文|章鱼哥
编辑|比奇堡
工作记忆是认知功能的重要组成部分,指编码和存储信息的能力,在高级认知活动中负责获取和保存信息,并将当前信息与长时记忆中的信息相联系,以便获得全面的理解。
工作记忆最重要的作用就是为解决问题、决策等复杂认知活动的完成打好基础。
工作记忆在个体一生发展过程中呈现先上升后下降的趋势,在初中时期达到顶峰,为11.04组块,大学时期会下降至9.40组块。
大学生是个体发展的重要阶段,该阶段的良好发展对个体未来发展至关重要。因此探讨如何提高大学生的工作记忆有重要意义。
一、工作记忆的干预方法
目前,改善和提高工作记忆能力的方法主要包括:复述、联想、位置定向等认知训练;体育锻炼、经颅磁刺激等神经调控训练;以及正念冥想等认知行为训练。
其中比较常见的是工作记忆训练和体育锻炼。
工作记忆训练对工作记忆的影响
工作记忆训练指通过练习或有意的指导来提高认知功能的过程,是一种有效改善工作记忆能力及一般认知能力的方法。
通常采用与工作记忆相关的任务对个体进行训练,以期改善或提高个体的工作记忆能力及其他一般认知能力。
工作记忆训练的任务有Cogmed工作记忆训练任务、自适应N-back训练任务、自适应活动记忆训练任务、工作记忆广度训练任务、复杂广度训练任务等。
工作记忆训练任务能够对工作记忆起到一定的改善作用。
有研究发现,通过工作记忆训练,研究参与者不但在工作记忆任务中的表现显著提升,还迁移到了Stroop任务和阅读理解测验等方面。
然而,也有一些研究发现,这些效果很难迁移到其他认知功能上,如流体智力,并且其效果持续的时间还有待考量。
这可能是由于工作记忆训练只改善了个体工作记忆对特定策略使用的能力,但未扩展到其他不相关的一般能力或迁移到日常生活中。
这提示我们仅通过工作记忆训练改善或提高工作记忆并不完备。
体育锻炼对工作记忆的影响
运动的身心效益逐渐被广大科学研究者、实践者所熟知。
但研究结果并不总是一致的,在一些干预措施中,如在跑步机上进行有氧运动,观察到的结果并不一致。
产生这种现象的原因可能是有氧运动简单,不需要认知努力,不会带来认知方面的益处。因此,体育锻炼过程中的认知努力或许有助于改善工作记忆。
随着相关领域研究深入,研究的内容从体育锻炼改善认知衰退的有效性,深入到探讨运动的特征所能产生的不同效果,这有利于把握体育锻炼如何改善认知的关键点。
前人研究探讨了体育锻炼的不同运动强度、时间、频次等运动定量特征对认知功能的影响。
揭示了体育锻炼对认知的促进作用及其机制,然而忽略了体育锻炼中认知努力的重要意义。
已有研究者开始注重对运动定性特征的研究。
其中,运动中的认知要求较受关注,例如,在前人的研究中对闭锁性运动与开放性运动不同认知效益的讨论,就探讨了开放性运动认知要求高低、环境的复杂性等特征展开。
与之类似,对太极拳、广场舞等运动项目的研究中,研究者推测该类运动项目能够对认知功能产生影响与其中包含的动作学习、内容记忆等方面有关。
由此可见,将认知因素纳入运动训练中将会为促进认知功能带来新的天地。
Raichen和Alexander提出的“适应性能力模型”从神经进化科学的角度,认为人类通过狩猎和聚集型的生活方式生存,进化到能够同时从事身体和认知活动。
根据适应能力模型,从人类进化视角看,我们的祖先经历了运动与认知天然融合阶段。
即因为食物匮乏,为了节省能量,从而减少运动量,而且是有策略的节省,即有智慧的运动,有认知指导的运动,而且这种运动以耐力和力量为主。
只不过,远古时代,人们的锻炼似乎是被动的。
现如今,人们静坐少动,运动不足,逃避认知挑战,这会对我们的大脑和认知产生不利的影响。因此,人们开始关注体育锻炼、认知训练等对我们认知功能的改善作用。
同时,ACM提出我们的认知系统是专门为应对这些认知和身体挑战而精心打磨的。例如,狩猎涉及记忆和空间导航方面的需求,结合在复杂环境中寻找食物的身体运动。
因此,ACM认为,在复杂的认知活动中进行体育锻炼可能会增强神经可塑性,例如,通过增加认知挑战,运动诱导的神经元的存活可能会增强。
综上所述,通过单一的认知训练虽然能够对工作记忆产生一定的改善效果,但难以迁移到未经训练的工作记忆其他维度或其他方面。
不需要认知努力的体育锻炼虽然能够起到改善身体健康的效果,但对工作记忆的改善效果不足,可见二者对工作记忆的改善效果有限。
相比之下,将体育锻炼与认知训练进行联合训练或许能够弥补认知训练和不需要认知努力的体育锻炼的不足。
因此,通过运动-认知联合训练的方式改善工作记忆或许是一种更好的方法。
二、运动-认知联合训练对工作记忆的影响
运动-认知联合训练是基于体育锻炼和认知训练各自的有益效果,将体育锻炼与认知训练组合在一起的干预方式,将体育锻炼和认知训练结合在一起。
既可以按照顺序进行,也可以在双重任务模式下进行。
有研究表明,运动-认知联合训练在认知方面的益处优于体育锻炼和认知训练。运动-认知联合训练对认知功能、执行功能和记忆都有效。
相比于单一的运体育锻炼与认知训练,运动-认知联合训练是一种很有前途的训练方法。
首先,大多数日常生活活动需要认知功能和身体功能同时发挥作用。因此,运动-认知联合训练具有生态学效度,更接近日常生活需求,这可能会增强训练的转移效应。
其次,人类生活中不可分割的身体-认知相互作用也可以从更生物学的角度来解释运动-认知联合训练的作用机制,肌肉和运动由中枢神经系统控制。
而来自肌肉和感觉器官等外周结构的反馈则影响大脑活动,运动-认知联合训练的目标就是加强这种互动。
第三,运动-认知联合训练或许能产生协同效应,体育活动似乎会引发神经可塑性效应,但认知刺激可能对引导和巩固这些效应至关重要。
研究结果表明体育锻炼使大脑的代谢活动发生了变化。如体育锻炼导致脑血流量中氧气的摄取,从而导致氧和糖代谢的增加。
认知能力的改善也与神经保护因子水平的升高有关,如神经营养因子,特别是脑源性神经营养因子的激活。
BDNF通过促进海马体中的神经发生、细胞增殖和突触发生以及大脑其他区域的血管生成,增强了大脑的可塑性。
此外,由体育活动引起的基底神经节多巴胺活性升高,以及血液中其他生物标志物的浓度升高有助于改善记忆。
只有在具有认知挑战的体育锻炼活动中,这些神经生化效应和生理效应才能转化为更好的认知表现。
这意味着,在认知要求较高的条件下,比如体育锻炼和认知训练相结合的条件下,具有挑战的体育锻炼会产生积极影响。
三、运动-认知融合训练对大学生言语工作记忆的影响
研究回答了运动-认知联合训练中运动任务与认知任务的融合性是否会对大学生言语工作记忆干预效果产生影响的问题。
对字母2-back任务反应时的统计结果进行多因素重复测量方差分析,结果显示,运动-认知融合训练在干预6周后、干预8周后与基线水平相比产生了显著差异。
运动-认知结合训练在干预6周后、干预8周后与基线水平相比产生了显著差异,但运动-认知融合训练和运动-认知结合训练各时间点均无显著差异。
这说明运动-认知融合训练和运动-认知结合训练在干预6周后均能够显著改善大学生言语工作记忆。
两种形式的运动-认知联合训练都能够对大学生言语工作记忆起到显著的改善效果,可能是这两种干预模式在完成任务时,均需要对任务进行更新。
对当下任务完成的情况进行记忆并评价,这可能是两组言语工作记忆都在6周后产生了显著改善效果的原因。
这样的结果与能力适应模型相符,即在在复杂的认知活动中进行体育锻炼能导致神经可塑性增强,能够有效的训练工作记忆能力。
此外,根据“促进-引导模型”,肌肉和运动均由中枢神经系统控制,而来自肌肉和感觉器官等外周结构的反馈则影响大脑活动。
运动-认知联合训练加强了这种互动,产生了协同效应,由于身体和认知锻炼相结合的互动性,转移到未经过明确训练的任务上,改善了言语工作记忆。
身体和认知活动的结合具有积极的协同效应,超过了认知和体育锻炼的积极效应的单纯相加。这些协同效应来自于体育锻炼的“促进效应”和认知训练的“引导效应”。
即体育锻炼可以增强大脑的新陈代谢和可塑性,而认知训练可以通过增加心理需求,利用和加强增强的大脑新陈代谢,引导大脑的可塑性。
这为运动-认知联合训练对工作记忆的改善提供了潜在的机制解释。
四、运动-认知融合训练对大学生工作记忆的影响
研究对实验参与者分别进行了为期8周的干预,回答了运动-认知联合训练中运动任务与认知任务的融合性是否会对大学生工作记忆干预效果产生影响的问题。
运动-认知融合训练组在视觉空间记忆和言语工作记忆两方面在干预6周后、干预8周后与基线值相比都发现了显著的变化。
这说明干预6周后运动-认知融合训练能够显著改善大学生工作记忆。
运动-认知结合训练组在言语工作记忆方面在干预6周后、干预8周后与基线值相比都出现了显著的变化,但在视觉空间工作记忆方面只在6周后观察到了积极的影响。
这说明运动-认知结合训练经过6周的干预后只能显著改善大学生的言语工作记忆,但在视觉空间工作记忆方面改善效果不如运动-认知融合训练。
有研究者认为,在稳定神经可塑性效应方面,将认知任务纳入运动任务比将认知任务作为干扰更有益,即运动-认知融合训练的效果更好。
综上所述,在进行运动-认知联合训练时,个体需要同时完成运动任务和认知任务。
然而,个体的认知资源是有限的,因此,在进行运动-认知联合训练时,大脑需要对运动任务和认知任务进行认知资源的再分配。
这不但对运动任务的自动化程度有更高的要求,而且对神经网络和脑区的激活有更高的要求,才能够完成相应的任务。
然而,由于运动-认知结合训练中运动任务与认知任务不相融合,这会导致信息过载,产生优先级效应,导致干预效果与运动-认知融合训练有一定的差异。
因此,运动-认知融合训练中认知的参与是解决运动任务的必要条件,运动-认知融合训练这样的运动任务与认知任务相融合或许是优于运动-认知结合训练改善工作记忆的原因。
这样的干预方式除了更具有生态学效度外,还不会产生优先级效应,是一种更为高效的训练方式。