慢性锻炼与认知功能关系的回顾与展望——国际历史发展的视角

张育恺，周成林，陈爱国，颜 军，洪聪敏

慢性锻炼与认知功能关系的回顾与展望
——国际历史发展的视角

张育恺1，周成林2，陈爱国3，颜 军3，洪聪敏4

锻炼与认知功能已成为锻炼心理学领域中最受到瞩目的议题。相对于国际学术社群的蓬勃发展，华人学术社群在此议题仍属于具有潜力，但发展处于初期阶段。为加快与国际学术社群接轨，以国际历史发展的观点，针对锻炼与认知功能主题，进行过去研究的回顾并提出未来的展望。具体而言，以1975—1997年之萌发阶段、1998—2008年之多样化元分析与跨领域阶段，以及2009—2016年之多元主题蓬勃阶段的特点，进行各阶段中重要主题或发展趋势的分析。最后以6个面向提供未来展望，为华人社群后续在该议题的探究提供参考依据，期盼以对该议题国际间过去与现在发展趋势的探讨，达到最终使得华人学术社群与国际接轨继而超越的目的。

慢性锻炼；体适能；认知控制；执行功能；认知神经科学

1 前言

锻炼（exercise）与认知功能（cognitive function）已成为锻炼心理学（exercise psychology）中最受到瞩目的研究议题之一。在Pubmed数据库中查找相关文献发现（图1），锻炼与认知功能相关的研究始于1975年，之后逐步增加，到2010年则开始呈现大幅增加的趋势；其中，发表的刊物不乏国际顶尖期刊，如Nature［101］、Nature Review Neuroscience［83］等。另外，以“锻炼心理学”为名的国际教科书，如《锻炼心理学基础》［22］、《锻炼心理学：理论与实务之整合》［108］、《锻炼心理学》［25］等，这些教科书虽在2000年代的初版中并未涉及锻炼与认知功能的议题，但在后续的修订版中均以专门章节将该议题纳入。2005年后还开始陆续有针对该主题的书籍出版，如《锻炼与其中介对认知的影响》［138］、《锻炼与认知功能》［113］、《锻炼与认知功能整合：神经科学观点》［112］等。上述学术研究的发表与专业书籍的出版彰显了“锻炼与认知功能”在当代国际学术社群中的重要性、新颖性，以及不可忽视性。

图1 1975—2016年锻炼与认知功能相关研究文献数量示意图Figure 1 The amount of literature associated with exercise and cognitive function from 1975 to 2016

华人学者也逐渐关注锻炼与认知功能的关系，近期已有多篇以中文发表在诸多体育［2，3，5，7-9，11，12］、心理及医学相关之期刊［1，4，6，10，13］。在国际期刊发表方面表现亦佳，不仅是体育类大学，如台湾体育大学［38，39，43］、上海体育学院［134，147，149］、首都体育学院［93，94］、武汉体育学院［109］等，综合性院校，如台湾师范大学［88，89，91］、扬州大学［45，49，50］、北京师范大学［50，87］、华东师范大学［104］，中国科学研究院［104，150，151］等，皆已开始针对该议题进行系列性研究，并受到国际间的关注。2016年12月在扬州大学召开了“全国第一届体育运动与脑科学高级论坛”，揭开了华人学术研究关于该议题的序幕。然而，应该关注的是，相对于国际研究的蓬勃发展，华人研究在此议题上仍处于起步阶段，为加快与国际接轨，华人学者需对该议题在国际的历史发展有所认识。

为此，本研究的目的是回顾国际学者研究锻炼与认知功能关系的发展历史，并提出未来研究的展望。鉴于目前锻炼与认知功能研究发展的多样与广度，本文只关注以人为被试进行慢性锻炼（chronic exercise），或称长期锻炼（long-term exercise）的研究。具体而言，本文将1975年至今有关“慢性锻炼与认知功能”的研究分为3个时间阶段，分别为1975—1997年萌发阶段、1998—2008年的多样化元分析与跨领域阶段，以及2009—2016年的多元主题蓬勃阶段，并回顾了各阶段中的重要主题或发展趋势，最后提供该议题未来可能的研究方向。希望通过了解国际上过去与现况的发展趋势，为对此议题有兴趣的华人学者提供未来研究计划或方向的构思，最终实现华人与国际间的接轨。

2 萌发阶段（1975—1997）

2.1 先驱研究

Spirduso在20世纪70年代所进行的系列性研究为“慢性锻炼与认知功能”的议题掀开了序幕，并被视为该议题的先驱研究者［135-137］。她于1975年的研究旨在探讨年龄与身体活动对反应时间（reaction time）与动作时间（movement time）的影响［136］。该研究招募了长期参与持球拍性运动经验和无经验的老年人（年龄为50～70岁）与年轻人（年龄为20～30岁），分别比较4组在简单反应时间、辨别反应时间，及其两种动作时间的差异。结果发现，年轻运动组表现最佳，老年运动组、年轻非运动组次之，而老年非运动组表现最差。该结果意味着，相对于年龄，身体活动对简单反应时间、辨别反应时间，及其动作时间的影响可能更占主导地位。

虽然该研究的结果提供了慢性锻炼有助于减缓因老化导致认知功能衰退的证据，但该效益可能来源于持球拍式运动者已具有较好的手眼协调，而非身体活动本身。为排除该干扰因素，Spirduso在过去4组的研究基础上，再额外加入参与有氧性运动（如慢跑）的老年组与年轻组，并以相同任务再次探讨［137］。有趣的是，后续结果不但复制了先前中老年运动组较同年龄非运动组表现更佳的现象，而且中老年运动组与年轻非运动组的表现并无差异，中老年人参与两类运动后的表现也无显著差异。以上结果证明了两类身体活动，均能够提高中老年人的认知功能，并且再次为身体活动与认知功能的正相关提供了证据。

2.2 元分析研究

Spirduso的研究成果引起了相关学者对后续研究的兴趣，然而，这些后续实证性研究可能因设计或分析方法的异同，使得结果呈现较大分歧。为整合当时的研究，Etnier等［70］首次采用元分析（meta-analysis）的方法，尝试为锻炼与认知功能的关系进行量化说明。元分析是以定量分析对已有文献进行总结和评价的一种手段［77］，该方法的优势在于可以排除主观因素，并得以根据统计指标（如效果量，effect size）提供效果的幅度（magnitude），因此受到许多研究领域的重视。此外，元分析也可以就调节变量（moderator）或中介变量（mediator）进行再分析，为不同研究结果中自变量与因变量间的关系提供更多的信息。

该研究将符合条件的134篇实证研究纳入分析，结果发现，锻炼与认知功能间呈现显著且小幅度的相关，其效果量达0.25。该结果以较为全面的文献为基础，提供锻炼与认知功能间存在正相关的证据。不仅如此，该元分析还将相关研究区分为急性锻炼（acute exercise）、慢性锻炼（chronic exercise）、横断式/相关（cross-sectional/ correlational）等研究类型，并均发现了锻炼与认知功能之间呈现显著且小至中幅度的正向效果，其效果量介于0.16～0.53间。这些结果不仅再次验证了锻炼与认知功能之间的正相关，并且这些研究分类也为后续研究提供参考，在该研究领域具有里程碑的意义。

2.3 小结

Spirduso的开创性系列研究引发了后续学者的研究，而Etnier等人的元分析则初步建立了锻炼与认知功能之间的正相关。虽然此萌发阶段的相关研究缺乏对锻炼的精确定义和区分，对认知功能方面的检测也较为初步，以及研究多以横断式设计为主，但两个变量间存在正相关的结果仍为“慢性锻炼与认知功能”议题的探究建立了基础。

3 多样化元分析与跨领域研究阶段 （1998—2008）

3.1 经典研究

在此阶段的经典研究为Kramer团队发表在Nature杂志上的文章［101］。该研究随机将124名60～75岁的老年人分为有氧锻炼组和伸展组，经过6个月的干预后发现，有氧锻炼组的老年人在有氧体适能上增加了5.1%（伸展组则降低了2.8%），此外，相比于伸展组，有氧锻炼组的认知功能表现也显著提高，尤其是执行功能（executive function）任务上，由于该研究结果系首次建立在纵向随机的实验设计基础上，意味着锻炼对认知功能可能有其因果关系，因此受到学术界较多的重视。

3.2 老年人群体与其他形式的元分析

Colcombe与Kramer［57］的一篇元分析是该领域的另一重要里程碑。该元分析的特色在于仅以纵向锻炼干预为研究主线，分析其对老年人群体认知功能的影响。结果发现，慢性锻炼干预能够显著促进老年人群体的认知功能，其效果量达0.48，为中等水平。此外，该元分析研究还提出，锻炼方式采用有氧锻炼、多种锻炼方式结合，锻炼时间大于6个月，以及每次31～45 min或46～60 min的锻炼效益较大，其效果量介于0.41～0.67之间。该结果还发现，慢性锻炼干预所增加的心血管适能（cardiovascular fitness），对于老年人群体认知功能的促进作用。

更重要的是，该元分析以理论导向为基础，将认知功能划分了4种类型，包括速度、视空间、控制过程，以及执行功能。结果发现，慢性锻炼干预对于所有类型的认知功能均有显著促进作用，然其中对执行功能的效益最大，其效果量达0.68。由于执行功能属于高阶且与大脑前额叶有关的认知功能，该研究结果为后续有氧适能对执行功能的研究提供重要参考，也引领了后续针对执行功能的探究，以及锻炼“选择性效益假设（selective improvement hypothesis）”的提出。

在Colcombe与Kramer［57］后，许多聚焦于老年人群体的元分析研究相继发表，如认知完整的老年人群体［20］；罹患认知障碍或失智症的老年人群体［81］；罹患失智症的老年人群体［72］；以及住院治疗的老年病患［62］等。该阶段的研究还涉及了儿童［133］，以及采用了元回归（meta-regression）方法［69］等元分析。基本上，这些元分析支持了锻炼对老年人群体认知功能的促进作用，若依据美国健康照护政策与研究中心的等级建议划分，还隶属于A等级。这些元分析以多样化的视角进一步证明了慢性锻炼与认知功能之间存在着正向关联［11］。

3.3 跨领域的结合

由于国际上对脑科学的重视，以及认知神经科学的兴起，锻炼与认知功能的关系探究也在尝试联结至该领域。其中无侵入性（noninvasive）且具有高时间分辨率的神经电生理（如事件相关电位，event-related potential，ERP）或高空间分辨率的脑成像技术（如结构性磁共振成像，structural magnetic resonance imaging，sMRI）、功能性磁共振成像，functional MRI，fMRI）等，为锻炼、认知功能，以及大脑结构或功能的关系提供另外的研究方向［12，13］。

3.3.1 事件相关电位（ERP）研究

Hillman等［82］首次采用ERP技术，探讨不同身体活动量老年人在认知功能上的差异，及其大脑神经电位特征。ERP能够反映出由刺激、事件或反应诱发的大脑头皮电位（electroencephalography，EEG）变化，并可以通过在特定时间窗内的各个成分（component，如P3），反映特定的心理功能［12］。该研究招募了高、中、低身体活动量的老年人组与一组年轻人，比较他们在完成Flanker任务（flanker task）的行为表现及完成任务过程中的ERP变化。结果发现，年轻组的反应时间显著优于3组老年组，但3组老年组之间的差异并未达到显著。ERP结果则发现，相较于年轻组，高、中身体活动老年组在不相容条件（incompatible condition）下的P3波幅（amplitude）更大，尤其在额叶的电极位置上；而低身体活动组在相容条件下则P3潜伏期（latency）更长。该结果表明，老化对认知功能有负面影响，但老年时期进行身体活动可能有助于提高执行功能。ERP指标则反映出，这些效益可能与记忆力和注意力过程的增强有关，以及认知加工过程速度加快有关。该研究体现了同时测量行为和神经电位变化的优势，并验证了之前提出的选择性效益假设的论点。类似高身体活动量对反应时间或ERP表现的效益，在随后采用的Oddball任务（somatosensory oddball task）［78］或其他执行功能任务，如任务转换（task-switching）［84，129，140］等后续研究上也得到了证实。

3.3.2 磁共振成像技术（MRI）研究

Colcombe等［56］首次采用sMRI技术，探讨了年龄与有氧体适能之间的关系。MRI是建立在有机体组织具有磁性的基础上，产生三维的大脑或身体组织影像的一种高空间分辨率神经成像技术，可以分为探究结构像的sMRI或大脑功能的fMRI［13］。

该研究招募了55名55～79岁的老年人，测量了他们的心血管适能和以体素为基础的大脑形态学（voxel-based morphometry，VBM）。结果发现，与年龄老化有关的大脑组织退化主要表现在额叶/前额叶皮质、顶叶皮质，以及颞叶皮质等大脑灰质；前侧白质束与顶叶较后侧束等大脑白质最为显著。有趣的是，在以心血管适能作为自变量的分析后发现，适能较高的老年人在这些与老化有关的大脑灰质和白质上的密度更大。此外，心血管适能的效益即使在控制如酒精、咖啡、以及高血压因素后，仍差异显著，表明心血管适能对改善特定大脑组织具有显著的效果。

除了对大脑结构的研究，Colcombe等［58］又采用fMRI技术探讨心血管适能和老化与大脑皮质可塑性的关系。该研究设计了两个实验：实验1采用横向设计，比较了高、低心血管适能的老年人在完成Flanker任务时的大脑激活；实验2则采用随机控制的设计，比较了有氧锻炼或伸展运动（时间：1周3次，持续6个月）对心血管适能和完成Flanker任务时的大脑激活。结果发现，无论是实验1的高心血管适能老年组，或实验2接受有氧锻炼后的老年组，相较于各自的对照组（如低心血管适能或伸展运动组）来说，在完成认知任务时，前额叶与顶叶皮质的激活程度更大，前扣带皮质（anterior cingulate cortex，ACC）的激活程度更低。前额叶与顶叶皮质主要与空间选择和抑制功能有关，而ACC则与注意过程的冲突监控及注意力网络的适应指标有关，该结果表明，心血管适能与老年人群体的认知的大脑功能存在显著正相关。

上述研究为采用sMRI与fMRI技术，为探讨老年人锻炼、认知功能与大脑的关系提供了参考，随后研究者则根据这些MRI研究，持续探究老年人心血管适能与神经认知老化的关系［59，83，100，111］。

3.4 小结

整体而言，此阶段的研究发展具有以下几个特色：

1)研究开始采用纵向设计的方法，为慢性锻炼与认知功能间之间的关系提供基础；2)多样化的元分析基本上证实了慢性锻炼与认知功能之间的正相关；3)采用跨领域的认知神经科学进一步深入挖掘，这些技术能够更精确的提供与锻炼行为相关的大脑结构或功能变化。必须注意的是，该阶段虽然已呈现研究数量的增加，然研究多聚焦于老年人群或老化的议题；在锻炼变量上则以有氧锻炼或心血管适能为主轴；最后在认知功能测试任务上，则基本聚焦于可同时测量简单认知过程与执行功能的Flanker任务或任务转换方面。

4 调节变量、中介变量，与多类人群多元主题蓬勃阶段（2009—2016）

由以Pubmed数据库为基础的图1可以发现，该阶段的研究数量呈现巨大幅度的增加。不仅是数量的蓬勃，该阶段所探讨之次主题亦十分多元，使得慢性锻炼与认知功能之关联得以由多面向角度进行验证，其中执行功能类别、锻炼类型、中介变量、不同人群等4个次主题可视为该阶段研究中的主轴，以下简要分述。

4.1 执行功能类别研究

建立在Kramer团队的研究结果基础上：即锻炼对高级认知功能（如执行功能），可能有更多的促进作用，也被称为选择效益假说［57-59，100-111］，许多研究者开始针对执行功能进行研究。其中，Etnier与Chang［68］针对上一阶段的文献所提出的评论，为本阶段的主题转换提供重要基础。

Etnier与Chang［68］指出，过去研究者多数采用单一认知任务来代表执行功能，也就是将执行功能视为一个整体概念，但从神经心理学、认知心理学，以及发展心理学等观点来看，执行功能至少可分为抑制（inhibition）、转换（shifting），以及工作记忆（working memory）等成分［115］。此外，个别成分的执行功能需以特定认知任务进行测量。为此，Etnier与Chang［68］不仅提出需要重新认识执行功能的定义，并且将过去其他领域测量执行功能的工具，依据其使用程度高低，整理出29种常用的神经心理测验（neuropsychological assessment）。有趣的是，过去锻炼领域高频率使用的测验多不在该常用测验中。最后该研究者还提出，锻炼对于特定的执行功能，使用不同测量工具时的结果可能不同。对执行功能的分类可能为锻炼与执行功能，甚至二者之间的调节变量提供了参考。这些论点的提出，为后续锻炼与执行功能的研究指引了新的方向。

在Etnier与Chang［68］的评论提出后，新阶段的后续研究逐渐朝向特定类别的执行功能方向进行，例如：抑制［44，89，91，134，147］、转换［60，71，97，129］或工作记忆［43，96，141］等。

4.2 锻炼类型的研究

在上一阶段，研究基本上聚焦在有氧锻炼，这与过去研究发现高心血管适能者具有较好的认知表现有关。必须注意的是，虽然心血管适能与相关训练之间关系的效果量达0.41，但混合锻炼的效果更好（效果量达0.59），意味着其他类型的锻炼也有显著效益［57］。为此，本阶段的研究者尝试采用其他类型的锻炼，如阻力锻炼、协调性锻炼，甚至是中国传统太极拳等进行探讨。

4.2.1 抗阻力锻炼效果的研究

Liu-Ambrose与Donaldson［106］简要综述了3篇聚焦于阻力训练干预效果的文献，并提出了阻力训练有益于老年人的认知功能的论点。该综述还提出了其中存在的可能机制，如阻力训练干预可引发血清同型半胱氨酸（serum homocysteine）与第一类型类胰岛素生长因子（insulin-like growth factor I，IGF-1）。其后，该研究团队进行了为期一年的阻力训练干预，结果发现，无论是1周1次或1周2次的阻力训练，老年妇女的选择注意力与冲突解决均有显著提高［107］。事实上，阻力训练对认知功能的效益，甚至可维持至干预结束12个月后［61］。另外，Chang等［47］还定义并设计了阻力锻炼应注意的概念与原则，综述了以往研究阻力锻炼与认知功能的文献及可能机制，为阻力训练与认知功能的关系提供未来研究时参考之依据。

4.2.2 协调性锻炼效果的研究

也有学者采用协调性锻炼作为干预手段，如Voelcker-Rehage等［143］将91名老年人随机分为心血管适能训练组、协调性训练组或对照组，干预时间为每周3次，共持续1年。干预后，测试执行功能和知觉速度。结果发现，两个训练组的执行功能和知觉速度成绩显著提高。这种锻炼对执行功能的效益在长期参与开放性锻炼的老年人群体［60，89］、3个月舞蹈干预的老年人群体［55］，或经常参加足球的儿童群体［48］中也得到了证实。尤需注意的是，即使协调性锻炼与有氧或阻力锻炼对于认知功能的效益相当，但其影响机制或路径可能不同［73，89，143］。另外，协调性锻炼，甚至加入运动有关的认知成分（如运动策略）、生活技巧成分等，可能对儿童或老年人的认知功能表现有相同甚至额外的效益。Pesce［122］呼吁未来研究或可由过去聚焦于锻炼的量化（quantitative）特征向锻炼内容品质（qualitative）特征的方向迈进。

4.2.3 太极拳锻炼效益的研究

东方式锻炼如太极拳，因其运动特殊性且包含多样化层面，并对身体、心理健康的效益，一直受到学术界的重视［36，52，110］，但太极拳对于健康的效益是否能延展至认知功能则未可知。Chang等［46］在过去身体活动与认知功能关系的模式基础上，首次针对太极拳提出“太极拳与认知功能模式”，即太极拳可能因增进生理资源（如睡眠）、减少疾病状态（如降低高血压），以及改善心理资源（如降低忧郁）等方式改善认知功能。2014年，Chang的团队根据太极拳所涵盖的多样化特征（如增加心血管适能、动作适能、协调动作、社会互动以及冥想意念），进一步提出太极拳如何通过本身特色改变大脑结构与功能，进而促进认知功能，为太极拳与认知功能的探究建立模式概念的基础。目前已发表了较多相关的实证性研究［71，103，150］及系统性评论与元分析［114，156］，证明了太极拳能够提高老年人的认知功能，尤其是执行功能。

4.3 中介变量的研究

鉴于许多实证性研究与元分析均指出，心血管适能与认知功能之间存在正相关，故心血管适能已被视为锻炼与认知功能之间可能的中介变量。然而，Etnier等［69］从回归的角度却发现，心血管适能不能显著预测认知功能。虽然该元分析将所有变量统一考虑（例如，将不同年龄视为同一变量），但该结果表明，心血管适能可能不是唯一的中介变量。事实上，近年来许多研究已提出其他类型的体适能也可能是中介变量，例如，动作适能［91，144］、阻力锻炼、协调性锻炼或太极拳等包含多方面的体适能种类，可不同程度地影响锻炼与认知功能的关系，未来研究建议可以此为基础进行探讨。

过去ERP研究指出，长期参与锻炼或高心肺适能者在完成执行功能时的P3波幅更大，意味着这些人能够在执行任务时投入更多注意资源。另外，近期研究还聚焦于其他ERP成分与特定执行功能的关系，并提出了不同的可能中介变量。例如，Chang等［43］同时探讨了工作记忆任务诱发的N1与P3成分，结果发现，高身体活动量老年人相对于低身体活动量者诱发了更大的N1与P3波幅。隶属于早期的N1和晚期的P3成分，其分别与工作记忆中的编码与提取有关，该结果表明，高身体活动量的老年人在记忆过程中编码与提取过程表现更好，而这有助于工作记忆的行为表现。该阶段也有针对其他特定认知功能的ERP研究，如工作记忆［95］、关联性记忆（relational memory）［21，34］、长期记忆、工作记忆、内隐记忆［123］等。

在MRI方面，研究主要涉及了sMRI与fMRI。例如，采用sMRI技术的相关研究不仅是聚焦整体大脑区域，还针对特定的大脑区域，并有许多发现。如发现高心血管适能者的海马旁回体积更大［13，31，32，67］；另有以中介分析发现，海马旁回是心血管适能与关联性记忆任务的中介变量［32］；还有研究分析了全脑灰质体积［16］和基底核［118］。不仅如此，研究还发现高心血管适能也可降低大脑萎缩性［152］，且能与较厚的大脑皮质［24］与较高的白质完整性［28］有关。在fMRI方面，高心血管适能者与大脑血流量呈正相关，而该效益已在老年人［86］、中老年者［153］等人群中得到了证实，足见该研究在中介变量相关研究的多元化。

4.4 不同人群的研究

4.4.1 老年人群体至儿童群体研究

除了持续上一阶段中针对老年人群体的探究［65，66，98］，本阶段逐渐聚焦于儿童群体。例如，分析了有氧适能对儿童执行功能［126，131，154］或ERP指标的影响［48，91，117，124］。也有研究采用MRI技术，分析了儿童有氧适能与大脑结构的关系，如白质、海马回、基底核［26，32，33］；或与大脑功能的相关［30，145］。此外，针对儿童锻炼与认知功能的探究也可采用横向设计，比较不同有氧适能儿童，或纵向身体活动干预设计，其研究不仅证实了锻炼对儿童认知功能的效益［51，85，96］，还提出有氧适能甚至可预测儿童一年后的认知功能变化［35］。

4.4.2 健康人群至特殊人群研究

研究在此阶段逐渐聚焦于特殊人群，在老年人群体方面，包括患轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）、失智症［80，121］或阿兹海默症［23］等不同临床症状的群体。而在儿童和青少年人群中，则主要关注注意力失调过动症（attention-deficit hyperactivity disorder，ADHD）。ADHD儿童可能因额叶功能缺损，尤其在前额叶纹状体网络（fronto-striatal network）与额顶网络（fronto-parietal network）的缺陷，使得个体呈现无法集中注意，产生冲动、过动等行为，而该些特征使得ADHD儿童在认知、行为，以及社交方面表现出许多负性行为［27］。鉴于锻炼能改善额叶和与其有关的认知功能，锻炼或可对于ADHD人群有所益处。有关慢性锻炼与ADHD认知功能的研究兴起于2010年。Gapin与Etnier［75］首次发现，身体活动量与ADHD儿童多种执行功能的测验间呈现显著正相关；其后的一篇综述则为该主题揭示了今后针对ADHD的研究方向［76］。总之，本阶段的研究不仅涉及横向设计，比较了不同适能在行为表现上的差异，近年研究已有纵向设计（如水中锻炼课程）［44］，或从静息态EEG（resting EEG）或ERP视角［88，90，91］，探讨了特殊人群的多样化特征。

4.5 小结

整体而言，虽然2009—2016年中的研究延续了上一阶段，亦即建立在心血管适能与认知功能之间的正相关基础上，然而，其发展则呈现出更细致化、跨领域化，以及多元化等特征。具体而言，本阶段开始就两变量间的第3变量（third variable）进行细致探究。在调节变量方面，研究主要聚焦于锻炼类型、认知功能类型，以及执行功能类型等方向。研究还从ERP与MRI的视角，尝试建立以脑科学为基础的中介变量；最后，除延续过去对老年人群体的探讨，开始聚焦于儿童与特殊人群。必须注意的是，该些次主题不仅是独立探究，而是各次主题间有交叉探讨之现象。事实上，单一实证性研究，基本上采取至少两个次主题进行探讨，使得研究得以多面向的角度为慢性锻炼与认知功能间之关系提供证据。这多样化意味着该阶段对于慢性锻炼与认知功能研究的多元与蓬勃发展，未来研究已无法仅从单一方面进行研究，需要进一步综合探索。

5 未来发展的议题与展望

5.1 锻炼处方的建立及组合

许多实证性研究与元分析研究已经基本上验证了慢性锻炼与认知功能之间的正向相关，甚至是因果关系。但是，在为个体提高认知功能的锻炼给予处方建议时，研究还需提供更细致的信息。根据美国运动医学会的指导，锻炼处方或称运动处方（exercise prescription）需根据个体状态，对锻炼类型、强度、频率、时间、时期，甚至是容量（volume）和过程（progression）等成分进行考虑［19］。目前在类型方面，过去研究已由有氧锻炼形式推及至阻力锻炼、协调性锻炼，以及太极拳，为锻炼处方在类型方面提供基础。但在其他锻炼处方的成分方面，目前的研究资料仍较少。过去已有急性锻炼通过剂量反应关系（dose-response relationship）探讨了一次性锻炼的强度［40-42，147］和时间［39］效应，为建立急性锻炼处方提供了重要的参考依据。后续研究可根据此剂量反应继续探索，为建立增强认知功能的锻炼处方提供实证依据。

5.2 认知功能类型多样化探究

过去在认知功能方面的探讨已有较大发展，由最早期的简单反应［136］，逐渐转向特定认知功能，尤其是执行功能［57］；在Etnier与Chang［68］的评论后，研究则开始朝向执行功能，并已有许多成果。当代研究则有另外两个方向的发展趋势：1)对特定认知功能进行细致探讨，例如，在记忆方面，研究已对工作记忆［95］、关联性记忆［21，34］、长期记忆、工作记忆、内隐记忆［123］或项目记忆（item memory）［21］等进行了多方面且细致的探讨。2)出于对特定人群在生态效度方面的考虑，目前已有许多研究综述针对儿童提供了其在整体学业表现［18，53］、语言［130］和数学［29，116］等特定学科的研究，为认知功能在实际应用中提供依据。这些趋势可为后续研究者在探讨不同认知功能类型上提供参考。

5.3 调节变量的影响

调节变量是未来研究的可能方向之一。过去研究已经就锻炼类型、认知功能类型、执行功能类型，甚至是不同人群类型等调节变量进行了探究，而近期研究则开始就其他调节变量进行了初探。例如，Song等［134］指出，同时具备正常体重与高心血管适能者在简单认知过程中的反应最优，诱发的P3波幅最大。但是，同时具有肥胖与低心血管适能者在完成执行功能任务时的表现最差。肥胖与心血管适能可根据不同的实验设计成为调节变量或中介变量，甚至是人群变量，未来研究建议以此理论模式为基础进行探究［38］。

近年来对调节变量研究的另一趋势是，探索与认知功能有关的基因表达，如脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）基因［74，125，127］、脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）基因［79，139］等，这些研究提供了以基因为视角探索锻炼与认知功能关系的实证基础，十分值得关注。

5.4 正向生活变量的整合

锻炼已被视为改善认知功能的健康生活形态因子，但一些其他因素也可能有益于认知功能，包括认知训练［120］、冥想［119］、饮食行为［99］等；是否锻炼与这些因素效益存在不同，或整合这些因素能否对认知功能有更大的效益仍未所知。近期已有部分研究开始探讨这些主题，如结合认知训练［64，132］、冥想［15］或饮食［102，105］等，这可能成为日后研究者的研究方向。

5.5 特定人群的拓展

除了对老年人、儿童和ADHD人群的研究以外，近期研究开始聚焦于认知功能障碍或下降之人群，尝试探讨中慢性锻炼或体适能对这类人群的影响，如：肥胖人群［38，51］、罹患失智症与MCI［80，121］、阿尔茨海默症之老年人群体［23］或帕金森氏症（Parkinson disease）［142］等神经退化症；还有研究以罹患心脏衰竭（heart failure）临床人群［17］，甚至是冰毒成瘾者［148］为被试进行了研究。这些研究皆彰显了慢性锻炼与认知功能在人群特异性方面的多样化未来方向。

5.6 认知神经科学跨领域的结合

跨领域已成为当代研究的趋势，其中，认知神经科学因结合了认知心理学与神经科学，以及其衍生出的非侵入性高时间或空间分辨率仪器的发展，成为探讨认知功能议题的首选学科。对人体研究而言，ERP与MRI已广泛地被运用于探索慢性锻炼与认知功能关系的研究；近期一些研究还采用了心生理指标，如心率变异性（heart rate variability，HRV）［14，51，151］、以光学探索脑组织氧合作用的功能性近红外光谱仪（functional near infrared spectroscopy，fNIRS）［63，92，155］，或是以分子影像为基础的正电子放射断层摄影（positron emission tomography，PET）［128，132］等，已在近期锻炼与认知功能议题上逐渐发展。

除了采用上述不同的技术，研究还可以采用不同的分析方法。以EEG为例，过去研究基本以P3成分为研究靶点，但近期有关急性锻炼的研究已开始同时分析多种成分（如N1，N2，P3，或N450）［37］。此外，有研究还采用安静EEG［88］、事件相关去同步（event-related desynchronization，ERD）［54］的方法，提供多层面的分析。相同的是，MRI在该领域的研究中也采用了多种分析方法，如白质完整性（white mater integrity）［28］、大脑网络整合性［146］等。

6 结语

慢性锻炼与认知功能的关系已成当代锻炼心理学中的重要议题。该议题的蓬勃发展是基于各个阶段的基础而来，例如，1975—1997年萌发阶段中，Spirduso先驱系列性研究与Etnier等［70］的元分析研究；1998—2008年中，多样化元分析与跨领域研究则基本上证实了，有氧锻炼或心血管适能与老年人群体认知功能之间存在正相关；而在2009—2016年的多元主题蓬勃阶段中，研究以细致化、跨领域化，以及多元化等特征，针对慢性锻炼与认知功能的关系进行了探讨。这样的国际发展趋势也意味着未来研究已无法仅从单一方面，而需从多面向进行交叉研究。本文尝试从锻炼处方的建立、认知功能类型的特定探究、调节变量的影响、正向生活变量的整合、特定人群的拓展，以及认知神经科学跨领域的结合等6个方面为华人未来在该议题上的探索提供参考依据。

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Review and Prospect for Chronic Exercise and Cognitive Function——Historical Development from International Perspective

CHANG Yu-kai1，ZHOU Cheng-lin2，CHEN Ai-guo3，YAN Jun3，HUNG Tsung-min4

Exercise and cognition studies have become one of the fastest growing research topics in exercise psychology. Yet compared to their research development counterparts in the Western countries，Chinese psychological academic societies are still young，but full of potential，regarding advancing knowledge about this topic. In order to accelerate the development of Chinese academic societies，as well as to link up with the international academic societies involved in this particular discipline，we provide an extensive and thorough array of literature reviews based on the previous research literature in this area. Specifically，this study separately analyzes the main topics or developmental trends concerning the following stages：the sprouting stage (1975—1997)，the meta-analytic and multi-discipline stage (1998—2008)，and the multi-dimensional developmental stage (2009—2016). Finally，this study provides six aspects of future research directions for the Chinese academic societies. The sincere hope is that this review may provide foundational and cutting edge methods for the Chinese academic societies，thereby enabling their future research in exercise and cognition studies.

Long-term exercise；fitness；cognitive control；executive function；cognitive neuroscience

G804.8

A

1000-677X（2017）05-0068-12

10. 16469/j. css. 201705007

2017-01-20；

2017-04-19

张育恺，男，教授，博士生导师，博士，研究方向为竞技与锻炼心理学、身体活动与认知神经科学，Tel：（886）980321731，Email：yukaichangnew@gmail.com。

1.台湾体育大学 竞技与教练科学研究所，台湾 桃园33301；2.上海体育学院 运动科学学院，上海 200438；3.扬州大学 体育学院，江苏 扬州 225009；4.台湾师范大学 体育学系，台湾 台北 10610

1.Taiwan Sport University，Taoyuan 33301，China；2.Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China；3. Yangzhou University，Yangzhou 225009，China；4. Taiwan Normal University，Taipei 10610，China.