體育運(yùn)動(dòng)不僅可以促進(jìn)骨骼、肌肉生長，增強(qiáng)心肺功能，改善血液循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等機(jī)能，還是促進(jìn)大腦健康的有效途徑。同時(shí)，長期進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)有助于預(yù)防和改善多種慢性疾病，并減輕神經(jīng)退行性疾病的影響。

本文總結(jié)了體育運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康的可能神經(jīng)機(jī)制；結(jié)合實(shí)證研究進(jìn)一步揭示了運(yùn)動(dòng)促進(jìn)兒童和青少年大腦發(fā)育及延緩老年人認(rèn)知衰退的行為和腦科學(xué)證據(jù)；建議應(yīng)注重多學(xué)科交叉探討運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康潛在機(jī)制的因果關(guān)系、構(gòu)建多模態(tài)預(yù)測模型，基于關(guān)鍵性機(jī)制，針對(duì)不同人群制定個(gè)性化的最佳運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案。

大腦及其功能可能受到多種因素的影響，體現(xiàn)了大腦的可塑性特征，即指神經(jīng)連接系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能和分子水平上發(fā)生變化的能力。

大腦終生具有可塑性，隨著人們年齡的增長，具有良好可塑性大腦的老年人可以提高認(rèn)知儲(chǔ)備和延緩衰老。值得注意的是，體育運(yùn)動(dòng)在促進(jìn)兒童、青少年和老年人大腦可塑性方面起到了至關(guān)重要的作用。

運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康的神經(jīng)機(jī)制

規(guī)律性的體育運(yùn)動(dòng)可以改善腦血容量、血管反應(yīng)性、突觸/神經(jīng)可塑性、神經(jīng)發(fā)生和營養(yǎng)因子的調(diào)節(jié)等，同時(shí)也可以改善大腦的結(jié)構(gòu)和功能，影響行為發(fā)育、降低疾病風(fēng)險(xiǎn)。

需強(qiáng)調(diào)的是，目前對(duì)于相關(guān)神經(jīng)機(jī)制的研究仍處于相關(guān)關(guān)系結(jié)果，對(duì)于體育運(yùn)動(dòng)與下述潛在機(jī)制的因果關(guān)系尚需進(jìn)一步探討，同時(shí)在人類機(jī)體中的證據(jù)、對(duì)于其他運(yùn)動(dòng)形式促進(jìn)人類大腦效益的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

分子水平機(jī)制

體育運(yùn)動(dòng)在大腦誘發(fā)神經(jīng)發(fā)生的同時(shí)會(huì)增加已有神經(jīng)元的聯(lián)系，這可能是通過上調(diào)神經(jīng)營養(yǎng)因子和生長因子造成的。

體育運(yùn)動(dòng)可誘導(dǎo)神經(jīng)營養(yǎng)因子的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，在突觸發(fā)生、突觸可塑性、學(xué)習(xí)和記憶過程中調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的積極效益，而不同神經(jīng)營養(yǎng)因子在運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康機(jī)制上均有不可或缺的作用。

神經(jīng)元之間較強(qiáng)的連接意味著信號(hào)傳播的更有效，表明鍛煉不僅能提高大腦的結(jié)構(gòu)水平，還能提高學(xué)習(xí)和記憶等功能水平。

最近一項(xiàng)研究表明，體育運(yùn)動(dòng)能夠增加大腦中分子水平的產(chǎn)生和突觸可塑性相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)譯，最終改善神經(jīng)可塑性。不同的運(yùn)動(dòng)方式則可以將相互作用的生長因子信號(hào)串聯(lián)起來。

進(jìn)一步研究還需要進(jìn)行嚴(yán)格的臨床干預(yù)試驗(yàn)，以確定運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案與關(guān)鍵神經(jīng)活動(dòng)的協(xié)同作用機(jī)制。

細(xì)胞水平機(jī)制

臨床研究表明，通過一系列腦刺激練習(xí)可以誘發(fā)產(chǎn)生新的突觸和神經(jīng)回路，體育運(yùn)動(dòng)還可以促進(jìn)和加強(qiáng)機(jī)體的代償功能。

最近的研究提出了乳酸在運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康中的潛在作用，提示大腦代謝可能是決定大腦功能的重要生理因素。

運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康的又一原因可能是代謝產(chǎn)物中提供的乳酸可以滿足提高神經(jīng)活動(dòng)、調(diào)節(jié)腦血管系統(tǒng)和氧化還原狀態(tài)，為解釋實(shí)驗(yàn)研究中不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、間歇性和連續(xù)性運(yùn)動(dòng)，以及急性和長期運(yùn)動(dòng)干預(yù)之間健康效益的差異提供了可能機(jī)制。

器官水平機(jī)制（腦結(jié)構(gòu)和功能）

與體育運(yùn)動(dòng)相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)和功能連接也發(fā)生了變化，表明體育運(yùn)動(dòng)可以提高大腦的結(jié)構(gòu)性和功能性可塑性?？疾齑竽X結(jié)構(gòu)和功能水平與行為表現(xiàn)的關(guān)系是檢測大腦可塑性的有效組合，為建立新的神經(jīng)回路和加強(qiáng)回路中神經(jīng)元之間的突觸連接提供了必要的實(shí)踐基礎(chǔ)。

身心鍛煉作為一種結(jié)合動(dòng)作序列、呼吸控制、注意力調(diào)節(jié)的多成分鍛煉形式，調(diào)節(jié)了大腦結(jié)構(gòu)、腦神經(jīng)活動(dòng)和功能連接，以及認(rèn)知控制和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)，可能是身心鍛煉對(duì)大腦健康有益的基礎(chǔ)。

運(yùn)動(dòng)促進(jìn)兒童和青少年大腦健康的證據(jù)

體育運(yùn)動(dòng)可提高兒童青少年的大腦細(xì)胞活性、改變大腦結(jié)構(gòu)，從而改善認(rèn)知功能，提高注意力等。兒童青少年體育活動(dòng)參與度與其體適能發(fā)展、學(xué)習(xí)表現(xiàn)和認(rèn)知能力提升存在正相關(guān)關(guān)系。

記憶能力

學(xué)齡兒童體育鍛煉與學(xué)業(yè)成績之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中記憶能力是提高學(xué)習(xí)效益的首要能力，主要體現(xiàn)于工作記憶和長時(shí)記憶。

體育運(yùn)動(dòng)可以增強(qiáng)海馬神經(jīng)發(fā)生和與腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）相關(guān)的記憶能力，可能是運(yùn)動(dòng)促進(jìn)記憶能力的重要神經(jīng)機(jī)制。

一項(xiàng)腦電研究發(fā)現(xiàn)身體活動(dòng)水平越高、工作記憶績效越好；而較高的身體活動(dòng)水平可以避免遺忘中前攝抑制的影響，進(jìn)而提高記憶能力。

另一項(xiàng)研究表明，中等強(qiáng)度急性有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，青少年陳述性記憶編碼階段加工效率提高，對(duì)程序性記憶的效益則在鞏固階段更加明顯。

目前關(guān)于運(yùn)動(dòng)對(duì)不同年齡階段效益的差異仍需進(jìn)一步探討，值得肯定的是，兒童和青少年大腦正處于快速發(fā)育時(shí)期，其記憶能力的訓(xùn)練和發(fā)展是提高學(xué)習(xí)效益的重要途徑。

抑制能力

兒童、青少年抑制能力的提高是體育運(yùn)動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知功能的又一重要體現(xiàn)。多個(gè)研究證實(shí)，經(jīng)常參加體育運(yùn)動(dòng)可有效提高對(duì)不良行為習(xí)慣的抑制，進(jìn)而降低不良行為習(xí)慣的發(fā)生。

已有研究發(fā)現(xiàn)，肥胖青少年在基本認(rèn)知功能和高階認(rèn)知功能上較正常體重青少年表現(xiàn)均較差，而一次中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)就可有效提高超重青少年的反應(yīng)抑制能力與干擾抑制能力。

另一項(xiàng)長期運(yùn)動(dòng)干預(yù)研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)與健康飲食結(jié)合可有效提高執(zhí)行功能，體重變化可能是運(yùn)動(dòng)干預(yù)提高執(zhí)行功能的調(diào)節(jié)變量。

體育運(yùn)動(dòng)對(duì)其他認(rèn)知能力的影響可能會(huì)受到不同運(yùn)動(dòng)方式的調(diào)節(jié)。本課題組發(fā)現(xiàn)，開放性和閉鎖性鍛煉均可提高注意的執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)功能，而前者的促進(jìn)作用更明顯，但兩種運(yùn)動(dòng)對(duì)注意的警覺與定向網(wǎng)絡(luò)功能不存在促進(jìn)效益。

值得注意的是，運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦健康效益還體現(xiàn)在感覺運(yùn)動(dòng)的交互過程中。

神經(jīng)影像學(xué)證據(jù)

越來越多的研究采用MRI技術(shù)來評(píng)估體育運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童青少年大腦結(jié)構(gòu)和功能的影響。

比較不同學(xué)習(xí)結(jié)果的大腦活動(dòng)發(fā)現(xiàn)，低體能青少年的海馬體積明顯比高體能青少年活躍，提示鍛煉可能會(huì)影響大腦編碼新記憶的方式，而身體狀況較差的青少年可能需要利用更多的大腦資源來學(xué)習(xí)新知識(shí)。

此外，長期參與高策略技能訓(xùn)練，可增強(qiáng)大腦背側(cè)和腹側(cè)通路上的白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)完整性。

目前關(guān)于體育運(yùn)動(dòng)與大腦健康的劑量-效應(yīng)關(guān)系尚需進(jìn)一步研究檢驗(yàn)，今后需要控制更多與兒童青少年認(rèn)知能力相關(guān)的基線參考，并設(shè)置多種認(rèn)知任務(wù)，以進(jìn)一步明確體育運(yùn)動(dòng)、大腦機(jī)制與認(rèn)知能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，未來也可以從劑量效應(yīng)角度為兒童青少年制定個(gè)性化的體育鍛煉方案。

體育運(yùn)動(dòng)促進(jìn)老年人大腦健康

體育運(yùn)動(dòng)作為一種改善認(rèn)知和促進(jìn)大腦健康的干預(yù)策略在幫助老年人認(rèn)知老化，避免和緩解認(rèn)知功能損傷方面具有較大潛力。

一項(xiàng)研究提示，高水平的體力活動(dòng)可降低38%非癡呆癥患者老年人認(rèn)知能力下降的風(fēng)險(xiǎn)，而中低水平體力活動(dòng)則與35%的風(fēng)險(xiǎn)降低相關(guān)。長期鍛煉也被證明可以改善老年人大腦連通性和執(zhí)行控制力，體育運(yùn)動(dòng)不僅可提高與任務(wù)相關(guān)的大腦激活程度，還有利于大腦網(wǎng)絡(luò)連接性。

另有研究表明，身體活動(dòng)和認(rèn)知能力的關(guān)系（特別是老年人），可能受到其他變量的干擾，兩者之間的因果關(guān)系需今后研究進(jìn)一步探討。

與單獨(dú)進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)相比，將有氧運(yùn)動(dòng)與抗阻力量訓(xùn)練相結(jié)合的健康效益更大，然而目前不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)大腦和認(rèn)知效益的影響尚需進(jìn)一步探討。

未來的研究將致力于更好地理解大腦區(qū)域特異性與特定類型運(yùn)動(dòng)的關(guān)聯(lián)，同時(shí)可采取效度更高和多層面的方法來測量運(yùn)動(dòng)水平和認(rèn)知能力，也可以使用結(jié)構(gòu)方程模型、建立潛變量之間的關(guān)系，以更全面地理解運(yùn)動(dòng)-大腦健康之間的因果關(guān)系。

運(yùn)動(dòng)鍛煉可延緩認(rèn)知衰退，已有證據(jù)均提示身體活動(dòng)對(duì)大腦健康有益，將鍛煉與認(rèn)知任務(wù)結(jié)合起來可為人體提供神經(jīng)保護(hù)。

鍛煉總時(shí)間是提高認(rèn)知能力的顯著因素，然而研究中還沒有明確的劑量-效應(yīng)關(guān)系，今后的研究也應(yīng)進(jìn)一步厘清運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練持續(xù)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目與老年人大腦健康效益的劑量關(guān)系，并針對(duì)不同類型老年人制定個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案。

運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康的終身效益

結(jié) 論

未來可從機(jī)制和實(shí)踐兩個(gè)角度出發(fā)，在進(jìn)一步厘清運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康潛在機(jī)制的因果關(guān)系基礎(chǔ)上，為不同人群制定個(gè)性化運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案。

明確劑量-效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)處方制定

當(dāng)前研究已發(fā)現(xiàn)采用中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)、抗阻訓(xùn)練和身心鍛煉均能促進(jìn)大腦健康，但對(duì)于不同運(yùn)動(dòng)類型、不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、不同訓(xùn)練量對(duì)大腦結(jié)構(gòu)和功能的劑量-效應(yīng)關(guān)系仍需進(jìn)一步探討，尚缺乏對(duì)不同人群在運(yùn)動(dòng)劑量、運(yùn)動(dòng)方式等方面的個(gè)性化處方制定。

抗阻運(yùn)動(dòng)、身心運(yùn)動(dòng)等不同運(yùn)動(dòng)形式促進(jìn)大腦健康的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制仍需進(jìn)一步的探討。高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（HIIT）的積極效益以及改善身心健康的潛在機(jī)制，為間歇性運(yùn)動(dòng)與持續(xù)性運(yùn)動(dòng)效益的比較提供了思路，也為進(jìn)一步理解運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康的潛在機(jī)制提供了新思考。

今后可進(jìn)一步探究運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度-運(yùn)動(dòng)方式，以及運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度-運(yùn)動(dòng)方式-持續(xù)時(shí)間對(duì)于大腦健康的不同效益特征，為制定最佳運(yùn)動(dòng)處方提供有效途徑。

增加大樣本縱向研究，構(gòu)建多模態(tài)預(yù)測機(jī)制

目前關(guān)于運(yùn)動(dòng)干預(yù)研究多為隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、樣本量較小，且多為橫向比較。除了關(guān)于運(yùn)動(dòng)類型、頻率和持續(xù)時(shí)間的研究外，還需要考慮其他可能導(dǎo)致大腦健康和認(rèn)知能力個(gè)體差異的變量。

今后可進(jìn)一步對(duì)運(yùn)動(dòng)干預(yù)的長期健康效益進(jìn)行研究，體育運(yùn)動(dòng)是否可以在年齡這一時(shí)間軸中預(yù)測不同年齡階段的認(rèn)知發(fā)展水平仍是當(dāng)前運(yùn)動(dòng)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。

神經(jīng)影像學(xué)研究也需采用較為一致的多模態(tài)框架，并在人類和動(dòng)物模型之間加強(qiáng)相互作用，以研究運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦和認(rèn)知在整個(gè)生命周期中的影響。

通過厘清不同運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案對(duì)不同年齡階段人群的大腦健康效益，可進(jìn)一步為運(yùn)動(dòng)干預(yù)成為臨床治療各類疾病的輔助手段提供實(shí)踐指導(dǎo)，將為提高大腦健康、開展干預(yù)治療及預(yù)防疾病提供科學(xué)依據(jù)。

本文作者：金鑫虹，丁宇翔，周成林作者簡介：金鑫虹，上海體育學(xué)院心理學(xué)院，講師，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)認(rèn)知；周成林（通信作者），上海體育學(xué)院心理學(xué)院，教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)認(rèn)知與腦科學(xué)。

論文全文發(fā)表于《科技導(dǎo)報(bào)》2022年第10期，原標(biāo)題為《運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康：來自行為和腦科學(xué)的證據(jù)》，本文有刪減，歡迎訂閱查看。

內(nèi)容為【科技導(dǎo)報(bào)】公眾號(hào)原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)載

白名單回復(fù)后臺(tái)「轉(zhuǎn)載」

《科技導(dǎo)報(bào)》創(chuàng)刊于1980年，中國科協(xié)學(xué)術(shù)會(huì)刊，主要刊登科學(xué)前沿和技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域突破性的成果報(bào)道、權(quán)威性的科學(xué)評(píng)論、引領(lǐng)性的高端綜述，發(fā)表促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、完善科技管理、優(yōu)化科研環(huán)境、培育科學(xué)文化、促進(jìn)科技創(chuàng)新和科技成果轉(zhuǎn)化的決策咨詢建議。常設(shè)欄目有院士卷首語、智庫觀點(diǎn)、科技評(píng)論、熱點(diǎn)專題、綜述、論文、學(xué)術(shù)聚焦、科學(xué)人文等。

相關(guān)知識(shí)

運(yùn)動(dòng)促進(jìn)心理健康的研究進(jìn)展:從行為學(xué)分析到腦機(jī)制探究
【運(yùn)動(dòng)干預(yù)】
解析科學(xué)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)大腦健康
以運(yùn)動(dòng)干預(yù)護(hù)航健康晚年
要煉中老年特色課程——運(yùn)動(dòng)干預(yù)促進(jìn)健康老齡化
運(yùn)動(dòng)健身促進(jìn)非醫(yī)療健康干預(yù)培訓(xùn)四川舉行
運(yùn)動(dòng)促進(jìn)健康
運(yùn)動(dòng)健康促進(jìn)
展覽路醫(yī)院開設(shè)運(yùn)動(dòng)康復(fù)門診，推進(jìn)個(gè)性化、規(guī)范化運(yùn)動(dòng)康復(fù)干預(yù)工作
科學(xué)運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)健康

網(wǎng)址: 運(yùn)動(dòng)促進(jìn)大腦健康，個(gè)性化運(yùn)動(dòng)干預(yù)還待明晰機(jī)制 http://m.u1s5d6.cn/newsview822083.html