【Miaobi Shenghua | Huichuang fnirs揭示了心肺功能在运行过程中对执行功能的影响
系列
FNIRS具有良好的运动兼容性和支持在自然情况下检测的优势。它可以帮助研究人员在运动期间监测人员的大脑功能状态，进行认知负荷分析，集中度测量，运动技能研究，种族期间的情绪状态分析以及压力反应研究。
目前，FNIRS在运动科学领域的作用变得越来越重要。
深圳大学的Ren 团队发表了一篇研究论文，题为“有两项和双重任务：Fnirs研究”，《权威期刊》中的“ BMC和”。
跑步在身心健康上具有许多优势。在跑步过程中，许多情况涉及处理多个认知任务，例如应对疲劳，加速时间决策等。执行功能（EF）是一种高级认知功能，与大脑的前额叶皮层（PFC）功能密切相关，并且对运动的积极影响很容易受到锻炼的影响。研究表明，EF容易受到心肺功能（CRF）的影响，但是运动式双任务研究中的大多数受试者都是年轻人，他们定期运动，并且缺乏不同健康水平的人之间的比较。
这项研究旨在探讨不同成年人在运行练习中具有CRF的EF表现，并使用 Fnirs测量与EF任务相关的脑皮质活动。这项研究假设：1）与单任务相比，只有高CRF受试者在双重任务练习中改善了EF反应时间； 2）高CRF受试者在运行EF的双任务中显示出较高的PFC活性。
以下是研究细节：
01研究方法
这项研究招募了14名业余跑步者和14名久坐的大学生。业余跑步者是大学运动员，平均训练时间超过4年。坐下小组通过国际体育锻炼量表（IPAQ-SF）进行筛选，每个坐姿每天坐下不少于8个小时。受试者在不同时间点进行了两个测试。在第一个测试中，受试者完成了问卷测试，包括IPAQ-SF，抑郁症 - 焦虑 - 压力量表（DASS），匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）和一般的自我效能能量表（GSES）。然后，受试者以一定的强度（4.97 mph）在跑步机上慢跑，以完成心肺功能测试，并使用乔治预测方法评估了最大氧气摄入量。对于第二次测试，受试者在安静和中等强度的运动状态下戴上FNIRS并完成了2张任务，以收集行为和FNIRS数据。为了避免疲劳的影响，两次测试分离了超过7天。
02任务
E-Prime编写的颜色词匹配测试用于事件相关的设计检测。在此任务中，受试者观察了以不同字体颜色呈现的颜色名称。在不一致的条件下，单词的含义与字体颜色不符（例如，以绿色字体呈现红色字母）。在一致的条件下，单词的含义与字体颜色匹配（例如，以红色字体呈现红色字母）。黑色背景上的计算机屏幕将随机显示不同颜色的字母。受试者必须尽可能快地按键盘上的相应按钮（F表示一致性，j表示不一致）。此任务中的所有单词都是中文，包括20个矛盾和20个一致的实验。每个单词的演示时间为0.5秒，主题必须在2秒内做出选择，否则将被视为错误。单词之间有10秒的突破。
图1（a）实验程序。 （b）FNIRS探针设置（蓝色=源; =检测器;灰色=激活通道）。
03 2退回任务
为了评估工作记忆，我们采用了块形式的“ 2退”任务。在每个块中，英国资本辅音字母将出现在黑屏的中间，持续2秒，间隔为0.5秒。参与者按F表示当前字母与上一封信一致，然后按J表示它不一致。输出结果记录了反应时间和准确率。整个“ 2退”测试分为5个块，每个块由12个试验组成，每个块持续36秒，每个块相距12秒。记录正确反应和反应时间的百分比。
04 FNIRS数据获取
在实验中，FNIRS设备使用了氧化血红蛋白（Oxy-Hb）信号变化的多通道便携式记录。该设备使用7个光源和7个检测器，在光源和检测器之间的距离为3 cm，并包含19个有效的通道。有效覆盖额叶，背外侧和腹外侧前额叶区域。
05结果
两组受试者之间的心理健康没有差异。此外，业余跑步者组中的最大氧气摄入量高于坐着组的最大氧气摄入量，而坐姿则低于坐姿组。这些表现可以区分两个不同的CRF。
所有行为和认知结果均显示在图2中。结果表明，业余跑步者组的参与者在2退任务期间改善了他们的反应时间，但是在锻炼过程中，参与者的准确性没有改变。这表明，在评估运动过程中的认知表现时，身体健康的受试者由于运动而产生的略有积极作用，而健康水平较低的受试者并未表现出积极作用。
图2。两组的结果比较：任务：（a）准确性； （b）响应时间。 2折任务：（c）准确性； （d）反应时间。数据表示为平均值±标准误差。 * p <0.05。纠正。
任务结果表明，在双重任务状态下，CH3和CH17的含氧血红蛋白水平明显低于单任务状态。在双重任务状态下，与单任务相比，CH19和CH17的含氧血红蛋白水平得到了显着提高。在单任务状态下，与坐姿相比，CH19中的业余跑者组在CH19中的氧化血红蛋白水平明显更高。但是，在双任务状态下，两组之间没有发现显着差异。结果如图3所示。
图3在以安静和运动状态完成任务时，两组受试者的前额氧血红蛋白浓度。数据表示为平均值±标准误差。 *：p <0.05，**：p <0.01，FDR校正。
2背包的任务结果表明，在双任务状态下，CH11和CH15的含氧血红蛋白水平明显低于单任务状态的血红蛋白水平。在久坐的组中，CH15和CH18的含氧血红蛋白水平明显低于单任务的水平（图4）。在组比较中，业余赛跑者组中的CH18氧化血红蛋白水平明显高于运动组中的坐姿。该通道主要位于左侧背侧前额叶叶（图5）。
图4在两组受试者中，在安静且通风状态下完成2背任务时，在两组受试者期间，先前氧化的血红蛋白浓度。数据表示为平均值±标准误差。 *：p <0.05，**：p <0.01，FDR校正。
图5业余赛跑者组和“练习2退”任务中的额叶氧气血红蛋白浓度的差异。紫色表示有显着差异的通道（CH18）。 （a）前景； （b）左图（p <0.05，FDR校正）。
FNIRS结果表明，在单个EF任务中，业余赛跑者组左PFC中氧化血红蛋白的浓度较高。在双重锻炼任务中，两组的PFC氧化血红蛋白浓度均较低，但是在2基准任务中，DLPFC中的业余跑者组在DLPFC中具有较高的氧化血红蛋白浓度。组之间的差异表明，较高能量效率的受试者在运动过程中维持较高的氧化血红蛋白水平，但没有显示出更高的效率。这可能是由于在跑步机上运行时需要进行复杂的神经调节，这需要大量代谢资源和任务的其他认知需求。此外，这些发现仅在2退任务中观察到，而不是在任务中。这可能是因为基于块设计的任务显示出更明显的血液动力学特征。
06结论
这项研究提供了改善中等强度运动中EF反应时间的证据。此外，在单任务和双任务认知测试中，更好的CRF参与者具有较高的PFC活性。增强的CRF减少了运动所需的认知资源，并将更多的认知资源分配给同时执行的任务，例如EF。我们的研究结果可以为未来的研究和宣传非健康人群的健身活动提供理论参考。
关于
是根据生物与医学工程学院校长Wang Tiefa和博士主管王Tiefa建立的。 Wang Tiefa曾在大学学习本科和博士研究。他已经专注于脑科学领域的研究和探索已有20年了。他曾在美国的加利福尼亚理工学院（Qian 先生的母校）担任访问学者，目前是杭州第七人民医院的特别专家。该公司实施了“在祖国土地上撰写科学研究”的公司愿景，并为脑科学和大脑健康领域提供了尖端的创新技术和产品支持！
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