新冠疫情下體力活動影響記憶功能的追蹤研究*

史東麟 耿鳳基,2**

（1.浙江大學教育學院課程與學習科學系，浙江杭州 310058，2.浙江大學醫學院附屬兒童醫院兒童健康與疾病臨床醫學研究中心，浙江杭州 310052）

1 引言

2019年底暴發的新型冠狀病毒肺炎疫情(COVID-19，以下簡稱疫情)改變了人類的生活。在防控疫情的過程中，減少人口流動及人際間的接觸被認為是阻絕病毒傳播的有效方法(Silva et al.,2020;Sun,Chen,&Viboud,2020)。因此，各國紛紛倡導并采取居民強制居家隔離的方式應對疫情的快速擴散。迄今為止，新冠疫情居家隔離的環境似乎是前所未有的：長期的居家隔離限制了人們的出行、阻斷了面對面社交，還使人們經歷了健康憂慮、經濟拮據等各種負性事件(Pfefferbaum&North,2020)，并迫使人們只能通過網絡保持基本的學習生活節奏。自疫情暴發以來，已有越來越多的證據表明，與此次疫情相關的負向情緒、社交隔離和體力活動下降等對身體和心理健康都產生了極大的影響(Rajkumar,2020;Vindegaard&Benros,2020;Holmes et al.,2020;王錫愛et al.2021)，但極少有研究檢驗疫情帶來的這些變化是否對認知功能也產生了類似的影響。

以往研究表明，社會隔離與較高的認知障礙風險顯著相關(Friedler,Crapser,&Mccullough,2015)。例如，在南極進行考察任務的隊員長期處于隔離狀態，但只有在隔離期的最后階段才會出現明顯的功能障礙(Khandelwal,Bhatia,&Mishra,2017;Zimmer,Cabral,Borges,C?co,&Hameister,2013)。而另一項針對沙漠探險參與者的測試發現，隨著時間推移，參與者的認知能力出現了嚴重的惡化，而當探險結束后，認知功能則恢復正常(Maruff,Snyder,Mc Stephen,Collie,& Darby,2006)。這些在部分社會隔離條件中進行的實驗結果表明，社會隔離本身是對認知功能有害的，并且其直接效應以及長期的延遲效應也需要得到充分考慮。

在此次新冠疫情居家隔離的環境中，僅有較少研究關注了疫情期間個體認知功能的變化(Feter et al.,2021;Fiorenzato,Zabberoni,Costa,&Cona,2021;Ingram,Hand,&Maciejewski,2021)。結果表明，隨著疫情的逐漸轉好，個體在執行功能、注意等認知任務上的表現都有所提高(Ingram et al.,2021)。然而，這些研究在記憶功能上的結論并不統一。在新冠疫情管控期間，有30%的被試報告了自己的主觀記憶力下降(Feter et al.,2021)，隨疫情轉好，個體的工作記憶有所改善(Ingram et al.,2021)。但Fiorenzato等人的結果卻發現了與之相反的結果，即與居家隔離之前相比，個體在進行記憶提取時的錯誤率更低(Fiorenzato et al.,2021)。另外值得注意的是，大多數報告了主觀記憶力下降的個體在居家隔離期間沒有維持正常的體力活動水平。也就是說，在疫情期間保持體力活動降低了個體主觀感知記憶衰退的可能性(Feter et al.,2021)。

與此同時，早在新冠疫情流行之前，缺乏體力活動和久坐已經成為了全世界范圍內的“流行病”(Kohl et al.,2012;Michael,Andrea,Deborah,Harold W,&Ding,2020;Ozemek,Lavie,&Rognmo,2019)。疫情出現后，強制性限制出行不可避免地進一步導致了日常活動習慣的改變、能量消耗水平的下降和體力活動的減少(Dwyer,Pasini,de Dominicis,&Righi,2020;Eduardo&Felipe,2020)。也就是說，疫情可能會影響體力活動水平甚至加速體力活動的缺乏(Hall,Laddu,Phillips,Lavie,&Arena,2021)。體力活動(physical activity)是影響個體體質健康水平的重要因素，也是預防認知衰退的保護性因素(American College of Sports Medicine,2009)。大量研究結果表明，較低的體力活動水平不利于個體的記憶功能(Chaddock-Heyman,Hillman,Cohen,&Kramer,2014;Chaddock,Hillman,Buck,&J Cohen,2011;Drollette et al.,2016;Ruscheweyh et al.,2011;Schmidt-Kassow et al.,2014)。在神經機制層面上，體力活動可能通過增加海馬體積(Chaddock et al.,2016,2010)、改變海馬結構(Burdette et al.,2010;Pereira et al.,2007;Voelcker-Rehage,Godde,&Staudinger,2011)等從而影響記憶功能。相對于主動降低體力活動水平，處于新冠疫情背景下普通民眾的體力活動下降是被動的，在這種背景中的體力活動水平對記憶功能的影響也尚未可知。

基于以上背景，本研究將考察新冠疫情的發展變化和體力活動水平是否會對個體的記憶功能產生影響。為了更好地了解疫情對體力活動和記憶功能的效應，我們將從短期(14天左右)和長期(3~4個月)兩個時程上(圖1)探討體力活動水平和記憶功能的變化，以及疫情變化和體力活動對記憶的交互影響。

2 研究方法

2.1 被試

第一次測試(T1)共招募369名大學生被試，其中有98名被試由于網絡配置、實驗中斷等問題未能完成編碼學習和即時提取測試部分，10名被試因未通過編碼學習階段數據不可用。因此，共261個有效數據納入最終統計分析，平均年齡22.63歲(SD=2.89)，其中男性89名。第一批次(B1)有84名有效被試，第二批次(B2)有85名有效被試，第三批次(B3)有92名有效被試。

第二次測試(T2)共邀請到參加過第一次測試且數據有效的95名被試，其中有5名被試因編碼學習階段未通過數據不可用。共90名被試數據有效，平均年齡22.84歲(SD=2.47)，其中男性30名。

所有被試在參與本研究之前都簽署了在線版知情同意書。

2.2 測量工具

2.2.1 國際體力活動問卷(IPAQ-short version)

該量表是目前國際上認同度較高的測量體力活動能量消耗的問卷，可以用于評估被試的日常體力活動水平(IPAQ group,2002,2005)。本研究采用的是短卷，共包含7個條目，其中6個條目是關于個體近一周內高強度體力活動、中等強度體力活動和步行的時間和頻率，1個條目是關于個體的靜坐情況。體力活動水平總量等于各強度體力活動的持續時間、頻率以及相應強度消耗賦值的乘積之和(高強度體力活動水平賦值=8.0METs1MET指代謝當量，是維持人體靜息狀態時所需的耗氧量，人在靜坐時的代謝當量約為1.0，即1MET。，中等強度體力活動水平賦值=4.0METs。步行體力活動水平賦值=3.3METs)。

2.2.2 居家隔離時長

被試在填寫基本信息的同時還填寫了進行當次實驗時距上次外出的天數，用來反映疫情發展變化的趨勢。

2.2.3 精神障礙診斷手冊(DSM-5)

本研究使用精神障礙診斷手冊中關于廣泛性焦慮障礙的6道題目，評估被試在疫情期間是否有情緒問題及水平(美國精神醫學學會et al.2016)。量表采取兩點計分，廣泛性焦慮障礙量表得分大于2時認為個體有焦慮傾向。

2.3 實驗設計

根據國家衛健委官網每日疫情通報數據(國家衛生健康委員會,2020)，國內疫情在2020年3月中旬開始逐漸被控制下來，國內新增病例主要來自于國外輸入，全球疫情流行中心也逐漸從國內轉向國外。國內高校于4月中下旬陸續開始返校，到2020年7月，國內新增確診病例雖然較之前有大幅增加，但已經從全國性廣泛擴散轉為地區性聚集發病，大眾已逐步恢復至疫情前的生產生活節奏。基于疫情在國內的發展變化趨勢，本研究分別在2020年3月初(2020年3月4日至2020年3月6日)、3月末(2020年3月21日至2020年3月23日)和4月初(2020年4月8日至2020年4月10日)三個時間點招募了三批被試進行了第一次測試，并于2020年7月29日至7月31日對參與了第一次測試的有效被試進行了第二次測試。

本研究使用Opensesame(Math?t,Schreij,&Theeuwes,2012)編寫實驗程序和JATOS(Lange,Kühn,&Filevich,2015)平臺管理線上實驗，采用追蹤研究的實驗設計，以探究短期和長期的疫情發展變化和體力活動對記憶功能的影響(圖1)。實驗中，被試需要完成一個記憶任務，并在做完首次編碼學習和即時提取測試后的3天和1個月后進行追蹤測試。

圖1 實驗實施流程

本研究的主任務參考自Kurdziel(2013)的實驗范式(圖2A)，該范式可以通過項目記憶和源記憶兩個維度衡量被試的記憶能力。在編碼學習階段，屏幕上出現16張按4×4排列的圖片，被試需要在30秒內盡可能地記住所有圖片的位置。之后，屏幕最右側將隨機出現編碼階段出現過的1張圖片，被試需要點擊該圖片剛剛出現的位置，被試點擊后會即時給出正確的圖片位置。如果該階段的正確率達到75%及以上，則進入下一階段，否則將再次進行30秒的編碼學習和即時反饋，這個階段至多重復5輪，5輪后若正確率還未達標，實驗直接結束。通過以上階段后，被試將進行約10分鐘的線上問卷填寫階段，填寫完畢后進入即時記憶提取階段。在該階段，屏幕最右側將直接出現刺激圖片，被試的操作與提取與即時反饋階段相同，但該階段不會給予被試及時反饋。被試在判斷圖片位置上的正確率計為即時記憶提取正確率，即時記憶提取正確率與通過編碼階段正確率的差計為即時記憶提取遺忘率。在第一次測試的延遲3天后，被試將分別再次進行記憶提取測試(圖2B)。在延遲測試中，被試首先需要判斷是否見過這張圖片，這時考察的是被試的項目記憶能力，如果判斷見過，則需要繼續選擇該圖片當時出現的位置，這時考察的是被試的源記憶能力，如果判斷沒見過，則判斷下一張圖片。該過程共包含64張圖片，其中16張為第一次測試時編碼學習過的舊圖片，其余48張是新圖片。

圖2 記憶任務

第二次測試邀請參與過第一次測試的被試再次進行實驗，重復進行以上步驟(圖片刺激不同于第一次測試)。

2.4 統計分析

本研究使用SPSS 22.0進行數據的統計分析。由于追蹤研究中被試流失量較大等問題，本研究采用線性混合模型檢驗疫情期間體力活動和記憶的變化以及二者之間的關系。其中，自變量為體力活動水平和短期/長期疫情變化，因變量分別為項目記憶正確率和源記憶正確率。通過比較AIC值判斷模型的擬合優良性，最終確定最優模型。隨機效應將檢驗個體水平是否會對結果造成顯著影響，若不顯著則把隨機效應從模型中移除。另外，本研究還使用了基于SPSS的process插件(Hayes,2017)進行了中介和調節效應分析，考察了體力活動是否在疫情影響記憶功能的通路中起到中介或調節效應。

3 結果分析

被試的描述性信息見表1和表2。首先，為了驗證本研究選取時間點的有效性，我們對居家隔離時間進行了線性混合模型分析。經檢驗，在反映短期疫情變化的三個時間點上，B1的居家隔離時間顯著長于B3(β=5.210,SE=1.752,t(258)=2.973,p=0.003)。在反映長期疫情變化的兩個點上，T1時的居家隔離時間顯著長于T2(β=4.692,SE=1.271,t(354)=3.692,p＜0.001)，符合全國性廣泛擴散轉為地區性聚集發病的疫情發展趨勢。該結果表明本研究選取的時間點基本符合疫情的發展趨勢。

表1 短期疫情變化中被試的描述性統計

表2 長期疫情變化中被試的描述性統計

為了檢驗性別、年齡、居家隔離時間和測試期間的情緒功能是否對記憶產生了顯著影響，我們在疫情變化對記憶影響的所有模型中加入了性別、年齡、居家隔離時間和焦慮作為自變量。結果表明(見附表1和附表2)，性別、年齡、居家隔離時間和焦慮等因素在所有模型中的主效應均不顯著。因此我們認為這些因素不會對結果產生影響，后續分析中將其排除在模型之外。

附表1 居家隔離時間和焦慮在短期疫情變化對記憶功能影響模型中的主效應

附表2 居家隔離時間和焦慮在長期疫情變化對記憶功能影響模型中的主效應

3.1 短期疫情變化對體力活動和記憶的影響

為了檢驗短期疫情變化對體力活動和記憶的影響，我們進行了線性混合模型分析。其中，自變量為短期疫情變化，因變量分別為體力活動、兩次即時記憶提取測試中的正確率和遺忘率、兩次延遲記憶提取測試中的項目記憶和源記憶正確率。

在體力活動上，三個批次的被試沒有顯著差異(表3)，即短期疫情變化對體力活動沒有顯著影響。在記憶功能上，三個批次的被試在即時記憶提取正確率、遺忘率、延遲3天項目記憶以及延遲1月源記憶上沒有顯著差異(表3)。但在延遲三天記憶測試的源記憶上，第一批次被試的正確率顯著低于第三批次的被試(β=-0.110,SE=0.047,t(157)=-2.317,p=0.022)。在延遲1月記憶測試的項目記憶上，第一批次(β=0.132,SE=0.046,t(145)=2.834,p=0.005)和 第 二 批 次(β=0.182,SE=0.047,t(157)=3.858,p＜0.001)都顯著高于第三批次。

表3 體力活動和記憶在短期疫情發展上變化

3.2 長期疫情變化對體力活動和記憶的影響

為了探究長期疫情變化對被試的體力活動和記憶的影響，我們將長期疫情變化作為自變量，項目記憶和源記憶正確率分別作為因變量進行了線性混合模型分析。

結果表明，T1時的體力活動顯著低于T2(β=-1057.173,SE=359.326,t(345)=-2.942,p=0.003)，T1時的項目記憶顯著高于T2(β=0.135,S E=0.027,t(217)=-2.942,p＜0.001)。在即時記憶提取正確率、遺忘率和源記憶上沒有顯著差異(表4)。

表4 體力活動和記憶上在長期疫情發展上變化

3.3 疫情變化和體力活動對記憶的交互影響

3.3.1 線性混合模型分析

我們以疫情變化、體力活動及二者間的交互作用作為自變量，項目記憶和源記憶分別作為因變量，構建了固定效應模型以檢驗疫情變化和體力活動對記憶的交互影響。結果顯示，疫情變化與體力活動間的交互作用均不顯著。因此我們再次構建以疫情變化和體力活動為自變量的固定效應模型，經比較，模型擬合度優于先前模型。

結果表明，在短期疫情變化中的項目記憶正確率上，體力活動的主效應顯著(β=-0.069,SE=0.034,t(156)=-1.996,p=0.048)；在源記憶正確率上，體力活動的主效應不顯著(β=0.007,SE=0.048,t(156)=0.143,p=0.887)。在長期疫情變化中的項目記憶和源記憶正確率上，體力活動的主效應均不顯著(項目記憶:β=-0.030,SE=0.020,t(216)=-1.502,p=0.134;源記憶:β=-0.008,SE=0.029,t(216)=-0.294,p=0.769)。

3.3.2 中介及調節效應分析

為進一步闡述疫情變化、體力活動和記憶三者之間的關系，我們采取抽取5000次偏差校正的Bootstrap方法檢驗了體力活動對疫情變化與記憶二者間關系的影響，其中自變量為疫情變化，因變量為項目記憶或源記憶正確率，調節變量為體力活動水平。

結果發現，無論是即時記憶提取階段的記憶指標還是延遲提取階段的記憶指標，95%的Bootstrap置信區間都包含0，即體力活動在即時記憶提取正確率、遺忘率以及項目記憶和源記憶上的中介效應均不顯著(表5)。

表5 體力活動在疫情對記憶影響中的中介效應分析結果

我們再次檢驗了體力活動的是否在疫情變化和記憶之間起到調節作用。結果表明，體力活動在疫情變化和記憶之間不起調節作用(表6)。也就是說，疫情并不通過影響體力活動從而影響個體的記憶功能。

表6 體力活動在疫情對記憶影響的調節效應分析結果

4 討論

疫情期間個體的認知健康是亟需重視但卻容易被忽視的重要問題。本研究在可以反映疫情逐漸轉好的時間點上進行了多次追蹤測量，探討了短期和長期疫情變化對個體體力活動和記憶的影響。結果發現，在較短的時間跨度上(B1→B2→B3)，隨著疫情轉好，個體的體力活動水平沒有顯著變化，但在延遲3天提取測試的源記憶上發現了顯著提高，在延遲1月提取測試的項目記憶上發現了顯著降低。在較長的時間跨度上(T1→T2)，隨著大眾逐漸恢復正常生活，個體的體力活動水平有顯著回升，同時在延遲3天提取的項目記憶上卻有顯著下降。另外，我們還發現，疫情變化對記憶的影響是直接的，而非通過體力活動來產生作用。

本研究發現，新冠疫情對個體的項目記憶和源記憶功能的影響是分離的。具體而言，我們發現，在短期疫情變化中，隨疫情的轉好，被試的間隔1月提取測試的項目記憶水平下降，但延遲3天的源記憶水平卻有顯著提高；在長期疫情變化中，被試的項目記憶水平隨疫情的轉好有顯著降低。在本研究中，被試在記憶提取階段需要先判斷出現的圖片是否見過，然后再判斷圖片的位置信息。當被試看到圖片刺激時，該刺激會激活與之相關或相似的刺激或表征，從而造成記憶提取競爭(Anderson & Neely,1996;Levy &Anderson,2008)。隨疫情轉好，個體逐漸恢復正常生活節奏，每天接受新刺激的頻率和次數極大增加，這可能導致了個體在追蹤實驗間隔期間受到的干擾增加，從而使項目記憶正確率的下降。這一結果與Fiorenzato et al.(2021)等人的研究結果也是類似的，即短暫的居家隔離不會對項目記憶產生負面影響。另一方面，疫情對記憶的負面作用主要體現在對源記憶的影響上。隨疫情好轉，被試在延遲3天提取的源記憶上的表現有顯著提高，但在延遲1月的源記憶上卻沒有發現差異。這可能是由于在新冠疫情的特殊背景下，記憶本身可能受到來自內部或外部的慢性和急性壓力等情緒問題的影響和調節(Gagnon&Wagner,2016)。相較于項目記憶的存儲鞏固過程，源記憶不僅是對目標刺激的編碼存儲，還涉及目標刺激與背景信息(即圖片位置信息)的綁定(binding)，這一復雜過程可能更容易受到壓力等因素的影響，從而使源記憶能力在短期疫情變化內產生了一定波動。而到延遲1月記憶提取測試時，相較于第一次編碼學習測試，疫情變化趨于平穩，被試受內部或外部壓力的影響可能也逐漸消失，因此我們在延遲1月的源記憶和長期疫情變化中的源記憶沒有再次發現疫情對源記憶的負面影響。

本研究還發現了在短期疫情變化中體力活動水平與項目記憶之間的相關，即體力活動水平越高，項目記憶正確率越低。這一結果與以往認為較高的體力活動有益于記憶的結論相悖(Chaddock-Heyman et al.,2014;Chaddock et al.,2011;Drollette et al.,2016;Schmidt-Kassow et al.,2014)。在本研究選取的反映短期疫情變化的時間點上，雖然各批次的體力活動水平沒有顯著差異，但在居家隔離時間上仍然發現了顯著差異。也就是說，疫情轉好之后，大學生逐步恢復了日常生活節奏，但體力活動水平仍沒有恢復到疫情前的正常水平，而有限制的日常活動也意味著接受到干擾刺激的增加，因此在項目記憶上發現了體力活動的負向作用。

另外，本研究沒有發現體力活動的中介或調節作用。這與先前的研究發現并不一致。例如，Feter等人的研究表明在疫情隔離期間保持體力活動降低了成年人主觀報告記憶力下降的可能性(Feter et al.,2021)。這說明，體力活動可能在個體對記憶的主觀感知上產生了一定積極效應，即在疫情期間保持體力活動水平可能使個體的主觀感知沒有顯著下降，但我們的研究結果表明，疫情并不會通過體力活動下降而影響記憶功能。另一方面，以往研究表明，體力活動與認知健康之間存在著很強的劑量反應關系(Kesaniemi et al.,2001;Loprinzi,Edwards,Crush,Ikuta,&Arco,2017)，在健康老年人群體中，保持中低強度體力活動可以降低35%的風險(Sofi et al.,2010)。對于本研究涉及的大學生群體而言，使之維持正常認知健康的體力活動水平可能遠高于健康老年人群體，因此我們可以推測，疫情期間相對較低的體力活動可能不足以降低大學生的認知衰退風險，也不足以對記憶產生積極效應。

本研究從追蹤的角度檢驗了短期和長期的疫情變化和體力活動對記憶功能的影響，在提示普通民眾重視疫情居家隔離期間的認知健康上有一定實踐應用價值。同時，本研究也存在一些局限。首先，本實驗設計不能得出因果關系，后續研究可以通過在疫情期間進行運動干預等方式進一步分離疫情和體力活動下降對認知功能產生的影響。其次，追蹤研究的研究方法使樣本流失量較大。最后，可以通過增加追蹤測量次數以及其他認知功能指標等方式，探究更多疫情動態變化中的信息。

5 結論

本研究從短期和長期疫情變化的角度，采用追蹤研究的方法測量了大學生在疫情期間的體力活動水平和記憶功能。研究結果表明，疫情在短期內有所好轉，體力活動沒有顯著變化，但發現了項目記憶的下降和源記憶的上升；疫情在長期內的好轉，伴隨著體力活動的顯著回升，但是在項目記憶上發現了顯著下降。另一方面，隨著疫情好轉，體力活動的回升沒有對記憶功能產生影響，因此，疫情變化對記憶的影響是直接的，而非通過體力活動。

續表