运动结合认知训练对健康儿童执行功能影响的系统综述

王俊宇 杨 永 郭学军 葛嘉川 谢 婷 庄 洁

执行功能(EFs)是一种高级认知活动,它在进行复杂认知任务时起到控制和调整其他认知过程的关键作用[1],主要由工作记忆、抑制控制和认知灵活性三个子功能组成。儿童时期的EFs可以预测未来的身体和心理健康[2]。EFs良好的儿童往往在未来会有更好的成就、健康、财富和生活质量[3]。EFs缺陷的儿童容易发生注意力缺陷多动障碍(ADHD)和攻击行为等多种行为问题[4,5]。运动被认为是一种最经济且高效的提高儿童EFs的方式[6, 7],但并非所有类型的运动都能在同等程度上对EFs产生积极效果。除运动周期、频率外[8],运动类型也是决定EFs干预效果的一个核心因素[9, 10]。最近有研究发现,相较于有氧运动(AE)等传统的运动类型,运动结合认知训练(ECT)能更显著提高儿童的EFs[11]。ECT是在运动训练中结合认知任务的一种综合训练方式,例如,在某一运动行为中融入记忆、注意力、决策等认知任务[12]。然而,目前关于ECT对EFs影响的研究结论并不一致。有研究显示,与单纯认知训练[13]和AE[14]比较,ECT能提高认知灵活性;但也有研究[15]显示,ECT与AE比较并不能改善EFs。而现有的系统综述仅将认知参与视为一个亚组[12, 16]。另外,国内更多关注ECT对老年人或认知障碍患者的影响[17-19],鲜少聚焦儿童。

本研究通过系统检索国内外关于ECT对儿童EFs影响的干预研究,评价其干预效果,为推动儿童EFs的科学干预提供参考。

1 方法

1.1 文献纳入标准 ①研究对象为健康儿童;②试验组干预措施为ECT,干预方案包含运动组件和至少1个明确的认知任务组件,例如,教给儿童一组动作序列,如跳跃、转身、摇摆手臂等,然后通过指令引导他们在思考后完成对应动作;③对照组干预措施为除认知参与外的任何运动方式或传统体育课(PE);④运动干预持续时间≥6周;⑤结局指标至少包括1项EFs的相关评估,常用的工作记忆评估方法包括:数字跨度任务[1]、N-back任务[20]、反向颜色回忆任务[1]等,抑制控制评估方法包括:Go/no go测试[21]、斯特鲁普范式[22]、侧翼任务[23]、停止信号任务[24]等,认知灵活性评估方法包括:切换任务[25]、Trail making 测试[26]、斯特鲁普范式的混合模块测试[22]、Mental rotation任务[27]等;⑥研究类型为 RCT或NRCT;⑦文献语言为中、英文。

1.2 文献排除标准 ①未明确描述具体运动形式、训练的持续时间、运动强度等;②会议论文。

1.3 检索策略 采用主题词和自由词相结合的方式,在PubMed、Web of Science、Cochrane、Embase、Google Scholar和中国知网检索,检索期限为各数据库建库至2023年10月17日。不同数据库检索式及检索截屏见本文附件1(http://www.cjebp.net/CN/10.3969/j.issn.1673-5501.2023.05.011)。

1.4 文献筛选和数据提取 由郭学军和葛嘉川分别独立进行文献筛选和数据抽取,若有分歧,与杨永讨论后决定。

阅读文献标题与摘要进行初筛,阅读全文二筛,并回溯相关的参考文献。

数据提取:①文献作者、国家、发表年份,研究类型,研究场所;②研究对象样本量、分组、年龄;③试验组和对照组的干预措施,包括运动方式、干预周期、运动频率、单次运动时间、运动总时间(单次运动时间×运动频率×干预周期);④EFs结局指标,工作记忆、抑制控制和认知灵活性的测试方法,提取或计算每项结局指标干预前后的变化比[(后测-前测)/前测×100%]。

1.5 文献偏倚风险评估 采用2010版物理治疗证据数据库(PEDro)量表[28]进行文献偏倚风险评估, 共包含11项,第1项不计分,其余10项每项1分。0～3分较差;～5分一般;～8分良好;～10分高。由王俊宇、葛嘉川独立评估,如产生分歧,与杨永讨论后决定。

1.6 数据整合 基于纳入本文中的各文献在ECT的具体训练方法、运动频率、运动时间和干预周期等方面存在很大的异质性,故仅以系统综述的方式呈现研究数据,而不采用Meta分析进行数据合并。

数据的整合方法:干预前后的变化比在组间比较,P<0.05为差异有统计学意义;通过差异有统计学意义结果在所有纳入文献中的占比来评估该指标的整体效应大小[29],即>2/3研究结果与预期方向一致时,认为此干预策略有显著性效果,且效果的一致性较高[30]。

2 结果

2.1 文献检索情况 图1显示,检索到中、英文文献1 977篇,去除重复文献243篇;初筛排除1 666篇,二筛排除60篇;通过回溯纳入文献中的参考文献1篇[31];最终纳入9篇英文文献[13-15, 31-36]。

图1 文献筛选流程图

2.2 纳入文献的一般特征 表1显示,纳入的9篇文献中RCT 7篇,NRCT 2篇,发表于2015至2022年,来自澳大利亚、荷兰、意大利各2篇,巴西、挪威和瑞士各1篇。研究对象均为学龄期儿童,样本量60～856例。研究场所为学校7篇,体育中心和课后托管中心各1篇。

ECT干预措施:2篇[14,36]为战术策略相关体育游戏,余7篇均为根据信号和变化规则完成动作。4篇[13-15,33]设AE对照组,8篇[14,15,31-36]设PE对照组。干预周期为6～40周,干预频率为每周1～10次,单次运动时间为10～150 min,运动总时间为540～13 000 min。结局指标:表2显示,各有8篇描述了工作记忆[13-15, 31, 33-36]、抑制控制指标[13-15, 31, 32, 34-36],5篇描述了认知灵活性指标[13, 14, 32, 34, 36]。

2.3 文献质量 表3显示,9篇文献的PEDro量表评分为5～7分。7篇实施随机分配[13-15, 31, 33, 35, 36];3篇实施分配隐藏[15, 31, 36],均为中心分配;1篇不满足基线均衡[32], ECT组和对照组的年龄和抑制控制指标的基线值组间差异有统计学意义(抑制控制指标对照组优于ECT组);均未对受试者和干预人员施盲,6篇对评估者施盲[13, 14, 32, 33, 35, 36];2篇受试者退出率>15%,分别为32.6%[33]和23.1%[36];3篇文献行意向性分析[15, 32, 34];9篇均行组间统计分析,且有点估计/变异性测量结果。

表3 纳入文献PEDro量表评分

2.4 干预效果

2.4.1 工作记忆 8篇[13-15, 31, 33-36]描述了工作记忆指标,检测方法为数字跨度测试3篇,空间跨度任务、反向颜色回忆任务、N-back任务、随机数字生成任务、蚂蚁先生测试各1篇。ECT组干预后工作记忆指标均较干预前改善(1.9%～33.9%)。4篇设AE对照组,工作记忆改善程度ECT组与AE组比较,1篇[13]较好(32.3%vs15.8%,P=0.001),1篇较差[33](3.5%vs10.4%,P<0.05),2篇[14,15]差异无统计学意义,组间有效性25%(1/4)。7篇设PE对照组,工作记忆改善程度ECT组与PE组比较,5篇较好[14,15, 31, 34-36](P为0.018至<0.05),2篇较差[33, 35](P分别为<0.05和0.018),组间有效性71.4%(5/7)。

2.4.2 抑制控制 8篇描述了抑制控制指标[13-15, 31, 32, 34-36],检测方法为斯特鲁普范式、侧翼任务、Go/no go 测试各2篇,停止信号任务、随机数字生成任务各1篇。ECT组干预后的抑制控制功能除1篇[36]外,均较干预前改善(2.9%～15.1%)。3篇设AE对照组[13-15],抑制控制改善程度ECT组与AE组差异均无统计学意义,组间有效性为0。7篇设PE对照组,抑制控制改善程度ECT组与PE组比较,3篇[31, 32, 35]较好(P为0.004～0.04),4篇[14,15, 34, 36]差异无统计学意义,组间有效性42.8%(3/7)。

2.4.3 认知灵活性 5篇描述了认知灵活性[13, 14, 32, 34, 36],采用侧翼任务混合模块测试2篇,心理旋转任务、连线测试、威斯康星卡片分类测验各1篇。ECT组干预后的认知灵活性除1篇[32]外,均较干预前改善(2.5%～20.3%)。2篇[13, 14]设AE对照组,认知灵活性改善程度ECT组均好于AE组(P分别为0.011和<0.05),组间有效性100%(2/2)。4篇设PE对照组,认知灵活性改善程度ECT组与PE组比较,3篇[14, 34,36]较好(P为<0.001至<0.05),1篇[32]差异无统计学意义,组间有效性75%(3/4)。

3 讨论

本研究共纳入9篇ECT对儿童EFs影响的干预研究,其中7篇RCT、2篇NRCT,根据PEDro量表行文献偏倚风险评估,3篇[34-36]文献质量一般,6篇[15-17,33,37,38]文献质量良好。

数据整合结果显示,经ECT干预后,EFs中的工作记忆(8/8篇)、抑制控制(7/8篇)和认知灵活性功能(4/5篇)均得以改善,在不同文献中的改善程度分别为1.9%～33.9%、2.9%～15.1%和2.5%～20.3%。以某项结局指标在所有相关文献中组间有效性>2/3作为干预策略有显著性效果的标准,ECT对工作记忆的改善较PE更显著,组间有效性为71.4%(5/7);ECT对认知灵活性的改善较AE和PE均更显著,组间有效性分别为100%(2/2)和75%(3/4);ECT对抑制控制的改善与AE和PE相比并不显著。

本研究的局限性:①纳入文献具有很大的异质性,不同研究中ECT组的具体干预方法不同,各研究中的干预周期(6～40周)、干预频率(每周1～10次)、单次运动时间(10 ～150 min)等差异悬殊,且不同研究中EFs结局指标的具体评估方法不同。②研究对象聚焦于学龄期儿童,缺乏有关ECT对于其他年龄段儿童的研究,这可能是由于学龄儿童正处于EFs迅速发展的关键时期,故多数研究以该年龄段儿童为研究对象。③缺乏中国的相关研究。