宋以玲 任園春 姜穩(wěn) 謝永濤 陳夢歌
北京師范大學(xué)體育與運動學(xué)院(北京100875)
注意缺陷多動障礙(attention deficit and hyperactivity disorder,ADHD)是兒童時期最常見的神經(jīng)發(fā)育障礙,我國兒童ADHD 總患病率為5.6%[1],主要表現(xiàn)為與年齡不相稱的注意力分散、注意廣度縮小、不分場合的過度活動和情緒沖動[2],并且常伴隨學(xué)習(xí)困難和社交障礙,嚴(yán)重影響患兒的生活、學(xué)業(yè)和社會功能[3]。文獻(xiàn)報道70%的患兒癥狀持續(xù)到青春期,30%~50%持續(xù)到成年期[4]。
執(zhí)行功能損害是ADHD的核心缺陷[5,6]。執(zhí)行功能是個體在需要專心和集中注意時一系列自上而下的心理過程,是個體對思想和行動的有意識監(jiān)控,其中抑制控制、工作記憶和認(rèn)知靈活性是執(zhí)行功能的三個核心成分[7]。執(zhí)行功能與兒童多種能力的發(fā)展密切相關(guān),是兒童具備各類日常生活能力的基礎(chǔ),如有研究發(fā)現(xiàn)執(zhí)行功能中的工作記憶成分可以預(yù)測兒童隨后的學(xué)業(yè)成就[8];抑制控制對兒童的情緒勝任力發(fā)展具有重要作用[9];此外,執(zhí)行功能還與注意力、自我管理、身體健康、工作成就、社會職能和生活質(zhì)量有關(guān)[10-15]。
既往研究表明,ADHD 兒童在工作記憶[16]、抑制控制[17]、認(rèn)知靈活性以及計劃和問題解決能力[18]等方面均存在功能缺陷。執(zhí)行功能損害直接與患兒的學(xué)業(yè)成績和社交功能障礙相關(guān),對兒童的日?;顒釉斐刹涣加绊懀矊θ穗H交往、自我效能等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。且在學(xué)齡前兒童中,ADHD的癥狀越嚴(yán)重,其執(zhí)行功能損害也越嚴(yán)重[19]。研究證實哌甲酯可改善執(zhí)行功能[20],但需要一定的起效時間[21];此外,30%的患兒有食欲下降、失眠等藥物治療的副作用,且需長期服用[22];而行為和心理干預(yù)等非藥物治療難以維持持續(xù)治療[23]。因此,ADHD兒童執(zhí)行功能的改善迫切需要簡單易行、有效的替代或輔助手段。
研究表明,合理的運動干預(yù)能夠促進(jìn)兒童大腦發(fā)育,提升大腦執(zhí)行功能,促進(jìn)兒童學(xué)業(yè)水平,與成年后成就水平相關(guān)[24]。近些年來,國外已經(jīng)大量開展ADHD兒童運動干預(yù)的研究,發(fā)現(xiàn)運動對患兒的影響與興奮性藥物的治療效果相似[22],認(rèn)為規(guī)律運動可作為ADHD的替代或補充的非藥物治療方法[25]。國內(nèi)ADHD 的運動干預(yù)研究較少,有研究者初步探討了運動干預(yù)可改善ADHD 兒童的平衡能力及認(rèn)知功能[26],個案研究顯示運動干預(yù)可改善ADHD兒童的注意力水平和多動行為[27]。本文梳理國內(nèi)外運動干預(yù)對ADHD 兒童執(zhí)行功能的影響,分析現(xiàn)有研究的不足,以期為我國開展ADHD兒童的運動干預(yù)治療、提高ADHD兒童的執(zhí)行功能提供借鑒。
中文文獻(xiàn)檢索資源來自中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫,以關(guān)鍵詞“運動干預(yù)”、“體力活動”、“注意缺陷多動障礙”、“注意缺陷障礙”、“多動癥”、“兒童”、“執(zhí)行功能”進(jìn)行檢索;以“physical activity”、“physical activities”、“exercise”、“intervention”和“attention deficit hyperactivity disorder”、“attention deficit disorder”、“hyperactivity disorder”“ADHD”、“children”、“executive function”為關(guān)鍵詞在Pubmed、Web of Science數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索,時間均截止到2021年4月22日。通過閱讀摘要,按照本文的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類整理和總結(jié),最終納入34篇文獻(xiàn),納入標(biāo)準(zhǔn)是隨機(jī)對照試驗、準(zhǔn)實驗研究、臨床對照試驗、Meta分析以及系統(tǒng)綜述類文獻(xiàn);沒有全文、對采用運動干預(yù)注意缺陷多動障礙只進(jìn)行簡單概述而沒有實驗結(jié)果的文獻(xiàn)一律不納入。
執(zhí)行功能包括一系列復(fù)雜的認(rèn)知過程,如抑制控制、注意控制、工作記憶、認(rèn)知靈活性及計劃、推理、問題解決等,下面從抑制控制、工作記憶、認(rèn)知靈活以及計劃和問題解決能力4 個維度具體闡述運動干預(yù)ADHD兒童的效果。
抑制控制是指個體在認(rèn)知活動中對無關(guān)刺激作出抑制反應(yīng)的能力,允許兒童控制自動、沖動的行為,并執(zhí)行最少的自動反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)ADHD兒童的抑制功能較正常兒童受損嚴(yán)重[17],此外,抑制控制與ADHD 兒童的行為問題存在相關(guān)性[28]。因此,抑制控制能力的提高對于ADHD兒童行為的改善至關(guān)重要。
在一項隨機(jī)對照實驗中,研究者將招募的ADHD男童隨機(jī)分為運動組和對照組,對運動組實施8 周運動干預(yù)后發(fā)現(xiàn),在Go/No-Go任務(wù)和Stroop測驗中,運動組顯著好于對照組,提示運動有助于改善ADHD 兒童的抑制功能[29]。Chuang 等[30]采用交叉實驗設(shè)計,讓19名ADHD兒童在不同時間交叉進(jìn)行30分鐘跑步機(jī)運動或觀看視頻后執(zhí)行Go/No-Go任務(wù),運動后患兒的反應(yīng)時間較運動前明顯縮短,提示運動可提高ADHD 兒童的抑制功能。另一研究者在2020年的一項交叉實驗中,讓ADHD 兒童在不同時間進(jìn)行一次有氧運動或視頻觀看任務(wù),運動后完成Flanker 任務(wù),患兒運動后正確率提高,也支持運動對抑制功能的改善作用[31]。但Verret等[32]讓ADHD兒童進(jìn)行了30次有氧運動后,發(fā)現(xiàn)患兒的反應(yīng)抑制能力并沒有產(chǎn)生顯著改善。這種不一致的結(jié)果可能是由運動類型、運動強(qiáng)度或認(rèn)知任務(wù)類型不同造成的。
工作記憶是人類認(rèn)知活動的核心,是認(rèn)知能力的重要組成部分,包括反省和預(yù)期兩個亞功能,并對兒童未來的學(xué)業(yè)能力有預(yù)測作用[33]。有研究者發(fā)現(xiàn)ADHD兒童的視空間工作記憶和反應(yīng)時成績明顯落后于正常兒童,認(rèn)為工作記憶缺陷是ADHD的核心缺陷,可作為檢測ADHD兒童的重要指標(biāo)[34]。
Ziereis 等[25]將43名ADHD 兒童隨機(jī)分為運動干預(yù)組和對照組,采用HAWIK-Ⅳ的數(shù)字廣度和字母數(shù)字排序測試ADHD 兒童運動前后的工作記憶水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn)運動組在兩項測試任務(wù)中的表現(xiàn)均顯著好于對照組。Hung 等[35]采用交叉實驗設(shè)計,讓ADHD 兒童在不同時間進(jìn)行30分鐘跑步或觀看視頻后發(fā)現(xiàn),30分鐘的跑步對ADHD兒童的工作記憶具有積極影響。在一項隨機(jī)對照試驗中,運動組ADHD 患兒進(jìn)行了一次15 分鐘的運動體感游戲,采用Flanker 任務(wù)評估抑制和轉(zhuǎn)換能力,用顏色跨度任務(wù)評估視覺工作記憶功能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)運動對ADHD兒童的抑制和轉(zhuǎn)換反應(yīng)時有顯著的有益影響,但對準(zhǔn)確度和視覺工作記憶性能沒有顯著影響[36],研究者認(rèn)為可能由于體力活動的持續(xù)時間太短沒有激活大腦內(nèi)發(fā)揮作用的一些潛在機(jī)制。
認(rèn)知靈活性是一種轉(zhuǎn)換心理表征的能力,也是將反應(yīng)定式轉(zhuǎn)換到適應(yīng)變化的或者不可預(yù)測的情景中去的能力,是人類智力的一個重要特征,對個體適應(yīng)環(huán)境起著重要作用。Mary等[37]發(fā)現(xiàn)ADHD兒童認(rèn)知靈活性明顯落后于正常兒童。
Kang等[38]在一項隨機(jī)對照試驗中對13名ADHD男童進(jìn)行2 次/周、每次90 分鐘的體育活動干預(yù),采用連線測試中的B 部分評估認(rèn)知靈活性,結(jié)果顯示干預(yù)后運動組ADHD 兒童完成測試的時間顯著減少,提示運動對ADHD兒童的認(rèn)知靈活性有積極影響。Ludyga等[39]運用交叉實驗設(shè)計先對ADHD兒童進(jìn)行20分鐘自行車運動任務(wù),兩天后再進(jìn)行20 分鐘記錄片觀看任務(wù),每次任務(wù)后測試患兒的認(rèn)知靈活性,發(fā)現(xiàn)運動有助于提高ADHD兒童認(rèn)知靈活性。在巴西的一項隨機(jī)對照實驗中,ADHD運動組患兒進(jìn)行8周游泳訓(xùn)練后認(rèn)知靈活性顯著提高[40]。Chang等[41]將被試兒童隨機(jī)分為ADHD運動組和ADHD對照組,運動組進(jìn)行30分鐘有氧跑步,對照組觀看30 分鐘運動視頻,采用Stroop、威斯康辛卡片分類測試(Wisconsin Card Sorting Test,WCST)評估患兒的執(zhí)行功能水平,結(jié)果ADHD運動組在Stroop測試、WCST的非持續(xù)性錯誤和完成的類別中的表現(xiàn)較干預(yù)前顯著改善。
南非的一項研究報告采用倫敦塔任務(wù)比較ADHD兒童與正常兒童,結(jié)果顯示ADHD 兒童存在計劃和問題解決缺陷,并且注意缺陷型和混合型比多動沖動型ADHD兒童在倫敦塔任務(wù)中表現(xiàn)更差[18]。
一項隨機(jī)對照實驗中,Labban 等[42]對ADHD 運動組進(jìn)行20分鐘有氧跑步機(jī)運動,對照組觀看20分鐘視頻,采用倫敦塔任務(wù)、顏色變化測試任務(wù)評估ADHD兒童的執(zhí)行功能,結(jié)果顯示運動干預(yù)后,運動組在兩個測試中的表現(xiàn)均顯著提高,與對照組相比,運動組在倫敦塔任務(wù)和顏色變化測試中表現(xiàn)更好,提示運動干預(yù)對ADHD兒童的規(guī)劃能力和處理速度有提升作用。一項Meta分析顯示,20~30分鐘的體育鍛煉可對ADHD青少年的加工速度、工作記憶、計劃和問題解決產(chǎn)生積極影響[43]。Piepmeier等[44]采用交叉實驗設(shè)計,在不同時間對被試兒童進(jìn)行運動干預(yù)或紀(jì)錄片觀看,采用Stroop 任務(wù)、倫敦塔任務(wù)、連線任務(wù)評估執(zhí)行功能,結(jié)果ADHD兒童和正常兒童的處理速度和抑制控制能力在一次運動后均有顯著提高,但計劃和問題解決及認(rèn)知靈活性未見顯著改善,這與已有研究結(jié)果不一致,可能是由于運動干預(yù)方案不同,故運動干預(yù)對ADHD 兒童計劃和問題解決能力的影響有待進(jìn)一步研究。
短時運動一般指一次性持續(xù)10~60 min 的運動。Miklós和Pontifex 等[45,46]的研究均發(fā)現(xiàn)在跑步機(jī)上進(jìn)行一次20分鐘有氧運動即可改善ADHD兒童的執(zhí)行功能。有研究者采用交叉實驗設(shè)計讓16名ADHD兒童和18 名正常兒童在不同時間段分別進(jìn)行一次20 分鐘的有氧自行車運動、一次20分鐘協(xié)調(diào)運動和一次20分鐘的視頻觀看任務(wù),結(jié)果顯示一次短時運動可以改善抑制控制和注意資源的分配,并且有氧運動比協(xié)調(diào)運動能更有效地減少患兒持續(xù)存在的抑制控制缺陷[47]。在一項隨機(jī)對照實驗中,Gawrilow等[48]讓ADHD男童進(jìn)行了一次5 分鐘的跳躍運動,結(jié)果其運動后在完成測試任務(wù)時抑制反應(yīng)改善17%,錯誤數(shù)減少28%,執(zhí)行功能顯著提高。一項系統(tǒng)綜述顯示,與其他久坐任務(wù)(如看視頻)相比,進(jìn)行運動的ADHD 兒童的癥狀(主要是注意力缺陷和多動)得到改善,一次5分鐘的跳躍或30分鐘的跑步機(jī)或自行車運動都足以促使抑制控制等執(zhí)行功能顯著改善[49]。此外,運動對個體的反應(yīng)時、反應(yīng)準(zhǔn)備、運動技能或大腦活動等方面具有積極影響,提示運動干預(yù)可能是ADHD兒童治療的替代或輔助手段。
研究表明長時間規(guī)律運動對兒童的執(zhí)行功能影響可能更為顯著,并且隨著時間的推移影響更深遠(yuǎn)。一項Meta 分析顯示,運動干預(yù)對注意缺陷多動障礙有一定的積極影響,尤其是執(zhí)行功能和運動技能,并且較長的干預(yù)時長會產(chǎn)生更好的干預(yù)效果[50]。有研究者將ADHD 兒童隨機(jī)分成兩組,一組接受單純的有氧運動(跑步)干預(yù),另一組接受運動和認(rèn)知訓(xùn)練,兩組均進(jìn)行每次40~50分鐘、每周3次、持續(xù)4~5周的干預(yù),干預(yù)前后對兩組兒童進(jìn)行執(zhí)行功能測評,結(jié)果顯示兩組的執(zhí)行功能均有改善,但有認(rèn)知需求的運動與單純運動相比,其對執(zhí)行功能的改善有更好、更持久的影響[51]。一項涉及346 名參與者的Meta 分析顯示,長期運動干預(yù)可促進(jìn)ADHD 兒童的執(zhí)行功能和運動技能,尤其是在抑制控制、認(rèn)知靈活性和動作技能方面[52]。
一項隨機(jī)對照實驗中,患兒進(jìn)行為期一年半的跆拳道練習(xí),每次課包括10 分鐘熱身、30 分鐘的跆拳道動作技能訓(xùn)練和10 分鐘恢復(fù)練習(xí),干預(yù)后,與對照組相比,運動組患兒的抑制控制能力和選擇性注意顯著提高,提示跆拳道運動練習(xí)有助于執(zhí)行功能的改善[53]。
Pan等[54]將30名7~12歲ADHD兒童隨機(jī)分為運動組和對照組,運動組進(jìn)行每周2 次,每次70 分鐘,共12周的乒乓球訓(xùn)練,每次課程包括熱身活動5分鐘、基本乒乓球技術(shù)和教學(xué)過程20分鐘、通過乒乓球練習(xí)進(jìn)行執(zhí)行功能訓(xùn)練20分鐘、小組游戲和調(diào)節(jié)身體活動20分鐘,以及身體恢復(fù)活動5分鐘,主要目標(biāo)是提高運動技能和執(zhí)行功能,結(jié)果干預(yù)運動組Stroop 沖突控制得分和WCST總得分均更高。有學(xué)者將30名5~10歲的ADHD兒童隨機(jī)分配到運動干預(yù)組和對照組,運動組開展為期8周的游泳運動干預(yù),干預(yù)后運動組在GO/NO-GO任務(wù)中的表現(xiàn)顯著好于對照組[55]。宋陽等[56]選取44名ADHD 兒童和40 名正常兒童,隨機(jī)分為定向教學(xué)班和正常教學(xué)班,實驗前后測評執(zhí)行功能,結(jié)果表明定向運動對ADHD兒童和正常兒童的執(zhí)行功能均具有積極影響,且ADHD 兒童的執(zhí)行功能改善效果優(yōu)于正常兒童。Lee 等[57]對ADHD 兒童進(jìn)行隨機(jī)分配,ADHD 運動組進(jìn)行每周3次、每次60分鐘的運動干預(yù),干預(yù)內(nèi)容包含跳繩和球類運動,采用Stroop 色詞干擾測試對執(zhí)行功能進(jìn)行評估,結(jié)果顯示12 周的跳繩和球類運動對ADHD兒童的執(zhí)行功能改善有積極作用。
Best 等[58]最先利用體感游戲(Exergame)區(qū)分運動干預(yù)中的認(rèn)知因素和運動因素對兒童執(zhí)行功能的特異性影響和聯(lián)合效應(yīng)。Exergame是Exercise和Game的合成詞,是一種人機(jī)交互性的視頻游戲,基于視頻動作捕捉和反應(yīng)追蹤技術(shù),將身體動作即時反映到游戲系統(tǒng)中,能夠激發(fā)兒童的全身運動,是兒童運動干預(yù)領(lǐng)域的新興手段。
有研究者將8~12 歲的ADHD 兒童隨機(jī)分為干預(yù)組和對照組,采用一款名為“shape up”的體感游戲?qū)Ω深A(yù)組兒童進(jìn)行8 周的干預(yù),此款運動游戲涉及身體和認(rèn)知的訓(xùn)練,經(jīng)干預(yù)后干預(yù)組兒童的工作記憶、認(rèn)知靈活性以及抑制控制能力與對照組相比均有顯著提升[59]。Benzing等[60]運用體感游戲?qū)?~12歲的ADHD兒童進(jìn)行了一次15分鐘中等至劇烈強(qiáng)度運動干預(yù),結(jié)果顯示干預(yù)組兒童的執(zhí)行功能顯著好于對照組。隨后Benzing 等[61]將ADHD 兒童隨機(jī)分為運動組和對照組,運動組進(jìn)行體感游戲干預(yù),發(fā)現(xiàn)干預(yù)組兒童的抑制控制能力和認(rèn)知靈活性顯著好于對照組,提示體感游戲有助于ADHD兒童執(zhí)行功能的改善。
一項納入18項研究的綜述顯示,急性有氧運動對ADHD 兒童的執(zhí)行功能有積極影響,并且從長期運動干預(yù)中提取的效應(yīng)量表明,運動對ADHD 兒童和青少年具有一致的積極作用[62]。Smith等[63]令14名ADHD學(xué)齡前兒童進(jìn)行每天30分鐘中等至高強(qiáng)度的體育活動,共干預(yù)8周,結(jié)果顯示干預(yù)后學(xué)齡前ADHD兒童的執(zhí)行功能顯著改善。Pan等[64]隨機(jī)將30名6~12歲的學(xué)齡期ADHD 男童分為運動組和對照組,運動組進(jìn)行12 周乒乓球訓(xùn)練后與ADHD 對照組相比抑制功能明顯提升。一項包含19 個研究、有586 名參與者樣本的Meta 分析發(fā)現(xiàn),急性體育鍛煉對ADHD 執(zhí)行功能有中度積極影響,這些參與者包括學(xué)齡期的兒童(6~12周歲)、青少年(13~17周歲)以及成年(18~35周歲)的ADHD 患者,可見運動對不同年齡段ADHD患者的執(zhí)行功能均能產(chǎn)生積極作用[65]。
研究認(rèn)為,運動改善執(zhí)行功能的潛在機(jī)制可能是運動引起的一系列生理變化及大腦結(jié)構(gòu)和功能變化[66]。研究發(fā)現(xiàn)ADHD 與兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)的異常有關(guān),在ADHD 兒童與執(zhí)行功能和注意力相關(guān)的腦網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)多巴胺和去甲腎上腺素水平降低,從而導(dǎo)致認(rèn)知、執(zhí)行能力下降[67];另外,異常的前額葉皮質(zhì)或基底神經(jīng)節(jié)也可能是ADHD執(zhí)行功能受損的基礎(chǔ)[68]。
目前研究認(rèn)為運動干預(yù)改善ADHD執(zhí)行功能的可能機(jī)制主要包括兩個方面:一是研究者認(rèn)為短時運動能夠引起即刻的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的改變[69],如增加大腦的血流量并釋放兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)。大腦內(nèi)血流量的增加使腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子含量提高,腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子與神經(jīng)元和突觸的生長有直接關(guān)聯(lián),有助于多巴胺的釋放,能夠促進(jìn)注意力、抑制、學(xué)習(xí)和情緒的發(fā)展[70]。此外,運動使大腦內(nèi)釋放的多巴胺、去甲腎上腺素和5羥色胺等神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮神經(jīng)調(diào)節(jié)作用[58],提高兒童的注意力和執(zhí)行功能等的表現(xiàn)。二是研究者認(rèn)為長期運動能夠引起大腦結(jié)構(gòu)和功能的改變。社會心理和神經(jīng)心理的研究推測ADHD可能的發(fā)生機(jī)制為特殊的信息加工過程異常,導(dǎo)致執(zhí)行功能變化,并推測病變部位在大腦額葉,尤其外側(cè)前額葉皮質(zhì)和額葉視區(qū)[71]。研究認(rèn)為運動能夠改變前額、扣帶回、小腦、頂葉、紋狀體等腦區(qū)的激活模式,增加這些腦區(qū)之間的功能網(wǎng)絡(luò)連接,從而實現(xiàn)對抑制控制、工作記憶、認(rèn)知靈活性的改善[66]。此外,在一項神經(jīng)影像學(xué)的研究中觀察到運動使肥胖兒童大腦前額葉激活增加和后頂葉激活減少[72],提示規(guī)律體育運動可通過影響與認(rèn)知行為相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)促進(jìn)肥胖兒童發(fā)展,但運動改善ADHD兒童執(zhí)行功能直接的影像學(xué)證據(jù)尚未見報道。
系統(tǒng)回顧表明,運動干預(yù)對ADHD 兒童執(zhí)行功能具有確切的積極影響,運動干預(yù)有望成為改善ADHD兒童執(zhí)行功能的有效替代或輔助手段。
但由于研究設(shè)計、運動項目、運動強(qiáng)度、測量執(zhí)行功能的方法不同等原因,尚有少量研究存在不一致的結(jié)論;而且現(xiàn)有研究尚有一定局限,表現(xiàn)在干預(yù)方案的制定缺乏理論依據(jù);沒有比較不同干預(yù)項目的效果;缺乏運動干預(yù)的量效關(guān)系研究;沒有針對不同性別、年齡和亞型進(jìn)行運動干預(yù)和效果評價;缺乏運動干預(yù)的遠(yuǎn)期效果觀察;缺乏運動干預(yù)對ADHD 兒童執(zhí)行功能的腦機(jī)制研究。
未來有望從以下5 個方面開展深入研究,從而推動國內(nèi)研究者科學(xué)、規(guī)范地開展ADHD的運動干預(yù),有效改善患兒的執(zhí)行功能,促進(jìn)患兒學(xué)業(yè)能力的提升:①評估不同年齡、性別和亞型的患兒動作發(fā)育特點及其與執(zhí)行功能的關(guān)系,為ADHD 兒童的運動干預(yù)提供客觀依據(jù);②明確ADHD 兒童運動干預(yù)的內(nèi)容、時間、強(qiáng)度、頻率等核心要素,制定有針對性的運動干預(yù)方案;③實施并評估運動干預(yù)對不同年齡、性別、亞型ADHD兒童執(zhí)行功能的影響;④開展ADHD 兒童執(zhí)行功能運動干預(yù)效果的遠(yuǎn)期追蹤;⑤探尋運動改善ADHD 兒童執(zhí)行功能的神經(jīng)生物學(xué)和腦影像學(xué)證據(jù)。