儿童、青少年与青年男性在执行多任务(双任务与三任务)条件下的步态干扰:基于年龄分层的比较研究

《Scientific Reports》:Multi-task interference during walking in children, adolescents and young adults

【字体: 时间:2026年03月05日 来源:Scientific Reports 3.9

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  本研究针对多任务对行走表现的干扰效应,探讨了在儿童、青少年及青年男性中,执行认知与动作双重任务(DT)及三任务(TT)对步行速度的影响。结果显示,多任务(特别是TT)会显著降低步行速度,且在儿童中干扰效应最强。这提示儿童因注意力资源有限,更易受多任务干扰,强调了设计年龄适配多任务活动以支持其安全发展的必要性。

  
在繁忙的街道上,我们常常看到孩子们一边走路,一边聊天,手里还可能拿着东西。这种同时处理多项任务的能力,是日常生活的常态,但其背后的认知与运动机制如何随年龄发展而变化,却是一个有趣的科学问题。尤其在儿童时期,大脑的注意力和执行功能正处于快速发展阶段,多任务处理是否会对其基本动作(如行走)产生更大的干扰?为了回答这个问题,一项发表在《Scientific Reports》上的研究,专门比较了儿童、青少年和青年男性在执行单一、双重(Dual-Task, DT)甚至三重任务(Triple-Task, TT)时的行走表现,揭示了年龄与多任务干扰之间的清晰关联。
研究团队招募了十名儿童、十名青少年和十名青年男性。每位被试需要完成一项十米步行测试,但条件各不相同:首先是单一任务(Single-Task, ST)行走,即只是走路;然后是两种双重任务条件,分别是认知-动作双任务(步行+言语流畅性任务,即边走路边快速说出特定类别的词语)和动作-动作双任务(步行+托盘运球任务,即边走路边端着一个放有球的托盘);最后是三重任务(TT)条件,即同时进行步行、言语流畅和托盘运球三项活动。研究的关键测量指标是在每种条件下的步行速度。为了量化干扰,研究人员计算了步行速度相对于单一任务条件的百分比变化(Δ%)。
主要研究技术方法包括:1. 十米步行测试(10-meter walking test)用于量化行走表现;2. 多任务范式设计,包括单一任务(ST)、认知-动作双任务(Cognitive-DT,步行结合言语流畅性任务)、动作-动作双任务(Motor-DT,步行结合托盘运球任务)及三任务(TT,结合前两者);3. 基于步行速度计算多任务干扰程度(Δ% change),并进行跨年龄组的比较统计分析。
研究结果
  • 多任务条件对步行速度的影响
    数据分析发现,与单一任务(ST)步行相比,多任务条件普遍降低了步行速度。具体而言,在儿童和青少年组中,所有多任务条件(包括两种DT和TT)下的步行速度均出现显著下降(p < 0.001)。而在青年成人组中,步行速度仅在认知-动作双任务(Cognitive-DT)和三任务(TT)条件下出现显著下降(p < 0.001)。
  • 不同多任务条件间的干扰差异
    在儿童和青少年中,三任务(TT)条件引起的步行速度下降,显著大于两种双重任务(DT)条件(p < 0.01)。这表明,随着并发任务数量的增加,对步行表现的干扰也显著增强。
  • 不同年龄组间的表现差异
    年龄比较揭示了关键差异。在所有多任务条件下,儿童组的步行速度都显著低于青少年组和青年成人组(p < 0.001)。这明确表明,儿童在执行多任务行走时受到的干扰最大。
研究结论与讨论
本研究的发现清晰地支持了注意力资源理论。该理论认为,个体的注意力资源是有限的,当同时执行多项任务时,这些任务会竞争有限的认知资源,从而导致一项或多项任务的表现下降。研究结果显示,儿童在多任务行走中表现出的更大干扰,很可能源于其尚未发展成熟的注意力分配和执行控制能力。相比之下,青少年和青年成人可能具备了更高效的任务协调和资源分配策略,从而能更好地应对多任务需求,尤其是在不涉及额外认知负荷的单纯动作双任务(Motor-DT)中,青年成人未表现出步行速度的显著下降。
这项研究具有重要的理论与实践意义。在理论上,它提供了跨年龄段的实证证据,加深了我们对运动控制与认知功能在发展过程中如何交互的理解。在实践层面,研究结果强调,在儿童的运动训练、康复或日常活动设计中,需要充分考虑其认知资源的局限性。例如,在过马路或进行需要集中注意力的体育活动时,应尽量减少额外的认知或动作负荷,或通过循序渐进的训练,帮助儿童发展安全有效的多任务处理能力。该研究也为评估和干预具有注意缺陷或多动倾向儿童的行走安全性提供了参考依据。总之,这项工作揭示了多任务挑战如何随年龄演变,提醒我们关注成长中的大脑在应对复杂环境时所面临的特有挑战。
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