高強度間歇訓練改善認知功能研究的發展態勢與熱點分析

胡琰茹 武亭亭 溫柔*

(1.北京舞蹈學院人文學院 北京 100081;2.中南大學體育教研部 湖南長沙 410083)

高強度間歇訓練（High Intensity Interval Training，HIIT）是指以大于等于無氧閾或最大乳酸閾穩態的負荷強度進行多次持續時間為幾秒到幾分鐘的練習，且每兩次練習之間練習者不足以完全恢復（間歇時進行靜息或者低強度練習）的訓練方法［1］，屬于間歇訓練的一種，具有訓練時間短、訓練強度高的特點。目前，被廣泛應用于訓練的各個領域，與傳統低強度耐力訓練相比，高水平運動員采用高強度間歇訓練能夠顯著提高運動能力，但不一定能夠提高最大攝氧量或通氣量［2］。作為一種省時有效的健身鍛煉方式，高強度間歇訓練能夠同時提高普通人的有氧和無氧能力，增強脂肪氧化能力，提高胰島素敏感性，軟化動脈血管，降低由于體力活動不足導致相關疾病的風險［3］。針對慢性疾病患者，傳統推薦的練習方法是連續訓練，近年來，越來越多的證據表明，HIIT似乎也是一種有效的選擇，如糖尿病患者降脂［4］，改善心血管功能［5］。

認知功能是指人腦對事物相關特征信息的加工、信息編碼之后的儲存和當受到外界刺激喚醒記憶之后提取信息的能力，即人們對外物的構成、事物的作用與其他事物之間的相互關聯性、引起發展的作用力、可能發展的脈絡以及事物本身所蘊含的內在規律的把控力。認知包括記憶、注意、執行功能及其他方面。研究表明，高強度間歇訓練通過促進腦源性神經營養因子腦源性神經營養因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor，BDNF）的分泌［6］，改善氧化應激［7］，增強線粒體功能［8］，增加腦乳酸水平和利用率［9］，對腦血管功能起到改善作用［10］，進而提高腦的認知功能［11，12］。

因此，該文采用CiteSpace分析工具，以知識圖譜為導向，概述高強度間歇訓練對認知功能影響的國內外現有研究情況，從不同時空維度揭示這一領域的研究熱點及演變趨勢，闡明運動與腦認知科學的發展規律，以期能探索學科熱點，尋求新的研究思路，為今后的相關研究提供一定的參考。

1 資料和方法

1.1 數據來源

以中國知網（CNKI）及Web of ScienceTM核心合集為來源，對數據庫進行檢索，數據來源如表1所示。

表1 高強度間歇訓練數據來源一覽表

1.1.1 中國知網（CNKI）數據庫

進入知網高級檢索頁面，文獻檢索式為主題=［（高強度間歇訓練OR HIIT）AND（認知OR 認知功能OR 記憶力OR 注意力OR 執行功能OR 智力）］，時間=2015—2021（2015 年之前經查詢無研究記錄），檢索出相關文獻17篇，以Refworks格式導出。

1.1.2 WOS數據庫

進入Web of ScienceTM核心合集檢索頁面，時間選擇為1999—2021年（1999年之前經查詢無研究記錄），語言選擇為英語，文獻類型選擇為Article OR Review，主題檢索式為“TS=（High-Intensity Interval Training OR HIIT OR High-Intensity Interval exercise OR HIIE OR high intensity intermittent training OR sprint interval training OR repeated sprint training）AND（TS=cognit*OR Cognitive function OR Attention OR Executive function OR intelligence OR memory OR learning OR feeling OR thinking OR imagination OR language OR perception）”，共檢索出相關索引文獻514篇，以全文本格式導出；檢索日期均為2021年7月15日。

1.2 研究工具

通過Excel 軟件制作中英文文獻年度發文量曲線圖；借助知識圖譜Citespace 軟件分別對中英文文獻進行分析。進入軟件新建頁面，對英文文獻進行參數設置，將Years per slice 選擇為3，Time Slicing 選擇為1999—2021，裁剪方式為（Pruning）：Pathfinder、Pruning Sliced Networks 和Pruning the Merged Network，其他設置保持不變，依次選擇作者（Author）、機構（Institution）以及關鍵詞（Keyword）等功能按鍵進行可視化分析。中文文獻先進行格式轉化后，新建頁面，將Time Slicing選擇為2015—2021年，由于中文文獻較少，相關圖譜顯示閾值參數進行適當調整，其他節點的選擇、時間切片和裁剪方式設置同英文文獻。

1.3 主要觀察指標

納入文獻的發文量、機構、作者、關鍵詞共現和突顯探測結果。

2 結果

2.1 年度發文量情況分析

由圖1 可以看出，國外關于高強度間歇訓練改善認知功能的研究大致可劃分為3 個階段：第一階段，1999—2006 年，處于起步階段，發文量相對稀少，發文量在5 篇以下；第二階段，2007—2015 年，該領域發文量呈波浪式增長，由前期的不足5 篇，增長至30 篇；第三階段，2016—2020 年，該領域發文量急劇增加，達到100 余篇。這表明越來越多的研究人員開始重視高強度間歇訓練對認知功能的影響。而2021 年發文量僅22 篇，造成這一結果的主要原因是，該文對于2021 年的發文量統計并不全面（見圖1）。

圖1 國內外發文量折線圖

我國關于高強度間歇訓練改善認知功能起步較晚，發文量較少，整體呈波浪式增長，2015 年開始出現相關研究，但是發文量僅1篇，2018—2020年發文量快速增長，最高達到9 篇，2021 年發文量下降，由于該文對于2021年的發文量統計不完全所致，預測2021年發文量將達到9篇，總體來說，我國該領域的研究還處于起步階段。

2.2 研究作者及機構情況分析

2.2.1 作者可視化分析

該文對國內外文獻作者分別進行分析，得到圖2和表2，從作者間的聯系及研究團隊分布來看，國內外有關該領域的研究中，作者之間的合作不多，研究團隊數量較少，且僅團隊內形成了緊密的聯系，但是各團隊之間聯系不多，團隊成員的學科背景構成單一，直接影響了該研究領域的質量，未來該領域的研究還有很大的發展空間。

圖2 作者共現網絡圖譜

借助CiteSpace軟件導出國內外該研究領域排名前5 位的作者，通過Excel 進一步將發文量排名前5 位的作者制作成表（見表2），由表2 可以看出，國外發文量排名前3 的分別是Charles H Hillman、Narelle Eather 和Tom J Hazell，發文量均在7篇及以上，其他作者發文量依次緊隨其后，前5 名發文量均在5 篇及以上；國內發文前5位的發文篇數相等，均僅有2篇。

表2 國內外發文量前5作者統計表

2.2.2 機構可視化分析

該文對國內外機構分別進行分析，得到圖3 和表3，發文機構分布情況如圖3 所示，圖3A 為國外主要機構合作圖譜，各機構之間聯系并不密切；圖3B 為國內主要機構合作圖譜，僅武漢、北京和上海地區的高校、研究所和醫院之間有小范圍的合作。

圖3 機構共現網絡圖譜

進一步將發文量排名前5 位的機構制作成表（見表3），由表3可以看出，中英文文獻中各機構發文量均相差不大，國外Univ Sao Paulo、Northeastern Univ、German Sport Univ Cologne 和Univ British Columbia 發文量并列第一，發文量均為10 篇，其他機構發文量依次緊隨其后，發文量均在7篇及以上。

表3 國內外高強度間歇訓練研究機構發文量前5統計表

我國該研究領域研究機構發文量排名第一的是國家體育總局體育科學研究所，發文量僅2篇，其他機構發文量均僅為1篇。

2.3 關鍵詞可視化分析

該部分運用CiteSpace對國內外關于高強度間歇訓練改善認知功能的相關文獻進行關鍵詞共現分析，文章分析前對相同含義關鍵詞進行合并，如高強度間歇訓練和HIIT 統一為高強度間歇訓練，認知和認知功能統一為認知等。運行軟件分別得到國內外該領域關鍵詞共現圖譜（見圖4）。

借助CiteSpace軟件導出國內外該研究領域排名前10 位的關鍵詞，通過Excel 進一步整理，得到國內外該研究領域高頻關鍵詞表（見表4）。

綜合關鍵詞表和圖（見圖4和表4），首先從高頻關鍵詞來看，排除與運動相關的詞匯，國外該研究領域出現頻率最高的關鍵詞為Performance，排名第2 位的是Fatigue，排名第3 位的是Cognitive；我國高頻關鍵詞排名第1的是認知功能，第2名、第3名分別是執行功能和老年人。其次從中心性來看，國外排名前3 的關鍵詞分別是Muscle、Hypertension、Insulin Sensitivity；而我國的關鍵詞分別是認知功能、前額葉皮層和青少年。

圖4 國內外關鍵詞共現圖譜

表4 國內外高頻關鍵詞前10統計表

2.4 研究前沿可視化分析

該文在國外關于高強度間歇訓練改善認知功能的研究文獻關鍵詞共現圖譜的基礎上，把術語類型設置為Burst Term（突現詞），其他設置默認不變，運行得到國外突現強度關鍵詞一覽圖（見圖5）。

圖5 國外突現強度關鍵詞一覽圖

根據突現詞的時間分布可將該研究領域分為2個熱點研究階段：第一，前期（1999—2018），主要是初步探索階段，研究涉及范圍較廣，該階段雖然學者也關注了高強度間歇訓練對認知的影響，但是大多數關于高強度間歇訓練的研究還是集中于生理研究和體質健康；第二，近期（2019—2021），研究熱點突現詞匯變為了青少年和認知功能等，而高強度突現詞有執行功能，推測高強度間歇訓練對青少年執行功能影響的相關研究可能會成為該研究領域的熱點。中文文獻中未出現突現關鍵詞，通過人工閱讀中文文獻，與英文文獻近期研究基本一致。

3 討論

3.1 研究量逐年增長

國外在1999年發表了第一篇涉及高強度間歇訓練與認知功能的論文，但是在研究前期學者僅僅提出一些假設和推斷，直到2009年，Annamarie Vogt 等人［13］在Restorative Neurology and Neuroscience 上發表了《Working memory training in patients with multiple sclerosis-comparison of two different training schedules》，研究發現，4周的高強度間歇訓練能夠改善多發性硬化癥患者的工作記憶。國內在2015年開始才有了相關的研究，相關研究由北京體育大學運動心理學教研室的郭璐、陳碩卒［14］發表在第十八屆全國心理學學術會議上。雖然開始研究的年限并不長，但是從作者和機構的數據結果不難發現，近年來越來越多的研究團隊開始關注到了高強度間歇訓練和認知的關系，并發表了系列的研究成果，高強度間歇訓練干預認知功能已成為該領域的研究發展態勢。

3.2 研究范圍進一步拓寬

高強度間歇訓練作為一種省時高效的運動方式，能夠促進人們身心健康的發展［15］。從關鍵詞、關鍵詞聚類以及突現詞可以看出，高強度間歇訓練改善認知功能研究，關注的人群包括健康人群和慢性病患者，且研究結果發現，高強度間歇訓練對此類人群認知功能均有良好的干預效果。高強度間歇訓練能夠通過提高久坐的超重人群血漿中BDNF 的水平，促進認知功能的發展［16］，對肥胖患者具有同樣的功效［17］。此外，高強度間歇訓練還可以通過提高I 型糖尿病患者血清中BDNF 的水平，促進糖尿病患者認知功能的發展［18］。由此可以看出，慢性病患者的認知受損與BDNF 水平的下降有密切的關系［17，18］，高強度間歇訓練能夠通過促進這類人群分泌BDNF［19］，從而改善受損的認知功能［20］；高強度間歇訓練能夠改善中風患者的認知功能［21］，這主要與高強度間歇訓練能減輕腦部炎癥、增強腦的神經可塑性［22］以及提高血液中BDNF 水平［23］有關；高強度間歇訓練可以改善老年人以及阿爾茲海默癥患者的認知功能［24］，可能機制是高強度間歇訓練通過調節腦內的線粒體功能及能量代謝，促進了認知功能的發展［8，25］。有研究通過18F-脫氧葡萄糖正電子發射斷層掃描（18F-fluoroethy1-2-deoxy-D-glucose positron emission tomography，18F-FDGET）觀察高強度間歇訓練對青年人運動后腦葡萄糖攝取的影響，得出高強度間歇訓練能夠促進受試者頂葉和顳葉腦區內葡萄糖的攝取，并增強這些腦區代謝活動，從而有利于提高認知功能，且與常規有氧運動相比效果更好［26］。

3.3 青少年的研究是未來熱點

認知功能是學業表現和成績的基礎［22］，青少年階段是認知功能發展的重要階段，兒童青少年體育鍛煉與其認知能力、學業成績的關系也一直是學界關注的焦點之一［27］。高強度間歇訓練不僅是增強認知健康的一種省時有效的方法，而且其省時、高效的特點更是貼合青少年的日常體力活動模式［28］，高強度間歇訓練可以促進青少年認知功能的發展，但是目前研究的數量不多，僅有研究進行了初步探索，相關的研究結果顯示，急性高強度間歇訓練后1～2h對青少年的注意力有影響［29］，高強度間歇訓練和中等強度有氧運動均能提高激活相關腦區改善執行功能，但與有氧運動相比高強度間歇訓練效果更好［30，31］，高強度間歇訓練和中等強度有氧運動均能縮短Stroop 任務反應時，提高準確率，從而提高執行功能［32］，且高強度間歇訓練組對執行功能的改善，效果明顯優于持續有氧訓練組［33］。從突現詞可以看出，在未來關于高強度間歇與認知功能相關研究方面，青少年的研究將會成為熱點。

3.4 神經科學技術逐步開始應用

高強度間歇訓練對認知功能影響研究主要是探索性研究，研究方法較為單一，主要運用一些量表對認知功能進行測量，但是腦科學作為一門新興學科，研究過程中有功能性核磁共振、腦電圖、腦磁圖、事件相關電位以及功能性近紅外光譜技術等多種方法手段。已有研究采用Stroop 任務和多通道近紅外光譜功能成像技術對神經可塑性和執行功能進行了研究，發現高強度間歇訓練可以通過提高背外側前額葉皮質（DLPFC）［31，34］和左眶額葉皮層（OFC）［35］的神經激活水平，來提高執行功能；也有研究，通過18F-脫氧葡萄糖正電子發射斷層掃描來觀測腦區代謝活動，發現高強度間歇訓練能夠促進受試者頂葉和顳葉腦區內葡萄糖的攝取，從而有利于提高認知功能［36］。與僅用量表測量認知功能相比，運用這些方法手段能更進一步地探討發生的機制。但是相對來說，目前這些方法手段在該研究領域應用較少，未來如果在該研究領域加入更多新的方法手段，則能使該研究領域出現更多的可能性，且能夠多維度、多數據地證實高強度間歇訓練對認知功能的改善作用。

4 結語

高強度間歇訓練對認知功能影響的研究，雖然起步較晚，但發展快，研究人群范圍較廣，未來對青少年的研究可能是重點，采用多手段的神經生物學技術的研究，可能是該領域的趨勢。