Computers in Human Behavior | 基于行为和fNIRS的双重证据：屏幕使用时间如何影响幼儿抑制控制

为了更深入地探讨屏幕媒体使用对幼儿抑制控制能力的影响，本研究设计了两项实验：第一项实验从行为角度分析屏幕使用与抑制控制之间的关系；第二项实验则结合功能性近红外光谱（fNIRS）技术，探讨屏幕使用时间与幼儿大脑活动（尤其是前额叶皮层激活）之间的关系。这些实验不仅为行为层面的研究提供支持，还进一步揭示了屏幕媒体使用对大脑功能的潜在影响。

2. 实验1:行为研究

流程：所有数据均在实验室中采集，家长们在实验开始前提供了有关孩子的背景信息并填写了屏幕使用情况的问卷。参与实验的儿童在一个安静的房间内进行了抑制控制能力的测试，由受过训练的研究生测量。

研究使用SPSS 26.0对数据进行了分析。首先通过Pearson相关分析探讨屏幕使用时间与抑制控制能力的关系，并控制儿童的年龄、性别和家庭SES等因素。此外，使用回归分析进一步探索儿童屏幕使用时间对抑制控制的预测作用。最后，独立样本t检验用于比较高屏幕使用组与低屏幕使用组在抑制控制任务中的表现差异。

分析结果显示，儿童的屏幕使用时间与抑制控制能力之间存在显著的负相关关系（r = -0.22, p < 0.01），即屏幕使用时间越长，儿童在昼夜任务中的表现越差。进一步的回归分析表明，儿童的屏幕使用时间是抑制控制能力的显著负向预测因子。具体而言，较长的屏幕使用时间显著影响了儿童的抑制控制任务表现。在对高屏幕使用组和低屏幕使用组进行比较时，独立样本t检验结果显示，低屏幕使用组的儿童（N = 78, M = 7.72, SD = 6.05）在昼夜任务中的表现显著优于高屏幕使用组（N = 107, M = 5.33, SD = 4.44）（t(183) = 3.10, p < 0.01）。

实验2旨在进一步研究屏幕使用时间与抑制控制能力之间的神经机制，特别是屏幕使用对儿童大脑活动的影响。本实验通过广告招募了42名2-5岁无生理或心理障碍的儿童，其中18名为男孩，24名为女孩。参与儿童的平均年龄为41.24个月（标准差为4.29）。在实验期间，儿童的家长填写了与实验1相同的问卷，提供了有关儿童屏幕使用时间和家庭背景信息的数据。实验设计得到了首都师范大学科学研究伦理委员会的批准。

3.2 流程和方法

与实验1相似，儿童由父母陪同来到实验室。母亲提供了背景信息并填写了关于儿童媒体使用情况的问卷。儿童在进行抑制控制任务时佩戴fNIRS设备进行监测，同时还进行了语言能力测试（但未使用fNIRS设备）。

抑制控制任务：与实验1不同，实验2使用了美国国立卫生研究院（NIH）的Flanker任务来测量儿童的抑制控制能力。该任务通过要求儿童判断中间箭头的方向（无论旁边的箭头方向是否一致）来测试儿童的抑制干扰信息能力。实验共包含两个阶段，每个阶段包括20次试验（12次一致试验和8次不一致试验）。当儿童在第一阶段的准确率达到90%时，任务会进入第二阶段。每个阶段前，儿童会经历4次练习试验和15秒的静息状态，以确保其进入稳定的脑状态。

屏幕使用情况：问卷与实验1相同。

语言能力：测量结果与实验1相同。

3.3 fNIRS数据采集

实验过程中使用了多通道功能性近红外光谱（fNIRS）系统（NIRSport 2，NIRx Medical Technologies）来记录儿童在完成任务时的大脑活动。fNIRS系统通过监测血氧浓度变化来评估脑区的激活情况，重点监测前额叶皮层（PFC）的血氧水平变化，这是与抑制控制能力密切相关的区域。探头布置在儿童的前额叶、颞叶和顶叶，根据国际10-10系统进行布局。信号采集速率为10.2Hz，实验集中分析了氧合血红蛋白（HbO）的浓度变化，因其对脑区域血流变化较为敏感，且信噪比较高。

实验设置。(A) 探头布局的位置。(B) Flanker抑制控制与注意力测试的试次顺序

3.4 数据分析

行为数据与实验1类似，通过SPSS 26.0进行分析。Pearson相关分析显示屏幕使用时间与儿童抑制控制能力之间存在显著的负相关（r = -0.31, p < 0.05），并且儿童的年龄与抑制控制能力呈显著正相关（r = 0.50, p < 0.01）。进一步的三层回归分析表明，屏幕使用时间是儿童抑制控制能力的显著负向预测因子，尤其是在控制了儿童年龄和背景屏幕时间后，这一关联依然显著（β = -0.26, p = 0.079）。

在fNIRS数据分析中，单样本t检验显示，在任务执行过程中，儿童的左中额回（MFG）和左下额回（IFG）均显著激活。此外，独立样本t检验结果显示，低屏幕使用组的左中额回激活水平显著高于高屏幕使用组（t(29) = 1.87, p = 0.072），这表明高屏幕使用组在执行任务时动员的神经资源较少。

3.5 实验结果

行为结果：实验结果显示，儿童的屏幕使用时间与抑制控制（IC）能力之间存在显著的负相关（r = -0.31, p = 0.044），即屏幕使用时间越长，IC表现越差。同时，年龄（r = 0.50, p = 0.001）和语言能力（r = 0.53, p = 0.000）与IC表现呈显著正相关。在控制了儿童的年龄、背景屏幕时间和语言能力后，回归分析表明，屏幕时间仍显著预测IC表现（β = -0.27, p = 0.049），表明屏幕使用时间对儿童的IC能力有负面影响。

抑制控制（IC）表现的描述性统计以均值（标准差）的形式呈现

对研究变量进行回归分析以预测儿童的抑制控制能力

 fNIRS结果：fNIRS数据显示，儿童在完成抑制控制任务时，左侧中额回（MFG）和左侧下额回（IFG）的血氧浓度显著增加（分别为t(30) = 3.34, p = 0.049 和 t(30) = 3.46, p = 0.049）。低屏幕使用组在左侧MFG区域（通道4）的激活水平显著高于高屏幕使用组（t(29) = 1.75, p = 0.091，Cohen's d = 0.63）。

激活结果。在Flanker抑制控制与注意力测试期间，左侧前额叶皮层（PFC）表现出显著激活（p < .05，经过FDR校正）

第4通道和第6通道中氧合血红蛋白浓度的描述性统计以均值（标准差）呈现。氧合血红蛋白浓度的单位为摩尔浓度（◊10⁻⁴ mol/L）

前额叶皮层激活与行为表现的关系：虽然Pearson相关分析未发现前额叶皮层（PFC）激活与IC任务表现之间的显著相关性，但这些结果表明，儿童的IC能力与前额叶皮层的激活有一定的联系，特别是在屏幕使用时间较少的儿童中表现出更强的大脑激活。

3.6 讨论

本研究的两个实验共同探讨了幼儿屏幕使用时间与抑制控制能力（IC）之间的关系，分别从行为层面和神经层面进行了验证。结果表明，幼儿的屏幕使用时间与其抑制控制能力显著负相关，这一发现从两个角度得到了支持。

首先，实验1的结果显示，屏幕使用时间较长的幼儿在“昼夜任务”中的表现显著差于屏幕使用时间较短的幼儿。这说明屏幕时间的延长与较差的抑制控制任务表现之间存在关联。这一发现与已有的文献一致，支持了屏幕媒体使用可能削弱幼儿的抑制控制能力的假设。此外，研究还控制了年龄、性别和家庭社会经济地位（SES）等可能的混杂因素，进一步证实了屏幕时间是抑制控制能力的独立负向预测因子。

其次，实验2的结果进一步揭示了屏幕使用对神经层面的影响。通过近红外脑功能成像（fNIRS）技术，研究发现在进行抑制控制任务时，屏幕使用时间较长的儿童大脑前额叶皮层的激活水平显著低于屏幕使用时间较短的儿童。这表明，屏幕使用不仅影响了儿童的行为表现，还可能通过削弱与抑制控制相关的大脑区域（如左中额回和左下额回）的神经活动，进一步削弱了其认知功能。

5. 结论与未来研究方向

本研究通过行为和神经层面的两个实验，验证了幼儿屏幕使用时间与抑制控制能力的负相关关系。结果表明，长时间的屏幕使用不仅在行为层面影响儿童的抑制控制能力，还在神经层面削弱了与抑制控制相关的大脑区域的活动。这些发现为限制幼儿屏幕使用时间提供了进一步的证据，尤其是在抑制控制发展的关键期（2-5岁）。未来研究应继续探讨屏幕使用的具体特征，如内容、共同观看的影响，并采用纵向设计进一步验证因果关系。