视频游戏训练能提升年轻人和老年人的执行功能：一项随机对照试验

《LEARNING AND INDIVIDUAL DIFFERENCES》：Video game training enhances executive function in younger and older adults: A randomized controlled trial

　　单扬|张梦凡|王天泽|杨秀杰|赵欣中国兰州西北师范大学心理学院，730070摘要本研究通过纵向研究探讨视频游戏训练是否能为年轻人和老年人带来执行功能的持续提升。70名年轻人（平均年龄22.70岁，标准差2.42）和70名老年人（平均年龄67.67岁，标准差3.31）被随机分配到两组：一组完成20次、每次30分钟的定制认知游戏训练，另一组则观看游戏操作视频作为对照。与对照组相比，训练组在工作记忆容量、数字更新能力和反应抑制能力方面表现出显著提升，且这些提升效果不存在年龄差异。后续评估显示，数字更新能力、工作记忆容量和反应抑制能力的提升在某种程度上有所保留，而认知灵活性则在这两组中都有所提高。研究结果表明，无论年龄大小，视频游戏训练都能带来有意义的、部分持久的执行功能提升。教育意义与启示本研究表明，视频游戏训练能够显著提升年轻人和老年人的执行功能，尤其是在工作记忆容量、数字更新能力、反应抑制能力和认知灵活性方面。三个月后的随访测试显示，工作记忆容量和数字更新能力方面的提升效果依然存在。这些结果凸显了视频游戏训练的积极作用，同时也表明，基于游戏的训练方法可能成为提升成年人工作记忆的有效工具，值得在教育和认知干预领域进一步研究。引言随着人类寿命的延长，人口老龄化问题日益受到重视，这促使人们研究自然衰老带来的认知功能下降风险以及实现成功（主动）老化的途径。近年来，成功老化的研究视角已从单纯的生物医学层面拓展到更广泛的社会和心理适应过程（Annele等人，2019）。正常衰老会导致某些认知能力下降（Lockhart & DeCarli，2014；Persson等人，2006）。在那些会随年龄变化的认知能力中，执行功能对于维持适应性、目标导向的行为尤为重要。执行功能包括三个核心组成部分——工作记忆更新、抑制控制和认知灵活性（Diamond，2013；Miyake等人，2000）——其发展轨迹呈非线性，在成年期逐渐下降（Ferguson等人，2021；Jurado & Rosselli，2007）。重要的是，执行功能不仅容易受到衰老影响，而且可以通过干预得到改善。越来越多的证据表明，包括基于视频游戏的训练在内的针对性训练能够有效提升执行功能，并将其效果迁移到未经过训练的任务中。这一现象在年轻人（如Bediou等人，2018）、老年人（如Nguyen等人，2019；Toril等人，2014）以及所有年龄段的人群中都得到了证实（如Diamond & Ling，2016；Wang等人，2016）。关于训练带来的提升效果，有不同的理论解释。共同需求理论认为，训练效果的产生主要源于训练任务与评估任务在核心认知需求上的重叠（Dahlin等人，2008；Strobach & Schubert，2021）。而学习如何学习理论则认为，视频游戏训练能够提升一般的学习能力，如概率推理和注意力分配效率，从而间接促进广泛的认知迁移。然而，传统的执行功能训练大多在相对简单且静态的环境中进行，难以应用于现实生活情境。此外，以运动为基础的训练主要关注身体功能，其对认知能力的提升效果在不同年龄群体中似乎都较为有限（Ciria等人，2023）。更糟糕的是，一些其他训练方法可能只对特定领域有益，比如舞蹈训练，它对整体认知有积极影响，但对老年人执行功能的提升效果有限（Meng等人，2020）。因此，目前尚不清楚现有的训练方法是否能在不同年龄群体中带来持久且普遍的执行功能提升。计算机技术和电子游戏行业的快速发展，再加上老年人数字素养的提高，使得视频游戏成为认知干预的一种有力工具（Toril等人，2014）。虽然已有研究证明了视频游戏训练能够提升年轻人和老年人的执行功能（如Yao等人，2020；Kühn等人，2017；Zelinski & Reyes，2009），但目前还不清楚不同年龄群体的训练效果是否相同，以及他们的提升是否体现在相同的执行功能维度上。现有研究对于执行功能训练的比较效果得出了不同的结论。这类训练所带来的认知可塑性存在较大的个体差异（Calero & Navarro，2007），因此，并非所有接受视频游戏训练的人都能获得相似的提升效果（Wang等人，2016；Wu等人，2012；Zinke等人，2014）。因此，本研究的首要目标是探讨视频游戏训练对执行功能的影响在年轻人和老年人之间是否一致。此外，现有关于视频游戏训练的研究在考察执行功能方面存在系统性缺陷，大多数研究仅针对单一执行功能进行孤立分析。例如，Biggs等人（2015）发现，射击类游戏训练能显著提升年轻人的反应抑制能力，而Strobach等人（2012）则发现，动作类和策略类游戏分别能提升年轻人的认知灵活性。然而，这种零散的研究方式阻碍了我们了解视频游戏训练对执行功能的多元影响。因此，目前还不清楚哪些执行功能成分最能通过训练得到优化。所以，我们的第二个目标是系统地评估视频游戏训练对执行功能的多元提升效果，进一步探究哪些成分对训练更为敏感，尤其是在不同年龄群体中。最后，许多关于视频游戏训练的研究未能充分追踪初始认知测试之后的训练效果保持情况（如Perrot等人，2019；Sosa & Lagana，2019）。缺乏系统的后续跟踪使得我们难以了解视频游戏训练带来的认知提升的持久性。Nguyen等人（2019）发现，与针对单一核心执行功能的训练相比，多领域认知训练能够产生显著的远迁移效应，且这种效应在后续测试中依然存在。不过，不同任务的保持效果可能存在差异。具体而言，工作记忆更新能力（Dahlin等人，2008，涵盖年轻人和老年人；Li等人，2008，针对老年人）和认知灵活性（Glass等人，2013，针对年轻人）的训练效果很可能得以保持，因为训练有助于形成相对稳定的认知处理模式。而对于工作记忆容量而言，现有证据表明，这类提升效果往往难以长期保持（Zhao等人，2023，针对老年人）。此外，由于反应抑制能力具有明显的状态依赖性，它可能特别难以长期保持（Hedge等人，2018；Nigg，2000）。最后，根据共同需求理论，我们认为冲突抑制能力不会产生持续的训练效果，因为它本身就不太可能带来训练相关的提升。为此，本研究的第三个目标是通过严格的三个月随访测试，全面实证地评估视频游戏训练对核心执行功能成分的长期影响。通过这种方式，我们将了解这些执行功能成分的训练效果保持情况，以及它们在不同年龄群体中的差异性。为弥补上述方法学上的不足，本研究将采用一种定制的射击游戏方案，该方案在双任务框架下整合了三种第一人称射击游戏任务——追踪、辨别和记忆。这种设计旨在调动多种执行功能成分，包括工作记忆、抑制控制和认知灵活性。追踪任务要求参与者定位并射击单个目标，主要考验持续的注意力和目标导向的视觉运动控制能力。辨别任务则要求参与者对短暂呈现的刺激颜色进行编码，同时选择性地对目标变化作出反应，抑制对干扰信号的响应，这就需要良好的抑制控制和注意力转换能力。记忆任务则侧重于工作记忆更新，要求参与者根据每轮测试中变化的颜色规则不断调整自己的反应。值得注意的是，射击操作作为独立任务维度贯穿于这三项认知任务之中，需要参与者在追踪、辨别、记忆和动作反应之间频繁切换，从而以综合方式锻炼认知灵活性。总而言之，这三项任务分别主要针对持续注意力（追踪）、抑制控制和注意力转换（辨别）以及工作记忆更新（记忆），而整体的任务结构则会对执行控制过程提出更广泛的要求。本研究使用的则是专门开发的实验室版执行功能训练游戏，这类游戏从商业第一人称射击游戏中抽象出核心认知需求。商业第一人称射击游戏需要处理动态目标并不断切换注意力焦点，已被证明能够提升认知能力并产生迁移效应（Belchior等人，2013，针对老年人；Biggs等人，2015，针对年轻人；Steenbergen等人，2015，针对成年人）。为了专门锻炼特定的执行功能，而非复制商业游戏中快节奏、高强度的反应要求，我们的训练方案刻意去掉了其他关键的第一人称射击游戏元素，如丰富的剧情、沉浸式的3D导航以及复杂的战术团队协作。尽管这些元素通常被认为是第一人称射击游戏吸引玩家的重要因素，但我们的训练方案特意将它们排除在外，以便专注于更基础的认知过程，而这些过程正是以往研究中所强调的认知益处的来源（Green & Bavelier，2015）。早期对照组的局限性在于，其任务特征和主题内容可能与实验训练存在差异，这使得很难单独区分目标导向互动的独特作用。在本研究中，我们采用了感知匹配的对照设计，即对照组观看训练游戏的视频演示。这种设计优于以往那些经常使用特定类型商业游戏作为对照的研究（如实时战略游戏：Basak等人，2008；Glass等人，2013；动作/策略游戏：Strobach & Schubert，2021；第一人称射击游戏：Green & Bavelier，2015），因为那些研究要么采用被动型对照条件，要么使用相关性较低的游戏作为对照（如俄罗斯方块或模拟人生；Boot等人，2011；Strobach & Schubert，2021）。我们自行设计的射击游戏从商业第一人称射击游戏中抽象出了核心认知需求，再结合观看视频的感知匹配对照组，确保了感知-认知特征和主题背景的高度一致性，从而能够清晰地分离出游戏操作这一核心变量。此外，我们还采用了固定难度（而非自适应难度）的任务来提高研究的标准化程度。固定难度有助于保持统一的实验条件，减少因参与者个体差异带来的干扰因素，进而增强研究设计的内在有效性。总体而言，本研究旨在通过纵向随机对照试验系统地探讨视频游戏训练对执行功能的影响。研究重点关注三个核心问题：（1）视频游戏训练对执行功能的提升效果在年轻人和老年人之间是否存在差异；（2）执行功能的不同成分（工作记忆、抑制控制、认知灵活性）对训练的敏感度是否有所不同；（3）训练带来的提升效果能否长期保持。基于不同的理论观点和实证证据，我们提出了以下假设：首先，H1（年龄差异）：鉴于有证据表明，视频游戏训练能够提升年轻人和老年人的执行功能（如Strobach等人，2012；Yao等人，2020），且不同年龄群体的提升效果相当（Vaportzis等人，2017；Zinke等人，2014），因此预计视频游戏训练在年轻人和老年人身上能产生类似的提升效果。其次，H2（训练带来的提升效果）：根据共同需求理论，只有当训练任务与评估任务在认知需求上存在重叠时，才能产生训练效果。因此，预计训练组在工作记忆更新、容量、反应抑制能力和认知灵活性方面会优于感知匹配的对照组（H2a），但在冲突抑制能力方面则没有差异（H2b）。H3（训练带来的提升效果的保持情况）：由于不同执行功能成分在状态依赖性和可塑性方面存在差异，因此它们的提升效果保持情况也可能有所不同。具体而言，工作记忆更新能力和认知灵活性的提升有望持续，因为训练可能促进稳定的认知处理模式（Dahlin等人，2008；Glass等人，2013）。而鉴于长期保持效果不佳的证据，工作记忆容量的提升则不太可能持续（Zhao等人，2023）。此外，由于反应抑制能力具有明显的状态依赖性，其提升也可能无法持续（Hedge等人，2018；Nigg，2000）。因此，H3a：工作记忆更新能力和认知灵活性的提升将会持续；H3b：工作记忆容量和反应抑制能力的提升则不会。通过验证这些假设，本研究将更深入地了解视频游戏训练对执行功能的影响，尤其是不同年龄段的成年人从视频游戏训练中获得的益处。