短时中等强度有氧运动改善成年早期肥胖者食物决策的功能性近红外成像研究

黄佳瑷，陈艳霞，段 炼，漆昌柱，2，徐 霞，2*

肥胖是一个日益严重、危害健康的全球性公共卫生问题。减重可以降低与超重和肥胖相关的健康风险，受到国际和我国卫生机构的鼓励。预防和治疗肥胖的策略主要包括行为疗法、药物和手术疗法以及公共健康干预等。然而，大多数疗法和干预的效果并不理想，主要原因是长期不良食物决策模式导致对不健康食物的过量摄入，出现体重反弹等问题。

在食物日益丰富的环境中，个体需要在不同美味和健康价值的食物间选择。食物决策（food decision-making）是指，个体通过整合食物的健康和美味估值对是否食用某种食物做出决定的过程。食物的基本属性味道很容易在选择时表现出来，并在决策中得到可靠的权重。相比之下，考虑食物的抽象属性健康则需要个体付出努力，故在决策中没有得到可靠的权重。味觉的权重过度会导致不健康的食物决策（Sullivan et al.，2015）。做出健康的食物决策，需要自我控制的高级执行认知过程发挥重要作用（Stoeckel et al.，2017）。食物决策研究中的自我控制，是指个体进行食物决策时，为了获得健康这种长期价值较大、延迟性的奖赏，有意识地抑制选择美味这种长期价值较小、即时性奖赏的行为。对204名BMI在15.9～45.0 kg/m2范围内在校大学生的研究发现，选择好吃-健康、好吃-不健康和不好吃-不健康食物的比例分别是25%±12%、25%±12%和2%±3%。与抑制控制较好的个体相比，抑制控制较差的个体会选择较少的健康食物（Jasinska et al.，2012）。Cohen等（2011）通过健康饮食指数（healthy eating index）评估3天内个体摄入的食物质量，发现超重/肥胖组比正常组会吃更多的低质量食物、较少的高质量食物，Stroop任务表现更差。Hare等（2009）表明，成功自我控制者会基于健康和美味价值选择食物，拒绝大多数好吃但不健康的食物，非自我控制者往往只依据美味价值选择食物。缺乏对食物导向的注意和选择的控制，可能会导致肥胖（Janssen et al.，2017）。这提示，与正常人相比，肥胖者自我控制能力较弱，可能由于自我控制受损，选择食物时不能综合评估健康价值和美味价值，从而习惯于做出不健康的食物决策。

解释自我控制失败的理论模型之一是前额叶-皮层下脑区的平衡模型（prefrontal-subcortical balance model of self-regulation）。该模型认为，前额叶功能自上而下调节负责奖励与情绪加工的皮层下脑区，而自上而下的认知控制损耗会降低前额叶功能的相对优势，导致自我控制失败；或者当个体面临特定的强烈食物线索时，自下而上的冲动动机会增强皮层下脑区功能的相对优势，导致自我控制失败（董军等，2018）。基于奖励的经济学模型（reward-based model）认为，自我控制包含与自我控制行为相关的成本-收益评估（cost-benefit analysis）过程和负责执行的认知控制（cognitive control）过程（窦泽南等，2017）。两个理论均说明食物决策与执行控制网络（Neseliler et al.，2019）的功能密切相关。该网络包括前扣带皮层（anterior cingulate cortex，ACC）、背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）、额下回（inferior frontal gyrus，IFG）、后顶叶皮层（posterior parietal cortex，PPC）等相互连接的前额叶（prefrontal cortex，PFC）区域。食物决策任务中，执行控制脑网络的DLPFC会自上而下调节负责奖赏估值加工的脑区中对健康信息的编码来影响自我控制（Hare et al.，2009，2011）。Dietrich等（2016）表明，BMI越高，越需要前额叶对纹状体价值表征或行为选择进行自上而下的控制。薄弱的自上而下的认知控制系统和过度活跃的自下而上的冲动系统更倾向于选择高热量的食物（Forcano et al.，2018）。研究发现，体重较高的儿童选择食物时，l-DLPFC的激活较弱（van Meer et al.，2019）。Chen等（2018）对41名在校女大学生的调查发现，DLPFC的激活与成功的自我控制呈正相关。DLPFC中拥有更多灰质体积的个体，更善于自控饮食（Schmidt et al.，2018）。一些实验通过神经调控技术促进DLPFC激活，以减少人类对食物的渴求和摄入（Jauch-Chara et al.，2014）。例如，运用经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）抑制左侧 DLPFC（l-DLPFC），短暂干扰抑制控制网络的功能，会增加个体对高热量美味食物的渴求与摄入（Lowe et al.，2014a；Lowe et al.，2017b）。上述研究反映了因DLPFC激活的改变而诱发的自我控制能力变化，进而导致食物渴求和摄入的变化。

由此可知，如果找到有效的干预方法促进自我控制能力及相关脑功能，就可以改善成年早期肥胖者不良的食物决策，减少不健康食物的摄入量，达到控制体重的目的。有氧运动是进行体重控制的重要干预手段之一。与药物、手术和非侵入性脑刺激疗法相比，中等强度有氧运动经济成本低，耐受性和安全性较好，副作用较小，肥胖者参与意愿较高。有氧运动不仅能增加个体的能量消耗，还能提高个体的自我控制能力，增强锻炼和体重控制的坚持性。研究表明，有氧运动会影响人类的脑结构和认知功能，这种认知效益主要通过抑制、工作记忆、决策等认知任务表现出来的自我控制能力促进得以体现（Chen et al.，2016）。一次有氧运动持续20 min以上可对认知控制产生正向作用，最佳效益一般发生在锻炼的11～20 min（Chang et al.，2012）。这种正向作用可持续至锻炼后的 52 min（Joyce et al.，2009）。研究表明，中等至大强度有氧运动可以促进认知功能（Yanagisawa et al.，2010），增强食欲调节能力（Martins et al.，2015）。另有证据表明，有氧运动对执行控制能力较差的个体能够产生更好的效益（Drollette et al.，2014）。一项针对肥胖女性（平均年龄41.7岁）和正常对照组的行为学研究发现，12周综合干预（包含饮食、运动和行为疗法）后，肥胖女性表现出更强的自我控制能力（选择更健康而不美味的食物），美味评分和美味与健康的相对价值下降，但自我控制率仍然明显低于正常对照组（Demos et al.，2017）。综上所述，可对成年早期肥胖者采用有氧运动干预，通过促进脑功能的变化提高他们的自我控制能力，改善食物决策。

功能性近红外光谱技术（functional near infrared spectroscopy，fNIRS）是利用近红外光检测大脑皮质功能活动的一种常规的功能性脑成像工具，它能探测皮层中氧合血红蛋白浓度（oxygenated-hemoglobin，HbO）和脱氧血红蛋白浓度（deoxygenated-hemoglobin，HbR）的变化。Val-Laillet等（2015）总结了研究饮食行为、预防和治疗饮食失调与肥胖的神经成像和神经调节方法，认为fNIRS可以应用于评估饮食失调治疗方案和行为训练方案的疗效，考察健康被试和饮食失调患者对视觉食物线索DLPFC的抑制功能，检测营养和食物成分对PFC激活的影响。因此，fNIRS可以应用于考察成年早期肥胖者食物决策的神经基础，是一种适用于评价运动干预效果的脑成像技术。

综上所述，本研究采用食物决策任务和fNIRS技术，探讨短时中等强度有氧运动对成年早期肥胖者食物决策的影响，以及与前额叶功能的关系，以期能深入理解成年早期肥胖者食物决策中自我控制受损的神经基础，为有氧运动的干预应用提供理论和实验证据。本研究假设：1）进行食物决策时，成年早期肥胖者的自我控制能力相比正常对照组较弱，表现出更多考虑美味价值的不健康食物选择行为；2）一次30 min的有氧运动能通过提高食物决策相关前额叶功能来提高成年早期肥胖者食物决策时的自我控制能力，表现出更多考虑健康价值的食物选择行为。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

根据中国肥胖问题工作组（2002）对体重指数筛查标准的建议，从2018年武汉皓千减肥训练营的学员中招募30名BMI≥28 kg/m2的肥胖者作为研究对象，同时从武汉体育学院招募30名BMI在18.5～23.9 kg/m2的正常者作为对照组。肥胖组和对照组的筛选标准如下：1）通过《荷兰进食行为问卷》（Dutch eating behavior questionnaire，DEBQ）及询问病史，排除心血管疾病以及进食障碍或食物过敏史患者；2）通过《身体活动适应能力问卷》（physical activity readiness questionnaire，PAR-Q）评估及医学检查，排除不可参加中等强度有氧运动者；3）无脑创伤及神经系统病史，无精神障碍及遗传病史；4）视力或矫正视力正常，无色盲及色弱；5）报告有体重控制的意愿，但喜欢吃甜食和油炸食品；6）在校大学生；7）右利手；8）填写知情同意书。其中，3人因通道信号差被排除。最终，28名平均年龄为19.35±0.91岁、平均BMI为31.53±2.52 kg/m2的肥胖被试（男性15名，女性13名）和29名平均年龄为19.79±0.86岁、平均BMI为21.14±1.59 kg/m2的正常被试（男性14名，女性15名）参与了本研究（表1）。本研究经武汉体育学院医学伦理委员会批准后执行。

表1 肥胖组与对照组年龄和BMI情况Table 1 Age and BMI in the Obese Group and the Control Group M±SD

1.2 研究方法

1.2.1 实验程序

所有被试实验前3 h内不饮用任何含咖啡因的饮料或食用任何食物，实验于下午3：30—5：30进行。肥胖被试需参加基线和运动两种实验。基线实验为：休息30 min后评价此时的饥饿感（0“一点儿也不饿”—4“非常饥饿”），完成食物决策任务和fNIRS数据采集。运动实验为：30 min中等强度有氧运动后填写《主观体力感觉等级表》（rating of perceived exercise，RPE），评价此时的饥饿感，完成食物决策任务和fNIRS数据采集。肥胖被试两次实验的间隔大于7天，采用ABBA法平衡顺序效应；对照组只参加基线实验。

1.2.2 短时中等强度有氧运动方案

根据《ACSM运动测试与运动处方指南》对运动强度的定义，使用HRR法制订运动方案。最大心率用公式HRmax=208-0.7×年龄估算（Tanaka et al.，2001）。HRR法公式如下：THR=（HRmax/peak-HRrest）×期望强度%＋HRrest。

被试使用motion cycle 600型功率自行车运动，运用POLAR心率表监测心率。运动强度为50%HRR，前5 min用于提高心率到THR，然后继续运动30 min。

1.2.3 食物决策任务

通过E-prime 3.0呈现视觉刺激并记录被试的反应。实验任务参照Hare等（2009，2011）的研究，包括食物估值（健康评分任务、美味评分任务）和食物选择（食物选择任务）两个阶段（图1）。健康评分任务中，被试对食物的健康程度进行4点评分，1表示“非常不健康”，2表示“不健康”，3表示“健康”，4表示“非常健康”。美味评分任务中，被试对食物的美味程度进行4点评分，1表示“非常不好吃”，2表示“不好吃”，3表示“好吃”，4表示“非常好吃”。食物选择任务中，被试对食物的选择强度进行4点评分，1表示“强烈拒绝”，2表示“拒绝”，3表示“选择”，4表示“强烈选择”。3个任务各有50个试次（trail）。每个trail包含注视点屏、刺激屏和反馈屏。为消除被试按键反应的差异，对按键对应的评分等级进行被试间平衡。被试被告知实验结束后会让他们吃一种刚才选择的食物。50张食物刺激图片随机呈现，它由预实验选出，包含汉堡包、炸鸡翅、苹果和炒生菜等。所有图片的分辨率均为1024×798，位深度均为32，背景颜色均为黑色（RGB值：0，0，0）。

图1 食物决策任务Figure 1.Food Decision-making Task

1.2.4 fNIRS监测

采用美国NIRx公司生产的NIRScout功能性近红外光谱仪监测被试执行食物选择任务过程中前额叶的血氧信号。NIRScout的光极包括8个双波长光源（785 nm和830 nm）和7个探测器，以3.0 cm的间距构成20个通道，覆盖前额叶皮层，位置根据10～20系统布置，通过概率配准方法把fNIRS通道位置与MNI空间坐标配准，获得与布鲁德曼分区的对应关系（图2）。样本采样率为7.81 Hz。

图2 fNIRS光极和通道分布示意图Figure 2.Placement of fNIRS Probes and Channels

1.3 数据处理

1.3.1 行为学数据处理

根据被试对食物刺激的健康和美味评分，把食物刺激分为4种：不好吃-不健康、不好吃-健康、好吃-不健康、好吃-健康。之后，根据被试对食物刺激的选择强度评分，定义选择不好吃-健康的食物和拒绝好吃-不健康的食物的trail为自我控制成功的trail。然后，计算被试的健康评分、美味评分、选择4种食物的百分比以及自我控制成功次数的百分比，将选择强度评分作为因变量，健康评分和美味评分纳入方程，选择Enter法进行回归分析，得到标准化的回归系数（beta）。

1.3.2 fNIRS数据处理

使用Matlab功能包nirsLAB（v2016）对数据进行处理，带通滤波滤除小于0.01 Hz和大于0.2 Hz的频率成分，根据modified Beer-Lambert law将光学数据转换为血氧数据，再通过一般线性模型（GLM）分析获得自我控制成功条件下的beta值。HbO指标对任务刺激的变化更加敏感，与 fMRI的 BOLD（blood-oxygenation level-dependent）信号相关性更好（Strangman et al.，2002），故只分析HbO的变化。

1.4 统计分析

采用SPSS 25.0软件对行为学结果采用配对样本t检验和独立样本t检验分析。fNIRS分析先对肥胖者基线和运动条件下以及对照组自我控制成功时的beta值分别进行单样本t检验，然后对肥胖者基线和运动条件下自我控制成功时的beta值进行配对样本t检验，对对照组和肥胖者两种实验条件下的beta值分别进行独立样本t检验。之后，采用皮尔逊相关分析和回归分析探讨通道beta值与自我控制成功次数百分比间的关系。使用基于FDR标准的BH法（Singh et al.，2006）对多重比较的P值进行校正（q value of maximum FDR=0.05），并在结果中标明。

2 研究结果

2.1 有氧运动处理

运动干预过程的平均功率为84.46±17.94 watt，平均转速为64.39±10.98 rpm，被试的平均心率为139.32±5.93 bpm，平均消耗能量为176.22±34.00 Kcal，《主观体力感觉等级表》的平均得分为12.39±0.99，核心运动强度为49.80%±4.07%HRR，处于40%～60%HRR范围，属于中等强度。核心运动强度与《主观体力感觉等级表》得分呈显著正相关（r=0.734，P=0.000）。

2.2 短时中等强度有氧运动对食物决策行为的影响

对成年早期肥胖者运动和基线条件下选择不好吃-不健康、不好吃-健康、好吃-不健康、好吃-健康食物的百分比以及自我控制成功次数的百分比进行配对样本t检验发现，与基线状态相比，运动后成年早期肥胖者选择不好吃-健康食物的百分比显著提高[（t27）=4.371，P=0.000，r2pb=0.414，95%CI：0.037，0.102，图3A]，选择好吃-不健康食物的百分比显著降低[（t27）=-4.542，P=0.000，r2=0.433，95%CI：-0.169，-0.064，图 3A]，选择好吃-健pb康食物的百分比显著提高[（t27）=2.378，P=0.025，r2pb=0.173，95%CI：0.009，0.125，图3A]，自我控制成功次数的百分比显著提高[（t27）=2.533，P=0.017，r2pb=0.192，95%CI：0.020，0.186，图3B]。

图3 食物决策任务行为学结果示意图Figure 3.Behavioral Results of Food Decision-making Task

对基线条件下成年早期肥胖者和对照组进行独立样本t检验发现，成年早期肥胖者比对照组选择不好吃-健康食物的百分比更小[t（55）=-3.422，P=0.001，r2pb=0.176，95%CI：-0.078，-0.020，图3A]，选择好吃-不健康食物的百分比更 大[t（55）=8.032，P=0.000，r2pb=0.540，95%CI：0.158，0.264，图3A]，自我控制成功次数的百分比更低[t（55）=-7.532，P=0.000，r2pb=0.508，95%CI：-0.282，-0.164，图3B]。

对运动条件下成年早期肥胖者和对照组进行独立样本t检验发现，运动后成年早期肥胖者仅比对照组选择好吃-不健康食物的百分比更大[（t55）=3.279，P=0.002，r2pb=0.164，95%CI：0.037，0.152，图3A]，自我控制成功次数的百分比仍然低于对照组[t（55）=-2.990，P=0.004，r2pb=0.140，95%CI：-0.200，-0.040，图3B]。

配对样本t检验发现，运动后成年早期肥胖者与基线条件下的健康评分[（t49）=1.541，P=0.130，95%CI：-0.012，0.087]、美味评分[（t49）=-1.956，P=0.056，95%CI：-0.094，0.001]、美味评分的 beta值[t（27）=-1.499，P=0.146，95%CI：-0.264，0.041]无显著差异，健康评分的beta值显著增加[（t27）=4.115，P=0.000，r2pb=0.385，95%CI：0.120，0.360；独立样本t检验发现，基线和运动后成年早期肥胖者的健康评分[（t98）=-0.038，P=0.970，r2pb=0.000，95%CI：-0.338，0.325；（t98）=-0.275，P=0.784，95%CI：-0.363，0.275]和美味评分[t（98）=-1.309，P=0.194，95%CI：-0.214，0.044；t（98）=-0.557，P=0.579，95%CI：-0.176，0.099]与对照组相比均无显著差异。基线条件下，成年早期肥胖者健康评分的beta值显著低于对照组[（t55）=-8.309，P=0.000，r2pb=0.557，95%CI：-0.628，-0.384]，美味评分的 beta值显著高于对照组[（t55）=3.231，P=0.002，r2pb=0.160，95%CI：0.059，0.251]；运动后，成年早期肥胖者只有健康评分的beta值显著低于对照组[（t55）=-4.523，P=0.000，r2pb=0.271，95%CI：-0.384，-0.148]（图3C、3D）。对照组与成年早期肥胖者在食物决策任务前的饥饿感无显著差异（P＞0.05）。

实验说明，短时中等强度有氧运动没有改变成年早期肥胖者对食物健康和美味程度的评价，而是改变了成年早期肥胖者选择食物时健康和美味价值的权重（更多地考虑健康价值），从而改变了食物选择行为。但基线和运动后的成年早期肥胖者与对照组的食物决策行为相比，考虑健康价值的食物选择行为较少。

2.3 对照组、肥胖组基线和运动后在食物决策任务下的脑激活情况

对对照组、肥胖组基线和运动后自我控制成功时各通道的beta值进行单样本t检验（FDR校正），检验值为0。根据各通道的t值，绘制热点图（图4）。对照组自我控制成功时，显著激活的通道包括ch1[l-DLPFC，（t27）=4.954，P=0.000，r2pb=0.476]、ch2[l-DLPFC，（t27）=3.884，P=0.001，r2pb=0.358]、ch4[l-OFC，（t27）=-2.785，P=0.009，r2pb=0.223]和ch15[r-DLPFC，（t27）=3.054，P=0.005，r2pb=0.257]，其余通道没有被显著激活。基线条件下，成年早期肥胖者自我控制成功时没有任何通道显著激活；运动后成年早期肥胖者自我控制成功时，显著激活的通道包括ch1[l-DLPFC，t（27）=4.477，P=0.000，r2pb=0.426]和 ch2[l-DLPFC，t（27）=3.778，P=0.001，r2pb=0.346]，其余通道没有被显著激活。

对自我控制成功时ch1、ch2、ch4、ch15的beta值与自我控制成功次数的百分比进行皮尔逊相关分析发现，自我控制成功次数的百分比与ch1[l-DLPFC，r=0.333，P=0.002]和ch2[l-DLPFC，r=0.478，P=0.000]的激活水平呈显著正相关 ，与 ch4[l-OFC，r=-0.048，P=0.664]和 ch15[r-DLPFC，r=0.045，P=0.683]的激活水平无显著相关（图5），ch1和ch2可能是与食物决策中自我控制有关的通道。

图4 被试自我控制成功时各通道t值的热点图Figure 4.Heatmaps of T-value of Each Channel in Successful Self-control Trials

图5 自我控制成功次数的百分比与自我控制成功时ch1和ch2激活的关系Figure 5.Percentages of Successful Self-control Trials（y-axis）across Beta Values in ch1 and ch2 in Successful Self-control Trials（x-axis）

2.4 短时中等强度有氧运动对食物决策任务中脑激活的影响

对成年早期肥胖者运动和基线条件下ch1与ch2的beta值进行配对样本t检验（FDR校正）发现，运动后成年早期肥胖者与基线状态相比，ch1[l-DLPFC，（t27）=3.654，P=0.001，r2pb=0.331]和 ch2[l-DLPFC，t（27）=4.235，P=0.000，r2pb=0.399]的激活水平更高（图6A）。

对基线条件的成年早期肥胖者和对照组ch1与ch2的beta值进行独立样本t检验（FDR校正）发现，成年早期肥胖者比对照组ch1[l-DLPFC，（t27）=-3.381，P=0.001，r2pb=0.297]和ch2[l-DLPFC，（t27）=-3.791，P=0.000，r2pb=0.347]的激活水平更低（图6B）。

对运动条件的成年早期肥胖者和对照组ch1与ch2的beta值进行独立样本t检验（FDR校正）发现，运动后成年早期肥胖者比对照组 ch2[l-DLPFC，t（27）=-2.331，P=0.023，r2pb=0.168]的激活水平更低，ch1的激活水平无显著差异[（t27）=0.088，P=0.930]（图6C）。

实验说明，短时中等强度有氧运动能增加成年早期肥胖者食物决策中与自我控制有关的l-DLPFC激活水平；但与对照组相比，基线和运动后的l-DLPFC激活较低。

图6 肥胖组和对照组自我控制成功时各通道激活的差异情况Figure 6.Heatmaps of T-value of Differences between Obese and Normal BMI YoungAdults in Each Channel in Successful Self-control Trials

2.5 肥胖者自我控制成功时通道激活水平与自我控制成功次数百分比的相关性

运动后减去基线条件，得到短时中等强度有氧运动后肥胖被试在ch1和ch2的激活变化量，以及自我控制成功次数百分比的变化量。皮尔逊相关分析发现，自我控制成功次数的百分比变化量与ch1（l-DLPFC，r=0.405，P=0.032）和ch2（l-DLPFC，r=0.566，P=0.002）的激活变化量存在显著正相关（图7）。将自我控制成功次数百分比的变化量作为因变量，ch1和ch2的激活变化量纳入方程，选择Enter法进行回归分析发现，ch1（l-DLPFC，beta=0.396，P=0.011）和 ch2（l-DLPFC，beta=0.559，P=0.001）的激活水平是自我控制成功次数百分比的影响因素，回归方程决定系数R2=0.477。实验说明，随着l-DLPFC激活水平的升高，自我控制成功次数的百分比也会增加，即运动后食物决策中，l-DLPFC的激活增高与自我控制能力提高相关。进一步说明，短时中等强度有氧运动能增加成年早期肥胖者食物决策中与自我控制有关的l-DLPFC激活水平，提高自我控制能力，从而做出更多考虑健康价值的食物选择行为。

图7 肥胖者自我控制成功次数的变化量与自我控制成功时ch1和ch2激活变化量的关系Figure 7.The Change in Percentages of Successful Self-control Trials（y-axis）across the Change in Beta Values in ch1 and ch2 in Successful Self-control Trials（x-axis）in Obese YoungAdults

3 讨论

3.1 实验处理的有效性分析

本研究针对成年早期肥胖者采用完全被试内设计，消除个体差异的影响，基线和运动两个条件采用ABBA法来平衡顺序效应，同时选取正常BMI成人作为对照组衡量成年早期肥胖者的运动干预效果。本研究的运动干预满足美国运动医学学会（2015）对中等强度有氧运动的界定，实验任务能有效反映食物决策，fNIRS技术和分析方法可靠，消除无关变量对研究结果的影响，能科学说明成年早期肥胖者的食物决策行为改变及脑激活增高是短时中等强度有氧运动所致。

3.2 成年早期肥胖者和对照组的食物决策行为及脑功能差异分析

本研究通过食物决策任务评估成年早期肥胖者和对照组对食物健康和美味的评价以及相应的选择行为，发现成年早期肥胖者与对照组对食物健康和美味的评价无显著差异，但选择食物时，会更多考虑食物的美味价值，较少考虑食物的健康价值，选择不好吃-健康食物的百分比更小，选择好吃-不健康食物的百分比更大，自我控制成功次数的百分比更低。这说明，较低的自我控制可能以多种方式导致不健康饮食和BMI的增加，不仅仅是通过破坏人们对好吃-不健康食物诱惑的抵抗能力。本研究采用fNIRS技术探测了成年早期肥胖者和对照组选择食物时前额叶的血氧信号，发现成年早期肥胖者自我控制成功时前额叶激活不显著，而对照组的双侧DLPFC激活增高，l-OFC激活降低。同时，自我控制成功次数的百分比与l-DLPFC的激活水平呈显著正相关。血液动力学结果与行为学结果相符，成年早期肥胖者自我控制成功次数的百分比仅为11.68%±2.17%，可能是l-DLPFC功能较弱导致的。

这与前人对成功自我控制者和非自我控制者的研究结果较为一致。非自我控制者选择好吃-不健康食物的百分比更大，好吃-健康食物的百分比更小。并且，在自我控制成功trail中，成功自我控制者l-DLPFC的激活比非自我控制者更大（Hare et al.，2009）。Chen等（2018）发现，DLPFC的激活与食物决策中成功的自我控制呈正相关。一些研究发现，运用持续短阵快速脉冲刺激（continuous theta burst stimulation，cTBS）抑制l-DLPFC功能，会增加个体对高热量美味食物的渴求与摄入（Lowe et al.，2014a，2017b）；运用经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）促进右侧 DLPFC（r-DLPFC）激活，对减少食物渴望、高热量食物选择和热量摄入没有明显效果（Georgii et al.，2017）。这可能是本研究只发现l-DLPFC激活有显著差异的原因。对照组自我控制成功时，l-OFC的激活降低，可能是l-DLPFC调制引起的（Dagher，2012；Hollmann et al.，2012；Mengotti et al.，2018）。DLPFC在肥胖者和正常BMI者奖赏相关决策中的参与程度不同，可能是因为两者有不同的内部目标，因此做出不同的食物选择，而维持这些目标的神经机制会产生不同的反应模式（Morys et al.，2018）。

本研究验证了l-DLPFC是食物决策自我控制的关键脑区，l-DLPFC的激活反映了个体的自我控制能力。综上所述，成年早期肥胖者食物决策中的自我控制能力与对照组相比较弱，验证假设一。

3.3 短时中等强度有氧运动改善成年早期肥胖者的食物决策行为及脑功能分析

本研究通过食物决策任务和fNIRS技术评估了短时中等强度有氧运动对成年早期肥胖者食物决策行为及相关前额叶激活的影响，发现运动后成年早期肥胖者与基线条件下对食物健康和美味的评价无显著差异，但选择食物时，会更多地考虑食物的健康价值，选择不好吃-健康食物和好吃-健康食物的百分比显著提高，选择好吃-不健康食物的百分比显著降低，自我控制成功次数的百分比显著提高，l-DLPFC的激活水平显著升高，自我控制成功次数的百分比增加量与l-DLPFC的激活增高量存在显著正相关。这说明，运动不仅增强人们对好吃-不健康食物诱惑的抵抗，也会增加对不好吃-健康食物和好吃-健康食物的选择。随着l-DLPFC激活水平的升高，食物决策的自我控制增强，这可能是因为l-DLPFC是食物决策执行控制网络的关键区域。Lowe等（2014b）发现，有氧运动诱导的执行功能增强有助于饮食领域的自我控制。相对于有食欲的零食（牛奶、巧克力和薯片），被试会吃更多的控制食物（黑巧克力和薄饼干）。Lowe等（2017a）采用cTBS抑制l-DLPFC激活，发现单次中等强度有氧运动能加速l-DLPFC抑制的恢复，说明有氧运动对l-DLPFC皮质弹性的有益作用。此外，本研究与有关认知训练和神经调控干预的结果一致。两种干预手段是通过对DLPFC的激活来促进执行控制功能，帮助人们拒绝美味食物，做出健康食物选择（Forcano et al.，2018）。DLPFC能激发个体长期的目标导向行为（Chen et al.，2018），因此，运动会促进肥胖者坚持减重的目标，进行食物决策时更多地考虑健康这种长期价值较大、延迟性的奖赏，有意识地抑制选择美味这种长期价值较小、即时性的奖赏，做出符合长期目标的食物选择行为。

综上所述，短时中等强度有氧运动通过促进成年早期肥胖者l-DLPFC的激活，提高其自我控制能力，选择食物时更多考虑食物的健康价值，但其权重仍然低于美味，部分验证假设二。运动后的成年早期肥胖者与对照组的食物决策相比，考虑健康价值的程度仍然较低，做出的健康决策仍然较少，自我控制成功时l-DLPFC的激活较低，提示成年早期肥胖者需要进行长期的有氧运动干预。

有氧运动改善成年早期肥胖者食物决策的原因可能是：1）增强食物决策相关脑网络的功能连接。运动增加了执行控制脑网络的DLPFC激活，从而增强DLPFC与VMPFC、OFC等食欲网络关键区域的功能连接，使VMPFC和OFC编码价值信号中的健康权重增加，使个体适当地权衡健康这种长期价值较大、延迟性的奖赏，做出健康的食物决策（Hare et al.，2009，2011）。2）增加个体的前额皮质体积和执行功能（Greeff et al.，2018），提高大脑中增强认知能力和神经可塑性的生化指标（Tsai et al.，2014），如脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）和胰岛素样生长因子（insulin-like growthfactor-1，IGF-1）。3）改善人体进食相关的激素水平（Krae-mer et al.，2007；Yu et al.，2017），如瘦素（leptin）、空腹胰岛素（fasting glucose）和胃饥饿素（ghrelin）等，调节食欲，改善内稳态系统，做出健康的食物决策。4）增加人体产生愉悦感的激素水平（Sharifi et al.，2018），如血清素（serotonin）和内啡肽（beta-endorphin），弥补肥胖个体的快感缺失，抵抗美味这种即时奖赏的诱惑。这说明，有氧运动是一种改善成年早期肥胖者食物决策的有效手段。

3.4 本研究的不足与未来研究方向

虽然fNIRS的测量仅限于皮层表面，不能监测食物决策相关的包含纹状体的食欲网络和以下丘脑和后脑回路为中心的内稳态系统，以及位于大脑深处的味觉加工区域，但它能较好地反映前额叶区域的血氧响应，从自我控制角度揭示短时中等强度有氧运动对成年早期肥胖者食物决策及脑功能的积极效应，拓宽运动干预与成年早期肥胖者脑功能研究的视野。未来可结合fMRI开展基于多模态神经成像技术的食物决策脑网络研究，为揭示运动干预改善肥胖者食物决策的神经回路提供证据；利用fNIRS技术便携、耐受性高的优点，针对运动干预效果开展大样本追踪研究。短时中等强度有氧运动能改善成年早期肥胖者的食物决策行为及脑激活水平，但仍达不到对照组的基线水平，后续可进一步考察长期运动干预对成年早期肥胖者食物决策的影响。另外，本研究针对成年早期肥胖者采用完全被试内设计，正常BMI对照组只参加基线实验，后续研究中可进一步考察运动对肥胖组和对照组食物决策改善效果的差异，采用双盲实验避免霍桑效应的影响。

4 结论

本研究采用fNIRS技术考察了30 min中等强度有氧运动对成年早期肥胖者食物决策的影响以及前额叶激活的变化情况。行为学与血流动力学结果一致，验证了l-DLPFC是食物决策自我控制的关键脑区，其激活水平反映了个体的自我控制能力。研究发现，30 min中等强度有氧运动能显著提高成年早期肥胖者自我控制成功次数的百分比，具体表现为选择不好吃-健康和好吃-健康食物的百分比增高，选择好吃-不健康食物的百分比降低。并且，有氧运动能显著提升成年早期肥胖者食物决策相关的l-DLPFC激活水平。但基线和运动后成年早期肥胖者与对照组相比，选择食物时考虑健康价值的程度、选择健康食物的比例及l-DLPFC激活水平均较低。本研究表明，短时中等强度有氧运动能有效改善成年早期肥胖者的食物决策，神经基础之一可能是短时中等强度有氧运动能提高l-DLPFC激活水平，促进自我控制能力提高，改变选择食物时健康和美味价值的权重，做出更多健康的食物决策。但成年早期肥胖者的食物决策仍有改善的空间，未来可进行长期有氧运动干预。