太極拳運(yùn)動(dòng)提高大學(xué)生認(rèn)知功能研究范文

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《中國體育科技雜志》2015年第七期

1前言

認(rèn)知功能是大學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的心理基礎(chǔ)。良好的認(rèn)知能力能夠幫助大學(xué)生更快的儲(chǔ)備新知識(shí)、掌握新技能。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，體育運(yùn)動(dòng)能夠提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的認(rèn)知功能，大學(xué)生參加體育鍛煉對(duì)提高學(xué)習(xí)能力具有積極促進(jìn)作用［24］。SchmidtRA等研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度呈倒U型關(guān)系，當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度接近乳酸閾時(shí)對(duì)認(rèn)知功能的提高具有較理想的效果。YamajiK等研究了非運(yùn)動(dòng)員人群的心率和最大吸氧量百分比關(guān)系，發(fā)現(xiàn)年齡在10～27歲的人群，當(dāng)心率達(dá)到115～135次／min時(shí)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度即可達(dá)到乳酸閾。太極拳是我國的傳統(tǒng)武術(shù)項(xiàng)目，具有很高的群眾普及率。眾多學(xué)者均已證實(shí)太極拳具有良好的健身效果，因此，在校園推廣太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)提高學(xué)生體質(zhì)具有積極作用。周之華等對(duì)太極拳運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)全套太極拳運(yùn)動(dòng)的平均心率為121次／min，屬于提高認(rèn)知功能的最佳心率范圍。因此，太極拳運(yùn)動(dòng)不僅具有健身養(yǎng)生效果，而且對(duì)大學(xué)生認(rèn)知功能也應(yīng)具有促進(jìn)作用。但目前此推論尚未得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。事件相關(guān)電位P300是反映認(rèn)知功能的基本神經(jīng)生物學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)，是被靶刺激誘發(fā)的正向波，出現(xiàn)時(shí)間大約為靶刺激出現(xiàn)后300ms。P300是一種與注意、記憶和認(rèn)知等相關(guān)的內(nèi)源性成分，因其不受刺激物理特性的影響，所得波形亦具有良好的穩(wěn)定性，已經(jīng)成為近年來研究認(rèn)知神經(jīng)功能領(lǐng)域的熱點(diǎn)，其潛伏期、峰值和反應(yīng)時(shí)可從不同方面反映認(rèn)知能力。P300潛伏期是從刺激開始到波峰最高點(diǎn)之間的時(shí)間間隔（ms），反映認(rèn)知速度；P300峰值是指基線到波峰之間的電位差（μV），反映注意力分配；P300反應(yīng)時(shí)是指從刺激開始至動(dòng)作結(jié)束的總時(shí)間（ms），意味著人體動(dòng)員機(jī)體的速度，反映信息處理過程的激活速度［26］。通常認(rèn)為，潛伏期和反應(yīng)時(shí)縮短，峰值升高，認(rèn)知能力增強(qiáng)。本研究旨在利用事件相關(guān)電位P300，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生認(rèn)知功能的影響，進(jìn)一步探討更為理想的運(yùn)動(dòng)頻率。

2實(shí)驗(yàn)對(duì)象與方法

2．1實(shí)驗(yàn)對(duì)象1．實(shí)驗(yàn)一：選取山東師范大學(xué)體育學(xué)院長期從事太極拳運(yùn)動(dòng)（＞1年）的男生17人作為實(shí)驗(yàn)組，久坐同性別學(xué)生30人作為對(duì)照組，研究太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生認(rèn)知功能的影響（表1）。2．實(shí)驗(yàn)二：在山東師范大學(xué)非體育專業(yè)招募志愿者。要求所有志愿者填寫身體活動(dòng)指數(shù)量表和PAR＆Q問卷。從中選取身體活動(dòng)指數(shù)≤2，且PAR＆Q問卷中全部選擇“不是”的志愿者，向其介紹本實(shí)驗(yàn)的研究目的和注意事項(xiàng)。在征得對(duì)方同意的情況下，最終選取30名女大學(xué)生參加本實(shí)驗(yàn)。將入選志愿者平均分為2個(gè)實(shí)驗(yàn)組和1個(gè)對(duì)照組：實(shí)驗(yàn)1組每周運(yùn)動(dòng)3次（周一、周三、周五）；實(shí)驗(yàn)2組每周運(yùn)動(dòng)5次（周一～周五）；對(duì)照組不參加太極拳運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)周期為6周，期間實(shí)驗(yàn)組只允許參加預(yù)定的太極拳運(yùn)動(dòng)，而對(duì)照組則不允許參加任何系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。此實(shí)驗(yàn)?zāi)康模翘剿魈珮O拳運(yùn)動(dòng)的有效頻率（表2）。

2．2實(shí)驗(yàn)方法

2．2．1運(yùn)動(dòng)方案1．實(shí)驗(yàn)一：運(yùn)動(dòng)時(shí)間通常為早晨6：00～7：30，幾乎每天運(yùn)動(dòng)。2．實(shí)驗(yàn)二：1組和2組志愿者需參加6周太極拳運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為練習(xí)日上午6：30～7：15。

2．2．2測試方法P300測試采用上海海神醫(yī)療電子儀器廠生產(chǎn)的NDI－200神經(jīng)電檢診儀。測試電極為Ag／AgCl盤狀電極，測試前需確保電極抗阻在5KΩ以下，具體措施為用酒精棉球?qū)﹄姌O和安放電極的部位脫脂，并涂抹導(dǎo)電膏。按國際腦電學(xué)會(huì)10／20系統(tǒng)，將記錄電極置于Pz點(diǎn)，參考電極置于A2點(diǎn)，接地電極置于FPz點(diǎn)。刺激模式為Oddball視覺刺激，靶刺激為黑白相間的豎條紋（25×275mm），出現(xiàn)幾率為20％；非靶刺激為黑白相間的方格（25×25mm），出現(xiàn)幾率為80％。測試過程中，受試者需注視顯示器中間的凝視點(diǎn)，并集中注意力。當(dāng)出現(xiàn)靶刺激時(shí)，要求受試者用優(yōu)勢腳盡可能快地踩踏腳踏板；而當(dāng)非靶刺激出現(xiàn)時(shí)，則不需要做此反應(yīng)；靶刺激疊加30次。測試過程在山東師范大學(xué)體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。測試環(huán)境為安靜的暗室。室內(nèi)不允許攜帶手機(jī)等能夠刺激志愿者感官的電子產(chǎn)品，以避免非正常靶刺激對(duì)測試結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)二測試時(shí)間：分別于運(yùn)動(dòng)前、第2周、第4周和第6周測量短期組志愿者的P300，并于實(shí)驗(yàn)結(jié)束2周后測量1組和2組P300。所有測試過程均在志愿者安靜狀態(tài)下完成。

2．2．3統(tǒng)計(jì)方法所有數(shù)據(jù)經(jīng)核實(shí)無誤后，用SPSS15．0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果均以X±S表示，顯著性差異標(biāo)準(zhǔn)為P＜0．05，極顯著性標(biāo)準(zhǔn)為P＜0．01。實(shí)驗(yàn)一：通過獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組P300的差異，研究太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的影響。實(shí)驗(yàn)二：以運(yùn)動(dòng)時(shí)間為組內(nèi)因素，運(yùn)動(dòng)頻率為組間因素，采用重復(fù)測量方差分析，分析不同運(yùn)動(dòng)頻率對(duì)P300的影響；采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組第6周和實(shí)驗(yàn)結(jié)束2周后P300的差異，分析太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的持續(xù)影響。由于1組有2人退出，對(duì)照組有3人退出，最終被統(tǒng)計(jì)的人數(shù)為1組8人、2組10人、對(duì)照組7人。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3．1實(shí)驗(yàn)一與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組P300的潛伏期和反應(yīng)時(shí)均有顯著縮短（表3，P＜0．05，P＜0．01）。說明長期太極拳運(yùn)動(dòng)能夠使人對(duì)靶刺激做出更快的感知，并能夠積極調(diào)動(dòng)骨骼肌做出反應(yīng)。提示，太極拳運(yùn)動(dòng)能夠提高認(rèn)知能力。

3．2實(shí)驗(yàn)二1組志愿者P300潛伏期、峰值和反應(yīng)時(shí)均未出現(xiàn)顯著性變化（表4，P＞0．05），說明6周內(nèi)，每周運(yùn)動(dòng)3次不能提高認(rèn)知功能。2組志愿者P300峰值從第4周開始出現(xiàn)顯著性升高（表4，P＜0．05），且這種升高趨勢一直持續(xù)到第6周，說明每周5次太極拳運(yùn)動(dòng)、持續(xù)4周可提高認(rèn)知功能。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束2周后P300峰值并未出現(xiàn)顯著性回落（表4，P＞0．05），說明太極拳運(yùn)動(dòng)引起的認(rèn)知功能提高具有持續(xù)性，且至少能夠維持2周。因此，6周運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，每周5次運(yùn)動(dòng)效果比每周3次運(yùn)動(dòng)效果顯著。但2周內(nèi)，1組和2組P300均未出現(xiàn)顯著性變化（表4，P＞0．05），說明太極拳運(yùn)動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知功能提高需有一定的時(shí)間積累，一次性太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能無影響。

4討論

越來越多的證據(jù)表明，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能夠提高認(rèn)知功能。BarakO等發(fā)現(xiàn)，中強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)能使P300峰值增大，而小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)和大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)均無此影響。KamijoK等研究發(fā)現(xiàn)中強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)使P300峰值增大，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)使P300峰值減小，小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)P300無影響。總之，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能具有促進(jìn)作用，小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)和大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的影響仍需進(jìn)一步探討。太極拳屬典型的中強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，本研究證實(shí)其對(duì)認(rèn)知功能提高具有明顯的促進(jìn)作用。PolichJ等［20］發(fā)現(xiàn)，長期有氧運(yùn)動(dòng)能夠提高P300峰值；IwadateM等［14］發(fā)現(xiàn)，長時(shí)間足球運(yùn)動(dòng)能使P300潛伏期縮短，峰值升高。以上學(xué)者均證實(shí)長期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能夠提高認(rèn)知功能。本研究證實(shí)，長期太極拳運(yùn)動(dòng)（＞1年）能夠顯著縮短P300潛伏期和反應(yīng)時(shí)，說明太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能具有促進(jìn)作用。YagiY等［26］研究了一次性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)P300的影響，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后即刻P300潛伏期和反應(yīng)時(shí)明顯縮短；NakamuraY等的研究發(fā)現(xiàn)，30min的跳躍可使P300峰值增高；ArcelinR等發(fā)現(xiàn)，10min功率自行車運(yùn)動(dòng)（60％最大吸氧量）使反應(yīng)時(shí)縮短。以上學(xué)者又證實(shí)，一次性運(yùn)動(dòng)也能夠提高認(rèn)知功能。但本研究顯示，一次性太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能沒有影響。出現(xiàn)這種差異的原因可能與運(yùn)動(dòng)干預(yù)方式的不同有關(guān)。當(dāng)太極拳運(yùn)動(dòng)時(shí)間超過4周（5次／周）時(shí)，P300峰值出現(xiàn)顯著提高，說明只有達(dá)到足夠的時(shí)間累計(jì)，太極拳運(yùn)動(dòng)才能提高認(rèn)知功能，并且，這種正向促進(jìn)作用具有可持續(xù)性。

每周運(yùn)動(dòng)3次，沒有引起P300各指標(biāo)的改變，說明每周運(yùn)動(dòng)5次的效果比每周運(yùn)動(dòng)3次的效果顯著。值得注意的是，雖然短期（4周）和長期（＞1年）太極拳運(yùn)動(dòng)均能提高認(rèn)知功能，但二者原因卻不相同：短期運(yùn)動(dòng)使P300峰值升高；而長期運(yùn)動(dòng)使P300潛伏期和反應(yīng)時(shí)縮短。這是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以影響多巴胺和去甲腎上腺素等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放［18］，而此類神經(jīng)遞質(zhì)可直接影響P300峰值［13］。太極拳運(yùn)動(dòng)有別于其他運(yùn)動(dòng)，練習(xí)過程中講究“靜”，一次性練習(xí)不足以使中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的興奮。但隨著練習(xí)時(shí)間的積累（≥4周），中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性得到提高，誘導(dǎo)神經(jīng)元釋放足夠的神經(jīng)遞質(zhì)，從而引起P300峰值改變。并且，這種改變至少可維持2周。海馬是與認(rèn)知功能密切相關(guān)的腦組織，大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可提高海馬神經(jīng)元的突觸可塑性［11，23］，從而提高認(rèn)知功能。而神經(jīng)元突觸聯(lián)系的加強(qiáng)則需要一定的時(shí)間積累才能完成。因此，推測長期太極拳運(yùn)動(dòng)（＞1年）促進(jìn)認(rèn)知功能增強(qiáng)的原因，可能與練習(xí)者海馬神經(jīng)元突觸聯(lián)系增強(qiáng)有關(guān)。另外，太極拳練習(xí)過程中，練習(xí)者平均心率可提高到121次／min。心率的提高必然增加腦部血流量，同時(shí)增加腦部葡萄糖和氧氣供給［1］，為腦部神經(jīng)元做快速動(dòng)員提供能量基礎(chǔ)。而SakaiY等已證實(shí)，P300潛伏期和腦血流量成反比關(guān)系。這意味著人腦在處理突發(fā)刺激時(shí)，將縮短分析時(shí)間，并以更快的速度動(dòng)員骨骼肌做出反應(yīng)，使人體處于更加有利的狀態(tài)。電生理上則表現(xiàn)為P300潛伏期和反應(yīng)時(shí)縮短。但有關(guān)P300的產(chǎn)生機(jī)制目前尚無定論，運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知影響的機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

5結(jié)論

綜上所述，長期太極拳運(yùn)動(dòng)（＞1年）能夠提高大學(xué)生的認(rèn)知功能；6周運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，每周運(yùn)動(dòng)5次比每周運(yùn)動(dòng)3次效果顯著；持續(xù)4周（每周5次）太極拳運(yùn)動(dòng)可提高認(rèn)知功能，且此正面影響具有持續(xù)性；一次性太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能無影響。

作者：藍(lán)永生 趙敬國 蔣艷杰 單位：長春師范大學(xué) 體育學(xué)院 山東師范大學(xué) 體育學(xué)院