身體活動對執行功能的影響

最早有關身體活動與執行功能的研究，多為老化的研究。其中，

Dustman 等人(1984)可視為開路先鋒。該研究將中、老年人隨機分派至三 組。第一組為有氧運動組。參與者需以保留心跳率 70~80%的運動強度從 事快走與慢跑運動。並以每次 60 分鐘，每週三次之頻率，持續運動四個 月。第二組為肌力與柔軟度運動控制組。其從事非增進心肺耐力的簡單 肌力與柔軟度的健身運動。第三組為無參與運動控制組。所有參與者都 在介入前後，各接受數項神經心理測驗(包括智力、記憶、簡單反應時間、

stroop 測驗等)。結果顯示，有氧運動組在八項測驗中的七項都呈現顯著 進步，肌力與柔軟度運動控制組在兩個測驗中有所進步，而無參與運動 控制組僅在一個測驗上有進步。值得注意的是，三組當中，僅有有氧運 動組在唯一的一項執行功能測驗(stroop 測驗)呈現顯著改善，另兩組則無。

由此可知，有氧運動不僅可增進認知功能，亦可提升執行功能表現。

之後，Kramer 等人(1999)發表在 Nature 期刊上的研究，亦為重要的 里程碑。基於前額葉腦區在老化上顯示最迅速的衰退，以及動物研究發 現有氧運動對代謝與神經化學功能的影響，提出「選擇性促進假說」

(selective improvement hypothesis)。亦即，有氧運動的介入，對於坐式生 活的老人，在需要執行功能參與的作業上，有較佳的提升作用；而對於 不需執行功能參與的作業則無。該研究招募 124 位老年人，並隨機分派 為兩組。第一組為有氧運動組，以快走為運動型態，60-65%最大攝氧量 為運動強度，每週三次，為期六個月。第二組為伸展運動控制組，強調 增加柔軟度，而非有氧能力。並在介入前後，進行三種執行功能作業(作 業轉換作業，測量心智彈性；反應相容性作業，測量忽略不相干刺激的 能力；停止作業，測量抑制)，以及三種一般認知作業。結果顯示，有氧 運動組在三項執行功能作業都優於伸展控制組，且兩組在三項非執行功 能作業之表現均無顯著差異，支持其「選擇性促進的假說」之論點。

繼上述兩篇關鍵性研究以後，後續又有許多介入性研究，欲探討運 動對認知功能的影響，但結果卻分歧而難以解釋。Colcombe 與 Kramer (2003)就指出，造成研究間不一致的原因，應從兩方面來探討。一為方法 學上的考量，二為認知的理論架構。在方法學的考量上，不同的調節變 項，都可能造成結果的不一致。包括了年齡、有氧運動的強度、持續時 間、參與者的性別、體適能水準等。而認知的理論架構，則會影響各個 研究者在認知作業上的選擇。因此，Colcombe 與 Kramer 蒐集 1966 至 2001 年間，以真實驗設計分析有氧運動介入對老人認知功能影響的 18 篇研究進行後設分析。除了瞭解整體效果大小，其亦檢驗不同調節變項 對結果的影響。更特別的是，其根據認知的理論架構將其分為「速度、

視覺空間、控制、執行功能」四個結果變項。結果顯示，有氧運動對上 述四個結果變項的平均效果值依序為 0.27、0.42、0.46 與 0.68。其研究 說明有氧運動可顯著提升認知功能，且在執行功能上有最大的效果量。

至此，身體活動對認知功能影響的研究，漸漸將焦點從早期的處理 速度(speed-of-processing)，轉向執行功能(Etnier & Chang, 2009)。且研究 的對象、採用的作業、以及介入的方式也越來越多元。就介入方式而言，

初始研究者多採取有氧運動介入，如競走(Khatri et al., 2001)、慢跑(Fabre, Chamari, Mucci, Masse-Biron, & Prefaut, 2002)、腳踏車(Hogervorst, Riedel, Jeukendrup, & Jolles, 1996)。爾後亦有學者開始採取阻力訓練(Chang &

Etnier., 2009a, 2009b)，或神經動作運動，如太極拳(豐東洋，2011)、協調 性動作(Budde, Voelcker-Rehage, Pietrabyk-Kendziorra, Ribeiro, & Tidow, 2008)。在介入期程方面，主要包括一次性的急性介入(Sibley, Etnier, & Le Masurier, 2006)，及連續性的長期介入(Davis et al., 2007)。在參與者部分，

起初多以健康老人為研究對象(Hawkins, Kramer, & Capaldi, 1992)，後續 亦將對象向下延伸至中年成人(Netz, Tomer, Axelrad, Argov, & Inbar, 2007)、年輕成人(Sibley & Beilock, 2007)、青少年(Cereatti, Casella, Manganelli, & Pesce, 2009)、兒童(Hillman et al., 2009)、學齡前兒童(唐惠

君，2008)。並擴大至神經心理疾患如憂鬱症患者(Kubesch et al., 2003)、

帕金森氏症患者(Tanaka et al., 2009)、注意力缺陷過動症兒童(余慧香，

2010)。介入強度雖以中等強度為大宗(Tomporowski et al., 2005)，但亦有 研究使用輕度(Kamijo et al., 2007)或強度(Audiffren, Tomporowski, &

Zagrodnik, 2009)介入。採用的執行功能作業，主要包含了抑制(McMorris et al., 2009)、轉移彈性(Albinet, Boucard, Bouquet, & Audiffren, 2010)、工 作記憶(Pontifex, Hillman, Fernhall, Thompson, & Valentini, 2009)，以及計 畫/排序(Cordova, Silva, Moraes, Simoes, & Nobrega , 2009)等四種。

龐大的研究數量固然帶來許多參考資訊，然而複雜的介入操弄也對 執行功能的成效產生不同影響。甚至，相同的介入操弄仍得到不一致的 研究結果。另外，廣泛的參與者種類、不同的執行功能測量，也都被學 者視為可能影響結果的重要調節變項。

Barenberg 等人(2011)針對有氧運動對執行功能的影響，進行第一篇 系統性文獻回顧。其搜尋了心理學、醫學、運動科學與教育學的資料庫，

並以「介入型，含控制組的實驗研究」、「原研究者表明該研究的結果 變項為執行功能」、「結果變項的量尺為行為指標」作為篩選標準，共 納入了 23 篇研究，1045 名參與者，年齡介於 7-88 歲。接著，Barenberg 等人依據介入期程對生理影響機制的不同，將研究分為「長期介入研究」

和「一次性的急性介入研究」，並依據 Baddeley(1996)和 Miyake 等人 (2000)的理論架構將執行功能分為抑制、更新、轉移、雙重作業協調(dual task coordination)、複雜需求(complex requirements)五個子成分進行討論。

結果顯示，長期介入研究中的 9 篇中有 8 篇、急性介入研究中的 14 篇有 10 篇，都提供了身體活動對執行功能有效提升的證據。整體而言，身體 活動似乎對執行功能是有幫助的。但若看到執行功能的子成分則會發現，

除了在探討「抑制」的研究中，10 篇有 7 篇顯示實驗組優於控制組外，

其餘子成分均只在部分研究出現效果。甚至，以急性介入探討「轉移」

的研究中，4 篇研究均一致顯示實驗組與控制組沒有差異。在運動的類

型、頻率、強度上，也因為支持與不支持身體活動能增進執行功能表現 的篇數相當而無法下結論。事實上，雖然 Barenberg 等人是第一篇以系統 化的方式，回顧 1983 至 2009 年有關身體活動對執行功能影響的研究，

但限於其採取敘述性文獻回顧的方式，故在結果的解釋上仍有許多不足。

舉例而言有下列三點。第一，文中大量的使用投票法(vote counting)來作 為支持與否的證據。亦即，比較達顯著的篇數與未達顯著的篇數的比例，

來判斷趨勢。然而，不同研究因為樣本大小的不同，直接影響了統計考 驗力的大小。未達顯著的研究，很可能只是樣本數不足所致，但在投票 法的決策下，直接被歸類為「無效」的代表。況且，當正反兩方票數相 近時，也變得難以判斷與解釋。如作者在不同執行功能的子成分、不同 運動類型、頻率、強度上就出現這種狀況。另外，不同的研究品質，卻 仍採取相同的權重(一篇研究一票)，也不盡合理。第二，即使透過投票法 得知，身體活動對執行功能有提升的趨勢，我們仍然無法得知提升的「效 果」如何。第三，對於調節變項的影響，只能做質性的描述。

相反的，若能使用量化文獻回顧方法，即後設分析研究法，正好可 以解決以上的三個問題。後設分析經由系統性的文獻搜尋並納入該領域 的代表性樣本，再充分運用每份研究的統計資訊，統合估計出整體效果 值做為判斷。不僅能瞭解相關研究的整體趨向(正面影響、無影響、負面 影響)，還能透露影響的大小，做為實務運用的參考。最後，調節變項分 析(moderator analysis)，還可找出研究間異質性的來源，釐清研究間不一 致可能的原因。

經由文獻搜尋可知，自 Etiner 等人(1997)發表第一篇運動影響認知功 能的後設分析後，相關領域至今已累積不少後設分析的研究。研究主題 在「運動影響認知」的大架構下，各自縮小在特定的參與者特徵，或特 定的運動介入特徵上進行討論。以特定的參與者特徵而言，一些研究者 聚焦在參與者年齡，如小孩族群(Fedewa & Ahn, 2011; Sibley & Etnier, 2003)或老人族群(Angevaren et al, 2008; Colcombe & Kramer, 2003; Sofi et

al., 2011)。另一些研究者聚焦在參與者的認知健康狀態，如老人失智或 認知缺損族群(Aarsland et al., 2010; Forbes et al., 2008; Heyn et al., 2004)；

以特定的運動介入特徵而言，一些研究者聚焦在運動類型，如有氧運動 介入(Etnier et al., 2006; Smith et al, 2010)；另一些研究者聚焦在運動介入 的期程，如長期運動介入(de Morton, Keating, & Jeffs, 2007; Heyn et al, 2004)，或急性運動介入(Chang et al, 2012; McMorris et al, 2011)；但在結 果變項的選擇上，大部分研究者仍未聚焦於特定的認知功能，多進行廣 泛認知功能的討論。

也許是受到 Colcombe 與 Kramer(2003)這篇後設分析的影響，後續有 三篇後設分析(Angevaren et al., 2008; Chang et al., 2012; Smith et al., 2010)，在討論廣泛的認知功能時，多新增了一個子分類：「執行功能」。

另有一篇(McMorris et al., 2010)單獨探討「工作記憶」。以下將依年代排 列，分別簡介如下。

Angevaren 等人(2008)與 Colcombe 與 Kramer(2003)同樣探討「長期 性的有氧運動介入，對老人認知功能的影響」，但更強調納入的研究要 為「隨機化控制實驗設計」以增進因果推論的強度。且參與者限定為「認 知狀態健康」的老人。認知的測量種類繁多，除了基礎認知能力外，也 納入「執行功能」、「工作記憶」與「抑制」。其結果顯示，長期有氧 運動介入後，僅對動作功能和聽覺注意力有顯著效果，其餘效果值均不 顯著(包括執行功能、工作記憶、抑制)。此結果與 Colcombe 與 Kramer (2003)的研究發現差異極大，Angevaren 等人的說明是由於其研究更強調 隨機化控制實驗設計的重要性，並依據有氧運動介入的品質(藉由心肺適 能的指標判斷)刪除大量研究設計或介入品質不佳的研究。此外，也由於 納入研究數量僅 11 篇，目前還沒有充份資訊能顯示透過提升心肺適能的 身體活動能增進認知神經功能。

但在兩年後，Smith 等人(2010)就對 Angevaren 等人(2008)的研究提 出三點回應。第一、Angevaren 等人僅納入認知狀態健康的老人，而未考