運動結合認知訓練對健康兒童執行功能影響的系統綜述

王俊宇 楊 永 郭學軍 葛嘉川 謝 婷 莊 潔

執行功能(EFs)是一種高級認知活動,它在進行復雜認知任務時起到控制和調整其他認知過程的關鍵作用[1],主要由工作記憶、抑制控制和認知靈活性三個子功能組成。兒童時期的EFs可以預測未來的身體和心理健康[2]。EFs良好的兒童往往在未來會有更好的成就、健康、財富和生活質量[3]。EFs缺陷的兒童容易發生注意力缺陷多動障礙(ADHD)和攻擊行為等多種行為問題[4,5]。運動被認為是一種最經濟且高效的提高兒童EFs的方式[6, 7],但并非所有類型的運動都能在同等程度上對EFs產生積極效果。除運動周期、頻率外[8],運動類型也是決定EFs干預效果的一個核心因素[9, 10]。最近有研究發現,相較于有氧運動(AE)等傳統的運動類型,運動結合認知訓練(ECT)能更顯著提高兒童的EFs[11]。ECT是在運動訓練中結合認知任務的一種綜合訓練方式,例如,在某一運動行為中融入記憶、注意力、決策等認知任務[12]。然而,目前關于ECT對EFs影響的研究結論并不一致。有研究顯示,與單純認知訓練[13]和AE[14]比較,ECT能提高認知靈活性;但也有研究[15]顯示,ECT與AE比較并不能改善EFs。而現有的系統綜述僅將認知參與視為一個亞組[12, 16]。另外,國內更多關注ECT對老年人或認知障礙患者的影響[17-19],鮮少聚焦兒童。

本研究通過系統檢索國內外關于ECT對兒童EFs影響的干預研究,評價其干預效果,為推動兒童EFs的科學干預提供參考。

1 方法

1.1 文獻納入標準 ①研究對象為健康兒童;②試驗組干預措施為ECT,干預方案包含運動組件和至少1個明確的認知任務組件,例如,教給兒童一組動作序列,如跳躍、轉身、搖擺手臂等,然后通過指令引導他們在思考后完成對應動作;③對照組干預措施為除認知參與外的任何運動方式或傳統體育課(PE);④運動干預持續時間≥6周;⑤結局指標至少包括1項EFs的相關評估,常用的工作記憶評估方法包括:數字跨度任務[1]、N-back任務[20]、反向顏色回憶任務[1]等,抑制控制評估方法包括:Go/no go測試[21]、斯特魯普范式[22]、側翼任務[23]、停止信號任務[24]等,認知靈活性評估方法包括:切換任務[25]、Trail making 測試[26]、斯特魯普范式的混合模塊測試[22]、Mental rotation任務[27]等;⑥研究類型為 RCT或NRCT;⑦文獻語言為中、英文。

1.2 文獻排除標準 ①未明確描述具體運動形式、訓練的持續時間、運動強度等;②會議論文。

1.3 檢索策略 采用主題詞和自由詞相結合的方式,在PubMed、Web of Science、Cochrane、Embase、Google Scholar和中國知網檢索,檢索期限為各數據庫建庫至2023年10月17日。不同數據庫檢索式及檢索截屏見本文附件1(http://www.cjebp.net/CN/10.3969/j.issn.1673-5501.2023.05.011)。

1.4 文獻篩選和數據提取 由郭學軍和葛嘉川分別獨立進行文獻篩選和數據抽取,若有分歧,與楊永討論后決定。

閱讀文獻標題與摘要進行初篩,閱讀全文二篩,并回溯相關的參考文獻。

數據提取:①文獻作者、國家、發表年份,研究類型,研究場所;②研究對象樣本量、分組、年齡;③試驗組和對照組的干預措施,包括運動方式、干預周期、運動頻率、單次運動時間、運動總時間(單次運動時間×運動頻率×干預周期);④EFs結局指標,工作記憶、抑制控制和認知靈活性的測試方法,提取或計算每項結局指標干預前后的變化比[(后測-前測)/前測×100%]。

1.5 文獻偏倚風險評估 采用2010版物理治療證據數據庫(PEDro)量表[28]進行文獻偏倚風險評估, 共包含11項,第1項不計分,其余10項每項1分。0～3分較差;～5分一般;～8分良好;～10分高。由王俊宇、葛嘉川獨立評估,如產生分歧,與楊永討論后決定。

1.6 數據整合 基于納入本文中的各文獻在ECT的具體訓練方法、運動頻率、運動時間和干預周期等方面存在很大的異質性,故僅以系統綜述的方式呈現研究數據,而不采用Meta分析進行數據合并。

數據的整合方法:干預前后的變化比在組間比較,P<0.05為差異有統計學意義;通過差異有統計學意義結果在所有納入文獻中的占比來評估該指標的整體效應大小[29],即>2/3研究結果與預期方向一致時,認為此干預策略有顯著性效果,且效果的一致性較高[30]。

2 結果

2.1 文獻檢索情況 圖1顯示,檢索到中、英文文獻1 977篇,去除重復文獻243篇;初篩排除1 666篇,二篩排除60篇;通過回溯納入文獻中的參考文獻1篇[31];最終納入9篇英文文獻[13-15, 31-36]。

圖1 文獻篩選流程圖

2.2 納入文獻的一般特征 表1顯示,納入的9篇文獻中RCT 7篇,NRCT 2篇,發表于2015至2022年,來自澳大利亞、荷蘭、意大利各2篇,巴西、挪威和瑞士各1篇。研究對象均為學齡期兒童,樣本量60～856例。研究場所為學校7篇,體育中心和課后托管中心各1篇。

ECT干預措施:2篇[14,36]為戰術策略相關體育游戲,余7篇均為根據信號和變化規則完成動作。4篇[13-15,33]設AE對照組,8篇[14,15,31-36]設PE對照組。干預周期為6～40周,干預頻率為每周1～10次,單次運動時間為10～150 min,運動總時間為540～13 000 min。結局指標:表2顯示,各有8篇描述了工作記憶[13-15, 31, 33-36]、抑制控制指標[13-15, 31, 32, 34-36],5篇描述了認知靈活性指標[13, 14, 32, 34, 36]。

2.3 文獻質量 表3顯示,9篇文獻的PEDro量表評分為5～7分。7篇實施隨機分配[13-15, 31, 33, 35, 36];3篇實施分配隱藏[15, 31, 36],均為中心分配;1篇不滿足基線均衡[32], ECT組和對照組的年齡和抑制控制指標的基線值組間差異有統計學意義(抑制控制指標對照組優于ECT組);均未對受試者和干預人員施盲,6篇對評估者施盲[13, 14, 32, 33, 35, 36];2篇受試者退出率>15%,分別為32.6%[33]和23.1%[36];3篇文獻行意向性分析[15, 32, 34];9篇均行組間統計分析,且有點估計/變異性測量結果。

表3 納入文獻PEDro量表評分

2.4 干預效果

2.4.1 工作記憶 8篇[13-15, 31, 33-36]描述了工作記憶指標,檢測方法為數字跨度測試3篇,空間跨度任務、反向顏色回憶任務、N-back任務、隨機數字生成任務、螞蟻先生測試各1篇。ECT組干預后工作記憶指標均較干預前改善(1.9%～33.9%)。4篇設AE對照組,工作記憶改善程度ECT組與AE組比較,1篇[13]較好(32.3%vs15.8%,P=0.001),1篇較差[33](3.5%vs10.4%,P<0.05),2篇[14,15]差異無統計學意義,組間有效性25%(1/4)。7篇設PE對照組,工作記憶改善程度ECT組與PE組比較,5篇較好[14,15, 31, 34-36](P為0.018至<0.05),2篇較差[33, 35](P分別為<0.05和0.018),組間有效性71.4%(5/7)。

2.4.2 抑制控制 8篇描述了抑制控制指標[13-15, 31, 32, 34-36],檢測方法為斯特魯普范式、側翼任務、Go/no go 測試各2篇,停止信號任務、隨機數字生成任務各1篇。ECT組干預后的抑制控制功能除1篇[36]外,均較干預前改善(2.9%～15.1%)。3篇設AE對照組[13-15],抑制控制改善程度ECT組與AE組差異均無統計學意義,組間有效性為0。7篇設PE對照組,抑制控制改善程度ECT組與PE組比較,3篇[31, 32, 35]較好(P為0.004～0.04),4篇[14,15, 34, 36]差異無統計學意義,組間有效性42.8%(3/7)。

2.4.3 認知靈活性 5篇描述了認知靈活性[13, 14, 32, 34, 36],采用側翼任務混合模塊測試2篇,心理旋轉任務、連線測試、威斯康星卡片分類測驗各1篇。ECT組干預后的認知靈活性除1篇[32]外,均較干預前改善(2.5%～20.3%)。2篇[13, 14]設AE對照組,認知靈活性改善程度ECT組均好于AE組(P分別為0.011和<0.05),組間有效性100%(2/2)。4篇設PE對照組,認知靈活性改善程度ECT組與PE組比較,3篇[14, 34,36]較好(P為<0.001至<0.05),1篇[32]差異無統計學意義,組間有效性75%(3/4)。

3 討論

本研究共納入9篇ECT對兒童EFs影響的干預研究,其中7篇RCT、2篇NRCT,根據PEDro量表行文獻偏倚風險評估,3篇[34-36]文獻質量一般,6篇[15-17,33,37,38]文獻質量良好。

數據整合結果顯示,經ECT干預后,EFs中的工作記憶(8/8篇)、抑制控制(7/8篇)和認知靈活性功能(4/5篇)均得以改善,在不同文獻中的改善程度分別為1.9%～33.9%、2.9%～15.1%和2.5%～20.3%。以某項結局指標在所有相關文獻中組間有效性>2/3作為干預策略有顯著性效果的標準,ECT對工作記憶的改善較PE更顯著,組間有效性為71.4%(5/7);ECT對認知靈活性的改善較AE和PE均更顯著,組間有效性分別為100%(2/2)和75%(3/4);ECT對抑制控制的改善與AE和PE相比并不顯著。

本研究的局限性:①納入文獻具有很大的異質性,不同研究中ECT組的具體干預方法不同,各研究中的干預周期(6～40周)、干預頻率(每周1～10次)、單次運動時間(10 ～150 min)等差異懸殊,且不同研究中EFs結局指標的具體評估方法不同。②研究對象聚焦于學齡期兒童,缺乏有關ECT對于其他年齡段兒童的研究,這可能是由于學齡兒童正處于EFs迅速發展的關鍵時期,故多數研究以該年齡段兒童為研究對象。③缺乏中國的相關研究。