單次有氧運動對大學男生前額葉氧合能力與執行控制之影響

全文

(1)國立臺灣師範大學體育學系碩士學位論文. 單次有氧運動對大學男生前額葉氧合能力與執行控制之影響. 研究生：邱麟翔指導教授：方進隆. 中華民國102年6月中華民國臺北市.

(2) 單次有氧運動對大學男生前額葉氧合能力與執行控制之影響 2013 年 6 月研究生：邱麟翔指導教授：方進隆摘要前言：過去文獻指出規律有氧運動可以改善認知功能，但是單次有氧運動後腦部氧飽和能力與認知功能是否能同時維持較佳狀態，過去的研究較少。研究目的：一、比較單次30分鐘適度有氧運動前中後大學男生前額葉氧合能力的差異。二、比較單次30分鐘適度有氧運動與無運動後大學男生執行控制能力的差異。方法：招募32位大學男生 (年齡 18到22歲) 為研究對象。每位受試者進行兩次測驗，一次從事單次中等強度腳踏車運動 (55~60%保留心跳率) 30分鐘，另一次為靜態休息30分鐘之控制情境。運動前中後 (約運動後52分鐘) 以近紅外線光譜儀 (near-infrared spectroscopy, NIRS) 測得受試者前額葉氧合能力包含氧合 (oxyhemoglobin, HbO2)、去氧 (deoxyhemoglbin, HHb)、總血紅素差 (total hemoglobin difference, △HbTot, 運動時或運動後減安靜時之總血紅素) 與血紅素含氧差 (hemoglobin difference, O2Hbdiff, 是氧合血紅素減去氧血紅素的值)。於運動後10分鐘測量執行控制表現以 (1) Stroop叫色測驗，(2) 長期記憶與短期記憶，(3) Eriksen flanker task 為測驗項目。受試者之不同運動情境為相依A因子，前、中與後測驗時間點為相依B因子，氧合能力與執行控制為依變項，所得資料以二因子相依變異數分析與相依樣本t檢定分析。結果：(1) 單次30分有氧運動過程與運動後 (52分內) 前額葉的△HbTot與O2Hbdiff 顯著高於安靜值 (p＜.05)，(2) 前額葉的△HbTot與O2Hbdiff於運動過程和運動後顯著高於控制情境 (p＜.05)，(3) Stroop色字測驗叫色色塊測驗 (SC) 反應時間於運動後顯著優於控制情境 (p＜.05)，其他執行控制能力則沒有顯著差異。結論：單次30分鐘適度有氧運動提高運動過程與運動後之△ HbTot與O2Hbdiff與部分認知測驗的反應時間。關鍵詞：近紅外線光譜儀、總血紅素、腳踏車運動、認知功能. i.

(3) Effects of Acute Aerobic Exercise on Cerebral Oxygenation and Executive Control of College Males. 2013.6 Author: Lin-Hsiang Chiu Advisor: Chin-Lung Fang. Abstract PURPOSE: Previous research indicated that regular exercises could improve cardiopulmonary function and enhance cognitive function. However, there are few research has conducted to investigate the effects of acute aerobic exercise on cerebral oxygenation and cognitive functions simultaneously. The purposes of this study are: 1, to compare the differences of cerebral oxygenation before (base line), during and after 30-minutes-moderate acute aerobic exercise of college male students, 2, to compare the differences of executive control ability with and without acute aerobic exercise. METHODS: Thirty two healthy males, aged from 18-22 years old, are recruited as the subjects in this research. All the subjects are asked to come at 2 different occasions and randomly assigned for the experiments, one for 30 minutes cycling exercise with 55-60% HRR, and one for 30-minutes control rest trail. Before, during and after exercise (52minutes), the near-infrared spectroscopy (NIRS) is used to measure the cerebral oxygenation, including oxygenated hemoglobin (HbO2), deoxygenated hemoglobin (HHb), hemoglobin difference (HbO2-HHb) and total hemoglobin difference (△ HbTot, the difference of total hemoglobin during or after exercise – resting value) at 2 occasions. The executive control abilities including (1) Stroop, (2) Free recall, (3) Eriksen flanker task are measured after acute exercise following 10 minute rest. The collected data are analyzed with correlated dependent ANOVA and dependent t-test. RESULTS: (1) The △HbTot and O2Hbdiff of prefrontal cortex during 30-minute acute exercise and after exercise (within 52 minutes) are significantly higher than that of resting condition (p＜.05), (2) The △HbTot and O2Hbdiff of prefrontal cortex during exercise and after exercise are significantly higher than that of resting condition (p<.05), (3) the reaction time of stroop colar test after acute exercise is significantly better than that of resting condition (p<.05), the other executive control tests are not significantly different between exercise and resting trials. CONCLUSION: The 30-minute-moderate aerobic exercise enhances the △HbTot and O2Hbdiff of the frontal cortex during and after acute exercise and improves the reaction time of part of executive control tests. Key words：NIRS, total hemoglobin, cycling exercise、cognitive function.. ii.

(4) iii.

(5) 目. 次. 中文摘要......................................................................................................................................i 英文摘要.....................................................................................................................................ii 謝誌............................................................................................................................................iii 圖次............................................................................................................................................vi 表次..........................................................................................................................................viii. 第壹章緒論.......................................................................................................1 第一節前言.......................................................................................................................1 第二節問題背景...............................................................................................................4 第三節研究目的...............................................................................................................5 第四節研究範圍與限制...................................................................................................6 第五節研究虛無假設.......................................................................................................7 第六節名詞操作性定義...................................................................................................8 第七節研究的重要性.......................................................................................................9. 第貳章. 文獻探討.............................................................................................10. 第一節. 何謂有氧運動...................................................................................................10. 第二節. 有氧運動對運動生理之影響...........................................................................12. 第三節. 運動對大學生腦部氧合能力之影響...............................................................14. 第四節. 運動對認知功能之影響...................................................................................16. 第五節. 本章總結...........................................................................................................18. 第參章. 研究方法.............................................................................................19. 第一節. 實驗對象...........................................................................................................19 iv.

(6) 第二節. 實驗設計...........................................................................................................20. 第三節. 實驗地點與日期...............................................................................................21. 第四節. 實驗流程與設計...............................................................................................22. 第五節. 實驗方法與步驟...............................................................................................23. 第六節. 實驗場地與儀器設備.......................................................................................24. 第七節. 資料處理與分析...............................................................................................31. 第肆章. 結果.....................................................................................................32. 第一節. 受試者基本資料...............................................................................................32. 第二節. 運動與控制之前額葉氧合能力分析...............................................................33. 第三節. 運動與控制後之執行控制能力分析...............................................................43. 第伍章. 討論與結論.........................................................................................61. 第一節. 討論...................................................................................................................61. 第二節. 結論與建議.......................................................................................................69. 參考文獻…………….……………………………………………………...….71 附錄一受試者同意書.............................................................................................................77 附錄二病史問卷表.................................................................................................................79 附錄三 IPAQ 台灣活動量調查長版問卷................................................................................81. v.

(7) 圖. 次. 圖 3-1 實驗流程圖.................................................................................................................22 圖 3-2 運動與控制情境流程圖.............................................................................................22 圖 3-3 近紅外線光譜儀佩戴於前額葉圖示 1 .....................................................................24 圖 3-4 近紅外線光譜儀佩戴於前額葉圖示 2......................................................................24 圖 3-5 受試者靜坐 10 分鐘圖示...........................................................................................25 圖 3-6 配戴近紅外線光譜儀騎腳踏車測功儀圖示.............................................................25 圖 3-7 近紅外線光譜儀接受器圖示.....................................................................................26 圖 3-8 近紅外線光譜儀主機圖示...........................................................................................26 圖 3-9 Stroop 色字測驗用鍵盤...............................................................................................26 圖 3-10 叫色色塊測驗 (Stroop color, SC) 範例圖………………………...……...........….27 圖 3-11 叫色文字測驗 (Stroop color-word, SW) 範例圖…………………...….................27 圖 3-12 叫色文字與顏色相同測驗 (Stroop congruent color, SCON) 範例圖....................27 圖 3-13 叫色文字與顏色不相同測驗 (Stroop incongruent color, SINC) 範例圖...….......….28 圖 3-14 與中間箭頭方向一致……..………………..….………………..………............….29 圖 3-15 與中間箭頭方向不一致……..………………..….……………..………............….30 圖 3-16 與中間開口方向不一致……..………………..….……………..………............….30 圖 3-17 與中間開口方向不一致……..………………..….……………..………............….30 圖 4-1 運動與控制情境在不同時間下總血紅素差值 (ΔHbTot) 變化圖……….............37 圖 4-2 運動與控制情境下在不同時間之血紅素含氧差值的變化圖………...…..……....42 圖 4-3 不同的叫色測驗下的反應時間圖…………………………..………….....………..46 圖 4-4 不同的叫色測驗下的正確率圖…………..…………..…..……………...……..…..47 圖 4-5 短期記憶 (free record) 回答字詞個數圖………………………………..…….…..49 圖 4-6 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數圖……………………………..….…...51. vi.

(8) 圖 4-7 短期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率………...……….…………...........53 圖 4-8 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率……………….…………..........…55 圖 4-9 Eriksen flanker task 測驗的反應時間………………….………...……………...…59 圖 4-10 Eriksen flanker task 測驗的正確率……………….…….……...…………....……60. vii.

(9) 表. 次. 表 3-1 長期記憶與短期記憶測驗 (free record) 各階段與時間說明....................................28 表 3-2 長期與短期記憶 A 卷……….......................................................................................29 表 3-3 長期與短期記憶 B 卷……….......................................................................................29 表 4-1 全體受試者基本生理資料表........................................................................................32 表 4-2 受試者在運動與控制情境前後總血紅素差值 (ΔHbTot) (uM).................................33 表 4-3 運動時前中後總血紅素差值 (ΔHbTot) 變異數分析 (完全相依設計) 摘要表.....34 表 4-4 總血紅素差值 (ΔHbTot) 單純主要效果分析摘要表................................................35 表 4-5 運動情境總血紅素差值 (ΔHbTot) 事後比較摘要表................................................35 表 4-6 控制情境總血紅素差值 (ΔHbTot) 事後比較摘要表................................................36 表 4-7 受試者在運動與控制情境前後血紅素含氧差............................................................38 表 4-8 運動時前中後血紅素含氧差變異數分析 (完全相依設計) 摘要表……….………39 表 4-9 血紅素含氧差單純主要效果分析摘要表…..………………………………….…….40 表 4-10 運動情境的血紅素含氧差事後比較摘要表..............................................................41 表 4-11 控制情境的血紅素含氧差事後比較摘要表..............................................................41 表 4-12 運動與控制情境下不同的叫色測驗下的反應時間表………..………………..….43 表 4-13 運動與控制情境下不同的叫色測驗下的正確率表……………………………..…44 表 4-14 短期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數………………………………..….…..48 表 4-15 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數……………………………..………...50 表 4-16 短期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率………..……...……………………52 表 4-17 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率…………….....……………………54 表 4-18 不同情境 Eriksen flanker task 測驗的反應時間.....…………………..……………56 表 4-19 不同情境 Eriksen flanker task 測驗的正確率…………….....……...……………...57. viii.

(10) 1. 第壹章. 第一節. 緒論. 前言. 規律運動對於腦部認知功能的影響越來越受重視，已被證實可以增加心肺功能與氧攝取量，但運動是否能改善腦部的功能與氧合能力 (如腦血液量、氧合血紅素、去氧血紅素與總血紅素等) 的相關研究較少。早期的研究認為腦部血流量 (cerebral blood flow) 維持恆定不會增加，但隨著科技的進步，最近研究則發現運動過程中會增加腦部血流量 (Ide, Horn, & Secher, 1999)，運動導致腦部血流量增加是否有助於認知能能，也是值得探討的議題。此外，運動過程中前額葉腦皮質 (prefrontal cortex) 的氧合狀況或血流量亦可加以測量，近紅外線光譜儀 (near-infrared spectroscopy, NIRS) 常被使用在運動中腦部血液動力學的相關研究；除了被廣泛使用在監測腦部、觀察內臟組織的氧合能力 (Rao, Danduran, Loomba, Dixon, & Hoffman, 2012) 外，更被用在運動生理學上觀察肌肉的有氧代謝狀況 (Wang, Tian, Zhang, & Gong, 2012)。近紅外線光譜儀用來測量人體肌肉與腦部氧化能力，是一種非侵入性的光學技術 (Rupp & Perrey, 2008)。近紅外線光譜儀的紅外線 760nm (nano meter) 與 850nm 分別為測量氧合與去氧血紅素的波長 (Bhambhani, Malik, & Mookerjee, 2007)。儀器的光源與測量部位的最佳測量距離是 3 至 5 公分，超過 5 公分則會降低其敏感度 (Rooks et al., 2010)；近紅外線光譜儀能同時測量運動和認知測驗時組織間氧合能力及血液量的變化 (Patrick Neary et al., 2008)。Hiura, Mizuno 與 Fujimoto (2010) 指出近紅外線光譜儀除了適合用在穩定持續運動，更能觀察力竭運動時氧合血紅素值；能夠以連續及無侵入性的方式測量局部肌肉與大腦的氧合狀態 (Rissanen et al., 2012)。最近研究探討有、無運動訓練者在不同運動強度時的腦部氧合狀況，結果發現接近非常費力的運動強度時，受過運動訓練者比未受過訓練者有較高的大腦皮質氧合能力和去氧與總血紅素值 (Rooks, Thom, McCully, & Dishman, 2010)。此文獻發現受過訓練的運動員在高強度運動腦部非常需要氧氣的情況，還能夠供給腦部氧氣需求並維持正常運.

(11) 2. 作。Rooks 等 (2010) 認為，有氧運動訓練能反覆刺激中樞神經系統內的中央調節器 (central governor) 並使其敏感度降低，延緩從事更高強度運動時的肌肉疲勞程度與維持大腦的恆定狀態。在高強度運動的條件下，有運動訓練者比無運動訓練者有較佳的腦部氧合能力，這可能是有氧運動訓練的效果。研究發現訓練有素的運動員在 5 公里計時跑步測驗接近終點最大運動強度時其氧合血紅素、去氧血紅素、總血紅素與血紅素含氧差皆顯著下降 (Billaut et al., 2010)，而無運動訓練者下降的幅度更大，是否因為訓練而產生這樣的差異值得深入探討。從低到中等運動強度過程大腦氧合和腦血流量增加，而腦部的局部氧合血紅素和總血紅素也是增加的 (Subudhi, Lorenz, Fulco, & Roach, 2008)。在不同的運動與運動過程的血流動力學，需要更深入探討 (Perrey, 2012)。研究指出漸增運動與恆定的運動強度兩種方式一直到衰竭，需要大量的氧氣以供應大腦，腦部的血流量會些微下降、總血紅素上升或不變、氧合血紅素下降但去氧血紅素則上升 (Billaut et al., 2010)。本實驗測定最大攝氧量的方式為漸增運動測驗，運動時之氧合狀態可能改變。過去研究指出動態身體活動可以降低與減輕年齡老化相關的認知功能下降 (Tsujii et al., 2012)。單次有氧運動對於認知功能的執行控制能力是否有改善的效果，也是有意義探討的議題，過去研究以最大運動能力的70%為運動強度，單次有氧運動一個小時，發現工作記憶測驗的反應時間，單次有氧運動後比運動前快 (Pontifex et al., 2009)。單次有氧運動導致工作記憶反應時間改善的原因是否與腦部血流量或氧合能力改變有關，單次有氧運動後，腦部血流量或氧合能力是否有所改變，改變的持續時間多久，氧合能力是否與認知能力有關等議題，過去少有研究加以探討。腦部額葉與前額葉是大腦計劃、協調、抑制與短期工作記憶的執行區，它負責大腦左右半球及各區域的彼此聯繫，對認知功能的影響很大 (石恒星、洪聰敏，2006)。對腦部生理結構方面已有研究發現，老年人經過6個月的有氧運動訓練後可增加前額葉皮層的灰質和白質的量，而改善前額葉對工作記憶測驗有益 (Tsujii, Komatsu, & Sakatani, 2012)。本研究希望透過NIRS儀器，探討單次三十分鐘中等強度的腳踏車有氧運動對腦部認.

(12) 3. 知功能與氧合能力的影響，並觀察氧合能力或血流量受單次運動的影響程度。.

(13) 4. 第二節. 問題背景. 目前研究已知規律有氧運動可能對於大學生的心肺適能和認知功能皆有影響，但對於腦部氧合能力仍然有待進一步研究。使用近紅外線光譜儀可測量氧合血紅素、去氧血紅素與總血紅素吸收光譜的細胞色素氧化酶差異 (Perrey, 2012)，可探討或觀察單次有氧運動對腦部氧合能力的影響。過去許多與單次有氧運動的腦部氧合能力和認知功能等問題仍然有待研究證實。本次研究為觀察大學生單次有氧運動前、中、後腦部氧合能力之變化，未來可能當作運動訓練介入實驗參考。藉本研究之實驗結果希望能提供給體育相關研究者、體育教學者、醫師以及大學男性在從事運動或選擇運動型態時參考，有效促進大學生的健康。.

(14) 5. 第三節. 研究目的. 本研究目的在於探討：一、比較單次 30 分鐘適度有氧運動與無運動前、中、後大學男生前額葉氧合能力的差異。二、比較單次 30 分鐘適度有氧運動與無運動後大學男生執行控制能力的差異。.

(15) 6. 第四節研究範圍與限制一、本研究以 32 位自願參加本研究的健康大學男生為受試者，性別與年齡則不在此研究範圍。二、本研究以近紅外線光譜儀測量腦部氧合能力；執行控制能力使用 (1) 色字測驗 (Stroop) (2) 長期記憶與短期記憶 (free recall) (3) Eriksen flanker task 共三項測驗，不同測量儀器與方法不在此研究範圍。三、本研究為單次有氧運動 30 分鐘適度腳踏車運動，不同運動時間、強度、項目之效果不在此研究範圍。四、本研究因受限於研究對象、運動方式與時間，未來可能無法推論至其他族群、年齡或運動方式。.

(16) 7. 第五節. 研究虛無假設. 一、單次 30 分鐘適度有氧運動與無運動前、中、後大學男生前額葉氧合能力無差異。二、單次 30 分鐘適度有氧運動與無運動後大學男生執行控制能力無差異。.

(17) 8. 第六節名詞操作性定義一、單次有氧運動依據美國運動醫學會 (ACSM, 2011) 之定義，運動方式為大肌肉、持續性、有韻律性的運動，以提升心肺功能。本研究的有氧運動為中度運動強度 (55~60 %保留心跳率) 的腳踏車運動持續 30 分鐘。二、執行控制執行控制是人類訊息處理的能力總稱，它涵蓋注意力、識別力、記憶力、學習、語言處理、解決問題及判斷能力等，高階智力功能以及心理動作技能。本研究以 (一) Stroop 叫色測驗，(二) 短期記憶與長期記憶測驗 (free record)，(三) Eriksen flanker task 測驗三項測驗來測量執行控制能力。.

(18) 9. 第七節. 研究的重要性. 本研究的重要性為觀察一次性或急性的有氧運動前後腦部氧合與執行控制之變化，藉以了解一次性的有氧運動對大學生的氧合能力與執行控制是否有所改善。在過去文獻探討中已發現運動對於執行控制能力有所幫助，但急性或單次有氧運動對大學生的氧合能力與執行控制能力是否也同時有所改善？可以進一步加以探討和釐清。三十分鐘中等強度急性腳踏車運動後如可以提升腦部血流量或是氧化能力，那可以持續提升多久？本研究可以利用 NIRS 持續觀察運動過程和運動後的變化情形，提供更具體和明確的資料，以佐證運動改善認知的執行功能，是否和腦部的血流量或氧化能力有關。本研究結果可以提供相關單位或人員更多運動與學習或認知的資訊，了解單次有氧運動更多元的效果。.

(19) 10. 第貳章. 文獻探討. 本章共分為五節，第一節、何謂有氧運動；第二節、有氧運動對運動生理之影響；第三節、運動對大學生腦部氧合能力之影響；第四節、運動對認知功能之影響；第五節、本章總結。. 第一節、何謂有氧運動根據2011美國運動醫學會 (ACSM) 對有氧運動處方提出以下六點建議，一、運動頻率：中等強度一週需要五天以上、高強度運動三天以上，如果中等與高強度運動混合則需要三到五天。二、運動強度：中等或/和高強度運動適合成年人，而低到中等強度的運動則適合運動能力受限的人。三、運動時間：中等強度每天30到60分鐘，每週需大於 150分鐘。而高強度運動每天則需要20到60分鐘，每週至少需要75分鐘。中等與高強度混合運動每天需要20分鐘以上，每週需要大於150分鐘才能達到最好效果，尤其是坐式生活者。四、運動型式：建議定期並從事有目的性運動包含身體大肌肉群連續且有節奏性的運動。五、運動模式：可以在一天內從事一回合或是分成多回合來進行運動，每次運動需要大於10分鐘，累積運動時間與運動量。六、漸進原則：有氧運動需要循序漸進並不定期調整運動的時間、頻率、或/和強度直到達到我們預期的目標。這樣的方式可以減少肌肉與骨骼的受傷亦可降低冠心病發生的機率。國內學者也提出很多有關有氧運動的定義，人體有氧能力通常以「心肺適能」而論，指的是人體肺部呼吸和心臟輸送氧氣之能力 (方進隆，1997)。長時間 (20到60分鐘) 持續進行的具有規律與節奏性的運動，可稱為有氧運動，強度則可依照個別能力調整，約每分最高心跳率60~90% (最高心跳率=220-年齡) (彭郁芬，2002)。經過12週不同訓練頻率之健走有氧運動課程介入後，大專男生之代謝症候群指標均顯著改善 (陳律盛、林學宜、陳世昌、張育瑞、曾明郎，2012)。有氧運動的確能改善心肺適能，心肺適能是心血管疾病和健康很重要的評估指標 (Wang et al., 2012)。.

(20) 11. 國內學者將有氧運動分為很多種類，最常見的有氧運動為快走、慢跑、游泳、腳踏車等。近年較流行的有氧運動國內學者整理的種類如下，一、有氧舞蹈，二、水中有氧，三、健走有氧，四、大型機械式有氧 (彭郁芬，2002)。本研究的有氧運動項目為腳踏車，能夠提供資訊讓更多人了解有氧運動的認知效果與重要性。.

(21) 12. 第二節、有氧運動對運動生理之影響一、心肺系統有氧運動訓練是否可以增加心肺適能？研究證實適當的運動強度與規律運動可以增加心肺適能與降低罹患心血管疾病的危險 (郭芳娟、林正常、陳鉞奇，2005)。經過 12 週的有氧耐力腳踏車運動訓練後，有效降低動脈硬化程度，其降低原因與收縮壓有關 (朱嘉華，2011)。每週三次，連續十二週的低強度的有氧運動訓練 60% HRmax 配合熱 ‧ 量攝取控制，VO2max 增加 4.92 ml-kg-1min-1 (吳蕙米，2000)。國內學者郭芳娟等 (2005) 指出，8 週中強度有氧舞蹈訓練後，經測驗顯示休息和 ‧ ‧ 最大運動強度時的最大攝氧量皆有改善，其中 VO2、VCO 2 與 O2 皆呈現顯著上升，而 ‧ VE/VO2、VE/VCO2 達顯著下降。階梯有氧運動可改善心肺適能、降低心跳率、收縮壓 (蘇信榮、林瑞興，2011)。經過 18 週的有氧舞蹈訓練課程後肌耐力、柔軟度、心肺適能皆有顯著改善 (魏正，2009)。有氧運動對於心血管疾病亦有很大的幫助，例如：改善血脂異常、高血壓、胰島素阻抗、第二類型糖尿病和肥胖等，預防與治療已有相關研究證實 (朱嘉華，2011)。. 二、骨骼肌肉系統有氧運動對於肌肉氧合能力是否有改善的功效？在跑步機上的實驗發現，走路時股外側肌的氧合作用幾乎不會有太大改變，但是在跑步時或是更高強度時的氧合作用利用率就會下降；使用手搖式腳踏車時觀察手臂肌群的氧合作用發現，在運動開始時氧合血紅素有快速下降的情況 (Rissanen et al., 2012)。. 三、身體組成有氧運動能有效控制體重與減少身體脂肪 (鄭景峰、林煉傑、黃憲鐘，2002)。有氧運動訓練頻率為每週三次，連續十二週，強度為60% HRmax並配合熱量攝取控制，對於體重、身體質量指數和脂肪百分比達顯著改善的效果 (吳蕙米，2000)。研究發現規律從事有氧運動的老年人達到控制體重的效果，亦可提升體能狀況 (鍾佩容與邱啟潤，.

(22) 13. 2007)。郭芳娟等 (2005) 指出，3至4個月的有氧舞蹈訓練對中年婦女體重控制亦有成效。肥胖大學生從事12週腳踏車有氧耐力運動訓練後顯著改善身體組成 (朱嘉華，2011)。. 四、其他生理指標有氧運動訓練頻率為每週三次，連續十二週，強度為60% HRmax並配合熱量攝取控制，對於血壓及安靜心跳數有降低的效果 (吳蕙米，2000)。運動有助於提升罹患糖尿病患者的體適能，例如：降低體重、改善心肺功能、柔軟度、肌力和肌耐力和提高生理效能 (趙明玲、林怜利、余秋霖、方郁文，2007)。3個月的有氧運動訓練顯著改善體適能、全身體脂肪（total adiposity）、腹部脂肪、腰圍與肌肉質量 (趙明玲等，2007)。老年人規律從事有氧運動後，其血壓、體重、BMI、腰圍、臀圍、平衡力及柔軟度皆較訓練前顯著改善；血糖、尿酸、肝功能與膽固醇等血液生化值亦有下降；血壓、脈搏、腰圍、臀圍、平衡力及柔軟度顯著優於不運動的老年人 (鍾佩容與邱啟潤，2007)。郭芳娟等 (2005) 表示規律運動有助於提昇整體自律神經活性，促進副交感神經張力。長期規律有氧訓練能有效降低血壓，對高血壓病人更有效果，而對潛在高血壓與一般健康人則次之；從事有氧訓練對動脈硬化程度與血壓能有所改善 (林信甫與王傑賢， 2007)。大腦額葉、頂葉與顳葉皮質可能隨著老化而減少，但有較高的有氧運動訓練者皮質區流失量較少；較高有氧適能者能活化額葉與頂葉區，降低前扣帶皮質區活性，由此可知有氧運動訓練可以增加腦部的可朔性 (王駿濠、蔡佳良，2011)。人體與動物實驗中發現從休息到中等強度，部分或全腦血流量會增加 20 到 30% (Alonso et al.,2004)。有氧運動與腦部氧合能力到底有什麼關係呢？環境氧氣濃度低時大腦氧合能力的減少，會限制運動表現 (Subudhi, Dimmen, & Roach, 2007)。在氧氣供應過低的情況下，可能會對腦部造成威脅與傷害，而這時心肺系統就必須要增加氧氣供給腦部以維持氧氣需求量；腦部於嚴重低氧狀態亦可能導致握力下降 (Subudhi et al.,2008)。.

(23) 14. 第三節、運動對腦部氧合能力之影響透過近紅外線光譜儀可以分析出人體的氧合血紅素、去氧血紅素、總血紅素、氧飽和指數與組織的血液量 (Rissanen et al., 2012)。各種血紅素值之說明如下：氧合血紅素 (oxyhemoglobin, HbO2)：氧和血紅素結合成；去氧血紅素 (deoxyhemoglbin, HHb)：沒跟氧結合的血紅素；總血紅素 (total hemoglobin, HbTot)：氧合血紅素與去氧血紅素相加的和，亦能估算出血流量(林正常，林貴福，徐台閣，吳慧君，2002)；血紅素含氧差 (hemoglobin difference, O2Hbdiff) ：氧合血紅素減去氧血紅素的值，通常與含氧血紅素和二氧化碳飽和度合併觀察。氧飽和度(oxygen saturation) 或組織氧飽和指數 (tissue saturation index, TSI)：氧合血紅素除以總血紅素 (Rooks, Thom, McCully, & Dishman, 2010)。目前有氧運動對腦部氧合能力的影響較少相關研究。腦部氧合作用因運動而改變的相關文獻結果不一致，一篇研究發現在中與高強度的運動中腦部氧合作用是明顯增加的 (Timinkul et al., 2008)，而另一篇研究則發現，腦部代謝作用因運動強度上升而提高，而血流灌注和氧合能力減少 (Pe´riard, Thompson, Caillaud, & Quaresima, 2012)。運動可能提高大腦的活性，原因可能是氧氣代謝增加，腦部的血流量也跟著增加 (Timinkul et al., 2008)。血液攜帶氧氣供應全身需求，有氧能力的優劣與此相關；肺部的攝氧能力則與總血紅素攜氧能力有關 (Rissanen et al., 2012)。從休息到最大攝氧量的 30 與 60%的運動強度時，氧合血紅素值上升、去氧血紅素與總血紅素值有逐漸增加的趨勢；在 30%時則有先下降再恢復的趨勢 (Ide, Horn& Secher, 2012)。Rissanen 等 (2012) 表示在漸增式跑步機上運動，當速度從每小時 0 到 12 時只有去氧血紅素值上升，氧合與總血紅素皆呈現下降的趨勢。腦部氧合之狀況於漸增式運動中的變化是如何的呢？大腦氧合作用隨運動強度爭加而逐漸升高，在 65~85%的最大運動強度時，去氧血紅素上升快速，而氧合血紅素則是大幅度下降 (Subudhi, Lorenz, Fulco, & Roach, 2008)。腦部之組織氧飽和指數從低運動強度到高強度過程中逐漸增加，在高強度運動時可能呈現高原的圖形或下降趨勢.

(24) 15. (Rissanen et al., 2012)。在激烈的有氧運動過程中，腦部氧合能力是下降的 (Keramidas, Kounalakis, Geladas, Eiken & Mekjavic, 2012)。老年人受試者一次性的運動介入後使大腦更高層次的認知功能改善 (Tsujii et al., 2012)。運動剛開始腦部的血流量逐漸增加，可能使神經活化，氧合血紅素在運動剛開始時升高、去氧血紅素則呈現下降的趨勢 (Timinkul et al., 2008)。漸增式運動過程中在無氧閾值時，肌肉的氧合作用 (氧合血紅素) 有大幅度下降的趨勢 (Rissanen et al., 2012)。當運動時間過長無法維持肌肉的正常運動功能、腦部血液流量與氧氣輸送將會在有氧運動時的表現下降 (Pe´riard et al., 2012)。運動到力竭狀態時大腦血流灌注下降的原因可能為大腦代謝、粒線體氧分壓減少有很大的關聯性，這樣的情況可能會影響中央神經系統對運動肌肉發出訊號的敏感度 (Pe´riard et al., 2012)。大腦所需的重要營養因子 BDNF (腦源性神經滋養因子) 與氧合血紅素之間是怎樣的關係呢？在認知測驗中發現氧合血紅素與基因型 BDNF 與血清中 BDNF 兩者皆呈現負相關 (Matsuzawa et al., 2012)。慢性疲勞症候群在近幾年罹患者很多，症狀包括持續性疲勞、睡眠障礙、神經認知困難、關節和肌肉酸痛和許多其他腦部症狀，這些合併症狀可能造成病人生理與認知問題；腦血氧量與慢性疲勞症候群亦有很大的相關性，在漸增式測驗發現患有疲勞症候群者血氧能力顯著低於健康受試者 (Neary et al.,2008)。.

(25) 16. 第四節、運動對認知功能之影響目前有許多研究中發現運動後對於認知功能具改善的效果。認知功能是人類訊息處理的一個總稱，它涵蓋注意力、識別力、記憶力、學習、語言處理、解決問題、抽象推理……等高階智力功能以及心理動作技能 (曾鈺婷、蔡佳良，2010)。增加身體活動量已經被證實可以活化腦部皮質與提高認知功能測驗的效果，同時提高注意力與記憶力 (Deeny et al., 2008)。許多實驗觀察前額葉的認知能力，因為前額葉負責人體高層次的認知行為 (Pe´riard et al., 2012)。類胰島素生長因子 (Insulin-Like Growth Factor-I, IGF-1) 的濃度與認知表現有高度的相關性，IGF-1濃度越高的老年人，其認知表現越佳 (曾鈺婷、蔡佳良，2010)。大腦的血流灌注量過低可能造成低血壓的情況，若是發生在大腦動脈很有可能造成認知功能障礙，嚴重可能罹患憂鬱症 (Timinkul et al., 2008)。在運動時海馬迴中的腦衍生神經滋長因子 (BDNF) 和IGF-1會有直接或間接的交互作用，大腦中IGF-1增加刺激更多的BDNF受體，增加神經元間的連接，而這樣的神經生化機制可作用在前腦 (prosencephalon)、紋狀體、海馬迴、腦皮質、隔神經元 (spetum neurons)、小腦及運動神經元等中樞神經系統區域，而以上這些作用位置皆與認知處理有關 (曾鈺婷、蔡佳良，2010)。從事運動不只能增加身體健康與預防疾病外，還可以增加認知功能 (反應正確率、反應時間、視覺空間、反應速度與持行控制) 產生正面效益 (王駿濠，2011)。急性健身運動也將對於認知表現產生增進效果 (王俊智、陳豐慈、齊璘、張育愷，2012)。老化影響認知功能是非常值得注意的議題，經常從事身體活動除了對身體健康有許多好處外，減緩大腦認知功能的衰退和老化也有改善作用。國內學者也有一些相關研究，生命過程中老化是無可避免的過程，老化伴隨認知功能下降是一個必然的趨勢 (石恒星、洪聰敏，2006)。不過蔡忠昌與劉蕙綾 (2006) 的研究發現，運動有益於老年人的認知功能的執行。人類受年齡影響可能使神經傳導物的量減低與腦內白質量流失，將會影響認知功能 (曾鈺婷、蔡佳良，2010)。.

(26) 17. 研究發現，在簡單的認知測驗中身體適能較好的老年人表現優於較差的老年人，所以身體活動與認知功能之間可能存在影響的作用。單次運動對大腦認知神經產生改善作用比心肺功能慢，實驗發現心肺功能改善27%，但認知功能卻沒有顯著改善，持續從事規律運動3到5年才會有顯著的效果產生 (石恒星、洪聰敏，2006)。規律運動的人步入老年後，其認知功能與記憶力較能維持理想的狀況 (蔡忠昌、劉蕙綾，2006)。老化是一個動態且漸進性的過程，它會使神經傳導系統的功能下降、降低神經物質，如：IGF-1、生長荷爾蒙 (Growth Hormone, GH) 的釋放，進而使認知表現衰退，減少個體適應環境的能力 (曾鈺婷、蔡佳良，2010)。蔡忠昌與劉蕙綾 (2006) 指出，在大腦前額葉 (prefrontal) 與頂葉 (parietal) 區域，心肺耐力（有氧能力）較好與較差兩組受試者的比較發現，體能好的受試者在進行認知相關實驗時其腦部與空間選擇有關的神經細胞活動高於體能較差的受試者。而運動改善認知功能的原因到底是什麼？運動能使心血管功能提升，有助於大腦微血管增生，使細胞獲得足夠的養分有助於生存 (石恒星、洪聰敏，2006)。在動物實驗中，無論是強迫性或自主性跑步，皆可增加海馬體 (hippocampus) 的腦神經生長因子 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF) –tropomyosin- related kinase B的路徑 (BDNF-TrkB pathway) 及Synaptotagmin I，進而提高空間學習及記憶能力 (王駿濠， 2011)。老化是不可避免的生命過程與現象對生活可能造成許多不便，運動是減緩大腦衰老速度保持身心適能健康最常被建議的方法之一 (石恒星、洪聰敏，2006)。除了有氧運動外是否所有種類的運動皆會使認知功能提高呢?重量訓練是否也會提高認知功能呢？效果如何? 實驗發現，一次性有氧運動訓練後執行控制測驗的反應時間優於重量訓練 (Pontifex, et al., 2009)。國內研究學者整理相關研究後指出，阻力訓練的確可以促進早期訊息與認知處理效率，訓練後也會增加腦血流量、神經傳導物質分泌、細胞複雜性以及提供中央神經系統的完整性 (曾鈺婷、蔡佳良，2010)。.

(27) 18. 第五節、本章總結本章整理許多過去的研究關於有氧運動可能影響生理與心理上的總結如下：一、有氧運動對於心肺系統、骨骼肌肉系統、身體組成與其他生理指標 (體重、協調性、血壓、腰臀圍……等) 皆有幫助。二、有氧運動可能對於腦部的氧合能力有所影響，但過去較少文獻加以探討，一次性中等強度的有氧運動會如何改變腦部前額葉氧合能力，需要進一步探討。三、有許多研究文獻皆證實運動對於認知功能有所助益，例如對正確率、反應時間、視覺空間、反應速度與執行控制等方面。一次性的有氧運動對於反應時間亦有的影響，可使反應變得更加迅速；老化對於認知功能可能產生負面影響，但運動可以減緩此情況。.

(28) 19. 第参章. 研究方法. 本章將分為以下八節說明：第一節、實驗對象，第二節、實驗設計，第三節、實驗地點與日期，第四節、實驗流程圖，第五節、實驗方法與步驟，第六節、實驗場地與儀器設備，第七節、資料處理與分析，第八節、預計可能遇到之困難及解決途徑。. 第一節、實驗對象本研究招募自願參予本實驗大學男生 32 名 (18 到 22 歲)，正式實驗進行前均需確認受試者無視覺損傷、腿部無受傷、骨折等，且無暈眩、小腦病變等疾病，確保實驗安全。實驗前，每位受試者均須了解本研究目的、實驗過程以及可能發生的情況，並請簽署附錄一「受試者同意書」、附錄二「病史問卷表」、附錄三「IPAQ 台灣活動量調查長版問卷」，以保障受試者自身權益。.

(29) 20. 第二節、實驗設計一、實驗對象： 32 位大學健康男性。二、自變項：受試者分別從事兩種情境：(一) 運動情境：單次腳踏車中等強度有氧運動連續 30 分鐘，運動強度約 55~60%保留心跳率，(二) 控制情境：受試者安靜坐於腳踏車上不從事運動。三、依變項：本研究依變項為 (一) 腦部氧合能力，(二) 執行控制功能。三、實驗控制：實驗可能由於個人生活型態、生活環境、飲食習慣及遺傳因素等不同，所以要求受試者盡量維持日常生活作息與飲食習慣。為提升單次有氧運動的效果，要求受試者在實驗前一天避免從事激烈運動，並於實驗前至少 3 小時不攝取咖啡因之食物。.

(30) 21. 第三節實驗地點與日期一、實驗地點：師大分部運動生理學實驗室及運動生化實驗室。二、實驗日期：本研究的執行時間為中華民國 102 年 2 月至 6 月。.

(31) 22. 第四節、實驗流程與設計圖 3-1 實驗流程圖. 圖 3-2 運動與控制情境流程圖. 註： (1) 運動情境：時段一為有氧運動、時段二為 60 到 90 分鐘與時段三為 90 到測驗結束 (2) 控制情境：時段一為不運動、時段二為 50 到 80 分鐘與時段三為 80 到實驗結束.

(32) 23. 第五節、實驗方法與步驟實驗共分為兩種情境，(一) 運動情境：配戴近紅外線光譜儀靜坐10分鐘，以腳踏車測功儀從事中等強度有氧運動30分鐘，休息10分鐘後進行執行控制測驗 (1) 色字測驗 (Stroop)，(2) 長期記憶與短期記憶 (free recall)，(3) Eriksen flanker task；(二) 控制情境：配戴近紅外線光譜儀靜坐10分鐘，在腳踏車測功儀上安靜坐姿30分鐘後休息10分鐘後進行執行控制測驗 (1) 色字測驗 (Stroop)，(2) 長期記憶與短期記憶 (free recall)，(3) Eriksen flanker task。一、受試者之準備實驗前讓受試者詳讀實驗內容以了解實驗程序與目的，並讓受試者填寫「基本資料」、「受試者同意書」、「病史問卷」與「活動量表」，並請受試者在受試者同意書上簽名，代表同意本實驗，遵守實驗之規範。讓受試者了解或配合下列事項： (一) 受試者在參與實驗前，對於研究的目的、方法與受試者須知，對實驗必須有所瞭解。 (二) 受試者填寫健康狀況問卷調查表及受試者同意書，並與研究者約定好實驗日期、時間。 (三) 受試者須穿著運動衣褲至實驗地點。 (四) 3小時內不得飲用含有咖啡因的飲料以及禁止於前一天進行激烈運動。二、施測者之準備首先，必須對於近紅外線光譜儀操作熟悉，並了解或能執行下列事項： (一) 研究者必須先對測驗者說明清楚研究目的、方法與受試者須知。 (二) 測驗人員必須瞭解之實驗儀器的操作方式。 (三) 測驗人員皆進行儀器實驗前測試，確保實驗流程與設計無誤，以利實驗順利進行。 (四) 研究者必須先安排受試對象之測驗日期，以利實驗順利進行。.

(33) 24. 第六節、實驗場地與儀器設備一、腦氧合能力測驗： (一) 注意事項近紅外線光譜儀易受到外界光線干擾，須以繃帶纏繞於受試者前額葉，於眉毛以上約1公分位置，如圖3-3與圖3-4。以不透光之黑色頭巾包覆，遮蔽光線透入以免影響實驗數據。實驗時需隨時注意紅外線光譜儀與電腦連接是否正常，避免斷線之情況發生。施測者必須隨時觀察受試者之狀況。受試者靜坐10分鐘如圖3-5，騎腳踏車時如圖3-6。. 圖3-3 近紅外線光譜儀佩戴於前額. 圖3-4 近紅外線光譜儀佩戴於前額. 葉圖示1。. 葉圖示2。.

(34) 25. 圖3-5 受試者靜坐10分鐘圖示. 圖3-6 配戴近紅外線光譜儀騎腳踏車測功儀圖示。. (二) 測驗方法 (1) 儀器設備：儀器設備包括紅外線光譜儀 (Artinis, PortaLite, Inc, Netherlands)，如圖3-7與圖3-8、資料收集平台 (電腦)、腳踏車測功儀 (Lode BV, Excalibur Sport V2, Inc, Netherlands)和心率發射器 (Polar T31 Sender, Polar Electro, Inc, Finland)。 (2) 測驗項目：氧合能力測驗項目包含氧合血紅素、去氧血紅素與總血紅素差值 (ΔHbTot) (uM) 為運動與控制情境之時段一、二與三減安靜階段的值。 (3) 方法步驟：受試者坐於平穩的椅子上，配戴心率發射器和近紅外線光譜儀於前額葉 (如圖 3-3 與 3-4)，然後靜坐 10 分鐘，並在腳踏車測功儀上以 60 W 進行熱身 3 分鐘，實驗時以心率發射器監控心率。熱身結束後運動強度增加至 120W，每 3 分鐘增加運動強度 30W，並且詢問受試者運動自覺量表與記錄心跳率 (Rupp & Perrey, 2008)。.

(35) 26. 圖3-7 近紅外線光譜儀接受器圖示。. 圖3-8 近紅外線光譜儀主機圖示。. 二、認知功能測驗：於受試者從事有氧運動30分鐘結束10分鐘後進行認知功能測驗如下： (一) 測驗一：Stroop 色字測驗共進行四回合不同的測驗，作答之鍵盤的A、S、L與K四個鍵分別貼上紅、黃、綠與藍四種不同顏色，如圖3-9。. 圖3-9 Stroop 色字測驗用鍵盤.

(36) 27. 第一回合. 叫色色塊測驗 (Stroop color, SC)，圖3-10：圖3-10 叫色色塊測驗 (Stroop color, SC) 範例圖. 按：A. 按：S. 按：K. 按：L. 第二回合叫色文字測驗 (Stroop color-word, SW)，圖3-11：圖3-11 叫色文字測驗 (Stroop color-word, SW) 範例圖. 紅. 黃. 綠. 藍. 按：A. 按：S. 按：K. 按：L. 第三回合叫色文字與顏色相同測驗 (Stroop congruent color, SCON)，圖3-12：圖3-12 叫色文字與顏色相同測驗 (Stroop congruent color, SCON). 紅. 黃. 綠. 藍. 按：A. 按：S. 按：K. 按：L.

(37) 28. 第四回合叫色文字與顏色不相同測驗 (Stroop incongruent color, SINC)，圖3-13：圖3-13 叫色文字與顏色不相同測驗 (Stroop incongruent color, SINC). 藍. 綠. 紅. 按：A. 按：S. 按：K. 黃. 按：L. (二) 測驗二：長期記憶與短期記憶測驗 (free record) 說明，如表3-1。表3-1長期記憶與短期記憶測驗 (free record) 各階段與時間說明測驗階段. 一. 二. 三. 四. 五. 動作. 記憶. 回想. 作答. 延遲時間. 作答. 時間. 每個名詞約出現 5 秒鐘. 100 秒. 100 秒. 12分鐘. 100秒. 受試者須唸. 經過12分鐘. 出階段一的. 的延遲時. 40個名詞。. 間。. 受試者須將受試者須記 40個日常生. 受試者須將. 階段一的40 說明. 活常中見的. 階段一的40. 個名詞在腦物品名詞記內回想下。. 個名詞再次唸出。.

(38) 29. (2) 長期與短期記憶的40個名詞如下為防止學習效應，所以分為A卷與B卷。一半的受試者先進行A卷測驗 (表3-2)，另一半的受試者則先進行B卷 (表3-3)。表3-2 長期與短期記憶A卷 P. 學生. 家庭. 空間. 國家. 活動. 文化. 地方. 感覺. 教育. 機會. I. 產品. 人類. 經濟. 政治. 藝術. 廠商. 結果. 動物. 教授. 工作. 母親. 運動. 品質. 小組. 行為. 計畫. 軟體. 建築. 民眾. 新聞. 問題. 科技. 態度. 故事. 學術. 結構. 管理. 技術. 現象. 電視. R. 表3-3 長期與短期記憶B卷 P. 老師. 朋友. 時間. 政府. 生活. 環境. 網路. 關係. 企業. 系統. I. 電腦. 人生. 歷史. 社會. 設計. 總統. 方法. 土地. 學者. 訓練. 父母. 音樂. 發展. 個人. 精神. 目標. 作品. 工程. 人民. 資料. 壓力. 科學. 價值. 經驗. 語言. 功能. 會議. 設備. 階段. 電影. R. (3) Eriksen flanker task 範例圖，不同之測驗之範例圖如圖3-14、3-15、3-16與3-17。視中間箭頭的方向做答，箭頭朝向右邊答L，左邊答A。. ＞＞＞＞＞. ＜＜＜＜＜. 按：L. 按：A. 圖3-14 與中間箭頭方向一致 (FC).

(39) 30. ＜＜＞＜＜. ＜＞＜＞＞. 按：L. 按：A. 圖3-15 與中間箭頭方向不一致 (FINC). 視中間箭頭的相反方向做答，箭頭朝向右邊答A，左邊答L。. ＞＞＞＞＞. ＜＜＜＜＜. 按：A. 按：L. 圖3-16 與中間開口方向一致 ( FC1). ＜＜＞＜＜. ＜＞＜＞＞. 按：A. 按：L. 圖3-17 與中間開口方向不一致 ( FINC 1).

(40) 31. 第七節、資料處理與分析主要的統計分析方法如下：一、描述統計：本研究所得各項以SPSS for Windows 20.0 套裝統計軟體 (Statistical Analysis System) 進行資料處理及分析，結果採用平均數±標準差(M±SD) 表示。二、氧合能力為依變項，使用完全相依變異數分析比較在運動與控制情境的安靜、時段一 (運動30分鐘)、時段二 (運動後30分) 與時段三 (運動後30-52分) 各測驗時間點氧合能力的差異。三、執行控制測驗所得資料以相依樣本t檢定 (t-test) 考驗不同執行控制測驗在不同情境下的差異。.

(41) 32. 第肆章. 結果. 本章將分為以下四節說明：第一節、受試者基本資料，第二節、運動與控制之前額葉氧合能力分析，第三節、運動與控制後之執行控制能力分析。. 第一節、受試者基本資料一、全體受試者基本生理資料本研究受試者目前共有男性大學生32位，平均年齡為20.43±1.98歲，各項生理指標列於表4-1中。表4-1 全體受試者基本生理資料表項目年齡 (歲) 身高 (公分). 平均數. ±標準差. 最大值. 最小值. 20.43 ±1.98. 26. 18. 174.48 ±5.26. 188.4. 165.4. 體重 (體重). 67.48 ±10.47. 102. 48.9. 身體質量指數 (公斤/公尺2). 22.10 ±3.12. 29.9. 16.8. 最大攝氧量 (毫升/公斤/分). 45.00 ±8.10. 63.7. 30.66. 182.38 ±10.97. 204. 161. 腰圍 (公分). 77.53 ±8.58. 101. 60. 臀圍(公分). 94.06 ±7.51. 109. 72. 收縮壓 (下/分). 117.15 ±10.70. 146. 96. 舒張壓 (下/分). 63.94 ±6.43. 89. 53. 安靜心跳 (下/分). 68.12 ±10.55. 91. 47. 最大心跳率 (下/分).

(42) 33. 第二節、運動與控制之前額葉氧合能力分析一、前額葉皮質氧合能力資料本研究運動與控制情境前後前腦部額葉皮質氧合能力共分為兩個部分呈現， (一) 總血紅素差值 (ΔHbTot) (uM) 表示運動與控制情境之時段一、二與三減安靜階段的值，(二) 血紅素含氧差。 (一) 受試者在運動與控制情境之總血紅素差值 (ΔHbTot) (uM)，如表4-2。表4-2 受試者在運動與控制情境前後總血紅素差值 (ΔHbTot) (uM) 項目. 平均數 (uM) ± 標準差. 運動情境安靜. 6.89. ±4.68. 時段一. 69.76. ±20.21. 時段二. 44.44. ±25.36. 時段三. 31.22. ±22.33. 6.90. ±3.55. 時段一. 27.67. ±16.62. 時段二. 24.91. ±15.50. 時段三. 28.94. ±17.36. 控制情境安靜.

(43) 34. 從表4-3中可看出，由受試者內效應項檢定可以看出兩個自變項主要效果中運動與控制情境達到顯著水準，F(1,31)= 5.87，p＜.05與時間F(3,93)= 102.80，p＜.05皆有達到顯著效果。情境×時間交互作用項達顯著水準，F(3,93)= 30.98，p＜.05，以剖面圖來觀察，亦可發現有明顯交叉或非平行線段。故進行單純主要效果分析如表4-4。. 表4-3 運動時前中後總血紅素差值 (ΔHbTot) 變異數分析 (完全相依設計) 摘要表變異來源. SS. 組間. df. MS. F. 30823.15. 7. 情境 (A主要效果). 8016.91. 1. 8016.91. 5.87*. 時間 (B主要效果). 8611.51. 3. 2870.50. 102.80*. 14194.73. 3. 4731.58. 30.98*. 248. 83.00. 情境*時間(交互作用) 組內. 20583.84. 受試者內S. 4558.05. 31. 569.76. 殘差(A×S). 11736.75. 31. 489.03. 殘差(B×S). 623.86. 93. 77.98. 3665.18. 93. 152.72. 殘差(AB×S) 全體. Total. 51406.99 *p＜.05. *F(1,31)=4.16. 255 F(3,93)=3.70.

(44) 35. 表4-4 總血紅素差值 (ΔHbTot) 單純主要效果分析摘要表變異來源. SS. 事後比較. df. MS. F. 2.911. 1. 2.91. .182. 在時段一條件下. 28460.187. 1. 28460.19. 129.768*. 運動＞控制. 在時段二條件下. 6933.405. 1. 6933.41. 15.179*. 運動＞控制. 在時段三條件下. 2075.891. 1. 2075.89. 9.090*. 運動＞控制. 誤差(A+AB*block). 15401.33. 124. 641.75. 在運動情境下. 35093.49. 3. 11697.83. 50.37‡. 2＞3＞4＞1. 在控制情境下. 4117.08. 3. 1372.36. 9.240*. 4＞2＞3＞1. 誤差(B+AB*block). 4289.04. 186. 230.70. A 情境因子在安靜條件下. B時間因子. *F.95(1,124)=3.84. ‡. F.95(3,186)=2.6. 註：事後比較表格內數字1表示安靜階段、2表時段一、3表時段二與4表時段三。. 由表4-4事後比較可以看出，在運動情境下時段一 (腳踏車運動三十分)，時段二 (運動後三十分鐘恢復期) 和時段三 (運動後三十分鐘至五十二分鐘恢復期)，運動時的總血紅素差值 (ΔHbTot) 皆顯著高於控制組。另外，在運動情境下，時段一、時段二和時段三的總血紅素差值 (ΔHbTot) (uM)顯著高於安靜值。.

(45) 36. 由表4-4與4-5可以看出，在運動情境下時段一、二與三的總血紅素差值 (ΔHbTot) 顯著大於安靜值，而且時段一顯著大於時段二，時段二顯著大於時段三，時段三顯著大於安靜值，達顯著水準 (p＜.05)，如表4-5。. 表4-5 運動情境總血紅素差值 (ΔHbTot) 事後比較摘要表實驗處理. 安靜. 時段一. 時段二. 時段三. 安靜. --. *. *. *. --. *. *. --. *. 時段一時段二時段三. -(*p＜.05 表示各時段之間有顯著差異). 註：時段一代表30分鐘腳踏車運動、時段二代表運動後三十分鐘、時段三代表運動後三十至五十二分鐘. 由表4-4與4-6可以看出，在控制情境下時段一、二與三的總血紅素差值 (ΔHbTot) 顯著大於安靜值，而且時段三大於時段一，時段三大於時段四，時段四大於安靜值，達顯著水準 (p＜.05)，如表4-6。表4-6 控制情境總血紅素差值 (ΔHbTot) 事後比較摘要表實驗處理. 安靜. 時段一. 時段二. 時段三. 安靜. --. *. *. *. 時段一時段二. ---. 時段三. -(*p＜.05 表示各時段之間有顯著差異). 註：時段一代表30分鐘腳踏車運動、時段二代表運動後三十分鐘、時段三代表運動後三十至五十二分鐘.

(46) 37. 圖 4-1 為運動與控制情境下之總血紅素差 (ΔHbTot) 值的變化圖，分為安靜、時段一、時段二與時段三，共分為四個階段。運動情境下總血紅素差值 (ΔHbTot) 從安靜到時段一快速升高的趨勢，於時段一到時段二下降，時段二到時段三降低的趨勢比時段一到二下降趨勢較為平緩。控制情境下從安靜階段到時段一為緩慢上升，時段一到時段二有緩慢降低的情況，而時段二到時段三有些微上升。運動與控制情境兩條折線的趨勢可以看出，總血紅素差值 (ΔHbTot) 除在安靜階段外，運動各個情境皆高於控制情境的值。. * * *. 圖4-1 運動與控制情境在不同時間下總血紅素差值 (ΔHbTot) 變化圖 *表示運動與控制情境達顯著差異 (p＜.05)。.

(47) 38. (二) 運動與控制情境下血紅素含氧差 (hemoglobin difference, O2Hbdiff)，如表4-7。表4-7 受試者在運動與控制情境前後血紅素含氧差項目. 平均數(uM). ± 標準差. 運動情境安靜. 12.46. ±8.88. 時段一. 50.79. ±14.45. 時段二. 34.87. ±13.16. 時段三. 19.59. ±13.44. 6.83. ±5.35. 時段一. 16.56. ±8.05. 時段二. 12.48. ±7.61. 時段三. 13.34. ±10.66. 控制情境安靜.

(48) 39. 表4-8由受試者內效應項的檢定，可以看出兩個自變項主要效果中運動與控制情境達到顯著水準，F(1,31)= 58.76，p＜.05與時間F(3,93)= 26.07，p＜.05皆有達到顯著效果。情境×時間交互作用項達顯著水準，F(3,93)= 35.46，p＜.05，以剖面圖來觀察，亦可發現有明顯交叉或非平行線段。故進行單純主要效果分析如表4-9。. 表4-8 運動時前中後血紅素含氧差變異數分析 (完全相依設計) 摘要表變異來源. SS. 組間. df. MS. F. 16572.96. 7. 情境 (A主要效果). 6454.80. 1. 6454.801. 58.76*. 時間 (B主要效果). 6980.29. 3. 2326.763. 26.07*. 情境*時間(交互作用). 3137.87. 3. 1045.956. 35.46*. 9065.33. 248. 36.55. 受試者內S. 4404.23. 31. 440.42. 殘差(A×S). 1098.42. 31. 109.84. 殘差(B×S). 2677.71. 93. 89.26. 殘差(AB×S). 884.97. 93. 29.50. 25638.29. 255. 組內. 全體. Total *p＜.05. *F(1,31)=4.16. F(3,93)=3.70.

(49) 40. 表4-9 血紅素含氧差單純主要效果分析摘要表變異來源. SS. df. MS. F. 事後比較. A 情境因子在安靜條件下. 75.78. 1. 75.78. 1.85. 在時段一條件下. 14283.42. 1. 14283.42. 65.78*. 運動＞控制. 在時段二條件下. 4246.06. 1. 4246.06. 11.22*. 運動＞控制. 在時段三條件下. 519.55. 1. 519.55. 6.89*. 運動＞控制. 誤差(A+AB*block). 1983.39. 124. 16.00. 在運動情境下. 14166.74. 3. 4722.25. 31.42‡. 2＞3＞4＞1. 在控制情境下. 1250.28. 3. 416.76. 8.66‡. 2＞4＞3＞1. 誤差(B+AB*block). 3562.68. 186. 19.15. B時間因子. *F.95(1,124)=3.84. ‡. F.95(3,186)=2.6. 註：事後比較表格內數字1表示安靜階段、2表時段一、3表時段二與4表時段三。. 由表4-9事後比較可以看出，在運動情境下時段一 (腳踏車運動三十分)，時段二 (運動後三十分鐘恢復期) 和時段三 (運動後三十分鐘至五十二分鐘恢復期)，運動時的血紅素含氧差皆顯著高於控制組。另外，在運動情境下，時段一、時段二和時段三的血紅素含氧差顯著高於安靜值。.

(50) 41. 由表4-9與4-10可以看出，在運動情境下時段一與二的血紅素含氧差顯著大於安靜值，而且時段一顯著大於時段二，時段二顯著大於時段三，時段三大於安靜值，達顯著水準 (p＜.05)，如表4-10。表 4-10. 運動情境的血紅素含氧差事後比較摘要表. 實驗處理. 安靜. 時段一. 時段二. 安靜. --. *. *. --. *. *. --. *. 時段一時段二時段三. 時段三. -(*p＜.05 表示各時段之間有顯著差異). 註：時段一代表30分鐘腳踏車運動、時段二代表運動後三十分鐘、時段三代表運動後三十至五十二分鐘. 由表4-9與4-11可以看出，在控制情境下時段一、二與三的血紅素含氧差顯著大於安靜值，而且時段一顯著大於時段二，時段二顯著大於時段三，時段三大於安靜值，達顯著水準 (p＜.05)，如表4-11。表 4-11 控制情境的血紅素含氧差事後比較摘要表實驗處理. 安靜. 時段一. 時段二. 時段三. 安靜. --. *. *. *. 時段一時段二. ---. 時段三. -(*p＜.05 表示各時段之間有顯著差異). 註：時段一代表30分鐘腳踏車運動、時段二代表運動後三十分鐘、時段三代表運動後三十至五十二分鐘.

(51) 42. 圖 4-2 為運動與控制情境下之血紅素含氧差 (O2Hbdiff) 的變化圖，分為安靜、時段一、時段二與時段三，共分為四個階段。運動情境下血紅素含氧差值從安靜到時段一快速升高的趨勢，於時段一到時段二與時段二到時段三呈現下降趨勢。控制情境下從安靜階段到時段一為緩慢上升，階段一到階段二與時段二到時段三仍有微幅上升的情況。運動與控制情境兩條折線的趨勢可以看出，除在安靜情況下，血紅素含氧差在運動情境三個時段皆顯著高於控制情境的值。. * * *. 圖4-2 運動與控制情境下在不同時間之血紅素含氧差值的變化圖 *表示運動與控制情境達顯著差異 (p＜.05)。.

(52) 43. 第三節、運動與控制情境後之執行控制能力分析本研究的運動與控制情境後之執行控制能力分為三個部分說明結果，(一) Stroop 測驗的反應時間與正確率，(二) 長期記憶與短期記憶測驗 (free record)，(三) Eriksen flanker task測驗。一、運動與控制情境後Stroop測驗的反應時間與正確率表4-12 運動與控制情境下不同的叫色測驗下的反應時間表. 項目. 平均數(ms). ±標準差. 顯著性. 叫色色塊測驗 (SC) 運動情境. 476.78 ±63.32 .038*. 控制情境. 503.58 ±126.22. 叫色文字測驗 (SW) 運動情境. 544.51 ±70.82 .397. 控制情境. 556.48 ±91.77. 叫色文字與顏色相同測驗 (SCON) 運動情境. 491.23 ±65.39. 控制情境. 495.90 ±114.98. .674 叫色文字與顏色不相同測驗 (SINC) 運動情境. 605.67 ±99.55. 控制情境. 606.60 ±173.19. .951. *表示不同情境之間有顯著差異 (p＜.05).

(53) 44. 表4-13 運動與控制情境下不同的叫色測驗下的正確率表. 項目. 平均數%. 顯著性. 叫色色塊測驗 (SC) 運動情境. 96.5 .871. 控制情境. 96.6. 叫色文字測驗 (SW) 運動情境. 95.9 .343. 控制情境. 95.4. 叫色文字與顏色相同測驗 (SCON) 運動情境. 96.2. 控制情境. 97.1. .185 叫色文字與顏色不相同測驗 (SINC) 運動情境. 94.7. 控制情境. 94.0. .179. 運動與控制情境下的執行控制測驗結果由上表4-12與4-13得知： (一) 叫色色塊測驗 (SC) 1、反應時間，如表4-12：兩個樣本的平均秒數各為476.78與503.58毫秒，顯著性為.038，考驗結果達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下有顯著的不同。從樣本平均數大小可以看出，運動後的反應時間 (秒數) 成績476.78毫秒較控制情境下503.58毫秒為優，顯示運動後的反應時間有顯著較快的表現。. 2、正確率，如表4-13：兩個樣本的平均正確率各為96.5%與96.6%，顯著性為.871，考驗結果未達顯著，表.

(54) 45. 示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. (二) 叫色文字測驗 (SW) 1、反應時間，如表4-12：兩個樣本的平均秒數各為544.51與556.48毫秒，顯著性為.397，考驗結果未達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 2、正確率，如表4-13：兩個樣本的平均正確率各為95.9%與95.4%，顯著性為.343，考驗結果未達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. (三) 叫色文字與顏色相同測驗 (SCON) 1、反應時間，如表4-12：兩個樣本的平均秒數各為491.23與495.90毫秒，顯著性為.674，考驗結果未達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 2、正確率，如表4-13：兩個樣本的平均正確率各為96.2%與97.1%，顯著性為.185，考驗結果未達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. (四) 叫色文字與顏色不相同測驗 (SINC) 1、反應時間，如表4-12：兩個樣本的平均秒數各為605.67與606.60毫秒，顯著性為.951，考驗結果未達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。.

(55) 46. 2、正確率，如表4-13：兩個樣本的平均正確率各為94.7%與94.0%，顯著性為.179，考驗結果未達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 不同Stroop測驗的反應時間圖，如圖4-3可以看出在叫色色塊測驗中運動與控制情境後有顯著差異，而其他的測驗沒有達顯著差異。. *. 圖4-3 不同的叫色測驗下的反應時間圖註：*表兩個不同情境下達到顯著差異 (p＜.05)。SC表叫色色塊測驗、SW表叫色文字測驗、SCON表叫色文字與顏色相同測驗、SINC表叫色文字與顏色不相同測驗。.

(56) 47. 不同Stroop測驗的正確率圖，如圖4-4得知，在正確率的結果上皆沒有達到顯著差異。. 圖4-4. 不同的叫色測驗下的正確率圖. 註：*表兩個不同情境下達到顯著差異 (p＜.05)。SC表叫色色塊測驗、SW表叫色文字測驗、SCON表叫色文字與顏色相同測驗、SINC表叫色文字與顏色不相同測驗。.

(57) 48. 二、運動與控制情境下長期記憶與短期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數與正確率本研究的長期記憶與短期記憶測驗 (free record) 分為兩個部分，(一) 短期記憶測驗，(二) 長期記憶測驗，兩部分皆包含回答字詞個數與正確率，如表4-14與4-15。. (一) 短期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數，如表4-14。表4-14 短期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數項目. 平均數(個). ±標準差. 顯著性. 總個數 (共 40 個) 運動情境. 13.12. ±4.75. 控制情境. 13.62. ±3.70. 運動情境. 5.50. ±1.73. 控制情境. 5.08. ±1.32. 運動情境. 5.27. ±3.00. 控制情境. 6.00. ±2.67. 運動情境. 2.35. ±1.67. 控制情境. 2.54. ±1.70. .52. 前 10 個字詞 .33. 中間20個字詞 .19. 後10個字詞 .60. 1.答對總個數，如表4-14。兩個樣本的平均答對題數各為13.12與13.62個，顯著性為.52，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 2.前10個字詞，如表4-14。兩個樣本的平均答對題數各為5.50與13.62個，顯著性為.33，考驗結果不達顯著，表.

(58) 49. 示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 3.中間20個字詞，如表4-14。兩個樣本的平均答對題數各為5.27與6.00個，顯著性為.19，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 4.後10個字詞，如表4-14。兩個樣本的平均答對題數各為2.35與2.54個，顯著性為.60，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 圖4-5 短期記憶 (free record) 回答字詞個數之長條圖，可以看出每一個回答字詞個數皆無達顯著差異。. 圖4-5 短期記憶 (free record) 回答字詞個數圖.

(59) 50. (二) 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數，共40個，如表4-15。表4-15 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數項目. 平均數(個). ±標準差. 顯著性. 總個數 (共 40 個) 運動情境. 12.58. ±4.35. 控制情境. 13.50. ±3.70. 運動情境. 5.19. ±1.63. 控制情境. 5.04. ±1.18. 運動情境. 5.65. ±3.15. 控制情境. 6.19. ±2.53. 運動情境. 1.73. ±1.00. 控制情境. 2.27. ±1.69. .23. 前 10 個字詞 .71. 中間20個字詞 .32. 後10個字詞 .10. 1.答對總個數，如表4-15 兩個樣本的平均答對題數各為12.58與13.50個，顯著性為.23，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 2.前10個字詞，如表4-15 兩個樣本的平均答對題數各為5.19與5.04個，顯著性為.71，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 3.中間20個字詞，如表4-15 兩個樣本的平均答對題數各為5.65與6.19個，顯著性為.32，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。.

(60) 51. 4.後10個字詞，如表4-15 兩個樣本的平均答對題數各為1.73與2.27個，顯著性為.10，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 圖4-6 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數圖之長條圖，可以看出每一個回答字詞個數皆無達顯著差異。. 圖4-6 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞個數圖.

(61) 52. (三) 短期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率，如表4-16。表4-16 短期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率項目. 正確率(%). 顯著性. 總個數 (共 40 個) 運動情境. 33.31. 控制情境. 34.52. .46. 前 10 個字詞運動情境. 53.23. 控制情境. 51.29. .62. 中間20個字詞運動情境. 26.77. 控制情境. 30.65. .10. 後10個字詞運動情境. 26.45. 控制情境. 25.48. .78. 1.總個數正確率，如表4-16 兩個樣本的平均答對正確率各為 33.31 與 34.52%，顯著性為.46，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 2.前10個字詞正確率，如表4-16 兩個樣本的平均答對正確率各為 53.23 與 51.29%，顯著性為.62，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 3.中間20個字詞正確率，如表4-16 兩個樣本的平均答對正確率各為26.77與30.65%，顯著性為.10，考驗結果不達顯著，.

(62) 53. 表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 4.後10個字詞正確率，如表4-16 兩個樣本的平均答對正確率各為26.45與25.48%，顯著性為.78，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 圖4-7短期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率之長條圖，可以看出每一個字詞正確率皆無達顯著差異。. 圖4-7 短期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率.

(63) 54. (四) 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率，表4-17 表4-17 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率項目. 正確率(%). 顯著性. 總個數 (共 40 個) 運動情境. 31.53. 控制情境. 34.35. .10. 前 10 個字詞運動情境. 51.61. 控制情境. 52.58. .79. 中間20個字詞運動情境. 27.90. 控制情境. 31.29. .15. 後10個字詞運動情境. 18.71. 控制情境. 22.26. .23. 1.總個數正確率，如表4-17 兩個樣本的平均答對正確率各為 31.53 與 34.35%，顯著性為. 10，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 2.前10個字詞正確率，如表4-17 兩個樣本的平均答對正確率各為 51.61 與 52.58%，顯著性為.79，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 3.中間20個字詞正確率，如表4-17 兩個樣本的平均答對正確率各為27.90與31.29%，顯著性為.15，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。.

(64) 55. 4.後10個字詞正確率，如表4-17 兩個樣本的平均答對正確率各為18.71與22.26%，顯著性為.23，考驗結果不達顯著，表示這些受試者兩次不同情境下沒有顯著的不同。. 圖4-8為長期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率之長條圖，可以看出每一個字詞正確率皆無達顯著差異。. 圖 4-8 長期記憶測驗 (free record) 回答字詞正確率.

(65) 56. (三) Eriksen flanker task 測驗的反應時間與正確率，表 4-18 表 4-18 不同情境 Eriksen flanker task 測驗的反應時間項目. 平均數(ms). ±標準差. 顯著性. 與中間箭頭方向一致 (arrow consistent, AC) 運動情境. 396.69 ±59.13 .36. 控制情境. 391.98 ±57.13. 與中間箭頭方向不一致 (arrow inconsistent, AINC) 運動情境. 474.99 ±79.43 .22. 控制情境. 486.09 ±59.77. 與中間開口方向一致 (arrow opening consistent, AOC) 運動情境. 408.23 ±50.62 .05. 控制情境. 397.84 ±46.37. 與中間開口方向不一致 (arrow opening inconsistent, AOINC ) 運動情境. 436.55 ±65.13. 控制情境. 434.52 ±56.35. .76. *表示不同情境之間有顯著差異 (p＜.05).