11种体育运动项目对我国学龄儿童工作记忆影响的网状Meta分析

张自云, 金成吉, 解 超

(1.辽宁师范大学 体育学院，辽宁 大连 116029； 2.湖北文理学院 体育学院，湖北 襄阳 441053)

工作记忆(Working memory, WM)是个体在执行认知任务过程中,对信息暂时保持与操作的能力,是人类高级认知活动的核心，是学习、推理、问题解决和智力活动的重要成分[1].工作记忆是儿童执行功能的核心要素之一，与儿童的流体智力、晶体智力以及认知灵活性具有很高的相关性，在儿童的学习、推理、创造力等高级认知活动中起重要的作用.脑成像研究[2]发现，人类与工作记忆相关的脑区主要有背外侧前额叶皮层、前额叶腹外中侧、扣带回、右侧楔前叶和内侧顶小叶，这些脑区与智力、归纳推理、演绎推理、类别推理能力以及图形归纳推理能力所激活脑区形成了共享脑机制，工作记忆能力的提升可以提高儿童青少年的阅读能力、推理能力、问题解决能力和数学计算能力.赵鑫和周仁来的研究发现儿童的工作记忆能力具有一定的可塑性，通过对工作记忆训练不仅可以提高儿童的工作记忆能力，而且还可以迁移至其他高级认知功能(流体智力、数学能力等)，甚至可以改善多动症儿童的临床症状[3].在运动与脑的可塑性研究领域的相关研究认为工作记忆是儿童在进行体育运动过程中调动自身的运动技能去完成灵活任务的中介要素，也是运动技能学习与迁移的关键能力.Rathore等[4]采用Meta分析对体育活动与工作记忆的关系进行研究后发现，体育活动与外显学习、内隐学习和工作记忆均具有一定的线性关系，对儿童的学习能力和工作记忆能力均有促进作用.近年来，运动心理学研究领域学者对于体育运动与儿童青少年工作记忆的相关系统综述研究大多集中在不同运动方式[5]、不同运动强度[6]对儿童青少年工作记忆的影响，缺乏从运动项目特点对学龄儿童工作记忆影响的相关循证研究.因此，本研究从运动技能学视角出发，采用网状Meta分析法比较11种体育运动项目对我国学龄儿童工作记忆的影响效果，为学校体育和卫生工作者选择最优的运动项目进行健康教育工作提供循证依据.

1 资料与方法

1.1 文献检索

研究以“体育活动”“工作记忆”“认知功能”“小学生”“儿童”“physical activity”“working memory”“children”“preadolescent”“cognitive function”“cognition”为中英文检索词.检索的中文数据库平台包括中国知网、维普数据库、万方数据库，外文文献数据平台包括Web of ScienceTM核心合集、SPORTDiscus数据库、PubMed数据库、Springer link数据库、Science Direct数据库.文献时间跨度为数据库建库到2021年1月，共检索到文献244篇，严格按照PRISMA声明[7]筛选后共纳入了34篇文献(详见图1).

图1 文献筛选流程图

1.2 文献纳入与排除标准

1.2.1 文献纳入标准

采用PICOS标准[8]进行文献纳入：①文献的研究对象为我国6～12岁的学龄儿童；②实验设计中干预手段为不同运动项目的体育活动；③对照组干预措施为不进行体育活动；④工作记忆指标测量方式为N-back方法，且结局指标为反应时(单位：ms)；⑤实验设计为随机对照实验(RCT)或临床对照实验(CCT).

1.2.2 文献排除标准

文献排除标准：①研究对象为我国学龄儿童以外的人群；②实验组的干预方式为非体育活动；③使用的测量范式结局指标不符合Meta分析需要；④实验设计不符合研究需要；⑤综述性文献.

1.3 数据处理

采用Stata 15.1版本对纳入文献数据进行网状Meta分析，采用点分法进行整体不一致性检验(Global inconsistency)，使用节点劈裂法进行局部不一致性检验(Local inconsistency).当不一致性检验结果P>0.05时，采用一致性模型进行分析;当P<0.05时,采用不一致性模型.各组研究比较的效应量采用标准均数差(Mean difference，MD)及其95%置信区间(95%CI)表示.各种运动项目之间的直接比较和间接比较效果排序采用优选概率排名曲线(Surface under the cumulative ranking curve，SUCRA)进行干预效果的优劣比较.纳入研究的发表偏倚采用校正比较漏斗图法(Comparison-adjusted funnel plot)进行检验.

1.4 纳入文献基本信息

由表1可知，纳入的34篇文献中包括2 696个研究样本，其中,实验组1 406人，对照组1 290人，研究样本为6～12岁的中国学龄儿童.纳入文献中的干预措施共11种体育运动项目，包括篮球、健美操、跳绳、乒乓球、武术、体育游戏、足球、慢跑、软式棒垒球、网球和功率自行车.各体育运动项目与对照组之间均有直接比较的证据，因此，对于三臂以及多臂研究，本研究只纳入了相关的体育运动项目干预措施.运动时间为20～90 min；运动频率为单次运动或每周运动1～5次；工作记忆的测量任务采用N-back任务测量范式，纳入文献内容基本信息详见表1.

表1 纳入文献基本信息表

1.5 文献质量评价

纳入文献的质量评价采用Cochrane 5.2.0风险偏倚评估工具[43]，由2名具有博士学位的副高级职称研究者对纳入文献的质量进行评价.结果显示，纳入的34篇文献在随机分组方面，只有2篇文献对于随机方法交代不明确，其余文献均为随机分组.在盲法方面，仅有1篇文献提及双盲，其余均为单盲，只对受试者实施了盲法，所有研究均未对结果评价者实施盲法.由于研究结果评价者是整个干预计划的实施者，所以很难对其做到盲法.纳入的34篇文献数据完整，对于失访和退出者的情况也进行了清晰的描述，见图 2.

图2 纳入研究的偏倚风险评估

2 研究结果与分析

2.1 网状关系与模型一致性检验

11种运动项目和对照组的网状关系见图3.关系图中“1”代表不进行任何运动项目的对照组；“2”代表干预手段为篮球；“3”代表干预手段为健美操；“4”代表干预手段为跳绳；“5”代表干预手段为乒乓球；“6”代表干预手段为武术；“7”代表干预手段为体育游戏；“8”代表干预手段为足球；“9”代表干预手段为慢跑；“10”代表干预手段为软式棒垒球；“11”代表干预手段为网球；“12”代表干预手段为功率自行车.网状关系模型整体不一致性检验结果显示P=0.951，局部不一致性检验所有指标比较结果P>0.05，表示研究的网络模型不存在不一致性，网状Meta分析采用一致性模型进行数据分析.

图3 不同运动项目的网状关系图

2.2 网状Meta分析

由图4可知，采用一致性模型对11种不同运动项目与对照组进行了比较，其中,10种运动项目与对照组比较结果均具有统计学意义(P<0.05)，篮球项目的效应量MD=223.60，95%CI(194.59～252.61)；健美操项目的效应量MD=171.64，95%CI(127.07～216.21)；跳绳项目的效应量MD=172.35，95%CI(132.87～211.83)；乒乓球项目的效应量MD=118.50，95%CI(54.12～182.87)；武术项目的效应量MD=114.80，95%CI(62.79～166.81)；体育游戏项目的效应量MD=117.60，95%CI(78.07～157.13)；足球项目的效应量MD=218.99，95%CI(176.08～261.89)；慢跑项目的效应量MD=90.09，95%CI(61.23～118.94)；软式棒垒球项目的效应量MD=94.77，95%CI(11.13～178.41)；网球项目的效应量MD=137.40，95%CI(70.99～203.80 ).功率自行车与对照组比较结果P=0.694，没有统计学意义(P>0.05)，功率自行车项目的效应量MD=16.93，95%CI(-67.49～101.35).

图4 不同运动项目比较的森林图

2.3 SUCRA结果排序

图5为SUCRA值的排序结果.在11种运动项目中:篮球的SUCRA值为95.6%，最优概率为55.2%，平均排序为1.5；足球的SUCRA值为93.4%，最优概率为42.2%，平均排序为1.7；跳绳的SUCRA值为74.2%，最优概率为0.7%，平均排序为3.8；健美操的SUCRA值为74.1%，最优概率为1.2%，平均排序为3.9；网球的SUCRA值为56.5%，最优概率为0.5%，平均排序为5.8；乒乓球的SUCRA值为45.2%，最优概率为0.1%，平均排序为7.0；体育游戏的SUCRA值为44.9%，最优概率为0，平均排序为7.1；武术的SUCRA值为43.3%，最优概率为0，平均排序为7.2；软式棒垒球的SUCRA值为33.7%，最优概率为0.1%，平均排序为8.3；慢跑的SUCRA值为27.8%，最优概率为0，平均排序为8.9；功率自行车的SUCRA值为8.2%，最优概率为0，平均排序为11.1；不进行体育运动对照组的SUCRA值为3.3%，最优概率为0，平均排序为11.6.

图5 11种运动项目对我国学龄儿童工作记忆影响效果的SUCRA概率图

2.4 发表偏倚检验

研究采用校正比较漏斗图法对所有文献中的实验组和对照组的比较结果的发表偏倚进行了分析，检验结果见图6.由图6可知，所有研究的比较效应值均分布在漏斗图中线两侧，整体呈对称分布，仅有两组研究的比较效应值分布在漏斗图外，研究文献的发表偏倚存在可能性低.

图6 研究发表偏倚的校正比较漏斗图

3 分 析

本研究结果显示，在11种体育运动项目中，除功率直行车之外,其余10项均比不进行体育运动的对照组更能够有效地促进学龄儿童工作记忆的发展.在11项体育运动项目中，篮球和足球的SUCRA值最高，分别为95.6%和93.4%，是提升学龄儿童工作记忆能力最有效的体育运动项目.迟立忠等对运动对工作记忆的影响进行分析后发现，在进行球类运动过程中，个体在充分施展自身技能的同时还要密切关注对手及队友动向，不断更新和总结对手的战略战术信息，选择恰当的应对方式.兼顾与队友的整体配合，协作完成进攻和防守任务实现既定战略战术与相时而动相结合.在体育运动的高加工负荷与高加工速度的背景下，工作记忆能够保障加工中心的指向，进而施展技能和制定决策[44].从运动技能学理论进行分析，篮球和足球属于开放式运动技能，开放式运动技能是指运动员在做此类技术动作之前，不能事先作出决定下一个动作如何做，而必须根据当时突如其来的外在刺激决定下一个动作如何做[45].开放式运动技能的特点是具有多变性和不可预测性，运动参与者要时刻对外界刺激作出反应，根据外界的刺激作出决策.反应时是影响个体在开放性运动项目中表现的关键因素，因此,开放式运动技能也称为基于反应时运动技能.研究中的乒乓球和网球同样属于开放式运动技能，在11项运动中乒乓球和网球的SUCRA值分别56.5%和45.2%，干预效果不如篮球和足球.分析其原因，可能是因为篮球和足球在开放式运动技能中属于身体冲撞型运动项目，运动参与者需要对外在刺激有较多的控制，同时还要参照队友的情况进行决策和行动，这就使工作记忆刷新能力得到了不断的训练，进而提高了参与者的工作记忆水平.Verburgh等[46]对经常参与足球运动的8～12岁儿童与不经常运动的同龄儿童进行了比较研究，发现儿童的身体素质与神经认知功能之间存在正相关，经常参与足球运动对儿童的工作记忆、注意力和信息处理速度具有显著的提升作用.Law等[47]采用Meta分析对46项研究4 099名被试对象进行分析，研究体育运动对轻度认知障碍(MCI)的缓解作用.研究发现篮球、足球、网球等球类项目可以减少MCI或痴呆症患者的整体认知能力下降，并减少行为问题，这些运动项目对认知功能的好处主要归因于对工作记忆的影响.路毅和邓文冲研究发现协调性运动项目能够提升个体的认知功能，如跳绳、体操、舞蹈、健美操等能够将大脑、肌肉及神经结合起来，将各种不同动作合并成连贯性的运动，进而提升本体感觉能力，使个体能以最省力且有效率的方式移动身体[5].开放式运动技能项目和协调性运动项目在特殊儿童群体的工作记忆能力提升上也具有非常好的干预效果.Ziereis和Jansen[48]对7～12岁患有注意缺陷多动障碍(ADHD)的儿童进行随机对照试验后，发现采用控球、平衡和灵巧能力训练的实验组工作记忆和运动表现都得到了显著改善.陈爱国等分析了11周运动干预对9～13岁聋哑儿童工作记忆与脑激活模式的影响，发现进行11周“花样跳绳+花样跑步+武术操”的协调性项目干预后，聋哑儿童的工作记忆水平显著提升，聋哑儿童工作记忆脑激活模式中的左侧背外侧前额叶、左侧额下回、左侧额中回、左侧中央后回、左侧颞叶内侧、左侧颞上回、左侧海马和右侧后扣带回等脑区的激活增强[49].Diamond[50]研究认为在运动中无须思考的体育项目(例如：跑步机跑步、功率自行车和健步走)对于个体认知能力起不到改善作用.在运动项目的选择上，需要让人们选择自己感兴趣的、具有挑战性的、对协调性要求高的、沟通性强的、能够给他们带来极大的欢乐和自豪，并树立他们的自信心的运动项目，这与本研究的研究结果相吻合.

4 研究的局限性

本研究的发表偏倚检验结果显示存在发表偏倚的可能性较低，该分析结果可能受研究文献的选择性偏差影响.由于本研究的研究对象为我国的学龄儿童，经过严格的文献收集和筛选后，研究纳入的文献中国内文献和国内工作记忆研究领域的知名学者团队文献纳入较多，这样可能会导致发表偏倚检验的敏感度降低.在今后的研究中，可以将研究样本的范围在本研究的基础上进行扩大，不仅仅局限于我国的学龄儿童，同时丰富结局指标的类型，以此避免可能存在的选择性偏差对发表偏倚检验带来的影响.