探究游戏对健康老化的影响：视频游戏训练对工作记忆的潜在效果

民政部发布的《2022年民政事业发展统计公报》数据显示，截至2022年底，全国60周岁及以上的老年人口达到2.8亿人，占总人口的19.8%。其中，65周岁及以上的老年人口为2.098亿人，占总人口的14.9%。根据联合国有关老龄化的分类标准，我国目前基本处于中度老龄化阶段，并且人口老龄化程度持续加深。随着年龄的增长，老年人的身体机能逐渐下降，大脑逐渐萎缩，认知能力也逐渐减弱，这在日常生活中表现出反应迟缓、记忆力减退、抗干扰能力下降和注意力不集中等现象。部分老年人的认知功能下降甚至可能进一步发展成轻度认知障碍、阿茨海默病等退行性神经疾病。

工作记忆功能的下降不仅是认知老化的特征之一，也是认知老化的原因之一。工作记忆衰退理论认为，老年人之所以会出现认知功能下降，是因为他们缺乏一种“自我启动加工”的能力，而这正是工作记忆所具备的能力。该理论认为，工作记忆的衰退是导致老年人认知老化的主要原因之一。

视频游戏是在第三次产业革命中兴起的一种新兴娱乐形式，个体可以使用手机、平板电脑等视听设备，根据特定情境进行操作。在视频游戏中，个体能够获得听觉和视觉等多种感觉功能的反馈。多项研究表明，视频游戏干预对工作记忆具有重要影响。接下来，我们将详细介绍工作记忆和视频游戏的概念，以及视频游戏对工作记忆的影响的理论基础和现有研究情况。

工作记忆（Working Memory）是一种记忆系统，用于短时间内对信息进行加工和存储。它具有容量有限的特点，但在完成各种复杂的认知任务中扮演着至关重要的角色。工作记忆模型由Alan Baddeley提出并不断发展，包括四个主要组成部分：视觉空间模板、语音回路、中央执行系统和情景缓冲器(Baddeley, 2010)。

（1）视觉空间模板：这部分工作记忆主要负责存储和处理与视觉空间有关的信息，包括与空间任务相关的规划和地理环境中的导向。它在我们执行需要处理空间信息的任务时发挥着重要作用。

（2）语音回路：语音回路部分主要负责以声音为基础的信息的存储和控制。这包括语言相关的信息，如听到的话语或自己内部的声音。

（3）中央执行系统：中央执行系统可以进一步分为四种执行功能，包括对双重任务的协调（即注意分配）、抑制无关信息的干扰（即注意焦点）、策略转换（即注意转换）以及对长时记忆内信息的保持和操纵(Baddeley, 1996)。这些执行功能协同工作，以协调和控制工作记忆中的信息。Miyake更进一步使用潜变量分析法发现中央执行系统中存在三种主要执行功能，包括信息更新能力、抑制功能和任务转换功能(Miyake et al., 2000)。

（4）情景缓冲器：情景缓冲器通过多重编码的存储系统，提供了一个暂时的整合平台，用于连接语音回路、视觉空间模板和长时记忆之间的信息。

此工作记忆模型有助于我们理解和解释认知任务中的信息处理和记忆存储方式，以及在不同认知活动中工作记忆的作用。它也为研究工作记忆的发展和影响提供了有用的框架。

图1 工作记忆模型(Baddeley, 2010)

视频游戏的起源可以追溯到20世纪70年代的美国。它们是一种需要借助视听设备并基于特定情境进行操作的游戏，也就是说，在视频游戏中，个体与视频设备互动，并产生视觉和听觉方面的反馈。视频游戏设备包括设定好的程序、输入设备（如操纵杆、游戏手柄、鼠标、键盘等）和输出设备（如屏幕、音响、耳机等）。个体在与视频游戏互动时，使用这些输入和输出设备，产生各种游戏体验。目前，研究者将用于老年人游戏训练的视频游戏分为以下几类：传统视频游戏、认知训练游戏、运动游戏和VR/模拟游戏(Yu & Chan, 2021).

传统视频游戏主要是为娱乐而设计，没有额外的促进身体活动、认知健康或营造身临其境游戏体验的目的。常见的传统视频游戏包括《荣誉勋章》、《俄罗斯方块》、《超级马里奥兄弟》和《马里奥赛车》等。其中《荣誉勋章》是一款第一人称军事射击视频游戏，其中任务被分解为多个步骤，玩家必须手动完成这些任务；《俄罗斯方块》是一款经典的街机游戏，玩家需要操控不断下落的方块以创建没有间隙的水平线(Belchior et al., 2013)；《超级马里奥兄弟》是一款著名的平台游戏，玩家控制马里奥兄弟进行冒险，挑战各种关卡和敌人；《马里奥赛车》是一款赛车游戏，玩家与计算机控制的对手竞赛，同时需要躲避赛道上的障碍物，使用各种物品和武器来对抗对手(Boot et al., 2013)。这些传统视频游戏通常以娱乐为主要目标，但它们也可以为玩家提供一些认知挑战和手眼协调的练习。

图2 传统视频游戏示例：从左到右分别是荣誉勋章、俄罗斯方块、马里奥赛车

运动游戏是一种旨在通过结合娱乐和体育锻炼来鼓励体育活动的游戏(Adcock et al., 2020)。常见的运动游戏包括《Kinect Sports》和《Wii Sports》。《Kinect Sports》是一系列包括网球、棒球、保龄球、高尔夫和拳击等多种体育游戏的集合（Carrasco et al., 2020）。在这些游戏中，玩家通常需要使用手柄或通过身体动作模拟进行击球等运动动作，以完成游戏任务；《Wii Sports》是一款为任天堂的Wii游戏机开发的游戏，包括网球、棒球、保龄球、高尔夫和拳击等多种体育模拟游戏(Carrasco et al., 2020)。这些游戏利用Wii遥控器模拟运动动作，使玩家可以亲身体验不同体育项目。这些运动游戏旨在提供娱乐性的同时，也鼓励玩家积极参与体育活动。它们可以帮助玩家锻炼身体，改善协调能力，并增进娱乐体验。

图3 Wii Sports示例：网球和保龄球游戏

认知训练游戏是一种旨在通过专注的短游戏来改善特定认知功能的游戏(Perrot et al., 2019)。常见的认知训练游戏包括《大脑时代》、《大脑学院》和《Lumosity》。《大脑学院》是一个包括多个小游戏的认知训练游戏，旨在提供各种心理任务的训练和练习，例如关闭速度、数字估计、空间方向等(Ackerman et al., 2010)，这些小游戏有助于锻炼和改善不同认知功能，而且可以在游戏平台（如Switch）上进行；《Lumosity》是另一个认知训练游戏套件，包括多种小游戏，如速度比赛、记忆矩阵、旋转矩阵、面部记忆和记忆比赛等(Ballesteros et al., 2014)。这些游戏旨在提高玩家的认知能力，可以在手机或电脑上进行。这些认知训练游戏旨在提供专门设计的认知挑战，以帮助玩家改善特定的认知功能，如注意力、记忆、问题解决能力等。它们通常以短期任务和练习为基础，鼓励玩家集中注意力，锻炼大脑，并提高认知能力。这些游戏通常受到认知心理学原理的启发，以达到认知改进的目标。

图4上：大脑时代中的小游戏分类，包括识别、记忆、分析、计算和视觉的游戏

图4下：大脑时代的游戏示例，参与者需要判断图中有多少个立方

图5 Lumosity游戏示例，从左到右分别是：参与者识别当前刺激是否和之前的相同；判断当前字母的颜色是否和单词意义相同；判断数字大小；记忆颜色方块位置后版面清空，参与者通过点击重现这些有颜色的方块

VR/模拟游戏是一种旨在提供身临其境的体验的游戏，玩家可以使用带有或不带触觉设备的显示器或耳机设备，从第一人称视角与视频或计算机生成的模拟世界进行交互(Rourke, 2020)。这类游戏旨在营造逼真的环境，让玩家感觉好像置身其中。一些常见的VR/模拟游戏包括《Carnetsoft》和模拟驾驶游戏。模拟驾驶游戏是一种驾驶模拟游戏，要求参与者在逼真的驾驶模拟环境中积极驾驶，并按照指示尽可能准确地模拟驾驶(Casutt et al., 2014)。这类游戏通常用于驾驶培训，以帮助新司机练习驾驶技能和应对不同交通情况。《Carnetsoft》是一个具有多种驾驶场景训练课程的模拟驾驶软件，包括学习驾驶、换挡、在不同道路设置下的紧急刹车，以及注意道路标志等(Haeger et al., 2018)。这种模拟软件旨在提供多样的驾驶体验，以帮助驾驶员培养技能和提高道路安全意识。VR/模拟游戏的优势在于其身临其境的特性，可以提供高度逼真的情境，从而有助于玩家获得更真实的体验。这些游戏不仅娱乐，还可以用于培训、模拟和教育目的。

图6 模拟驾驶游戏示例(Casutt et al., 2014)

大脑可塑性（Neuroplasticity）是指大脑在经过学习、训练、经验等因素的影响下，具有调整和优化其结构和功能的能力。这种可塑性在大脑的结构和功能层面都可以体现出来。

在结构层面，大脑可塑性表现为以下方面的变化：

（1）大脑重量：通过学习和训练，大脑可以发生生长，特别是在发育阶段，大脑会逐渐增重。

（2）皮层厚度：大脑皮层是大脑表面的一层薄细胞层，它的厚度可以受到学习和经验的影响而改变。

（3）灰质体积：灰质是大脑中神经元细胞体和树突的部分，其体积可以随着学习和训练而发生变化。

在功能层面，大脑可塑性表现为以下方面的变化：

（1）分子和细胞水平的功能重组：大脑中的神经元可以通过调整突触连接的强度来适应新的信息和任务，这包括突触可塑性、长时程增强等。

（2）功能神经网络：大脑中的不同区域可以通过训练和学习形成新的功能性连接，以适应不同的认知任务。

（3）不同感觉通道之间和交叉通道之间的连接改变：大脑可以通过整合不同感觉通道的信息，如视觉、听觉和触觉，以适应复杂的感知和认知任务。

研究表明，认知和运动训练等方法可以显著改变大脑的神经系统，提高认知能力和运动技能。此外，不同的生活方式，包括身体活动、社交互动和学习经验等，也可以影响大脑的结构和功能连接，对大脑可塑性起到积极的作用(Erickson, Leckie, & Weinstein, 2014)。这一领域的研究对于理解大脑适应和改变的机制，以及应用于神经康复和教育中都具有重要意义。

根据大脑可塑性的理论观点，国内外的研究者使用不同的神经影像学方法，如功能磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI，一种神经影像学技术用于研究大脑的活动和功能）、弥散张量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI，一种用于研究大脑的神经连接和白质纤维结构的成像技术）、脑电图（Electroencephalography，EEG，一种用于测量大脑电活动的非侵入性神经影像学技术，它通过在头皮上放置电极来记录大脑的电位变化，从而捕捉到大脑的电活动）等，致力于研究电子游戏对老年人神经结构、功能和认知功能的影响，以为游戏训练改善老年人的记忆能力提供生理依据。以下是一些相关研究的主要发现：

静息态fMRI数据研究（Suri et al., 2017）发现老年人的视空间工作记忆与运动皮层-海马、运动皮层-顶叶的功能连接强度呈显著正相关关系，表明运动皮层、海马和顶叶是老年人工作记忆的重要神经基础。

结构磁共振成像研究（Herholz, 2013）比较了有经验的视频游戏玩家与非视频游戏玩家，发现有经验的玩家右侧后顶叶皮层的灰质数量显著增加，与视空间工作记忆的表现显著相关。这表明后顶叶皮层在视觉空间认知功能中发挥重要作用。

弥散张量成像研究（Ray, 2017）发现经过游戏训练的老年人不仅在工作记忆任务中表现得到改善，还伴随着脑区的变化。DTI技术揭示了左侧扣带回和左侧海马的白质分数各向异性（FA）与策略性电子游戏得分呈显著相关性，表明策略性电子游戏可能通过影响神经结构或功能，为患有记忆相关障碍的老年人提供更有益的训练工具。

基于脑电图EEG的研究中，研究者使用3D视频游戏训练老年人后，发现中前额叶Theta波显著增加。工作记忆和持续注意力等认知控制能力得到显著增强，而这种增强效果在游戏训练6个月后仍然存在。研究者认为这可能与情绪的变化以及Theta波与大脑的边缘系统相关的特性有关，该系统与情感、认知变化以及长期记忆有关。

另一项多任务训练研究（Verghese et al., 2016）发现左背外侧前额叶皮层的活动可以预测健康成年人在双任务执行方面的表现。这说明大脑结构的可变性与认知性能之间存在关联。

这些研究结果强调了电子游戏对老年人神经结构和功能的潜在影响，尤其是在与工作记忆和认知能力相关的领域。这些发现为使用电子游戏训练改善老年人认知功能提供了有力的生理学基础，同时也突显了大脑可塑性的潜力和重要性。

视频游戏训练可以改善老年的的行为认知能力，尤其是对视觉工作记忆和注意力，可能具有积极的影响。

在Lumosity认知训练游戏这项研究中，老年被试接受了7-8周总共15小时的Lumosity认知训练游戏。结果显示，游戏训练组在视觉空间任务方面表现出显著的提升，而对照组没有这种效果。这表明这种类型的认知训练游戏可以改善老年人的视觉工作记忆和情景记忆(Toril et al., 2016)。

另一项研究中，老年人接受了4周的三维驾驶视频游戏训练，这需要他们模拟驾驶并注意信号灯的转换。研究结果表明，这种多任务的游戏可以促进老年玩家的视觉工作记忆、注意力和多任务处理能力，而这种效果可以维持6个月(Anguera et al., 2013)。

还有一项研究将脑训练游戏与动作游戏对比，比较了这两种不同类型的游戏对老年人认知能力的训练效果。一组老年被试接受了脑训练游戏，另一组接受了经典的动作游戏训练。对两组游戏组的老年被试进行了8周的训练，结果显示，脑训练游戏组在视觉空间记忆测试中表现出更大的提升。这表明脑训练游戏可能对老年人的认知能力产生更显著的影响(Perrot et al., 2019)。

除了视觉工作记忆，视频游戏训练似乎也对老年人的听觉工作记忆产生积极的影响。一项研究设计了一款认知训练的游戏（Buitenweg et al., 2017），其中包含9个小游戏，涵盖了工作记忆、推理和注意力的训练。在这项研究中，老年被试接受了每周5次、每次30分钟的游戏训练，总共进行了12周的训练。研究结果表明，在听觉串行加法任务测试和雷伊听觉言语学习测试中，随着训练时间的增加，老年被试的分数也呈现出增长的趋势，这表明认知训练游戏对老年人的听觉工作记忆产生了积极的促进作用。

一项动作类太空策略游戏训练研究（Stern et al., 2011）使用了一款动作类太空策略游戏，老年被试进行了三个月的游戏训练，总计36小时的训练时长。结果显示，游戏训练组的老年人在训练前后的单词字母顺序测试中表现出显著提升，这表明视频游戏训练可以促进老年人的工作记忆容量。

另一项任天堂脑训练游戏研究采用了任天堂的脑训练游戏，其中包含了数学计算、语音任务、工作记忆任务、心理旋转等内容。游戏组的老年被试进行了6周的游戏训练，而对照组没有接受干预。研究结果显示，在数字跨度测试中，游戏组的成绩显著提高，表明这种类型的脑训练游戏可以改善老年人的工作记忆容量(McDougall & House, 2012)。

这些研究为使用视频游戏训练来增加老年人工作记忆容量提供了有力的证据。工作记忆对于日常生活中的各种认知任务至关重要，包括学习、决策和问题解决。因此，这些发现可能有助于开发更多适用于老年人的认知训练游戏，以提高他们的认知能力，尤其是工作记忆。然而，需要进一步研究来确认这些效应以及它们的长期持续性。

总的来说，研究表明视频游戏训练对老年人的认知能力，尤其是视觉工作记忆、听觉工作记忆和工作记忆容量，具有积极的影响。这些研究强调了视频游戏训练作为一种潜在的认知训练方法，有助于改善老年人在日常生活中的认知功能。不同类型的游戏，包括认知训练游戏和脑训练游戏，都展示了提高老年人工作记忆和相关认知能力的潜力。然而，尽管这些结果鼓舞人心，还需要更多的研究来深入了解视频游戏训练的长期影响以及不同类型游戏之间的效果差异。此外，游戏训练的最佳时机、频率和时长等因素也需要进一步研究以制定更有效的训练方案。综合而言，视频游戏训练为促进老年人的认知健康提供了一种有趣和潜力巨大的途径，但应持续探索其最佳应用方式以更好地满足老年人的需求。