身體活動介入對執行功能影響之後設分析

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(1)國立臺灣師範大學特殊教育學系碩士論文. 身體活動介入對執行功能影響之後設分析 The effect of physical activity on executive function: A meta-analysis.. 指導教授：陳心怡教授研究生：李漢岳撰. 中華民國一○二年六月.

(2) 謝誌. 滿載而歸的三年阿！. 首先由衷的感謝一路陪伴我成長的指導教授，陳心怡老師。不僅在測驗統計專業課程以及論文指導的過程中，吸收到老師所給予的充足養分，有幸長期參與老師的研究案更令我獲益匪淺。同時感謝口試委員廖遠光老師、陳益祥老師，分別帶領我進入後設分析研究法，以及運動心理學的研究領域，並持續針對研究主題給予我寶貴意見，使本研究能更臻完善。. 其次，感謝碩士班期間教導與幫助我的師長與同學們。林幸台老師引領我不斷反思學術研究的意義與價值。余民寧老師、邱皓政老師、林清山老師幫助我在測驗與統計知識上更上一層樓。洪聰敏老師幫助我對運動心生理學能有更深層的認識。蔡柏盈老師協助我改善與增進學術寫作技巧。佳男學長、憶茹學姐、宣惠學姐辛苦擔任本研究的共同編碼者。楷茹學姐不厭其煩的與我討論論文寫作上的疑難雜症。瑞隆學長、容伊學姐熱心提供實習機會並分享教學經驗。佳真學姐總是溫暖傾聽並給予我鼓勵。詠齡、蟬蔓、思穎、姿絹和明媛我們總是一起修課並互相打氣。此外，也謝謝研究室的好鄰居—曼莉與慧喜，妳們的桌子與面紙，是我最好的伙伴 XD。. 最後，感謝不斷支持我的家人。我愛你們，一切盡在不言中。. 漢岳謹誌 2013 年 6 月.

(3) 摘要. 近年來身體活動領域之研究焦點已從早期的基礎認知功能，轉向對執行功能之成效探討。然而，目前雖已累積大量的實驗研究，但結果卻分歧而難以形成共識，造成研究者解釋的困難，也使實務運用者在選用介入方案時無所適從。因此，本研究之目的為採取後設分析法，完整蒐集與統整過去相關研究，以探討身體活動介入對執行功能影響之成效。同時，亦探討不同身體活動介入特徵、參與者特徵、實驗設計、測量向度，對執行功能成效的影響。經由國內外電腦資料庫(PsycArticles、ERIC、SPORTDiscus、 MEDLINE、ASP、臺灣期刊論文索引系統)搜尋、並複核過去後設分析研究與回顧性文獻所提及之研究報告，共計 94 篇文獻符合本研究之納入標準。接著，依據 Hedges 與 Olkin(1985)所發展之技術進行各篇文獻之效果值整併與調節變項分析，並以 Rosenthal(1991)之 Fail-safe N 方法，檢驗本研究結果受出版偏誤影響之情形。結果顯示，身體活動介入對執行功能具有顯著低度正向效果 (d+=0.205)，且受出版偏誤影響不大。另外，調節變項分析結果則顯示，不同身體活動介入特徵、參與者特徵、實驗設計、與測量向度均能有效增進執行功能。其中，以「參與者年齡」和「測量向度」為影響介入效果之重要調節變項。就「參與者年齡」而言， 6~26 歲參與者，隨著年齡增加，介入效果降低。就「測量向度」而言，身體活動介入對計畫/排序的影響，顯著高於工作記憶。其餘調節變項雖未達統計顯著性，但仍呈現可能趨勢。最後，本研究根據研究結果與討論，對未來研究者與實務運用者提出相關建議。. 關鍵詞：運動、抑制、轉移/彈性、計畫/排序、工作記憶、介入成效、後設分析.

(4) Abstract In recent years, the research area of physical activity has shifted in focus from basic cognitive function to higher order cognitive function—executive function. Although there is a substantial body of literature related to the effects of physical activity on executive function, the research findings are mixed. It’s not only difficult to explain by researcher, but also hard to choose an appropriate intervention program by practitioner. Thus, the purpose of this meta-analysis was to provide an updated comprehensive analysis of the extant literature on physical activity and executive function and explore the effects of moderators which include physical activity characteristics, participant characteristics, experimental designs, and types of executive functions. Searches of electronic databases (PsycArticles、ERIC、SPORTDiscus、 MEDLINE、ASP、index to Taiwan Periodical Literature System) and examinations of reference lists from relevant review articles resulted in 94 studies meeting inclusion criteria. An overall effect size (ES) and average ESs relative to moderator variables were then calculated according to Hedges and Olkin’s method (Hedges & Olkin, 1985). In addition, the possible impacts of publication bias were analyzed by a Fail-safe N analysis (Rosenthal, 1991). The overall ES was significantly positive and small (d+=0.205, k=201). A Fail-safe N analysis was applied, concluding that the meta-analysis didn’t suffer much from publication bias. Positive effects were also found in all physical activity characteristics, participant characteristics, experimental designs, and types of executive functions. Examination of potential moderators indicated that participant’s age and types of executive functions were significant moderators. For the participant’s age moderator, there is a positive association between participant’s age and ESs when the participants were 6 to 26 years old. For the types of executive functions moderator, the effect of physical activity on planning/sequencing is significantly larger than the effect on working memory. Although other moderator variables didn’t reach significance, they still reveal potential trends. Finally, some suggestions were provided for future practitioners and researchers. Keywords: sport, inhibition, switching/flexibility, planning/sequencing, working memory, effects, meta-analysis.

(5) 目次目次................................................................................................................... I 表次................................................................................................................ III 圖次................................................................................................................ IV 第一章緒論 .....................................................................................................1 第一節研究背景與動機 ............................................................................1 第二節研究目的 ........................................................................................5 第三節研究問題 ........................................................................................6 第四節名詞釋義 ........................................................................................7 第五節研究限制 ........................................................................................9 第二章文獻探討 ........................................................................................11 第一節身體活動的意涵與重要性 ..........................................................11 第二節執行功能的意涵與重要性 ..........................................................16 第三節身體活動對執行功能的影響 ......................................................30 第四節調節變項及其選擇依據 ..............................................................39 第三章研究方法 ........................................................................................49 第一節研究架構 ......................................................................................49 第二節研究流程 ......................................................................................51 第三節研究報告搜尋 ..............................................................................53 第四節研究報告閱讀與篩選 ..................................................................58 第五節編碼表制訂 ..................................................................................63 第六節研究資料登錄 ..............................................................................67 第七節效果值計算與轉換 ......................................................................70 I.

(6) 第八節資料處理與分析 ..........................................................................73 第四章結果...................................................................................................80 第一節描述性結果 ..................................................................................80 第二節整體成效 ......................................................................................87 第三節調節變項分析 ..............................................................................90 第五章討論...............................................................................................105 第一節整體效果的討論 ........................................................................105 第二節調節變項的討論 ........................................................................111 第六章結論與建議 ..................................................................................123 第一節結論 ............................................................................................123 第二節建議 ............................................................................................128 參考文獻.......................................................................................................133 附錄一身體活動介入研究之編碼表 ......................................................162 附錄二身體活動介入強度判斷準則 ......................................................164. II.

(7) 表次表 2-2-1 不同學者對於執行功能子成分之看法比較 ...............................26 表 2-3-1 現有身體活動介入對執行功能影響之後設分析相關研究比較表 ...................................................................................................................37 表 2-4-1 本研究擬定之待檢驗調節變項，於現有五篇後設分析研究之檢核情形 .......................................................................................................48 表 3-6-1 編碼一致性檢驗結果....................................................................69 表 3-7-1 各篇研究效果值之計算與轉換公式整理 ...................................72 表 3-8-1 類別模式分析方式........................................................................78 表 4-1-1 本研究納入文獻之全樣本分布情形 ...........................................82 表 4-1-2 身體活動介入特徵之文獻分佈情形 ...........................................84 表 4-1-3 執行功能測驗工具分類一覽 .......................................................86 表 4-2-1 加權平均效果值、同質性檢定、與出版偏誤檢驗結果 ...........89 表 4-3-1 社會互動性、介入期程、介入類型之調節變項分析 ...............90 表 4-3-2 有氧與阻力運動介入強度之調節變項分析 ...............................92 表 4-3-4 神經心理狀態之調節變項分析 ...................................................93 表 4-3-5 參與者年齡之調節變項分析 .......................................................95 表 4-3-6 一階調節變項分析結果摘要 .......................................................96 表 4-3-7 一階調節變項分析結果摘要 .......................................................97 表 4-3-8 第一階段調節變項分析結果摘要 ...............................................98 表 4-3-9 第二階段調節變項分析結果摘要 ...............................................99 表 4-3-10 不需社會互動組於測量向度之調節變項檢驗結果 .................99 表 4-3-11 神經心理健康組於測量向度之調節變項檢驗結果 ...............100 表 4-3-12 6~29 歲年齡組於介入類型之調節變項檢驗結果 ..................101 表 4-3-13 抑制向度於參與者年齡之調節變項檢驗結果 .......................101 表 4-3-14 組內異質類別於第二階段調節變項分析之檢驗結果 ...........102 表 5-2-1 本研究與歷年執行功能後設分析研究結果比較 .....................106 表 5-2-2 本研究與電腦化訓練、認知課程介入之後設分析效果比較 .109 III.

(8) 圖次圖 2-2-1 BADDELEY(1986)之工作記憶模型 ...............................................17 圖 2-2-2 LEZAK(1995)之執行功能成分架構 ..............................................19 圖 2-2-3 BARKLEY(1997)之執行功能混合模式 .........................................21 圖 3-1-1 研究架構圖 ....................................................................................49 圖 3-2-1 本研究之研究流程........................................................................52 圖 3-3-1 研究報告篩選流程........................................................................62 圖 4-1-1 本研究納入文獻之發表年代分佈圖 ...........................................81 圖 4-2-1 本研究計算之 201 筆效果值分佈情形 .......................................88 圖 4-3-1 各研究之參與者平均年齡分佈圖 ...............................................94. IV.

(9) 第一章. 緒論. 本章共分五節。第一節描述本研究之研究背景與動機。第二節與第三節分別說明本研究之研究目的與研究問題。第四節針對本研究之重要概念進行名詞釋義。第五節描述本研究可能的研究限制。茲分述如下。. 第一節. 研究背景與動機. Thomas Edison 曾說過：「身體的主要功能，就是帶著大腦走路。」 (The chief function of the body is to carry the brain around.)，一語道盡「身心二元論」的觀點。國內重文輕武的文化環境，亦常常對體能優異的選手，存有「頭腦簡單、四肢發達」的誤解。事實上，在動物的實驗研究上已發現，身體活動所引發的生理變化，可以改變大腦的結構，進而提升認知功能。例如：身體活動可以誘發數種對於神經元與大腦健康來說重要的生長因子，如大腦衍生神經滋養因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)和第一類型胰島素生長因子 (insulin-like growthfactor-1, IGF-1)。這些生長因子被發現在與學習和記憶最密切相關的海馬回，可以促進神經細胞生長與分化、強化細胞間的突觸可塑性，以增強神經元間的連結。它們並可促使新毛細血管生長，增加血流量，提供大腦神經細胞更充足的氧氣與養分(Cotman & Berchtold, 2002)。而在人類研究上，Etnier 等人(1997)率先以後設分析法(meta analysis)，統整了 134 篇探討運動與認知功能的實徵研究，結果指出運動對於認知功能具有小而正向的效果(整體效果值為 0.25)。然而，人類的認知功能包含了知覺、歷程速度、注意力、記憶力、執行功能…等，所以後續許多研究者也開始關心，運動對認知功能的影響，是整體的增進，還是對於 1.

(10) 特定的認知功能較有幫助？Kramer 等人(1999)即提出選擇性促進假說 (selective improvement hypothesis)，認為有氧運動對於認知功能的增進應是有選擇性的，且對執行功能的提升最有幫助。並透過比較參與者在執行功能作業，以及非執行功能作業上的表現，證實了這項假說。而後， Colcombe 與 Kramer(2003)以後設分析法，統整分析了 18 篇有氧運動介入對認知功能影響的研究，亦發現最佳的效果值，出現在測量執行功能的作業上。這些重要的發現，促使該領域的研究者，漸漸將研究焦點從早期的認知歷程速度，轉移到執行功能上(Etnier & Chang, 2009)。「執行功能」因其在人類認知功能裡所扮演的角色，如同企業組織中的「執行長」而命名，為一種高階認知能力，用以控制並協調基礎的認知功能，以完成目標/未來導向的行為(Alvarez & Emory, 2006)。由於完成一項目標導向的行為需涉及多個層面，因此執行功能實則為一個傘狀的構念(umbrella term)，廣泛的包含了一群子成分，如計畫、啟動、抑制、轉移彈性、自我監控等(Lezak, 1995; Kaufman, 2010)，且被認為與學業學習、工作成就、社交能力等有關。此外，許多神經心理疾患，如阿茲海默症、精神分裂症、注意力缺陷過動症、自閉症等，都有執行功能缺損的現象。另外，在發展心理學的研究上則發現，與執行功能密切相關的大腦前額葉，遲至青少年晚期才發展成熟，卻於老化時迅速衰退(Banich, 2009; Best, 2010; Kramer, Humphrey, Larish, Logan, & Strayer, 1994)。因此，為了確認規律的身體活動是否可以促進學齡兒童執行功能的正常發展、增進一般健康成人的執行功能表現、預防老年執行功能衰退、甚至減緩或治療神經心理疾患的執行功能問題，身體活動領域開啟了大量的實驗研究。本研究經初步文獻搜尋，發現此領域迄今至少已有 70 篇左右研究成果。其涵蓋眾多介入項目，例如跑步、走路、騎腳踏車、登階、重量訓練、太極拳、舞蹈、球類運動等。若將介入項目依類型加以簡化，可包含有氧運動、阻力運動，以及神經動作運動。每種運動類型，研究者又 2.

(11) 可依介入強度、介入持續時間、以及介入期程加以變化。可以預見的，眾多介入操弄的排列組合將對執行功能產生不同的效果。事實上，儘管使用相同的介入方式，仍然得不到一致的結果。近期研究更將研究參與者的範疇擴大到各個年齡層，以及各種神經心理疾患。此外，亦有學者指出，執行功能概念的複雜性以及測量工具的多樣化，容易造成不同研究所指稱的「執行功能」並不統一，這些變數都增加讀者瞭解各篇研究報告的難度(Etnier & Chang, 2009)。實務運用者面對如此龐大且分歧的研究結果，似乎難以歸納出一個依循的方向。要如何採取適當的介入方案才能提升執行功能成效？更具體的說，要從事什麼身體活動？每週幾次？強度為何？持續多久？才可以達到增進執行功能的成效？對於兒童、成人、老人、神經心理疾患，又該如何調整以擬定適當的運動處方？這些問題都有賴系統性文獻統整與回顧，才能獲得有意義的訊息。目前學界對於文獻回顧之方法，主要包含質性回顧(即傳統之文獻回顧法)，與量化回顧(即後設分析法)兩種。Barenberg、Berse 與 Dutke(2011) 採用質性回顧之方法，蒐集 23 篇有氧運動介入的文獻。並將各篇文獻依「運動期程」分為急性介入(即一次性的介入)與長期介入(即一次以上之持續性介入)進行討論。結果發現，在長期介入的 9 篇文獻中，有 8 篇實驗組顯著優於控制組；在急性介入的 14 篇中，則有 10 篇實驗組顯著優於控制組。然而，若將各文獻所探討之執行功能細分為五種子成分(抑制、更新、轉移、雙重作業協調、複雜需求)，則發現身體活動介入對各子成分之介入結果因達顯著之篇數與未達顯著之篇數相當，而難以形成結論。另外，對於不同運動強度、頻率、持續時間、或參與者類型等對執行功能影響之討論，也僅能分別就各篇文獻之特性做質性描述，而缺乏綜合比較。事實上，當研究數量已累積到一定程度，且文獻間又包含許多細微的操弄，傳統文獻回顧的質性描述方式，往往難以負荷。即使如 Barenberg 等人採用「投票法」的方式，比較達統計顯著差異與否的篇數，來做為實驗介入有效或無效的判斷依據，也在執行功能的子成分效果上， 3.

(12) 面臨了模稜兩可的困境。況且，每篇研究採用的樣本數量、研究品質、顯著水準也都不盡相同，但每篇研究的權重均為一票，也不合理。最後，該研究僅回顧 23 篇有氧運動研究已面臨如此困境，可知若使用傳統的文獻回顧方法全面性回顧此領域的研究，將會更顯吃力與缺乏效率。另一方面，量化的文獻回顧—後設分析研究法，透過擷取各篇研究的統計數據，並依據欲探討的調節變項進行分類整合，將有助解決上述難題。然而，目前於此領域之後設分析研究，多針對特定介入方式或參與者族群進行探討，因此，不論在文獻納入的完整度，或是調節變項分析的精細度，都存在一定的限制。舉例來說，Angevaren、Aufdemkampe、 Verhaar、Aleman 與 Vanhees(2008)僅蒐集老人族群的研究，McMorris、 Sproule、Turner 與 Hale(2011)聚焦在中等強度身體活動，Chang、Labban、 Gapin 與 Etnier(2012)關心急性運動之成效。這些研究限縮在特定參與者族群或介入方式，難以發揮後設分析全面統整的優點，反而得到的只是片面的資訊。對於 Barenberg 等人以質性回顧所留下的問題，例如，該採取何種介入類型、強度、頻率、持續時間？對哪一種執行功能子成分較具效益？也僅有 Smith 等人(2010)嘗試對介入類型和參與者認知健康狀態進行分析。然而，Smith 等人的研究也因限縮在執行功能的其中一種子成分—工作記憶，使得推論受限。從上述研究背景可知，目前有關身體活動介入對執行功能影響的研究，已累積至少 70 篇餘篇，而分歧的研究結果尚須完整之文獻回顧予以分析。然而，傳統的文獻回顧因為方法上的限制，難以對此龐大的研究數量進行有效的統整與歸納。而現有的後設分析研究，對於執行功能的成效僅有片面的理解，仍需以較有系統的方式，全面完整的探討身體活動介入對執行功能的影響。因此，本篇研究希望透過後設分析的方法，廣泛納入並統整相關研究，以瞭解身體活動介入對執行功能的整體影響，並細究調節變項所扮演的角色，給予實務運用者在應用上的建議，並提供未來研究可行的方向。 4.

(13) 第二節. 研究目的. 基於以上研究背景與動機，本研究之主要目的如下：. 一、瞭解目前有關「身體活動介入對執行功能影響」之研究現況。. 二、以後設分析法探討身體活動介入對執行功能影響之成效。. 三、以後設分析法探討不同身體活動介入特徵、參與者特徵、實驗設計、測量向度，對執行功能成效的影響。. 5.

(14) 第三節. 研究問題. 根據研究目的，本研究待答問題如下：. 一、身體活動介入對執行功能影響之研究現況為何？. 二、身體活動介入對執行功能的效果為何？. 三、不同的身體活動介入特徵、參與者特徵、實驗設計、測量向度對執行功能的成效為何？不同的身體活動介入特徵、參與者特徵、實驗設計、測量向度是否會對執行功能的效益有不同的影響？ (一) 身體活動介入的社會互動性 (需社會互動、不需社會互動)對執行功能的成效為何？彼此成效是否有差異？ (二) 不同的身體活動介入期程(急性介入、長期介入)對執行功能的成效為何？彼此成效是否有差異？ (三) 不同的身體活動介入類型(有氧運動、阻力運動、神經動作運動)對執行功能的成效為何？彼此成效是否有差異？ (四) 不同的身體活動介入強度(非常輕度、輕度、中度、強度、激烈)對執行功能的成效為何？彼此成效是否有差異？ (五) 身體活動介入對不同神經心理狀況參與者(缺損、健康)的執行功能成效為何？彼此成效是否有差異？ (六) 身體活動介入對執行功能的影響，是否與參與者年齡有關？ (七) 不同實驗設計(真實驗、準實驗、前實驗)之身體活動介入研究，對於執行功能之成效為何？彼此成效是否有差異？ (八) 身體活動介入對不同執行功能測量向度(抑制、轉移/彈性、計畫/排序、工作記憶)之成效為何？彼此成效是否有差異？. 6.

(15) 第四節. 名詞釋義. 一、身體活動(physical activity)：身體活動指任何藉由骨骼肌消耗能量，所產生的身體移動 (Caspersen, Powell, & Christenson, 1985)。狹義的身體活動指的是步行、爬樓梯、做家事、打掃房子、洗車等日常生活中的各種活動。廣義的身體活動，涵蓋健身運動(exercise)、競技運動(sport)，以及所有日常生活的各種活動。其中，健身運動指的是為改善一項或多項體適能，所進行的一系列具有計畫性、結構性，及反覆性的身體活動。如有氧運動、阻力運動、伸展運動、神經動作運動等。競技運動指的是具有競爭性、規則性，且涉及大肌肉動作的身體活動。如球類運動、田徑運動等。本研究為求完整搜尋與統整現有身體活動介入對執行功能影響之實徵研究，因此本研究所指之「身體活動」採取廣義的定義。個別實徵研究中，若採取廣義的身體活動，作為增進執行功能的介入手段，在本研究稱為「身體活動介入」。. 二、執行功能(executive function)：執行功能是人類完成一件目標導向行為所需的認知能力。個體為了達成一個未來目標，需不斷維持一個適當的問題解決狀態，包括抑制或延遲不適當的自動化反應、策略性的計畫未來行動，並持續將渴望的目標維持在心中(Welsh & Pennington, 1988)。因此，執行功能實則為一個傘狀的認知構念(umbrella term)，由一群互有關連但又各自獨立的子成分所組成，包括抑制、注意力資源分配、計畫/排序、組織、工作記憶、啟動、轉移彈性、自我監控等(Baddeley, 1996; Kauffman, 2010; Lezak, 1995 )。其中，「抑制」、「計畫/排序」、「工作記憶」，及「轉移彈性」為最多數學者認同之核心內 7.

(16) 涵。「抑制」指的是個體追求目標時，用於抑制與目標無關刺激或不適當的自動化反應的能力。「計畫/排序」指的是為達到某項目標所採取之步驟安排能力。「工作記憶」指的是將外在刺激訊息或從過去長期記憶提取的訊息暫存在心中，進行操弄，並使用這些訊息來引導個體行為的能力。「轉移彈性」指的是完成一件任務時，能因不同條件或情境要求，彈性調整而不固執於原先思考歷程與行為，以順利完成目標的能力。本研究所指之執行功能主要反應在各種執行功能測驗、量表，與作業上所測得的表現。. 三、後設分析(meta analysis)：後設分析為一種量化的文獻回顧方法。指研究者針對某一特定主題，系統性的蒐集過去相關研究，擷取各篇研究重要數據，再透過一組統計方法進行數據整合，以瞭解該主題整體的集中趨勢與變異情形，並探討造成研究間不一致的可能原因(Lipsey & Wilson, 2001; Littell, Corcoran, & Pillai, 2008)。本後設分析使用 Hedeges 與 Olkin(1985)所發展之分析技術，先以「變異數倒數」法對各篇研究效果值進行加權平均，以瞭解身體活動介入對執行功能影響之整體成效。再透過調節變項分析中的「類別模式」與「連續模式」，探究可能影響實驗效果的一系列調節變項。. 8.

(17) 第五節. 研究限制. 一、研究範圍的限制 (一) 僅納入已發表文獻本研究僅納入已發表文獻，而排除碩博士論文、研討會論文等未發表文獻。故在結果推論上，僅限於已發表文獻之範疇。 (二) 僅納入英文與中文發表文獻本研究僅納入以英文或中文發表之文獻。雖最後納入四大洲與 17 餘國以英文或中文發表之研究，但由於排除各國以本國語言發表之文獻，故結果仍不可推論至所有已納入本研究其國家。 (三) 僅納入行為指標之文獻本研究僅納入行為指標之文獻(如認知作業時所表現的反應時間、反應正確率，或填寫測驗/量表之得分)，而排除生理指標之文獻(如參與者進行認知作業時所反應的腦波(EEG)、事件關連電位(ERP)、核磁共振造影(MRI)、或功能性核磁共振造影 (fMRI)等)。故本研究結果僅反應行為指標之發現。. 二、後設分析方法的限制 (一) 僅納入可提供充足資訊以計算效果量之文獻受限於後設分析之計算技術，本研究排除以下三種情形。第一，未提供實驗組與控制組之平均數與標準差，或未提供平均數差異顯著性考驗的相關統計值(如：t 值、F 值、p 值；以及樣本數)之研究。第二，單一受試研究。第三，採用多變量分析，但未提供單變量考驗結果之研究(例如以多變量變異數分析進行整體考驗，但最後未提供單變量 F 值)。故本研究僅能反應可提供充足資訊計算效果量之研究的統整結果。. 9.

(18) (二) 調節變項分析無法建立因果關係調節變項分析是以事後分組比較方式，瞭解組間差異情形之研究方法。例如本研究依據各文獻所採用的介入類型、介入期程、介入強度等進行分組比較。然而，我們無法使用實驗控制的方式，將混淆變項(confounding variable)的影響情形保持恆定，故各組之組間差異仍受到其他混淆變項影響，使我們無法下因果推論。例如不同介入類型對執行功能的提升成效不同，也可能是各組之年齡組成不同所致。因此，調節變項分析之結果無法建立因果關係，僅為暫時性之參考，未來仍須以嚴謹之實驗研究法，對本研究之調節變項分析結果進行檢驗。. 10.

(19) 第二章. 文獻探討. 本研究運用後設分析研究法，探討身體活動介入對執行功能之影響，並檢驗各調節變項對實驗效果之重要性。文獻探討共分四節，前兩節分別描述「身體活動」及「執行功能」的意涵與重要性。第三節回顧目前身體活動介入對執行功能影響的相關研究。第四節說明本研究欲探討之調節變項其選擇依據。. 第一節. 身體活動的意涵與重要性. 一、身體活動的意涵：目前對於運動介入相關的名詞，主要包含了身體活動(physical activity)、健身運動(exercise)、與競技運動(sport)。這三個名詞由於在概念上有許多的重疊，又經常在不同研究中交替出現，極容易造成混淆。為了能正確解讀不同研究中所使用到的這些術語，並使得研究間發現得以正確比較，實有必要對這些術語進行定義與釐清。 Caspersen 等人(1985)對於身體活動、健身運動、與體適能(physical fitness)這三個名詞的界定，後續受到廣大迴響與引用。「身體活動」泛指任何藉由骨骼肌消耗能量，所產生的身體移動。「體適能」指的是能夠有效且安全的應付日常生活中一般性及緊急的情況，並有餘力從事休閒活動的能力。包含了四個要素：身體組成(body composition)、心肺耐力(cardiorespiratory endurance)、肌力與肌耐力(muscular strength and endurance)以及肌肉柔軟度(flexibility)。顯而易見的，當一個個體擁有穠纖合度的體態(良好的身體組成)、心臟、肺臟與血管功能良好，能夠攜帶足夠的氧氣以應付長時間的身體活動(良好的心肺功能)、具備強健的力氣足以應付日常生活活動(良好的肌力與肌耐力)，關節在活動範圍內能延展 11.

(20) 自如(良好的身體柔軟度)，即具備了良好的體適能。其不僅可以廣泛參與溫和或劇烈的各項身體活動而不會受到功能上的限制，也能有效且安全的應付日常生活中任何一般性及緊急性的情況。而「健身運動」，就是為了改善或維持上述一項或多項體適能要素，所進行的一系列有計畫、有組織且反覆性的身體活動。例如為了改善身體組成所進行的「體重管理」、改善心肺耐力所進行的「有氧運動」、改善肌力與肌耐力所進行的「阻力訓練」、改善柔軟度所進行的「伸展運動」，並有計畫且有組織的反覆實施這些身體活動。從上述定義可以得知，身體活動涵蓋的範圍最廣，而健身運動則是具有目的性的身體活動，以改進體適能為目標。而體適能則更像一種結果或指標，用以反應身體的狀態。另外，exercise 和 sport，原先在中文裡都譯為「運動」，則是另一對易混淆的名詞。exercise 如上所述，譯為「健身運動」為較好的作法。而 sport 一詞，Rejeski 與 Brawely(1988)將之定義為：具有規則性、結構性和競爭性，且涉及大肌肉動作的身體活動。另外，還具有身體移動之策略、力量控制和時宜控制的特質。由此可見，sport 更強調的是活動本身具有規則，且具有競爭、比較輸贏的性質。如球類運動、百米賽跑… 等。因此，後來國內學者將 sport 譯為「競技運動」(盧俊宏、卓國雄、陳龍弘，2005)。如此一來，更貼近原意，也能與「健身運動」有效區分。從上述對於身體活動、健身運動、與競技運動的定義，研究者大致以兩個方向來統整：一個是目的性，一個是運動項目。若以目的性來區分，身體活動泛指所有肌肉骨骼的移動，因此目的性視移動所要達成的目標而定。而健身運動是以增進體適能為目的、競技運動是以競賽獲勝為目的；若以運動項目作統整，健身運動由於強調增進體適能的目標，因此多為跑步、騎單車、游泳等有氧運動；伏地挺身、仰臥起做、舉重等阻力訓練；或瑜珈、柔軟體操等伸展運動為主。而競技運動由於競賽的精神，且具有比賽規則，則多為球類、田徑運動等為主。但兩者仍會有重疊的動作狀態，例如跑步可以是健身運動，但若是 100 公尺競賽， 12.

(21) 就變成競技運動。籃球雖然大多被歸為競技運動，但若個人到公園活動筋骨，也可以是健身運動。而身體活動則足以包含競技運動與健身運動的所有運動項目。因此整體來說，不論是目的性、或運動項目，身體活動均是最廣義的名詞，能涵蓋所有競技運動與健身運動。. 二、身體活動的重要性：美國健康與人類服務部門(U. S. Department of Health and Human Services, USDHHS)於 1996 年發表的「身體活動與健康：衛生局報告」，為第一篇全面性回顧身體活動與疾病預防間關係的指標性研究報告。該報告指出，大量證據顯示身體活動能促進多項身體健康，其中，以心血管和肌肉骨骼系統具有最大的效益，而對於代謝功能、內分泌和免疫系統的效益也值得注意。規律的身體活動可以降低罹患冠狀動脈心臟病、高血壓、結腸癌、及糖尿病的風險，維持正常肌肉力量及骨質密度以預防關節炎與骨質疏鬆。另外，身體活動總量與死亡率呈負相關，高身體活動量常伴隨低死亡率。該報告也指出，長期維持中度的身體活動(如每天或一週數天，一次 15-30 分鐘的競走、慢跑、騎腳踏車、或單純的散步)，即可獲得顯著的健康效益。整體而言，規律的身體活動可以預防過早死亡、不必要的疾病與失能、減少醫療照護費用、並在一生中維持良好的生活品質。有鑑於 USDHHS(1996)顯示身體活動對於健康之重要性，後續學者開始致力於研究如何擬定適當的運動處方(exercise prescription)。運動處方指的是根據科學證據所擬定之系統性運動訓練計畫，用於提升體適能與促進個體健康。隨著研究證據累積，運動處方的觀念也不斷補充與修訂。最新一期由美國運動醫學會(American College of Sports Medicine, ACSM)所提出「身體活動與健身運動指引」(ACSM, 2011)，即提供了一系列運動處方之原則。相較於 USDHHS(1996)之研究證據多來自有氧運動的貢獻，ACSM(2011)指出增進體適能的四種健身運動(有氧運動、阻 13.

(22) 力運動、伸展運動、與神經動作運動)都能對健康促進有不同層面的影響。此外，ACSM 亦針對每種健身運動所需的強度(intensity)、持續時間(time)、頻率(frequency)、與期程(duration)四種成分，提供詳細的建議。健康與體適能的方案設計者，可根據上述詳細建議，並考量個體的健康需求、身體狀態、個人因素、與期望目標後，提供個別化之運動處方。個體在運動處方介入期間，若能按時執行處方之建議，並回報方案設計者運動後的反應以共同討論、修正處方內容，即可更有效率的享受身體活動與健身運動對健康帶來的益處。另一方面，USDDHS(1996)與 ACSM(2011)報告中，亦顯示了身體活動具有減緩憂鬱和焦慮症狀、心情愉悅、以及降低罹患憂鬱症的風險。這些發現影響了運動心理學領域對於身體活動與心理健康關係的研究與重視。由於憂鬱症和焦慮症均為高盛行率的心理疾病，而藥物治療不僅有副作用的問題，亦造成經濟上極大負擔。相對而言，身體活動介入的低成本與副作用少等特性，使其成為預防與治療憂鬱症之另一扇窗。 Rethorst、Wipfli 與 Landers(2009)回顧 58 篇探討身體活動對憂鬱症狀影響之隨機控制實驗研究發現，身體活動對於憂鬱症狀的減輕，具有高度效果(整體平均效果值為-0.8)。此篇研究具有最高等級證據水準之特性，亦讓此研究發現更具參考價值。此外，受到正向心理學影響，亦有研究者探討身體活動與幸福感之關係。Netz、Wu、Becker 與 Tenenbaum(2005) 統整 36 篇身體活動介入對健康老人幸福感影響之研究發現，運動介入對健康老人幸福感的提升，為控制組之三倍。其中，又以中等強度有氧運動最具效益。除了憂鬱、焦慮等情緒問題以外，「認知功能」更成為近年新興的心理健康議題(張育愷、洪巧菱，2010)。認知功能指的是人類獲得、使用與產生知識的能力，包含了知覺、注意力、記憶、思考、問題解決、推理…等。Etnier 等人於 1997 年發表第一篇有關身體活動與認知功能的後設分析。該研究廣泛納入不同身體活動介入類型、認知功能測量、參與 14.

(23) 者特徵、以及研究設計，全面完整探討身體活動介入對於認知功能之影響。結果顯示，身體活動介入對於認知功能的增進具有小而正向的效果 (整體平均效果值為 0.25)。後續多篇運動與認知的後設分析研究，亦呈現類似的結果(Etnier, Nowell, Landers, & Sibley, 2006; Sibley & Etnier, 2003)。此外，一些研究也顯示，身體活動能預防老人失智症、帕金森氏症等神經退化性疾病(Aarsland, Sardahaee, Anderssen, Ballard, & Alzheimer's, 2010; Hamer & Chida, 2009)，對於認知損傷的老年人也具有治療效果 (Heyn, Abreu, & Ottenbacher, 2004)。綜合上述，身體活動對於人體健康促進的效益是多方面的。規律的身體活動，除了可以增進並維持身體功能外，還兼具增進心理健康的功能，甚至被用在心理疾病的治療上。近期研究更發現，運動對於認知功能亦有促進的效果。. 15.

(24) 第二節. 執行功能的意涵與重要性. 近年來，越來越多研究以執行功能為主題，不但在研究數量上急速成長，且廣為醫學、心理學、認知神經科學，與教育學等領域所討論。研究對象更遍及人類發展的各個階段(幼兒、青少年、成人、老人)，以及神經心理疾患(精神分裂症、強迫症、注意力缺陷過動症、自閉症、學習障礙等)，該議題的重要性可見一般。也因為研究領域的豐富性，目前已發展出許多執行功能的理論，嘗試從不同的觀點提出解釋。儘管目前還沒有一個統一的架構能得到各界的認同，但從幾個重要理論的觀點，也可聚焦出一定的共識。本節將先介紹三個較具影響力的理論：Baddeley 的工作記憶理論、 Lezak 的執行功能成分架構，以及 Barkley 的執行功能混合模式。接著，介紹目前應用較廣的成分(component)取向。最後，描述執行功能的重要性。. 一、執行功能重要理論介紹 (一) Baddeley 的工作記憶理論 Baddley(1986)的工作記憶理論，率先出現中央執行(central executive)此名詞。該理論描述工作記憶為一個三成分的模型 (three-component model)，包含了一個控制系統—中央執行，以及兩個短期記憶系統—語音迴路(phonological loop)和視覺空間模版 (visuospatial sketchpad)。圖 2-2-1 呈現工作記憶模型圖。語音迴路短暫的保留語文理解與聽覺覆誦時的內在語言，視覺空間模版則是短暫的保留視覺影像，而中央執行就是扮演著控制和管理的角色，去監控與協調兩個子系統的訊息。但 Baddeley 也聲稱，即使中央執行被認為是工作記憶中最重要的部分，但卻瞭解的最少，定義也相當模糊，甚至可以以一個大袋子(ragbag)做為比喻。這個 16.

(25) 大袋子塞滿了一切無法解釋的事情，也許只能簡單的從記憶廣度作業(Digit span task)中瞭解到包括了：策略選擇、計畫、記憶提取、檢查等元素。. 圖 2-2-1 Baddeley(1986)之工作記憶模型取自 Working Memory (p. 71), by A. D. Baddeley, 1986, New York, NY: Oxford University.. 爾後，Norman 與 Shallice(1986)以注意力控制模型，延伸解釋中央執行的意涵。該模型將中央執行視為一個資源有限的注意力監控系統(supervisory attention system; SAS)。當面臨一般常規性、習慣化的問題情境，僅需使用既有的基模，來執行自動化的反應。但若處於陌生、複雜的情境，無法激發適當的舊有基模時，注意力監控系統即會介入，將注意力從習慣化且常規的反應中跳脫出來，產出新策略以因應新環境的挑戰。至此，中央執行的意涵更為具體了一些。 Baddeley(1996)再以四個實驗，進一步發現中央執行至少具有 17.

(26) 四個功能：第一，中央執行可以藉由協調不同作業間的工作記憶資源，同時完成多項作業。第二、在隨機產生(random generation) 的作業上，中央執行可以彈性的從無效的策略中轉換到新的策略。第三、中央執行可以選擇性的注意特定訊息，並忽略不相關的干擾訊息。第四、中央執行可以作為工作記憶與長期記憶的橋樑，提取長期記憶的訊息，並至工作記憶區進行操弄。從 Baddeley 工作記憶理論的發展脈絡來看，中央執行首先被模糊的視為監控與協調兩個短期記憶系統的歷程，接著，透過 Norman 與 Shallice(1986)的延伸，瞭解到中央執行為一資源有限的控制系統，並可因應新奇或陌生環境所帶來的挑戰。最後，透過不同作業的檢驗，瞭解中央執行具有至少下列四種功能：同時進行多項作業、轉移彈性、選擇性注意、提取與操弄長期記憶中的訊息。. (二) Lezak 的執行功能成分架構有別於 Baddeley 以實驗心理學的方式分析執行功能，Lezak (1995)以臨床評估的觀點，將執行功能概念化為四個成分及一系列的先備能力。因此，臨床工作者不僅可以評估病人的哪一個執行功能成分出現問題，還可依據成分內的子項進行仔細評估。研究者將 Lezak 的架構圖整理於圖 2-2-2，並介紹如下。 Lezak 將執行功能分為意志(volition)、計畫(planning)、目的性行動(purposive action)，以及有效的表現(effective performance)四個成分，而每個成分內又可再細分為多項先備能力。「意志」指的是個體有意識的決定要進行某件目標導向或未來導向的行為。而其三項先備能力包含：自我覺察、目標設定，以及意圖與動機。意即個體要有「自我覺察能力」，能先瞭解自己想做什麼和要做什麼。並有「目標設定的能力」，能根據自己 18.

(27) 執行功能. 意志. 計畫. 目的性行動. 有效的表現. 自我覺察. 衝動控制. 啟動/啟始. 自我監控. 目標設定. 記憶力. 執行力. 更正錯誤. 意圖/動機. 持續性注意力. 心智彈性. 有效管理行為. 圖 2-2-2 Lezak(1995)之執行功能成分架構修改自 Neuropsychological Assessment (p. 611-621), by M. D. Lezak, 1995, New York, NY: Oxford University Press.. 所思所想，構築出一份未來的藍圖。而個體還需具備「意圖與動機」，做為後續行為啟動的基礎。訂好目標，也具備產生行動的意圖，就需要訂定達成目標的「計畫」。計畫指的是為完成目標或解決問題，所排列出的一系列行為步驟。個體要能構思出達成目標的不同路徑，並從中選取最有效的路徑，才能形成一個好的計畫。於此一過程中，適當的「衝動控制」及「記憶力」是先決條件，而執行此一系列的行為步驟，也需要「持續性注意力」。衝動控制、記憶力以及持續性注意力即為計畫成分的三項先備能力。「目的性行動」即是將意志與計畫，轉化為實際行動，透過有條理和整合性的方式，來啟始、維持、轉換或終止計畫。目的性行動的三項先備能力為啟動、執行力、以及心智彈性，個體首 19.

(28) 先要能啟動自己的行為序列，並具備一定的執行力來實踐計畫的內容。此外，在執行過程中，個體還需心智彈性，視情境需要來修改計畫，調整甚至採取新的方式以因應挑戰。最後，「有效的表現」指的是監控和校正上述目的性行動的品質。先備能力為自我監控、更正錯誤，以及有效的管理行為。此三項能力越好，計畫進行的效率與品質也越佳。從上述描述可知，Lezak 認為執行功能反應的是個體根據自主意志，形成計畫，有目的的行動，並有效的表現的一系列能力。若能透過系統化的檢驗這四個成分，及各成分內的先備能力，可以幫助臨床工作者更精細的確認病人在哪個特定的執行功能成分出現狀況，提供介入的依據。. (三) Barkley 的執行功能混合模式 Barkley(1997)整合 Bronowski(1977)的「人類語言獨特性理論」和 Fuster(1989, 1995)的「前額葉功能理論」，提出「執行功能混合模式」。Bronowski 的理論特別強調「內化語言」的重要性。其指出個體不僅能透過內化語言以達到行為的控制，也可用以創造出複雜的目標導向行為。Fuster 則指出前額葉皮質在完成一項目標導向行為的啟動與維持上，扮演重要角色。而 Barkley 將這兩個理論整合起來，強調執行功能對自我調整與目標導向行為的影響，稱為「執行功能的混合模式」。如圖 2-2-3 所示，該模式分為三個階層，最上層的「行為抑制」，影響了中層的四個執行功能(工作記憶、情感動機與警覺的自我調整、內化語言、重組)的表現，再進一步影響到最下層的「動作控制、流暢度、章法」。. 20.

(29) 圖 2-2-3 Barkley(1997)之執行功能混合模式修改自” Behavioral inhibition, sustained attention, and executive functions: Constructing a unifying theory of ADHD,” by R. A. Barkley, 1997, Psychological Bulletin, 121(1), p. 73.. 該模式將行為抑制(behavior inhibition)視為最上層以及最基礎的角色，並將抑制分為三個相互關連的歷程：(1)抑制強勢的反應 (inhibition the prepotent response)，指的是個體去抑制能立即獲得增強的反應。(2)中斷進行中的反應(interrupt ongoing response)，指的是個體停止原先已習慣化的反應。(3)干擾控制(interference control)，指的是個體專注於某件事時，能抑制住不相關刺激的干擾。在進行一項目標導向的行為時，個體必須為了長遠的目標，暫時犧牲立即的酬賞，此延宕酬賞的能力，即抑制強勢反應所扮演的角色；維持足夠的專注力，並克服周邊的干擾，則是干擾控制的功能。 21.

(30) 另外，習慣化的問題解決方式若行不通時，則需要先中斷進行中的反應，才有可能轉換至新的策略。因此，良好的行為抑制能力，可以提供延宕時間，給予中層的執行功能表現的機會，使得下層的行為表現，能受到內在表徵訊息的控制。反之，缺少了行為抑制能力，將使執行功能表現機會大減，而間接使得下層的行為表現，受到外在環境控制，傾向以最自動化、最原始的方式呈現。中層的執行功能，Barkley 共列出四項：(1)工作記憶：將過去的訊息從長期記憶提取出來，保留在此暫時的空間，進行分析，形成新的計畫或意圖，並預期可能的結果。(2)情感/動機/警覺的自我調整：包括了情緒的自我控制、驅力與動機的自我調整、調整對目標導向行為的警覺性。(3)內化語言：個體經由與自己對話的方式，進行反思、描述、自我提問以形成規則與計畫，並引導或規範自己的行為。(4)重組：包含了分析與組合兩個步驟。透過分析，可將事件或訊息分解成部分。組合則是把分析後的元素，再次建構成一個全新的訊息或反應。重組也是創造力的來源，可因應環境的變化，彈性組合出複雜與新奇的反應。下層為「動作控制、流暢度與章法」：此部分的表現，受到上兩層的影響。透過上層的行為抑制，爭取了延宕的時間，讓中層的四個執行功能發揮作用，使得原先受外在環境控制的行為，變成內在訊息控制的行為。 Barkley(1997)所提出的模型，主要是用來解釋注意力缺陷/過動症(attention deficit hyperactivity disorder, ADHD)兒童的認知與行為缺損，他認為 ADHD 兒童的核心缺陷為「行為抑制」，導致中層的四個執行功能難以發揮，而出現相當多下層的行為問題。儘管此模型的建構對象為 ADHD 兒童，但 Anderson、Jacobs 與 Anderson(2008)認為該模型因整合了先前有關語言(Bronowski, 1977)和前額葉功能(Fuster, 1989, 1995)的理論，因此也極有可能運 22.

(31) 用在額葉病變或執行失功能的族群上。. 從以上三個理論可以發現，Baddeley 從實驗心理學的觀點，層層解構中央執行，最後瞭解其具有至少四種功能。Lezak 則從臨床實務的觀點，提供一個完整的架構，得以分段詳細的評估病人的執行功能。Barkley 則整合語言與前額葉的理論，提出三階層的執行功能混合模式，來解釋 ADHD 學童因執行功能問題所造成的影響，並強調抑制的重要性。. 二、執行功能的成分取向上述三個理論儘管從不同角度出發，但我們仍可發現都與個體的意識，以及目標的設定和達成有關。所包含的範疇，則廣泛的包括注意力監控、轉移彈性、選擇性注意力、持續性注意力、啟始、目標設定、抑制、自我調節、計畫、組織、自我監控…等。也因為包含了這許多範疇，學界開始出現「執行功能或執行功能們(executive function vs executive functions)」的討論(Royall et al., 2002)。亦即，我們應該將上述所有的範疇，歸為單一的中央執行，或是多項的執行功能各自獨立運作？心理計量的研究，因此開始以因素分析，探討執行功能為單向度(unidimentional) 或是多向度(multidimentional)的因素結構。 Royall 等人(2002)回顧近 50 篇的因素分析研究，橫跨各種類型樣本，及十餘種可能的測量工具。其研究發現，大多數因素分析研究均顯示各執行功能測量間的相關並不高，且由不同測量所得分數難以匯聚在單因素架構上。因此推測執行功能為一多向度的架構。Royall 等人考量因素分析研究中堅實理論基礎以及充足樣本數的重要性，認為 Miyake 等人 (2000)的研究最具代表性。該研究對 137 位大學生，實施 Wisconsin Card Sorting Test (WCST)、Tower of Hanoi (TOH)、random number generation (RNG)、operation span、dual taking 等執行功能作業，並進行驗證性因素分析。其聚焦在三個於文獻中經常被提及的執行功能：(1)心智狀態的 23.

(32) 轉移(簡稱轉移)；(2)工作記憶的更新與監控(簡稱更新)；與(3)反應抑制 (簡稱抑制)。結果顯示，三因素模型(three-factor model)，相較於二因素及單因素模型，呈現較佳的適配指標，支持執行功能為多向度的構念。唯其亦發現，三個因素間，彼此仍具有顯著相關。由上述因素分析的研究得知，執行功能的構念，更像由一群互有關連但又各自獨立的成分所組成，以執行功能的「子成分」稱之，會是較好的作法。而截至目前為止，不同領域文獻中所提及有關執行功能的子成分相當之多。例如在教育領域，Gioia、Isquith、Guy、Kenworthy 與 Baron(2000)根據主成分分析，將執行功能分為八個子成分：抑制、轉移、情緒控制、啟動、工作記憶、計畫、組織，及監控。並根據這八個子成分，發展日常生活評估量表，用以瞭解 5-18 歲的學生，日常生活中此八種執行功能的表現情形。Meltzer (2010)則分別就與學業學習相當密切的目標設定、計畫、排序、組織、工作記憶、轉移彈性、自我監控、以及情緒自我調整等子成分，設計系統化的教學策略。另外，在身體活動的文獻中，執行功能被定義為目標導向的認知控制歷程，包含了計畫、排序、抑制、工作記憶(Colcombe & Kramer, 2003; Hillman et al., 2006, Kramer et al., 1999)。此外，也有學者就執行功能的領域作分類。例如，神經心理領域的 Chan、Shum、Toulopoulou 與 Chen(2008)將執行功能的子成分區分成兩類：冷的執行功能(cool EF)和熱的執行功能(hot EF)。冷的執行功能指的是涉及抽象或非結構問題解決所需的認知歷程。這些認知歷程很少需要情感的激發，而且較具邏輯性。包括語文推理、問題解決、計畫、排序、維持注意力、抗拒誘惑、使用回饋的能力、多重任務(multitasking)、認知彈性、面對新奇陌生情境的處理能力。相反的，熱的執行功能指的是涉及情感與動機調整時，所需的情感層面。包括社交行為的調整、涉及情緒的判斷決策等。Kaufman(2010)也提出類似的分類方式，將執行功能的子成分分為後設認知，及社交/情緒調整兩個取向。後設認知取向 24.

(33) 包括目標設定、計畫、排序、組織、時間管理、啟動、執行/目標注意力、作業堅持度、工作記憶、轉移。而社交/情緒調整取向則包括反應抑制、情緒控制與適應力。研究者統整上述文獻所提及的執行功能子成分於表 2-2-1。由表 2-2-1 可見，在眾多曾被提及的子成分中，以「轉移彈性」、「工作記憶」、「計畫/排序」、與「抑制」為多數學者的共識。此四個子成分可視為執行功能之核心內涵。其中，轉移彈性指的是完成一件任務時，能因不同條件或情境要求，彈性調整而不固執於原先思考歷程與行為，以順利完成目標的能力；工作記憶指的是將外在刺激訊息或從過去長期記憶提取的訊息暫存在心中，進行操弄，並使用這些訊息來引導個體行為的能力；計畫排序指的是為達到某項目標所採取之步驟安排能力；抑制指的是個體追求目標時，用於抑制與目標無關刺激或不適當的自動化反應的能力。. 25.

(34) 表 2-2-1. 不同學者對於執行功能子成分之看法比較. 提出子成分/第一作者. Barkley (1997) ○. Baddeley (1999) ○. Miyake (2000) ○. Gioia (2000) ○. Colcombe (2003). 轉移彈性. Lezak (1995) ○. 工作記憶. ○. ○. ○. ○. ○. ○. 計畫/排序. ○. ○. ○. ○. ○. 抑制. ○. ○. ○. ○. ○. 情緒控制/情感調節自我監控. ○. 啟始. ○. 目標設定. ○. ○. ○. ○. ○. ○. Kaufman (2010) ○. 小計. ○. ○. 8. ○. ○. 7. ○. 7. ○. 5. ○ ○. ○. 選擇性注意力. ○. ○. ○. 多項作業協調 (分散性注意力) 意志、意圖、動機. ○. Meltzer (2010) ○. ○. 對事物組織能力持續性注意力. Chan (2008) ○. ○ ○. ○. ○. 8. 4 ○. 3. ○. ○. 3. ○. ○. 3. ○. 3. ○. 3 2 1. 語文推理. ○. 1. 使用回饋能力. ○. 1. 註：○=該學者提出或驗證之執行功能子成分. 26.

(35) 三、執行功能的重要性神經心理學家 Goldberg(2001)曾表示，執行功能的重要性，從腦傷患者身上最能深刻感受。額葉受損的病人，雖可進行大多數單獨的認知工作，例如閱讀、寫字、簡單計算、口語表達等，但對於需要協調多種認知技能的表現則一落千丈。顯示了單獨的認知技能沒問題，但卻無法執行目標導向的行為。然而，人類行為大多具有目標導向的特性，也因此執行功能缺損不僅會對日常生活帶來重大影響，嚴重缺損更會造成獨立自主生活的困難。Allen 與 Allen(1987)就曾以一系列的執行功能作業測量失智症患者，並與日常生活活動(activities of daily livings, ADLs)的表現求相關。這些日常活動包括了餵食、如廁、穿衣、家事、洗澡、打電話、交通…等。結果發現兩者具有中度到高度的顯著相關(相關係數介於 0.52 至 0.83)。同樣的現象亦在自閉症與創傷性腦傷患者上觀察到 (Garcia-Molina, Bernabeu, & Roig-Rovira, 2010; Gilotty, Kenworthy, Sirian, Black, & Wagner, 2002)。然而，執行功能缺損並非只發生在腦傷患者或神經心理疾患。越來越多證據指出，執行功能與支持它們的大腦區域(特別是前額葉)，都會隨著年齡上升而有實質的退化(Kramer et al., 1994; Kramer et al., 1999; Lox, Martin Ginis, & Petruzzello, 2010)，且早在 45~65 歲即出現(Daigneault, Braun, & Whitaker, 1992)。針對社區中平均年齡 73~78 歲健康老人的調查研究發現，執行功能困難有高達 25.5%~42%的盛行率(Grigsby, Kaye, Baxter, Shetterly, & Hamman, 1998; Royall, Chiodo, & Polk, 2000)。可見執行功能困難為老化時常見的現象。而執行功能對於日常生活能力的影響，亦使得執行功能較差的老人，呈現較高的照護需求。Royall、Cabello 與 Polk(1998)以社區中的老人為研究對象，探討「執行功能、整體認知、人口統計學變項、身體健康狀態、行為問題表現」對於「照護需求層級」的預測效果。多元迴歸分析的結果顯示，五個預測變項共可解釋整體變異量之 69%。其中，執行功能具有最佳的解釋力。單獨執行功能即可解 27.

(36) 釋 48%的整體變異量。由上述研究可見，執行功能不僅於老化時有衰退的現象，更是老人族群照護需求的重要決定因子。另外，由於執行功能包含了複雜且高階的認知歷程，要直到青少年晚期才發育完全(Best, 2010)。因此，相較於老年人的執行功能逐漸衰退，孩童與青少年正處於發展中但未成熟的階段，亦成為研究所關注的焦點。此階段的孩童與青少年適逢學齡期間，執行功能居間協調並整合多項認知技能的特性，更直接對學業表現與社交互動產生影響。舉例來說，執行功能困難的學生，上課時聽不太懂老師上的內容、篩選不出重要訊息、無法抑制不相關的想法、無法善用工作記憶將新學到的資訊與舊訊息作連結、無法保持專注…等，這些都會影響到課堂學習(Dawson & Guare, 2004)。Meltzer(2010)也指出，寫作、摘要、做筆記、閱讀複雜教科書並形成意義，均需使用到多項執行功能(例如啟始、計畫、排序、組織等)，對於執行功能困難的學生極具挑戰。研究亦發現執行功能可以有效預測學業成就、教室內學習行為表現、以及學業投入程度(Brock, Rimm-Kaufman, Nathanson, & Grimm, 2009)。另外，抑制不佳的學生，經常出現衝動、打斷他人說話、行動過於粗野等行為表現，也會影響與同學間的社交與溝通(Gioia et al., 2000)。Clark、Prior 與 Kinsella(2002)以經常出現違抗、衝動、干擾、攻擊等外向行為問題的兒童為研究對象，探討執行功能在溝通與社交能力所扮演的角色。經由階層迴歸分析，比較「語文智商」與「執行功能」對於溝通與社交的解釋力發現，即使第一階段均投入語文智商，第二階段才投入執行功能，執行功能仍具有更佳的解釋力，顯示了執行功能對於這群外向行為問題兒童每日生活的重要性。綜合上述可以發現，執行功能與我們日常生活密不可分，任一執行功能的子成分受損，都會對生活帶來重大的影響。例如無法聚焦和維持注意力、衝動、難以抑制、行動前缺乏計畫、組織能力薄弱、行為固著、抗拒改變活動、無視於行動後可能的後果、忽略世俗規範…等。這些問 28.

(37) 題都會影響學業學習、社交能力、工作成就等表現。嚴重的執行功能缺損，甚至會影響到獨立生活的能力。另外，執行功能緩慢發展、卻又快速老化的特性，也使得老人與孩童，成為腦傷與神經心理疾患以外的潛在執行功能缺損族群。因此，不論是學齡期的孩童、成人、老人、腦傷與神經心理疾患，如何改善或增進執行功能，都會是重要的議題。就如同 Kaufman(2010)所說的：執行功能是一個全民議題。. 29.

(38) 第三節. 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。 30.

(39) 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 31.

(40) 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 32.

(41) 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 33.

(42) 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 34.