運動與腦的可塑性發展研究

張程謝琛 孫景超

摘 要：近年來，腦的可塑性研究迅速發展，已成為多學科研究的熱點和前沿。文章探討了運動影響大腦的可塑性機制，運動通過分子和細胞水平影響大腦，在各個年齡階段對大腦的可塑性都有正向影響。研究表明，運動對大腦可塑性有積極影響，這是運動對人體的另一種積極影響；不同的運動方式對大腦可塑性有不同影響，具有區域性；除了年齡階段之外，運動誘發的大腦可塑性也與年齡有關，鍛煉時間。

關鍵詞：運動 腦的可塑性 認知神經科學

中圖分類號：G804 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2813（2018）11（b）-0011-02

人腦的可塑性是指人腦的結構和功能隨著內外環境的變化而不斷變化和重建[1，2]。全面認識大腦的可塑性，對于保護大腦，科學利用大腦，充分發揮大腦的可塑性具有重要意義。近年來，運動與腦的可塑性已經成為科學研究領域的一個熱門話題。運動可以從宏觀上改善大腦的系統水平，從微觀上改變大腦的細胞水平和分子水平。

1 運動與腦的可塑性研究進展

大腦是自然界中最復雜的系統。腦的可塑性是一個動態的過程，它受到經驗與發展的相互作用的影響。運動和腦可塑性的研究可以在細胞和分子兩個不同的水平進行。

1.1 分子水平的腦可塑性

體育鍛煉對大腦可塑性的影響也可以追溯到相關分子的表達。瓦恩曼等研究發現，運動增加老年和癡呆患者腦源性神經的產生和分泌，同時降低IGF-1水平。體育鍛煉對海馬神經發生、血管生成和腦損傷康復有直接影響。運動不僅增加了腦內BDNF的水平，提高了CREB的水平。CREB是突觸可塑性的關鍵轉錄因子，CREB部分調節突觸可塑性和神經元存活率。運動對CRB的影響可能與腦活性氧（ROS）的變化有關，ROS是生物氧代謝的副產物。ROS處理6h后，CREB活性升高，24h后CREB和CREBMRNA水平顯著降低（P<0.05）。總之，運動對大腦的可塑性有不同程度的積極作用，并且不同程度的大腦可塑性也不同，它們為進一步利用運動技術來保護和開發人腦提供了堅實的科學基礎。

1.2 細胞水平的腦可塑性

神經發生是腦細胞可塑性的主要表現形式之一。神經發生在成年中樞神經系統中仍然存在。而齒狀回仍然存在產生新神經元的能力。運動可促進齒狀回神經細胞和神經干細胞的存活和分化，促進神經發生。筆者和其他人，探討主動運動（跑步機訓練）對成年小鼠神經發生的影響。結果表明：平板運動可促進成年小鼠齒狀回亞顆粒細胞的分化和新細胞的生長。突觸可塑性也是腦細胞可塑性的主要表現，突觸可塑性以材料傳遞和結構可塑性為特征，突觸結構的可塑性是指突觸連接的產生，生和突觸的形態發生。突觸可塑性是多突觸活動后突觸傳遞效率的促進或抑制。研究發現，運動可以通過改變突觸結構、線粒體結構和突觸數目來實現突觸結構的可塑性。提示運動訓練可促進突觸結構的可塑性。

2 不同年齡運動對大腦可塑性的影響

人類進步的各個階段都有一定程度的可塑性。經過第三、二十年的這個周期我們從三個階段解構了運動對大腦可塑性的影響：發育階段（20歲前）、成人階段（20～60歲）和老年階段（60歲之后）。

2.1 發育期

運動對大腦發育過程中的可塑性有積極的影響，沒有“天花板效應”。采用側翼任務法評價五年級兒童的執行功能，采用心理測量技術和功能磁共振成像（FMRI）技術比較中等有30min后有氧運動和腦激活。結果表明，短時間中等強度有氧運動能使兒童大腦活動模式發生積極的變化。值得注意的是，在發育過程中，運動對大腦可塑性的積極影響可能導致更緊密的相互連接的大腦網絡，其中當一個區域受損時，其他大腦區域可以更積極地進行補償。因此，認知障礙較少，即所謂的腦儲備。例如，塞爾吉奧等人選用21日老年雄性Wistar大鼠進行平板運動39d，90d后檢測其癲癇易感性。結果表明，運動干預可改變成年癲癇的易感性，改善腦功能。迪克等人對65歲以上的1200人進行了基于人群的前瞻性研究。通過回顧15～25歲之間的每個人的體育鍛煉習慣，DIK等發現老年人體力活動的發展與認知能力呈正相關。

2.2 成年期

傳統上，大腦在創傷末期形成或恢復的能力在青春期結束時是有限的。然而，近年來，這一觀點被越來越多的研究者認為是“成人可塑性”的反駁。鍛煉對成年人的大腦也是可塑的。例如，研究平板運動對成年小鼠神經發生的影響結果表明，面板試驗可促進成年小鼠齒狀回顆粒細胞神經干細胞的生成，新細胞生長和突觸生長。此外，運動訓練將促進成人大腦網絡更加緊密的聯系，呈現大腦儲備的特征。研究結果表明，中年運動水平可維持老年人的認知功能，減少或延緩阿爾茨海默病的發生。

2.3 老年期

長期以來，衰老研究一直采用一種“衰退模型”。然而，最近的研究顯示老年人的大腦可塑性可以通過運動訓練在一定程度上得到改善甚至逆轉。鍛煉在老年人大腦中也具有可塑性。例如，Colcombe和Erickson使用磁共振成像掃描大腦結構，與對照組相比，6個月有氧訓練組認知功能相關區域的灰質和白質體積顯著增加。埃里克森等人應用磁共振成像研究老年人海馬體積與體能水平的關系。結果表明，有氧運動與老年人海馬體積呈正相關。VanPraag指出，體育鍛煉可以改善老年大鼠學習記憶能力和海馬。

簡言之，運動對發育、成年和老年期間的大腦可塑性有積極影響，表明在任何時候開始運動訓練都不晚，而且有積極影響。更重要的是，在生命的早期階段，運動訓練對大腦可塑性的影響將在大腦儲備中發揮作用，隨后增強大腦從衰退和損傷中恢復的能力。

3 結語

運動影響大腦可塑性的機制非常復雜。運動訓練能產生大腦的正可塑性變化。除了運動時間和強度的影響外，年齡也可能是大腦可塑性的原因。這些結果提示，相同運動強度對不同年齡組大腦的影響可能不同，運動誘發腦敏感運動的時間和強度可能不同。在現實生活中，如何對不同人群進行準確的運動強度刺激是一個值得深入研究的問題。

參考文獻

[1] 周加仙，董奇.學習與腦可塑性的研究進展及其教育意義[J].心理科學，2008（1）：152-155.

[2] 盧英俊.兒童發展的神經可塑性及教育啟示[J].幼兒教育，2010（30）：47-52.

[3] 朱峰，董險峰，張振明，等.深度探討硬腦膜炎和硬脊膜炎的磁共振成像表現[J].檢驗醫學與臨床，2013（15）：85-87.

[4] 劉華，單保慈，高殿帥，等.針刺太沖、合谷兩穴位引起的小腦響應的差異：fMRI研究[J].中國醫學影像技術，2006（8）：23-25.