开放性运动对青少年视空间工作记忆的影响

陶涛　谢青松

视空间工作记忆是一个容量有限的记忆系统，主要负责视觉客体和空间信息的加工，它是工作记忆的重要组成部分。本文对不同类型运动干预（开放性运动和闭锁性运动）进行研究，通过对比开放性运动与闭锁性运动对青少年视空间工作记忆的作用，探索开放性运动对青少年视空间工作记忆影响的优势。本研究以12-15岁青少年为研究对象，分为开放性运动组（20人，男女各半），闭锁性运动组（20人，男女各半）。每周3次运动干预，每次45分钟，对开放性运动组以开放性运动进行运动干预，对闭锁性运动组以闭锁性运动进行运动干预，进行8周的运动干预，测试实验前后青少年视空间工作记忆能力的变化情况。研究结果表明：在视空间工作 记忆任务上，运动干预后开放性运动组与闭锁性运动组正确率和反应时都显著提高，且开放性运动组正确率显著高于闭锁性运动组，反应时无显著差异。根据以上研究结果，得出如下结论：无论是开放性运动还是闭锁性运动对青少年视空间工作记忆都具有促进作用，且开放性运动的促进效果更好。

认知是人脑功能中的高级功能。随着国内外学者逐渐深入的研究，越来越多的证据表明体育锻炼对认知功能起促进作用。人的大脑通过注意力、记忆力、推理能力等，对信息进行处理、储存和提取，这些能力是人们成功完成一项认知的关键心理因素。

长期以来，工作记忆一直被认为与意识密切相关。实证研究表明，潜意识内容可能保持在工作记忆中，复杂的认知计算可以在线进行。这促进了对意识和工作记忆之间确切关系的研究。工作记忆被认为是许多高阶认知能力的关键组成部分，如解決问题、推理、执行控制和决策。

2006年，Lambourne，K在犹他州立大学做了一项关于年轻人体育活动与工作记忆能力之间关系的研究，发现锻炼与增强记忆力之间有联系，这一发现支持了体育锻炼与年轻人的工作记忆能力相关的假设。2016年，Sima Zach等在进行了一项关于三种体育锻炼方式对两种工作记忆的影响的研究，研究发现急性运动后，工作记忆功能立即增加，排球活动比其他两种活动更能提高记忆表现。在该项研究中，排球就是开放性运动的代表。而Russo，Gabriele在2021年发现：体育锻炼有助于工作记忆的提升，但开放性运动较闭锁性运动的影响统计学差异不大。

郭玮等国内学者的实验结果显示，开放性运动对老年人的视空间工作记忆具有一定的促进作用，而开放性运动训练对老年人的视空间工作记忆储存子成分具有明显的优越性，其原因是开放性运动训练可以增强抑制能力。马叶丹等人发现，在一定程度上，校园足球一些训练方式可以提高学生的工作记忆能力，而当工作记忆能力提高时，他们的流体智力水平也会有所提高。王柳雁采用两个实验研究了不同运动方式对大学生工作记忆的影响。结果显示，篮球运动的效果明显好于健美操和跑步，可能因为篮球是一种具有高度战略意识的运动，它要求更好的适应能力、更快地做出决定、更大的额叶激活，从而有效地处理外界的复杂情况，激发与认知有关的大脑区域。

1 研究目的与假设

1.1 研究目的

本实验以运动干预类型分为开放性运动组和闭锁性运动组，对两个组分别进行运动类型为开放性运动和闭锁性运动的运动干预，通过对比开放性运动与闭锁性运动情况下对青少年工作记忆的作用，探索开放性运动对青少年视空间工作记忆影响的优势。

1.2 研究假设

开放性运动的运动情境相较闭锁性运动更加复杂，参与者需要对环境的变化做出及时的调整，对认知参与度要求较高，本研究做出如下假设：运动干预能够对青少年视空间工作记忆产生影响，开放性运动对青少年视空间工作记忆的促进作用优于闭锁性运动。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

选取12-15岁青少年共40人，随机分为为开放性运动组（共20人，其中男生10人，女生10人）和闭锁性运动组（共20人，其中女生10人，男生10人），所有被试还需要满足以下条件：（1）无严重身体和精神疾病；（2）右利手；（3）体重正常，BMI指数小于25；（4）听觉视觉正常；（5）无与痴呆等症状（幻觉、妄想等）；（6）无抑郁症表现，未遭精神刺激；（7）签署实验知情同意书。

2.2 研究方法

2.2.1 文献资料法：

在知网、web of science上搜索“工作记忆”“开放性运动”“闭锁性运动”“体育锻炼”“working memory”“physical exercise”等关键词，查阅国内外有关不同体育锻炼干预方式对工作记忆影响的相关文献，了解研究现状，并进行文献综述。

2.2.2 数理分析法：

数据处理，采用统计分析软件包SPSS26.0对数据进行重复测量方差分析和配对样本T检验统计分析，设定P<0.05为统计结果具有显著性。

2.2.3 数理统计法：

使用MATLAB软件，Psychtoolbox（Kleiner et al.2007）编程对实验的正确率和反应时数据进行收集，并将数据导入excel表中进行处理。

2.2.4 实验法：

教学情境中自然实验法，进行为期8周的运动干预，采用2（开放性运动组、闭锁性运动组）×2（前测、后测）混合实验设计，探讨活动类型不同（开放性运动组、闭锁性运动组）的运动干预对视空间工作记忆能力的影响，因变量是被试者的反应时和正确率。

2.3 实验内容

2.3.1 运动干预方案

开放性运动组（足球运动）：第1周前半节课进行颠球（脚背颠球、脚内侧颠球、大腿颠球）、脚背正面运球学习，后半节课进行运球比赛，两两一组规定距离内按规定运球，完成动作更标准、速度更快者胜出。第2周前半节课进行脚内侧踢球学习，后半节课进行传接球比赛，两两一组规定时间内按规定传接，完成动作更标准、次数更多组胜出。第3周前半节课进行脚背内侧踢球学习，后半节课进行行进间传接球比赛，两两一组规定距离内按规定进行行进间传接球，完成动作更标准、速度更快组胜出。第4周前半节课复习前4周所学技术，后半节课进行头球、掷界外球学习。第5周前半节课进行运球绕杆射门练习，后半节课进行比赛，按规定进行运球绕杆射门，完成动作更标准、速度更快者胜出。第6周前半节课进行斜插直传配合练习，后半节课进行5v5比赛。第7周前半节课进行直插斜传学习，后半节课进行8v8比赛。第8周进行全场对抗赛。45min/次，3次/周，共8周。

闭锁性运动组（田径、体操运动）：第1周前半节课进行短跑技术学习，后半节课进行有氧慢跑。第2周前半节课进行弯道跑技术学习，后半节课进行有氧慢跑。第3-4周前半节课进行跳远技术学习，后半节课进行有氧慢跑。第5-6周前半节课进行跳高技术学习，后半节课进行有氧慢跑。第7-8周前半节课进行体操动作学习，后半节课进行有氧慢跑。45min/次，3次/周，共8周。45min/次，3次/周，共8周。

2.3.2 实验流程

本项目通过选取12-15岁的健康青少年作为实验的对象，排除本实验涉及的运动干预以外的干扰因素，此后将各符合实验条件的40名青少年进行随机分组（开放性运动组和闭锁性运动组），然后对其进行视空间工作记忆任务前测，在一间安静的教室里，被试者被分配到一个特定的位置，位置前的电脑屏幕上呈现一个打开的实验程序。受试者开始正式测试之前，必须完成5次练习试次，这不会被记录在正式的实验中，直到达到指定的正确率后，正式的测试才会开始。每个任务共20个试次，受试者必须在设定的时间内按键反应，否则就会呈现下一个试次。完成一半试次后，被试者可以短暂休息。在实验中，在保证正确率的前提下，被试者要尽可能快速地反应。本项目对被试者进行为期8周的纵向干预研究，被试者在干预期间达到一定的运动强度。在8周的跟踪干预结束以后，我们再次对被试者进行工作记忆任务的测试，通过对比前测和后测来探索开放性运动对青少年工作记忆的影响。

2.3.3 实验任务

视空间工作记忆任务

本实验的实验程序是视空间工作记忆任务（Visuospatial working memory task，VWMT），在实验开始之前，被试者被安排坐在一张椅子上，面前的桌子上放置一台电脑进行实验，当实验程序启动时，会有一个关于这个任务的说明，被试者按下键盘任意键进入测试。首先，灰色屏幕上会出现一个黑色十字注视点（视角0.8*0.8）1000毫秒；然后会有一个由16个小正方形组成的大正方形呈现在屏幕上2000毫秒，其中4个小正方形是黑色的，它们是随机出现的，其他小正方形为白色的，这就是我们的识记刺激（视角2.8*2.8）；接着，屏幕上的识记刺激将会消失3000毫秒，在此期间，被试者需要在脑海中对先前的识记刺激进行向左或者向右旋转90°；在此之后，屏幕上呈现目标刺激4000毫秒，被试者判断目标刺激是不是由先前的识记刺激向左或者向右旋转90°得到，若目标刺激与识记刺激相同，则被试者使用右手中指按下“p”键，若目标刺激与识记刺激不同，则被试者使用左手中指按下“q”键。目标刺激于被试者按键反应后消失，屏幕会呈现1000毫秒至3000毫秒的灰屏间隔试次。任务由20个试次组成，被试者完成10个试次后有一次休息时间，直到按下键盘任意键继续完成测试。

3 研究结果与分析

本研究使用重复测量方差分析对被试者视空间工作记忆任务的反应时和正确率进行分析，结果显示，后测反应时显著低于前测反应时（F（1，38）=4.852， p=0.034，η?p=0.113），开放性运动组和闭锁性运动组间组别差异不显著（F（1，38） =0.004，p=0.948，η?p=0），前后测和组别产生交互，进一步进行简单效应分析，发现组别在实验后反应时上无显著差异，T检验（t（1，19）=-0.963，p=0.348）。前后测正确率显著高于前测正确率（F（1，38）=11.383， p=0.002，η?p=0.231），开放性运动组和闭锁性运动组间组别差异不显著（F（1，38）=2.425，p=0.128，η?p=0.060），前后测和组别产生交互，进一步进行简单效应分析，发现组别在实验后正确率上差异显著，T检验（t（1，19） =2.651，p=0.016）。

4 结论与建议

作为一种安全、低成本的方式，运动不但可以促进青少年的生理发展，而且还可以促进他们的工作记忆等认知功能的发展。因此应鼓励青少年积极参加体育活动，养成良好的运动习惯，以促进他们的身心发展。

研究结果显示参与者的反应时和正确率表现都有显著的改善，这表明运动可以有效提高对青少年视空间工作记忆表现。该结果与以往研究结果一致。例如，王加鹏等人使用2－back任务测试儿童的工作记忆能力，结果发现中等强度的运动对改善儿童的工作记忆具有显著效果。此外，解超等人使用元分析对工作记忆进行研究，结果显示中等强度有氧运动对儿童执行功能和工作记忆都具有改善作用。董俊也同样采取了元分析的方法发现，中等强度有氧运动可以有效改善儿童工作记忆刷新功能，而高强度有氧运动则不会提升。陈爱国等人探讨了聋哑儿童工作记忆的神经机制，通过11周"花样跑步+武术操+花样跳绳"运动干预发现，个体左侧背外侧前额叶、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，这意味着工作记忆能力得到了显著的提升。

更进一步，开放性运动对青少年视空间工作记忆的促进作用优于闭锁性运动。开放性运动中环境相对难以预测，运动者需要及时根据环境的变化做出调整，这就需要认知功能积极的参与，比如记忆、注意等。在足球动中，在比赛前以及比赛时需要对对手的进攻、防守习惯进行解读和记忆，以便更好的防守和进攻。队员需要时刻关注场上队友、对手的位置，判断比赛的形势，根据不断变化的环境调整自己的位置，对技战术进行及时的选择。进攻方通过不断的传接球和无球跑动调动对手的防守，防守方通过调整位置以及相互配合改变防守。在比赛的过程中，虽然有一些普適通用的策略，但由于队员间习惯和能力不同，队员需要记忆这些信息，以取得更好的成绩。因此相较闭锁性运动，开放性运动需要更多认知功能的参与，锻炼认知功能的效果也更好，对于视空间工作记忆的提升具有更好的效果。

体育运动的作用不止也不应止于强身健体，开放性运动在身体活动的同时进行认知活动，本研究表明开放性运动对提升青少年视空间工作记忆有更好的效果，因此可以呼吁青少年课余的时间里积极参与开放性运动，促进身心全面发展。

基金项目：2022年江苏省高等学校大学生创新训练计划项目《开放性运动提升大学生工作记忆的实证研究》；项目编号：（202211117118Y）。

（作者单位：扬州大学体育学院）