体感游戏改善注意缺陷多动障碍儿童执行功能的研究进展

贾雯旭，张 功

内蒙古师范大学心理学院（中国呼和浩特 010022）

注意缺陷多动障碍（attention-deficit/hyperactivity disorder, ADHD）是一种在儿童和青少年中非常普遍的疾病，通常与执行功能受损有关。近年来，运动作为一种安全有效的干预手段，逐渐取代传统的药物治疗和心理行为干预被应用于ADHD的康复治疗，运动的定量特征（如强度和持续时间）和定性特征（如认知需求）被认为是改善ADHD儿童执行功能的关键。由于缺乏动机和及时强化，ADHD儿童通常难以坚持长期的运动干预。随着科技的发展，采用虚拟现实（virtual reality, VR）技术将体力活动与认知参与结合起来的体感游戏应运而生，确保了运动干预的动机、适应性和多样性。体感游戏作为一种ADHD运动干预的新方式，在国内外都是一个崭新的研究方向，本文旨在通过对相关研究进行分析，阐明体感游戏干预对ADHD儿童执行功能的益处，并探讨其优势与不足，为此技术未来的临床应用提供依据。

1 ADHD和执行功能概述

1.1 ADHD

ADHD俗称多动症，是儿童和青少年时期最常见的神经发育障碍之一，其主要症状是在多种情境（家庭和学校）中的注意力不集中、多动和冲动［1］。ADHD被证明与儿童学校表现不佳和长期学业成绩低下有关［2］；ADHD儿童与同龄人交往存在困难［3］；半数以上ADHD儿童在粗细运动技能方面表现出困难［4］；相比神经发育正常的儿童，ADHD儿童更容易患上抑郁症、焦虑症或发育协调障碍等共病［5-7］。ADHD儿童的症状模式通常在学龄前就已经表现出来，往往会持续到成年［8］。有研究［9］指出，首次被诊断出ADHD后的第一年是早期干预的关键时期。在这一时期进行干预可以缓解该障碍引起的社会化和学习问题。

1.2 执行功能

ADHD的核心缺陷为执行功能（executive function）受损［10］。执行功能被定义为控制、调节基本认知过程的高阶认知过程，负责进行目标导向、适应性和灵活的行为［11］。执行功能包括执行困难的或新任务所必要的、不相同的、相互关联的多种认知过程［12］，一般认为执行功能包括3个核心成分：① 抑制，包括反应抑制、控制想法、注意、情绪和行为；② 更新，在工作记忆中保存信息并将其应用于当下的任务；③ 认知灵活性，能够克服反应定势，根据情境需求的变化在任务或心理状态之间进行转换［12-13］。

完好的执行功能对儿童的身心健康、学业成就、日常生活和发展至关重要［12］。研究［14］表明，大多数ADHD儿童存在多种执行功能缺陷。抑制控制能力受损被认为是ADHD儿童最核心的执行功能缺陷［12］。也有研究［15］认为，视觉空间工作记忆障碍是ADHD儿童最重要的神经心理缺陷。认知灵活性发展较晚，建立在抑制和更新的基础上，被认为可能在行为调节中起重要作用，是ADHD儿童中常见的持续性、非适应性和失调行为的基础［13,16］。这些执行功能在很大程度上与不同的大脑区域有关。研究［17］表明，执行功能及其相关的大脑活动水平并不是静止不变的，而是具有可塑性的，即可能会因反复执行任务或训练而改变。对多种执行功能过程进行训练可以作为缓减相关ADHD症状的一个潜在的、更有效的策略。

2 ADHD传统治疗方法

2.1 药物治疗和心理行为干预

目前，ADHD的一线治疗方案是药物治疗或针对患者及其家庭的心理行为干预［18］，两者的结合则有更好的效果［19］。① 兴奋剂类药物（首选），如哌甲酯和安非他明等，其作用是调节大脑中多巴胺和去甲肾上腺素的水平，阻断这些神经递质的再摄取和/或抑制神经递质的代谢，以发挥其减少多动和增加注意力广度的作用［20］。② 兴奋剂类替代药物（次要），如托莫西汀、胍法辛和可乐定等。上述药物在治疗ADHD症状时都显示出积极的治疗效果，可以减少ADHD患者的多动、冲动和注意力不集中，改善相关的任务行为、学业成绩和社会功能［21］。非兴奋剂被用来治疗那些对兴奋剂无反应或不能耐受的ADHD症状［22］。

心理行为干预通常是由受过训练的专业人员提供，父母和孩子都要接受为期7～12周的治疗，旨在通过改变物理和社会环境以改变行为，包括改变家庭和学校环境以提供限制分心、更有结构和组织的环境，同时关注孩子的饮食和睡眠量［23］，通过重复奖赏和行为后果逐渐塑造行为。这些干预措施已被证明可以改善ADHD的核心症状，并提高学业成绩，在某些情况下还会对其家庭产生额外的益处［24-25］。

传统治疗方法普遍存在局限性。ADHD是一种需要长期治疗的慢性疾病，长期坚持服用药物和进行心理行为干预往往很困难［25］，药物可能导致睡眠障碍、食欲下降、体质量减轻、不良心脏事件等不良反应，以及情绪变化、焦虑、抑郁、易怒、性格变化等［26-27］；据估计，只有不到10%的ADHD儿童能长期坚持药物治疗［28］。心理行为干预需要负责实施的家长或老师长期进行高强度的干预并保持极高的忠诚度，这将给他们带来沉重的负担和巨大的挑战［7］，也难以长期坚持治疗。实施这些干预措施后，很多ADHD儿童的症状并未恢复正常水平，尽管干预后可能比基线检查时表现得更好，与同龄人相比他们在关键功能领域仍然表现出偏差［25,29-30］；有研究对采用不同干预方法接受过治疗的ADHD儿童进行了历时3年的追踪，发现无论是药物干预还是心理行为干预或是二者联合治疗，ADHD症状通常会在停止治疗后复发［31］。

2.2 传统运动干预

由于传统药物治疗和心理行为干预的局限性，需要一种能改善ADHD儿童症状的替代或辅助干预方法。研究［32-35］表明，运动可以改善健康儿童的认知能力，包括执行功能、知觉能力以及学业成绩等。运动可能是一种可行、可持续、无不良反应、相对成本较低且有长期效应的ADHD替代或辅助治疗方法［36-37］；运动可以提高ADHD儿童的自我控制、计划和记忆能力并减少处理信息所需的时间［38］，对ADHD症状、执行功能和运动能力都能产生积极影响［37,39-40］。

目前大多数探究运动的神经生物学、认知或行为效应的研究［41-42］都侧重于通过有氧运动改善ADHD，其定量特征是持续时间、频率、强度和代谢功能。普遍认为，15～30 min中等到剧烈程度的有氧运动会产生最大的认知效益。根据运动后心率和耗氧量的增加量，运动可以分为有氧运动和非有氧运动。

有氧运动会提高心率、增加耗氧量、刺激出汗且持续时间较长，如跑步、骑自行车、跳舞和游泳等［39］，可以改善健康儿童身体和认知功能（如执行功能）［12,43］。一次有氧运动后ADHD儿童的认知水平和学业成绩（主要是阅读理解能力和算数能力）立即得到了改善［44-45］；有氧运动也会通过对ADHD儿童的认知能力产生长期、持续的影响，进而改善注意力（包括听觉持续注意力和选择性注意力/信息处理）、执行功能（包括定势转换、反应抑制和计划的准确性）、言语工作记忆和认知速度［38,46-50］。

非有氧运动是在较低能量水平下进行、不会使心率剧烈增加、较为安静的运动，如瑜伽、太极和散步等，也与健康儿童的身体和认知发展有关［51］。在这类运动训练后，ADHD儿童的注意力和情绪得到改善［52-53］。由于研究样本小、所进行的研究数量少以及可能存在的无关变量影响，暂时还不能得出结论［39］。

根据运动产生影响的持续时间还可以分为急性运动（acute exercise）和慢性运动（chronic exercise）。急性运动的影响在进行一次运动后立即可以测量，其机制是通过即时的神经化学反应来改善认知功能［54］。急性运动对执行功能有选择性影响［55］，可以减少ADHD儿童的抑制［45-46,56］和转换［45,57］的反应时间，对工作记忆的反应速度也有积极影响［58］。慢性运动的影响是在进行数周规律的运动训练后进行测量，通过累积的大脑形态和心肺功能的改变来间接改善认知和学习［12］；一项meta分析研究［59］表明，慢性运动对ADHD儿童的各个执行功能领域（抑制、转换、工作记忆和注意）都有中等到较大程度的改善。

近年来，越来越多的研究开始关注运动的定性特征（如运动任务的复杂性和认知需求），其在获得长期认知效益中起着重要作用。运动中的认知参与是掌握困难技能所需的注意资源分配和认知努力水平，被认为是改善执行功能的关键［42,60-61］。根据认知刺激假说：控制高阶认知过程的大脑区域会被认知参与活动预先激活，在测量执行功能的任务中这些区域的参与是必需的，包含较高认知参与的运动正是通过锻炼这些大脑区域来提高认知能力，所以在运动训练过后个体可能会有较好的认知表现［12,42,62］。研究［63-64］显示，在强度和训练时间相等的情况下，高认知参与的运动（如团体游戏或双边协调练习）比非认知参与（即重复性和非适应性）运动能更好地改善认知功能（包括执行功能）。在一项为期6周的运动干预［65］中，与单纯的有氧运动相比，认知要求高的运动游戏对小学生的认知灵活性有积极影响。两项高认知参与的运动——乒乓球和跆拳道对协调性和认知有特定的需求，可以更好地改善抑制功能［32］。由于ADHD具有多种病因，包括遗传和环境及其相互作用导致的神经生物学差异［66］。运动可能通过不同的途径影响认知功能。高认知参与的运动可能同时激活多种通路，对ADHD儿童产生更大的影响［12］。既有认知挑战又有体力挑战的运动可以作为一项有效的ADHD治疗方法［25］。可以推测结合身体和认知、个性化和适应性的运动训练可能对执行功能产生最大的影响［17,67］。从应用的角度来看，需要一个多样化、结合认知参与和身体活动、适合ADHD儿童、能够根据儿童在训练中的实际表现不断进行调节的运动项目，可以假设这种组合比单纯有氧运动有更大的效益［65］。

3 体感游戏（exergaming）干预

随着科技的发展以及新媒体技术的进步，数字心理健康干预逐渐普及，为干预服务的提供和获取提供了便利。其中一项被广泛应用于精神病学中的创新性干预措施就是基于游戏化（在非游戏模式中加入游戏机制和游戏设计元素，如关卡、奖励、积分、排行榜和奖章等）原则的应用游戏［68-70］。研究发现，在计算机化工作记忆训练中添加游戏元素能使参与者在训练过程中更接近最大工作记忆容量［71］，对执行功能任务有更高的积极性和主动性［72］。也有研究［73-75］证明，视频游戏对认知能力的许多方面具有积极影响（如工作记忆、注意力、加工速度、问题解决等），可以使参与者产生持久的动机、引发积极情绪、提高参与者的积极性，还能在游戏互动中提高社交技能，所以游戏化可以作为一项提高认知能力的有效手段。研究［76］表明，ADHD儿童在玩视频游戏时，注意力不集中、冲动、多动症状均有改善。传统电子游戏需要儿童在电子屏幕前久坐，这不仅对儿童的身体健康有害，还可能是使ADHD症状严重的一个危险因素［77］。

3.1 体感游戏概述

随着科技的不断进步，游戏的模式从传统的二维（2D）发展到三维（3D），再到如今在认知康复中被广泛应用的VR技术［78］，游戏具有更加生动的表现形式和很高的沉浸感和真实感。有研究［79］将游戏化教学与VR相结合，结果表明，ADHD患者的认知能力得到了显著提高。VR游戏强大的沉浸感可以提高ADHD患者的注意力，对ADHD的康复有效［80-81］。

体感游戏是一种新型的交互式VR电子游戏类型，需要身体活动才能玩，它是一种可以激发更活跃的全身游戏体验的运动［82-83］。与传统电子游戏和单一的有氧运动相比，结合了游戏、运动和认知参与的体感游戏在改善执行功能方面可能表现出更好的效果［84］。研究［85］表明，一次以体感游戏形式进行的运动能提高儿童在不同年龄段的执行功能。具体来讲，体感游戏利用玩家对传统电子游戏的兴趣，根据游戏的类型和难度进行轻度到中度甚至是剧烈的有氧运动，从游戏和运动两方面对认知功能产生多重影响［86］。体感游戏同时结合了认知活动和身体活动。从运动的角度来看，体育锻炼通过增加迷走神经活动、抗疼痛和抗抑郁神经递质（如血清素）以及减少应激激素来产生积极的心理和认知效益；另一方面，体感游戏干预基于认知激活假设，即认知挑战性运动激活了控制高阶认知过程的大脑区域，导致更好的认知表现。由于ADHD儿童缺乏动机且更需要即时奖励，他们在传统的训练计划中常感到疲倦和无聊，注意力广度也会变得非常有限。体感游戏提供的是即时奖励而非延迟满足，可能会延长ADHD儿童的注意广度，并减少不必要的多动、冲动行为［76］；体感游戏中的游戏元素可以通过暂时促进纹状体多巴胺的释放［87］，增强唤醒激活状态和提高认知控制功能，使ADHD儿童的认知表现正常化，增强他们的动机［88-89］，以促进最佳表现［90］。

使用Xbox Kinect游戏机实施体感游戏干预。该装置包括一个运动感应输入设备，玩家通过身体动作来控制操纵台，被集成摄像头投射到屏幕上的VR场景中，提供了置身于不同虚拟世界的沉浸式体验。利用该设备进行“塑形（shape up）”训练，是一种高认知参与、体力要求很高的体感游戏，主要包括力量、协调（和耐力）的训练，以及对认知需求，如执行功能（抑制、转换、更新）、注意力和动作速度的训练。在游戏中，可以进行6种不同的“训练”。这个游戏被设计成自适应的模式，根据玩家的熟练程度自动调整。在每项活动中，通过更复杂、更精确的动作，可以获得更高的分数。为了打破自己的成绩记录、达到最好的表现，玩家必须不断训练身体和认知，以适应相应水平的表现［91］。

除Xbox Kinect外，研究人员还在不断开发新的体感游戏。如以康复为基础、适合家庭、难度不同的沉浸式VR运动游戏软件，它专注于训练参与者的手眼和手足协调，包括本体感觉游戏和平衡与协调游戏［92］。平衡和协调练习可以提高ADHD儿童的注意力［93］。为了专注于训练玩家的身体协调能力，研究者对游戏中所需的运动技能进行了简化，并对动作进行了标准化；尽量减少游戏屏幕中与任务无关的对象数量，以避免玩家分心；每节训练课只会持续很短的时间，在适当的时间会出现鼓励玩家的话语，并根据个人能力调整难度；该游戏能够在开放空间中进行，使玩家同时进行上肢和下肢运动，提高他们的身体协调性［92］。美国食品和药物管理局于2020年批准了一款名为“Endeavor Rx”的体感赛车游戏，作为治疗ADHD的处方。“Endeavor Rx”使用电子游戏来呈现特定的感官刺激和同步的运动挑战，以激活大脑的前额叶皮层；它是为了挑战孩子的大脑而科学设计的，要求同时专注于多项任务。在游戏过程中，不断测量儿童的即时表现，并使用自适应算法来调整难度，为每个人提供个性化的治疗体验。

3.2 体感游戏对ADHD儿童执行功能的改善

在一项研究［94］体感游戏对ADHD儿童执行功能的影响的随机临床试验中，与对照组相比，使用Xbox Kinect进行8周的体感游戏训练的干预组儿童在特定执行功能、一般精神病理学指标以及运动能力方面均有改善。还有一项研究［95］使用Xbox Kinect进行急性运动干预，探讨急性运动对ADHD儿童不同执行功能的影响，结果显示，体感游戏组被试的抑制和转换速度均显著高于对照组，在两个任务的准确性和视觉工作记忆表现方面则没有显著差异。一项为期3个月的ADHD儿童康复培训项目［92］使用VR游戏机进行沉浸式VR体感游戏干预，结果表明在干预后ADHD儿童的注意力、冲动抑制和对立违抗表现都有了不同程度的改善。

体感游戏训练并非对所有执行功能都有相同的好处。运动强度和认知参与是执行功能改善的两个重要原因，在体感游戏中可以更直接地对这两个因素进行控制，一次性训练和长期训练中运动强度和认知参与对执行功能的促进作用不同。在一次性体感游戏训练中，运动强度因素可以改善执行功能，认知参与因素则对执行功能无明显作用［96］。在一项2（运动强度：高/低）×2（认知参与：高/低）实验中，进行4种每次持续23 min的干预，结果发现，高运动强度的体感游戏可以提高ADHD儿童的抑制控制速度，认知参与对任务表现的任何方面都没有影响［85］。另一项急性运动中认知参与对执行功能改善的作用的随机对照研究［97］中，比较了两个认知程度不同的体感游戏训练组（高认知参与＋高运动强度组、低认知参与＋高运动强度组）和对照组（低认知参与＋低运动强度组）的认知能力，每组进行单次持续15 min的训练，结果表明，只有高认知参与高运动强度组可以改善认知灵活性，对流畅性和抑制性任务表现没有显著影响。在长期体感游戏干预中，认知参与因素对改善执行功能的影响大于运动强度因素。一项为期6周的干预［65］将儿童随机分配到团体游戏组（高认知参与＋高运动强度组）、有氧运动组（低认知参与＋高运动强度组）和对照组（低认知参与＋低运动强度组）中，在不同条件下对执行功能的前后测发现，只有团体游戏组儿童的认知灵活性表现显著提高，抑制和更新没有受到影响。一项探讨体感游戏干预对ADHD儿童执行功能影响的平行组随机试验［95］结果表明，与对照组相比，进行8周高强度认知活动和体力活动体感游戏训练的实验组在抑制和认知灵活性测验中有更快任务表现，更新和抑制及转换的准确度无显著差异。以上研究说明，急性和长期体感游戏训练对不同执行功能的改善效果不同。目前的研究还十分有限，未来的研究应进一步系统地探究长期和急性体感游戏干预中运动强度和认知参与对ADHD儿童三个核心执行功能（抑制、更新、认知灵活性）的选择性影响。

3.3 体感游戏干预的优势与局限性

体感游戏为运动增加了乐趣，可以激发儿童参加体育活动的动机和积极性［89］，使运动易于长期坚持下去；ADHD儿童经常花费大量时间在久坐的电子游戏上，体感游戏能取代传统电子游戏，吸引ADHD儿童参加体育运动，对身体和认知健康产生多种益处［95］；体感游戏程序都具有个性化和适应性，根据用户在游戏过程中的表现及时进行反馈并调整难度和强度，使个体始终在“最佳点”进行训练［98］；体感游戏的另一个优势就是其高度的经济可行性和可扩展性，大多数商业体感游戏机的使用不受时间和地点的限制，可以在家庭和课堂中广泛应用，干预仅需前期进行专业指导，不需要专业人员长期监督实施。体感游戏可以作为传统运动和电子游戏干预的一种有效的辅助/替代手段。

作为一项新兴的技术，体感游戏干预还存在一定的局限性。体感游戏需要针对特定的认知功能进行定制，定制游戏所需时间长、价格高昂，且受技术因素限制［98］，导致当前用于ADHD干预的体感游戏往往存在开发不足的问题。目前的体感游戏都有很高的认知要求，认知参与水平和运动强度都没有在个体水平上进行调整，认知表现主要靠主观评分衡量，一些被试可能因认知不足或超载，导致运动后认知表现下降，影响结果的准确性，不能确定所有人都受到了最佳运动强度和认知参与水平的挑战，这可能会低估体感游戏对认知能力的潜在益处［99］。体感游戏是一项新型的技术，目前对于体感游戏干预的研究存在研究数量较少、样本量小、对体感游戏改善ADHD症状潜在机制的研究还十分有限的问题。样本量和相关统计能力不足以进行亚组分析（如ADHD症状、药物剂量、体质量指数、性别），对中介变量之间的相互作用也不够了解［95］。目前还不清楚体感游戏是否能达到与传统运动一样的运动强度，以及其积极影响能持续多久。体感游戏似乎无法在长时间内维持玩家的兴趣［100］，高退出率表明即使使用游戏也很难使ADHD儿童坚持长期训练［94］。

4 展望

从社会整体来看，儿童和成人进行运动的时间越来越少，把大量时间花费在久坐活动和电子游戏上［75］。特别是ADHD儿童在参加传统运动项目时更容易退出［81］，缺乏运动会对身心健康造成许多不良影响。体感游戏很有潜力成为一个促进儿童和成人运动的重要工具，提高运动技能和认知能力，促进心理和身体健康［91,101］。体感游戏将电子游戏的趣味性、运动的身体活动和认知参与结合了起来，各种优势已经显示出了它作为ADHD干预辅助/替代治疗手段的巨大应用价值和发展潜力。它有望作为一种有效的运动干预方式应用于临床和康复中。对于那些由于受地理位置或身体状况限制而无法去专业机构进行传统理疗的患者，治疗师可以通过远程监控使用体感游戏来帮助他们［102］。进一步的研究有必要通过在临床实践中更广泛的应用来探索其有效性。体感游戏还可以作为一种连续诊断工具。在玩体感游戏时，通过游戏设备即时记录玩家运动时的状态（包括心理生理数据），治疗师可以访问诊断信息并及时调整治疗方案。未来还可能通过应用多个技术设备并共享数据，实现治疗方案的全面优化［98］。

根据体感游戏当前的局限性，未来的研究应该着眼于开发专门针对ADHD不同症状以及不同执行功能的体感游戏项目；在个体水平上调整运动强度和认知参与水平，寻找身体活动和认知参与的最佳挑战点［99,103］；需要进行更大规模的研究，对不同地区、更大样本容量的ADHD儿童进行更长时间的干预，同时包括更多的后续监测，以全面评估体感游戏的应用潜力；也要对可能影响研究结果的中介变量进行深入分析［98］。体感游戏可以提高动机、为运动带来乐趣。研究者发现，在运动中享受更多的乐趣对运动的认知益处很重要。是维持更高身体活动水平的一个重要变量。目前尚不清楚哪种游戏设计特征能最大限度地激发动机和乐趣，这也是未来研究中需要关注的重点。