12周竞技武术干预对大学生认知加工速度的影响

孙 晔，张文静

1 研究目的

加工速度(processing speed)，是表征个体执行多种认知操作快慢程度，也是衡量心理能力的重要指标。加工速度一般分为感觉运动速度、知觉速度、认知速度。感觉运动速度反映的是基本的神经传导速度，认知速度是容易受到经验、策略等影响的高级认知活动。而本文测试的知觉速度反映了对刺激迅速做出简单的知觉判断等反应的能力，也是加工速度指标最为常用的方法。

加工速度，与年龄有关，老年后逐渐老化。在生命前期，又可以通过练习改变它。程黎认为五个月的认知练习对儿童信息加工速度的促进作用显著[1]。左辞波认为加工速度对图形推理能力和学习成绩有很好的预测效应[2]。高淑青认为，身体锻炼既可以直接促进中老年人基本心理能力，也可以通过认知加工资源的层级中介作用来改善老年人的基本心理能力[3]。开放性运动项目的运动员在速度和正确率两方面均优于关闭性运动项目的运动员，在高速度要求下，这一差异更加明显[4]。武术与认知关系研究，集中在二大方面。一是武术运动员认知能力与特点[5, 6]，二是认知训练作为手段，运用于武术运动员训练[7, 8]。

加工速度，是一种重要的认知功能。面对不同的刺激，个体加工速度反馈也将不同。本文以竞技武术为干预内容，探究12周运动干预对大学生加工速度影响。假设是12周竞技武术运动干预能显著改善大学生加工速度。

2 研究方法

2.1 实验对象

48名大学生(男22，女26)自愿参与了2018年9-12月的竞技武术干预对加工速度影响的实验。通过在东南大学活动中心、图书馆、宿舍区等学校公共场所的公告栏张贴实验告示，经过筛选，48人符合实验要求。这些筛选标准是：(1)没有心肺等先天身体疾病；(2)是运动参与者，使用exercise history questionnaire了解参与者的运动情况，.采用leisure physical activity问卷测试参与者的运动风险；(3)自愿被分到竞技武术组或对照组。

2.2 实验过程

所有的实验对象都书面同意参与整个实验过程。第一过程：基线测试。所有对象都参加基线测试，包括认知的三个测试及心率等身体生理指标。第二过程：分组及干预。把48个实验对象随机分配到竞技武术组和对照组。竞技武术组是在专业武术教师带领下，安排棍、刀、剑等多组动作，教师负责带领练习和考勤。对照组也是由民族传统专业教师负责，内容为拉伸练习。两组干预时间都为12周，每周4次，每次时间1小时以上；干预地点分别在体育馆的武术馆和健身馆，互相独立。

2.3 认知测试

加工速度的测试通过3个测验完成。(1)The Trail Making Test由A、B部分构成。A部分是A4纸中有25个圆圈组成，数字1-25位于圈内；实验对象被要求用笔尽可能快地按数字顺序连接1-25。B部分A4纸中同样有25个圆圈，里边分布数字1-13和字母A-L；实验对象被要求用笔尽可能快地按数字和字母交替顺序连接。A、B部分结束后，记录各自的时间。(2)Digit Symbol Substitution Test是数字符号替代实验，在测试纸的顶端告知数字1-9分别对应的符号，把上述符号替换到测试内容的数字底下，记录45秒规定时间内完成替换的个数。(3)基于计算机E-Prime软件的Letter cancellation Test是字母划销实验，测试页面上共有随机不规则的26个字母排列成6行52列，请按顺序(上下或左右)把“H”从杂乱无章的字母堆中划去，最后记录总时间、正确个数。

2.4 数据分析

采用SPSS22.0软件对获得数据进行处理。对于基线，通过独立样本t检验，判别两组对象的身体生理指标是否差异。通过重复测量方差方法，分析Trail Making Test中组别(竞技武术组，对照组)×时间(基线，后测)×条件(A，B，A-B)对反应时产生的主效应或者交互效应。同样通过重复测量方差方法，分析组别(竞技武术组，对照组)×时间(基线，后测)×条件(时间，单位时间正确率)对字母划销实验中加工速度指标的差异情况。

3 结果与分析

通过独立样本t检验，两组对象的BMI、体测成绩、休闲体育活动问卷得分均值、心率无显著性差异。两组的认知测试基线成绩，见表1。独立样本T检验表明，竞技武术组和对照组认知基线均值不存在显著差异。

表1 认知测试结果均值和标准差

3.1 Trail Making Test

在连线测试中，竞技武术组在A和B测试中的反应时都快于对照组。A部分反应时中，竞技武术组(16.73±2.4s)优于对照组(17.17±2.91s)；B部分反应时，竞技武术组为41.77±8.89s，明显快于对照组的49.58±7.46s；B-A的结果表明，竞技武术组(25.03±8.61s)快于对照组(32.42±6.16s)。重复测量方差分析显示，组别有显著作用(F=10.533,p=0.002)；组别×条件有交互作用(F=5.212,p=0.009)。经过成对比较，竞技武术组和对照组在A条件中反应时上没有显著差异(p=0.093)；但在B条件下反应时有显著差异(p=0.002)。就A-B条件下反应时来看，同样具有显著性差异(p=0.002)；这表明竞技武术组受到更少的干扰，相比对照组。

3.2 Digit Symbol Substitution Test

在数字符号替代测试中，45s规定时间内竞技武术组完成的替代个数多于对照组，分别是37.75±5.36和34.08±5.05。重复测量方差分析显示，组别有显著作用(F=6.585,p=0.014)；组别×时间没有交互作用(F=0.063,p=0.802)。经过作图及均值分析，竞技武术组在规定时间完成的个数多于对照组。分析还表明，两组的后测成绩与基线成绩有显著差异，即运动后成绩好于基线。

3.3 Letter Cancellation Test

在字母划销测试中，竞技武术组在反应时和正确率上都优于对照组。在反应时方面，竞技武术组为49.04±6.77s，对照组为55.42±9.16s；在单位时间正确率上，竞技武术组是2.13±0.28，对照组是1.88±0.26。

就反应时方差分析来说，组别有显著作用(F=9.193,p=0.004)；组别×条件没有交互作用(F=0.364, p=0.549)。经过成对比较，两组在完成时间上有显著差异(p=0.004)，竞技武术组快于对照组。在单位时间正确率方面，两组存在显著差异(p=0.002)，竞技武术组正确率高于对照组。

4 讨论

4.1 竞技武术动作的刺激特点

依据环境背景稳定性来区分，动作技能的一种分类是开放式与封闭式动作。封闭式动作技能是指运动者根据稳定的环境背景特征完成动作操作，即在技能操作过程中不会发生位置上的变化。开放式动作技能是指运动者始终处于运动状态条件下操作的技能，即操作时机和采取动作都是由不同环境背景决定的。两者区别是环境背景中是否存在障碍物、他人以及支撑面以及他们的存在状态。

因为环境背景是影响动作重要因素，在完成动作中应对的刺激也不同。开放式动作要根据场上对手、障碍物位置、达到的目标来判断并做出决策，刺激是多变的，反应及应对也是有差别的。竞技武术动作，除了难度和规定动作要求外，练习者需要不断应对环境刺激变化，个人掌握了动作进度；每个动作和每次练习都是与环境的相互适应。刺激的差异及应对的变化，可能会是控制组和对照组产生反应时差异的原因之一。

4.2 竞技武术动作的神经肌肉系统差别

从神经肌肉系统来说，开放式与封闭式动作分别属于闭环神经控制系统和开环神经控制系统。竞技武术的开放式动作的神经肌肉控制系统是通过闭环控制系统进行的，运动者必须依靠两套反馈，为下一个动作做出正确的决定提供依据。第一套反馈是外部反馈。外部反馈的例子包括评估器械的位置和空间关系。第二类反馈被称为本体感觉或内部反馈，报告肌肉力、关节位置、体位等信息属于内部反馈[9]。

运动者连续地对外在和内在的反馈进行比较，以便做出快速准确的决定。基于外在的和内在反馈，大脑快速且连续地将正确信息发送给执行协调运动的肌肉。肌肉是被动的身体组织，只有完成大脑命令才能完成正确的动作。这种系统被称为闭环神经肌肉控制系统，它以连续的方式提供反馈[10]。为了实现开放式运动技能比赛的最高成绩，运动员应快速和准确地增强其闭环控制系统，利于完成近期目标[11]。

运动者如何提高闭环神经控制系统，进而发挥开放式动作的竞争力，除了需要做好运动技术及战术运用能力，最重要一点是快速准确地做决定。这种决策能力，是可以通过适当训练而获得提高。中等的运动可以加速反应时间，削弱对直接反应激活的抑制作用[12]。这种能力也可以通过a GO/NoGoreaction task等测试反映出来。

4.3 与前期研究成果的比较

Neha P.Gothe通过对老年人八周的瑜伽干预，得出瑜伽可以提高信息加工速度[13]。Chun-Hao Wang以网球和游泳为例，认为开放式动作训练队运动员的抑制控制有益[14]。Chia-Liang Tsai等以对照组(自行车、慢跑、散步)、竞技武术组(乒乓球)、控制组(平衡及拉伸练习)64人为研究对象，干预6月之后得出，在执行任务转换范式时，两个运动组相对于对照组在运动干预后的试验中表现出更快的反应时。在非切换和切换试验后，相对于运动前的反应时，提高仅出现在开放技能组中。在N-back任务方面，两个运动组在运动后1-back条件下准确率显著增加，而在2-back条件下的准确率效应只出现在封闭技能组中。此外，两个运动组在执行两个认知任务时，相对于基线时，在额叶到顶叶皮质区域表现出更大的P3振幅[15]。任未多等得出开放性运动项目运动员在速度和准确性两方面均优于闭锁性项目运动员，特别是在高速度要求下更为明显[4]。

竞技武术等开放式动作对反应时提高明显，本文的研究结果与前期研究结论一致。正确率上谁优谁劣，还没有完全相同的结论，有待今后研究进一步验证。

5 研究结论

本文以12周竞技武术为干预，选取棍、刀、剑运动为竞技武术组，拉伸运动为对照组。结果表明竞技武术组在Trail Making Test测试中的B条件和A-B条件下反应时都快于对照组。Digit Symbol Substitution Test测试中，竞技武术组在规定时间完成的个数多于对照组。Letter Cancellation Test测试中，竞技武术组比对照组在反应时和准确率上更提高。从上看出，尽管竞技武术对大学生的加工速度有提高，但随着fMRI、EEG等技术介入研究，不同特点项目的干预效果也许不同，运动动作与加工速度等认知功能关系的多维度研究也将进一步展开。