运动促进大脑健康，个性化运动干预还待明晰机制
体育运动不仅可以促进骨骼、肌肉生长，增强心肺功能，改善血液循环系统、呼吸系统等机能，还是促进大脑健康的有效途径。同时，长期进行体育运动有助于预防和改善多种慢性疾病，并减轻神经退行性疾病的影响。
大脑及其功能可能受到多种因素的影响，体现了大脑的可塑性特征，即指神经连接系统在结构、功能和分子水平上发生变化的能力。
大脑终生具有可塑性，随着人们年龄的增长，具有良好可塑性大脑的老年人可以提高认知储备和延缓衰老。值得注意的是，体育运动在促进儿童、青少年和老年人大脑可塑性方面起到了至关重要的作用。
规律性的体育运动可以改善脑血容量、血管反应性、突触/神经可塑性、神经发生和营养因子的调节等，同时也可以改善大脑的结构和功能，影响行为发育、降低疾病风险。
需强调的是，目前对于相关神经机制的研究仍处于相关关系结果，对于体育运动与下述潜在机制的因果关系尚需进一步探讨，同时在人类机体中的证据、对于其他运动形式促进人类大脑效益的神经生物学机制仍需进一步研究。
分子水平机制
体育运动在大脑诱发神经发生的同时会增加已有神经元的联系，这可能是通过上调神经营养因子和生长因子造成的。
体育运动可诱导神经营养因子的级联反应，在突触发生、突触可塑性、学习和记忆过程中调节运动产生的积极效益，而不同神经营养因子在运动促进大脑健康机制上均有不可或缺的作用。
神经元之间较强的连接意味着信号传播的更有效，表明锻炼不仅能提高大脑的结构水平，还能提高学习和记忆等功能水平。
最近一项研究表明，体育运动能够增加大脑中分子水平的产生和突触可塑性相关蛋白的转译，最终改善神经可塑性。不同的运动方式则可以将相互作用的生长因子信号串联起来。
进一步研究还需要进行严格的临床干预试验，以确定运动干预方案与关键神经活动的协同作用机制。
细胞水平机制
临床研究表明，通过一系列脑刺激练习可以诱发产生新的突触和神经回路，体育运动还可以促进和加强机体的代偿功能。
最近的研究提出了乳酸在运动促进大脑健康中的潜在作用，提示大脑代谢可能是决定大脑功能的重要生理因素。
运动促进大脑健康的又一原因可能是代谢产物中提供的乳酸可以满足提高神经活动、调节脑血管系统和氧化还原状态，为解释实验研究中不同运动强度、间歇性和连续性运动，以及急性和长期运动干预之间健康效益的差异提供了可能机制。
器官水平机制（脑结构和功能）
与体育运动相关的大脑结构和功能连接也发生了变化，表明体育运动可以提高大脑的结构性和功能性可塑性。考察大脑结构和功能水平与行为表现的关系是检测大脑可塑性的有效组合，为建立新的神经回路和加强回路中神经元之间的突触连接提供了必要的实践基础。
身心锻炼作为一种结合动作序列、呼吸控制、注意力调节的多成分锻炼形式，调节了大脑结构、脑神经活动和功能连接，以及认知控制和默认模式网络，可能是身心锻炼对大脑健康有益的基础。
体育运动可提高儿童青少年的大脑细胞活性、改变大脑结构，从而改善认知功能，提高注意力等。儿童青少年体育活动参与度与其体适能发展、学习表现和认知能力提升存在正相关关系。
记忆能力
学龄儿童体育锻炼与学业成绩之间存在显著的正相关关系，其中记忆能力是提高学习效益的首要能力，主要体现于工作记忆和长时记忆。
体育运动可以增强海马神经发生和与脑源性神经营养因子（BDNF）相关的记忆能力，可能是运动促进记忆能力的重要神经机制。
一项脑电研究发现身体活动水平越高、工作记忆绩效越好；而较高的身体活动水平可以避免遗忘中前摄抑制的影响，进而提高记忆能力。
另一项研究表明，中等强度急性有氧运动干预后，青少年陈述性记忆编码阶段加工效率提高，对程序性记忆的效益则在巩固阶段更加明显。
目前关于运动对不同年龄阶段效益的差异仍需进一步探讨，值得肯定的是，儿童和青少年大脑正处于快速发育时期，其记忆能力的训练和发展是提高学习效益的重要途径。
抑制能力
儿童、青少年抑制能力的提高是体育运动促进认知功能的又一重要体现。多个研究证实，经常参加体育运动可有效提高对不良行为习惯的抑制，进而降低不良行为习惯的发生。
已有研究发现，肥胖青少年在基本认知功能和高阶认知功能上较正常体重青少年表现均较差，而一次中等强度的有氧运动就可有效提高超重青少年的反应抑制能力与干扰抑制能力。
另一项长期运动干预研究发现，运动与健康饮食结合可有效提高执行功能，体重变化可能是运动干预提高执行功能的调节变量。
体育运动对其他认知能力的影响可能会受到不同运动方式的调节。本课题组发现，开放性和闭锁性锻炼均可提高注意的执行控制网络功能，而前者的促进作用更明显，但两种运动对注意的警觉与定向网络功能不存在促进效益。
值得注意的是，运动对大脑健康效益还体现在感觉运动的交互过程中。
神经影像学证据
越来越多的研究采用MRI技术来评估体育运动对儿童青少年大脑结构和功能的影响。
比较不同学习结果的大脑活动发现，低体能青少年的海马体积明显比高体能青少年活跃，提示锻炼可能会影响大脑编码新记忆的方式，而身体状况较差的青少年可能需要利用更多的大脑资源来学习新知识。
此外，长期参与高策略技能训练，可增强大脑背侧和腹侧通路上的白质纤维束结构完整性。
目前关于体育运动与大脑健康的剂量-效应关系尚需进一步研究检验，今后需要控制更多与儿童青少年认知能力相关的基线参考，并设置多种认知任务，以进一步明确体育运动、大脑机制与认知能力的对应关系，未来也可以从剂量效应角度为儿童青少年制定个性化的体育锻炼方案。
体育运动作为一种改善认知和促进大脑健康的干预策略在帮助老年人认知老化，避免和缓解认知功能损伤方面具有较大潜力。
一项研究提示，高水平的体力活动可降低38%非痴呆症患者老年人认知能力下降的风险，而中低水平体力活动则与35%的风险降低相关。长期锻炼也被证明可以改善老年人大脑连通性和执行控制力，体育运动不仅可提高与任务相关的大脑激活程度，还有利于大脑网络连接性。
另有研究表明，身体活动和认知能力的关系（特别是老年人），可能受到其他变量的干扰，两者之间的因果关系需今后研究进一步探讨。
与单独进行有氧运动相比，将有氧运动与抗阻力量训练相结合的健康效益更大，然而目前不同运动方式对大脑和认知效益的影响尚需进一步探讨。
未来的研究将致力于更好地理解大脑区域特异性与特定类型运动的关联，同时可采取效度更高和多层面的方法来测量运动水平和认知能力，也可以使用结构方程模型、建立潜变量之间的关系，以更全面地理解运动-大脑健康之间的因果关系。
运动锻炼可延缓认知衰退，已有证据均提示身体活动对大脑健康有益，将锻炼与认知任务结合起来可为人体提供神经保护。
锻炼总时间是提高认知能力的显著因素，然而研究中还没有明确的剂量-效应关系，今后的研究也应进一步厘清运动训练持续时间、运动项目与老年人大脑健康效益的剂量关系，并针对不同类型老年人制定个性化的运动干预方案。
运动促进大脑健康的终身效益
未来可从机制和实践两个角度出发，在进一步厘清运动促进大脑健康潜在机制的因果关系基础上，为不同人群制定个性化运动干预方案。
明确剂量-效应的运动处方制定
当前研究已发现采用中等强度的有氧运动、抗阻训练和身心锻炼均能促进大脑健康，但对于不同运动类型、不同运动强度、不同训练量对大脑结构和功能的剂量-效应关系仍需进一步探讨，尚缺乏对不同人群在运动剂量、运动方式等方面的个性化处方制定。
抗阻运动、身心运动等不同运动形式促进大脑健康的神经生物学机制仍需进一步的探讨。高强度间歇训练（HIIT）的积极效益以及改善身心健康的潜在机制，为间歇性运动与持续性运动效益的比较提供了思路，也为进一步理解运动促进大脑健康的潜在机制提供了新思考。
今后可进一步探究运动强度，运动强度-运动方式，以及运动强度-运动方式-持续时间对于大脑健康的不同效益特征，为制定最佳运动处方提供有效途径。
增加大样本纵向研究，构建多模态预测机制
目前关于运动干预研究多为随机对照实验设计、样本量较小，且多为横向比较。除了关于运动类型、频率和持续时间的研究外，还需要考虑其他可能导致大脑健康和认知能力个体差异的变量。
今后可进一步对运动干预的长期健康效益进行研究，体育运动是否可以在年龄这一时间轴中预测不同年龄阶段的认知发展水平仍是当前运动认知神经科学领域的热点问题。
神经影像学研究也需采用较为一致的多模态框架，并在人类和动物模型之间加强相互作用，以研究运动对大脑和认知在整个生命周期中的影响。
通过厘清不同运动干预方案对不同年龄阶段人群的大脑健康效益，可进一步为运动干预成为临床治疗各类疾病的辅助手段提供实践指导，将为提高大脑健康、开展干预治疗及预防疾病提供科学依据。
本文作者：金鑫虹，丁宇翔，周成林
作者简介：金鑫虹，上海体育学院心理学院，讲师，研究方向为运动认知；周成林（通信作者），上海体育学院心理学院，教授，研究方向为运动认知与脑科学。
论文全文发表于《科技导报》2022年第10期，原标题为《运动促进大脑健康：来自行为和脑科学的证据》，本文有删减，欢迎订阅查看。
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