心率變異性與認知控制的關系*

陳秀文,李富洪,魏魯慶

(1.惠州市第二人民醫院,惠州 516000;2.江西師范大學心理學院,南昌 330022)

1 引言

心率變異性(Heart rate variability,HRV)是指逐次心跳間期的波動水平,源自自主神經系統對竇房結的調控作用,能夠反映交感神經和迷走神經活動的緊張性和均衡性,可以通過計算逐次心跳間隔時間的變化來獲取,具有無創、可定量和重復性強的特點(Sztajzel,2004)。其中,由迷走神經調控的HRV反映了個體認知、情緒和行為的調節能力,可以作為自上而下自我調節的重要生物學指標(Thayer et al.,2012;Thayer,Hansen et al.,2009)。迷走神經系統能夠促進機體由應激條件下的非穩態恢復到穩態,反映了自主神經調節的靈活性,調節能力好的個體能夠根據環境需求,快速產生或調整生理心理狀態,這對個體的適應能力和疾病預防具有重要意義。

HRV的測量指標通常根據分析方法的不同劃分為時域指標和頻域指標兩類。時域指標是對心電圖中逐次竇性心搏間R波到R波之間的時間間隔(即R-R間期)的變化進行分析。常用的時域指標有反映自主神經系統總張力的全部正常R-R間期的標準差(standard deviation of the duration of all normal R-R-intervals,SDNN)和反映迷走神經張力的全程相鄰R-R間期之差的均方根(root mean square of successive differences,RMSSD)(Saul,1990)。頻域分析法也叫頻譜分析法,它與時域分析法有相關性,且能揭示出心率更復雜的變化規律(Radespiel-Troger et al.,2003)。常用的頻域指標有高頻功率(High-frequency(HF),0.15～0.40Hz),低頻功率(low-frequency(LF),0.04～0.15Hz)和低頻高頻比LF/HF。其中,HRV的高頻功率(HF-HRV)反映迷走神經的調節作用,低頻功率(LF-HRV)反映交感和迷走神經對竇房結的共同調節作用,低高頻功率比(LF/HF-HRV)則反映交感神經和迷走神經調控的均衡性(Saul,1990)。本文探討的是由迷走神經調控的HRV,包括RMSSD(時域)和HF-HRV(頻域)這兩個指標,下文描述的HRV,無特殊說明,均指由迷走神經調控的HRV。

認知控制指的是將復雜的認知與情緒活動加以整合,使其指向特定目標的心理功能,也就是在抑制不相關或不需要的信息的同時,維持激活所需要的信息,以完成目標導向行為的心理過程(Miller,2000;Miller &Cohen,2001)。認知控制功能由前額葉皮質進行調控,例如,外側前額葉皮質和額極支持目標導向行為,負責任務相關信息的提取和選擇,內側前額葉皮質與外側前額葉皮質協同工作,負責監控正在進行的活動從而調節認知控制的過程(Gazzaniga et al.,1998/2011)。

Thayer等人基于神經解剖、藥物阻斷和腦影像的研究提出了神經內臟整合模型(Thayer et al.,2009),該模型指出認知調節與迷走神經調節擁有共同的神經回路基礎,即都受到前額葉-皮層下回路的調控。不僅如此,前額葉對皮層下結構的抑制作用能夠幫助個體不斷監視外在環境和恢復機體內穩態,從而對生理和認知過程產生適應性調節,HRV可以作為反映生理和認知過程整合的重要生物學指標(Thayer &Lane,2009)。根據此模型,更高的HRV水平與更好的認知控制能力相關(Holzman &Bridgett,2017)。

由于當前的研究采用不同的分析方法(時域指標、頻域指標等)來計算HRV值,分析了不同狀態(例如在休息期間、任務期間和/或恢復期間)下的HRV值,使用的研究任務也不同,導致已有研究結果并不完全一致(Holzman &Bridgett,2017)。為了進一步闡釋迷走神經功能在認知控制任務中所扮演的角色及其作用,本文將對反映迷走神經活動的HRV和認知控制的相關研究進行系統地總結和歸納,得出更為可靠的研究結論。

2 心率變異性與認知控制的相關關系

研究發現,與靜息狀態下HRV值低的個體相比,靜息HRV值較高的個體在認知控制有關的任務(例如stroop和n-back任務)中表現得更好(Holzman &Bridgett,2017;Mahinrad et al.,2016;Zahn et al.,2016)。認知控制包括認知靈活性(cognitive flexibility)、工作記憶(working Memory,WM)和反應抑制(response inhibition)三個子成分(Miyake et al.,2000),反映著不同的心理過程,本文將從認知控制的不同子成分入手,考察認知控制和HRV的關系。

2.1 心率變異性與認知靈活性的相關性

行動級聯(Action Cascading)是一種關鍵的認知控制功能,是指在面對不同的任務目標時應對多種反應選項的能力,反映把不同的行動按優先級排列并串聯起來的能力(Verbruggen et al,2008)。考察行動級聯的一種研究范式是停止-轉換范式(Stop-Change task),該范式與停止信號任務相似,被試在停止信號出現時需立即停止當前反應,同時或經過一段時間的延遲之后切換到另一任務。該范式能夠考察個體的抑制能力和迅速切換到不同響應的能力(Colzato &Steenbergen,2017)。為了探究反映迷走神經活動的HRV與動作級聯的關系,Colzato和Steenbergen(2017)考查了RMSSD值和停止-轉換范式的表現是否存在相關。結果顯示,高靜息RMSSD值的被試停止-轉換任務的反應時顯著短于低靜息RMSSD值的被試。相關分析顯示,當要求被試停止當前任務并同時轉換到另一任務時,RMSSD值與反應時成負相關;當停止信號和新的任務規則之間存在300ms的延遲時,有負相關的趨勢但結果不顯著。在排除性別、年齡、體重指數、焦慮水平和壓力水平等因素的影響后,RMSSD值與動作級聯的相關結果依然顯著,證實了被試的認知靈活性與HRV水平的高低存在相關性。除行動級聯外,Colzato等(2018)使用任務轉換范式探討了由迷走神經調控的HRV和任務轉換的關系。結果表明在較短的反應刺激間隔(RSI=150ms)時,RMSSD值和HF-HRV值越高,轉換代價越小,兩者成負相關。研究結果表明靜息狀態下由迷走神經調控的HRV的水平可以用來預測個體的認知靈活性,即HRV值高的個體,轉換代價更低,認知靈活性更好。然而,Alba等(2019)得到了不一致的研究結果。Alba等人對38名大學生被試的HRV和認知靈活性進行探討,發現靜息HRV(HF-HRV、LF-HRV、RMSSD和SDNN)和認知靈活性測試的錯誤率呈正相關。對此,Alba等人認為結果的不一致是由不同的實驗任務難度引起的,實驗任務難度越大,涉及的大腦資源越多,從而誘發更大的心率變異性活動。

以往的研究在實驗范式和任務難度上存在差異,研究間的異質性較大,但研究結果大多支持了Thayer等人提出的神經內臟整合模型(Thayer et al.,2009;Zahn et al.,2016),即更高的靜息HRV與更好的心理靈活性有關;更高的靜息HRV反映更好的前額葉-皮層下回路的功能,而這個回路對于維持心理靈活性和適應性反應十分重要。

2.2 心率變異性與工作記憶的相關性

Hansen等(2003)首次考察了迷走神經張力對工作記憶的影響,研究者根據基線時RMSSD的中值將53名男性海員分成高、低HRV兩組,接受工作記憶測試(Working Memory Test,WMT)和持續操作任務(Continuous Performance Test,CPT)。結果顯示,在WMT(2-back任務)中,高靜息HRV組比低靜息HRV組表現出更高的正確率。在涉及執行功能的CPT中,高基線HRV組表現出更快的反應速度和更高的正確率。這說明更高的HRV與更好的執行功能表現存在聯系。此外,為了研究有氧運動在HRV與執行功能之間是否起調節作用,Hansen等(2004)對參加8周訓練后繼續接受有氧運動訓練和停止有氧運動訓練的兩組男性海員的HRV(HF-HRV值)和執行功能(WMT和CPT)進行了前后兩次測試。測試前兩組被試的最大耗氧量(maximum oxygen consumption,VO2max)、HF-HRV值以及執行功能沒有差異,經過4周的接受或停止訓練后,停止訓練組的VO2max較測試前顯著降低,HF-HRV值顯著低于訓練組。對于涉及執行功能的CPT任務,接受訓練組表現出比訓練前更高的正確率和更快的反應速度;對于WMT(2-back任務),訓練組在后測時的正確率顯著高于前測。該實驗支持了由迷走神經調控的HRV與前額葉皮層活動之間存在密切聯系,即更高的HRV反映了更好的前額葉皮層的調控,可以預測更好的執行功能的表現。

除此之外,不少研究也表明HRV和工作記憶功能之間存在正相關。例如Gianaros等(2004)發現HF-HRV的值隨著工作記憶難度的增加而下降,Jennings等(2015)發現在高加索白人中,倒背數字記憶廣度任務的表現和HF-HRV呈正相關,Laborde等(2015)發現更高的靜息HRV與更好的WMT表現相關。以上對HRV和工作記憶的研究結果較為一致,但忽略了性別、年齡和運動習慣等因素對二者關系的影響。據文獻報道,性別、年齡和運動習慣等因素能夠影響個體的HRV水平(Forte et al.,2019;Laborde et al.,2017;Stenfors et al.,2016)。因此,未來的研究可以進一步考察這些因素是如何影響HRV與工作記憶的關系。

2.3 心率變異性與反應抑制的相關性

反映迷走神經活動的HRV與反應抑制的關系在Jennings等(2015)的研究中得到證實,在363名高加索白人中,個體的靜息HF-HRV值越大,在完成stroop任務過程中的干擾效應越小,而在70名非洲裔美國人中,沒有發現顯著相關的結果,在總樣本中,HF-HRV和stroop任務呈正相關。此外,Alderman和Olson(2014)對56名健康大學生被試進行研究,發現任務態的HF-HRV和修訂的flanker任務的反應時呈負相關。Williams等(2016)探討了104名健康年輕被試的靜息HRV(RMSSD和HF-HRV)和修訂的flanker任務表現的關系。在這篇文章中,考察認知功能的指標為個體反應時變異性(intraindividual reaction time variability,IIV),IIV指的是試次間反應時的變異性,能夠反映注意的缺陷和認知功能的水平。由于使用的任務較為簡單,靜息HF-HRV和修訂的flanker任務的反應時呈現負相關,正確率呈現正相關,但結果不顯著。IIV和靜息HF-HRV存在中等的相關性,這表明低靜息HRV的個體存在任務表現不穩定的風險。

當前對于HRV和反應抑制關系的研究結果表明二者存在正相關關系(Zahn et al.,2016),支持了神經內臟整合模型的觀點。Jennings等(2015)報道了HRV和反應抑制的關系存在種族差異,但類似的研究較少。不僅如此,當前的研究結論大多針對歐美國家的白人群體,缺乏中國本土化的研究。因此,種族差異對HRV與認知控制功能的影響還有待進一步探討。

3 心率變異性與認知控制的相互影響

研究者在證實HRV和認知控制存在相關關系以后,利用HRV生物反饋訓練、經皮迷走神經刺激(Transcutaneous Vagus Nerve Stimulation,tVNS)技術和認知訓練進一步揭示了二者之間的相互作用。HRV生物反饋訓練通常是讓被試以約10秒一次呼吸的速度進行呼吸,這個0.1Hz的呼吸頻率被稱為共振呼吸頻率(Mather &Thayer,2018),能夠引起心率在特別高的振幅下振蕩,從而提高HRV(Lehrer et al.,2013)。近年來,tVNS技術逐漸受到研究者的關注,它是一種通過電刺激位于聲道內側的傳入性迷走神經耳支,從而引起迷走神經激活。研究證實tVNS技術能夠有效地提高迷走神經調控的HRV(Clancy et al.,2014),更為直接地對迷走神經及相關的認知功能之間的關系做出推論。此外,進行定期的工作記憶刷新訓練也能夠改變HRV水平,并對心理過程產生影響(Xiu et al.,2016)。

HRV生物反饋訓練可用于調節被試的HRV水平,從而影響其認知表現。Prinsloo等(2011)考察了10分鐘的HRV生物反饋訓練對于應激條件下認知表現的影響。18名健康男性被試被隨機分配到生物反饋訓練組和控制組,并在干預前后各完成一次修訂的stroop任務,該任務要求被試完成stroop任務的同時記住穿插在任務中出現的方塊的個數,能夠同時考察執行功能的三個子成分,即工作記憶更新、心理設置的切換以及抑制控制。結果表明10分鐘的HRV生物反饋訓練能夠有效提高被試的認知表現。生物反饋組在干預后,對stroop任務的反應時下降,計數方塊時錯誤更少,說明被試的執行功能得到提升,并且生物反饋訓練組的被試比控制組感到更加的放松。另外,Wahab等(2013)對電子制造業的操作人員進行為期5周的HRV生物反饋訓練,結果顯示該類人員的HRV水平、注意和記憶能力較干預前顯著提高(Sutarto et al.,2013)。一項針對籃球運動員的研究同樣顯示,連續10天的HRV生物反饋干預使得運動員的焦慮水平降低、HRV水平和籃球運動表現提高(Paul &Garg,2012),這說明HRV生物反饋訓練在調節情緒和認知功能方面有較好的效果。將HRV生物反饋、正念和體育鍛煉三種干預方式進行對比,結果顯示三者都能有效提高被試的注意力和執行功能,并且在干預效果上不存在差異(de Bruin et al.,2016),提供進一步的證據支持HRV生物反饋訓練能夠有效改善個體的認知功能表現。

tVNS技術相較于HRV生物反饋訓練,能夠更為直接地刺激迷走神經,改變個體的HRV水平,進而對其認知控制能力產生影響。Steenbergen等(2015)考察了即時的tVNS刺激對動作級聯的影響。15名健康大學生被試在執行停止-轉換任務的同時,接受30秒tVNS刺激和30秒休息的交替干預,另外15名被試則接受虛假的tVNS刺激。結果顯示,在需要停止反應并轉換到另一任務時,真實刺激組被試的反應時顯著快于虛假刺激組,該研究表明tVNS刺激技術通過提高個體的HRV水平,增強被試在動作級聯過程中的反應選擇能力和迅速切換到不同響應的功能。在一項使用西蒙任務(Simon task)的研究中,相較于虛假刺激,tVNS刺激使沖突效應減弱,表明tVNS技術能夠增強沖突觸發的認知控制調節(Fischer et al.,2018)。此外,一項針對健康老年被試進行的研究顯示,與虛假刺激相比,tVNS刺激條件下被試的聯想記憶任務表現更好(Jacobs et al.,2015)。以上研究結果證實tVNS刺激技術通過提高迷走神經活性,從而影響被試的認知功能。

此外,認知訓練同樣能夠提高被試的HRV水平。彭婉晴等(2019)考察了為期20天的工作記憶刷新訓練對抑郁傾向大學生情緒調節能力的影響。他們將40名抑郁傾向的大學生被試分成兩組,一組被試接受一段時間的工作記憶刷新訓練,另一組作為抑郁傾向控制組,20名健康大學生作為健康對照組。比較三組在前后測時的工作記憶刷新功能、情緒調節任務的得分以及HRV水平(HF-HRV)。結果表明,前測時抑郁傾向個體的HF-HRV值顯著低于健康個體的平均水平,經過工作記憶訓練后,抑郁傾向訓練組在情緒調節任務中的HF-HRV值有顯著的提高。該研究表明,工作記憶刷新訓練提高了抑郁傾向大學生的HRV水平和情緒調節能力。不僅如此,工作記憶刷新訓練被用于考察對健康大學生被試迷走神經功能的影響,研究結果顯示為期20天的工作記憶刷新訓練使被試在工作記憶任務中的反應時減少,HF-HRV值較干預前顯著上升(Xiu et al.,2016)。另外,在一項使用加工速度和注意力(processing speed and attention,PS/A)訓練干預老年人認知功能的研究中,被試在經過6周的PS/A訓練之后,PS/A任務的表現和HF-HRV值顯著提高(Lin et al.,2020)。上述研究結果支持了認知訓練對于提高個體HRV水平的有效性,進一步揭示了HRV和認知控制之間存在相互影響。

以上研究利用生物反饋訓練、tVNS技術和認知訓練證實了HRV和認知控制之間存在相互影響。然而,目前多數研究只關注這些干預訓練技術改善迷走神經調節和認知控制能力在生理和行為上的效應,并未探明相應的神經可塑性機制。未來的研究可以基于磁共振成像技術(magnetic resonance imaging,MRI),如功能MRI(functional MRI,fMRI)和結構MRI,以及腦連接分析方法進一步闡釋隱藏在這些干預訓練技術背后的神經重塑機理。

4 心率變異性與認知控制的神經基礎

HRV和認知控制存在正相關關系和相互影響的作用,可能是由于二者都受到來自前額葉-皮層下回路的調控。為了驗證這一觀點,研究者使用腦成像技術,如正電子發射斷層掃描(Positron Emission Computed Tomography,PET)、fMRI和腦電(EEG)探究HRV和認知控制的神經基礎。

Gianaros等(2004)利用PET在一系列難度增加的工作記憶任務中,獲取了93名(年齡在50-70歲)被試的區域腦血流(Regional Cerebral Blood Flow,rCBF),并探討了rCBF和HF-HRV的關系。研究結果顯示隨著任務難度的增加,HF-HRV值降低,這說明反映迷走神經活動的HRV與工作記憶的難度之間存在負相關。此外,HF-HRV與工作記憶任務誘發的內側前額葉皮層、島葉、前扣帶、杏仁核-海馬復合體的rCBF變化呈正相關,和小腦的rCBF變化呈負相關。同樣地,Lane等(2009)在一項PET研究中觀察到工作記憶和注意維持誘發的rCBF與HF-HRV在背外側前額葉皮層和右下額葉皮質呈正相關。另外,Jennings等(2015)使用靜息態的動脈自旋標記MRI掃描,在440人的大樣本研究中探討執行功能與HF-HRV之間是否存在相同的腦區關聯。結果顯示,在7項關于執行功能的神經心理學測試中,只有個別測試結果同時與HF-HRV及相關腦區有聯系,即倒背數字記憶廣度任務表現和HF-HRV與右側內側前額葉的CBF呈負相關;stroop任務的表現和HF-HRV與殼核的CBF呈負相關。然而在區分高加索白人和非洲裔美國人后,這些結果都不顯著,該研究證實認知控制與HRV之間的關系可能存在種族差異。上述研究結果表明個體的認知控制任務表現和迷走神經功能可能與前額葉皮質和皮下區域腦血流的變化有關。

除腦血流外,研究者利用fMRI技術探討了認知控制任務表現、HRV水平和腦激活三者之間的關系。例如Matthews等(2004)利用fMRI考察了前扣帶的功能分區與自主神經系統功能的關系。在18名健康被試中,左側背側前扣帶(dorsal anterior cingulate cortex,dACC)參與抑制功能(stroop任務干擾效應),而HF-HRV與左側腹側前扣帶的激活呈正相關(ventralanterior cingulate cortex,vACC)。該結果支持了前扣帶皮層功能分區的觀點,說明前扣帶的腹側部分在副交感神經的調節中可能起著重要作用。Neumann等(2006)基于fMRI考察了HRV和反應抑制的神經關聯,結果顯示被試在完成Go/NoGo任務時,HF-HRV的值與雙側尾狀核的激活呈正相關,與右側額葉皮層的激活呈負相關。類似地,Critchley等(2003)對6名健康被試進行的任務態fMRI掃描,研究結果顯示被試進行工作記憶(n-back)任務和等長運動時,HF-HRV和dACC、內側OFC、腦島及下丘腦的激活呈正相關。在一項使用持續操作任務(CPT)的fMRI研究中,CPT任務引起了RMSSD值的降低,并且伴隨著vmPFC、ACC、額下回和島葉等腦區的激活減弱(Iacovella et al.,2018)。以上神經成像的研究結果顯示HRV和認知控制的關系主要受到前額葉皮質和杏仁核等皮層下結構的調節。

另一種時間精度更高的EEG技術在認知控制和HRV神經關聯的研究中卻非常少見。據我們所知,目前僅有一篇外文文獻報道了認知控制任務表現、HRV水平和EEG指標三者之間的關系。Alba等(2019)對于靜息態HRV、EEG功能連接變異性(electroencephalography functional connectivity variability)和認知靈活性之間的關系進行了探討,發現三者之間均存在顯著相關。偏相關結果顯示在去除EEG功能連接變異性的影響后,HRV和認知靈活性之間的相關性變得不顯著;回歸分析也顯示EEG功能連接變異性在最大程度上解釋了認知靈活性的變異。這個結果說明HRV和認知靈活性之間的關系受到EEG功能連接變異性的調控,即HRV與認知靈活性的關系由二者共同的神經基礎決定。由于EEG時間精度高、實驗環境相對開放,且能夠更精準地描繪大腦電生理活動隨著HRV值和實驗任務的動態變化,未來的研究可利用此種技術手段進一步探討認知控制任務表現、迷走神經功能和大腦電生理活動三者之間的關系。

以上研究表明,HRV與認知控制存在共同的神經基礎。迷走神經功能的調節主要依靠中樞自主網絡(Central Autonomic Network,CAN)(Benarroch,1993)。CAN是內部調節系統的一個完整的組成部分,大腦通過這個系統控制著內臟運動、神經內分泌和行為反應,而這些反應對于目標導向行為、適應性和健康都是非常重要的(Thayer et al.,2012)。CAN在皮層與皮層下結構之間起到相互聯系與整合的作用,連接了負責自主神經功能和高級認知功能相關的腦區。CAN活動的變化可以反映HRV水平的改變。前額葉-皮層下回路是CAN的核心成分,HRV水平的變化受到該回路的調控(Sklerov et al.,2019;Thayer &Lane,2009)。對于認知控制而言,前額葉-皮層下回路的功能同樣重要,該回路的更強連通性與認知控制能力的提高相關(Miller &Cohen,2001)。

5 總結與展望

為了盡可能保證研究對象和方法的同質性,本研究綜述只關注了對于健康被試進行的實驗室研究,HRV的測量為時域或頻域指標。但是在伯格斯的多層迷走神經理論(Porges,2007)下的研究多使用呼吸性竇性心律不齊(respiratory sinus arrhythmia,RSA)這一指標。然而,有研究表明RSA容易受呼吸狀態和非平穩性的影響(Lewis et al.,2012)。另外,由歐洲心臟病學會和北美心臟起搏與電生理學會制定的心電工作指南(Thayer et al.,2012)強調了時域和頻域指標的應用,因此本篇綜述沒有納入關于RSA的研究。當前對于HRV和認知控制的研究大多支持了神經內臟整合模型的觀點,認為由迷走神經調控的HRV可以反映大腦前額葉皮層的活動特性,從而可以預測認知控制的能力。這對于提高認知能力或是預防認知能力下降具有一定的啟示作用,可以試圖通過定期的有氧運動、共振呼吸訓練或tVNS技術來提高個體的HRV水平,從而提高或維持認知能力。

在以往的研究中,由于不同研究間的異質性較大,得出的結論并不完全統一。為了更好地闡釋迷走神經功能在認知控制任務中所扮演的角色及其作用,得出更為可靠的研究結論,未來的研究可以從以下幾個方面著手,進一步探討HRV和認知控制的關系。

第一,提高HRV和認知控制的測量標準。在探討認知控制和迷走神經功能的相關性時,以往研究對于實驗中無關變量的控制存在很大偏差。首先,與HRV有關的影響因素包括測量指標和狀態不統一,使用的采集儀器和對被試的要求(采集前是否有休息,采集時的姿勢和狀態等)不同。研究表明HRV的時域和頻域指標都能夠可靠的反映自主神經系統的功能(Radespiel-Troger et al.,2003),在一些研究中卻顯示這兩類指標得到結果并不一致,其中的原因可能有:不同心電采集設備的使用,不同的變量操縱,以及不同的被試特征等。對于HRV指標的采集可以參考歐洲心臟病學會制定的工作指南,例如固定的心電圖采集設備,測量靜息HRV之前先讓被試休息5分鐘,測量的時間最好在5分鐘以上等(Laborde et al.,2017)。另一方面,對于認知控制的測量,不同研究采用的研究范式不一致,其反映的認知成分也不一樣,基于不同的認知成分進一步闡釋各個子成分(如認知靈活性、抑制控制和工作記憶)和HRV的相關性,有助于完善當前對認知控制和迷走神經功能關系的研究。對于被試特征,一部分研究使用了較小的樣本量,人口統計學方面的影響很難消除。綜上,未來的研究需要更加嚴謹的實驗和變量操控,保證足夠的樣本量大小,充分報告人口統計學特征,并盡可能排除這些變量的影響,從而對HRV與認知控制兩者的關系得出更穩定的結論。

第二,深入探究混淆變量對HRV和認知控制關系的調節作用。雖然有研究表明HRV與認知控制的相關性在不同種族(如:白人群體和非洲裔群體)之間存在差異,但類似的研究還很少。先前的研究主要探討了HRV和抑制控制及工作記憶任務表現的相關性在白人和非洲裔群體之間存在差異(Jennings et al.,2015),但并未涉及種族差異對HRV與認知靈活性相關關系的影響。不僅如此,當前發表的研究大多基于歐美國家的人群,其結論難以推廣到其他國家和地區,在中國更是缺少本土化的研究。另外,年齡、性別和運動習慣等因素能夠影響個體的HRV水平(Forte et al.,2019;Luft et al.,2009;Stenfors et al.,2016),但少有研究探討這些因素對HRV和認知控制相關性的影響。綜上,未來的研究可以進一步考察種族、年齡、性別和運動習慣等因素對二者關系產生的影響;另外,可以利用神經影像技術來探究這些混淆因素如何對HRV和認知控制產生影響。

第三,深入研究HRV與認知控制的神經重塑機理。目前的研究大多從相關角度對HRV與認知控制的關系進行探討,對于二者之間的相互作用的研究較少。根據Claude Bernard的心腦連接理論,心臟和大腦之間存在相互影響的,因此HRV和認知能力存在相互影響(Thayer &Lane,2009)。現有的工作記憶刷新訓練(彭婉晴 等,2019)和tVNS研究(Clancy et al.,2014;Steenbergen et al.,2015)已經支持了這一觀點。但仍需要更確切的研究去探討認知控制和HRV之間的相互作用。未來的研究可以結合認知訓練和HRV干預技術(如tVNS技術或HRV生物反饋訓練)探討個體在接受干預訓練前、后迷走神經功能和認知調節能力的變化,以考查干預訓練的行為學效果,并追蹤它的長期穩定效應。不僅如此,研究者還可以利用多模態的腦成像技術,如fMRI、結構MRI、功能性近紅外光譜(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)和EEG等技術,結合腦連接分析方法,進一步闡釋隱藏在干預訓練技術背后的神經可塑性機制。