HIIT改善記憶及注意功能研究進展

樊春鵬

（揚州大學 體育學院，江蘇 揚州225002）

認知功能包括感知覺、注意、記憶、思維、語言、執行控制等各種能力，對于人的日常生活、學習和工作都極為重要。體育運動對人的大腦和身體都有積極的影響，因此它被認為是促進認知能力提高的重要方式［1］。青少年、成年人、老年人、運動員等群體的認知功能都被證實可以受益于體育運動［2-6］。近年來不同運動方式、運動強度對認知功能的影響成為研究的熱點。中等強度有氧運動對認知功能的改善作用已得到很多研究的證實［7-8］，而高強度間歇訓練（High-intensity Interval Training，HIIT）對認知功能影響的研究卻為數不多，僅有的研究多關注對記憶和注意功能的影響，且研究結論尚不統一。高強度間歇訓練是一種讓你在短時間內進行全力、快速、爆發式的一種訓練方式，它也可以作為我們日常生活中的一種運動方式。HIIT與中等強度有氧運動相比，其優勢在于：1）高強度間歇訓練單次所需時間短。2）依從性好且樂趣多。3）減少日常健身所需總時間。因此，HIIT作為健身手段，具有自身獨特的優勢。

高強度間歇訓練對心血管健康、耐力素質、生活質量等方面的積極影響已經得到證實［9-11］，但對特定認知功能的改善仍存在爭議。如HIIT對記憶功能影響的研究中，H?tting等認為HIIT不能提升人們的短時記憶能力［12］，而Kao等認為HIIT可以改善人們的長時記憶［13］。HIIT不僅對健康人群的記憶和注意功能存在影響［4-6］，還能改善特殊人群的認知功能。例如改善帕金森患者的注意功能［14］、提高注意缺陷多動障礙（Attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）兒童的運動記憶能力［15］。越來越多的證據表明高強度間歇訓練可能是提高認知功能的有效手段，在控制良好的實驗室環境或現實環境中，進行單次HIIT或長期HIIT干預，都對認知產生了促進效益［16-20］。在某些情況下，HIIT帶來的生理改善甚至可以超越中等強度有氧運動［21］。因此研究人員提出了一種假設，即HIIT是否可以替代長時間的體育運動來提高認知能力。由于HIIT作為健身手段所具有的獨特優勢，相比于中等強度有氧運動，其對認知功能改善具有更好的應用價值，因此，對HIIT影響認知功能的探索是必要的。已有的研究集中探討HIIT對記憶和注意記憶功能的影響，且由于實驗設計、實施等方面存在差異，導致易產生不統一的研究結果，因此本文對HIIT改善記憶和注意功能進行綜述。

1 HIIT對記憶的影響

記憶是人腦對外界輸入的信息進行編碼、存儲和提取的過程。按信息存儲時間長短的不同，記憶可分為瞬時記憶、短時記憶、長時記憶3個系統。研究發現多數運動鍛煉能在一定程度上改善記憶功能，比如阻力 運動［22］、身心運動［23］、有氧運動［24］。但有氧運動對記憶改善的研究結果還存在一些爭議。在有氧運動對段落回憶影響的研究中，Labban等認為被試分別在記憶前后參加運動，記憶改善效果不同［25］。而Mcnerney等［26］、Segal等［27］認為被試無論是在編碼前還是編碼后運動，有氧運動后都增強了記憶。HIIT對記憶的改善也沒有完全得到證實，學者認為HIIT可以顯著改善人們的長時記憶，但對短時記憶的改善并不顯著。

1.1 HIIT對短時記憶的影響

在單次HIIT干預對短時記憶影響的研究中，Alves等讓實驗組的被試參加騎自行車高強度間歇訓練，與此同時，對照組完成一個低強度主動伸展運動。每次實驗前后，通過數字廣度測驗（短時記憶測驗）評估記憶能力。實驗結果顯示，兩組被試在數字廣度測驗中的表現沒有顯著差異，這表明高強度間歇訓練并沒有提升被試的短時記憶［16］。這一結論與Etnier等［28］的研究相同，他們采用了雷伊聽覺語言學習測試（Rey Auditory Verbal Learning Test,RAVLT）來評估被試的短時記憶。所有人在跑步機上參加不同強度跑步運動后都要聽一個由15個單詞組成單詞列表。在聽了列表之后，要求參與者以任意順序回憶盡可能多的單詞。單詞列表共重復了5次（實驗1～5），實驗1被認為是短時記憶的表現。實驗結果表明，短時記憶在運動強度條件作用下無顯著差異。因此，HIIT對參與者的短時記憶能力沒有提高。

在長期HIIT干預對短時記憶影響的研究中，研究人員大多將HIIT與其他訓練方式相結合，探討其對短時記憶的影響。Drigny等［29］將HIIT與阻力運動結合，研究二者相結合對肥胖人員認知能力的影響，他們進行為期4個月的訓練，包括每周2次高強度間歇訓練(HIIT)以及每周2次阻力訓練，通過雷伊聽覺語言學習測試來評估短時記憶，發現HIIT與阻力運動相結合能有效改善肥胖者的短時記憶能力。此外，將HIIT、生酮飲食、記憶訓練相結合能夠有效改善阿爾茲海默癥患者的短時記憶能力［30］。長期HIIT干預很少作為研究的唯一因變量，通常與其他干預結合，因此很難證明此類研究中的效益是否僅由長期HIIT干預引起。

1.2 HIIT對長時記憶的影響

HIIT對長時記憶的改善表現為陽性結果。Kao等［13］的實驗中采用自由回憶任務，從回憶功能切入，研究HIIT與長時記憶的關系。在即刻回憶的12min后，被試進行了延遲回憶，實驗結果表明HIIT組延遲回憶單詞的數量顯著高于對照組，說明HIIT增強了被試的長時記憶。Etnier等［28］采用隨機對照試驗，通過雷伊聽覺語言學習測試（RAVLT），從聽覺回憶功能切入，評估被試的長時記憶，發現HIIT組回憶單詞的數量顯著優于對照組，同樣證明HIIT改善被試的長時記憶能力。有研究者認為這是由于高強度的運動增加了人體腦源性神經營養因子（BDNF）和皮質醇的釋放，BDNF可能是促進記憶能力提升的一種潛在機制。例如H?tting等［12］的實驗中讓參與者在進行30min高強度或低強度運動前，對一組詞匯進行記憶。在干預后20min和24h后進行詞匯記憶測試。在基線、記憶后和干預后測定血清BDNF和唾液皮質醇。與基線相比，高強度運動組在運動后BDNF和皮質醇水平明顯升高，并且高強度運動組的被試在記憶24h后的測試中，遺忘的詞匯數量比低強度運動組要少。更加有趣的發現是BDNF多態性與BDNF活動依賴性較低相關的個體(met66攜帶者)，相比于BDNF活動依賴性較高個體，從運動干預中獲得的認知收益可能會更多［2］。心血管功能較低的個體在改善認知功能的體育運動干預措施中可能獲得更大收益［31-32］。這也證實了運動對認知功能的改善存在個體差異。

1.3 HIIT對工作記憶的影響

除了對短時和長時記憶的研究外，HIIT對工作記憶影響的研究也至關重要。但HIIT對工作記憶影響的研究較少，且很少呈現陽性結果。工作記憶是對當前信息進行暫時性的存儲和加工功能。1974年Baddeley和Hitch提出了工作記憶三系統模型［33］。工作記憶與學習能力、思維等密切相關，且是導致認知功能衰退的主要原因［34］。探索HIIT對工作記憶影響的研究較少，有學者認為HIIT并不能夠提升工作記憶能力，此類研究中常使用n-back任務評估工作記憶的功能。在HIIT對青少年工作記憶研究中，Leahy等［35］采用n-back任務測試了青少年的工作記憶，在進行每周3次共14周的HIIT干預后，HIIT組和對照組在n-back任務測試上的準確率和反應時都沒有顯著差異，說明HIIT并沒能增強青少年的工作記憶。

綜上所述，HIIT對記憶的改善效果還未得到全面證實，原因可能是不同研究所采用的HIIT運動項目類型、運動持續時間、運動強度、實驗被試等不同，以及所采取測試任務的難度不同，這些均可能影響認知功能的效益。認知功能的增強或減弱可能取決于測量的時間、認知任務和運動項目類型的選擇［36］。另一種潛在的干擾是干預研究無法有效排除被試的期望效應，Au等［37］的元分析中，20項研究中有17項研究在招募志愿者時都直接或間接地提到“認知”或“大腦訓練”，由此看來，暗示性招募方法是很常見的。通過不同的方式招募被試進行認知測試，對認知功能改善期望程度高的一組會表現出更大的認知收益［38］。

2 HIIT對注意的影響

注意（attention）是心理活動對一定對象的指向和集中。它是認知系統的核心功能，它管理著記憶、語言等其他認知功能［39］。近年來有關HIIT對注意的影響研究分別關注了HIIT對健康人群注意的影響和HIIT對特殊人群注意的影響。

2.1 HIIT對健康人群注意的改善

HIIT對健康人群注意改善的研究中，被試多為青少年或成年人。研究人員通常使用Stroop測試、A-B連線測試或d2注意力測試（d2 test of attention）來評估個體的選擇性注意力和注意集中能力，其中d2測試適用于不同人群（正常人、腦損傷、慢性疾病、精神疾病患者等）、不同年齡段和不同種族。d2注意力測試中的TN（Total Number）、CP(Concentration Performance)、FR(Fluctuate Rate)更多地反映了選擇性注意功能，PE(percentage of errors)更多地反映了選擇性注意中的抑制能力。 Ma等［19］采用d2任務范式研究HIIT對小學生注意力的影響，學生進行為期4周的課間4min的趣味高強度間歇訓練（蹲起、剪刀腿、跳躍和跑步等），研究結果顯示高強度間歇訓練顯著提高了學生的選擇性注意功能。這意味著在小學課堂中加入趣味高強度間歇訓練，可以作為增加體育活動和提高課堂注意力的一種手段。這對提高學生的身體健康和學業成績至關重要。

從不同的運動方式、干預持續時間和測試任務等角度進行研究都得到同一個結果，即HIIT對注意有顯著的改善作用。Alves等［16］采用騎自行車高強度間歇訓練方式對中年人進行10min干預，采用stroop任務測試中年人的選擇注意功能，發現高強度間歇訓練方式增強了被試的選擇注意功能。HIIT對注意的改善還受年齡因素影響，對不同年齡段的注意改善程度也不相同，研究發現年輕女性表現出更多的注意力改善，而中年女性則沒有［40］。

在HIIT對注意影響的研究中，研究人員所采用的實驗范式有時并不能夠整體反映出個體的注意功能。Stroop任務范式更多反映的是個體的抑制能力。在注意功能的研究中，一種常用的范式是注意網絡測試（attention network test，ANT）。研究者可以使用ANT同時對注意的3個網絡的功能進行評價，通過線索提示有無可以測量警覺網絡功能，通過線索提示目標的位置可以測量定向網絡功能，通過目標刺激與干擾刺激是否一致可以測量執行控制功能。ANT在臨床上得到了廣泛的應用，但較少研究關注HIIT與注意網絡之間的關系。目前的研究已證實運動鍛煉對兒童注意網絡功能提升有積極作用［41-42］，但很少有研究探索HIIT對老年人和年輕人的這種益處。一些研究未能測量HIIT對老年人和年輕人的影響，其潛在原因可能是老年人因年齡緣故，不適宜參與高強度間歇訓練。年輕人認知功能正處于頂峰狀態［43］。因此很難在年輕人身上看到HIIT對注意網絡功能的改善。

2.2 HIIT對特殊人群注意的改善

HIIT不僅可以改善健康人群的注意功能，還能改善特殊人群的注意功能。Fiorelli等［44］在對帕金森患者進行中等運動強度和高強度間歇訓練的研究中，被試進行25min的高強度間歇騎自行車運動，研究結果顯示，HIIT改善了帕金森患者的持續注意功能而中等運動強度卻沒有。在HIIT對乳腺癌患者的注意改善研究中，也發現了類似結果。80%的乳腺癌患者表現出注意功能下降，癥狀持續好幾個月甚至幾年［45-47］。Oberste等［48］對59名乳腺癌患者進行分組，實驗組進行8周的騎自行車HIIT干預，采用TMT-A/B測驗注意功能。實驗結果顯示她們的注意功能得到顯著提高，這意味著高強度間歇訓練似乎是一個短時高效的改善方案。有研究發現HIIT對注意缺陷多動障礙（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）兒童 的注意功能也有提高，Messler等研究發現HIIT能夠有效改善ADHD兒童的注意、身體健康和生活質量的某些方面［49］。HIIT的適用人群并沒有受其高強度所限制，實際上HIIT甚至被證實還可適用于冠心病患者［50］。以上研究表明，HIIT對健康人群和特殊人群的注意功能都有改善。

3 總結與展望

諸多研究從不同視角揭示了HIIT不僅對人們的身體健康有益，而且對認知功能也有改善。已有研究主要從運動項目類型、認知測試任務、實驗被試等方面探討HIIT對記憶和注意的影響，在運動項目上，研究人員大多選用跑步機運動、功率自行車運動作為干預方式。在記憶測試任務上，聽覺和視覺單詞記憶任務通常用來評估短時記憶和長時記憶能力，nback任務測試人們的工作記憶能力，但探討HIIT與工作記憶之間關系的研究較少。HIIT對長時記憶有積極的影響，可能由于HIIT能夠增加腦源性神經營養因子（BDNF）的水平，而BDNF對學習、記憶至關重要。HIIT既能改善健康人群的注意功能，也能改善特殊人群的注意功能。在注意測試任務上，使用Stroop測試、A-B連線測試或d2注意力測試來評估個體的選擇性注意力和注意集中能力，ANT測試評估個體的注意網絡功能，但很少有研究關注HIIT與注意網絡之間的關系。在被試選擇上，已有研究通常納入青少年、成年人和特殊人群作為實驗對象。已有的研究通常采用行為層面指標，如反應時、準確率等來評估個體的記憶和注意功能，卻少有研究從神經指標方面進一步探索HIIT對記憶和注意功能的影響。未來可以借助神經影像學和電生理學技術更深入地了解影響的機制。

HIIT對記憶和注意功能的研究還處于探索階段，HIIT對記憶功能改善的不同結果，是否受運動項目類型、運動干預時間、認知測試任務等因素的影響，尚未得到統一的證實。HIIT與工作記憶和注意網絡之間的關系研究較少，大多數研究尚未借助神經影像學技術進一步探討HIIT對記憶和注意功能的影響。HIIT對記憶和注意功能改善的未來研究熱點，可能會集中在以下幾個方面：1）從記憶類型角度，探討HIIT對不同類型記憶的影響及其機制。2）從注意和注意網絡角度，發掘HIIT對注意以及注意網絡之間的關系。3）從神經機制角度，借助神經影像學技術，進一步研究HIIT對記憶和注意的改善。HIIT具有短時高效改善人們記憶和注意功能的潛力，如果能夠應用于大眾健身或醫療領域，必將對人們的生活和鍛煉方式選擇產生積極影響。