运动游戏改善代谢综合征患者的执行功能

引言 近年来，认知功能与代谢综合征之间的关系得到广泛研究。 代谢综合征 (MetS) 已被证明与多种风险因素导致的执行功能下降有关，包括高血压、血脂异常、葡萄糖稳态受损和腹部肥胖。 执行功能包括基本的认知过程，如注意力控制、认知抑制、抑制控制、工作记忆和认知灵活性。

认知神经科学正在使用 Stroop 任务来测量选择性注意能力和技能，以及处理速度能力，表明执行功能。 使用事件相关定位技术 P300 和 N200 的脑电图 (EEG) 活动已被广泛用于测量选择性注意能力和技能，而反应时间 (RT) 等行为表现通常用于测量处理速度能力。 N200负性（刺激后200~350 ms）是一种事件相关电位（ERP），表示通常在运动反应控制之前诱发的注意能力，与刺激识别和分化的认知过程有关。 P300 阳性（刺激后 300~600 毫秒）是另一种 ERP，反映了与记忆相关的神经处理，涉及对输入信息进行分类和更新工作记忆的上下文（例如，编码、排练、识别和检索）。

众所周知，有氧运动训练可为代谢病患者提供各种有益的临床结果。 它对认知功能，尤其是执行功能的影响也有报道。 此外，最近的研究报告说，有氧运动和阻力运动训练都有助于健康老年人的整体电生理效应（例如，增加 ERP P300 振幅）和行为指数（例如，更快的 RT）。 此外，据报道，在对慢性中风患者的研究中，有氧运动还可以改善皮质认知控制（P300 振幅）中的认知过程。

最近，运动游戏（“运动”和“游戏”的组合）作为一种改善认知功能的新型运动方法备受关注，因为它利用需要身体运动的视频游戏，同时向用户呈现具有认知挑战性的环境。 随着它在休闲和娱乐中的流行使用，人们对应用运动游戏来改善临床结果的兴趣越来越大。 最近使用运动游戏的研究表明，它对认知和双任务功能有有益影响，可以减少老年人的跌倒以及心血管疾病风险，例如体脂、血清脂肪因子水平和血脂水平。 健身游戏还可以促进老年人和儿童的执行功能和认知处理速度。 越来越多的证据表明，运动游戏具有改善认知和身体机能的好处。

尽管许多先前的研究报告了运动游戏后认知功能的改善，但尚不清楚这种益处是由于运动效果还是视频游戏效果。 此外，所有这些研究都测量了 RT，而不是使用 EEG 的 ERP，这限制了大脑活动。 考虑到脑电图可以测量大脑各个皮层区域的电活动，因此有必要使用脑电图研究 ERP 来评估执行功能。 因此，我们检查了运动游戏与正常运动相比的好处，并通过在 MetS 患者的 Stroop 任务期间测量三个皮质区域的 RT 以及 N200 和 P300 来研究执行功能。

方法 参与者 共有 22 名年龄在 50-80 岁之间的 MetS 男性和女性患者参加了这项研究。 MetS 是根据修改后的南亚人 NCEP 成人治疗小组 III (NCEP-ATP III) 定义定义的。 简而言之，具有以下三个或更多标准的个体被定义为代谢综合征：向心性肥胖（男性腰围≥90 厘米；女性腰围≥85 厘米）、空腹血糖≥100 毫克/分升或目前正在接受糖尿病治疗、收缩压血压≥130 mmHg 或舒张压≥85 mmHg 或目前正在接受高血压治疗，血清甘油三酯≥150 mg/dL，低 HDL 胆固醇（男性 <40 mg/dL；女性 <50 mg/dL）。 受试者被要求在实验前 24 小时内不要运动。 他们还被指示正常进餐并在实验前 4 小时吃完饭，同时在实验前 1 天避免饮酒，在实验前 4 小时内避免摄入咖啡因。 所有受试者都必须完成 Kosin 大学医学院机构审查委员会批准的书面知情同意书。

使用样本量计算软件（Windows 版 G*Power 3.1.9.2 版；http://www.gpower.hhu.de）计算样本量，效果大小为 0.484，统计功效为 0.8，统计显着性水平为 0.05。 这个影响大小是根据以前的研究计算出来的。 因此，每组的样本量变为 8，我们决定为每组招募 11 名患者，潜在退出率为 30%。

运动训练干预 运动训练是在 Kosin 大学福音医院 U-healthcare 中心进行的。 每个参与者都被指示如果他或她在运动训练期间遇到任何异常症状，请立即通知主管，并在需要时咨询医生。 如果受试者未进行超过 80% 的锻炼，则受试者将被排除在外。

所有受试者被随机分为两组：exergaming 组和跑步机运动组。 受试者有 2 周的适应期，然后进行 12 周的运动训练：60 分钟/天，保留心率 (HRR) 的 60-80%，3 天/周。 每次锻炼包括 10 分钟的热身、40 分钟的主要锻炼和 10 分钟的热身。

exergaming 组 (EXG) 使用由跑/跳垫 [730(W) × 730(D) × 130(H)] 和平板电脑组成的 Exerheart® 设备（D&J Humancare，韩国釜山）进行锻炼支架（可以调整到 70 到 155 厘米之间的任何高度）（补充图 1A）。 Exerheart® 是一种为原地跑步而开发的运动游戏，与名为“Alchemist's Treasure”的视频游戏（D&J Humancare，韩国釜山）一起开发。 要玩这个游戏，受试者必须在垫子上的一个点上奔跑或跳跃，以将平板电脑屏幕上的虚拟化身随着音乐向前、向后、向左和向右移动（在线补充视频 1） . 受试者可以通过在垫子上奔跑或跳跃的速度来控制化身运动的速度。 跑步机锻炼组 (TEG) 使用商用跑步机（MOTUS，京畿道，韩国）进行锻炼。 每个受试者以舒适的速度在跑步机上行走或跑步。

对于 EXG 和 TEG，所有受试者在运动期间的心率 (HR) 均使用 HR 监测器（polar RS400sd，Madison Height，Michigan，USA）监测，以确认该值在目标 HR 范围内。 Karvonen 公式 (1957) 用于计算运动期间的 HR 储备（HRR，估计的最大 HR-静息 HR）和目标 HR [（HRR × 训练强度的给定百分比）+ 静息 HR）]。

Stroop 测试 为评估执行功能，使用 Telescan 软件（LAXTHA，韩国大田）管理基于计算机的 Stroop 任务版本。 在任务期间，向受试者展示了在一致试验中以相同颜色出现的颜色词（例如 “蓝色”印成蓝色），在不一致的试验中印成不同的颜色（例如 “蓝色”印成绿色）。 为了提供相似的视觉内容，选择了蓝色、绿色和黄色作为刺激物。

受试者在运动前和运动后训练中执行了两次 Stroop 任务。 受试者坐在距离屏幕1米处，当屏幕上出现颜色词时，他们点击左键盘进行一致测试，点击右键盘进行不一致测试。 受试者被指示尽可能快速准确地做出反应。 测量率目标为50%。 每个颜色词（垂直视角：2°）呈现 200 ms，允许在 1500 ms 内做出反应。 刺激间隔在 1500 到 2500 毫秒之间随机变化。

脑电图 (EEG) 测量 在修改后的 Stroop 任务期间，使用计算机化测谎仪系统记录脑电图活动 - A 型：总共 31 通道 Poly G-A（LAXTHA，大田，韩国）。 根据国际 10-20 系统，将 Ag-AgCl 电极（LAXTHA，韩国大田）放置在额叶 (Fz)、中央 (Cz) 和顶叶 (Pz) 皮质区域。 参考连接耳垂电极的中线位置。 分别通过放置在左眼上方和下方以及双眼外眦的电极监测水平和垂直眼电图 (EOG)。 所有电极的阻抗都保持在 10 kΩ 以下。 放大器的带通滤波器为 0.1-100 Hz，采样率为 1000 Hz，陷波滤波器为 60 Hz。

N200 分量定义为刺激后 200-350 ms 之间出现的最大正峰，P300 分量定义为刺激后 300~600 ms 之间出现的最大正峰。 N200 和 P300 振幅被测量为平均刺激前基线和最大峰值振幅之间的差异。 Telescan 的内置高通 IIR 滤波器用于滤波。 在分析之前，使用 10 Hz 的半功率截止频率的低通滤波器对波形进行数字平滑处理。

统计分析由于样本量小，我们使用非参数统计进行数据分析。 我们使用 Wilcoxon 符号秩检验来检查每组干预后每个因变量的变化。 Mann-Whitney U 检验用于比较训练组之间的增量值（Δ-EXG 与 Δ-TEG）。 报告了部分 eta 平方 (η2) 的效应大小以获得显着效应，其中所有测试的 alpha 水平设置为 0.05。 数据表示为平均值±平均值的标准偏差。 所有统计测试均使用软件 SPSS 24 版本进行处理。