韓桂花

（西南大學(xué)體育學(xué)院 重慶 400715）

1、大腦可塑性及其研究溯源

大腦可塑性，也被稱為神經(jīng)可塑性，它是個體的大腦在整個生命周期中所具有的持續(xù)改變的能力或特性?？蓮亩鄠€維度觀察大腦的可塑性，在單細(xì)胞水平上是指突觸可塑性，即神經(jīng)元之間連接的變化；微觀水平上是指個體神經(jīng)元數(shù)量的改變；宏觀上是大腦結(jié)構(gòu)和功能的變化或大腦損傷后的自我修復(fù)。環(huán)境的刺激、運動或身體鍛煉、心境及情緒均可能導(dǎo)致神經(jīng)可塑性的變化。大腦可塑性特征對個體的健康、發(fā)展、學(xué)習(xí)、記憶和腦損傷的恢復(fù)均有重要意義。

有研究表明，經(jīng)驗?zāi)軌驅(qū)е麓竽X發(fā)生改變，這一科學(xué)根源可以追溯到18世紀(jì)兩個科學(xué)家之間的書信交流。1779年，Malacarne寫給Bonnet的書信中提到關(guān)于Malacarne所觀察到的正常人和嚴(yán)重智力障礙的人大腦結(jié)構(gòu)的差異，認(rèn)為神經(jīng)發(fā)育不完全可能是導(dǎo)致智力低下的原因。William James于1890年在《心理學(xué)原理》中最早提出“可塑性”。加州大學(xué)伯克利分校的Marian Diamond在1964年首次提出了解剖學(xué)上的大腦可塑性的科學(xué)證據(jù)。波蘭的神經(jīng)學(xué)家Jerzy Konorski是第一個使用“神經(jīng)可塑性”一詞的研究者。

Michael Merzenic是神經(jīng)可塑性研究的先驅(qū)之一。他提出了從出生到死亡大腦均具有可塑性的主張。Merzeni因為發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗和神經(jīng)活動對腦功能的重塑機(jī)制曾獲得2016年“Kavli神經(jīng)科學(xué)獎”。

在過去的十年中，身體運動、認(rèn)知訓(xùn)練和學(xué)習(xí)活動都被認(rèn)為與大腦結(jié)構(gòu)的變化相關(guān)聯(lián)。然而，大腦結(jié)構(gòu)因為運動、認(rèn)知或行為而發(fā)生改變的機(jī)制仍不清楚。

2、運動重塑大腦的進(jìn)化論基礎(chǔ)

人類進(jìn)化的新觀點認(rèn)為，人類的大腦因運動而成型、銳化。2004年，進(jìn)化生物學(xué)家，哈佛大學(xué)的丹尼爾和丹尼斯在《自然》雜志上發(fā)表過一篇影響深遠(yuǎn)的文章：《耐久性長跑與人類的進(jìn)化》。研究認(rèn)為，耐久性長跑不僅塑造了人類的形體，便于人類追捕速度更快的獵物，更重要的是，耐久性長跑還促進(jìn)了人類大腦體積的迅速增長。另有研究指出，基于人類的體型、再比較其他哺乳動物，人類大腦的體積是其應(yīng)有的3倍大。最近的數(shù)據(jù)表明，有氧身體活動與大腦之間存在進(jìn)化關(guān)系，包括在廣泛的哺乳動物中有氧運動能力與大腦體積之間存在正相關(guān)關(guān)系。

3、運動對大腦結(jié)構(gòu)與功能的影響

3.1、運動對大腦結(jié)構(gòu)的影響

運動對大腦結(jié)構(gòu)的影響是指運動可以增加大腦灰質(zhì)的體積、白質(zhì)密度及抵消老化導(dǎo)致的腦萎縮。有研究通過對比不同項目的運動員與普通人在腦結(jié)構(gòu)上的差異來探索運動對腦結(jié)構(gòu)的影響，其本質(zhì)也是分析腦體積的變化。比如，吳殷采用功能磁共振成像技術(shù)，比較了13名羽毛球運動員、13名籃球運動員和16名非運動員的大腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)差異，結(jié)果表明，運動員在雙側(cè)中央前回、左側(cè)頂下小葉、中央后回、眶額回、顳上回灰質(zhì)體積顯著大于非運動員，顯示長期的運動訓(xùn)練會對不同運動項目的運動員大腦產(chǎn)生相似的可塑性變化。孟國正采用磁共振成像技術(shù)(MRI),對優(yōu)秀排球運動員和普通大學(xué)生的大腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析,結(jié)果顯示優(yōu)秀排球運動員多年的動作技能學(xué)習(xí)和運動訓(xùn)練能夠?qū)ζ浯竽X右半球負(fù)責(zé)視覺信息加工的枕葉腦區(qū)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生可塑性變化。Colcombe使用吳殷和孟國正同樣的技術(shù)方法對未有訓(xùn)練痕跡的人員進(jìn)行針對性地訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，經(jīng)過6個月有氧運動訓(xùn)練的被試，其大腦在與認(rèn)知功能區(qū)域相關(guān)的灰質(zhì)和白質(zhì)的體積也得到了明顯地增加。相似的研究還有學(xué)者埃里克森，他曾通過磁共振成像研究了老年人的海馬體積與運動水平的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有氧運動水平高的老年人的海馬體積也更大。除了對運動員的研究外，有研究者對動物也進(jìn)行了相關(guān)研究，例如，研究者通過運動干預(yù)對成年小鼠神經(jīng)發(fā)生的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運動干預(yù)試驗可以有效促進(jìn)成年小鼠齒狀回顆粒細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞的生成、新細(xì)胞生長和突觸的生長。

總之，運動不僅對人體的結(jié)構(gòu)方面具有可塑性影響，還對動物的大腦具有積極的影響，在生命的整個階段中，運動對大腦結(jié)構(gòu)的可塑性影響將發(fā)揮出巨大的作用。

3.2、運動對大腦功能的影響

運動對大腦功能的影響是指由運動所引起的大腦區(qū)域間連接的改變、延緩老化導(dǎo)致的認(rèn)知下降、提升認(rèn)知及學(xué)業(yè)表現(xiàn)。研究表明，長期的有氧運動可以使左右半腦中前額皮質(zhì)、海馬和扣帶回區(qū)域間的功能性連接得到加強(qiáng)。運動會影響腦的多種功能，對腦的健康有著重要作用，包括提高認(rèn)知能力，延緩由衰老引起的認(rèn)知能力下降。例如，在長時有氧運動的研究方面，藍(lán)永生探索了6周太極拳運動對大學(xué)生認(rèn)知功能有積極影響，且每周運動5次的練習(xí)效果比每周運動3次的效果更好。除了運動對人的抑制控制能力有影響的研究外，此類研究在動物身上也得到了證實。例如，自由跑轉(zhuǎn)輪運動能有效刺激成年小鼠海馬神經(jīng)發(fā)生，并延長了新生神經(jīng)元的存活時間，同時運動還提高了小鼠的空間學(xué)習(xí)能力。周躍輝將SD大鼠隨機(jī)分為安靜組和中等強(qiáng)度運動組，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)與安靜組相比，運動組大鼠在執(zhí)行任務(wù)時的正確率明顯提高；通過連續(xù)10天的中等強(qiáng)度跑臺運動后，尼古丁戒斷大鼠的抑制能力得到提升，這可能是由于運動改善了大鼠前額葉皮層α7煙堿乙酰膽堿受體蛋白表達(dá)，進(jìn)而降低了它們對尼古丁依的賴性。

以上研究者從長時有氧運動層面分析了運動對人和動物都有積極的影響，有研究者還證明了短時有氧運動對個體的大腦有積極的影響。

Chang曾經(jīng)通過使用倫敦塔任務(wù)（TOL任務(wù)）評估短時有氧運動對執(zhí)行功能的影響發(fā)現(xiàn)，運動組進(jìn)行了30分鐘中高強(qiáng)度運動后，TOL任務(wù)得分提高，說明短時中高強(qiáng)度的有氧運動對人的執(zhí)行功能有促進(jìn)作用。Kao采用ERP技術(shù)對64個成年人進(jìn)行了單次高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（HIIT）和有氧運動（CAE）對抑制控制影響的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與坐姿對照組相比，參與者在進(jìn)行了持續(xù)有氧運動和單次高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練之后的整體反應(yīng)時間縮短，研究結(jié)果表明了急性有氧運動對抑制控制有提升。Wang發(fā)現(xiàn)經(jīng)過短時有氧運動后，甲基苯丙胺依賴者的抑制控制能力得到提升。劉堅采用同等強(qiáng)度不同時間運動為干預(yù)手段測試學(xué)生的執(zhí)行功能，發(fā)現(xiàn)不同時間同等強(qiáng)度運動均能在一定程度上促進(jìn)初中生執(zhí)行功能的發(fā)展。

上述研究既從人的角度分析了不同運動的時間均可以改善大腦的認(rèn)知能力，又從動物的角度證明了其相同的作用，總的來說，兩種持續(xù)不同時間的運動對大腦的功能連接都有促進(jìn)作用。

4、結(jié)語

隨著21世紀(jì)信息時代的快速發(fā)展，越來越多的研究者對大腦的研究也更深入，而運動作為一種改善大腦結(jié)構(gòu)與功能的十分經(jīng)濟(jì)且無創(chuàng)傷的方式，在現(xiàn)代社會中也得到了大眾的認(rèn)可，因此運動對大腦可塑性的研究成為了學(xué)者的研究熱點。經(jīng)過上述的文獻(xiàn)分析與證明，運動之所以能夠?qū)Υ竽X結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生影響，除了運動在大腦結(jié)構(gòu)方面可以增加腦部灰質(zhì)的體積、白質(zhì)密度及抵消老化導(dǎo)致的腦萎縮外，運動對大腦的功能方面還對區(qū)域間連接的改變、延緩老化導(dǎo)致的認(rèn)知下降、提升認(rèn)知及學(xué)業(yè)表現(xiàn)等積極作用。在未來的研究中，除了通過磁共振成像或者腦電的實驗方式對個體大腦進(jìn)行測試外，還可以思考如何將磁共振成像、腦電和肌電等方式結(jié)合測試，以更準(zhǔn)確深入的研究運動對大腦的影響在分子水平方面的情況。