运动强度和能量消耗对认知表现的影响

运动强度和能量消耗对认知表现的影响

杨勇涛1张新伟1冉静1黄志剑2

1 武汉体育学院研究生部（武汉 430079）

2 武汉体育学院健康科学学院（武汉 430079）

关于运动强度对认知功能影响的研究是国外研究者重点关注的一个领域，个体认知功能在不同运动情形下有什么变化对现实的运动训练有着重要意义。因为在比赛中，尤其是在集体性和对抗性的比赛中，运动员通常需要在短时间内接收和处理大量的信息，并作出正确的决策。此种情形就对运动员的认知表现提出了很高的要求。运动员能否在瞬间对场上形势作出判断并尽快采取应对措施，往往成为左右比赛胜负的关键。而且在比赛中运动员往往承受着生理和心理上的双重压力，一场比赛下来往往会有非常大的能量消耗，那么运动员的认知表现会随之发生什么变化，就成为国外运动心理学家关注的重点。目前，国内学者和教练员过多关注运动员大强度及大运动量训练，而很少关注运动员在不同运动强度下尤其是大运动强度时个体认知功能的变化。也就是说，在充分重视运动强度（以及与之相关联的运动量）对运动员生理生化水平、体能水平以及技战术水平影响的同时，却较少有研究考虑大强度运动对运动员在信息加工以及决策制定等方面的影响。

本文对目前这一领域的实证研究和理论发展进行了较为详尽的回顾与综述，以帮助研究者和实践者提高对“运动强度对运动员心理（认知）功能的影响及（可能）机制”这一问题的重视和研究兴趣。此类研究也可以帮助我们对影响个体认知功能的机制进行更为深入全面的了解，具有重要的心理学研究价值。

1 理论研究进展

关于运动强度对认知功能的影响，已有很多学者进行了广泛的研究，但主要结果仍然存在争论。而在对结果的解释方面，研究者认为以下几种理论可以在一定程度上解释运动强度和认知功能的关系，它们分别为：线索利用理论、倒U型假说和能量—认知模型（cognitive-energetical model）。

1.1 线索利用理论

Easterbrook 于1959年提出了线索利用理论［1］。该理论认为，注意范围缩小是可利用线索的函数。为了完成操作任务，个体总是在一定的环境线索中收集与任务相关的信息。在低唤醒水平下，个体注意到的相关或无关线索都很少，表现也就较差；而随着唤醒水平的提升，注意范围变窄并且会达到一个最佳水平，此时个体仅注意到与任务相关的线索，表现就会好；而如果唤醒水平进一步提升，个体注意到的线索范围继续缩小，就会遗失一些有关线索，表现反而会下降。对此，Easterbrook研究认为，中等运动强度提升认知表现，大运动强度降低认知表现。

1.2 耶克斯—道德森定律

1908年，耶克斯—道德森在研究大白鼠完成各种难度任务时的表现的基础上提出了耶克斯—道德森定律，也叫倒U型假说。在运动领域，该理论是解释唤醒水平和运动表现之间关系最著名的理论之一。其认为：当运动员处在较低唤醒水平时，运动表现较差；随着唤醒水平的升高，表现会逐步提升。但当唤醒水平进一步升高时，运动表现反而下降。在运动强度和唤醒水平之间的关系上，有研究者认为运动强度是和唤醒水平相关的，中等运动强度会导致最佳的唤醒水平，进而利于运动表现。运动强度过低或过高都不利于运动员的运动表现［2］。

上述两种理论在一定程度上是互补的。倒U 型假说主要描述了唤醒水平与运动表现之间的关系。而线索利用理论则对这一关系提供了可能的解释：运动强度对运动表现的这种影响是通过对运动员的信息加工能力的影响而实现的。虽然这两种来自其它领域的理论对运动强度—认知功能关系问题的探讨具有一定的借鉴价值，但研究者们越来越希望发展出一种专门化的，全面的理论模型，为运动

收稿日期：2009.12.01

基金项目：科技部科技支撑重点项目（2006BAK37B07）子课题通信作者：杨勇涛，Email：yangyongtao0427@

强度对个体认知功能影响的有关研究提供更为准确、系统的解释和指导。Sanders提出的能量—认知模型（cognitive-energetical model）［3］无疑具有相当明显的优势，并逐渐成为该领域内最受关注的理论模型之一。

1.3 能量—认知模型

Sanders的能量—认知模型以Sternberg的信息加工理论为基础，将对认知功能影响的机制分为三个水平（由低到高，由表层到深层）［4］。第一水平包括四个信息加工阶段，它们构成了一个具体的连续性模型，四个信息加工阶段分别为刺激前加工阶段、特征抽取阶段、选择反应阶段和运动调节阶段；第二水平包括三个能量注意控制机制，包括唤醒、努力和激活，其中唤醒和激活为两个基础机制，而努力为更高一级水平的机制，它可以监督和调控唤醒和激活水平。这三个机制分别给相应的信息加工阶段提供能量资源。其中唤醒机制通过刺激前阶段获取能量，然后供给特征提取阶段，激活机制提供运动调节阶段所需能量，当决策任务复杂时努力机制就会为选择反应阶段分配能量资源，以弥补两个基础机制的不足。而借助第三水平的评估，努力机制可以监控唤醒、激活水平。

在此模型中，能量的动员影响唤醒、激活和努力水平，而由于唤醒、激活、努力和认知表现有密切的关系，因此能量就有可能通过唤醒、激活、努力机制影响个体认知表现。换句话说，个体认知表现的下降可能与自身可利用的能量资源的缺乏有关，并且能量资源缺乏会影响个体运动中的动机水平，进而影响认知表现。另外，刺激强度、信号质量、刺激—反应一致性和时间不确定性等因素也会影响个体的认知表现，这种影响或许是直接的，也可能是通过影响个体的唤醒或激活水平间接影响个体的认知表现。已有研究证实，如果上述这些因素同时存在，身体活动因素对认知表现的影响相对而言作用更大，这时就可以忽略刺激强度等因素的影响［4］。

不管是线索利用理论、倒U型理论，还是认知—能量模型，都强调了唤醒在信息加工过程中所起的作用。即便如此，虽然由运动诱发的唤醒影响认知表现，但它们之间的关系并不一定符合线索利用理论和倒U型曲线理论［5，6］。而且，唤醒并不是一个单一的概念，它与其它一些概念如动机和注意有着复杂的相互作用［7］。此外，随着运动强度的增大，能量消耗就越多，此时个体控制运动需要的注意资源就越多，身体活动对信息加工的影响就越大。或许可以说：能量分配或激活会影响到运动

过程中个体对刺激信息的注意和加工，从而影响认知表现。

还有一些研究者提出了生理假说来解释运动强度和认知功能表现两者之间的关系。比如Chmura等［8］提出的肾上腺素阈值的概念，该假设就认为肾上腺素浓度与认知表现有关，在运动过程中，肾上腺素浓度会逐渐升高，而个体的认知表现也随着肾上腺素浓度的升高而相应提升。

2 运动强度对认知表现的影响

关于运动强度对认知表现的影响，研究者很早就对它们之间的关系进行了深入广泛的研究，其中研究主要集中在运动中注意、决策制定、反应时等几个方面。大部分研究认为，中等运动强度可以促进认知表现的提升。也有少部分研究认为平静状态和中等运动强度下个体在认知任务上的表现没有区别［9］。

对于简单反应时任务来说，在任何运动强度范围内，个体的操作任务表现都会下降，即反应时延长，而在复杂决策任务中却发现在中等或大强度运动情况下认知任务操作表现出现提升的情况［7］。Paas等研究发现，75%、85%VO

2

max运动强度下个体在决策任务上的表现有提升，研究者认为是个体在完成决策任务时注意的转移（分配到决策任务上的注意资源的增多）导致了反应时的缩短［10］。Legros等针对专业篮球运动员的研究发现，在

95%、125%VO

2

max情况下，被试在简单反应时任务上的表现下降，而选择反应时任务表现提升［11］。MacMorris等研究发现，最大运动负荷［100%MPO （maximal power output）］下被试在简单反应时任务上的表现下降，而中等运动负荷（70%MPO）对简单反应时没有影响，70%MPO运动负荷时运动员的表现要优于安静和100%MPO时，但并无显著差异［12］。Brisswalter等针对田径运动员和普通大学生的研究发现，运动强度对个体的简单决策任务表现有不同影响。被试在40%和60% Pmax时的反应时表现要优于20%和80% Pmax时的反应时表现。田径运动员在20% Pmax时的表现下降，相反40% Pmax时的表现提升了［13］。Chimura等针对足球运动员最大运动强度下反应时变化的研究认为，大强度运动之后被试的反应时显著延长，并且错误率下降，但这种效应只是短暂的，运动停止后3~5分钟后的反应时表现就和安静状态下没有区别［14］。McMorris等针对足球运动员中等运动强度和大运动强度（70%、100%MPO）下的认知表现的研究显