HIIT改善记忆及注意功能研究进展

樊春鹏

（扬州大学 体育学院，江苏 扬州225002）

认知功能包括感知觉、注意、记忆、思维、语言、执行控制等各种能力，对于人的日常生活、学习和工作都极为重要。体育运动对人的大脑和身体都有积极的影响，因此它被认为是促进认知能力提高的重要方式［1］。青少年、成年人、老年人、运动员等群体的认知功能都被证实可以受益于体育运动［2-6］。近年来不同运动方式、运动强度对认知功能的影响成为研究的热点。中等强度有氧运动对认知功能的改善作用已得到很多研究的证实［7-8］，而高强度间歇训练（High-intensity Interval Training，HIIT）对认知功能影响的研究却为数不多，仅有的研究多关注对记忆和注意功能的影响，且研究结论尚不统一。高强度间歇训练是一种让你在短时间内进行全力、快速、爆发式的一种训练方式，它也可以作为我们日常生活中的一种运动方式。HIIT与中等强度有氧运动相比，其优势在于：1）高强度间歇训练单次所需时间短。2）依从性好且乐趣多。3）减少日常健身所需总时间。因此，HIIT作为健身手段，具有自身独特的优势。

高强度间歇训练对心血管健康、耐力素质、生活质量等方面的积极影响已经得到证实［9-11］，但对特定认知功能的改善仍存在争议。如HIIT对记忆功能影响的研究中，Hötting等认为HIIT不能提升人们的短时记忆能力［12］，而Kao等认为HIIT可以改善人们的长时记忆［13］。HIIT不仅对健康人群的记忆和注意功能存在影响［4-6］，还能改善特殊人群的认知功能。例如改善帕金森患者的注意功能［14］、提高注意缺陷多动障碍（Attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）儿童的运动记忆能力［15］。越来越多的证据表明高强度间歇训练可能是提高认知功能的有效手段，在控制良好的实验室环境或现实环境中，进行单次HIIT或长期HIIT干预，都对认知产生了促进效益［16-20］。在某些情况下，HIIT带来的生理改善甚至可以超越中等强度有氧运动［21］。因此研究人员提出了一种假设，即HIIT是否可以替代长时间的体育运动来提高认知能力。由于HIIT作为健身手段所具有的独特优势，相比于中等强度有氧运动，其对认知功能改善具有更好的应用价值，因此，对HIIT影响认知功能的探索是必要的。已有的研究集中探讨HIIT对记忆和注意记忆功能的影响，且由于实验设计、实施等方面存在差异，导致易产生不统一的研究结果，因此本文对HIIT改善记忆和注意功能进行综述。

1 HIIT对记忆的影响

记忆是人脑对外界输入的信息进行编码、存储和提取的过程。按信息存储时间长短的不同，记忆可分为瞬时记忆、短时记忆、长时记忆3个系统。研究发现多数运动锻炼能在一定程度上改善记忆功能，比如阻力 运动［22］、身心运动［23］、有氧运动［24］。但有氧运动对记忆改善的研究结果还存在一些争议。在有氧运动对段落回忆影响的研究中，Labban等认为被试分别在记忆前后参加运动，记忆改善效果不同［25］。而Mcnerney等［26］、Segal等［27］认为被试无论是在编码前还是编码后运动，有氧运动后都增强了记忆。HIIT对记忆的改善也没有完全得到证实，学者认为HIIT可以显著改善人们的长时记忆，但对短时记忆的改善并不显著。

1.1 HIIT对短时记忆的影响

在单次HIIT干预对短时记忆影响的研究中，Alves等让实验组的被试参加骑自行车高强度间歇训练，与此同时，对照组完成一个低强度主动伸展运动。每次实验前后，通过数字广度测验（短时记忆测验）评估记忆能力。实验结果显示，两组被试在数字广度测验中的表现没有显著差异，这表明高强度间歇训练并没有提升被试的短时记忆［16］。这一结论与Etnier等［28］的研究相同，他们采用了雷伊听觉语言学习测试（Rey Auditory Verbal Learning Test,RAVLT）来评估被试的短时记忆。所有人在跑步机上参加不同强度跑步运动后都要听一个由15个单词组成单词列表。在听了列表之后，要求参与者以任意顺序回忆尽可能多的单词。单词列表共重复了5次（实验1～5），实验1被认为是短时记忆的表现。实验结果表明，短时记忆在运动强度条件作用下无显著差异。因此，HIIT对参与者的短时记忆能力没有提高。

在长期HIIT干预对短时记忆影响的研究中，研究人员大多将HIIT与其他训练方式相结合，探讨其对短时记忆的影响。Drigny等［29］将HIIT与阻力运动结合，研究二者相结合对肥胖人员认知能力的影响，他们进行为期4个月的训练，包括每周2次高强度间歇训练(HIIT)以及每周2次阻力训练，通过雷伊听觉语言学习测试来评估短时记忆，发现HIIT与阻力运动相结合能有效改善肥胖者的短时记忆能力。此外，将HIIT、生酮饮食、记忆训练相结合能够有效改善阿尔兹海默症患者的短时记忆能力［30］。长期HIIT干预很少作为研究的唯一因变量，通常与其他干预结合，因此很难证明此类研究中的效益是否仅由长期HIIT干预引起。

1.2 HIIT对长时记忆的影响

HIIT对长时记忆的改善表现为阳性结果。Kao等［13］的实验中采用自由回忆任务，从回忆功能切入，研究HIIT与长时记忆的关系。在即刻回忆的12min后，被试进行了延迟回忆，实验结果表明HIIT组延迟回忆单词的数量显著高于对照组，说明HIIT增强了被试的长时记忆。Etnier等［28］采用随机对照试验，通过雷伊听觉语言学习测试（RAVLT），从听觉回忆功能切入，评估被试的长时记忆，发现HIIT组回忆单词的数量显著优于对照组，同样证明HIIT改善被试的长时记忆能力。有研究者认为这是由于高强度的运动增加了人体脑源性神经营养因子（BDNF）和皮质醇的释放，BDNF可能是促进记忆能力提升的一种潜在机制。例如Hötting等［12］的实验中让参与者在进行30min高强度或低强度运动前，对一组词汇进行记忆。在干预后20min和24h后进行词汇记忆测试。在基线、记忆后和干预后测定血清BDNF和唾液皮质醇。与基线相比，高强度运动组在运动后BDNF和皮质醇水平明显升高，并且高强度运动组的被试在记忆24h后的测试中，遗忘的词汇数量比低强度运动组要少。更加有趣的发现是BDNF多态性与BDNF活动依赖性较低相关的个体(met66携带者)，相比于BDNF活动依赖性较高个体，从运动干预中获得的认知收益可能会更多［2］。心血管功能较低的个体在改善认知功能的体育运动干预措施中可能获得更大收益［31-32］。这也证实了运动对认知功能的改善存在个体差异。

1.3 HIIT对工作记忆的影响

除了对短时和长时记忆的研究外，HIIT对工作记忆影响的研究也至关重要。但HIIT对工作记忆影响的研究较少，且很少呈现阳性结果。工作记忆是对当前信息进行暂时性的存储和加工功能。1974年Baddeley和Hitch提出了工作记忆三系统模型［33］。工作记忆与学习能力、思维等密切相关，且是导致认知功能衰退的主要原因［34］。探索HIIT对工作记忆影响的研究较少，有学者认为HIIT并不能够提升工作记忆能力，此类研究中常使用n-back任务评估工作记忆的功能。在HIIT对青少年工作记忆研究中，Leahy等［35］采用n-back任务测试了青少年的工作记忆，在进行每周3次共14周的HIIT干预后，HIIT组和对照组在n-back任务测试上的准确率和反应时都没有显著差异，说明HIIT并没能增强青少年的工作记忆。

综上所述，HIIT对记忆的改善效果还未得到全面证实，原因可能是不同研究所采用的HIIT运动项目类型、运动持续时间、运动强度、实验被试等不同，以及所采取测试任务的难度不同，这些均可能影响认知功能的效益。认知功能的增强或减弱可能取决于测量的时间、认知任务和运动项目类型的选择［36］。另一种潜在的干扰是干预研究无法有效排除被试的期望效应，Au等［37］的元分析中，20项研究中有17项研究在招募志愿者时都直接或间接地提到“认知”或“大脑训练”，由此看来，暗示性招募方法是很常见的。通过不同的方式招募被试进行认知测试，对认知功能改善期望程度高的一组会表现出更大的认知收益［38］。

2 HIIT对注意的影响

注意（attention）是心理活动对一定对象的指向和集中。它是认知系统的核心功能，它管理着记忆、语言等其他认知功能［39］。近年来有关HIIT对注意的影响研究分别关注了HIIT对健康人群注意的影响和HIIT对特殊人群注意的影响。

2.1 HIIT对健康人群注意的改善

HIIT对健康人群注意改善的研究中，被试多为青少年或成年人。研究人员通常使用Stroop测试、A-B连线测试或d2注意力测试（d2 test of attention）来评估个体的选择性注意力和注意集中能力，其中d2测试适用于不同人群（正常人、脑损伤、慢性疾病、精神疾病患者等）、不同年龄段和不同种族。d2注意力测试中的TN（Total Number）、CP(Concentration Performance)、FR(Fluctuate Rate)更多地反映了选择性注意功能，PE(percentage of errors)更多地反映了选择性注意中的抑制能力。 Ma等［19］采用d2任务范式研究HIIT对小学生注意力的影响，学生进行为期4周的课间4min的趣味高强度间歇训练（蹲起、剪刀腿、跳跃和跑步等），研究结果显示高强度间歇训练显著提高了学生的选择性注意功能。这意味着在小学课堂中加入趣味高强度间歇训练，可以作为增加体育活动和提高课堂注意力的一种手段。这对提高学生的身体健康和学业成绩至关重要。

从不同的运动方式、干预持续时间和测试任务等角度进行研究都得到同一个结果，即HIIT对注意有显著的改善作用。Alves等［16］采用骑自行车高强度间歇训练方式对中年人进行10min干预，采用stroop任务测试中年人的选择注意功能，发现高强度间歇训练方式增强了被试的选择注意功能。HIIT对注意的改善还受年龄因素影响，对不同年龄段的注意改善程度也不相同，研究发现年轻女性表现出更多的注意力改善，而中年女性则没有［40］。

在HIIT对注意影响的研究中，研究人员所采用的实验范式有时并不能够整体反映出个体的注意功能。Stroop任务范式更多反映的是个体的抑制能力。在注意功能的研究中，一种常用的范式是注意网络测试（attention network test，ANT）。研究者可以使用ANT同时对注意的3个网络的功能进行评价，通过线索提示有无可以测量警觉网络功能，通过线索提示目标的位置可以测量定向网络功能，通过目标刺激与干扰刺激是否一致可以测量执行控制功能。ANT在临床上得到了广泛的应用，但较少研究关注HIIT与注意网络之间的关系。目前的研究已证实运动锻炼对儿童注意网络功能提升有积极作用［41-42］，但很少有研究探索HIIT对老年人和年轻人的这种益处。一些研究未能测量HIIT对老年人和年轻人的影响，其潜在原因可能是老年人因年龄缘故，不适宜参与高强度间歇训练。年轻人认知功能正处于顶峰状态［43］。因此很难在年轻人身上看到HIIT对注意网络功能的改善。

2.2 HIIT对特殊人群注意的改善

HIIT不仅可以改善健康人群的注意功能，还能改善特殊人群的注意功能。Fiorelli等［44］在对帕金森患者进行中等运动强度和高强度间歇训练的研究中，被试进行25min的高强度间歇骑自行车运动，研究结果显示，HIIT改善了帕金森患者的持续注意功能而中等运动强度却没有。在HIIT对乳腺癌患者的注意改善研究中，也发现了类似结果。80%的乳腺癌患者表现出注意功能下降，症状持续好几个月甚至几年［45-47］。Oberste等［48］对59名乳腺癌患者进行分组，实验组进行8周的骑自行车HIIT干预，采用TMT-A/B测验注意功能。实验结果显示她们的注意功能得到显著提高，这意味着高强度间歇训练似乎是一个短时高效的改善方案。有研究发现HIIT对注意缺陷多动障碍（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）儿童 的注意功能也有提高，Messler等研究发现HIIT能够有效改善ADHD儿童的注意、身体健康和生活质量的某些方面［49］。HIIT的适用人群并没有受其高强度所限制，实际上HIIT甚至被证实还可适用于冠心病患者［50］。以上研究表明，HIIT对健康人群和特殊人群的注意功能都有改善。

3 总结与展望

诸多研究从不同视角揭示了HIIT不仅对人们的身体健康有益，而且对认知功能也有改善。已有研究主要从运动项目类型、认知测试任务、实验被试等方面探讨HIIT对记忆和注意的影响，在运动项目上，研究人员大多选用跑步机运动、功率自行车运动作为干预方式。在记忆测试任务上，听觉和视觉单词记忆任务通常用来评估短时记忆和长时记忆能力，nback任务测试人们的工作记忆能力，但探讨HIIT与工作记忆之间关系的研究较少。HIIT对长时记忆有积极的影响，可能由于HIIT能够增加脑源性神经营养因子（BDNF）的水平，而BDNF对学习、记忆至关重要。HIIT既能改善健康人群的注意功能，也能改善特殊人群的注意功能。在注意测试任务上，使用Stroop测试、A-B连线测试或d2注意力测试来评估个体的选择性注意力和注意集中能力，ANT测试评估个体的注意网络功能，但很少有研究关注HIIT与注意网络之间的关系。在被试选择上，已有研究通常纳入青少年、成年人和特殊人群作为实验对象。已有的研究通常采用行为层面指标，如反应时、准确率等来评估个体的记忆和注意功能，却少有研究从神经指标方面进一步探索HIIT对记忆和注意功能的影响。未来可以借助神经影像学和电生理学技术更深入地了解影响的机制。

HIIT对记忆和注意功能的研究还处于探索阶段，HIIT对记忆功能改善的不同结果，是否受运动项目类型、运动干预时间、认知测试任务等因素的影响，尚未得到统一的证实。HIIT与工作记忆和注意网络之间的关系研究较少，大多数研究尚未借助神经影像学技术进一步探讨HIIT对记忆和注意功能的影响。HIIT对记忆和注意功能改善的未来研究热点，可能会集中在以下几个方面：1）从记忆类型角度，探讨HIIT对不同类型记忆的影响及其机制。2）从注意和注意网络角度，发掘HIIT对注意以及注意网络之间的关系。3）从神经机制角度，借助神经影像学技术，进一步研究HIIT对记忆和注意的改善。HIIT具有短时高效改善人们记忆和注意功能的潜力，如果能够应用于大众健身或医疗领域，必将对人们的生活和锻炼方式选择产生积极影响。