體育運動不僅可以促進骨骼、肌肉生長，增強心肺功能，改善血液循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等機能，還是促進大腦健康的有效途徑。同時，長期進行體育運動有助于預(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)了體育運動促進大腦健康的可能神經(jīng)機制；結(jié)合實證研究進一步揭示了運動促進兒童和青少年大腦發(fā)育及延緩老年人認知衰退的行為和腦科學(xué)證據(jù)；建議應(yīng)注重多學(xué)科交叉探討運動促進大腦健康潛在機制的因果關(guān)系、構(gòu)建多模態(tài)預(yù)測模型，基于關(guān)鍵性機制，針對不同人群制定個性化的最佳運動干預(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知儲備和延緩衰老。值得注意的是，體育運動在促進兒童、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。

運動促進大腦健康的神經(jīng)機制

規(guī)律性的體育運動可以改善腦血容量、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。

需強調(diào)的是，目前對于相關(guān)神經(jīng)機制的研究仍處于相關(guān)關(guān)系結(jié)果，對于體育運動與下述潛在機制的因果關(guān)系尚需進一步探討，同時在人類機體中的證據(jù)、對于其他運動形式促進人類大腦效益的神經(jīng)生物學(xué)機制仍需進一步研究。

分子水平機制

體育運動在大腦誘發(fā)神經(jīng)發(fā)生的同時會增加已有神經(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。

體育運動可誘導(dǎo)神經(jīng)營養(yǎng)因子的級聯(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)運動產(chǎn)生的積極效益，而不同神經(jīng)營養(yǎng)因子在運動促進大腦健康機制上均有不可或缺的作用。

神經(jīng)元之間較強的連接意味著信號傳播的更有效，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。

最近一項研究表明，體育運動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。不同的運動方式則可以將相互作用的生長因子信號串聯(lián)起來。

進一步研究還需要進行嚴(yán)格的臨床干預(yù)試驗，以確定運動干預(yù)方案與關(guān)鍵神經(jīng)活動的協(xié)同作用機制。

細胞水平機制

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，體育運動還可以促進和加強機體的代償功能。

最近的研究提出了乳酸在運動促進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。

運動促進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、調(diào)節(jié)腦血管系統(tǒng)和氧化還原狀態(tài)，為解釋實驗研究中不同運動強度、間歇性和連續(xù)性運動，以及急性和長期運動干預(yù)之間健康效益的差異提供了可能機制。

器官水平機制（腦結(jié)構(gòu)和功能）

與體育運動相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)和功能連接也發(fā)生了變化，表明體育運動可以提高大腦的結(jié)構(gòu)性和功能性可塑性。考察大腦結(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)回路和加強回路中神經(jīng)元之間的突觸連接提供了必要的實踐基礎(chǔ)。

身心鍛煉作為一種結(jié)合動作序列、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)活動和功能連接，以及認知控制和默認模式網(wǎng)絡(luò)，可能是身心鍛煉對大腦健康有益的基礎(chǔ)。

運動促進兒童和青少年大腦健康的證據(jù)

體育運動可提高兒童青少年的大腦細胞活性、改變大腦結(jié)構(gòu)，從而改善認知功能，提高注意力等。兒童青少年體育活動參與度與其體適能發(fā)展、學(xué)習(xí)表現(xiàn)和認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)于工作記憶和長時記憶。

體育運動可以增強海馬神經(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，可能是運動促進記憶能力的重要神經(jīng)機制。

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

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

目前關(guān)于運動對不同年齡階段效益的差異仍需進一步探討，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動促進認知功能的又一重要體現(xiàn)。多個研究證實，經(jīng)常參加體育運動可有效提高對不良行為習(xí)慣的抑制，進而降低不良行為習(xí)慣的發(fā)生。

已有研究發(fā)現(xiàn)，肥胖青少年在基本認知功能和高階認知功能上較正常體重青少年表現(xiàn)均較差，而一次中等強度的有氧運動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。

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

體育運動對其他認知能力的影響可能會受到不同運動方式的調(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，而前者的促進作用更明顯，但兩種運動對注意的警覺與定向網(wǎng)絡(luò)功能不存在促進效益。

值得注意的是，運動對大腦健康效益還體現(xiàn)在感覺運動的交互過程中。

神經(jīng)影像學(xué)證據(jù)

越來越多的研究采用MRI技術(shù)來評估體育運動對兒童青少年大腦結(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。

此外，長期參與高策略技能訓(xùn)練，可增強大腦背側(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)于體育運動與大腦健康的劑量-效應(yīng)關(guān)系尚需進一步研究檢驗，今后需要控制更多與兒童青少年認知能力相關(guān)的基線參考，并設(shè)置多種認知任務(wù)，以進一步明確體育運動、大腦機制與認知能力的對應(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性化的體育鍛煉方案。

體育運動促進老年人大腦健康

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

一項研究提示，高水平的體力活動可降低38%非癡呆癥患者老年人認知能力下降的風(fēng)險，而中低水平體力活動則與35%的風(fēng)險降低相關(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，體育運動不僅可提高與任務(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，身體活動和認知能力的關(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)系需今后研究進一步探討。

與單獨進行有氧運動相比，將有氧運動與抗阻力量訓(xùn)練相結(jié)合的健康效益更大，然而目前不同運動方式對大腦和認知效益的影響尚需進一步探討。

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動的關(guān)聯(lián)，同時可采取效度更高和多層面的方法來測量運動水平和認知能力，也可以使用結(jié)構(gòu)方程模型、建立潛變量之間的關(guān)系，以更全面地理解運動-大腦健康之間的因果關(guān)系。

運動鍛煉可延緩認知衰退，已有證據(jù)均提示身體活動對大腦健康有益，將鍛煉與認知任務(wù)結(jié)合起來可為人體提供神經(jīng)保護。

鍛煉總時間是提高認知能力的顯著因素，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)進一步厘清運動訓(xùn)練持續(xù)時間、運動項目與老年人大腦健康效益的劑量關(guān)系，并針對不同類型老年人制定個性化的運動干預(yù)方案。

運動促進大腦健康的終身效益

結(jié) 論

未來可從機制和實踐兩個角度出發(fā)，在進一步厘清運動促進大腦健康潛在機制的因果關(guān)系基礎(chǔ)上，為不同人群制定個性化運動干預(yù)方案。

明確劑量-效應(yīng)的運動處方制定

當(dāng)前研究已發(fā)現(xiàn)采用中等強度的有氧運動、抗阻訓(xùn)練和身心鍛煉均能促進大腦健康，但對于不同運動類型、不同運動強度、不同訓(xùn)練量對大腦結(jié)構(gòu)和功能的劑量-效應(yīng)關(guān)系仍需進一步探討，尚缺乏對不同人群在運動劑量、運動方式等方面的個性化處方制定。

抗阻運動、身心運動等不同運動形式促進大腦健康的神經(jīng)生物學(xué)機制仍需進一步的探討。高強度間歇訓(xùn)練（HIIT）的積極效益以及改善身心健康的潛在機制，為間歇性運動與持續(xù)性運動效益的比較提供了思路，也為進一步理解運動促進大腦健康的潛在機制提供了新思考。

今后可進一步探究運動強度，運動強度-運動方式，以及運動強度-運動方式-持續(xù)時間對于大腦健康的不同效益特征，為制定最佳運動處方提供有效途徑。

增加大樣本縱向研究，構(gòu)建多模態(tài)預(yù)測機制

目前關(guān)于運動干預(yù)研究多為隨機對照實驗設(shè)計、樣本量較小，且多為橫向比較。除了關(guān)于運動類型、頻率和持續(xù)時間的研究外，還需要考慮其他可能導(dǎo)致大腦健康和認知能力個體差異的變量。

今后可進一步對運動干預(yù)的長期健康效益進行研究，體育運動是否可以在年齡這一時間軸中預(yù)測不同年齡階段的認知發(fā)展水平仍是當(dāng)前運動認知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱點問題。

神經(jīng)影像學(xué)研究也需采用較為一致的多模態(tài)框架，并在人類和動物模型之間加強相互作用，以研究運動對大腦和認知在整個生命周期中的影響。

通過厘清不同運動干預(yù)方案對不同年齡階段人群的大腦健康效益，可進一步為運動干預(yù)成為臨床治療各類疾病的輔助手段提供實踐指導(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，研究方向為運動認知；周成林（通信作者），上海體育學(xué)院心理學(xué)院，教授，研究方向為運動認知與腦科學(xué)。

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

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