開放性運動對青少年視空間工作記憶的影響

陶濤　謝青松

視空間工作記憶是一個容量有限的記憶系統，主要負責視覺客體和空間信息的加工，它是工作記憶的重要組成部分。本文對不同類型運動干預（開放性運動和閉鎖性運動）進行研究，通過對比開放性運動與閉鎖性運動對青少年視空間工作記憶的作用，探索開放性運動對青少年視空間工作記憶影響的優勢。本研究以12-15歲青少年為研究對象，分為開放性運動組（20人，男女各半），閉鎖性運動組（20人，男女各半）。每周3次運動干預，每次45分鐘，對開放性運動組以開放性運動進行運動干預，對閉鎖性運動組以閉鎖性運動進行運動干預，進行8周的運動干預，測試實驗前后青少年視空間工作記憶能力的變化情況。研究結果表明：在視空間工作 記憶任務上，運動干預后開放性運動組與閉鎖性運動組正確率和反應時都顯著提高，且開放性運動組正確率顯著高于閉鎖性運動組，反應時無顯著差異。根據以上研究結果，得出如下結論：無論是開放性運動還是閉鎖性運動對青少年視空間工作記憶都具有促進作用，且開放性運動的促進效果更好。

認知是人腦功能中的高級功能。隨著國內外學者逐漸深入的研究，越來越多的證據表明體育鍛煉對認知功能起促進作用。人的大腦通過注意力、記憶力、推理能力等，對信息進行處理、儲存和提取，這些能力是人們成功完成一項認知的關鍵心理因素。

長期以來，工作記憶一直被認為與意識密切相關。實證研究表明，潛意識內容可能保持在工作記憶中，復雜的認知計算可以在線進行。這促進了對意識和工作記憶之間確切關系的研究。工作記憶被認為是許多高階認知能力的關鍵組成部分，如解決問題、推理、執行控制和決策。

2006年，Lambourne，K在猶他州立大學做了一項關于年輕人體育活動與工作記憶能力之間關系的研究，發現鍛煉與增強記憶力之間有聯系，這一發現支持了體育鍛煉與年輕人的工作記憶能力相關的假設。2016年，Sima Zach等在進行了一項關于三種體育鍛煉方式對兩種工作記憶的影響的研究，研究發現急性運動后，工作記憶功能立即增加，排球活動比其他兩種活動更能提高記憶表現。在該項研究中，排球就是開放性運動的代表。而Russo，Gabriele在2021年發現：體育鍛煉有助于工作記憶的提升，但開放性運動較閉鎖性運動的影響統計學差異不大。

郭瑋等國內學者的實驗結果顯示，開放性運動對老年人的視空間工作記憶具有一定的促進作用，而開放性運動訓練對老年人的視空間工作記憶儲存子成分具有明顯的優越性，其原因是開放性運動訓練可以增強抑制能力。馬葉丹等人發現，在一定程度上，校園足球一些訓練方式可以提高學生的工作記憶能力，而當工作記憶能力提高時，他們的流體智力水平也會有所提高。王柳雁采用兩個實驗研究了不同運動方式對大學生工作記憶的影響。結果顯示，籃球運動的效果明顯好于健美操和跑步，可能因為籃球是一種具有高度戰略意識的運動，它要求更好的適應能力、更快地做出決定、更大的額葉激活，從而有效地處理外界的復雜情況，激發與認知有關的大腦區域。

1 研究目的與假設

1.1 研究目的

本實驗以運動干預類型分為開放性運動組和閉鎖性運動組，對兩個組分別進行運動類型為開放性運動和閉鎖性運動的運動干預，通過對比開放性運動與閉鎖性運動情況下對青少年工作記憶的作用，探索開放性運動對青少年視空間工作記憶影響的優勢。

1.2 研究假設

開放性運動的運動情境相較閉鎖性運動更加復雜，參與者需要對環境的變化做出及時的調整，對認知參與度要求較高，本研究做出如下假設：運動干預能夠對青少年視空間工作記憶產生影響，開放性運動對青少年視空間工作記憶的促進作用優于閉鎖性運動。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

選取12-15歲青少年共40人，隨機分為為開放性運動組（共20人，其中男生10人，女生10人）和閉鎖性運動組（共20人，其中女生10人，男生10人），所有被試還需要滿足以下條件：（1）無嚴重身體和精神疾病；（2）右利手；（3）體重正常，BMI指數小于25；（4）聽覺視覺正常；（5）無與癡呆等癥狀（幻覺、妄想等）；（6）無抑郁癥表現，未遭精神刺激；（7）簽署實驗知情同意書。

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料法：

在知網、web of science上搜索“工作記憶”“開放性運動”“閉鎖性運動”“體育鍛煉”“working memory”“physical exercise”等關鍵詞，查閱國內外有關不同體育鍛煉干預方式對工作記憶影響的相關文獻，了解研究現狀，并進行文獻綜述。

2.2.2 數理分析法：

數據處理，采用統計分析軟件包SPSS26.0對數據進行重復測量方差分析和配對樣本T檢驗統計分析，設定P<0.05為統計結果具有顯著性。

2.2.3 數理統計法：

使用MATLAB軟件，Psychtoolbox（Kleiner et al.2007）編程對實驗的正確率和反應時數據進行收集，并將數據導入excel表中進行處理。

2.2.4 實驗法：

教學情境中自然實驗法，進行為期8周的運動干預，采用2（開放性運動組、閉鎖性運動組）×2（前測、后測）混合實驗設計，探討活動類型不同（開放性運動組、閉鎖性運動組）的運動干預對視空間工作記憶能力的影響，因變量是被試者的反應時和正確率。

2.3 實驗內容

2.3.1 運動干預方案

開放性運動組（足球運動）：第1周前半節課進行顛球（腳背顛球、腳內側顛球、大腿顛球）、腳背正面運球學習，后半節課進行運球比賽，兩兩一組規定距離內按規定運球，完成動作更標準、速度更快者勝出。第2周前半節課進行腳內側踢球學習，后半節課進行傳接球比賽，兩兩一組規定時間內按規定傳接，完成動作更標準、次數更多組勝出。第3周前半節課進行腳背內側踢球學習，后半節課進行行進間傳接球比賽，兩兩一組規定距離內按規定進行行進間傳接球，完成動作更標準、速度更快組勝出。第4周前半節課復習前4周所學技術，后半節課進行頭球、擲界外球學習。第5周前半節課進行運球繞桿射門練習，后半節課進行比賽，按規定進行運球繞桿射門，完成動作更標準、速度更快者勝出。第6周前半節課進行斜插直傳配合練習，后半節課進行5v5比賽。第7周前半節課進行直插斜傳學習，后半節課進行8v8比賽。第8周進行全場對抗賽。45min/次，3次/周，共8周。

閉鎖性運動組（田徑、體操運動）：第1周前半節課進行短跑技術學習，后半節課進行有氧慢跑。第2周前半節課進行彎道跑技術學習，后半節課進行有氧慢跑。第3-4周前半節課進行跳遠技術學習，后半節課進行有氧慢跑。第5-6周前半節課進行跳高技術學習，后半節課進行有氧慢跑。第7-8周前半節課進行體操動作學習，后半節課進行有氧慢跑。45min/次，3次/周，共8周。45min/次，3次/周，共8周。

2.3.2 實驗流程

本項目通過選取12-15歲的健康青少年作為實驗的對象，排除本實驗涉及的運動干預以外的干擾因素，此后將各符合實驗條件的40名青少年進行隨機分組（開放性運動組和閉鎖性運動組），然后對其進行視空間工作記憶任務前測，在一間安靜的教室里，被試者被分配到一個特定的位置，位置前的電腦屏幕上呈現一個打開的實驗程序。受試者開始正式測試之前，必須完成5次練習試次，這不會被記錄在正式的實驗中，直到達到指定的正確率后，正式的測試才會開始。每個任務共20個試次，受試者必須在設定的時間內按鍵反應，否則就會呈現下一個試次。完成一半試次后，被試者可以短暫休息。在實驗中，在保證正確率的前提下，被試者要盡可能快速地反應。本項目對被試者進行為期8周的縱向干預研究，被試者在干預期間達到一定的運動強度。在8周的跟蹤干預結束以后，我們再次對被試者進行工作記憶任務的測試，通過對比前測和后測來探索開放性運動對青少年工作記憶的影響。

2.3.3 實驗任務

視空間工作記憶任務

本實驗的實驗程序是視空間工作記憶任務（Visuospatial working memory task，VWMT），在實驗開始之前，被試者被安排坐在一張椅子上，面前的桌子上放置一臺電腦進行實驗，當實驗程序啟動時，會有一個關于這個任務的說明，被試者按下鍵盤任意鍵進入測試。首先，灰色屏幕上會出現一個黑色十字注視點（視角0.8*0.8）1000毫秒；然后會有一個由16個小正方形組成的大正方形呈現在屏幕上2000毫秒，其中4個小正方形是黑色的，它們是隨機出現的，其他小正方形為白色的，這就是我們的識記刺激（視角2.8*2.8）；接著，屏幕上的識記刺激將會消失3000毫秒，在此期間，被試者需要在腦海中對先前的識記刺激進行向左或者向右旋轉90°；在此之后，屏幕上呈現目標刺激4000毫秒，被試者判斷目標刺激是不是由先前的識記刺激向左或者向右旋轉90°得到，若目標刺激與識記刺激相同，則被試者使用右手中指按下“p”鍵，若目標刺激與識記刺激不同，則被試者使用左手中指按下“q”鍵。目標刺激于被試者按鍵反應后消失，屏幕會呈現1000毫秒至3000毫秒的灰屏間隔試次。任務由20個試次組成，被試者完成10個試次后有一次休息時間，直到按下鍵盤任意鍵繼續完成測試。

3 研究結果與分析

本研究使用重復測量方差分析對被試者視空間工作記憶任務的反應時和正確率進行分析，結果顯示，后測反應時顯著低于前測反應時（F（1，38）=4.852， p=0.034，η?p=0.113），開放性運動組和閉鎖性運動組間組別差異不顯著（F（1，38） =0.004，p=0.948，η?p=0），前后測和組別產生交互，進一步進行簡單效應分析，發現組別在實驗后反應時上無顯著差異，T檢驗（t（1，19）=-0.963，p=0.348）。前后測正確率顯著高于前測正確率（F（1，38）=11.383， p=0.002，η?p=0.231），開放性運動組和閉鎖性運動組間組別差異不顯著（F（1，38）=2.425，p=0.128，η?p=0.060），前后測和組別產生交互，進一步進行簡單效應分析，發現組別在實驗后正確率上差異顯著，T檢驗（t（1，19） =2.651，p=0.016）。

4 結論與建議

作為一種安全、低成本的方式，運動不但可以促進青少年的生理發展，而且還可以促進他們的工作記憶等認知功能的發展。因此應鼓勵青少年積極參加體育活動，養成良好的運動習慣，以促進他們的身心發展。

研究結果顯示參與者的反應時和正確率表現都有顯著的改善，這表明運動可以有效提高對青少年視空間工作記憶表現。該結果與以往研究結果一致。例如，王加鵬等人使用2－back任務測試兒童的工作記憶能力，結果發現中等強度的運動對改善兒童的工作記憶具有顯著效果。此外，解超等人使用元分析對工作記憶進行研究，結果顯示中等強度有氧運動對兒童執行功能和工作記憶都具有改善作用。董俊也同樣采取了元分析的方法發現，中等強度有氧運動可以有效改善兒童工作記憶刷新功能，而高強度有氧運動則不會提升。陳愛國等人探討了聾啞兒童工作記憶的神經機制，通過11周"花樣跑步+武術操+花樣跳繩"運動干預發現，個體左側背外側前額葉、左側額下回、左側額中回、左側中央后回、左側顳葉內側、左側顳上回、左側海馬和右側后扣帶回等腦區的激活增強，這意味著工作記憶能力得到了顯著的提升。

更進一步，開放性運動對青少年視空間工作記憶的促進作用優于閉鎖性運動。開放性運動中環境相對難以預測，運動者需要及時根據環境的變化做出調整，這就需要認知功能積極的參與，比如記憶、注意等。在足球動中，在比賽前以及比賽時需要對對手的進攻、防守習慣進行解讀和記憶，以便更好的防守和進攻。隊員需要時刻關注場上隊友、對手的位置，判斷比賽的形勢，根據不斷變化的環境調整自己的位置，對技戰術進行及時的選擇。進攻方通過不斷的傳接球和無球跑動調動對手的防守，防守方通過調整位置以及相互配合改變防守。在比賽的過程中，雖然有一些普適通用的策略，但由于隊員間習慣和能力不同，隊員需要記憶這些信息，以取得更好的成績。因此相較閉鎖性運動，開放性運動需要更多認知功能的參與，鍛煉認知功能的效果也更好，對于視空間工作記憶的提升具有更好的效果。

體育運動的作用不止也不應止于強身健體，開放性運動在身體活動的同時進行認知活動，本研究表明開放性運動對提升青少年視空間工作記憶有更好的效果，因此可以呼吁青少年課余的時間里積極參與開放性運動，促進身心全面發展。

基金項目：2022年江蘇省高等學校大學生創新訓練計劃項目《開放性運動提升大學生工作記憶的實證研究》；項目編號：（202211117118Y）。

（作者單位：揚州大學體育學院）