèn)知功能和前額葉皮層血氧水平的不同影響。結(jié)果揭示，兩類運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的促進(jìn)各有側(cè)重：開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)在抑制控制方面更具優(yōu)勢(shì)，封閉性運(yùn)動(dòng)在工作記憶方面表現(xiàn)更優(yōu)，為個(gè)性化運(yùn)動(dòng)處方的制定提供了神經(jīng)科學(xué)層面的證據(jù)。

文章信息

本研究采用觀察性研究與實(shí)驗(yàn)性研究相結(jié)合的設(shè)計(jì)策略，從橫截面和干預(yù)兩個(gè)維度考察運(yùn)動(dòng)類型對(duì)認(rèn)知功能的影響。整體研究流程如圖1所示。

圖1 觀察性研究與實(shí)驗(yàn)性研究流程圖

觀察性研究招募了97名青年人，根據(jù)其長(zhǎng)期從事的運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)分為三組：開(kāi)放性技能運(yùn)動(dòng)組32人（16男16女），從事羽毛球、排球、足球等項(xiàng)目，平均年齡21.60±1.21歲，運(yùn)動(dòng)年限8.63±2.96年；封閉性技能運(yùn)動(dòng)組35人（16男19女），從事健身操、游泳、田徑等項(xiàng)目，平均年齡20.84±0.74歲，運(yùn)動(dòng)年限7.00±2.94年；無(wú)運(yùn)動(dòng)組30人（15男15女），為過(guò)去6個(gè)月未參加規(guī)律運(yùn)動(dòng)的青年人，平均年齡24.59±2.17歲。所有參與者均完成了國(guó)際體力活動(dòng)問(wèn)卷(IPAQ)。

實(shí)驗(yàn)性研究進(jìn)一步驗(yàn)證因果關(guān)系。選取30名過(guò)去6個(gè)月無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的青年女性，隨機(jī)分為羽毛球組和健身操組各15人。急性運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案包括10分鐘準(zhǔn)備活動(dòng)、30分鐘中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)和10分鐘放松活動(dòng)，共計(jì)50分鐘。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)運(yùn)動(dòng)手環(huán)持續(xù)監(jiān)測(cè)心率，確保維持在60-70%心率(HRmax)范圍內(nèi)。

認(rèn)知功能評(píng)估采用三種任務(wù)范式：Stroop任務(wù)評(píng)估抑制控制能力（5個(gè)block，每block 12個(gè)trial）；2-back任務(wù)評(píng)估工作記憶（2個(gè)block，每block 18個(gè)trial）；More-odd shifting任務(wù)評(píng)估認(rèn)知靈活性（6個(gè)block，每block 12個(gè)trial）。

腦功能成像采用便攜式fNIRS設(shè)備，使用730nm和850nm雙波長(zhǎng)，采樣率11Hz。設(shè)備配置7個(gè)光源探頭和7個(gè)檢測(cè)探頭，按照國(guó)際10-20系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)放置于前額葉區(qū)域，形成19個(gè)測(cè)量通道（如圖2所示）。

圖2 基于國(guó)際10/20系統(tǒng)的前額葉19通道光極放置示意圖

根據(jù)這些探頭在前額葉皮層上的位置，可將其劃分為6個(gè)感興趣區(qū)域。這些探頭分別位于右側(cè)下額回上方、左側(cè)下額回上方、右側(cè)背外側(cè)前額葉皮層上方、左側(cè)背外側(cè)前額葉皮層上方、右側(cè)額極區(qū)上方以及左側(cè)額極區(qū)上方（見(jiàn)表1）。

表1 各通道對(duì)應(yīng)的感興趣區(qū)(ROI)

觀察性研究結(jié)果

擁有不同運(yùn)動(dòng)習(xí)慣的年輕人，在完成認(rèn)知任務(wù)時(shí)，大腦前額葉的血氧活躍度存在明顯區(qū)別（見(jiàn)圖 3）。在考驗(yàn)認(rèn)知抑制的 Stroop 任務(wù)里，長(zhǎng)期參與開(kāi)放型運(yùn)動(dòng)的男性，其左側(cè)背外側(cè)前額葉、左側(cè)額極區(qū)的血氧變化值（△HbO?），明顯高于封閉型運(yùn)動(dòng)組男性；而女性受試者中，兩類運(yùn)動(dòng)人群的腦區(qū)血氧水平并無(wú)顯著差別。在測(cè)評(píng)工作記憶的 2-back 任務(wù)，以及考驗(yàn)認(rèn)知靈活性的奇偶轉(zhuǎn)換任務(wù)中，規(guī)律運(yùn)動(dòng)人群的腦區(qū)血氧活躍度都低于不常運(yùn)動(dòng)的群體，且這一差異在男性身上表現(xiàn)得尤為突出。

圖3 認(rèn)知任務(wù)期間前額葉皮層各感興趣區(qū)域的△HbO2濃度變化

(A) 男性Stroop任務(wù)(B) 女性Stroop任務(wù)(C) 男性2-back任務(wù)(D) 女性2-back任務(wù)(E) 男性More-odd shifting任務(wù)(F) 女性More-odd shifting任務(wù)

實(shí)驗(yàn)性研究結(jié)果

1.Stroop任務(wù)

如圖4所示，急性運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，運(yùn)動(dòng)類型與測(cè)試時(shí)間在Channel 18（對(duì)應(yīng)背外側(cè)前額葉皮層區(qū)域）出現(xiàn)了顯著的交互效應(yīng)（F=4.485, P<0.05, η2=0.074）。羽毛球組在該通道表現(xiàn)出比健身操組更為顯著的△HbO2變化，表明開(kāi)放性技能運(yùn)動(dòng)對(duì)抑制控制相關(guān)腦區(qū)的激活效應(yīng)更強(qiáng)。

圖4 急性運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后Stroop任務(wù)中實(shí)驗(yàn)組的△HbO2變化

(A1) 羽毛球組干預(yù)前(A2) 羽毛球組干預(yù)后(B1) 健身操組干預(yù)前(B2) 健身操組干預(yù)后

2.2-back任務(wù)

如圖5所示，羽毛球組在急性運(yùn)動(dòng)后多個(gè)通道的△HbO2水平顯著降低，尤其Channel 17出現(xiàn)了顯著的運(yùn)動(dòng)類型×?xí)r間交互效應(yīng)（F=8.842, P<0.01, η2=0.136），該通道對(duì)應(yīng)額極區(qū)、背外側(cè)前額葉皮層和下額前回交界區(qū)域。羽毛球組在該通道干預(yù)后△HbO2從5.03±8.83降至-1.98±5.82（×10?2 mmol/L），而健身操組則從-2.93±7.77升至1.15±6.00（×10?2 mmol/L）。這一相反的變化趨勢(shì)表明，封閉性技能運(yùn)動(dòng)在工作記憶任務(wù)中促使前額葉調(diào)動(dòng)更多認(rèn)知資源。

圖5 急性運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后2-back任務(wù)中實(shí)驗(yàn)組的△HbO2變化

(A1) 羽毛球組干預(yù)前(A2) 羽毛球組干預(yù)后(B1) 健身操組干預(yù)前(B2) 健身操組干預(yù)后

3.More-odd shifting任務(wù)

如圖6所示，羽毛球組急性運(yùn)動(dòng)后Channel 9的△HbO2水平顯著降低（P<0.05），而健身操組各通道均未見(jiàn)顯著變化。兩組之間在所有通道上也未觀察到顯著的組間差異，說(shuō)明在認(rèn)知靈活性維度上，單次急性運(yùn)動(dòng)干預(yù)尚未產(chǎn)生兩種運(yùn)動(dòng)類型之間的顯著分化。

圖6 急性運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后More-odd shifting任務(wù)中實(shí)驗(yàn)組的△HbO2變化

(A1) 羽毛球組干預(yù)前(A2) 羽毛球組干預(yù)后(B1) 健身操組干預(yù)前(B2) 健身操組干預(yù)后

本研究通過(guò)觀察性和實(shí)驗(yàn)性相結(jié)合的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)比較了開(kāi)放性與封閉性技能運(yùn)動(dòng)對(duì)青年人認(rèn)知功能的影響，并利用fNIRS技術(shù)從前額葉血氧變化的角度提供了神經(jīng)機(jī)制層面的證據(jù)。

結(jié)果表明，兩類運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的促進(jìn)各有側(cè)重。開(kāi)放性技能運(yùn)動(dòng)（如羽毛球）在抑制控制方面表現(xiàn)出更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，這可能與此類運(yùn)動(dòng)需要運(yùn)動(dòng)者不斷監(jiān)測(cè)外部環(huán)境變化、快速做出決策和抑制不當(dāng)反應(yīng)有關(guān)。Stroop任務(wù)中Channel 18的顯著交互效應(yīng)直接反映了開(kāi)放性運(yùn)動(dòng)對(duì)背外側(cè)前額葉皮層更強(qiáng)的激活效應(yīng)。封閉性技能運(yùn)動(dòng)（如健身操）則在工作記憶方面表現(xiàn)更優(yōu)，2-back任務(wù)中Channel 17的顯著交互效應(yīng)表明健身操組在運(yùn)動(dòng)后執(zhí)行工作記憶任務(wù)時(shí)前額葉投入了更多認(rèn)知資源。封閉性運(yùn)動(dòng)需要記憶大量動(dòng)作序列，本身就是對(duì)工作記憶的反復(fù)訓(xùn)練，且有研究表明短期封閉性運(yùn)動(dòng)能增加年輕人的海馬體積，而海馬體積的增大與工作記憶能力的提升密切相關(guān)。

本研究存在一定的局限性：

1.運(yùn)動(dòng)模式的分類限于開(kāi)放性和封閉性兩種，而實(shí)際中運(yùn)動(dòng)類型的劃分標(biāo)準(zhǔn)更為多樣；

2.研究?jī)H涉及青年人群，缺乏對(duì)更廣泛年齡段的綜合評(píng)估。

未來(lái)研究應(yīng)納入更豐富的運(yùn)動(dòng)類型和訓(xùn)練方案，并在不同年齡群體中探討運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的影響，以構(gòu)建更完整的運(yùn)動(dòng)-認(rèn)知關(guān)聯(lián)圖景。

原文信息鏈接

Li Q, Zhao Y, Wang Y, et al. Comparative effectiveness of open and closed skill exercises on cognitive function in young adults: a fNIRS study[J]. Scientific Reports, 2024, 14: 21007.

作者及團(tuán)隊(duì)介紹

本研究由廣西師范大學(xué)體育與健康學(xué)院和桂林醫(yī)學(xué)院體育教學(xué)部合作完成。共同di一作者Qiurong Li來(lái)自廣西師范大學(xué)體育與健康學(xué)院，Yuanpeng Zhao來(lái)自桂林醫(yī)學(xué)院體育教學(xué)部。通訊作者Yanbai Han為廣西師范大學(xué)體育與健康學(xué)院副教授。研究獲得國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金資助（項(xiàng)目編號(hào)：21XTY018），并通過(guò)廣西師范大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

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