急性跳繩運動對大學生執行功能的影響

摘 要：目的：探討不同類型跳繩運動對大學生執行功能的影響。方法：共招募32名參與者，采用單因素組內實驗設計，自變量為干預方式（靜坐組、直搖跳繩組、花樣跳繩組），因變量為執行功能，包括抑制功能、轉換功能和刷新功能。結果顯示：（1）跳繩干預促進抑制功能，花樣跳繩組在Stroop任務上的反應時差值小于直搖跳繩組和靜坐組，直搖跳繩組小于靜坐組。（2）跳繩干預促進轉換功能，花樣跳繩組和直搖跳繩組在大小奇偶轉換任務上的反應時差值均小于靜坐組。（3）跳繩干預對刷新功能沒有影響，各組在N-back任務反應時差值和正確率差值上均沒有差異。結論：30分鐘跳繩運動可以促進大學生的抑制功能和轉換功能，且花樣跳繩對抑制功能的改善效果優于直搖跳繩；但其對刷新功能沒有明顯的促進作用。

關鍵詞：執行功能；花樣跳繩；有氧運動；運動干預

中圖分類號：G804

文獻標識碼：A

文章編號：1008－2808（2025）01－0033－07

Abstract：Objective： This study aimed to examine the effects of different types of rope skipping exercises on executive functions in college students. Methods： A total of 32 participants were recruited and the study used a three-factor within-subject design. The independent variable was intervention type （sedentary， basic jump rope， and fancy rope skipping）， while the dependent variables included measures of executive functions： inhibition， shifting， and updating. Results： （1） Rope skipping interventions improved inhibition function， as evidenced by the smaller reaction time difference in the Stroop task for the fancy rope skipping group compared to both the basic rope skipping group and the sedentary group， with the basic rope skipping group also outperforming the sedentary group. （2） Rope skipping interventions also enhanced shifting function， with both the fancy and basic rope skipping groups showing smaller reaction time differences in the More-Odd shifting task compared to the sedentary group. （3） However， rope skipping interventions did not significantly affect updating function， as there were no notable differences in reaction times or accuracy in the N-back task across the groups. Conclusion： In summary， 30 minutes of rope skipping exercise can enhance inhibition and shifting functions in college students， with fancy rope skipping providing a greater benefit for inhibition function compared to basic rope skipping. However， it does not significantly impact updating function.

Key words：Executive function; Fancy rope skipping; Aerobic exercise; Exercise intervention

執行功能（Executive Function，EF）是一種高階認知功能，它能夠調節、指導和協調人們的思想、情感和行為^［1］，主要分為抑制（inhibitory control）、轉換（shifting）和刷新（refresh）三個子功能^［2］。抑制功能指個體在認知過程中有意識地阻止與當前情境不適宜的優勢反應的進入，抑制不相關信息的激活，以及終止無關信息的介入的能力。該功能使個體能夠抑制或忽略干擾信息，專注于當前的任務，避免分心。轉換功能是指根據當前執行任務條件的需求，在腦中通過注意力的轉換，實現對認知資源的靈活分配的能力。該功能可以幫助個體靈活地在不同任務或思維模式間進行切換，有助于個體更好地適應環境變化，快速調整策略。刷新功能指在短時間內將外界環境信息進行存儲，且可以在短時間內將相關信息進行快速提取或進一步處理的能力。該功能可以幫助個體更新工作記憶中的信息，以保持信息的時效性和準確性。已有研究表明執行功能的良好發育對人的身心健康發展具有重要作用^［3］，執行功能受損的人更易形成行為與情緒方面的障礙，如注意缺陷、學習障礙、孤獨癥等多種精神疾病。

有研究表明，短時中等強度有氧運動對執行功能產生的影響最大^［4］，且中低強度的有氧運動是受益程度很高的運動方式^［5］。

跳繩作為一項傳統體育運動，也屬于有氧運動的一種，其具有簡單、便于攜帶、受場地因素限制小等特點，可以更方便地開展實施。跳繩運動需要上下肢協調，通過有節奏的跳動進行屈伸，對認知靈活性要求較高。而花樣跳繩在傳統跳繩運動的基礎上增加了各種花樣動作，提高了觀賞性的同時，對手腳的協調能力也提出了更高的要求。已有研究表明跳繩運動可以促進兒童的執行功能，但其只單獨探討單搖跳或花樣跳^［6］，并未考查二者之間的區別，花樣跳繩的復雜動作對認知功能的改善是否由于直搖跳還有待檢驗。

此外，研究者還對鍛煉時間的劑量效應進行了探討，分別考查8min、15min、30min中等強度籃球運動對執行功能的影響，發現8min籃球運動對執行功能沒有顯著影響，15min籃球運動改善了抑制功能，而30min籃球運動對執行功能的三個子功能均表現出顯著積極影響^［7］。這一結果在大學生群體中也得到了驗證。相較于20min和45min，30min中等強度功率自行車運動對抑制功能產生的影響最佳^［8］。因此，對于單次的急性運動而言，30min的中等強度有氧運動對執行功能的改善效果最佳。

執行功能在個體成長中呈現倒“U”型發展，從青少年時期逐漸過渡到成年，執行功能會逐漸發育成熟。大學生處于青春期后期，在此階段執行功能發展趨于成熟，但還具有一定的可塑性，可以通過運動干預改善執行功能的發展。

綜上所述，本研究以大學生為研究對象，分別考查30min急性跳繩運動對執行功能三個子功能（抑制、轉換、刷新）的促進作用，并探討花樣跳繩和直搖跳繩的促進作用是否存在差異，以期為運動提升大學生認知可塑性提供支持性證據，為其更加高效地參與體育鍛煉提供理論依據，為制定科學的運動處方提供參考。研究假設如下：

H：與靜坐組相比，直搖跳繩組和花樣跳繩組對大學生的抑制、轉換和刷新功能均具有顯著的正向影響，且花樣跳繩組的干預效果優于直搖跳繩組。

1 研究對象與方法

1.1 研究設計

采用單因素三水平組內設計，自變量為運動干預類型（靜坐組、直搖跳繩組、花樣跳繩組），每名參與者均需完成三種運動類型的干預，實驗順序采用拉丁方平衡設計，任意兩次實驗干預至少間隔一周，以消除生物節律和運動疲勞的影響。因變量為執行功能（抑制、轉換、刷新）的反應時和正確率。

1.2 研究對象

使用G*Power計算單因素重復測量方差分析的樣本量最少為29（f=0.25，α=0.05，power=0.80，total sample size=29），

實際招募非體育專業、非心理學專業大學生36名，平均年齡18.38±0.55歲。

實驗過程中有4名被試由于中途退出或者任務操作正確率低于80%，數據被剔除。最終納入分析的參與者為32名（12男20女）。篩查標準如下：（1）身體健康，無腦損傷史和神經系統病史；（2）智力正常；（3）右利手；（4）視力或矯正視力正常；（5）未曾掌握花樣跳繩技能。所有被試在實驗前均簽署知情同意書。

1.3 實驗流程

實驗分為技能教學部分和運動干預及數據收集部分。在技能教學部分，參與者需2周的花樣跳繩動作教學課，每周2課時。教學內容為全國跳繩大眾等級鍛煉標準的前四級部分動作（見表1），每次課嚴格按照熱身活動部分—復習部分—內容教學部分—放松整理部分的順序進行。

在運動干預及數據收集部分，運動干預和執行功能測量均在實驗室內完成，每名被試單獨施測。參與者首先佩戴好polar表，簡單熱身后進行中等強度（心率區間70%～80%）跳繩運動干預，持續30min；靜坐組參與者則閱讀30min地理雜志。停止運動后，當心率恢復到基礎心率±10%以內時，進行執行功能測量，三項任務順序采用拉丁方平衡設計以消除順序效應的影響，不同任務之間可略作休息。實驗總時長為50～60min。

1.4 實驗任務

執行功能的測量采用E-prime3.0進行編程。抑制功能采用Stroop任務測量^［9-11］。實驗時，屏幕先呈現“+”注視點。然后，屏幕中央會出現帶有顏色的字，分別是紅色的“紅”、紅色的“綠”、綠色的“紅”、綠色的“綠”。要求被試忽略字本身的含義，當呈現的字為紅色時，按“F”鍵；當呈現的字為綠色時，按“J”鍵。每張刺激圖片呈現2 000ms，之后呈現空白圖片，刺激間隔時間在300ms、600ms、900ms和1 200ms中隨機（排除練習效應）。共包含練習試驗8次和正式試驗80次。Stroop任務評價指標為反應時差值（沖突性任務反應時減去一致性任務反應時）和正確率差值（一致性任務正確率減去沖突性任務正確率），差值越小說明抑制能力越好（見圖1）。

轉換功能的測量采用大小奇偶轉換任務（More-Odd shifting task，Mos任務）^{［10，12］}。屏幕中先呈現“+”注視點，然后隨機出現1～9（不包括5）中的一個數，要求被試對出現的數字進行大小、奇偶和大小奇偶混合判斷。大小判斷時，呈現白色數字，此時，數字小于5按“F”鍵，大于5按“J”鍵；奇偶判斷時，呈現綠色數字，此時，數字為奇數按“F”鍵，為偶數按“J”鍵；大小奇偶混合判斷時，呈現白色數字時進行大小判斷，呈現綠色數字時進行奇偶判斷。正式測驗分為兩部分，第一部分不需要轉換，第二部分需要轉換。每部分包括練習16次和正式實驗80次。每張刺激圖片呈現2 000ms，之后呈現空白圖片，刺激間隔時間在300ms、600ms、900ms和1 200ms中隨機。大小奇偶轉換任務評價指標為反應時差值（轉換任務反應時減去非轉換任務反應時）和正確率差值（非轉換任務正確率減去轉換任務正確率），差值越小說明轉換功能越好（見圖2）。

刷新功能的測量采用N-back任務^{［9，12-13］}，分為1-back任務和2-back任務。使用5個英文字母（B、D、L、Y、P）圖片作為刺激在屏幕中央單獨呈現。在1-back任務中要求被試從第二個字母開始，對當前字母與前一個字母比較，如果相同按“F”鍵，不同按“L”鍵；在2-back任務中要求被試從第3個字母開始，對當前字母與前面倒數第二個字母比較，如果相同按“F”鍵，不同按“L”鍵。每張刺激圖片呈現2 000ms，之后呈現空白圖片1 000ms。1-back任務和2-back任務均包括練習試驗15次和正式實驗40次。N-back任務評價指標為反應時差值（2-back任務反應時減去1-back任務反應時）和正確率差值（1-back任務正確率減去2-back任務正確率），差值越小說明刷新功能越好（見圖3）。

2 研究結果

2.1 跳繩干預對抑制功能的影響

以干預類型為自變量，Stroop任務正確率差值和反應時差值為因變量，進行重復測量方差分析。在正確率差值指標上，滿足球形假設（P=0.204＞0.05），說明三次測量結果之間不相關，應看一元分析結果中的sphericity assumed部分。結果發現，干預方式效應不顯著［F（2， 62）= 0.847，P=0.433＞0.05，η²_p=0.027］，沒有支持研究假設，即與靜坐干預相比，不同類型（直搖跳繩組、花樣跳繩組）的跳繩運動干預在Stroop正確率差值上沒有明顯差異（描述性統計見表2）。

在反應時差值指標上，拒絕球形假設（P=0.020＜0.05），說明三次測量結果之間相關，應看一元分析中的矯正部分。結果發現，干預方式效應顯著［F（1.625， 50.376）=7.460，P=0.003＜0.05，η²_p=0.194］；事后檢驗結果表明，靜坐組的反應時差值明顯大于直搖跳繩組（P=0.031＜0.05），直搖跳繩組的反應時差值明顯大于花樣跳繩組（P=0.045＜0.05），靜坐組的反應時差值明顯大于花樣跳繩組（P=0.003＜0.05）。說明直搖跳繩和花樣跳繩均可以顯著提高大學生的抑制功能，且花樣跳繩的干預效果更好，支持了研究假設（見表2）。

2.2 跳繩干預對轉換功能的影響

以干預類型為自變量，Mos任務正確率差值和反應時差值為因變量，進行重復測量方差分析。在正確率差值指標上，接受球形假設（P=0.298＞0.05），說明三次測量結果之間不相關，應看一元分析結果中的sphericity assumed部分。結果發現，干預類型主效應不顯著［F（2， 62）= 0.493，P=0.613＞0.05，η²_p=0.016］，沒有支持研究假設，即與靜坐干預相比，不同類型（直搖跳繩組、花樣跳繩組）的跳繩運動干預在Mos正確率差值上沒有明顯差異（見表3）。

在反應時指標上，接受球形假設（P=0.090＞0.05），說明三次測量結果之間不相關，應看一元分析結果中的sphericity assumed部分。結果發現，干預方式主效應顯著［F（2， 62）=6.167，P=0.004＜0.05，η²_p=0.166］；事后檢驗結果表明，靜坐組的反應時差值大于直搖跳繩組（P=0.027＜0.05），靜坐組的反應時差值大于花樣跳繩組（P=0.005＜0.05），直搖跳繩組和花樣跳繩組的反應時差值不具有統計學意義（P=0.218＞0.05）。說明與靜坐干預相比，不同類型（直搖跳繩組、花樣跳繩組）的跳繩運動干預對大學生的轉換功能均具有顯著的正向影響，但花樣跳繩組與直搖跳繩組的干預效果沒有顯著差異（見表3），部分支持了研究假設。

2.3 跳繩干預對刷新功能的影響

以干預類型為自變量，N-back任務正確率差值和反應時差值為因變量，進行重復測量方差分析。在正確率差值指標上，接受球形假設（P=0.760＞0.05），說明三次測量結果之間不相關，應看一元分析結果中的sphericity assumed部分。結果發現，干預類型主效應不顯著［F（2， 62）= 0.687，P=0.507＞0.05，η²_p=0.022］，沒有支持研究假設。即在正確率差值維度上，與靜坐干預相比，不同類型（直搖跳繩組、花樣跳繩組）的跳繩運動干預在N-back任務的正確率差值上沒有顯著差異。

在反應時差值指標上，接受球形假設（P=0.876＞0.05），說明三次測量結果之間不相關，應看一元分析結果中的sphericity assumed部分。結果發現，干預類型主效應不顯著［F（2， 62）=0.592，P=0.557＞0.05，η²_p=0.019］，表示不同干預方式在N-back反應時差值水平上沒有顯著差異，沒有支持研究假設。即在反應時差值維度上，與靜坐干預相比，不同類型（直搖跳繩組、花樣跳繩組）的跳繩運動干預在N-back任務的反應時差值上沒有顯著差異（見表4）。

3 討 論

本研究探討不同類型跳繩運動對大學生執行功能的影響，結果發現：花樣跳繩對大學生的執行功能中的抑制功能和轉換功能有積極影響，但對刷新功能的影響不明顯。可能因為執行功能的三個子成分本身是相互獨立的過程，負責工作記憶的不同方面^［1］，而花樣跳繩本身的特點導致其無法對三種功能產生一致的作用。首先，花樣跳繩是一種需要高度注意力和快速反應的運動，它要求參與者在執行復雜的步伐和手部動作時，能夠抑制無關的刺激和干擾。這種對注意力的集中和對干擾的抑制，可能促進了抑制功能的發展。其次，花樣跳繩涉及到多種不同的動作和節奏的變化，參與者需要在不同的跳繩模式之間快速切換。這種需要靈活轉換注意力和動作的要求，可能促進了轉換功能的發展。最后，刷新功能涉及在工作記憶中更新信息的能力。花樣跳繩雖然需要記憶復雜的動作序列，但可能更多地依賴于動作的自動化和肌肉記憶，而不是頻繁地在工作記憶中更新信息。下文將分別討論急性跳繩運動對執行功能三個子功能的影響。

3.1 急性跳繩運動改善抑制功能

本研究結果部分支持了假設，即跳繩運動對抑制功能的反應時有顯著的改善作用，且花樣跳繩干預的改善效果最佳。這一結果可能有以下兩種解釋：首先在生理層面，30min的跳繩運動后人體的喚醒水平提高，能量代謝速度加快，執行功能相關腦區的血流水平提高，而使得個體出現更快的抑制反應速度^［15］；急性有氧運動有助于促進大腦中的多巴胺分泌，增加腦中兒茶酚胺含量，從而提升認知功能^［16］。在腦機制層面，跳繩運動需要參與者調動大腦認知資源，抑制無關信息的干擾及其他練習動作形成的主導反應。以往的研究也表明，跳繩運動含有可以促進執行功能發展的特點^［17-19］，且為喚醒水平假設和神經營養因子假說所解釋^［20］。然而，在正確率差值指標上，不同的干預手段并沒有明顯差別，這可能與任務難度有關。因變量測試指標較多，而Stroop任務的正式實驗僅有80試次，難度較小，導致正確率出現天花板效應。

3.2 急性跳繩運動改善轉換功能

本研究發現，與靜坐組相比，參與者在跳繩干預后的轉換功能反應時顯著下降，且花樣跳和直搖跳沒有區別，部分支持假設。跳繩過程中長時間、高頻率的手腳協調用力使大腦需要始終動態地對于身體不同的部位進行認知資源的分配。在花樣跳繩運動中，大腦需經歷新信息的接收、新舊信息的交接，然后將信息存儲起來，經過轉換后再由身體執行出來^［21］，在此過程中，大腦的認知靈活性會得到頻繁的鍛煉。因此，結果表現為轉換功能的改善。這一結果也被劉麗麗^［22］、蔣任薇^［23］等人的研究所支持，其二人的研究結果皆顯示8周的花樣跳繩干預對轉換功能具有明顯的促進作用。然而，在正確率差值維度上，3種不同的實驗干預下轉換功能的指標也沒有表現出明顯的差異，究其原因可能與抑制功能的相同，即認知功能趨近成熟導致難以比較出低難度任務下正確率差值的差異。

3.3 急性跳繩運動對刷新功能無影響

本研究結果發現，參與者在不同運動干預后的刷新功能沒有差別，未支持研究假設。但從描述性統計數據來看，刷新功能的反應時出現了運動后短暫退化的傾向，這可能有以下幾個原因：首先，關于HRmax60%的適量運動對事件相關電位的影響的研究表明，頂葉部位的N1和N2振幅下降，而額葉部位的P2和P3振幅增加，表明注意力被更多地分配到總體身體運動上，而不是執行功能上^［24］。同時，運動引起的壓力可能會通過使兒茶酚胺增加而損害刷新功能^［25］。此外，急性體育鍛煉也會引起循環皮質醇水平的升高，這也會導致記憶能力的下降^［23］。另外，通過分析發現刷新功能沒有提高，也有可能受到運動干預—認知測試之間的休息時長的影響。Yanagisawa等人^［26］使用功能性紅外光譜觀察到前額葉皮層激活程度的增強與運動完休息15min后的認知能力的改善有關。使用事件相關電位進行的電生理研究顯示，兒童在進行運動完休息25min后P3振幅增加，執行功能得到改善^［19］。一項元分析研究報告表明，停止運動10min以內的認知表現會出現下降，而超過10min的休息則會對認知功能產生積極作用^［27］。本實驗設計中當參與者的心率水平恢復至靜息心率的±10%以內時進行認知功能的評估，平均時長大約在7～8分鐘，這個時長對于進一步促進大腦認知功能的激活來說可能不足。

當然，本研究結果與前人研究也略有不一致，陳愛國等人發現，8周中等強度的花樣跳繩運動對聽障人士兒童執行功能的發展具有促進作用^［9］，主要體現在轉化功能和刷新功能，沒有對抑制功能產生明顯的影響。可能的原因有：（1）本研究探討的是急性運動的干預效果，而非長期干預；（2）跳繩運動可能會選擇性地影響執行功能的三個成分^［14］，Colcombe等人^［14］在一項元分析中發現，有氧運動在改善執行功能時，對不同的子功能而言具有側重性；（3）研究群體不同，本研究的參與者為在讀大學生，其執行功能的發展與兒童已有不同。

本研究也存在一些不足：首先，忽視了執行功能任務難度問題，導致每個任務的正確率都沒有出現具有統計學意義的結果，后續研究應設置不同的任務難度（如：增加試次），或設置不同的實驗情境（如：壓力等）以避免由于任務簡單而導致的天花板效應。其次，本研究未探討性別差異。男、女因生理條件差異，其對運動的感知、鍛煉的效果都可能存在差異，這也可能是影響結果非常重要的因素。例如：本研究結果未發現急性跳繩運動對刷新功能的促進作用，而性別是否是其中的調節變量尚未可知，未來的研究需要進一步探討。研究結果可能受到樣本、實驗設計、運動干預的持續時間和強度等因素的影響。因此，需要更精細的實驗設計和更長時間的跟蹤，以更準確地理解花樣跳繩對不同執行功能子功能的影響。

4 結 論

大學生可以將30min急性跳繩運動作為一種有效的認知訓練手段，或作為認知訓練的重要補充方式，有效促進其執行功能，具體表現為：花樣跳繩和直搖跳繩均可促進大學生的抑制功能，且花樣跳繩的改善效果優于直搖跳繩；花樣跳繩和直搖跳繩均可促進大學生的轉換功能，且兩種跳繩方式的促進效應相似；無論何種急性跳繩運動，均并不能對大學生的刷新功能產生明顯的積極作用。

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