常聽人說多運動能健腦，可你有沒有想過：同樣是鍛煉身體，打羽毛球和跳健身操，對大腦的鍛煉效果其實大不一樣？運動可以增強神經可塑性、分泌神經營養因子、提升腦部供氧，對大腦健康的益處早已被科學證實。不過運動也分類型：羽毛球、排球、足球這類需要隨時根據賽場變化調整動作的，叫做開放性技能運動；健身操、游泳、田徑等動作套路固定、外界干擾少的，則屬于封閉性技能運動。

這兩類運動，對認知能力、大腦執行功能的提升效果究竟孰優孰劣？目前學界還沒有統一答案。有人認為開放型運動健腦效果更強，也有研究證明封閉型運動能更好地延緩認知衰退。值得警惕的是，癡呆相關的腦部病變，早在癥狀出現的二三十年之前就已悄然發生。如今認知障礙也不再是老年人的 “專屬難題”，越來越多中青年也面臨相關風險。

廣西師范大學體育與健康學院聯合桂林醫學院體育教學部的研究團隊，在《Scientific Reports》發表了題為"Comparative effectiveness of open and closed skill exercises on cognitive function in young adults: a fNIRS study"的研究論文。研究采用觀察性研究與實驗性研究相結合的設計，利用功能性近紅外光譜技術（fNIRS）和認知心理學任務，系統比較了開放性（羽毛球）與封閉性（健身操）技能運動對青年人認知功能和前額葉皮層血氧水平的不同影響。結果揭示，兩類運動對認知功能的促進各有側重：開放性運動在抑制控制方面更具優勢，封閉性運動在工作記憶方面表現更優，為個性化運動處方的制定提供了神經科學層面的證據。

文章信息

本研究采用觀察性研究與實驗性研究相結合的設計策略，從橫截面和干預兩個維度考察運動類型對認知功能的影響。整體研究流程如圖1所示。

圖1 觀察性研究與實驗性研究流程圖

觀察性研究招募了97名青年人，根據其長期從事的運動專項分為三組：開放性技能運動組32人（16男16女），從事羽毛球、排球、足球等項目，平均年齡21.60±1.21歲，運動年限8.63±2.96年；封閉性技能運動組35人（16男19女），從事健身操、游泳、田徑等項目，平均年齡20.84±0.74歲，運動年限7.00±2.94年；無運動組30人（15男15女），為過去6個月未參加規律運動的青年人，平均年齡24.59±2.17歲。所有參與者均完成了國際體力活動問卷(IPAQ)。

實驗性研究進一步驗證因果關系。選取30名過去6個月無規律運動的青年女性，隨機分為羽毛球組和健身操組各15人。急性運動干預方案包括10分鐘準備活動、30分鐘中等強度運動和10分鐘放松活動，共計50分鐘。運動過程中通過運動手環持續監測心率，確保維持在60-70%心率(HRmax)范圍內。

認知功能評估采用三種任務范式：Stroop任務評估抑制控制能力（5個block，每block 12個trial）；2-back任務評估工作記憶（2個block，每block 18個trial）；More-odd shifting任務評估認知靈活性（6個block，每block 12個trial）。

腦功能成像采用便攜式fNIRS設備，使用730nm和850nm雙波長，采樣率11Hz。設備配置7個光源探頭和7個檢測探頭，按照國際10-20系統標準放置于前額葉區域，形成19個測量通道（如圖2所示）。

圖2 基于國際10/20系統的前額葉19通道光極放置示意圖

根據這些探頭在前額葉皮層上的位置，可將其劃分為6個感興趣區域。這些探頭分別位于右側下額回上方、左側下額回上方、右側背外側前額葉皮層上方、左側背外側前額葉皮層上方、右側額極區上方以及左側額極區上方（見表1）。

表1 各通道對應的感興趣區(ROI)

觀察性研究結果

擁有不同運動習慣的年輕人，在完成認知任務時，大腦前額葉的血氧活躍度存在明顯區別（見圖 3）。在考驗認知抑制的 Stroop 任務里，長期參與開放型運動的男性，其左側背外側前額葉、左側額極區的血氧變化值（△HbO?），明顯高于封閉型運動組男性；而女性受試者中，兩類運動人群的腦區血氧水平并無顯著差別。在測評工作記憶的 2-back 任務，以及考驗認知靈活性的奇偶轉換任務中，規律運動人群的腦區血氧活躍度都低于不常運動的群體，且這一差異在男性身上表現得尤為突出。

圖3 認知任務期間前額葉皮層各感興趣區域的△HbO2濃度變化

(A) 男性Stroop任務(B) 女性Stroop任務(C) 男性2-back任務(D) 女性2-back任務(E) 男性More-odd shifting任務(F) 女性More-odd shifting任務

實驗性研究結果

1.Stroop任務

如圖4所示，急性運動干預后，運動類型與測試時間在Channel 18（對應背外側前額葉皮層區域）出現了顯著的交互效應（F=4.485, P<0.05, η2=0.074）。羽毛球組在該通道表現出比健身操組更為顯著的△HbO2變化，表明開放性技能運動對抑制控制相關腦區的激活效應更強。

圖4 急性運動干預前后Stroop任務中實驗組的△HbO2變化

(A1) 羽毛球組干預前(A2) 羽毛球組干預后(B1) 健身操組干預前(B2) 健身操組干預后

2.2-back任務

如圖5所示，羽毛球組在急性運動后多個通道的△HbO2水平顯著降低，尤其Channel 17出現了顯著的運動類型×時間交互效應（F=8.842, P<0.01, η2=0.136），該通道對應額極區、背外側前額葉皮層和下額前回交界區域。羽毛球組在該通道干預后△HbO2從5.03±8.83降至-1.98±5.82（×10?2 mmol/L），而健身操組則從-2.93±7.77升至1.15±6.00（×10?2 mmol/L）。這一相反的變化趨勢表明，封閉性技能運動在工作記憶任務中促使前額葉調動更多認知資源。

圖5 急性運動干預前后2-back任務中實驗組的△HbO2變化

(A1) 羽毛球組干預前(A2) 羽毛球組干預后(B1) 健身操組干預前(B2) 健身操組干預后

3.More-odd shifting任務

如圖6所示，羽毛球組急性運動后Channel 9的△HbO2水平顯著降低（P<0.05），而健身操組各通道均未見顯著變化。兩組之間在所有通道上也未觀察到顯著的組間差異，說明在認知靈活性維度上，單次急性運動干預尚未產生兩種運動類型之間的顯著分化。

圖6 急性運動干預前后More-odd shifting任務中實驗組的△HbO2變化

(A1) 羽毛球組干預前(A2) 羽毛球組干預后(B1) 健身操組干預前(B2) 健身操組干預后

本研究通過觀察性和實驗性相結合的設計，系統比較了開放性與封閉性技能運動對青年人認知功能的影響，并利用fNIRS技術從前額葉血氧變化的角度提供了神經機制層面的證據。

結果表明，兩類運動對認知功能的促進各有側重。開放性技能運動（如羽毛球）在抑制控制方面表現出更強的優勢，這可能與此類運動需要運動者不斷監測外部環境變化、快速做出決策和抑制不當反應有關。Stroop任務中Channel 18的顯著交互效應直接反映了開放性運動對背外側前額葉皮層更強的激活效應。封閉性技能運動（如健身操）則在工作記憶方面表現更優，2-back任務中Channel 17的顯著交互效應表明健身操組在運動后執行工作記憶任務時前額葉投入了更多認知資源。封閉性運動需要記憶大量動作序列，本身就是對工作記憶的反復訓練，且有研究表明短期封閉性運動能增加年輕人的海馬體積，而海馬體積的增大與工作記憶能力的提升密切相關。

本研究存在一定的局限性：

1.運動模式的分類限于開放性和封閉性兩種，而實際中運動類型的劃分標準更為多樣；

2.研究僅涉及青年人群，缺乏對更廣泛年齡段的綜合評估。

未來研究應納入更豐富的運動類型和訓練方案，并在不同年齡群體中探討運動對認知功能的影響，以構建更完整的運動-認知關聯圖景。

原文信息鏈接

Li Q, Zhao Y, Wang Y, et al. Comparative effectiveness of open and closed skill exercises on cognitive function in young adults: a fNIRS study[J]. Scientific Reports, 2024, 14: 21007.

作者及團隊介紹

本研究由廣西師范大學體育與健康學院和桂林醫學院體育教學部合作完成。共同di一作者Qiurong Li來自廣西師范大學體育與健康學院，Yuanpeng Zhao來自桂林醫學院體育教學部。通訊作者Yanbai Han為廣西師范大學體育與健康學院副教授。研究獲得國家社會科學基金資助（項目編號：21XTY018），并通過廣西師范大學倫理委員會批準。

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