從事太極拳運動老年女性執行控制能力之腦磁圖研究

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(1)國立臺灣師範大學體育學系博士學位論文. 從事太極拳運動老年女性執行控制能力之腦磁圖研究 A Magnetoencephalographic Study on Brain's Executive Control Function in Elderly Women Participants of Tai-Chi Exercise. 研究生：高藤曉子指導教授：方進隆中華民國一〇二年八月中華民國臺北市.

(2) 從事太極拳運動老年女性執行控制能力之腦磁圖研究. 摘. 要. 目的：本研究目的比較長期從事太極拳運動老年人和無運動老年人與大學生體適能與大腦執行控制之能力差異，也探討體適能與認知能力的相關。方法：以 35 名 65～75 歲之健康老年婦女為研究對象，其中從事太極拳至少三年組 15 名和無規律運動老年人組 20 名，另以 10 名 19～23 歲無規律運動大學生組為年齡對照組，所有受試者接受大腦執行控制能力測量後，馬上接受體適能檢測，包括 6 分鐘走路、10 公尺步行和起身行走測驗。執行控制能力以 128 通道腦磁圖儀腦檢測受試者聽覺 Go/No-go 作業和 Sternberg 工作記憶作業能力，所得資料以獨立樣本單因子變異數分析考驗和皮爾森績差相關處理。結果：（一）太極拳組在 10 公尺步行（正常及最快速度）、起身行走和 6 分鐘走路表現皆顯著優於無運動老人組(p<.05)。（二）聽覺 Go/No-go 作業反應時間和正確率：無顯著差異。（三）Sternberg 工作記憶作業反應時間和正確率：無顯著差異。（四） ERN(error-related negativity) 潛伏期和 MGFP(mean global field power)：太極拳組顯著優於無運動老人組(p<.05)。（五）M170 潛伏期和 MGFP：無顯著差異。（六）最快速度步行和 6 分鐘走路表現與 Go/No-Go 作業反應時間有顯著相關，起身行走與工作記憶作業正確率有顯著相關 (p<.05)。（七）學生組之所有體適能皆優於老年人(p<.05)，但太極拳組正常速度步行表現與學生組沒有差異。（八）學生組之反應時間顯著快於老年人(p<.05)，執行控制作業正確率與 M170 潛伏期顯著優於無運動老人組，但和太極拳組無顯著差異。結論：規律從事太極拳女性老年人體適能和部分認知能力比無運動者為佳, 可緩和老化產生的體適能及認知能力衰退。. 關鍵字：體適能、認知功能、MEG、老化. i.

(3) A Magnetoencephalographic Study on Brain's Executive Control Function in Elderly Women Participants of Tai-Chi Exercise. Abstract Purposes: To compare physical fitness and executive control function of long term Tai Chi exercisers, non-exercise elderly and university females, and to examine relationship of physical fitness and cognitive function. Methods: 35 elderly women (aged 65-75 years) were recruited as research subjects, 15 regularly practiced Tai Chi Chuan (TCC) for at least 3 years, and other 20 were healthy sedentary elderly (SE). Other 10 sedentary female students were served as age control group (CG). All subjects performed executive functional test including auditory Go/No-go task (GNG) and Sternberg working memory task (WM) with 128 channel Magnetoencephalography (MEG); immediately, physical fitness tests were measured including 10-Meter Walk Test (10MW) at normal and fastest speed, Time Up and Go test (TUG), 6-Minutes Walk Test (6MW). Data was analyzed by independent one-way ANOVA test and Pearson correlation coefficient. Results: 1. Performances of 10MW, TUG, 6MW of TCC are significantly better than SE (p<.05). 2. GNG reaction time (RT) and percent correct (PC) of TCC are better than SE but no significant difference. 3. WM RT and PC of TCC are better than SE but no significant difference. 4. ERN (error-related negativity) peak MGFP (mean global field power) of TCC is significantly greater than SE (p<.05). 5. ERN latency of TCC are significantly earlier than SE (p<.05). 6. Either 10MW at fastest speed and 6MW with GNG RT, or TUG with WM PC have correlated significantly (p<.05). 7. All physical fitness of CG is significantly better than elderly females, but no difference in 10MW at normal speed between TCC and CG groups. 8. RT of CG is significantly better than elderly females. PC and M170 latency of CG are better than SE, but no difference between TCC and CG. Conclusions: Physical fitness and parts of brain executive control function of TCC are better than SE, and long term Tai Chi exercise may delay the decline of age related physical fitness and cognitive function. Key words: physical fitness, cognitive function, MEG, aging ii.

(4) 致. 謝. 研究所的時間匆匆地過了，我來台灣的時候，沒想到我會在台灣的研究所求學、寫博士論文。而論文的堆砌是靠長期的淚水和汗水奮戰所滙集成的，在這段求學的道路上有許多需要感謝的人，首先要謝謝指導教授方進隆老師，本論文承蒙方老師的細心指導與鼓勵，以及光電所洪姮娥老師和廖書賢老師在腦磁圖領域的啟蒙，方能順利完成，特誌卷首，敬申謝意。在師大體育學系期間，感謝所有老師的栽培與鼓勵，也感謝我許多一路支持的朋友與伙伴，研究所同學、光電所同學、其他同屆的所有同學們的真情協助。寫論文的過程充滿挑戰，家人、長輩與朋友們的支持是我堅持的最大動力，時時刻刻給予我適當的關懷、鼓勵與協助，才能走得如此順利。感謝一路呵護我與我在乎的人，因有你們的支持及鼓勵讓我真正地體會到所有的努力都變得更真實與珍貴，得完成此篇論文，曉子銘記在心，在此致上十二萬分的敬意與謝意。. 高藤曉子. 僅致於此. 中華民國一○二年八月. iii.

(5) 目. 錄. 中文摘要……………………………………………………………………… i Abstract ……………………………………………………………………… ii 致謝. …………………………………………………………………………iii. 目錄. …………………………………………………………………………iv. 表目次…………………………………………………………………………vi 圖目次……………………………………………………………………… vii 第壹章. 緒論. 第一節. 前言…………………………………………………………… 1. 第二節. 研究背景……………………………………………………… 3. 第三節. 研究目的……………………………………………………… 6. 第四節. 研究假設……………………………………………………… 6. 第五節. 研究範圍與限制……………………………………………… 7. 第六節. 名詞操作性定義……………………………………………… 8. 第七節. 研究重要性…………………………………………………… 8. 第貳章. 文獻探討. 第一節. 老化對體適能之影響……………………………………… 10. 第二節. 老化對大腦認知功能之影響…………………………………13. 第三節. 運動對體適能之影響…………………………………………17. 第四節. 運動對大腦認知功能之影響…………………………………23. 第參章. 研究方法. 第一節. 實驗對象………………………………………………………33. 第二節. 實驗設計………………………………………………………33 iv.

(6) 第三節. 實驗時間與地點………………………………………………34. 第四節. 實驗儀器………………………………………………………34. 第五節. 實驗步驟與流程………………………………………………35. 第六節. 資料處理與統計分析…………………………………………43. 第肆章. 結果. 第一節. 受試者參與人數………………………………………………45. 第二節. 體適能測驗……………………………………………………46. 第三節. 執行控制測驗行為……………………………………………47. 第四節. 執行控制測驗腦磁圖分析……………………………………52. 第五節. 各項主要指標相關……………………………………………61. 第伍章. 討論與結論. 第一節. 討論……………………………………………………………64. 第二節. 結論……………………………………………………………71. 第三節. 未來的研究……………………………………………………72. 參考文獻………………………………………………………………………74 附錄附錄一. 受試者須知……………………………………………………98. 附錄二. 受試者同意書…………………………………………………99. 附錄三. 受試者資料表……………………………………………… 104. 附錄四. 簡式智能檢測量表………………………………………… 105. 附錄五. 愛丁堡慣用手量表………………………………………… 106. v.

(7) 表. 次. 表 3-1. 受試者之基本屬性……………………………………………… 38. 表 4-1. 各測驗參與受試者人數………………………………………… 46. 表 4-2. 體適能測驗成績………………………………………………… 47. 表 4-3. 聽覺 Go/No-Go 作業行為成績………………………………… 49. 表 4-4. Sternberg 工作記憶作業行為反應時間………………………… 50. 表 4-5. Sternberg 工作記憶作業行為有效測試次數…………………… 51. 表 4-6. Sternberg 工作記憶作業行為正確率…………………………… 52. 表 4-7. ERN 反應出現之潛伏期與 MGFP 值………………………… 57. 表 4-8. M170 反應出現之潛伏期與 MGFP 值………………………… 59. 表 4-9. 刺激呈現後 151～200 毫秒之磁場強度 RMS 平均值……… 61. 表 4-10. 老年人各項主要指標之間的相關係數………………………… 63. vi.

(8) 圖. 次. 圖 3-1. 128 通道全腦型腦磁圖儀系統………………………………… 35. 圖 3-2. 128 個軸向式一階磁場梯度計呈頭盔形狀分布正視圖……… 35. 圖 3-3. 實驗流程圖……………………………………………………… 36. 圖 3-4. 聽覺 Go/No-go 作業程序圖…………………………………… 39. 圖 3-5. Sternberg 工作記憶作業程序圖…………………………………41. 圖 3-6. 10 公尺步行測驗程序圖………………………………………… 41. 圖 4-1. 某受試者（學生組）反應時間分布圖………………………… 54. 圖 4-2. 某受試者（老人組）反應時間分布圖………………………… 54. 圖 4-3. 分析 ERN 反應的 34 通道範圍………………………………… 55. 圖 4-4. ERN 出現時之蝴蝶圖……………………………………………55. 圖 4-5. ERN 出現時之磁場軌跡曲線圖…………………………………56. 圖 4-6. ERN 出現時之 MRI 圖………………………………………… 56. 圖 4-7. M170 出現在右梭狀迴時之腦圖磁 map……………………… 58. 圖 4-8. M170 出現在右梭狀迴時之 MRI 圖…………………………… 59. 圖 4-9. 左右顳葉區各 26 通道範圍…………………………………… 60. 圖 4-10. 刺激呈現後每 50 毫秒磁場強度 RMS 平均值（右）……… 60. 圖 4-11. 刺激呈現後每 50 毫秒磁場強度 RMS 平均值（左）……… 61. vii.

(9) 第壹章第一節. 緒. 論. 前言. 科技的蓬勃發展以及醫藥的進步提升了人類生命品質與壽命，至 2011 年止，台灣地區平均壽命男性為 75.98 歲，女性為 82.65 歲；從 1952 年以來，台灣人的壽命有一直增加的傾向（行政院衛生署，2012）。相較於日本，至 2009 年止，日本國民平均壽命男性為 79.59 歲，女性為 86.44 歲，名列世界第一，從 1925 年以後，日本人的平均壽命一直在增加，可預測未來壽命也會持續的增加（日本厚生勞働省，2010），顯示台灣及日本的人口結構正持續的老化中。依據聯合國揭示，65 歲以上人口占全國人口的 7%以上即稱為「高齡化社會」。內政部統計，台灣老年人口將由 2010 年 248.6 萬人持續增加，至 2060 年增加為 784.4 萬人；同期間，占總人口比率則由 10.7%，上升為 45.6%。台灣於 1993 年老年人口占總人口比率超過 7%，已成為高齡化 (ageing) 社會；預計於 2017 年此比率將超過 14%，成為高齡 (aged) 社會，2025 年此比率將再超過 20%，成為超高齡 (super-aged) 社會（行政院經建會，2012）。平均餘命是反映醫療及死亡率變化之具體指標，近來隨著高齡者死亡率降低及慢性病增加趨勢，以致活的長未必活的健康，為進一步涵蓋平均壽命的健康水準衡量，世界衛生組織 (World Health Organization, WHO) 在 2000 年首度公布「經失能調整後的平均餘命」 (Disability Adjusted Life Expectancy, DALE)，其初生嬰兒能健康地存活多少年；且於隔年改稱為健康平均餘命 (Healthy Life Expectancy, HALE)，以原有平均餘命為基礎，扣除因不健康狀態損失之年數而調整的平均餘命，是基於現行死亡率及疾病盛行率估算各種健康狀況下，預期可健康生活的年數（行政院主計處，2006）。由 WHO 報告，2004 年中華民國健康平均餘命 1.

(10) 為 69.1 歲，男、女為 67.1 歲及 71.5 歲；日本健康平均餘命 75.0 歲，男性 72.3 歲、女性 77.7 歲。隨著年齡的增長，人體的生理機能會逐漸下降的趨勢，包括心肺功能、肌肉力量、關節活動角度、身體柔軟度、身體免疫功能等。這些變化將使老年人健康產生嚴重的影響，如果動作不靈活、活動範圍縮小、降低身體活動能力等，會造成肌力降低與活動速度減緩。也不能進行較久時間的活動，更不能快速變換方位，身體平衡能力不佳，手腳控制能力會受到相當大的影響（黄永任，2001）。隨著年齡增長，腦部老化是不可逆的過程，腦部認知功能會有所改變而逐漸衰退，而不正常老化則腦型態快速萎縮和神經功能急速退化，導致阿慈海默症 (Alzheimer’s disease) 或帕金森氏症 (Parkinson’s disease) 等疾病 (Burke & Barnes, 2006; Morrison & Hof, 1997)，以致失智症的生成。根據流行病學的調查研究，全世界約有兩千三百萬人口罹患失智症 (Dementia)，而患者主要是老年人。行政院經建會於 2011 年推估到 2046 年失智人口將達 62 萬人。與 WHO 資料比較，台灣不到 20 年失智人口即倍增，比全球之進展更快。2011 年如再加上社區盛行率及身心障礙人口比，台灣的失智人口到 2060 年時將逼近 80 萬人。失智症會導致身體功能退化與降低獨立生活的能力，也會增加家庭、社會與醫療資源的龐大負擔，照顧失智老人的社會成本，將成為下一個青壯年世代非常沉重的負擔（王駿濠、蔡佳良，2009；行政院經建會，2012），至今尚未有老人失智症患者完善或永久的治療方法。如何健康活著，提高生命的品質，目前國際上對健康的研究也不遺餘力的在進行中。. 2.

(11) 第二節. 研究背景. 老化是人人都會產生的生理特徵，無法避免老化也不爭的事實。老化會從細胞至組織至器官，使人體產生結構及功能的持續衰退，人類的生理機能大概在 20～30 歲期間達到最高峰，之後以每年平均 0.75～1.00% 的速度下降，肢體動作能力下降的特徵反應在最大攝氧量及最大心輸出量等心肺功能降低、肌肉力量的不足和爆發力之減退（張燕明，2002）。日本厚生勞働省提出研究報告；日本國民之年齡與運動能力之關係，男女都是從 40 歲開始，體力水準逐漸退化，而從 65 至 79 歲則有呈現線性降低的傾向（堀秀昭，2007）。年齡增長是肌力減少的主要因素之一，因為隨著老化現象和缺少運動，肌力逐漸下降，造成活動能力降低，及平衡能力也會逐漸退化，如步行的障礙，進而影響其步態的改變 (Berg, Maki, Williams, Holliday, & Wood-Dauphinee, 1992; William, 1999)。65 歲以上者隨著年齡增加，跌倒頻率亦隨之提升，因跌倒而骨折之發生率也會增加。以高齡者跌倒發生機制來說，50～60%發生於走路時，肇因於絆倒，每年跌倒發生機率可達 20～30％，其中 30～56％是重覆發生跌倒個案（角田、安保，2008；鈴木，2003）。因為憂心跌倒而產生的跌倒後焦慮症候群 (post-fall anxiety syndrome)，更會導致社交退縮、生活品質惡化及失去獨立自主性。高齡者因跌倒、骨折導致的癱瘓，其統計數據達到全癱瘓者的 12%，因此跌倒是癱瘓的重要原因之一（大渕，2003；角田、安保，2008；鈴木，2003）。研究指出，有癱瘓且有失智症的人其比率在 85 歲以上者偏高；65 歲以上的全癱瘓者族群其 74%有發生失智症，失智症患者族群的 49%是癱瘓者；顯示癱瘓相當容易導致失智症（日本宮崎市，2005）。心肺適能是健康體能中最重要的要素，是各種生理功能綜合表現的結果，然而，心肺適能隨著年齡增長而逐漸衰退，卻也是不爭的事實。 3.

(12) 研究發現，心肺適能的發展約自 16 歲開始逐漸衰退，25 歲以後呈現每年平均約 1%衰退的現象 (McArdle, Katch, & Katch, 1991)。而鑑於台灣人缺乏規律運動習慣比例有偏高的事實，會是以心肺適能的衰退最為嚴重，因此有必要正視改善心肺適能的問題（方進隆，1993）。 WHO 將認知功能視為健康相關生活品質的主要組成成分 (Lox, Martin Ginis, & Petruzzello, 2006)。認知功能或認知是指大腦功能，它亦可為人類訊息處理流程的統稱。具體而言，認知功能可包含記憶、關連、比較、抽象推理、空間能力、問題解決、決策、整合及溝通等範疇；而以訊息處理流程層面來說，可包含注意力、工作記憶、訊息處理速度、及知覺等範疇 (Herrmann, Yoder, Gruneberg, & Payne, 2006; Spirduso, Francis, & MacRae, 2005)。雖然認知功能在日常生活中扮演著重要角色，許多證據顯示認知功能會隨著年齡的增長而衰退 (Birren & Schaie, 2006)。Park 等 (2002) 指出，工作記憶、短期記憶、長期記憶及處理速度等認知功能在 50 歲後下降，其功能並隨年齡呈線性衰減。其他如邏輯記憶、面孔再認、或文字回憶等認知功能也相同的衰減現象 (Salthouse, 2003) 。這些認知功能衰減會導致發展如阿兹海默症 (Alzheimer's disease)、血管型失智症 (vascular dementia)，甚至是其他種類失智症 (dementia) 的機會，而這些失智症狀在老年族群尤常發現 (Backman, 2008)。老年人健康問題，在目前文明病充斥的現代化及坐式生活型態中更顯重要。藉由培養規律的運動習慣來預防老化，延緩退化性疾病及減少醫療經費支出，是目前各國最迫切的議題之一。近年來，運動介入計畫已經成為改善身體適能、預防疾病和追求生活品質之主要方式，許多運動科學專業人士都積極探討該如何給予正確的運動處方，對人類疾病或獨立生活上能有最大的改善（林作慶，1996）。 4.

(13) 預防重於治療，如何改善與維持老年人認知表現是值得探討的領域。適度增加身體活動或從事規律運動可以減緩老化引起的認知功能衰退現象 (Cabeza, 2001)。研究指出攝氧能力與老化造成的大腦組織流失有負相關，攝氧能力越好，其腦部的神經組織密度也越高 (Colcombe 等, 2003) ，可促進認知功能。此外，運動能增加神經導致的滋養因子 (brain derived neurotrophic factor, BDNF) (Cotman & Berchtold, 2002)、神經細胞新生、血流量 (Pereira 等, 2007) 和減少氧化壓力 (Kiraly & Kiraly, 2005) 來保護與增加腦部功能。今日，太極拳逐漸受到世界各國的重視，是一種男女老少皆宜的運動，不受場地的限制，室內外均可從事的一項運動 (Cheng, 1999；Li, Hong & Chan, 2001；藍青、賴金鑫，1994)。近來的科學研究亦證實，從事太極拳運動可改善心臟呼吸系統的功能，並增進肌肉的張力、體液與細胞免疫力、新陳代謝、以及心智的調控等功能 (Audette 等, 2006; Taylor-Piliae, Haskell, Waters, & Froelicher, 2006a; Wolf 等, 2006)。因此太極拳已普及為中老年人與一般民眾促進身體健康的運動。根據相關研究顯示，太極拳的動作型態結合肌力耐力等的強化、平衡訓練、姿勢統整及心靈專一，因此太極拳運動，一直被認為對老年人有相當好的效果 (Wu, 2002；堀， 2007)。雖然伴隨年紀增長會有老化的問題，延緩老化就成為值得研究課題。大腦神經科學的研究在近年來快速的發展，許多研究皆希望了解大腦組織的功能及相互間的作用，而大腦的認知功能，其中包括反應能力、注意力、記憶、問題解決及知識獲得等，特別是腦科學家關注的部分。過去有關利用腦磁圖探討從事太極拳老年人對大腦認知功能之研究稀少，因此本研究利用體適能和認知能力測驗與腦磁圖儀來探討有無規律太極拳運動對老年人體適能與認知功能變化之情形，比較老年人與大學 5.

(14) 生體適能和認知功能之差異，並觀察體適能和認知功能之相關。. 第三節. 研究目的. 透過前述相關研究可得知太極拳運動對老年人身體適能有相當之正面助益，因此，本研究之主要目的如下：一、. 比較有無從事規律太極拳運動老年人體適能之差異。. 二、. 比較有無從事規律太極拳運動老年人認知功能之差異。. 三、. 比較老年人與大學生體適能體適能之差異。. 四、. 比較老年人與大學生體適能認知功能之差異。. 五、. 探討老年人體適能與認知功能之相關。. 第四節一、. 研究假設規律太極拳運動老年人組體適能與無規律運動老年人組有顯著差. 異，並且規律太極拳運動老年人組在此依變項的表現與無規律運動大學生組無顯著差異。（一）規律太極拳運動老年人組在 10 公尺步行時間快於無規律運動老年人組，並且與無規律運動大學生組無顯著差異。（二）規律太極拳運動老年人組在最快速度起身行走時間快於無規律運動老年人組，並且與無規律運動大學生組無顯著差異。（三）規律太極拳運動老年人組在六分鐘走路距離長於無規律運動老年人組，並且與無規律運動大學生組無顯著差異。. 二、. 規律太極拳運動老年人組大腦執行控制能力與無規律運動老年人. 組有顯著差異，並且規律太極拳運動老年人組在此依變項的表現與無規律運動大學生組無顯著差異。 6.

(15) （一）規律太極拳運動老年人組在認知功能測驗反應時間快於無規律運動老年人組，並且與無規律運動大學生組無顯著差異。（二）規律太極拳運動老年人組在認知功能測驗正確率高於無規律運動老年人組，並且與無規律運動大學生組無顯著差異。（三）規律太極拳運動老年人組在 ERN 的潛伏期和 MGFP 值的表現上優於無規律運動老年人組，並且與無規律運動大學生組無顯著差異。（四）規律太極拳運動老年人組在 M170 的潛伏期和 MGFP 值的表現上優於無規律運動老年人組，並且與無規律運動大學生組無顯著差異。. 三、. 體適能與大腦執行控制能力之間有顯著相關。. 第五節. 研究範圍與限制. 一、本研究對象為規律太極拳運動組（65~75 歲，太極拳練習每週 3 次以上、每次 30 分鐘以上、規律從事 3 年以上）15 名、無規律運動習慣老年人組（65~75 歲）20 名，與無規律運動習慣大學生組（19 ~ 23 歲）10 名等三組受試者共 45 名。二、本研究採取自願參加方式，為非隨機分配之實驗。三、本研究只探討長期從事太極拳運動的效果，不考慮所從事為何種太極拳類型的套路。四、太極拳套路種類繁多，各種套路強度、訓練量不同，可能造成與其他結果的不同。五、無運動習慣者之族群，可能會有取樣偏差之問題。. 7.

(16) 第六節. 名詞操作性定義. 一、健康老年人本研究受試著為 65～75 歲老年女性為主要研究對象，且無嚴重心血管疾病、氣喘、下肢功能損傷或其它重大疾病病史等。二、太極拳運動本研究所指之規律太極拳運動為從事規律太極拳運動達 3 年以上，且每週太極拳運動達 3 次以上，每次持續運動時間達 30 分鐘以上。三、無規律運動本研究所指之無規律運動為沒有從事規律運動時間達 6 個月以上，每週運動未達 3 次，每次持續運動時間不超過 30 分鐘。四、體適能本研究所指之體適能是利用 10 公尺步行速度測驗、起身行走測驗和 6 分鐘走路測驗觀察到的步行功能與心肺功能。五、執行控制能力本研究所指之執行控制能力測驗是利用腦磁圖來觀察實施相關測驗時大腦皮質神經變化之情形。MEG 執行控制能力測驗將以反應區辨測驗 (auditory Go / No-go test) 和 Sternberg 工作記憶作業 (Sternberg working memory task) 測驗。. 第七節. 研究重要性. 太極拳運動對體適能或心理方面作用的研究許多，但太極拳運動對認知功能之影響的研究相當稀少。並且腦磁圖與運動相關的文獻並不多，運動與大腦認知功能相關研究仍待大量的人力、物力投入，探討運 8.

(17) 動所帶來的效益是值得進一步探討的課題。因此，本研究欲透過客觀儀器來觀察太極拳運動對認知功能之影響，以及觀察體適能和認知功能量化數據上之進步情形。. 9.

(18) 第貳章. 文獻探討. 本章主要分為下列五節加以探討：第一節、老化對體適能之影響；第二節、老化對大腦認知功能之影響；第三節、運動對體適能之影響；第四節、運動對大腦認知功能之影響。. 第一節. 老化對體適能之影響. 因老化而產生的身體功能衰退問題，諸如肌耐力(muscle endurance)、關節柔軟度 (flexibility) 與活動度 (range of motion, ROM)、活動功能與平衡表現 (mobility and balance) 等均隨著年齡增加而下降，而上述這些因素終將影響老人在日常生活功能 (activity of daily living, ADL) 的表現（陳家慶，2008）。人類的生理機能大概在 20～30 歲期間達到最高峰，之後以每年平均 0.75～1.00%的速度下降，肢體動作能力下降的特徵反應在最大攝氧量及最大心輸出量等心肺功能降低、肌肉力量的不足和爆發力之減退（張燕明，2002）。日本厚生勞働省提出研究報告；男女都是從 40 歲開始體力水準逐漸退化，而從 65 至 79 歲則有呈現線性降低的傾向（堀，2007）。. 一、. 老化對步行功能之影響. 平衡 (balance) 定義為在不同支撐基礎 (base of support) 下，控制身體質量中心 (center of mass) 的能力，可分為靜態平衡 (static balance) 與動態平衡 (dynamic balance)；靜態平衡是指在一個靜止的空間中，保持身體質量中心在支撐基礎上的能力，如站立、單腳站立、倒立等；而動態平衡則是指在行進移動間保持平衡的能力 (DeOreo & Keoch, 1980)。平衡功能是人體的一項重要功能，為身體在空間中的知覺，也就是空間中 10.

(19) 維持穩定的機能，而影響平衡的因素包含小腦、內耳前庭系統、視覺、本體感覺、中樞神經系統、肌肉運動感覺（角田、安保，2008）。日常生活中的各種動作及站立、行走等活動均依賴於有效的平衡。然而，平衡能力和年齡具有相關性，會隨著老化而衰退，中樞神經系統退化、關節內本體感覺接受器減少、前庭器退化、視覺減弱、肌力與肌耐力降低等因素影響老年人在控制身體動作的能力 (Woollacott, Shumway-Cook, & Nashner, 1986)，其特點是 21~50 歲最穩定，至 70 歲以後明顯降低（任可欣，2004）。動態平衡是指人體在運動或受到外力作用時，能自動的調整並維持姿勢的一種能力。步態分析是動態平衡的一種評價方法，與步態有關的參數由距高、時間、速度和步找的數量（任可欣，2004）。從老年人步態的研究中發現，老年人在步態表現方面亦與年輕人有些差異，隨著年齡的增加，步行速度變慢 (Wall, Hogan, Turnbull, & Fox, 1991)，步幅與步頻也會隨之下降，行進間雙腳支撐期變長 (Elble, Sienko Thomas, Higgins, & Colliver, 1991)，而 63 歲以上之老年人，步行速度每年下降約 1.6% (Alexander, 1996)。杉浦、長崎、古名與奥住（1998）觀察老年人步行能力之 4 年的追蹤研究。結果發現，調查開始時的步行測驗成績與 4 年後的成績有正面的相關性，研究者認為步行能力的個人差異會保持。在 4 年期間自由步行速度、最快速度與步幅會隨著年紀的增加下降，其下降率在 70 歲以上相當高，表示其下降率會隨者年齡增加會加速。調查開始時的肌力、平衡能力、手指機能高的老年人，其步行速度下降率較少。另外，調查開始時的最快步行速度可成為其 4 年後的死亡風險與日常生活功能 (ADL) 降低的預測因素。平衡能力下降也是老年人跌倒的一個重要的預測。65 歲以上老年人 11.

(20) 之 30 ~ 50%在過去一年曾跌倒過，75 歲以上其跌倒比率開始增加 (Jones & Rose, 2005; Zeeuwe 等, 2006)。關於老年人的跌倒成因，鈴木等（1999）做了 5 年的追蹤研究，5 年之調查期間中有 2 次以上的多次跌倒者比非跌倒者或僅 1 次跌倒者，其調查開始時之自由步行速度、最快步行速度、握力等體適能、皮下脂肪等顯著不佳。再加上，將有無 5 年調查期間之多次跌倒當做目的變項後分析，結果發現，「過去 1 年的跌倒經驗」呈現最高之正相關性，而自由步行速度及皮下脂肪呈現最高之負相關性。老年人的跌倒大部分發生在時，老年人跌倒不僅會造成腦部損傷和骨折，而且還會引發心情沮喪、營養不良和增加感染的機會，嚴重威脅著老年人的身心健康和生活質量（飯干，2006）。. 二、. 老化對心肺功能之影響. 心肺功能是指心臟、肺臟、血管、血液等循環系統的能力，身體肺部吸入氧氣，心臟循環系統攜帶運送氧氣和肌肉利用氧氣產生能量的能力（方進隆，1993）。心肺功能下降的原因不只年齡增加，身體活動量的下降、身體組成的變化（體脂肪的增加和肌肉的減少）也有關。 ACMS (2006) 針對老化的生理變化提出許多數據，包括最大心跳率每 10 年約下降 6～10 下、心肺功能於 25 歲後每 10 年減低 5～15%、最大攝氧量於 25 歲後每 10 年約降 1%。另外，橫斷面研究指出，男性 25 歲以後，最大攝氧量每年下降 0.45 ml/kg/min，女性則減少 0.3 ml/kg/min；縱斷式的研究則發現最大攝氧量是以每年 1 ml/kg/min 降低（劉沅錦， 2008）。心肺功能（最大攝氧量）的下降，不是與年齡呈現正比例下降，其下降速度則 45 歲以後變快，且越老越快 (Fleg 等, 2005; Jackson, Sui, Hébert, Church, & Blair, 2009)。心肺功能下降導致心臟病等生活習慣病、肺活量的減少、氣喘或慢性阻塞性肺病 (Chronic obstructive pulmonary 12.

(21) disease, COPD) 等呼吸系統疾病（南等，1998；福地，2004）。. 第二節. 老化對大腦認知功能之影響. 大腦是人體最複雜也最難理解的器官，主宰了心智、情緒、記憶、學習、思考、語言等功能。大腦雖然只佔總體重的 2 %，但卻使用人體將近 20 % 的總能量，是人體運作的中樞（洪蘭，2002）。大腦功能發展從幼兒開始快速生長，約在青春期之後達到頂點，並在 30 歲之後開始，每年 0.2%的速度下降，並且在年老的階段有加速的現象 (Fotenos, Snyder, Girton, Morris, & Buckner, 2005)，整體的發展趨勢會呈現倒 U 字形的現象 (Dustman, Emmerson, & Shearer, 1994)。老化的過程中會造成腦部代謝效率降低 (Meyer, Terayama, & Takashima , 1993)、大腦灰質及白質的減少 (Jernigan 等, 2001)、神經元突觸退化 (Leenders 等, 1990)、大腦血流量降低和神經傳導物質的下降 (Cabeza, 2001; Haug & Eggers, 1991)，而上述機轉的產生會造成大腦功能、結構的破壞 (Asha Devi, 2009; Park & Reuter-Lorenz, 2009; Peters, 2006)，使大腦認知功能 (cognitive function) 的工作執行能力降低，造成失智症 (Dementia)、阿茲海默症 (Alzheimer's disease) (Kramer, Colcombe, McAuley, Scalf, & Erickson, 2005) 等疾病發生率的增加，降低了老人生活的獨立性，也增加了社會負擔、醫療人力的支出以及社會問題的產生。老年人在記憶 (Federmeier, McLennan, De Ochoa, & Kutas, 2002)、注意 (Milham 等, 2002)、執行功能 (Wecker, Kramer, Wisniewski, Delis, & Kaplan, 2000)、反應時間 (Bashore, Osman, & Heffley, 1989; Spirduso, 1975) 等方面均有明顯的退化。隨著大腦組織的退化，會伴隨著認知表現的喪失，許多的研究指出在認知表現上，與老化有關的退化的能力包含流暢的推理 (fluid reasoning)、心智速度 (mental speed)、記憶及空間 13.

(22) 能力 (memory and spatial ability) (Claik & McDowd, 1987; 豐東洋， 2011)。老化如何影響大腦認知功能，大抵可分為二大類。第一種是認為大腦的老化是全面性的，包括訊息處理的速度、工作記憶力、抑制及知覺功能等，因而造成在訊息處理過程中，大腦對於連串的前後訊息無法及時整合，延緩了整個反應速度 (Raz, 2000)。第二種的觀點則認為，大腦的老化區域有特殊性，大腦組織退化的程度與速度會有區域上的差異，退化的最顯著的是在額葉 (frontal lobes)，其次是在顳葉 (temporal lobes)、及頂葉 (parietal lobes)、知覺及運動皮質，這個觀點和大腦認知執行控制以及某些記憶功能容易受到老化影響的研究一致 (Hasher & Zacks, 1979; Kramer, Humphrey, Larish, Logan, & Strayer, 1994)。另外，個體的普遍性認知因素可能是單一向度的損害，稱為選擇性退化 (selective decline)，或是多向度的損害，稱為擴散式退化 (diffuse decline)，一般老年人的退化似乎是屬於選擇性退化，執行功能及心智速度較易受老化有關的影響 (Keller, 2006; Salthouse, 1996; Salthouse, Atkinson, & Berish, 2003)。「執行控制」是在執行作業時候，以遵守作業規矩、或更新情報等控制思考或行動的認知過程，以及這些認知控制功能的總稱。執行控制關注的是選擇 (selection)、程序 (scheduling)、及協調 (coordination)的過程，對於個體的知覺、記憶及動作的反應。執行控制能力在兒童早期階段及成人晚期會降低 (Cepeda, Kramer, & Gonzalez de Sather, 2001)。 Meyer & Kieras (1997) 認為執行控制是個體與環境交互作用中含有意圖 (intention) 成分的認知過程，相關的功能包括動作的組織 (organization of action)、心理適應性 (mental flexibility)、複雜性區辦 (complex discrimination)、錯誤監控 (error monitoring)、反應選擇 (response 14.

(23) selection) 、抑制. (inhibition) 及其他需要努力的過程. (effortful. processes)。小嶋（2013）認為執行控制功能成分包括；意思（意志、目標設定、意圖、期待）、記憶（銘記、維持、想起、形象生成、預期）、注意（探索、查出）、操作（綜合、比較、抑制）等過程。大腦執行控制能力與認知功能有關，包含工作記憶、認知轉換能力、抑制能力、持續更新訊息的能力、衝突解決的能力以及組織和計畫能力等。涵蓋範圍從知覺、記憶及動作等認知層面，而這些功能主是由前額葉區調節 (Miller & Cohen, 2001; Miyake 等, 2000)。許多研究為了觀察執行控制功能採用測試如 working memory, go/no-go 及 stroop 等三種作業。工作記憶 (Woking memory) 作業是使用相同字母維持短期記憶的工作作業，以瞭解干擾效果與控制情境比較之下，干擾情境會產生左腹側 (left vetrolateral) 前額葉皮質在反應及工作記憶描述時解決衝突的能力 (Jonides 等, 2000)。Go/No-go 作業是瞭解老化對於抑制控制的影響，在這項作業中年輕人進行抑制控制時會聯合右側額葉及右頂葉的活動 (Garavan, Ross, & Stein, 1999)，老年人則在此作業中呈現顯著兩側額頂葉同時活化的現象。反應時間 (reaction time, RT) 是指刺激訊號開始至反應動作出現，這一整個過程的時間，包含知覺時間 (perception time) 與動作時間 (movement time) (Kroemer & Grandjean, 1997; Wargo, 1967)。反應時間受許多不同因素影響，包括刺激種類、刺激強度、個別差異（如年齡、性別、身高、體重等）、心理預期、事前練習、注意力、疲勞、運動、慣用側、作用肌群大小、先天遺傳等 (Wickens, 1984; 連鍠瑜，2001)。 Der 與 Deary (2006) 認為研究認知功能的測驗，大多數利用反應時間 (reaction time) 來探索認知功能，且年齡與反應時間存在明顯的差異，即反應時間隨年齡變慢。Grouis (1991) 研究 6~80 歲的男性受試者，發現 15.

(24) 20 歲是反應時間的巔峰期，20 歲以前反應時間隨年齡增長而縮短，20 歲以後反應時間隨年齡增長而增加。王學中（1995）研究不同年齡層慢跑者與無規律運動者的體適能差異，發現在反應時間的衰退率，無論慢跑者或無規律運動者均是 30~39 歲組衰退達最大值，慢跑組達 11.5%、無規律運動組達 16.5%，其餘年齡層隨年齡增長呈衰退現象。Themanson、 Hillman, 與 Curtin (2006) 利用作業轉換 (task switching) 模式檢測年齡與身體活動量之間的關聯探討，結果發現，老年人不僅在反應速度上比年輕人慢，老年人的大腦相關事件電位中錯誤關聯負波 (error-related negativity, ERN) 振幅也低於年輕人，推測 ERN 振幅的減少意味著老年人在動作監測上衰退的現象。研究指出，在空間記憶 (spatial memory) 上，即使是健康的老人在行為表現的反應時間也會隨著年齡的增加而增加，負荷越高時越明顯，並且在後皮質區有損壞的現象，因而損害刺激評估的能力 (McEvoy, Pellouchoud, Smith, & Gevins, 2001)，其他研究也有類似的結果 (Knott 等, 2004; Missonnier 等, 2004)，由上述研究可發現，老人在執行認知作業時，相較於年輕人的注意力資源分配的效率較差、大腦的功能儲備量較低，並且在認知處理的歷程上也有所差異（王駿濠、蔡佳良，2009）。但執行控制能力可以經由練習改善。Kramer, Hahn, 與 Gopher (1999) 研究發現，老年人與年輕人雖然在有關執行控制的前側中有顯著差異，但是經過適當訓練之後，兩組在這項功能的表現上沒有差異，且其訓練效果維持二個月。另外，經過適當訓練大腦前額葉皮質（與工作記憶有關的部位）活化程度增加 (Olesen, Westerberg, & Klingberg, 2004)，訓練之後工作記憶亦可改善 (Klingberg, Forssberg, & Westerberg, 2002; Kingberg 等, 2005)。Holmes, Gathercole, 與 Dunning (2009) 研究 6 個月的適當課程對工作記憶能力下降的學生（8~11 歲）42 名，結果數學能力 16.

(25) 顯著改善。. 第三節. 運動對體適能之影響. 美國運動醫學會 (ACSM, 2000) 對老年人的運動指導建議中包含能合乎他們的興趣或需要、經常性的規律運動及中等強度的有氧運動。運動對老年人最基本的目的，主要為讓老年人有獨立生活能力及身體自主性機能的訓練，以維持不退化，或是增強其身體自主性機能為優先考量（王秀華、李淑芳，2009）。King, Rejeski, 與 Buchner (1998) 建議老年人以低衝擊性、低負荷的運動來進行訓練，包含走路、游泳、腳踏車及太極拳等運動方式。心肺適能的改善，就是在適當運動強度不斷地刺激之下，促使心血管循環效率、神經肌肉協調能力、能量代謝效率及肺換氣等生理功能，因長期調節干擾而形成新恆定狀態 (homeostasis) 的適應效果 (McArdle, Katch, & Katch, 1991)。根據美國運動醫學會 (ACSM) 建議改善心肺適能的運動處方，顯示規律的有氧運動訓練強度，應介於最大攝氧量的 50 ~ 85%，或通常將最高心跳率之 65 ~ 90 %為標準，對無運動習慣之人或老年人將最高心跳率之 55 ~ 64 %為標準。並且建議在有效的運動強度範圍中，可以選擇較低負荷的運動強度，確保健康；也可以選擇較高負荷的運動強度，增強心肺適能 (ACSM, 2004, 2006)。步行功能與平衡功能和肌力等有密切關係。Gauchard, Jeandel, 與 Perrin (2001) 與 Load 等 (1996)提出，高耗能運動 (bioenergetic sporting activities) 可以增加肌力，但對體感覺傳入的影響並不大，低耗能運動 (low-energy exercises) 可以改善體感覺與前庭覺敏感度，因此對平衡控制和姿勢維持有助益。Gauchard, Jeandel, Tessier, 與 Perrin (1999) 以 36 名超過 60 歲中老年人為研究對象，依照平日運動型態分為 3 組，高耗能運 17.

(26) 動組（包括慢跑、游泳或騎單車）、低耗能運動組（包括瑜珈或柔性體操）與未參加運動組，分別對受試者進行姿勢平衡分析與前庭覺測驗，結果發現未參加運動組控制平衡的能力較差、前庭覺敏感度較低，相對得低耗能運動組的平衡能力與前庭覺測驗表現是 3 組中最好，至於高耗能運動組並沒有特別突出地表現。對老年人而言，規律性的運動不僅可增進其生活品質也能延緩老化所導致的身體功能 (physical function) 衰退與失能 (disability) 程度。在眾多運動項目中，太極拳是最受到東西方中老年人所喜愛的運動。太極拳 (Tai Chi Chuan) 是中國傳統的武術之一，由於它動作優美協調且富韻律感，施作過程如行雲流水，屬於緩和的有氧運動；太極拳運動以半蹲的姿勢移動體位、雙腳來維持身體對空間的平衡感，打太極拳者均講求凝神靜氣、肌肉放鬆，運動過程採深呼吸的腹式呼吸法及全身關節作圓弧形運動，對身心靈提供了全方位的保健（余利斌、李世生，2000）。太極拳運動對促進健康的研究頗多，許多研究發現，規律的從事太極拳運動有增進肌力和肌耐力的效果 (Audette 等, 2006; Taylor-Piliae, Haskell, Waters, & Froelicher, 2006b; Xu, Li, & Hong, 2006)，尤其是增進平衡感 (Audette 等, 2006; Fong & Ng, 2006; Taylor-Piliae 等, 2006b; Zhang, Ishikawa-Takata, Yamazaki, Morita, & Ohta, 2006)、降低跌倒的機率 (Choi, Moon, & Song, 2005; Li 等, 2005)、增進柔軟度 (Audette 等, 2006; Choi 等, 2005; Jones, Dean, & Scudds, 2005; Zhang 等, 2006) 及改進心肺功能的助益 (Audette 等, 2006; Hong, Li, & Robinson, 2000; Jones 等, 2005; Lan, Chen, & Lai, 2004 ; Taylor & Froelicher, 2004; Wolf 等, 2006)。除了前述各項效果以外，其他以中老年人為受試者的研究也對太極拳的功效提出實驗證據，例如減緩骨質流失 (Chan 等, 2004; Qin 等, 2002; Qin 等, 2005)；以及強化心理方面的效果 (Audette 等, 2006; Gemmell & Leathem, 2006; 18.

(27) Taylor-Piliae, Haskell, Waters, & Froelicher, 2006a; Yeh, Chuang, Lin, Hsiao, & Eng, 2006)；減少跌倒的恐懼感 (Li 等, 2005; Sattin, Easley, Wolf, Chen, & Kutner, 2005; Zhang 等, 2006)；提升睡眠品質等 (Li 等, 2004)；有效降低焦慮感 (Tsai 等 , 2003) ；可促進自尊心與健康相關的生命品質 (health-related quality of life, HRQL) (Mustian 等, 2004)；可提升免疫功能 (Irwin, Pike, Cole, & Oxman, 2003; Takafuji 等, 2010; Yeh 等, 2006; 邱芳貞，2003；顏奇津，2003；張勉，2002)。研究指出，太極拳是運動傷害較少的武術 (Zetaruk, Violan, Zurakowski, & Micheli, 2005)。. 一、. 太極拳對步行功能之影響. 目前越來越多的人將太極拳作為一種方法來改善老年人的平衡功能和預防跌倒感到興趣，有關這方面的研究也日漸增多，但其方式與指標各各不同，不容易數據化來比較，橫斷性研究與縱斷性研究都有，但受試者拳齡超過一年以上的實驗都是橫斷性研究。縱斷性研究利用老年人進行幾週或長期的太極拳訓練，結果發現，太極拳運動改善老年人平衡能力 (Eaton, 1999; Taylor-Piliae 等, 2006b; 黃泰諭，2005)、靜態身體擺動 (Wu & Keyes, 2006)、身體穩定性的效益 (Wolf, Barnhart, Ellison, & Googler, 1997)、單腳或雙腳站立能力 (Audette 等, 2006; Wu & Keyes, 2006; 念裕祥、2009)、功能性的移動能力 (Taggart, 2002)、下肢肌力 (Audette 等, 2006; 黃泰諭，2006)、降低跌倒的恐懼感 (Wolf 等, 1997; Li 等, 2005; Wu & Keyes, 2006)、跌倒機率降低 (Li 等, 2005)。橫斷性研究比較長期從事太極拳的老年人與無運動習慣之健康老年人或從事其他運動項目老年人，結果發現，長期從事太極拳者，有較佳的靜態平衡能力 (Lin, Hwang, Wang, Chang, & Wolf, 2006; 鄭名涵、侯碧 19.

(28) 燕，2009)、動態平衡能力 (Faber, Bosscher, Chin A. Paw, & van Wieringen, 2006; Lin 等, 2006)、靜態身體擺動 (Tsang & Hui-Chan, 2006; 金、渡部， 2003)、單腳與雙腳站立能力 (Mak & Ng, 2003; 金、渡部，2003)、下肢肌力（鄭名涵、侯碧燕，2009）、步行控制機制 (Gatts & Woollacott , 2007)、平衡木行走能力（鄧永明，2004）、降低跌倒的恐懼感 (Lin 等, 2006)、跌倒機率 (Faber 等, 2006; Gatts & Woollacott , 2007)。許多研究認為較大的姿勢搖晃 (postural sway) 與有較高的跌倒機率有關，對老年人而言，姿勢搖晃的程度會隨年紀的增加而上升，許多學者利用儀器檢測老年人足壓中心，發現有跌倒經驗的老年人的足壓中心在前後向的搖晃幅度與平均速度上，皆顯著較無跌倒經驗的老年人高 (Piirtola & Era, 2006; Buatois, Gueguen, Gauchard, Benetos, & Perrin, 2006; Melzer, Benjuya, & Kaplanski, 2004)。 Mak & Ng (2003) 研究有無練習太極拳運動老年人的平衡能力。結果發現，太極拳組（拳齡 1 年以上）在 6 公尺走路測驗，其步速 (gait speed) 及步幅 (stride length) 顯著優於非太極組。 Fujimoto, Yamazaki, Wakabayashi, Matsuzaki, & Yasumura (2011) 研究 15 週（每週 1 次）太極拳練習對老年人體適能之影響，結果發現 10 公尺步行速度與最大步行幅度顯著進步。胡（2007）研究 12 週太極拳練習（每週 1 次、每次 60 分鐘）對老年人體適能之影響，結果發現可改善三公尺起走測試 (Time-up and go test) 成績與 5 公尺自由步行時間。郭等 (2007) 研究利用太極拳與長拳動作練習預防老年人跌到情況，結果發現 12 週訓練（每週 1 次、每次 70 分鐘）改善其三公尺起走測試成績。Manor, Lipsitz, Wayne, Peng, & Li (2013) 研究 24 週楊氏太極拳訓練（每週 1 次、每次 60 分鐘）對老年人姿勢之影響，結果發現可改善起走測試 (TUG) 表現。Li 與 Manor (2010) 研究 24 週太極拳訓練對末梢神経障害患者體適能之影響，結果發 20.

(29) 現可改善 TUG 表現。Romero-Zurita 等 (2012) 研究 28 週太極拳訓練（每週 3 次）對女性纖維肌痛患者之影響，結果發現顯著改善 TUG 表現。然而較少數研究發現短期太極拳訓練對步行表現沒有效果。Lelard, Doutrellot, David, 與 Ahmaidi (2010) 研究 12 週太極拳訓練對老年人之影響，結果發現訓練後之 10 公尺步行速度與姿勢穩定性表現與訓練前沒有顯著差異。Zhang, Ishikawa-Takata, Yamazaki, Morita, 與 Ohta (2006) 研究 8 週太極拳訓練對老年人之影響，結果發現受試者平衡能力和柔軟度顯著改善，及顯著降低跌倒的恐懼感，但步行速度沒有顯著改變。太極拳運動之雙腳或單腳持續處在彎曲的姿勢，就如同半蹲一樣雙腳處於高負荷的狀態，對於下肢肌肉而言可視為一種肌力鍛鍊。傳統武術的鍛鍊多著重在下半身，學習太極拳也不例外（康戈武，1996）。因此太極拳已普及為中老年人與一般民眾促進身體健康的運動。根據相關研究顯示，肌力、平衡能力、耐力等的改善有預防跌倒的效用。其中平衡功能的提升就是預防跌倒的核心（堀，2007）。太極拳的動作型態結合肌力強化、平衡訓練、姿勢統整及心靈專一，因此太極拳運動於跌倒的預防上，一直被認為對老年人有相當好的效果 (Wu, 2002)。. 二、. 太極拳對心肺功能之影響. 太極拳既然屬於有氧運動，練習太極拳對中老年人心肺功能是否有增進效果一直都是研究者想要探討的課題，針對長期練習太極拳對中老年人的心肺功能影響，發現其心肺功能顯著優於同年齡的坐式生活者 (Audette 等, 2006; Wolf 等, 2006; Wang, Lan, & Wong, 2001)。Audette 等 (2006) 研究發現，12 週規律簡化太極拳運動顯著促進中年女生的最大攝氧量，其改進情形比慢跑顯著。Wolf 等 (2006) 研究發現，48 週規律太極拳運動明顯的改善老年人的心肺功能。Jones, Dean, and Scudds (2005) 21.

(30) 的研究也發現，12 週規律陳式太極拳運動增加最高換氣速率 (peak expiratory flow rate)。Lan, Chou, Chen, La, 與 Wong (2004) 研究發現，從事長期楊式太極拳運動可促進攝氧量與氧脈功能，其改進情況比氣功好。Taylor-Piliae 與 Froelicher (2004) 研究發現，52 週楊家 108 式太極拳運動可改善老年人有氧能力。Hong, Li, 與 Robinson (2000) 研究發現，長期規律的太極拳運動可改善老年人心肺功能。 Lan, Chen, Lai 與 Wong. (2001) 曾利用對打楊家 108 式太極拳時的. 心跳率及攝氧量的監測，試圖定義太極拳運動強度，結果發現，太極拳應屬於中等強度的有氧運動。Lan, Chen, 與 Lai (2004) 研究發現，楊家 108 式太極拳的運動強度在不同的年齡或性別大概一樣，屬於中等強度有氧運動，可用以發展心肺功能。和田、渡邊與佐藤（2001）以簡化 24 式太極拳，比較連續性打法（4 次套路沒有休息連續打）與間歇性打法（4 次套路的各中間一分鐘休息）的運動強度。結果發現，連續性打法的心跳率是平均 45%HRreserve，間歇性打法則為 37%HRreserve。中年太極拳練拳者之心肺功能研究 (Lai, Wong, Lan, Chong, & Lien, 1993; Wong, Lai, & Lan, 1990) 發現，太極拳組在無氧閾值時，攝氧量、氧脈（攝氧量除以心跳率；VO2/HR），和功率均較高於控制組，顯示中年太極拳練拳者有較佳的心肺功能。老年太極拳練拳者之心肺功能研究中 (Lan, Lai, Wong, & Yu, 1996) 發現，太極拳組在無氧閾值時，攝氧量、氧脈和功率均較高於控制組，顯示，老年太極拳練拳者有較佳的心肺功能。Lai, Lan, Wong, 與 Teng (1995) 兩年的中老年受試者追蹤研究後指出，雖然心肺功能隨著年齡增加而衰退，但是長期的太極拳訓練可以減緩這種趨勢；不論男女，雖然太極拳組與控制組之最大心搏率、換氣量、功率均無明顯的變化，但是太極拳組的最大攝氧量衰退速率約為控制組的一半，因此太極拳可以作為一種維持心肺功能的健身運動。初學太極 22.

(31) 拳練拳者之心肺功能研究 (Lan, Lai, Chen, & Wong, 1998) 發現，受試者在初學太極拳的一年中，其無氧閾值時的攝氧量、氧脈和功率皆明顯上升，控制組的最大攝氧量在一年中稍有衰退，但統計上無意義；由此可知太極拳也可以提升初學者在最大運動時的運動耐力。Wang, Lan, and Wong (2001) 發現，長期練太極拳者最大攝氧量比坐式生活者優於 34%。利用 6 分鐘走測驗評估太極拳對心肺功能效果的研究如下。Manor, Lipsitz, Wayne, Peng, 與 Li (2013) 利用 24 週楊氏太極拳訓練（每週 1 次、每次 60 分鐘）對老年人姿勢之影響研究、Li 與 Manor (2010) 24 週太極拳訓練對末梢神経障害患者體適能之影響研究、Romero-Zurita 等 (2012) 利用 28 週太極拳訓練（每週 3 次）對女性纖維肌痛患者之影響研究、Yeh 等 (2013) 利用 28 週太極拳訓練對心臟衰竭患者之影響研究，皆結果發現 6 分鐘走表現顯著進步。. 第四節一、. 運動對大腦認知功能之影響運動與認知功能. 血流速度的研究調查發現，年齡在 10～30 歲期間血流速度急遽下滑，而在 30 歲到 70 歲期間變成緩慢下降。大腦賴以為養分來源的氧氣 (oxygen) 和葡萄糖 (glucose) 供應也因血流速度減緩而減少，能帶離開腦部廢棄物質也因血流速度減緩而變少（林志懋譯，2008；Dustman, Hanover & Shearer, 1994）。Marchal 等 (1992) 指出，年齡越高則腦部血流變少以及血體積 (blood volum) 變小，這些因素也影響著大腦氧氣代謝率的衰減；並且在四片腦葉（額葉、頂葉、顳葉、枕葉）以每十年降低 6%的速度減少大腦氧氣代謝率，這可能造成腦部萎縮。規律身體活動及適當強度的運動訓練可以增加心肺功能，增加心臟血流輸出量，並可運送更多的氧氣至肌肉中使用，提供大腦更多氧氣的 23.

(32) 使用 (Dustman 等, 1990; Kara, Pinar, Ugur & Oguz, 2005)。有氧適能較高的成年人與有氧適能較低的成年人相比，其在海馬迴的容量上亦較大，而這也表示擁有較好的空間記憶表現 (Erickson 等, 2009)。Colcombe 等 (2003) 比較從事有氧運動年人與坐式生活老年人大腦組織發現，心肺功能對於灰質受到老化的節制效果，在前額葉、前頂葉及顳葉最顯著；對白質的效益是在額葉及後頂葉。其他運動促進大腦認知功能的機制可能為增加大腦代謝物質的活動 (Dustman 等, 1984)，促進大腦的血液循環 (Endres 等, 2003; Swain 等, 2003)，提供神經細胞足夠的氧份、促進大腦神經滋養因子 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 的合成 (Gomez-Pinilla, Ying, Roy, Molteni, & Edgerton, 2002; Vaynman & Gomez-Pinilla, 2005)、增加神經傳導物質的合成及分泌 (Brown 等, 1979; Chaouloff, 1989)、提升大腦認知儲備容量。由上述研究可了解運動對於大腦生理認知功能的調控機轉。研究者指出，有氧運動對於前額葉控制的執行控制歷程的效益較大 (Buck, Hillman & Castelli, 2008; Hillman, Buck, Themanson, Pontifex, & Castelli, 2009; Kramer 等, 1999）。研究身體活動量與大腦認知功能之關係，施行測驗反應時間(reaction time, RT)、正確次數、事件相關電位(event-related potential, ERP)的測量是有效方法（裵、小川、山崎，2012）。第一篇關於認知功能的橫斷性研究是 Spirduso (1975) 利用簡單反應時間和複雜選擇反應的認知功能測驗，發現過去在三年間，每週運動三次以上的 60 歲老人認知表現顯著優於不運動老人且和 20 歲的年輕人相較下並無顯著差異。Sherwood 與 Selder (1979) 發表以視覺為刺激而做選擇反應時間的研究，年齡介於 23～59 歲的 64 名受試者，一半是經常從事長跑運動訓練，另一半少有運動習慣，結果發現反應時間雖然隨 24.

(33) 年齡而退步，但在從事長跑運動訓練組退步並步明顯。Spirduso 與 Clifford (1978) 研究年齡與身體活動對反應時間的影響，發現高齡運動組（包括持拍球類運動組與慢跑組）的反應時間明顯快於年輕未運動組，而高齡持拍球類運動組與高齡慢跑組的反應時間並沒有顯著差異，推論年齡與身體活動對反應時間有潛在的交互影響力。然而許多研究更針對個體體適能水準的好壞 (Barnes, Yaffe, Satariano, & Tager, 2003) 以及運動訓練介入的類型、強度、持續時間 (Blumenthal & Madden, 1988; Colcombe 等, 2004; Dustman 等, 1984) 對於大腦認知功能表現的影響程度做更進一步探討。腦電波中的事件相關電位 (ERP) 是執行某些需要內在或外在認知歷程的認知作業，以誘發並記錄與時間相關的大腦皮質的電性活動，現今的研究已從 ERP 成分波中的 P3 波、錯誤相關負波 (error-related negativity, ERN) 及錯誤正波 (error positivity, Pe) 證實運動對人類認知功能有正面效益（王駿濠等，2012）。ERN 是發生在錯誤反應後的約 80 毫秒的負向波，ERN 的大腦發生源，利用等価電流雙極子推定法 (Dehaene, Posner, & Tucker, 1994; Holroyd, Dien, & Coles, 1998)、fMRI (functional magnetic resonance imaging) (Kiehl, Liddle, & Hopfinger, 2000) 的研究，或利用猴子的研究 (Gemba, Sasaki, & Brooks, 1986) 而推測在前扣帶迴皮質 (anterior cingulate cortex)。Miltner 等 (2003) 以腦磁圖儀與聽覺 Go / No-go 作業的研究確認，ERN 波的位置非常接近額葉腦前扣帶迴。 Dustman 等 (1990) 比較老人和年輕人並進一步藉由最大攝氧量將體適能分類為高和低體適能組，結果發現相較於年輕人，老年人在神經認知測驗上的表現較差且視覺敏感度減低，然而高體適能組有較短的事件相關電位潛伏期 (event-related potential latencies)，且神經認知功能表現及視覺敏感度也較佳。利用 ERN 探討不同身體活動量之老年人在執行作 25.

(34) 業轉換任務時大腦 ERP 是否有所不同的研究，結果發現，在行為方面，高活動量老人比低活動量者錯誤率的發生明顯較低；在腦波部分，ERN 振幅在電極位置 Fz（前額中央）顯著大於 Pz（頭頂中央），且女性大於男性（曾科達，2009）。其他研究也發現老人體適能較高者會降低較少認知表現的損壞 (Barnes, Yaffe, Satariano, & Tager, 2003)，有較高的海馬回體積 (volume of the hippocampus) 以及較佳的空間記憶表現 (spatial memory performance) (Erickson 等, 2009)，並且當老年人規律從事身體活動時會降低神經認知功能的損壞 (Geda 等, 2010; Laurin, Verreault, Lindsay, MacPherson, & Rockwood, 2001; Schuit, Feskens, Launer, & Kromhout, 2001; Weuve 等, 2004)。因此許多研究也針對身體活動及運動訓練介入是否能改善老化對於認知功能和執行控制能力損壞作進一步的探討。. 二、. 太極拳與認知功能. 許多學者研究太極拳運動對體適能或心理方面的作用，但太極拳運動對認知功能之影響的研究相當稀少。孫、佐々木與大木（2011）在太極拳實施對認知功能之效果的文獻回顧中指出，從 1983 年至 2009 年之間的關於太極拳的文獻總有 626 篇，其中與認知功能有關的文獻只有 8 篇而已。 Matthews 與 Williams (2008) 以 20 名有認知功能障礙的老年人（年齡平均 76.5 歲）為對象，研究 10 週 3 次／週太極拳運動對認知功能的影響，結果發現在連線測驗 (Trail Making Test-B)、畫時鐘測驗 (Clock Drawing Test) 有顯著差異，顯示太極拳運動改善受試者認知功能。並且， Colcombe 與 Kramer (2003) 以這研究指出，身體活動對執行功能作業有大的效果。 26.

(35) Taylor-Piliae 等 (2010) 利用一年的 24 式楊氏太極拳和西方運動訓練對健康老年人認知功能的影響，結果發現太極拳組在數字廣度測驗 (digits backward) 顯著優於控制組。數字廣度測驗反映執行控制和注意力、集中力等其他認知功能。因此太極拳比西方運動訓練對認知表現有效益。張楠楠、呂曉標、倪偉與毛偉琴（2006）以 101 名健康老年人為對象，研究從事長期太極拳鍛鍊對中老年人的認知能力影響，結果發現， 1. 反應、注意力、協調技能、記憶力和表達能力等各個指標，鍛鍊組均優於對照組 (p<.05)；2. 兩組的認知能力都是隨年齡段增長而下降，但鍛鍊組下降較緩慢；3. 拳齡較長者其認知能力的各個指標（最佳反應時除外）均優於拳齡短者 (p<.05)，認為長期進行太極拳鍛鍊有利於促進中老年人的認知能力，並得以維持。 Nowalk, Prendergast, Bayles, D'Amico, 與 Colvin (2001) 以 110 位老年人分成 3 組（肌力訓練組、太極拳組、控制組）來觀察的追蹤 2 年的身體功能與認知功能，結果發現雖然 3 組之間沒有顯著差異，但是跌倒經驗者的追蹤開始時，其認知功能與日常生活功能低於未跌倒者。而且在追蹤期間，跌倒經驗者的這些功能下降的比未跌倒者還要多。孫、金川、佐々木與大木（2010）研究 3 個月 2 次／週太極拳運動對老年人大腦功能之影響，結果發現太極拳訓練組的 MMSE 大腦功能測試 (Mini-Mental State Examination)、5 公尺快速走路、10 公尺正常速度走路之成績有顯著改善，認為從事規律太極拳運動對老年人大腦功能與健康有益。 Hall, Miszko, 與 Wolf (2009) 以 22 名老年人（年齡 62～85 歲）為對象，研究 12 週 2 次／週、1.5 小時／次的 24 式楊氏太極拳運動對認知功能的影響，結果發現在選擇反應時間作業沒有顯著效果。 27.

(36) 三、. 腦磁圖與運動相關研究腦磁圖 (magnetoencephalography, 簡稱 MEG) 是近年來所研發的高. 科技儀器，是由可偵測微小磁場的超導量子干涉元件 (Superconducting Quantum Interference Device, SQUID ) 所組成，SQUID 是目前可實用化的最靈敏磁場感應器，其靈敏度達 0.5 fT/Hz1/2，可量測到比地球磁場 (0.5 高斯) 小一千億倍的磁訊號。全腦型 MEG 約有 100～300 個 SQUID 這種磁性感測器。目前 MEG 所用的 SUQID 都是由低溫導材料所製成，所以需要使用液態氦 (liquid helium) 將 SQUID 冷卻至超導臨界溫度以下才能使 SQUID 運作。MEG 擁有比腦電圖 (EEG) 更大的優點是它具有更佳的空間解析度 (2～5 mm)。能以非侵入的方式，測量大腦神經細胞活動所產生的磁場變化。臨床上可應用於某些患者，如阿茲海默症 (Alzheimer disease) 和多發性神經硬化症 (Multiple Sclerosis) 等，協助評估患者神經重整或腦部手術後恢復情況，也可用於記憶、學習、視覺和聽覺之研究。大腦皮質神經興奮所產生之生物磁場強度大約是 50～500 fT (1 fT = 10～15 Tesla)，要偵測如此微小的磁場，必須藉由磁通量轉換器 (magnetic flux transformer) 及超導量子干涉元件. (superconducting quantum. interference devices, SQUIDs) 等超導性線圈設計，才能在頭皮外加以記錄人體腦神經所產生微弱電流的生物磁場，最早於 1968 年 David Cohen 曾經以單一感應線圈與訊號重疊的技術記錄人腦活動磁場以研究腦部 8～ 12 Hz 的 alpha 波，之後 1969 年 James Zimmerman 等人發展出裝配 SQUIDS 之磁量計，大大提高對腦部磁場偵測的敏感度，並首次在磁屏蔽屋 (magnetically shielded room, MSR) 記錄心磁圖與腦磁圖，從此 MEG 逐漸受到重視。過去 MEG 從最初單一感應線圈，其覆蓋腦部面積非常小，到之後發展的 4～64 通道腦磁儀，皆必須不停的轉動磁感應計的位 28.

(37) 置才能記錄下全腦的磁訊號，相當不便且費時，最後發展出多重感應線圈的全腦型腦磁圖儀 (whole-scalp MEG)，經由一次測量便可得到全腦的磁訊號，也可與 MRI 的解剖資料結合，形成磁源造影 (magnetic source imaging, MSI) （孫吉林、尹岭、趙文清，2005）。另一方面，腦皮質神經之微弱磁場大約只有地表磁場的 108 分之一，許多背景環境因素（電力線、微波）皆會產生磁場而干擾對腦部磁場之記錄，所以需要磁屏蔽室 (magnetically shielded room) 來減少外界磁場的干擾。目前 MEG 已經廣為應用於臨床神經內外科疾病的診斷與各種腦部功能之研究及相關之方法學也逐漸開展。腦磁圖有許多的優點，包括高空間、時間解析度，其時間解析度的等級為毫秒，擁有比 EEG 更優異的空間解析度 (約 2～5 mm)，對於腦部神經細胞活動的空間定位上提供了絕佳的利器，由其顛癇病患的病灶上可有精確的定位效果，避免重要組織與功能的損傷，使手術地進行變得更加安全。此外，對人體完全無接觸、無侵入性與無損害，對於腦功能的研究與臨床應用，不會發出任何放射線、能量或是噪音 (Papanicolaou, 2009；林永煬，2008)。在過去腦磁圖與運動相關的文獻上，部分文獻針對運動功能定位或身體運動的功能與大腦主要運動皮質 (primary motor cortex) 之關係，在方法上都以運動有關的磁場誘發 (movement/motor-related magnetic fields, MRFs) 為主。Salenius, Portin, Kajola, Salmelin, 與 Hari (1997) 利用上、下肢肌肉等長收縮誘發腦磁場，上肢肌群包括背側第一掌骨間肌 (1st dorsal interosseus) 、伸食指肌 (extensor indicis proprius) 與肱二頭肌 (biceps brachii)，下肢肌群為屈拇指短肌 (flexor hallucis brevis)，記錄其 MEG (The primary motor cortex) & EMG 的反應，研究結果發現受試者相對應的運動皮質 (motor cortex) 興奮有相關的情況。另一篇研究 29.

(38) Murayama, Lin, Salenius, 與 Hari (2001) 利用 EMG 紀錄 4 位健康受試者的腦波訊號，進行腹肌 (abdominal muscles, ABD) 與脊邊肌 (paraspinal muscles, PS) 的等長收縮，再利用 MEG 記錄運動皮質的腦磁場變化，結果發現 ABD 與 PS 皮質區來源位於上肢手指背側第一掌骨間肌 (1st dorsal interosseus) 與下肢脛骨前肌 (tibialis anterior) 運動皮質區之間。也有一部分的研究運用腦磁圖針對運動功能機制的進行探討，Woldag 等 (2003) 對外在誘發手部活動或被動運動時，MEG 訊號功能性皮質的處理過程進行研究，以三種不同的作業 (tasks) 來誘發腦磁訊號，1.外在引發右手快速自主地伸展與彎曲；2.右手被動地伸展與彎曲；3.以空氣刺激右手食指的皮膚，運用電流訊號源密度分析 (source current density analysis) 來進行定位，結果指出主動運動與被動運動由運動激發的腦磁場 (motor evoked field I) 皆位於對側大腦的中央前區 (precentral region)，而有關體感覺激發的腦磁場方面則為對側大腦的中央後區 (postcentral region)，研究也發現在動作進行期間，不管是被動或主動運動其運動發生的潛伏期 (latency)，彎曲顯著少於伸展的動作，因此，研究結論推測，運動激發的腦磁場是因由本體感覺 (proprioceptive) 的輸入所產生的大腦皮質活動，可能是肌梭。有研究應用腦磁圖 (MEG) 和表面肌電圖 (electromyography, EMG) 研究大腦神經細胞活動 (oscillatory interaction) 與動作肌肉的溝通和協調機制，例如 Kilner, Baker, Salenius, Hari, 與 Lemon (2000) 探討手部肌肉與運動皮質間，對於某作業地一致性 (coherence) 與調節作用，用 EMG 記錄手部肌肉，以 306 通道的 MEG 紀錄大腦皮質活動，結果發現發現 EMG 與 MEG 的訊號反應有一致性 (coherence)，研究也發現大腦皮質活動也與肌肉收縮形式有關，也就是等張收縮 (isotonic) 對大於等長收縮 (isometric)。最近運動與大腦認知功能的研究也逐漸被重視，尤其應用腦磁圖 30.

(39) (MEG) 和認知心理學的測驗，瞭解運動參與對於大腦功能之影響。 Miltner 等 (2003) 利用 EEG 與 MEG 觀察 ERN 反應的研究發現，錯誤測試的 EEG 高峰幅度顯著大於正確測試，這顯示錯誤測試裡面的 ERN 的存在，其高峰值出現在反應後約 80 毫秒。另外，31 通道 MEG 的前額葉區域兩個通道測出來的反應（從錯誤測試減正確測試的差距）波形與 EEG 的 Fz（前額）與 Cz（頭頂）反應（亦從錯誤測試減正確測試的差距）相似，認為 MEG 亦可測出 ERN 反應。在利用 EEG 觀察大腦反應測驗裡面早期出現的負波成分 N170，出現在後區，此現象所反映的是看臉孔時候之識別（吳孟祐，2010）。N170 並非僅是對臉孔的特數波，對動物和工具 (Kiefer, 2001) 或鞋子、帽子和雨傘 (Miyakoshi, Nomura, & Ohira, 2007) 等其他非臉孔的物體刺激也可以誘發。N170 是在刺激呈現後的 130~200ms 之間被記錄到的，並在 160 ～170ms 時達到峰值的一種腦電負成分，其主要分布於大腦顳枕區 (occipito-temporal region) (Rossion & Jacques, 2008)。臉孔誘發的 N170 波幅在常具有右半球優勢，文字誘發的 N170 波幅則在常具有左半球優勢 (Rossion & Jacques, 2012)。類似的證據也来自腦磁研究發現的腦磁成分 M170 (Liu, Higuchi, Marantz, & Kanwisher, 2000)。Solomyak 與 Marantz (2009) 以腦磁波儀 (MEG) 做為工具，在受試者進行詞彙判斷作業的同時，進行腦磁波的記錄。MEG 是具有高空間解析度的工具，因此也能用來探討腦部處理文字的認知歷程，在這個實驗中，M170 是用來當做早期階段的一個 MEG 成分，從刺激呈現後約 130 至 170 毫秒，它發生的來源主要是由枕葉/顳葉區擴散至腹側顳葉 (ventral temporal lobes) 區域的表面。此 MEG 成分的來源位置與功能性磁振造影所發現的視覺字形區 (visual word-form area) 的位置是一致的 (Cohen & Dehaene, 2004)。Deeny 等 (2008) 指出，M170 31.