基于自我效能和結果期待的踝泵康復人群身體活動影響研究

文／韓 挺，樊博洋（上海交通大學 設計學院）

世衛組織于2002年提出，強調通過“健康、參與和保障的機會盡可能發揮最大效應”，提升老年人的生活質量，幫助老年人維持獨立生活的自主能力。大量研究表明，運動是支持“積極老齡化”過程的關鍵因素。南洋理工大學的WU Z[1]等指出，參加有規律的體育鍛煉可以提高老年人的健康和生活質量，減少跌倒等意外事件的發生，即使是每天進行30 min的中等強度鍛煉也可以顯著降低慢性病的風險[2]。

盡管存在諸多益處，老年人的運動參與率與依從性仍然普遍較低，研究指出，大多數老年人久坐不動，不愿運動[1]。MANDRYK[3]從3個方面歸納了運動參與的阻礙因素，分別為心理障礙（包括缺乏運動興趣與運動意識，由于生理機能下降產生的運動信心不足及自我效能低下）、物理障礙（包括場地或器材的限制，天氣環境的影響）與時間障礙。

VELAZQUEZ A[4]指出，老年人在衰老過程中往往會經歷運動能力的下降，這會令老年人產生消極情緒，喪失運動興趣，并最終加速運動能力下降的惡性循環。特別是對于患病或行動不便的老年人來說，持續的病痛、脆弱的心理和受限的活動能力與活動范圍往往使他們無法像正常老年人一樣定期參與鍛煉，享受運動帶來的樂趣。而另一方面，鍛煉自身的性質（如多為單人運動、動作重復、過程枯燥等）也會導致運動動機的缺乏與參與興趣的降低。

一、相關研究

1.1 身體活動

激勵身體活動正成為一個越來越受關注的問題。研究表明，科學的身體活動對個人的身體、心理和社會發展至關重要。信息和通信技術（ICT）領域已應用于多個研究領域。醫療健康領域是利用信息通信技術應用的主要領域之一。數字健康的定義出現在描述這一綜合研究領域的文獻中。健康技術越來越多地用于身體活動的促進和干預，如身體活動自我監測技術（Physical Activity Self-Monitoring Technologies，PAMTs）。

身體活動自我監測技術包括一系列類型、機制和功能，與個人身體的連接方式也各不相同(如平板設備上的應用程序、腕帶或IMU等)。不少研究驗證了不同身體活動自我監測技術的可靠性和有效性[5]。

1.2 社會認知理論

我們試圖研究技術如何支持健康行為的內在動機和自我能效，以促進身體活動的態度。社會認知理論（Social Cognitive Theory，SCT）是一種公認的解釋人類認知、行為及其社會環境如何相互影響的理論[6-10]。在社會認知理論中，健康行為是由兩個態度因素誘發的：自我效能和結果期望。自我效能是我們對自己完成一項任務的能力的信念（例如有規律地保持活躍）。結果預期是我們對完成任務后會發生什么的信念。

社會認知理論作為人類行為模型的重要性已被健康綜述論文證實，這些論文顯示自我效能感是身體行為的關鍵預測因子[11，12]，表1顯示了SCT中的關鍵結構。

表1 實驗對象的基本情況

1.3 身體活動支持技術

個人信息學領域[13]研究了如何通過新穎的設計元素來增強健康追蹤數據。隱喻性可視化是一種設計元素，可以幫助用戶感覺與他們的數據更有聯系，例如，使用魚缸、花園和飛船燃料隱喻來可視化PA數據[14-16]。目標設定工具是幫助人們選擇和管理自己健身目標的設計元素，例如Bounce[17]，Fitbit Plan[18]， GoalPost[19]， Habito[20]。反射支持是一種設計元素，旨在幫助人們了解自己的行為，例如，VisualizedSelf[21]， Health mashup[22]，Reflection Companion[23]。

二、方 法

我們開發了Luckit原型，以研究身體活動技術如何支持健康行為的內在動機和自我能效，以促進身體活動的態度，更具體地說，是自我效能和結果預期。然后，我們進行了一項實驗研究，檢驗Luckit對用戶的內部動機、自我效能、運動依從等方面的影響。

2.1 Luckit原型設計

Luckit系統包含運動游戲、硬件設備、軟件平臺3大模塊（見圖1a）。硬件設備基于踝泵運動的相關特征定義識別算法，通過可穿戴傳感器識別老年用戶的動作輸入；軟件平臺中的游戲庫為用戶提供包含競爭與合作模式的“乒乓風云”（見圖1b）、結合認知與運動任務的“煎蛋俠”（見圖1c）、懷舊主題的益智類游戲和“尋找大哥大”（見圖1d）等多種運動游戲供用戶自由選擇。在運動游戲中，用戶的運動數據映射為游戲中的相關操作并產生實時的訓練反饋，獲取的用戶數據應用于軟件平臺中的個人中心、新手引導、管理工具等功能模塊，輔助用戶了解自己的運動表現，制定合適的鍛煉計劃。此外，針對老年患者在住院條件下缺少獲取與自身疾病相關知識的渠道等痛點問題，軟件平臺中還嵌入了“健康課堂”功能，幫助老年用戶了解相關健康資訊。同時，根據適老交互產品的設計要求，在硬件設備中也引入了燈光、振動等交互反饋形式，通過多感官通道的刺激輔助老年用戶感知反饋內容。

2.2 用戶場景

Luckit為用戶提供一種有效且有趣的身體活動方式。使用前，用戶需要將可穿戴傳感設備“好好配”佩戴在腳背相應位置，根據系統指令學習正確的運動方式，系統將通過傳感器實時監測用戶姿態，給出相應的鍛煉建議。在使用過程中，通過軟件端游戲內容的設計，用戶在達成鍛煉目標的同時，也將收獲更具趣味性的情感體驗。在踝泵運動的基礎上，系統也提供了多種不同的運動輸入方式，可穿戴設備可靈活佩戴在其他身體部位，如手腕或手臂，檢測相應的運動內容，以適應不同用戶的鍛煉需求。同時，Luckit支持多名用戶同時使用，為產品使用的過程創造了更多的社會互動契機，以進一步起到促進運動參與，塑造歸屬感等積極心態。

2.3 設計原理

健康行為是由自我效能感和結果期望兩個態度因素誘發的，Luckit的設計理念遵循技術支持健康行為的內在動機和自我能效，以促進身體活動的態度。

用戶對信息系統的接受程度受其對系統感知有用性影響[24]。Luckit系統中，物理層通過傳感器捕捉用戶的身體動作，數據層將其轉換為游戲輸入，并將其與語義層中的身體活動和游戲目標相比較，游戲層實時更新相應的游戲場景，在顯示層呈現適當形式的反饋，并最終引發結果層中用戶的行為結果（見圖1）。

圖1 Luckit原型

LU[25]的研究指出，運動游戲中的敘事元素不僅可以增強角色與情節的互動，還可以使用戶產生更高的運動動機，享受重復的訓練并獲得更加積極的行為結果。Luckit系統選擇老年人熟悉或能夠滿足懷舊情感傾向的元素，借助敘事等手段在內容與用戶生活間建立聯系。

研究表明，系統中的社交機會是促進老年用戶自發參與運動游戲的重要原因[4]。Luckit系統設計中，通過設置水平匹配的“對手”，在保證一定的挑戰性、激發用戶持續參與動機的同時，避免因水平差距懸殊而導致用戶產生自卑、挫敗等消極心態。VELAZQUEZ A[26]等人在觀察一群老年用戶使用運動游戲產品的表現時發現，當老年用戶獨自在其他人前參與游戲時，會更容易產生肢體不協調等問題和沮喪情緒。Luckit系統設計引入合作模式，支持用戶以小組的形式參與，參與者表現出更高的自主性（autonomy）和歸屬感（relatedness）。

三、實驗設計

3.1 實驗對象

本研究選取了24名老年住院患者作為研究對象，納入標準包括：年齡＞50周歲；視聽功能正常或在眼鏡、助聽器等設備的輔助下無視聽障礙；意識清醒且可進行康復鍛煉；患者及家屬均知情且同意參加本項研究。實驗前數字評分法疼痛評分（NRS）≤6。無法進行踝泵運動，存在語言溝通或認知功能障礙，有下肢深靜脈血栓或相關病史，抑或是凝血功能異常的患者均被排除在研究范圍之外。在實驗開始前，實驗對象按隨機數字表法被分為對照組、合作組與競爭組3個小組，每組各8人，包括4名男性與4名女性患者。各組被試的年齡、身高、體重、數字評分法疼痛評分在統計學上均無顯著性差異（P＞0.05），具有可比性（見表1，圖2）。

圖2 被試和實驗現場環境

3.2 研究工具

3.2.1 疼痛數字評價量表疼痛數字評價量表（Numerical Rating Scale，NRS）是臨床上常用的單維度疼痛評價方法，用0～10之間的數字表示疼痛強度，尤其適用于老年人群或文化程度較低者。應用NRS，檢驗運動游戲是否具有降低患者疼痛水平感知的作用，或存在造成患者健康傷害的風險，同時保障產品的安全性。

3.2.2 簡版整體自我效能量表GSE-6簡版整體自我效能量表是衡量用戶自我效能的有效工具，包含6個問題，要求參與者根據“完全不正確”（1）到“完全正確”（4）的等級來評定每個問題中的描述對于他們的適用程度。通過對比干預前后被試自我效能感的變化，評估運動游戲及不同的干預機制對老年人個人能力感知的影響，并作為預測依從性的指標之一。

3.2.3 內在動機量表之興趣/享受子量表在內在動機量表 （Intrinsic Motivation Inventory,IMI）的6個子量表中，能直接反映內在動機水平的只有興趣/享受子量表。本研究使用該子量表衡量樣本在干預過程中的動機水平與享受程度。

3.2.4 主觀疲勞量表主觀疲勞量表 （Rating of Perceived Exertion，RPE）將對于運動負荷的主觀感受分為6級到20級，由弱到強的描述了運動過程中的主觀耗力感受。測量樣本對于干預過程的主觀疲勞感受可以對比不同條件下的樣本對于運動強度的感知是否存在區別，檢測當前所采用的運動強度是否恰當。RPE已經被證明具有足夠的重測信度與效度，且與心率之間存在強相關性。

3.2.5 彩色多普勒超聲診斷儀使用PhilipsiU22彩色多普勒超聲診斷儀（探頭頻率5～12 MHz）測量實驗前后參與者同一部位（腹股溝）的股靜脈收縮期峰值血流速度（PSV）與舒張期平均血流速度（MDV）等血流動力學指標，評估運動游戲對參與者身體機能的影響，并進一步驗證其在提高血液流速、降低深靜脈血栓生成等方面的潛在臨床應用價值。儀器全程由一名專業醫生進行操作，并在診斷儀內置的操作系統中對每一位用戶的數據進行了處理與保存。

四、結果與分析

由單因素方差分析（one-way ANOVA）可得，干預前各組的PSV、MDV、自我效能與疼痛水平評分的組間差異顯著性均大于0.05，證明各組參與者實驗前的基線數據無明顯差異（見表2）。

4.1 血流動力學指標

由配對t檢驗可得，各組在實驗后的PSV與MDV數據均出現了一定程度的增長，證明進行傳統踝泵運動或運動游戲都可以加快參與者的血液流速。其中，除對照組的MDV數據僅呈現出0.05的顯著性外，其余各項數據的P值均小于0.01，具體數據可見表2。進一步對PSV對MDV數據在實驗前后的差值進行組間單因素方差分析，不同組樣本對于PSV與MDV數據的變化（實驗前—實驗后）均無顯著性差異。

表2 實驗前基線數據的單方差分析

4.2 疼痛評價

由配對t檢驗可得，對照組的疼痛數字評分在實驗后明顯上升 （P＜0.01），而競爭組與合作組參與者在實驗后的疼痛評分則呈下降趨勢，但差異并不顯著（見表3）。這表明運動游戲在對疼痛的主觀感受上并不會產生消極的影響。

表3 實驗前后PSV與MDV數據的配對t檢驗

4.3 主觀疲勞與內在動機

單因素方差分析顯示，對照組在干預過程中的主觀疲勞評分（14.25±0.89）高于競爭組（11.75±0.89）與合作組（10.38±2.97），呈現出0.01水平的顯著差異（F=8.897，P=0.002），這表明傳統踝泵運動下的用戶可能會相對于運動游戲下的用戶感知到更高的體力活動水平。而在內在動機上，對照組的評分（15.50±6.12）則顯著低于競爭組（48.50±0.53）與合作組（46.00±2.27）。

進一步對比競爭與合作機制對于參與者主觀疲勞程度與內在動機的影響可知（見表4），兩組樣本在對運動疲勞程度的主觀感知上無明顯差異，而競爭組則在內在動機上表現出了顯著更高的興趣/享受水平（P＜0.01）。

表4 實驗前后NRS疼痛評分的配對t檢驗

4.4 自我效能與依從度

由配對t檢驗可得，對照組在參與實驗后的自我效能評分顯著降低，而競爭組與合作組的評分則顯著升高，分值變化（實驗前—實驗后）如圖3所示。

圖3 實驗前后自我效能評分的變化

通過對競爭與合作兩組樣本自我效能評分的前后差值進行進一步的方差分析，還發現兩組在對自我效能的改變程度上具有顯著差異，合作組中自我效能取得了更為明顯的提升（見表5）。

表5 競爭組與對照組主觀疲勞與內部動機評分的方差分析

在依從度上，合作組中的所有樣本都完成了實驗最后階段的5 min“自由鍛煉”，競爭組中堅持完成這一過程的樣本比例為87.5%，而對照組中這一比例僅為50%。卡方分析可得，不同組對于“自由鍛煉”環節的依從性均呈現出顯著差異 （chi=6.568，P=0.037<0.05），而在合作組與競爭組之間，這差異并不顯著（P=0.302＞0.05）（見表6）。

表6 競爭組與對照組自我效能評分差值的方差分析

五、討論與結論

在使用產品的過程中，競爭組與合作組樣本的收縮期峰值血流速度與舒張期平均血流速度均顯著加快，且與參與傳統踝泵運動的樣本相比，血液流速的變化程度并不存在顯著差異。Luckit系統達成傳統踝泵運動所能帶來的鍛煉效果，促進血液流動，降低住院場景下久臥/久坐行為中潛在的疾病發生風險。

在疼痛水平上，無論是競爭性還是合作性的運動游戲，都沒有增加被試者的主觀疼痛感知水平。對比對照組中數字疼痛評分顯著增加的現象，這可能是因為傳統鍛煉中單一且重復的動作很容易變得枯燥乏味，在一定程度上強化老年用戶對于負面感受的感知，而運動游戲產品中所提供的視聽觸等多感官刺激和成就、新奇等積極情緒體驗則可以在一定程度上轉移老年用戶對痛苦感覺的注意力。

在主觀疲勞程度上，競爭組的評分略高于合作組，但差異并不明顯。這與此前研究中“競爭性運動游戲可以增加玩家的體力消耗”保持了一致。競爭組與合作組在運動量上的不明顯差異可能也是兩者在促進血液流動（提高PSV與MDV）的效果上無顯著差異的原因之一。

本研究提出了一種技術如何支持健康行為的內在動機和自我能效，以促進身體活動的態度，進一步支持身體活動的方法（見圖4）。

圖4 技術支持健康行為的內在動機和自我能效的過程

5.1 自我效能

運動游戲使老年用戶的自我效能改善，傳統運動則使自我效能顯著降低。成功經驗一般被認為可以增強自我效能[7]，而Luckit系統所提供的競爭與合作游戲任務都為“成功”感受的獲得提供了更多的契機。對比傳統康復訓練運動，獨自運動的形式和單一枯燥的內容往往無法使用戶難以產生堅持的動力，以至無法達成預期鍛煉效果，產生對個人能力的質疑。

用戶在使用合作模式下運動游戲的過程中獲得了相較于競爭模式更為明顯的差異。這可以通過STAINO等[27]的觀點解釋：合作性游戲提供了需要共同實現的目標，并在團隊凝聚力的作用下為用戶帶來了社會支持和自我效能的增加，而自我效能感的提升還可以進一步促進用戶堅持鍛煉行為。自我效能還通常被視作預測運動依從性的有效指標[28]，這可能也是造成實驗中合作組依從性略高于競爭組（差異不顯著）的原因之一。

5.2 結果期望

與現實生活相關（懷舊元素）或具有教育意義的主題更能吸引老年用戶的興趣。Luckit系統選擇老年人熟悉或能夠滿足懷舊情感傾向的元素，借助敘事等手段在游戲內容與用戶生活間建立聯系，確定合適的主題。

在實驗過程中，盡管兩個運動游戲組樣本的內在動機水平均高于實驗組，但競爭組的評分更高，且顯著高于合作組。Luckit系統中的《乒乓風云》采用了比較合理的難度設置，一是在由計算機生成的“虛擬對手用戶”的設計中考慮到了老年用戶的身體活動能力，設置了與之相匹配的能力水平；二是游戲的難度隨時間逐漸提升，持續的時間受用戶身體活動的表現影響，這在一定程度上平衡了能力限制與挑戰感之間的關系。KAPLAN等指出，這種基于用戶技能的難度調整機制可以在系統設計中避免用戶產生厭倦或沮喪的心理感受，創造更佳的使用體驗。BALDWIN等人對動態難度調整機制（mDDA）的研究中，避免內部動機降低的現象，使得競爭機制更加充分發揮了其創造樂趣、促進發動機的作用。