足球鍛煉及停練對10～11 歲兒童執行功能的影響

戴 朝

執行功能是人體一種高級的認知過程，包括抑制、刷新和轉化3 個子功能［1］。研究認為人體執行功能發展不良會導致認知、情緒和社會功能的異常［2］。解超等［3］Meta 分析認為定期的體育活動能改善學齡兒童的執行功能，表現為思考能力、注意力以及對未知情況的快速反應能力的提升。兒童執行功能最早出現在出生后第一年末，2～5 歲是快速發展時期，12 歲執行功能接近或達到成人水平。執行功能是衡量個體認知功能的重要指標，對心智發展和人格特征完善有重要意義。

目前體育鍛煉對學齡兒童執行功能的研究，多為單次運動或短期干預。有學者研究短時間（20～50 min）運動對6 年級學齡兒童執行功能的影響，發現執行功能的抑制子功能和學習記憶功能得到顯著改善［4］。陳愛國等［5］對4 年級學齡兒童進行單次不同時間（8 min，15 min和30 min）中等強度的籃球干預，顯示執行功能不同程度提高，隨著干預時間的增加效果越明顯。另外，有學者進行較長時間的干預，江大雷等［6］認為8 周中等強度的足球鍛煉提高了5～6 歲兒童執行功能的抑制子功能。Davis等［7］對7～11 歲肥胖學齡兒童進行10～15 周干預（20 min 和40 min 運動組），發現只有40 min 運動組執行功能顯著優于對照組。殷恒嬋等［8］對326 名小學生實施20 周不同方式的干預（武術＋跳繩＋8字跑，花樣跑步），兩種方案在改善執行功能子功能效果上各有所長，隨著干預時間的增加，效果越顯著。在國家大力發展足球項目的背景下，提倡學齡兒童進行足球鍛煉促進體質健康，需要體育科研工作者提供相應理論支持。有學者指出學齡兒童進行足球鍛煉后執行功能發生了變化［6，9］，研究認為一種系統的形成和消失均需要一定的時間［10］。因此可推測足球停練后對練習者執行功能有益效果的維持有一定的時限，而目前停止足球鍛煉對學齡兒童執行功能影響相關研究較少。

綜上，目前缺少長期的體育鍛煉對學齡兒童執行功能影響的研究，停止鍛煉后學齡兒童執行功能有何變化尚無定論。鑒于此，本研究基于四川省奧林匹克后備人才計劃，募集了剛進行足球鍛煉的學齡兒童和一般學齡兒童為研究對象，探討有規律足球鍛煉及停練對學齡兒童執行功能的影響，將豐富體育健身及增強兒童體質的理論。

1 對象和方法

1.1 對象

本研究募集了四川省奧林匹克學校足球培訓中心進行24 周足球鍛煉的學齡兒童為實驗組（2017年9 月）。從成都市某小學抽取年齡、身高和體重與之相匹配的一般學齡兒童為對照組。在整個實驗過程中，實驗人員每隔2 周對受試者家長進行電話、微信或面談形式的回訪，了解受試者生活狀態，并詳細記錄他／她們是否增加其他方式的運動，如額外增加長期、有規律鍛煉的受試者將被剔除。最終包括46 例實驗組（男／女童：22／24，已剔除了在實驗過程中脫落或不符合的15 例樣本，其中干預期12 例，停練期3 例，人員流失率24.6%）和對照組43 例（男／女童：22／21，已剔除19 例樣本，其中干預期15 例，停練期4 例，人員流失率30.6%），完成整個干預過程的受試者基本信息見表1。本次研究所有測試均取得受試者本人和家長的同意，并簽訂了知情同意書。

表1 受試者基本信息（±s）Table 1 Basic information of the subjects（±s）

表1 受試者基本信息（±s）Table 1 Basic information of the subjects（±s）

1.2 方法

1.2.1 足球干預

對實驗組進行為期24 周的足球干預，每周5次，每次2 h（上、下午各1 h），訓練強度參考陳愛國等［11］研究，認為中等運動強度能影響學齡兒童執行功能，心率控制在（220-年齡）x（60%～69%）之間。足球干預過程包括足球技術、戰術演練和模擬比賽等。（足球技術：1～24 周，以腳部和下肢為主的顛控球練習，以腳背內、外、正側為主的運球練習，原地或慢速運動的腳部、大腿和胸部接球練習，以腳背內、外、正側，腳內側為主的傳球和射門練習；戰術演練：16～22 周，限定區域和防守目標的相等人數攻守練習，不同得分方式與不同球門數量的小場地分隊比賽；模擬比賽：22～24 周，模擬足球比賽進行隨機分組）。

所有受試者配戴Hb02 智能手環，通過藍牙與電腦連接，由實驗人員監控其心率變化，當某位受試者心率超出或低于監控范圍（125～145 次／min），對該名受試者訓練強度進行降低或增加的調整，以確保為中等運動強度。在24 周足球干預后，我們對所有受試者進行跟蹤研究，實驗組停止足球鍛煉8周。實驗組和對照組在整個32 周內保持原先生活、學習狀態不變化，期間不再進行其他定期有規律的體育鍛煉。

1.2.2 執行功能測試

本研究執行功能測試共進行4 次，時間安排在0 周、24 周、28 周（停練4 周）和32 周（停練8 周）。包括抑制、刷新和轉化3 種，分別采用Flanker［12］任務、Smith［13］的2-back 實驗和Salthouse［14］實驗。參考陳愛國等［9］研究方法所有受試者在相同計算機房依次完成3 個測試，每個測試之間進行對應測試任務練習，當練習正確率≥80%則進入正式測試（3 個測試平均準確率分別為83.5%、86.2%和87.3%），完成一個任務受試者休息約10 s。①抑制功能：要求受試者注視電腦屏幕，在開始500 ms 后出現一串字母，時間為1000 ms、間隔為2 s，出現一致條件“FFFFF和LLLLL”，不一致條件“LLFLL 和FFLFF”。受試者盡快發現每串字母的中間字母，如F或L則按鍵盤上F或L。測試分兩部分（48 次判斷為一部分）。成績為不一致條件下的平均反應時與一致條件下的反應時差，反應時差越小表示抑制能力越好；②刷新功能：出現5 個字母（“B、D、L、Y、P”），每個字母顯示時間2 s，間隔3 s，當出現的字母與前面出現的倒數第2 個字母相同，按鍵F，否則按鍵L。測試分兩部分（25 次判斷為一部分），測試平均反應時越短表示刷新能力越好；③轉換功能：電腦屏幕出現一串數字（數字為1～9，時間2 000 ms，間隔3 s）但不包括5，要求受試者完成大?。▽Τ尸F黑色數字與5 大小的判斷）、奇偶（對呈現綠色數字奇偶數的判斷）和大?。媾嫁D換（對呈現黑色或綠色數字分辨大?。媾嫁D換的判斷）測試。受試者完成大?。媾嫁D換測試時間，減去分別進行大小和奇偶測試時間的平均值，為轉換功能的反應時差，反應時差越小表示轉換能力越好。

1.2.3 數據分析

采用SPSS 18.0 對兩組受試者測試結果進行“平均值±標準差”處理，其中足球干預以0 周為基線，停練分析以24 周為基線。首先使用Shapiro-Wilk檢測數據是否符合正態分布，如數據不符合正態分布，根據變量的分布形狀確定相應的轉換公式（中度偏態選取平方根轉換，高等偏態選取對數轉換）并觀察變量為轉換成功。采用組別（2）×時間（4）的混合實驗設計方差分析，如組別和時間存在交互作用，則比較組別及時間因素的單獨效應，單因素重復測量方差分析進行組內比較，獨立樣本t檢驗分析組間相同時間差異。如無交互作用，僅考慮組別和時間的主效應，并用Bonferroni 對結果進行事后多重比較。顯著水平α ＝0.05。

2 結果

首先，Shapiro-Wilk檢測數據顯示符合正態分布。組別（2）×時間（4）的混合實驗設計方差分析，組別、時間以及組別×時間的交互作用見表2，顯示執行功能3 個子功能組別×時間均存在交互作用（抑制功能的組別×時間：F（7，348）＝16.820，P ＜0.001；刷新功能的組別×時間：F（7，348）＝13.227，P＜0.001；轉 換 功 能 的 組 別×時 間：F（7，348）＝21.092，P ＜0.001）。對實驗組和對照組4 次測試結果見表3 和圖1。

干預階段，組間比較顯示，0 周時實驗組和對照組基線數據比較差異無統計學意義（抑制功能：t ＝0.226，P ＝0.827；刷新功能：t ＝0.119，P ＝0.903；轉換功能：t ＝-0.650，P ＝0.513），說明在0 周兩組執行功能的3 個子功能同質。24 周時實驗組的抑制和轉換功能反應時差分別小于對照組39.0%和32.7%，且有統計學意義（P ＜0.01），刷新功能測試反應時小于對照組9.2%，且有統計學意義（P ＜0.05），說明實驗組抑制、刷新和轉換功能均優于對照組。24 周與0 周比較顯示，實驗組的抑制和轉換功能反應時差分別減小41.8%和39.2%，且有統計學意義（P ＜0.001）。刷新功能反應時減小10.0%，且有統計學意義（P ＜0.05），說明實驗組抑制、刷新和轉換功能得到改善。而對照組執行功能3 個子功能變化無統計學意義（P ＞0.05）。

停練階段，組間比較顯示，實驗組在停練4 周（28 周）時抑制功能反應時差小于對照組26.9%，且有統計學意義（t ＝7.116，P ＜0.001），轉換功能反應時差小于對照組14.5%，且有統計學意義（t ＝-3.665，P ＝0.022）。實驗組在停練8 周（32 周），其抑制和轉換功能反應時差分別小于對照組14.1%和17.9%，且有統計學意義（t ＝3.227，P ＝0.030；t ＝3.881，P ＝0.018），說明在停練4 周（28周）和停練8 周時，實驗組抑制和轉換功能仍優于對照組；組內比較顯示，停練4 周（28 周）與24 周（停練基線）比較顯示實驗組的執行功能各子功能雖有變化，但無統計學意義（P ＞0.05）。停練8 周（32 周）與24 周比較，實驗組的抑制功能反應時差增加36.1%，且有統計學意義（P ＜0.001），停練8周與停練4 周比較，實驗組的抑制功能反應時差增加14.3%，且有統計學意義（P ＜0.05），說明隨著停練時間增加，實驗組抑制功能出現衰退。

表2 主體效應及交互作用檢驗Table 2 Subject effect and interaction test

表3 受試者不同時間執行功能測試比較（±s）Table 3 Comparison of subject＇s performing functional tests at different times（±s）

表3 受試者不同時間執行功能測試比較（±s）Table 3 Comparison of subject＇s performing functional tests at different times（±s）

注：組間比較★為P ＜0.05，★★為P ＜0.01；24周與0周組內比較▲為P ＜0.05，▲▲為P ＜0.01；停練8周（32周）與24周組內比較△△為P ＜0.01；停練8周（32周）與停練4周（28周）組內比較◆為P ＜0.05。

圖1 各組別不同時期執行功能比較Figure 1 Comparisons of executive functions in different groups at different times

3 討論

3.1 足球鍛煉對學齡兒童執行功能影響

本研究對10～11 歲學齡兒童進行24 周足球干預，我們發現：干預結束后，執行功能3 個子功能均顯著改善。個別研究證實了足球鍛煉對學齡兒童執行功能的有益影響，如江大雷等［6］分析8 周（2次／周，35 min／次）足球游戲對5～6 歲學齡兒童執行功能的影響，發現足球游戲促進了學齡前兒童執行功能的發展，對抑制功能改善最顯著。本研究與上述結果有分歧，認為可能與受試者年齡段以及干預時間不同有關。陳愛國等［9］對9～10 歲留守學齡兒童進行8 周足球鍛煉，發現對執行功能的抑制、刷新和轉換3 個子功能均改善顯著。本研究對象年齡和足球干預時間雖不同，但研究結果與陳愛國等［9］的一致，說明長期足球鍛煉對學齡兒童執行功能有積極影響。

以“神經生理”和“神經預活化”機制解釋長期運動對人體執行功能的有益影響得出：神經生理機制認為長期運動會引起人體大腦結構性改變。這一結論在動物實驗中已被證實，表現為長時間運動會引起大腦學習和記憶相關腦區發生變化，促進腦內生長因子調節，引起神經發育［15］。以老年人為研究對象也得出類似結論，長期運動會顯著提高老年人左、右前額葉皮層功能的連接，延緩因增齡引起的前額葉區域的白質和灰質的體積減少［16］，如Diamond等［17］認為學齡兒童長期運動，其執行功能是通過“運動——認知”相互關聯的大腦神經機制來影響的。

而神經預活化機制體現在運動本身以及運動環境對認知的要求。當人們面臨大難度運動挑戰時，由于運動技能的不熟悉、易變化和難度等因素，受試者必須集中注意力，促使小腦和前額葉區域活性提高［17］。本研究采取足球鍛煉，干預動作復雜且對受試者協調性要求高，學齡兒童在參與過程預先激活了與認知相關的神經網絡，長期練習會提高執行功能的測試表現；而運動環境對認知要求主要表現在人們對動作學習、團隊合作等方面，陳愛國等［9］認為足球是一項集速度、力量、靈敏、智慧、集體性和對抗性為一體的運動，學齡兒童在練習過程中依靠抑制功能克服外界干擾，對足球場上瞬息萬變的局勢的把握，刷新功能對信息進行更新和儲存，而不同的動作之間變換依賴轉換功能。本研究認為，學齡兒童在進行足球鍛煉時，配搭、合作和預判等行為完成訓練目標，這種非計劃、隨機性的運動情景增加了兒童運用技能、完成動作的難度，促使兒童更加努力思考和處理信息，調動了執行功能相關的神經回路。

3.2 足球停練對學齡兒童執行功能影響

當前研究缺乏停止運動后執行功能如何變化。本研究分析停止足球鍛煉對學齡兒童執行功能的影響，發現：實驗組在停練4 周時抑制功能發現：實驗組在停練4 周和8 周抑制和轉換功能反應時差均顯著小于對照組（P ＜0.05）；組內比較顯示，24 周（停練基線）比較停練4 周，實驗組執行功能各子功能無顯著變化（P ＞0.05）；停練4 周比較，實驗組在停練8 周抑制功能反應時差顯著增加14.3%（P ＜0.05）。分析可能的機制，本研究發現學齡兒童在進行足球鍛煉時，不同動作間需要不斷判斷外界環境，執行功能中抑制子功能在其中扮演重要“角色”。而在停練階段，受試者在足球鍛煉時出現的“外界環境的干擾”消失，因而表現為相應的抑制功能退化較顯著。另外在停練4 周，實驗組執行功能3 個子功能無顯著變化，而隨著停練時間增加至8周抑制功能衰減明顯?，F有研究認為兒童時期其認知功能各方面處于發展巔峰，幾乎不會出現衰退現象［18］，這與本研究結論不一致。我們分析可能與受試者個體差異有關，需后續擴大樣本進一步論證。值得注意的是，實驗組在停練后執行功能抑制和轉換子功能仍然優于對照組，說明運動給學齡兒童執行功能帶來的有益影響在停練后仍能持續。

本研究驗證了部分假設，足球停練后學齡兒童抑制功能消退顯著。但研究存在局限性，未比較不同的運動方式、強度、頻率及停練對結果造成的差異，從運動與腦成像方面探討鍛煉、停練對不同年齡段的學齡兒童執行功能影響的機制，將是后續研究方向。

4 結論

24 周足球鍛煉能不同程度改善10～11 歲兒童的執行（抑制、轉換和刷新）功能。足球停練4 周時，對10～11 歲兒童執行功能的有益影響仍能維持，而停練8 周時抑制功能出現衰退，但仍然具有保護效益。本研究為足球鍛煉提升兒童執行功能提供了證據。