運動對認知能力的影響

作者:朱宇新,孫風華    香港教育大學健康與體育學系助理教授

認知能力是指人的大腦加工、儲存和提取資訊的能力,它是人們成功的完成各種活動最重要的心理條件。知覺、記憶、注意、思維和想像都被認為是認知能力的重要部分。早期的研究顯示,運動對認知能力有少量卻顯著的提高。最近新的研究發現,運動與認知能力之間的關係會受多種因素的影響而有所變化。本文主要介紹了運動與認知能力之間的關係如何隨著運動的改變而變化。

運動時間的長短以及運動的強度均會影響運動與認知能力之間的相互關係。簡單來說,適時適量的運動可以提高人的認知能力。有研究綜合分析了年輕的健康人群在運動前、中、後的認知能力變化,結果顯示,在運動期間年輕人的認知能力會有所下降,但是在運動之後,他們的認知能力會有所提升。此外,運動後認知能力的改變似乎與測試的時間及運動強度均有關係。具體來說,若運動後立即進行測試,較低強度的運動(低到中等強度)似乎更有幫助。但如果運動後超過1分鐘才進行測試,非常低強度的運動將不再具有積極作用,而劇烈運動似乎更具有提高認知能力的效果。但是在一次性運動停止後,這種對於認知能力的積極影響會很快消退。

對於運動過程中認知能力變化的研究表明,極短時間的劇烈運動(包括有氧和無氧運動)對認知能力沒有影響,而11-20分鐘左右的中高強度運動甚至會對認知能力產生一些負面的影響。但是,如果運動超過20分鐘,則會對運動中的認知能力產生積極的作用。因此這項研究結果表明,較長時間(超過20分鐘)的劇烈運動似乎會對運動中的認知能力產生益處。究其原因,可能是由於與認知能力相關的生理機制需要一些時間相互平衡,以有利於認知能力達到最好水準。這些潛在的生理機制包括:因運動而增加的大腦血流量(Cerebral blood flow)和向腦部輸送的氧氣量、肌肉張力降低以及增加內源性大麻素受體(Endocannabinoid receptors)的濃度等。

然而,需要注意的是,雖然較長時間的劇烈運動似乎對於認知能力有提高作用,但運動時間並非越長越好。長時間和高強度的運動往往會讓運動者產生疲勞的感覺。在運動時,疲勞不僅僅會影響人們身體的運動表現,如肌肉力量和耐力下降;同時,它也會引起運動員的精神疲勞。精神疲勞往往由持續的高強度認知活動引起,其特徵是疲勞感覺強烈、能量缺乏。在運動時,運動員往往需要進行一些高強度的認知活動,例如持續保持注意力集中、利用視覺線索來評估和調整運動行為等,容易引發認知能力的下降。精神疲勞對認知功能的負面影響已得到實證研究的充分支援,主要表現為注意力焦點的改變、反應較慢且不太精確、無法合理分析視覺反饋信號等。以足球運動為例,比賽中的足球運動員必須長時間保持警惕,不斷掃描自己的動態表現與環境的變化,持續關注各類相關資訊。然後,運動員必須將這些資訊與戰術策略、對手和隊友的運動傾向(之前存儲於腦中)相結合,在極短的時間內做出準確的決定。因此,運動員在比賽的中後期將很容易出現精神疲勞。足球運動員的技術和體能也可能因而下降,例如運動員的跑步能力、短距離傳球和射門的運動能力以及面對特定決策任務的速度和正確率不斷下降。

關於這種精神疲勞的潛在機制,研究人員也提出過幾種不同的模型。例如,有研究人員認為精神疲勞主要影響部位為大腦的前扣帶皮層 (Anterior cingulate cortex),它在許多認知活動當中起著關鍵的作用,如決策能力、注意力的分配以及動作的準備等。也有研究認為腺苷(Adenosine)的濃度可能與精神疲勞有很大的關係。腺苷是一種抑制性神經遞質(Inhibitory neurotransmitter),具有一定的促進睡眠作用。腺苷濃度的上升會抑制多巴胺神經元的活動,減少多巴胺的分泌,人體的獎勵機制失靈,會增強運動員的無力感並喪失運動興趣。此外,腺苷濃度的上升與運動耐久力也有關係。這些生理方面的變化可能是足球專項戰術、決策和技術表現下降的重要原因。因此,若想在運動中對抗精神疲勞,改變腺苷及多巴胺的水準的行為或幹預措施可能有效。例如,咖啡中所含有的咖啡因作為一種拮抗劑能夠阻礙腺苷與腺苷受體結合,可以降低腺苷濃度,從而使神經元保持活躍並有助於減緩精神疲勞。

主要參考文獻:
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