以事件關聯電位探討運動類型在老年人執行功能表現之差異

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(1)國立臺灣師範大學體育學系碩士學位論文. 以事件關聯電位探討運動類型在老年人執行功能表現之差異. 研究生: 陳冠甫指導教授: 洪聰敏. 中華民國 102 年 1 月中華民國臺北市.

(2) i.

(3) 以事件關聯電位探討運動類型在老年人執行功能表現之差異 2013 年 1 月研究生: 陳冠甫指導教授: 洪聰敏摘要過去探討身體活動與認知功能有關研究，運動處方主要針對強度、持續時間、次數，然而較少探討運動類型與認知功能之關係。從過去研究發現在豐富環境活動的老鼠，大腦的神經突觸增長且密度增加的現象，因此開放性運動相較閉鎖性運動是否有助於老年人的認知功能效果更佳。目的:本研究主要探討不同運動類型的老年人在 Flanker 作業的 N2、P3 潛伏時間、振幅之差異。方法:參與者分為從事開放組 20 位、閉鎖組 20 位、無運動組 20 位，每組必頇接受測量 Flanker 作業，統計以三因子混合設計變異數分析 (3 組別×2 情境×3 電極)。結果:開放組與閉鎖組相較無運動組有較快的反應時間及較大的 N2 振幅。結論:開放組與閉鎖組相較無運動組有較快的訊息處理速度，使的反應時間較佳。不論運動類型皆有助於改善反應抑制的處理能力。關鍵字: N2、P3、Flanker 作業、身體活動、老化. ii.

(4) The effect of exercise types on executive function in the elderly: An event-related potential study January, 2013 Student: Chen, Kuan- fu Advisor: Hung, Tsung-min Abstract. Early studies have revealed a close relationship between physical activity and cognitive functions in older adults. However, most of the studies considered about the intensity, duration, and frequency of exercise, few of them discussed about exercise types. Previous research has evidenced that an enriched environment seems to bring more cognitive benefit than a constant environment. Purpose：Our study examined the difference in executive function of the elderly between two exercise types, such as open-skill exercise and closed-skill exercise. Method：Sixty elders, whose mean age between 65-75 years, were recruited according to their exercise habits (open-skill exerciser, closed-skill exerciser, or irregular exerciser). They were asked to complete the Flanker task along with the event-related potentials recorded. Results：The open-skill and closed-skill groups performed faster reaction time and exhibited larger N2 amplitude than the irregular-exercise group. Conclusion：Those elders involving in either open-skill or closed-skill physical activity perform better executive function than those sedentary elders. We suggested that, for older adults, participating in regular exercise is a useful way to maintain their cognitive functions. Keywords: N2, P3, flanker task, physical activity, aging. iii.

(5) 謝. 誌. 轉眼間研究所已邁向尾聲，在運動心生理實驗短短的三年裡，起初我就像個全新的海綿大量吸收著新知識，無形中如今我已成長許多。在洪聰敏老師積極及勤奮的帶領下，教導研究夥伴們課堂的專業知識外，常常也教導我們做人處事的道理，已培養對事情要有嚴謹的態度、面對問題要多方面的思維以及注重細節的洞察力，處理問題應有隨機應變的能力。未來我也期許自己要秉持此態度警惕自己並分享教育下一代。實驗室夥伴的友情乃十分可貴，在此要感謝洪聰敏老師、黃崇儒老師、哲偉、巧菱、伶君、嵐雅的教導及照顧，感謝至寬、士竣、智千、采純、怡婷、裔夫、劉倩、名揚、怡潔、小雲、侑蓉、泰廷、芃君、人英，因為有各位夥伴的相互扶持及鼓勵，此篇論文方能順利過關。最後要感謝我的父母，在我遇到困難時你們常常給我加油打氣，是我完成學業的最大動力，也是我重要的精神支柱。在求學階段雖然艱辛，但好在有你們的協助使我不愁穿、不愁吃，一路上才能順利的完成學業，有你們真好，我永遠愛我的父母。. 冠甫敬上. iv.

(6) 目次口詴委員與系主任簽字之論文通過簽名表.............................................................................i 中文摘要....................................................................................................................................ii 英文摘要...................................................................................................................................iii 謝誌……...................................................................................................................................iv 目次............................................................................................................................................v 表次...........................................................................................................................................vi 圖次...........................................................................................................................................vi. 第壹章. 緒論..........................................................................................................................1. 第一節問題背景.................................................................................................................1 第二節研究目的.................................................................................................................4 第三節研究問題與假設.....................................................................................................4 第四節研究範圍與限制.....................................................................................................5 第五節名詞解釋.................................................................................................................6. 第貳章. 文獻探討..................................................................................................................8. 第一節老化與大腦認知神經功能衰退之關係.................................................................8 第二節身體活動對大腦認知神經機轉之影響...............................................................11 第三節. 老化過程中環境因子對大腦認知功能之關係...................................................12. 第四節. 身體活動與事件關聯電位之關係.......................................................................13. 第五節本章總結...............................................................................................................16. 第參章. 方法與步驟............................................................................................................18. 第一節實驗參與者...........................................................................................................18 第二節研究架構...............................................................................................................18 第三節實驗流程...............................................................................................................19. v.

(7) 第四節實驗儀器與工具...................................................................................................19 第五節資料處理與統計分析...........................................................................................20. 第肆章. 結果與討論............................................................................................................23. 第一節參與者背景變項結果...........................................................................................23 第二節行為資料結果.......................................................................................................24 第三節腦波資料結果.......................................................................................................24 第四節討論.......................................................................................................................28 第五節行為表現討論.......................................................................................................28 第六節腦波資料討論.......................................................................................................29. 第伍章. 結論與建議..............................................................................................................32. 參考文獻..................................................................................................................................33 附錄一. 實驗參與者同意書..................................................................................................38. 附錄二. 實驗參與者基本資料..............................................................................................39. 附錄三. 簡易智能量表..........................................................................................................40. 附錄四. 七日身體活動回憶量表..........................................................................................41 表次. 表 1 組別在反應時間和反應正確率的平均數、標準差....................................................23 表 2 組別在參與者背景變項的平均數、標準差................................................................24 表 3 組別在 N2 振幅與潛伏時間的平均數、標準差.........................................................25 表 4 組別在 P3 振幅與潛伏時間的平均數、標準差..........................................................26 圖次圖 1 研究架構圖....................................................................................................................19 圖 2 Flanker 作業...................................................................................................................21 圖 3 組別在 Fz、Cz、Pz 的平均腦波.....................................................................................27 vi.

(8) 1. 第壹章. 緒論. 本研究旨在使用腦波之事件關聯電位來比較從事不同運動類型的老年人在認知處理能力上之關係。本章內容依序為：第一節、問題背景；第二節、研究目的；第三節、研究問題與假設；第四節、研究範圍與限制；第五節、重要名詞解釋。. 第一節問題背景老年人口逐年攀升也面臨龐大醫療費用支出與人力照護的問題，在臺灣至 2011 年底大於 (含) 65 歲的老年人口已占總人口的 10.89％ (內政部戶政司，2011)，老化指數也逐年升高。而老化與大腦額葉的構造改變和功能減損有關，此區域與執行認知功能有密切關聯，人類大腦額葉區與前額葉區主要功能是操控短期工作記憶、判斷、計劃、抑制執行控制，此區衰退會造成大腦神經網路之間聯結及損害訊息整合與處理，而大腦左右各半腦與各區域神經網路之間的訊息聯結與整合較無效率，所以認知處理表現也就較差 (Colcombe et al., 2004)。一般較常使用事件關聯電位（event-related potential, ERP）工具瞭解大腦訊息處理的過程，而 ERP 有較高時間解析度的測量技術，經由外在的刺激來誘發腦波電位的變化。另外，ERP 資料的辨別是經由測量時間面波段的振幅 (amplitude) 及潛伏時間 (latency) 來推斷大腦訊息處理過程中的認知功能表現。在 ERP 的成份當中，N200 (N2) 波峰是 ERP 成份中在視覺刺激大約出現 200 毫秒，N2 是一種認知控制的指標，N2 振幅主要與知覺處理的反應衝突有關 (Bartholow, Pearson, Dickter, Sher, Fabiani & Gratton, 2005)。 P300 (P3) 成份在目標刺激後大約 300 毫秒，其振幅可作為大腦中樞在注意力、記憶與.

(9) 2. 環境更新的指標 (Bharath, Gangadhar, & Janakiramaiah, 2000)，而潛伏時間則反應刺激分類速度 (Polich, 1996)。早期在 go/no-go 作業研究典範，發現前額葉與抑制功能機制有關。例如: Pfefferbaum, Ford, Weller, 與 Kopell (1985) 發現在 go 的情境下，額葉區的 P3 振幅較大，其中，在 No-Go 情境相較 Go 的情境 N2 振幅顯著較大。在 No-Go 情境下的 N2 振幅較大可能反應出前額葉抑制機制的活動所影響。另外，Zeef, Sonke, Kok, Buiten, 與 Kenemans (1996) 發現老年人在 Flanker 作業，在不一致情境下，對於訊息處理較不容易抑制成功，造成不正確的反應。Wild-Wall, Falkenstein, 與 Hohnsbein, (2008) 研究指出，比較老年人與年輕人在操作 Flanker 作業時，年輕人相較老年人在非一致性比一致性的情境，在前額葉區的 N2 振幅較大。N2 與反應衝突有關 (Bartholow et al., 2005)，年輕人相較老年人在非一致性的作業情境下，反應速度較快反而增加非一致性的衝突，所以錯誤率增加，也許解釋老年人在刺激出現時會增加注意力在目標處理上，而造成在衝突情境的錯誤率降低的情況。綜合上述所得知，老化會造成認知功能的衰退，較容易受到訊息的錯誤干擾，相較於年輕人在抑制不相關訊息的表現較差。一般除了透過營養品與飲食補充外，還有其它有效的方法可以減緩老化的症狀，其中，在老人預防醫學研究中，運動是最常被建議的處方之一。過去許多研究發現運動對大腦神經認知功能的機轉，改變大腦結構 (Colcombe et al., 2003)、提升大腦神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF) (Vaynman et al., 2005)、且能增加大腦的血流.

(10) 3. 量 (Endres et al., 2003; Swain et al., 2003)。近十年許多研究探討從事身體活動參與者與 ERP 的振幅與潛伏之間關係。例如： Colcombe et al (2004) 發現有氧運動對老年人的認知表現有所幫助。Polich 與 Lardon (1997) 發現參與者高有氧運動組 (一週大於 5 小時) 相較低有氧運動組 (一週小於 5 小時) 的 P3 振幅較大，則 P3 潛伏期組間沒有差異。Dustman et al (1990) 檢驗年輕人與老年人各別再分參與高與低體適能組與坐式生活組，發現在視覺 oddball 作業，低體適能的老年人相較於其他三組的 P3 潛伏期較長，則坐式生活組相較所有運動組的 P3 潛伏期較長。表示高有氧運動組有助於投入較多注意力資源的分配。從過去有關探討運動或身體活動相關研究，大部分皆集中在有氧運動與耐力訓練運動的效果。在統合分析文獻，從運動訓練處方角度來看，大部分著重運動界入長度、強度、時間長短 (Colcombe & Kramer, 2003)，較少探討開放性運動與閉鎖性運動對於大腦認知功能之關係。然而，在過去研究指出身體活動含有運動技巧學習越複雜，能改善神經細胞的樹突與突觸之連結密度來提升個體的認知表現 ( Kleim, Swain, Armstrong, Napper, Jones, & Greenough, 1998)，且學習運動比一般運動、安靜組，運動類型含有之思考成份與技巧學習若越多，所分泌的腦內因子如 bFGF 及 FGF-2 較多於其他兩組，對調節神經細胞功能維持與存活效果更好 (Gomez-Pinilla, So, & Kesslak, 1998)。另外，Zhu 等人 (2011) 將 64 隻白老鼠分為四組:有血栓組、有血栓+豐富環境組、無血栓組及無血栓+豐富環境組，經手術長達 28 天後進行 Morris 水上迷宮，結果發現老鼠在豐富環境下 (enrich environment, EE)，腦血栓有回復效果，其大腦機轉為磷酸化 (pCREB)、微.

(11) 4. 管蛋白 (MAP2) 及突觸蛋白密度有所改善，有助於血栓的認知恢復。此結果表示在豐富環境下，經長期效益 (LTP) 可能是受到後突觸電位的影響，且有助於神經可塑性、學習及空間記憶表現，且在控制組與腦部缺血組在豐富環境下皆有效果存在，表示豐富環境的刺激對於大腦認知功能。開放性運動 (例如:桌球) 適合老年人從事此運動，透過不同來球的變化及速度，必頇迅速揮拍與移動腳步，同時還要提高注意力來判斷球方位擊球，這些過程所花費時間不到一秒內要做出正確反應，這類型的複雜性運動亦可達到手眼協調的反應能力與鍛鍊對周圍事物的靈敏性 (Lees,2003)。由此推論，從事較複雜性以及較豐富性的運動也能夠促進大腦神經之間的聯結與細胞功能維持，也許對於認知功能表現有效果存在。然而，過去研究著重探討不同持續時間、強度、運動型態、高低體適能與認知功能之關係，但尚未有研究探討開放性與閉鎖性類型運動與執行功能（干擾控制）的關係。從上述的推論，本研究主要在比較參與開放組與閉鎖組之老年人在 Flanker 作業反應時間和事件關聯電位 N2、P300 振幅和潛伏時間的差異。. 第二節研究目的. 本研究探討目的在不同運動類型的老年人在 Flanker 作業反應時間與事件關聯電位的 N2 及 P3 成分之差異。. 第三節研究問題與假設根據以上研究目的，本研究擬研討之中心問題為：.

(12) 5. 一、從事不同運動類型的老年人在執行 Flanker 作業一致性與非一致性情境的反應時間是否有差異? 二、從事不同運動類型的老年人在執行 Flanker 作業一致性與非一致性情境的 N2、P3 的振幅上是否有差異？三、從事不同運動類型的老年人在執行 Flanker 作業一致性與非一致性情境的 N2、P3 的潛伏時間上是否有差異？根據上述，本研究假設為：一、在執行 Flanker 作業一致性與非一致性情境下，開放組與閉鎖組較快的反應時間及較高正確率無運動組的，且開放性又優於閉鎖組。二、在執行 Flanker 作業一致性與非一致性情境下，開放組與閉鎖運的 N2 與 P3 的潛伏時間快於無運動組，且開放性又快於閉鎖組。三、桌在執行 Flanker 作業一致性與非一致性情境下，開放組與閉鎖運的 N2 與 P3 的振幅大於無運動組，且開放性又大於閉鎖組。. 第四節研究範圍與研究限制本研究對象是以 60 位台北市桌球俱樂部、新北市永和區桌球老年人俱樂部、台北市中正活動中心，經過條件篩選後進行研究。收集反應時間與事件關聯電位腦波資料，並以統計方法，對於不同運動類型老年人的反應時間與事件關聯電位的影響進行分析。本研究限制為：.

(13) 6. 一、工具的限制：大腦認知功能作業和發展過程十分複雜，目前 ERP 研究工具尚未能窺見大腦的全貌。二、樣本的限制：老年人指的是 65 歲以上，本研究的對象為 65 至 75 之間老年人，推論到所有老年人的範圍有限。三、僅探討 Flanker 作業的差異，無法進一步推論至其他認知面向的相關結果。. 第五節名詞解釋一、N200 (N2) N2 振幅波峰是 ERP 成份中約出現在視覺刺激 180-350 毫秒。N2 是一種認知控制的指標， N2 振幅主要是知覺處理的反應衝突有關 (Bartholow et al., 2005)。在 Flanker 作業主要在比較一致性與非一致性的情境，當非一致性刺激出現的干擾會造成衝突，而 N2 與知覺反應衝突有關 (Bartholow et al., 2005)，在非一致性刺反應時，必頇知覺抑制衝突避免受到干擾，因而誘發出 N2 成份振幅。二、P300 (P3) P3 是指目標刺激後大約出現 300 毫秒，腦波呈現最大振幅的正向波峰，意指當個體在進行認知情境進行作業時，P3 可作為大腦中樞在投入注意力資源、記憶與環境更新的指標 (Bharath et al., 2000)。在 Flanker 作業主要在比較一致性與非一致性的情境，當非一致性刺激出現會造成衝突，而 P3 與投入注意力資源有關 (Bharath et al., 2000)，當非一致性刺激反應時，需投入較多注意力資源來監控與解決衝突問題，因而誘發 P3 成份振幅。.

(14) 7. 三、開放性運動 (Open Skills) 當執行者決定動作開始時，是在一個物體或環境情境屬於移動不穩定、不可預測環境中進行動作 (Magill,2011)。四、閉鎖性運動 (Closed Skills) 當執行者決定動作開始時，是在一個穩定的環境情境中進行動作 (Magill, 2011)。.

(15) 8. 第貳章. 文獻探討. 本研究主要從事件關聯電位角度探討不同運動類型對 Flanker 作業表現之差異。本章文獻探討內容包括:首先將介紹老化對大腦神經認知功能衰退的意涵，而老化對大腦衰退神經活動有什麼改變，再探討老化與認知功能表現上有什麼差異。接著探討身體活動對大腦認知神經功能調節的機轉。另外，在老化過程中會影響認知功能衰退之外，在環境因子對大腦認知功能有什麼影響。接著透過身體活動是如何影響老年人大腦認知功能表現，最後再將上述節數做整體總結。. 第一節老化與大腦認知神經功能衰退之相關研究近十年來許多研究著重在老化與認知神經功能衰退之間關係。老化人口至今普遍全球，引起老化的疾病很多，其中大腦神經退化的疾病 (如:阿茲海默症、帕金森氏症和憂鬱症10–20% lifetime prevalence (Wong & Licinio, 2001)，也反應出公共健康的問題，成為自今社會龐大的醫療支出與人力支援。過去針對帕金森氏症的病患研究大腦病變的情況，發現此病患主要是黑質緻密部區的多巴胺神經細胞粒線體的減少 (Samii, Nutt, & Ransom, 2004)，而造成協調動作功能的失能，所以行動不便較無法獨立生活。然而，大腦老化時會降低多巴胺功能，調節注意力和記憶的歷程，造成認知功能衰退 (Castner & Goldman-Rakic, 2004; Sarter & Bruno, 2004)。老化與大腦額葉的構造改變和認知功能減損有關，此區域與執行認知功能有密切關聯，大腦額葉區主要操控工作記憶、判斷、抑制等，此區能夠負責腦部各區域網路間的連結與訊息整合，而老化會影響大腦之間損害訊息整合與判斷能力 (Colcombe,.

(16) 9. Kramer, Erickson, Scalf, McAuley, & Cohen, 2004)。近幾年來心理學家想更進一步瞭解受到外在刺激事件對大腦處理訊息反應的活動歷程。除了一般反應時間測量外，在測量工具一般較常使用高時間解析度的腦波事件關連電位 (Event-related brain potentials, ERP)，可以瞭解大腦認知功能的內隱歷程提供了更詳細的訊息。ERP 是經由內在 (如:特定時間鎖定) 與外在的刺激事件 (如:視覺、聽覺及體感覺) 所誘發大腦電位波形的變化，來測量大腦認知神經功能處理的過程，ERP 資料的辨別是經由測量時間面某波段的振幅 (amplitude) 或潛伏時間(latency) 來推測大腦在訊息處理過程中各階段的認知功能表現。另外，發現使用事件關聯電位進一步證實老年人從事身體活動也許對認知功能是有益處的 (Hillman, Weiss, Hagberg, & Hatfield ,2002; Hillman, Belopolsky, Snook, Kramer, & McAuley, 2004)。在 ERP 的成份當中，N200 (N2) 指標是早期與刺激有關呈現後的大約出現 200 毫秒，腦波呈現最大振幅的負向波峰，N2 振幅主要是知覺處理的反應衝突有關 (Bartholow et al., 2005)。另外一個 ERP 成份指標是 P300 (P3) 目標刺激後期大約出現 300 毫秒，腦波呈現最大振幅的正向波峰，意指當個體在認知情境進行作業時，P3 成份主要作為大腦中樞在注意力、記憶與環境更新(Bharath et al., 2000)。其 P3 成份的潛伏時間主要是評估刺激或區辨速度的指標 (Kutas, McCarthy, & Donchin,1977)，而 P3 成份的振幅是大腦投入注意力資源分配或環境更新的程度，當個體知覺到此環境時需進一步的做更新，以調整應付事件的處理。在 P3 成份特別使用來了解身體活動與老化之間關係，從不同的振幅與潛伏期的觀察在工作記憶更新與注意力資源分配和認知處理的速度。運動參與能維.

(17) 10. 持認知表現的效率，在先前提到 P3 成份的振幅增加和潛伏期扮演一個重要角色 (Hillman 等人, 2002；Hillman 等人, 2004)。 Eriksen 與 Eriksen (1974) 早期發現 flanker 作業在非一致性情境會誘發額葉中央區的 N2 振幅，在早期的刺激出現可能與自動抑制反應有關。早期一般使用 go/no-go 作業典範，在 ERP 的研究發現前額葉與抑制功能機制有關。例如: Pfefferbaum, Ford, Weller 與 Kopell (1985) 發現在 go 的情境下，額葉區的 P3 振幅較大，另外，在 No-Go 情境相較 Go 的情境 N2 振幅較大。在 No-Go 情境下的 N2 振幅較大可能反應出前額葉抑制機制的活動所影響。Zeef 等人 (1996) 發現老年人在 Flanker 作業，在抑制不正確反應較少成功。此外，Wild-Wall, Falkenstein, 與 Hohnsbein, (2008) 研究報告指出，比較老年人與年輕人在操作 Flanker 作業時，年輕人相較老年人在非一致性比一致性的情境，在前額葉區的 N2 振幅較大。N2 與反應衝突有關 (Bartholow et al., 2005)，老年人相較年輕人在非一致性的作業情境下，明顯的增加衝突，而造成錯誤率的增加，也許老年人在刺激出現時會增加注意力在目標處理，可能造成衝突減少的情況。另外，發現老年人在非一致性比一致性的作業情境下，Fz (額葉區) 的 P3a 振幅較大，則年輕人沒有發現，P3a 代表早期注意力的刺激處理有關 (Polich, 2007) ，表示老年人需投入較多注意力在非一致性情境來做處理。老年人相較於年輕人在非一致性比一致性情境，Pz (頂葉區) 的 P3b 潛伏期較長且振福較大，P3b 代表反應有關的訊息處理 (Verleger, Jaskowski, & Wascher, 2005)，表示老年人在反應時間處理時有延遲的狀況，所以反應時間較慢。老化與大腦認知功能衰退有關，因注意力資源分配的下降，導致大腦在訊息處理時易產生.

(18) 11. 衝突，且無法專注與刺激相關的事物，所以執行認知表現有較差的現象。. 第二節身體活動對大腦認知神經功能機轉之影響近十年來許多研究證實老年人參與規律的身體活動對心智健康的益處有較大效果存在。North, McCullagh, 與 Tran (1990) 發現參與身體活動的對心智健康的益處已被許多研究證實心肺適能假說表示心肺 (有氧) 適能是生理的調節因子，也認為身體活動對於心智健康是有益處的。應用在認知表現，顯示參與規律的身體活動在心血管適能的獲得來調節認知表現是有益處的 (Barnes, Yaffe, Satariano, & Tager, 2003 )。從過去相關研究的發現，身體活動對大腦神經系統運作有正面影響，其中有幾個機轉。從事心肺適能、運動與生理機制的改變:例如心肺適能能夠改變大腦結構 (Colcombe et al., 2003)、提升大腦神經營養因子 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF) (Vaynman et al., 2005)、且能增加大腦的血流量 (Endres et al., 2003; Swain, et al., 2003)。由上述得知，身體活動後對大腦改善的這些因子與認知表現有關 ( Vaynman et al., 2005)。在認知表現的應用上，顯示透過規律身體活動的參與達到心肺體適能有助於調節認知表現 (Barnes et al., 2003 )。運動對於大腦認知功能產生良好效益，有助於個體心智上正常的運作與維持。 Gomez-Pinilla 等人（1998）將健康的老鼠分為，運動型態較複雜需思考、運動但運動型態不需思考和不運動組。結果運動型態較複雜需思考和運動但運動型態不需思考，大腦海馬迴的神經營養因子顯著增加。且運動型態較複雜的老鼠，分泌更多的神經營養因子。經過實驗結果發現，透過運動型態含有較多的思考複雜成份與外在學習刺激.

(19) 12. 的老鼠，會誘發更多腦內因子如 bFGF 及 FGF-2 分泌，且調節神經細胞功能維持與生長存活效果更佳 (Gomez-Pinilla, Ying, Opazo, Roy, & Edgerton, 2001)。另外，過去發現身體活動含有運動技巧學習越複雜、越豐富，能夠增加大腦神經細胞的樹突與突觸之連結密度，有助於提升個體的認知能力 (Kleim et al., 1998)。此外，大腦神經細胞功能的維持 (例如:突觸增生與神經迴路連結)，則透過身體活動之技巧學習與策略思考，也能夠刺激細胞的活化，促進神經細胞樹突增生、神經迴路連結的突觸密度增加及神經活化與功能維持 ( Churchill, Galvez, Colcombe, Swain, Kramer, & Greenough, 2002)。經上述研究發現，可知身體活動、運動可促進大神經營養物質的分泌，且能增加神經元之間的連結、生長與存活率，促進大腦功能運作，預防神經功能的損害，有助於延緩認知功能老化。身體活動經由刺激 BDNF 分泌而對大腦神經細胞有促進生長之效，且對神經系統功能亦有維持與修復的作用，以利認知功能的順利運作。而從事複雜性運動相較有氧運動所誘發出 BDNF 分泌更多，或許複雜性運動對於認知功能效果更佳。. 第三節老化過程中環境因子對大腦認知功能之相關在人體老化的過程中，也受到環境因子對大腦認知功能的影響。從人體的縱貫性 (Anstey & Christensen, 2000) 與橫段式研究均發現，教育程度對緩和大腦晶體智力老化有正面作用，但對減緩訊息處理反應速度的流動智力則預測力較低。Whalley, Deary, Appleton, 與 Starr（2004）對此現象分析，在早期階段若從事身體活動較多、生活方式較為動態、教育程度較高、職業工作內容較為複雜、智力較高 (Schooler, 1996)，會提升老年時大腦的認知儲備（cognitive reserve）容量，可以降低大腦老化病變的機率。.

(20) 13. 由此可知，老化過程中環境的刺激對於大腦認知功能有極大的影響，而對於老年人的大腦認知功能有保留與維持作用，也能提升大腦的認知儲備，以減緩神經老化對認知功能的影響。因此，在年輕及年老時期，如果能接受更多外在環境的刺激與學習訓練，較常思考並解決問題，能夠強化維持神經突觸的聯結，有助於認知功能的表現。. 第四節身體活動與事件關連電位功能之相關研究過去大部分研究在探討身體活動與有氧運動的參與對人類認知功能有較好效果存在。例如:正面積極的生活態度和規律身體活動練習的老年人對於認知與心理層面是有效益的。過去從行為表現發現從事身體活動的老年人明顯在反應時間較快，例如：Spirduso 與 Clifford (1978) 學者發現在作業的反應時間和動作時間，身體活動的老年人快於坐式生活的老年人。Bautmans 等人 (2011) 發現在簡單反應時間，老年人的反應時間慢於於年輕人，且在複雜選擇反應時間作業的表現較差 (David, Hultsch, MacDonald, & Dixon, 2002)。一般在測量反應時間，訊息處理速度可能會影響中樞神經系統傳送的速度。由此推論，老年人也許年齡增加與認知衰退的關係，顯示中樞神經系統處理速度較慢 (Salthouse, 1996)。近幾年來科學家努力的尋找有效的方法來預防與改善老化的議題，其中，運動醫學也提出運動是有效的處方。從先前的回顧性文獻分析發現有氧運動與認知表現之間有正相關 (Reed & Buck, 2009)。另外，發現日常從事身體活動量較高的人，老年人在作業轉換測驗表現較好 (Churchill et al., 2002)。此外，Colcombe 與 Kramer (2003) 學者透過大規模的統合分析從 1966 至 2001 年期間共 18 篇關於有氧適能訓練與增加坐式生活型態.

(21) 14. 健康老年人的認知功能之間相關性，發現身體適能的訓練介入效果對某些認知功能表現上具有較強的效果存在，尤其是在認知功能的執行控制歷程，發現認知功能主要受到某些因子影響:體適能介入的長度、運動的類型、每次訓練時間的長短以及參與者的性別，在介入超過 6 個月以上的訓練長度效果最好 (效果量=0.674) 、其次是 1-3 個月的訓練 (效果量=0.522)、最後才是 4-6 個月的訓練 (效果量=0.269)；在運動類型的部分，重量和有氧結合的運動效果 (效果量=0.59) 好過有氧的運動效果 (效果量=0.41)；在每次訓練時間的部分，15-30 分鐘的訓練時間幾乎沒有效果 (效果量=0.176)、31-45 分鐘內的訓練時間效果最好 (效果量=0.614)、46-60 分鐘的訓練時間效果則居次 (效果量=0.466)；在參與者的性別部分，女性的效果大於男性；在年齡部分，研究 55–65 老年人最少 (效果量=0.298)、66–70 老年人最多 (效果量=0.693)、71–80 老年人居次 (效果量= 0.549)，從該研究建議未來研究可以透過大腦認知相關作業與這些調節因子進行檢驗以了解運動訓練介入在改善認知功能上扮演著什麼樣的角色。近十幾年來許多研究發現身體活動、運動有助於大腦認知功能的表現，例如 : Spirduso 與 Clifford (1978) 比較持拍運動、跑步、坐式生活的年輕人與老年人持在簡單與動作時間作業，結果發現持拍運動的老年人相較坐式生活的老年人在作業表現較好，與坐式生活年輕人表現較為接近。 Kramer 等人 (1999) 將64-75歲老年人分別有氧與無氧運動兩組，經過長達6個月的訓練，結果兩組在簡單反應測驗皆改善一些，但在複雜認知作業表現中顯著有氧運動組優於無氧運動組。 Albinet, Boucard, Bouquet, 與Audiffren (2010) 將11男和13女的老年人，給予運動介.

(22) 15. 入訓練課程分為有氧運動組和伸展操組，兩組經過12週運動訓練介 (每週3次/1次1小時)，運動目標強度有氧運動組 (心跳113~154下/每分鐘) 和伸展操組 (心跳76~103下/ 每分鐘)，使用 Wisconsin card sorting test 發現有氧運動組在工作記憶和心血管功能明顯獲得改善，伸展操組則無改變。此外，Colcombe 等人 (2004) 將老年人實施有氧運動介入6 個月 (1週3次/1次40-45分鐘) 在挑戰認知作業下，發現大腦接受刺激在做訊息處理時能提升注意力功能；另外，Colcombe 等人 (2006) 研究結果發現有氧運動介入6 個月 (1週3次/1次1小時)，會增加大腦的容量 (白質和灰質) 。上述研究也都發現有氧訓練能夠維持中樞神經系統健康與提升老年人的認知功能表現。 Smiley-Oyen, Lowry, Francois, Kohut, 與 Ekkekakis (2008) 將兩組老年人分成有氧訓練與控制組，經過10個月運動介入，有氧體適能在不需要執行控制的簡單選擇反應時間作業是沒有影響的，但在需要較多執行控制功能的Stroop單字–顏色作業，發現有氧體適能對Stroop作業表現較佳，也許有氧運動對認知執行控制功能是有選擇性的。認知科學家透過ERP檢測工具，來瞭解人類大腦認知功能的處理過程。例如：Polich 與 Lardon (1997) 發現參與者高有氧運動組 (平均年齡30.0歲；一週>5小時) 相較低有氧運動組 (平均年齡34.7歲；一週<5小時) 的P3振幅較大，則P3潛伏期組間沒有差異。此外，Hillman, Weiss, Hagberg, 與 Hatfield (2002) 分別檢驗年輕人與老年人個別再分高和低體適能、坐式生活組在認知動作決策作業的表現，結果發現從事高和低體適能的老年人相較老年人坐式生活在額葉區、中央區、頂葉區的P3潛伏期較短、P3振幅較大。Hillman, Belopolsky, Snook, Kramer, 與 McAuley (2004) 分別探討高、中、低身體活動老人與年.

(23) 16. 輕人之間在執行flanker作業表現，結果發現老年人與年輕人相較之下，高、中身體活動老年人的P3振幅明顯有增加，則低身體活動的老人有減少的情況，在潛伏時間依序由短至長為年輕人、高身體活動老人、中身體活動老人與低身體活動老人。由此研究的結果可知，身體活動可能促進老年人在和注意力與記憶有關認知功能的處理速度。過去研究證實高身體活動的老人相較無身體活動的老人在 ERP 的成份反應，潛伏時間較短且振幅較大，表示從事身體活動在處理訊息速度較快且投入較多注意力資源，且能夠提升大腦神經之間的網路聯結與訊息整合，有助於老年人的認知老化的減緩與維持。. 第五節本章總結隨著年齡增加造成老年人的認知功能衰退，而大腦涉及知覺與認知作業的處理時，所投入注意力資源有下降的趨勢 (Wecker, Kramer, Wisniewski, Delis, & Kaplan, 2000).。老化影響大腦認知功能，或許是全面性的造成在訊息處理時，大腦對訊息無法及時整合，導致反應速度較慢；另一種是區域特定性，老化影響依序為前額葉、顳葉、頂葉、知覺及運動皮質。大腦對工作較有效率，會因作業需求選擇性激發特定區域，而受老化影響的大腦則認知作業時會呈現非選擇性、較廣區域的神經活動，投入較多的神經資源。近年來，由於科技的進步，認知心理學家想更進一步研究人類大腦與認知功能的關係，一般使用事件關聯電位，透過高解析度時間面，能夠了解大腦內隱訊息處理的歷程，更深入了解人類行為與大腦認知功能的關係。然而，過去無論縱貫式或橫斷式研究，發現從事較高的身體活動及體適能的老年人比起無運動老年人有較大的 P3 振幅且較短的潛伏時間。過去有研究探討在運動處方與認知功能之關係，例如:Colcombe 與 Kramer.

(24) 17. (2003) 透過整合分析發現大多運動處方著重訓練持續時間、強度、頻率，其在運動類型方面，過去都大部分著重探討有氧運動、高或低體適能、身體活動，而較少探討不同運動類型對於大腦認知功能的關係。過去研究顯示從事複雜性運動相較運動的老鼠能夠誘發大腦 BDNF 分泌更多 (Gomez-Pinilla, Ying, Opazo, Roy, & Edgerton, 2001)。然而，開放性運動 (例如:桌球) 屬於運動量適中且不受天氣影響較適合老年人從事此運動，而桌球透過不同來球的變化及速度，必頇迅速揮拍與移動腳步，同時還要提高注意力來判斷球方位擊球，這些過程所花費時間不到一秒內要做出正確反應，這類型的複雜性運動亦可達到手眼協調的反應能力與鍛鍊對周圍事物的靈敏性 (Lees,2003)。過去較少探討不同運動類型與認知功能之關係，而從事不同運動類型對認知功能之間效益較不明確。從動物研究發現在豐富或複雜環境下活動，有助於 BDNF 的分泌更多，有助於認知功能的改善更佳。因此，推斷從事桌球運動相較於有氧運動有助於認知功能的表現更佳，且執行訊息處理更有效率。總合上述，目前研究探討不同運動類型與認知功能關係尚未被釐清，而隨著年齡增加老年人的抑制能力也逐漸衰退，或許桌球運動相較於閉鎖運動對於抑制功能有較佳的表現。本研究目的從事複雜性較高的桌球運動對大腦認知功能效益更佳。因此，本研究假設在執行 Flanker 作業時，開放組與閉鎖組比無規律運動組的反應時間與 N2、P3 的潛伏時間較快，而開放組又較閉鎖運動組快。另外，開放組與閉鎖組比無規律運動組的正確率較高與 N2、P3 的振幅較大，而開放組比閉鎖運動組快。.

(25) 18. 第参章. 研究方法. 本章分為六個部分來闡述本研究之研究方法與步驟：第一節、實驗參與者；第二節、研究架構；第三節、研究工具；第四節、實驗流程；第五節、資料處理與統計分析。. 第一節實驗參與者本研究對象採取於新北市永和桌球老人俱樂部會員、台北市長青桌球俱樂部及台北市中山運動中心，本研究分為兩種不同運動類型，開放性運動 (桌球 20 位)、閉鎖性運動 (20 位)、無規律運動組 (20 位)，共 60 位健康老年人，為了確定實驗參與者的均值性，針對可能會影響老化的因素，先調查實驗參與者的年齡 (65-75 歲)、教育背景、簡易智能量表(Mini Mental State Examination, MMSE) 檢測並篩選出得分大於 (含) 25 分 (Folstein, Folstein, & McHugh, 1975)、基本資料 (生活型態、身體的健康狀態、運動訓練經驗)、國際身體活動回憶問卷（劉影梅，2006）等條件加以控制，所有人皆無腦部相關疾病史且慣用右手、視力正常，並簽署實驗參與者同意書後，再挑選出桌球運動及閉鎖性運動 (每週大於 (含) 3 次 / 每次大於 (含) 30 分鐘且運動大於 (含) 3 年) 且運動強度皆為中等強度；無規律運動組 (每週小於 (含) 2 次且每次運動小於 (含)30 分鐘，半年內無任何中等強度運動)。. 第二節研究架構本研究採準實驗設計，自變項為參與不同類型運動的組別，依變項為執行 Flanker 作業之反應時間 (RT)、事件關聯電位 (ERP) 之 N2 與 P3 潛伏時間及振幅。如圖 1-1.

(26) 19. 依變項. 自變項桌球運動. Flanker 作業之反應時間. (N=20). Flanker 作業之正確率. 閉鎖性運動 (N=20). Flanker 作業之 N2、P3 潛伏時間. 無規律運動 (N=20). Flanker 作業之 N2、P3 振幅圖 1 研究架構圖. 第三節研究工具本研究使用多頻道腦波儀（硬體：NeuroScan NuAmps 放大器系統；軟體：Scan4.3 版記錄腦波；(NeuronScan, Stim2.0) 為記錄心理刺激器，記錄老年人從目標出現到作出反應的反應時間；頭皮電極位置採用國際 10-20 系統 (International 10-20 System) 標準安置。依據本研究實驗設置電極點為額葉區 (Fz)、中央區 (Cz)、頂業區 (Pz)，並以雙耳耳後乳突為參照電極，以 Fpz 位置為接地電極 (Ground)。在參與者的左眼電極點位於 VEOU、VEOL、HEOL 及右眼電極點為 HEOR 為監控眼球肌電訊號 (eletrooculogrphic, EOG) 活動，以作為辨別所記錄之腦波是否受肌電干擾的參考依據。取樣頻率設為 500 點/秒，所有電極位置頭皮電阻頇低於 5kΩ。其它實驗工具包括:簡易式智能量表、七日身體活動回憶問卷、筆記型電腦、電極帽、平頭針、磨砂膏、量尺、腦波膠、眉筆、棉花棒、及透氣膠帶等。本研究所檢測的認知功能工具採用修改版Flanker作業 (Eriksen & Eriksen, 1974)，分別測驗參與者之簡單區辨與執行控制認知功能 (干擾控制)。. 第四節實驗流程一、本研究在實驗參與者到實驗室後，向受詴者說明本研究實驗目的及流程，先填.

(27) 20. 寫實驗參與者同意書後，接著填寫基本資料、簡易智能量表、七日身體活動回憶問卷，再開啟實驗說明檔給實驗參與者做詳細說明。二、接著開始做清潔動作包括額頭、眼電位置、耳後乳突等部位，依據每個人所量的頭圍做定位點，再打腦波膠在每個電極點位置並確保腦波訊號品質後 (電阻頇小於 5kΩ)，接著可以進行實驗說明。三、進行腦波資料收集前，先調整實驗參與者位置 (距離螢幕位-70cm) 及固定 stim pad 位置，並以右手的食指 (右 pad) 與左手食指 (左 pad) 位置上，以進行按鍵反應。在施測前先讓實驗參與者瞭解如何實驗操作，並確保實驗參與者瞭解整個研究操作後，再要求實驗參與者把眼睛注視螢幕正中間的十字，並給予 2 次的練習且正確答 80%以上，確保實驗參與者瞭解實驗情境的過程，最後告知實驗參與者必頇做出作業相對應正確反應，並以最快速度完成每一次詴作。四、ERP 資料收集本研究認知功能修訂版Flanker作業 (Eriksen & Eriksen, 1974) 主要內容包含一致性與的刺激，一致性刺激為方向相同的五個箭頭 <<<<<或>>>>>，而非一致性刺激為中間箭頭與旁邊四個箭頭方向非一致性 <<><<或>><>>，實驗參與者必頇根據中間箭頭的方向作出反應。在測驗實施前，實驗參與者先進行2次練習，實際的測驗在練習正確率達80%以上之後實施。測驗實施時，參與者坐在距離電腦螢幕前70公分，刺激為五個高2.5公分的箭頭所組成，刺激呈現時間為200毫秒，參與者必頇在刺激出現後1000毫秒內反應，刺激出現間隔為1000毫秒。每一次44個詴作×五組，總共220個詴作，一致性與刺激出現機率.

(28) 21. 相同，每做完一組，中間休息2分鐘，測驗總時間約20分鐘，收集刺激出現到反應按鍵的 ERP腦波。. 圖2 Flanker作業. 第五節資料處理與統計分析一、資料處理行為表現方面，反應時間低於 150 毫秒，或超過 1000 毫秒未執行按鍵反應動作，均視同該次反應失敗且不列入計分。事件關聯電位分析方面，事件關聯電位成份資料處理由 NeuroScan4.3 程式自動記錄並儲存，其內容主要針對 N2 與 P3 成份的潛伏時間與振幅進行處理。事件關聯電位成份份潛伏時間與振幅是藉由各區間時間內的最高波峰求得，因成份出現的時間是在一個區間內並不為一定值，而研究之事件關聯電位成份選取的區間在於各成份波峰的總平均前後 50ms 作為最後成份選取的區間。將腦波與行為資料結合之後，為了減低變異性和排除反常反應，腦波處理僅針對正確反應，此外，因為腦波分段受到眼動和其他類型偽訊所影響，我們利用以下處理程序.

(29) 22. 校正和排除:腦波分段除了電腦自動的迴歸分析之外，研究者仍需以手動視覺檢索校正，並且篩選放棄無關的偽訊 (包括：眼動偽訊、肌電偽訊和其他異常的腦波訊號) ，腦波分段的時間為刺激出現前 -100ms ( 使用基準線校正 )至刺激出現後 1000ms、過濾 0.1Hz-30Hz band pass 的訊號，另外將超過正負 100μV 的腦波振幅予以排除後平均。二、統計分析本研究分析軟體為 SPSS 12.0 分析行為與腦波資料。首先受詴者資料方面，以單因子變異數分析在不同運動類型的年齡、教育程度、性別、簡易智能量及七日身體活動回憶問卷檢驗是否有差異。 (一)在行為表現資料方面，以二因子混和設計變異數分析計算在 3 (運動類型：開放組、閉所組、無運動組) × 2 (情境：一致性、非一致性) 的正確率與反應時間之差異。 (二)在 ERP 方面，以三因子混和設計變異數分析比較 3 (運動類型：開放組、閉所組、無運動組) × 2 (情境：一致性、非一致性) × 3 (電極點：Fz、Cz、Pz) 分別考驗在 Flanker 作業的 N2、P3 振幅及潛伏時間之組別與電極點差異，若組別因子達顯著差異時，再進一步分析事後比較。 (三)本研究之統計考驗顯著水準訂為α=.05。.

(30) 23. 第肆章. 結果與討論. 本研究將資料收集後進行統計分析，從得知結果再加以敘述:第一節、參與者背景變項結果；第二節、行為資料結果；第三節、腦波資料結果，討論分別為:第四節、討論；第五節、行為表現討論；第六節、腦波資料討論。. 第一節參與者背景變項結果在參與者背景變項上，組別在年齡 ( F (2,57) = 2.60, p =.08,)、受教育時間 (F (2,57) = 2.68, p =.08) 與性別 (F (2,57) = 1.40, p =.26) ，組別皆未達顯著差異。在量表方面，七日身體活動回憶在組別間達顯著差異 (F (2,57) = 16.06, p =.00, η2 = .54)，事後比較顯示開放組 (1965.2±707) 與閉鎖組 (1994.6±758.41) 的身體活動量高於無規律運動組 (636±242.23)；表示兩組運動的身體活動量的確高於無規律運動組。在簡易智力量表 (F (2,57) = 2.82, p =.07) 組別間皆無顯著差異，表示三組參與者之認知功能相當。. 表 1 組別在參與者背景變項的平均數、標準差背景資料. 年齡 (年) 受教育時間 (年). 開放組. 閉鎖組. 無運動組. M±SD. M±SD. M±SD. 67.90±3.52. 72.6±4.22. 67.3±3.18. 12.1±3.1. 11.15±3.92. 14.3±3.22. 七日身體活動回憶 (MET) 1965.2±707 簡易智力 (分). 27.43±1.90. M = mean; SD = standard deviation. 1994.6±758.41 27.1±1.92. 636±242.23 28.65±1.34.

(31) 24. 第二節行為資料結果在反應時間上，結果顯示組別×作業情境交互作用未達顯著水準 ( F (2, 57) = .26, p = .77)；情境主效果達顯著差異 ( F (1, 57) = 138.02, p = .00, η2= .71)，一致性的反應時間 (458.02±7.01 ms) 快於非一致性的反應時間 (496.53±7.80 ms)；另外，組別的主效果達顯著差異 ( F (2, 57) = 5.95, p = .01, η2= .17)，開放組 (455.71±11.50 ms)、閉鎖組 (463.89±12.52 ms) 的反應時間快於無運動組 (512.23±12.12 ms)。在正確率上，結果顯示組別與作業情境的交互作用未達顯著水準 ( F (2, 57) = .41, p = .67)；作業情境主效果達顯著差異 ( F (1, 57) = 26.99, p = .00,η2= .32)，在一致性的正確率 (97.54±.38 %) 高於非一致性 (95.93±.42 %)；組別主效果則未達顯著差異 ( F (2, 57) = 1.89, p =.16)。. 表 2 組別在反應時間和反應正確率的平均數、標準差組別. 一致性 RT (ms) M. SD. 非一致性 Accuracy (%) M. SD. RT (ms) M. SD. Accuracy (%) M. SD. 開放組. 434.88. 47.74. 98.47. 1.00. 476.54 57.43. 96.54. 2.35. 閉鎖組. 445.91. 54.69. 97.76. 2.72. 481.87 63.04. 96.09. 2.85. 無運動組. 493.26. 59.77. 96.40. 4.13. 531.19 60.56. 95.16. 4.28. RT = reaction time; M = mean; SD = standard deviation. 第三節腦波資料結果在 N2 潛伏時間上，結果顯示三因子交互作用未達顯著差異 ( F (2, 57) = .45, p.

(32) 25. = .64)。組別與情境交互作用未達顯著差異 ( F (2, 57) = 2.40, p = .10)。組別與電極點交互作用未達顯著差異 ( F (2, 57) = 2.40, p = .10)。情境主要效果趨近顯著 ( F ( 1, 57) = 3.56, p = .06,η 2=.06)，經事後比較顯示在一致性（257.58±4.41ms）快於非一致性（266.87±4.88ms）。在 N2 振幅上，結果顯示三因子交互作用未達顯著差異 ( F (2, 57) = 1.29, p = .28)。組別與情境交互作用未達顯著差異 ( F (2, 57) = .52, p = .60)。組別與電極點交互作用達顯著差異 ( F (2, 57) = 3.70, p = .03,η 2=.16)，經事後比較顯示開放組、閉鎖組在 Fz 電極點 ( F (2, 57) = 7.27, p = .00,η 2=.20) 及 Cz 電極點 ( F (2, 57) = 5.27, p = .01,η 2=.16) 皆大於無運動組。組別主要效果達顯著差異 ( F (2, 57) = 6.62, p = .00,η 2=.19)，經事後比較顯示開放組及閉鎖組皆大於無運動組。情境主要效果達顯著 ( F (1, 57) = 26.02, p = .00, η 2=.31)，經事後比較顯示一致性性 (-1.86 μV) 小於非一致性 (-3.48 μV)。. 表 3 組別在 N2 振幅和潛伏時間的平均數、標準差腦波位置. 一致性閉鎖組. 無運動組. 開放組. M±SD. M±SD. M±SD. M±SD. Fz-A. -1.93±3.76. -0.98±3.91. 0.89±3.47. -0.88±3.08. -1.76±3.61. 0.73±4.49. Cz-A. -2.87±3.41. -1.36±4.62. -0.17±1.63. -2.86±4.16. -3.18±4.79. -0.41±3.84. Pz-A. -0.33±3.74. -1.31±4.51. -0.77±3.95. -1.78±4.88. -2.47±4.06. -0.89±3.84. Fz-L. 265.7±34.29. 252±32.57. 250.05±41.32. 262.9±37.48. 250.33±36.1. 278.55±53.62. Cz-L. 263.9±38.12. 264.06±30.18. 246.65±43.86. 265.7±39.47. 266.39±42.26. 276.6±56.71. Pz-L. 243.8±35.18. 240.89±44.27. 236.75±47.63. 262.3±42.46. 257.39±37.28. 242.55±48.34. 開放組. M = mean; SD = standard deviation; A = amplitude; L = latency. 非一致性閉鎖組 M±SD. 無運動組 M±SD.

(33) 26. 在 P3 潛伏時間上，結果顯示三因子交互作用未達顯著差異 ( F (4, 57) = 1.16, p = .33)。組別與情境交互作用未達顯著差異 ( F (2, 57) = .20, p = .82)。組別與電極點交互作用未達顯著差異 ( F (4, 57) = .78, p = .54)。情境主要效果達顯著差異( F (1, 57) = 6.96, p = .01,η 2=.11)，經事後比較顯示 P3 潛伏時間上，一致性快於非一致性情境。在 P3 振幅上，結果顯示三因子交互作用未達顯著差異 ( F (4, 57) = .79, p = .54)。組別與情境交互作用趨近顯著水準 ( F (2, 57) = 2.89, p = .06, η2 = .09 )，進一步分析單純主要效果在組別達顯著 ( F (2, 57) = 4.72, p = .01, η2=.14)，事後比較顯示在一致性的情境下，開放組及閉鎖組在電極點合併的平均功率皆大於無運動組。組別與電極點交互作用未達顯著差異 ( F (4, 57) = .04, p = .10)。情境與電極點達顯著差異( F (2, 57) = 13.14, p = .00, η2= .19 )，經事後比較顯示在一致性情境的 Pz 電極點皆大於 Fz 電極點 ( t (59) = 2.68, p = .01, d = .49 )及 Cz 電極點 ( t (59) = 2.49, p = .02, d = .45 )。. 表 4 組別在 P3 振幅和潛伏時間的平均數、標準差腦波位置. 一致性. 非一致性. 開放組. 閉鎖組. 無運動組. 開放組. 閉鎖組. 無運動組. M±SD. M±SD. M±SD. M±SD. M±SD. M±SD. Fz-A. 8.54±5.27. 9.16±4.13. 4.49±3.56. 10.25±4.57. 7.56±5.1. 5.64±4.55. Cz-A. 9.26±5.28. 9.47±5.07. 6.47±4.57. 9.55±6.02. 8.48±5.82. 5.69±6.46. Pz-A 10.86±3.92. 12.21±4.66. 7.03±5.99. 10.09±5.21. 9.12±6.51. 6.69±6.05. Fz-L 441.2±45.18. 439.7±48.38 425.35±57.73. Cz-L 440.1±39.71 442.65±52.42. 441.4±51.1. 442±48.64. 440.45±46.20 438.9±61.84. 461.1±33.16 452.65±40.26 436.15±59.6. Pz-L 451.3±36.16 478.45±46.34 487.95±51.61 463.8±29.38. M = mean; SD = standard deviation; A = amplitude; L = latency. 456.2±41.40. 493.4±45.58.

(34) 27. 圖3. 組別在 Fz、Cz、Pz 的平均腦波.

(35) 28. 第四節討論本研究目的在探討不同運動類型與執行干擾控制之關係，結果顯示從事開放組、閉鎖組及無運動組的參與者，可能對老年人執行干擾控制的大腦皮質處理有部份改變，不論是從事開放性或閉鎖性運動比無運動組的反應時間較快，開放組與閉鎖組在 Fz、Cz 電極相較無規律運動組有較大的 N2 振幅；開放組與閉鎖組比無運動組的 P3 振幅有較大的趨勢。開放組與閉鎖組比起無運動組的 ERP 振幅各電極點的位置分佈明顯不同，這也表示運動兩組與閉鎖組相較無運動組較能額外動招募較多神經資源，或許運動有助於執行控制的表現。. 第五節行為表現討論本研究在 Flanker 作業之干擾控制操弄是有效性的，在一致性的反應時間快於比非一致性，此結果與過去研究相似 (Hillman et al., 204)。在反應時間上，本研究假設開放組及閉鎖組的作業表現優於無運動組，而開放組又優於閉鎖組。研究結果顯示開放組及閉鎖組的反應時間較無運動組快，表示有規律運動的老年人其反應時間快於無規律運動者，此結果部分支持研究假設。Hillman 等人 (2004) 使用相同作業，也發現較高有氧適能或較高身體活動量者會有較快的認知處理速度表現，因此身體活動量有助於中樞處理速度較快。另外，過去發現有規律運動的老年人在簡單反應時間、選擇反應時間和移動時間的表現都優於無規律運動的老年人 (Spirduso & Clifford, 1978)。在正確率上，本研究假設開放組及閉鎖組的作業表現優於無運動組，而開放組又優.

(36) 29. 於閉鎖組。結果顯示在組別因子沒有任何交互作用。在作業情境表現上，一致性高於非一致性 (97.54±.38 % > 95.93±.42 % )，表示非一致性相較於一致性情境較容易受到干擾影響。當實驗參與者在執行作業情境時，可能注意力的選擇較會偏向有關的刺激 (一致性)相較無關的刺激 (非一致性) 。組別與正確率交互作用未達顯著，從結果來看代表參與身體活動組並不是為了減少反應時間的速度，而增加正確率，這表示較快的反應時間是因為參與身體活動所造成，所以在反應時間與正確率中有取捨 (trade-off) 的現象。. 第六節腦波資料討論在 N2 潛伏時間上，本研究結果發現組別因子沒有任何交互作用，但在情境上趨近顯著，一致性（257.58±4.41ms）快於非一致性（266.87±4.88ms）。表示老年人在判斷刺激出現時，由上而下的執行控制較容易受到不相干的刺激干擾 (非一致性)，所以導致一致性比起非一致性的訊息處理時間較長。在 N2 振幅上，本研究結果發現開放組與閉鎖組在 Fz、Cz 電極位置相較無運動組有較大的 N2 振幅。過去在此作業有研究發現腦部額葉-中央區的 N2 振幅較大現象，使反應衝突有較佳的抑制能力 (Bartholow et al., 2005)，表示對於衝突反應有關的刺激，能夠有策略性的調整作反應準備。N2 主要與反應衝突有關 (Bartholow et al., 2005)，而大腦額葉區主要能操控抑制能力，此區域主要負責大腦各區域網路間的連結與訊息整合及判斷能力 (Colcombe et al., 2004)。本研究在開放組與閉鎖組相較於無運動組，在大腦額葉區投入較多神經資源，可能有助於反應抑制與衝突監控的處理能力。此外，年輕人相較老年人在執行非一致性比一致性的情境下，在前額葉區的 N2 振幅較大，表示老年人相.

(37) 30. 較年輕人在非一致性的作業情境下，明顯的增加衝突，而造成錯誤率的增加 (Wild-Wall et al, 2008)。本研究在無運動組相較於運動組的 N2 振幅較小，可能在作業情境之間較易產生衝突的現象，較無法提早準備作策略性的調整，造成反應時間延遲原因之一。早期 Eriksen 與 Eriksen (1974) 也發現在 Flanker 作業在非一致性情境會誘發額葉-中央區的 N2 振幅與自動抑制反應有關。開放組與閉鎖組在中央區的活動增加，有助於自動抑制反應，或許能夠減少刺激之間的衝突與干擾，使得執行動作反應較有效率。在 P3 潛伏時間上，只有作業情境達顯著水準，在一致性比非一致性作業情境有較快的潛伏時間，此結果也支持過去研究發現在執行較困難的刺激時，需要動員較多的認知評估，因此發現 P300 的潛伏時間有較長的現象 (Kutas, McCarthy, & Donchin, 1977)。在早期研究也發現在非一致性相較一致性情境下，實驗參與者的知覺衝突會影響 P3 潛伏時間的延遲 (Praamstra, Stegeman, Cools, & Horstink , 1998)。另外，Hillman 等人 (2004) 以橫斷式研究的方式探討高、中、低身體活動老人與年輕人之間在執行 flanker 認知作業時 P3 的差異，結果發現，P3 潛伏時間由短至長的順序排列為：年輕人、高、中及低身體活動老人。此結果與本研究結果不符，Hillman 等人 (2004) 使用英文字母代替一般使用圖形箭頭的設計，當刺激出現時必頇記住 F (左手)、X (右手) 的英文字，相較於只頇注意箭頭作判斷較為困難，或許對於認知評估的速度較為敏感，因此看到差異存在，未來有待進一步探討。在 P3 振幅上，組別與情境交互作用趨近顯著，事後比較顯示在一致性的情境下，開放組及閉鎖組在整體電極點的平均功率皆大於無運動組。而開放組和閉鎖組在 Fz、Cz、.

(38) 31. Pz 電極點的 P3 振幅皆大於無運動組，表示運動組在執行控制作業時，投入較多注意力資源的分配，有助於作業的表現。老化與大腦額葉的構造改變和功能減損有關，主要功能是操控抑制、執行控制 (Colcombe et al., 2004)，透過心肺適能、身體活動能夠改善大腦額葉、顳葉、頂葉區功能 (Colcombe et al., 2003)，其可能的機轉為改變大腦結構 (Colcombe et al., 2003)、提升大腦神經營養因子 (Vaynman et al., 2005)、增加大腦的血流量 (Endres et al., 2003)。另外，Hillman 等人 (2004) 使用 Flanker 作業測量，發現從事高、中身體活動老年人及年輕人的 P3 振幅有增加趨勢，而本研究發現開放組、閉鎖組比無運動組的 P3 振幅較大，或許投入較多注意力資源的分配，有助於執行控制的表現較佳。由此可見，不論參與開放及閉鎖運動的老年人，在訊息處理時有較佳的注意力分配的能力，因而促進執行功能的表現。而無運動組較無法投入較多注意力資源分配對於刺激的判斷，而大腦皮質之間的溝通效率較差，可能是作業表現較差原因之一。.

(39) 32. 第伍章. 結論與建議. 研究結果部分支持研究假設，開放組與閉鎖組的反應時間快於無運動組，不論從事開放或閉鎖運動皆有助於中樞神經處理速度的改善，使行為表現較佳。另外，開放組與閉鎖組相較無運動組的 N2 振幅較大，其可能透過生理的機轉調節了大腦構造、神經營養因子，表示不管從事開放與閉鎖運動皆有助於改善抑制能力的可能性。對於未來研究提出以下建議: 1.本研究僅使用國際身體活動量表，較無法精確測量老年人的身體活動量，未來研究直接採用 Fitnessgram 來測量身體適能 (有氧能力、身體組成、肌力、肌耐力、柔軟度)，所獲得資料能更精確的瞭解到個體的身體活動量，可作為控制變項的參考依據。 2.本研究屬於橫斷式研究，較無法建立因果關係，未來能使用縱貫式研究來作介入，較能夠瞭解不同運動類型對於認知功能之間的影響。 3.未來研究在儀器方面，腦波 (時間解析度) 與核磁共振 (空間解析度) 儀器的結合，能進一步瞭解不同運動類型與腦部活動的訊息。.

(40) 33. 參考文獻內政部戶政司 (2011 年 12 月)。人口統計 100 年 12 月(100 年各縣市人口年齡結構重要指標)。資料引用 http://www.ris.gov.tw/zh_TW/37 劉影梅（2006）。臺灣國際身體活動量表-自填短版使用手冊 (頁 12-24)。臺北市：行政院衛生署國民健康局。 Albinet, C. A., Boucard, G., Bouquet, C. A., & Audiffren, M. (2010). Increased heart rate variability and executive performance after aerobic training in the elderly. European Journal of Applied Physiology, 109(4), 617-624. Anstey, K., & Christensen, H. (2000). Education, activity, health, blood pressure and apolipoprotein e as predictors of cognitive change in old age: A review. Gerontology, 46, 163-177. Barnes, D. E., Yaffe, K., Satariano, W. A., & Tager, I. B. (2003). A longitudinal study of cardiorespiratory fitness and cognitive function in healthy older adults. Journal of the American Geriatrics Society, 51, 459-465. Bartholow, B. D., Pearson, M. A., Dickter, C. L., Sher, K. J., Fabiani, M., & Gratton, G. (2005). Strategic control and medial frontal negativity: Beyond errors and response conflict. Psychophysiology, 42, 33-42. Bautmans, I., Vantieghem, S., Gorus, E., Grazzini, Y. R., Fierens , Y., Goudzwaard, A. P., & Mets, T. (2011). Age-related differences in pre-movement antagonist muscle co-activation and reaction-time performance. Experimental Gerontology, 46, 637-642. Bharath, S., Gangadhar, B. N., & Janakiramaiah, N. (2000). P300 in family studies of schizophrenia: review and critique. International Journal of Psychophysiology, 38(1), 43-54. Castner, S. A., & Goldman-Rakic, P. S. (2004). Enhancement of working memory in aged monkeys by a sensitizing regimen of dopamine D-1 receptor stimulation. The Journal of Neuroscience, 24, 1446-1450. Churchill, J. D., Galvez, R., Colcombe, S., Swain, R. A., Kramer, A. F., & Greenough, W. T. (2002). Exercise, experience and the aging brain. Neurobiology of Aging, 23(5), 941-955. Colcombe, S. J., Erickson, K. I., Raz, N., Webb, A. G., Cohen, N. J., McAuley, E., & Kramer, A. F. (2003). Aerobic fitness reduces brain tissue loss in aging humans. The Journals of.

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(45) 38. 附錄一實驗參與者同意書實驗參與者編號實驗參與者同意書本人在此聲明本人健康情形良好，本人願意參加由國立臺灣師範大學體育學系洪聰敏教授及臺灣師範大學體育學系研究生陳冠甫共同主持之研究。此研究主要探討運動參與及類型對於銀髮族認知功能的效益。在每次實驗時，我將會被要求戴上電極帽收集腦波資料，我了解這些實驗器材對我身體並無傷害，我將配合實驗者的說明執行一般的實驗作業，直到實驗成功完成為止。本實驗為做認知相關的電腦作業並收集腦波資料和填寫基本資料、簡易智能量表（MMSE）以及身體活動量表。簡而言之，我非常願意也非常誠意在實驗進行的過程中，盡全力參與及配合實驗者的要求。我知道在實驗進行當中，我有權力在任何時候要求終止參與實驗。底下為我的簽名，證明我已經閱讀並遵守本同意書之一切聲明。. ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿實驗參與者簽名. ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿實驗者簽名. ＿＿＿＿＿＿＿＿日期. ＿＿＿＿＿＿＿＿日期. 研究計畫主持人洪聰敏教授臺灣師範大學體育學系競技與健身運動心生理學實驗室臺北市和平東路一段 162 號 TEL: 0921-071526 E-mail: ernesthungkimo@yahoo.com.tw 共同主持人研究生陳冠甫臺灣師範大學體育學系競技與健身運動心生理學實驗室臺北市和平東路一段 162 號 TEL: 0986030353 E-mail: abc122453954@yahoo.com.tw.

(46) 39. 附錄二實驗參與者基本資料實驗參與者基本資料. 日期:. 編號:. 姓名: 教育程度:國小. 頭圍大小:. 性別: 國中. 高中. 年齡:. 專科. 社區大學: 上課項目. 大學. 歲. 碩士. 博士. 其他:. 教育程度總共. /上課時間共多久:. 年. 目前住址: 連絡電話: (住家). (行動電話). 現職 / 退休職業: 您過去是否有從事任何運動:否持續運動時間: 一個月內. 是(請說明運動類型). 您每週運動:. 半年內次. 您目前是否有在服用藥物: 無您的視力是否正常: 是您是否抽煙: 無. 一年以上. 三年以上. 每一次運動:. 其他. 小時. 分鐘. 有(藥物名稱):. 否(請說明):. 有(請說明一天抽幾包):. 您是否有喝咖啡: 無. 有(最近一次是何時):. 您是否有喝酒的習慣: 無. 有(最近一次是何時):. 您是否曾經因頭部撞擊而昏迷過: 否您是否有腦神經方面(像羊癲瘋)的疾病. 是(何時): 否. 如果您有下列的疾病，請圈選之: 心臟病. 是(請說明): 高血壓. 氣喘癌症您自認健康情形: 良好您昨晚的睡眠情形: 充足. 普通. 不佳. 不夠(請說明):. 腎臟病. 偏頭痛. 胸痛. 糖尿病. 精神性疾病. 您今天的精神: 良好. 普通不佳.