《Journal of the International Neuropsychological Society》：The effects of sports activity on cognition in nine- and ten-year-old children
编辑推荐：
目的：青少年参与体育运动与认知和学业功能相关。然而，研究方法异质性导致文献结果不一致。研究人员提出一种新方法，通过运动参与期间的代谢当量（metabolic equivalents, MET）-分钟/周考察运动活动如何影响认知，并将其与所参与运动项目总数进行比
目的：青少年参与体育运动与认知和学业功能相关。然而，研究方法异质性导致文献结果不一致。研究人员提出一种新方法，通过运动参与期间的代谢当量（metabolic equivalents, MET）-分钟/周考察运动活动如何影响认知，并将其与所参与运动项目总数进行比较。方法：利用青少年脑认知发展（Adolescent Brain Cognitive Development, ABCD）研究，纳入9,973名9岁和10岁儿童。使用家长报告的儿童过去一年运动参与情况计算总MET-分钟/周。青少年参与者完成美国国立卫生研究院工具箱（National Institutes of Health Toolbox, NIH Toolbox）。运行广义相加混合模型（Generalized Additive Mixed Models, GAMM）以检验MET-分钟与认知之间的关系，同时控制体重指数（Body Mass Index, BMI）。使用赤池信息量准则（Akaike Information Criterion, AIC）值比较MET-分钟与运动项目总数对认知表现的贡献。结果：总MET-分钟/周和过去一年运动项目总数均与多个执行功能（executive functioning）任务表现增加呈非线性相关，并与表达性词汇（expressive vocabulary）表现降低相关。与运动项目总数相比，MET-分钟对认知模型贡献更稳健。结论：过去一年MET-分钟/周与认知表现增加相关，尤其是在执行功能领域，并且与总运动参与相比对认知差异更敏感。这表明，对体育活动更敏感的测量可能提高对认知表现结果的预测能力。研究人员的发现为增加青少年体育活动以促进认知轨迹提供了更多支持。
研究背景：全球超过80%青少年未达到儿童和青少年身体活动指南。儿童身体活动与学业、健康和其他生活结局相关，并与认知、脑结构和功能及学业表现呈正相关。既往研究关注体适能与认知，但身体活动强度、认知域等因素重要且需进一步研究。关于强度对认知影响有“倒U”假说（Gutin）和动态理论；部分证据显示剧烈强度活动对学业成就影响大于中等强度。参与体育运动的儿童更可能达到身体活动建议并获得更多中高强度身体活动，但关于运动强度与青少年认知结局的具体关系证据很少。体育提供身体活动机会，但不同运动所需强度范围不同。运动参与指标包括运动项目计数、分类变量、MET-分钟/天等。MET-分钟有希望，因为代谢当量（metabolic equivalents, MET）提供标准化测量，可比较不同活动能量消耗；例如棒球MET-分钟为5，田径为10，因此棒球需2分钟才能与田径1分钟能量消耗相同。已知文献尚未用MET-分钟/周考察儿童运动活动与认知关系，已有MET研究多关注学业成就（如GPA）而非认知任务。因此研究人员旨在通过标准能量消耗测量阐明青少年体育身体活动与广泛认知功能关系，考察过去一年运动参与总估计MET-分钟/周与晚期儿童认知功能关系，并与过去一年总运动项目数比较。
研究开展与结论及意义：研究人员利用ABCD研究，纳入9,973名9–10岁儿童，使用家长报告过去一年运动参与计算每周MET-分钟，采用NIH Toolbox评估认知，GAMM分析并控制BMI，用AIC比较。预测更高运动活动量和更多运动参与与认知表现增加相关，且总运动活动量比一般运动参与更好指示认知。结论显示过去一年MET-分钟/周与认知表现增加相关，尤其执行功能，且比总运动参与对认知差异更敏感；意义是支持增加青少年体育活动促进认知轨迹，并提示更敏感测量可提高对认知结果预测能力，对干预研究重要。
主要关键技术方法：样本队列来源为青少年脑认知发展（Adolescent Brain Cognitive Development, ABCD）研究基线release 3.0，纳入9,973名9–10岁儿童，来自22个站点。使用家长报告的过去一年运动参与，排除非运动活动；基于Physical Activity Compendium for Adults为每项运动分配代谢当量（metabolic equivalents, MET）值，乘以持续时间与天数并求和，获得每周MET-分钟。认知评估采用美国国立卫生研究院工具箱（National Institutes of Health Toolbox, NIH Toolbox）认知电池。统计采用广义相加混合模型（Generalized Additive Mixed Models, GAMM），以立方回归样条平滑项、受限最大似然和最大似然拟合，控制体重指数（Body Mass Index, BMI）及人口学变量，站点和家庭为嵌套随机效应；用赤池信息量准则（Akaike Information Criterion, AIC）比较MET-分钟与运动项目总数的预测贡献。
研究结果：
参与者：总参与者9,973名。1,878名因相关变量缺失被排除；29名因异常值（每周超过5,040 MET-分钟）被排除。过去一年运动活动MET总量中位数687.0（M=816.37，SD=869.57，Min=0，Max=5,040）。BMI中位数17.57（M=18.72，SD=4.01，Min=13.0，Max=39.96）。人口学包括男性5,174（52%），女性4,799（48%）；White 6,690（67%），Black 1,386（14%），Asian 226（2%），Not listed/mixed 1,671（17%）；Hispanic 1,866（19%），Non-Hispanic 8,107（81%）；家庭收入<50k 2,762（28%），50k-<100k 2,878（29%），>=100k 4,333（43%）；父母教育
广义相加混合模型：
过去一年总MET-分钟/周：过去一年平均MET-分钟与Flanker、List Sort Working Memory、Dimension Change Card Sort、Pattern Comparison Processing Speed、Picture Sequencing Memory表现非线性增加相关，峰值MET导数分别为2,400、850、1,850、1,800、1,050；与Picture Vocabulary表现非线性降低相关，峰值MET导数1,800，从MET=150开始；与Oral Reading Recognition非显著相关。协变量：更高BMI与更高Picture Vocabulary和降低Picture Sequencing Memory显著相关。
过去一年运动项目总数：更大过去一年总运动项目数与Flanker、List Sort Working Memory、Dimension Change Card Sort、Pattern Comparison Processing Speed、Picture Sequencing Memory表现非线性增加相关，峰值总运动导数分别为1、1、1、1、2；与Picture Vocabulary和Oral Reading Recognition表现非线性降低相关，峰值总运动导数分别为4和3。协变量：增加BMI与增加Picture Vocabulary和降低Picture Sequencing Memory显著相关。
GAMM模型比较：对于Picture Vocabulary，加入过去一年总运动项目数（Sports ΔAIC=17.9）显著改善AIC，而MET-分钟/周未（MET ΔAIC=1.9），总运动项目数效应更大。对于Flanker（MET ΔAIC=16.9；Sports ΔAIC=3.9）、Dimension Change Card Sort（MET ΔAIC=18.2；Sports ΔAIC=5.6）、Pattern Comparisons（MET ΔAIC=9.4；Sports ΔAIC=6.6）和Picture Sequencing Memory（MET ΔAIC=7.2；Sports ΔAIC=5.5），过去一年MET-分钟/周解释效应更大。过去一年MET-分钟/周对List Sort Working Memory产生显著更好AIC（MET ΔAIC=3.1），而总运动项目数未显著。两者对Oral Reading Recognition模型均未增加显著预测价值。
讨论部分总结：更高过去一年运动来源MET-分钟/周与抑制、工作记忆、认知灵活性、加工速度、情景记忆领域更高表现非线性相关，意外与语言测试表现非线性降低相关。更大运动项目数也类似，但语言和阅读识别表现非线性降低。比较显示总运动项目数对语言任务有预测价值，MET-分钟/周解释抑制、工作记忆、加工速度、情景记忆模型更多方差。既往研究显示身体活动增加带来儿童认知收益，尤其执行功能；具体运动如网球与工作记忆、认知灵活性相关，足球与视空间工作记忆、注意、计划和抑制相关。这些领域多属执行功能，与前额区域相关。前青春期额顶叶灰质发展，脑形态变化与认知过程和发展直接相关，环境因素可塑造发展，儿科脑神经可塑性大。机制方面，原文提出脑源性神经营养因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF）可能中介神经可塑性与认知，运动与BDNF相关；血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）等也有类似关系。运动可能通过这些通路影响认知，尤其前额区。结果支持活动量增加有认知益处，但视觉检查和模型导数支持“倒U”假说，存在最佳水平，超过可能收益递减。另一机制是运动本身动态参与，不同运动有不同认知益处，运动可能需要更高认知灵活性，尤其不可预测运动。总体运动参与有益，但MET-分钟/周比总运动项目数更敏感；更精细测量运动强度和量可能比单纯参与影响更大。儿童每周通过运动参与总活动量相对低，中位MET-分钟/周为687，低于推荐1,260 MET min/week；运动可能补充总活动量，额外MET-分钟与认知增加相关。意外发现增加MET-分钟和运动参与均与语言和言语智力测试表现降低相关；既往研究少且多关注学业，一项语言理解研究在更年幼队列；可能运动减少语言构建机会，或语言技能较高儿童自我选择较少运动；横断面不能推断因果，是未来方向。BMI在图片词汇和图片序列记忆模型中显著但方向不同：增加BMI与更差视空间序列和记忆相关，但更好语言和言语表现相关；异质性提示需探索替代测量。局限性包括MET值基于成人而非儿童，可能低估强度；活动水平通过家长回顾报告，可能有误差；未来应使用加速度计等客观测量；某些问题因缺乏特异性移除，大活动量儿童可能被排除；MET-分钟模型未进行样本外验证，需在ABCD队列外验证；过去一年MET-分钟可能高估总参与，多数运动季节性，总MET-分钟随季节波动；需要更精确时间测量。
研究结论翻译：研究人员的发现支持运动活动与晚期儿童更好认知表现相关的观点。过去一年运动活动总量增加与执行功能领域包括抑制、工作记忆、认知灵活性、加工速度以及情景记忆的认知表现增加相关。过去一年MET-分钟/周在认知模型中比过去一年运动参与解释更多方差，表明MET-分钟对执行功能领域变化更敏感。其他健康因素如BMI也显示与认知显著相关，未来研究应纳入。未来工作应继续检验运动活动的其他客观测量如加速度计数据，以帮助研究这些复杂关系。总体，这些发现为社区促进青少年将运动作为身体活动形式的举措提供额外支持，并强调身体活动在动态脑发育期支持认知表现的重要性。
