高原運動對認知功能的影響

摘" 要" 高原地區低壓低氧的環境特點， 會給機體生理功能帶來挑戰， 對認知表現產生影響。有氧運動能夠增加神經可塑性， 改善認知功能， 但能否適用于高原環境， 受認知任務類型、海拔高度、運動強度和暴露類型等因素的調節。目前用于解釋高原運動影響認知表現涉及的因素包括： 腦氧合、神經營養因子、氧化應激與神經免疫。未來研究應關注不同運動類型和運動強度對高原移、世居人群的影響， 并采用神經生理手段進一步探究高原運動對認知功能的影響機制， 為開具“高原運動處方”提供依據。

關鍵詞" 高原， 高原運動， 認知功能， 調節因素， 作用機制

分類號" 00000

1" 引言

全世界大約有1.4億人永久地生活在海拔大于2500米的高原地區（Bigham amp; Lee， 2014）。隨著交通日益便利， 每年有大量人口前往高原地區工作、學習、旅游和訓練。截止到2020年， 約有350萬人生活在海拔超過3500米的青藏高原。然而， 隨著海拔高度的升高， 氧分壓降低， 動脈氧飽和度下降， 導致機體供氧不足。大腦僅占2%的體重， 消耗20%的氧氣攝入（Raichle， 2010）， 是機體耗氧量最大的器官。高原低氧暴露會導致傳遞到腦組織的氧氣減少， 影響認知功能， 包括注意、記憶、表象、執行控制等（Aboouf et al.， 2023; Virués- Ortega et al.， 2006; Zhang amp; Zhang， 2022）。大量研究表明， 有氧運動可以有效地增加個體前額葉皮層血液中的含氧量， 進而延緩認知功能衰退， 改善認知功能（Stillman et al.， 2020）。對此， 如何開具“高原運動處方”以維持或提升長期生活在高原地區個體的認知表現， 備受研究者們的關注（Ando et al.， 2020）。同時， 高原環境暴露幾乎總伴隨著體能活動和體力消耗。因此， 有必要探究高原運動的作用及機制， 這對人類從事高原活動， 適應和習服高原環境具有重要的實踐意義。

高原運動（high-altitude aerobic exercise）， 即低氧運動， 是指在高原低氧環境下進行急性或慢性有氧運動?，F有研究除了在真實高原環境下探究有氧運動對認知表現的影響， 大多數研究采用實驗室模擬高原（simulated altitudes）的方式考察運動的影響。本文將圍繞圖1的理論框架展開， 從個體的心理運動能力、注意、工作記憶和抑制控制等認知方面著手， 總結真實和模擬高原環境下有氧運動及相關調節變量的作用， 并綜述高原運動影響認知功能的生理機制。這能夠為制定高原運動方案提供依據， 以期提高高原人群的健康水平和生活質量。

2" 高原運動與認知功能

認知功能是人腦將接受到的外界信息經過加工處理轉換成內在的心理活動從而獲取知識或應用知識的過程。目前研究者們對高原運動與認知功能的關系進行了廣泛地探索， 其中較受關注的有心理運動能力、注意、工作記憶、抑制控制等。

2.1" 心理運動能力

心理運動能力（psychomotor abilities）是一種運動和心理過程的整合能力， 涵蓋感知、動作反應時間、運動控制和協調等方面（Welford， 1984）， 其主要通過動作反應的速度和準確性來衡量（Virués-Ortega et al.， 2006）。早期關注高原環境對心理運動能力影響的研究發現， 無論是真實還是實驗室條件下， 低氧都會導致動作反應時間延長， 并且這一現象在海拔2500米左右尤為明顯（Hornbein et al.， 1989; West， 1984）。這可能是因為高海拔導致機體疲勞， 進而影響了心理運動能力， 如手指敲擊（finger tapping）任務表現在高原暴露后下降了約25% （Regard et al.， 1989）。然而， 目前關于高原運動對心理運動能力影響的研究結果并不一致。Ando等人在模擬2200米的環境下， 要求被試分別進行6.5分鐘的低、中、高等強度的有氧運動。結果發現， 只有高強度的有氧運動延長了動作反應時間（Ando et al.， 2010）。而另一項模擬條件的研究得出了相反的結論， 發現60分鐘的中等強度有氧運動縮短了個體的反應時間（de Aquino-Lemos et al.， 2016）。運動劑量的差異可能是導致上述矛盾結果的原因。一項綜述研究表明， 45～60分鐘的有氧運動能夠對認知帶來更有益的效果（Northey et al.， 2018）， 因此， 6.5分鐘的低、中強度運動可能不足以對認知功能產生影響。但也有研究發現， 低氧暴露會導致機體疲勞感增加（Bolmont et al.， 2000）， 過高強度的運動則會加重這一影響（Nybo amp; Rasmussen， 2007）， 反而延長動作的反應時間。綜上， 高原運動對心理運動能力的影響需要考慮疲勞程度變化的動態過程。

2.2" 注意

元分析證據表明， 急性缺氧導致注意功能下降（Jung et al.， 2020）。同時， 長期移居或世居高原都會對注意功能產生負面影響：移居者注意行為加工后期存在前后部腦區間資源的補償（Ma et al.， 2018）， 高原世居者注意系統之間存在明顯的認知資源競爭現象（Zhang et al.， 2018）。但高原運動能否改善注意功能仍未得到統一結論。Shannon等人（2017）發現在模擬3000米和4300米高原環境暴露150分鐘后， 視覺信息快速處理任務在4300米的海拔高度表現更差; 運動干預后， 注意功能進一步下降。但是， 一項元分析研究發現， 模擬低氧條件下， 運動對注意功能有促進作用， 并且效應量大于低氧運動對執行功能、記憶和信息加工速度影響的效應量（Jung et al.， 2020）。此外， 對于長時間生活在高原的移居者， 急性有氧運動也會改善他們的注意功能。近期的一項研究選取了160名在拉薩生活至少兩年的大學生， 考察了低、中和高強度運動20分鐘對注意網絡測試（attention network test， ANT）表現的影響。研究結果發現， 不論何種運動強度， 急性有氧運動都能夠顯著提高個體的注意網絡中執行控制子網絡（Su et al.， 2022）， 這再次證明了高原運動能夠改善注意功能。

上述研究結果存在沖突， 其原因可能是所選實驗環境不同。以往研究發現， 模擬低氧環境相比真實高原環境所帶來的生理反應并不一致（Millet et al.， 2012）， 因此， 運動在不同環境下所帶來的影響效果也存在差異。此外， 上述研究結果提示我們低氧運動能夠改善注意功能， 尤其是對執行控制子網絡的改善作用更大（Jung et al.， 2020; Su et al.， 2022）， 這可能是因為低氧運動對不同認知能力的影響存在選擇性和優先性。潛在的原因有兩點：首先， 以往研究發現高原暴露對視覺皮層的改變更為明顯（Zhang amp; Zhang， 2022）， 主要表現為視覺皮層相關腦區皮層厚度和灰質體積的增加（Zhang et al.， 2023）， 這表明低氧暴露會優先改變注意功能。其次， 有氧運動對不同認知能力的影響也存在差異。元分析的證據表明相比其它認知功能， 有氧運動對執行功能相關任務的改善作用更顯著（Lambourne amp; Tomporowski， 2010）。因此， 高原運動可能會優先改善注意功能， 尤其是執行控制子網絡。

2.3" 工作記憶

低氧暴露會導致工作記憶能力下降。Bliemsrieder等人（2022）對已有研究進行系統綜述發現低氧環境對工作記憶有消極影響。Jung等人（2020）的元分析研究將性別、缺氧程度、暴露時長等因素納入考察， 同樣發現了短期低氧暴露會導致工作記憶能力的下降。這一結果在長期暴露于高原環境的人群中也得到了進一步驗證（Li amp; Wang， 2022; Ma et al.， 2018; 馬海林 等， 2022）。已有研究表明， 運動并不能抵消高原環境對個體工作記憶的負面影響。例如， Komiyama等人（2015）讓被試在模擬2600米的海拔高度進行30分鐘中等強度的有氧運動， 運動后立即完成空間延遲反應任務。結果表明， 低氧運動不會對個體的工作記憶產生影響。Bouak等人（2018）采用相同的任務范式， 探究了4種海拔高度下， 低、中強度有氧運動是否會對工作記憶產生影響。研究結果再次證明了不論在何種海拔高度， 有氧運動均不會影響工作記憶。Lefferts等人（2016）采用向前回憶任務（N-back）發現， 在模擬的中度缺氧條件下， 中等強度有氧運動后N-back任務的正確率有降低的趨勢。另一項研究采用數字符號替換任務， 發現高原（4240米）環境下進行20分鐘的有氧運動， 會降低該任務的表現（Walsh et al.， 2020）。

上述結果表明低氧運動會導致工作記憶能力下降， 這可能是因為低氧暴露導致認知資源減少（Yu et al.， 2023）。工作記憶作為一種高級的認知能力， 維持其表現需要消耗相對較多的認知資源（Sweller， 2016）。我們之前的研究結果發現， 高原運動會改善機體自下而上的加工過程， 但并不能增加認知資源， 提高自上而下任務的表現（Su et al.， 2022）。因此， 高原環境下， 運動干預可能不能滿足改善工作記憶表現所需要的額外認知資源。

2.4" 抑制控制

以往綜述研究發現低氧會對抑制控制產生負面影響（Taylor et al.， 2016; Virués-Ortega et al.， 2006）。后續Meta回歸分析也支持了這一結論， 例如， McMorris等人（2017）和Jung等人（2020）都發現， 急性低氧暴露會降低個體抑制控制能力。但低氧運動對抑制控制能力的影響方向并不明確。2013年， Ando等人首次通過Go/No-Go （GNG）任務發現， 在模擬1300米和2600米的高原環境下， 中等強度有氧運動會減少Go刺激條件的反應時， 改善個體的執行控制能力（Ando et al.， 2013）。當海拔高度增加到3800米時， 有氧運動仍可以提高GNG任務表現（Komiyama et al.， 2017）。對高原世居者的研究發現， 30分鐘的急性低強度有氧運動縮短了Flanker任務的反應時（馬強 等， 2020）， 再次證實高原運動可以促進抑制控制能力。然而， Ochi等人（2018）讓被試在模擬3500米條件下進行一次10分鐘的中等強度有氧運動， 卻呈現了相反的結論， 即運動后個體在抑制控制的任務中表現顯著下降。Dobashi等人（2016）的研究也支持這一觀點， 還發現低氧運動所導致的抑制控制能力下降至少持續到運動結束1小時以上。此外， 類似的結果同樣存在于高強度間歇運動的干預研究中， Sun等人在模擬2500米環境下， 檢測高強度間歇運動對個體抑制控制能力的影響， 發現干預后個體抑制控制任務的正確率顯著下降（Sun et al.， 2019）。

導致上述研究結論存在沖突的原因有兩點：首先， 研究對象的性別不同。上述低氧運動促進抑制控制能力的研究中均選擇了男性被試（Ando et al.， 2013; Komiyama et al.， 2017）， 而Dobashi等人和Sun等人的研究中同時包含了男性和女性被試（Dobashi et al.， 2016; Sun et al.， 2019）。高原運動的影響效果可能存在性別的差異。已有研究發現， 急性低氧暴露對女性的認知表現的損傷顯著小于男性（Jung et al.， 2020）。因此， 運動可能會對認知損傷更嚴重的男性產生積極的影響。其次， 抑制控制的任務不同。和GNG范式不同， Dobashi等人和Sun等人的研究采用了色詞Stroop任務（Dobashi" et al.， 2016; Sun et al.， 2019）， 而不同任務類型因其所需認知負荷存在差異， 也會導致運動干預效果不同。當刺激沖突較大時， 個體將調用更多的認知資源以更好地控制當前試次中出現的沖突， 此時的加工方式為自上而下; 相反， 當刺激沖突較少時， 此時的加工方式為自下而上（Li et al.， 2021）。最新的一項研究通過改變色詞Stroop中包含不一致試次的比例， 讓長期暴露高原的個體進行低、中、高強度急性有氧運動。研究結果發現， 中、高強度有氧運動顯著提高了高原移居人群在刺激沖突較小組塊的正確率， 即中、高強度有氧運動提高了個體的自下而上通路的效率（Su et al.， 2022）。這可能是因為運動對機體來說是一種喚醒源， 運動會增加喚醒水平， 提高了個體在自下而上的加工表現。

3" 高原運動影響認知功能的潛在調節因素

不同條件下， 高原運動對認知功能的影響效果并不相同。暴露類型、暴露時長、海拔高度和任務類型是高原運動對認知功能影響的潛在調節因素。因此， 分析不同調節變量， 能夠為開具“高原運動處方”提供理論支持。

3.1" 暴露類型

高原運動對認知功能的影響受暴露類型的調節。暴露類型主要包括兩個維度四個方面： 實驗室模擬高原和真實高原， 急性暴露和慢性暴露。以往研究主要探討了兩種暴露類型的影響： 模擬高原環境的急性暴露和真實高原環境的長期暴露。暴露類型的調節效應主要體現在低氧對認知功能的獨立影響， 以及運動和低氧對認知功能的交互影響。就獨立影響而言， 急性模擬低氧暴露會降低認知表現， 例如， 反應時間延長， 注意能力下降和記憶能力減弱等。但在真實高原環境長期暴露的條件下， 認知表現的影響會隨著暴露時間的變化而變化。安心等人（2017）通過對高原駐留一周、一個月和兩年的大學生研究發現， 被試的執行控制能力受低氧的影響， 且隨著對低氧環境的適應， 呈現出先下降、再恢復、再下降的變化趨勢。這表明了不同類型的低氧暴露對認知功能的影響不同， 主要原因可能是常壓低氧的模擬環境和低壓低氧的真實環境所引起生理反應和適應表現并不同。Millet等人（2012）的研究支持了這一點， 發現機體在低壓低氧條件下， 通氣反應、新陳代謝、一氧化氮水平和運動表現等方面的表現和常壓低氧均存在差異。

就運動和低氧對認知功能的交互影響而言， Ando等人綜述了有氧運動在模擬高原環境下對認知表現的影響， 發現有氧運動并沒有抵消急性低氧暴露所帶來的影響（Ando et al.， 2020）。但這一結果未得到后續的元分析的支持。Jung等人（2020）納入了模擬的間歇性的低氧暴露和老年群體（Bayer et al.， 2017; Schega et al.， 2016）的研究后， 發現有氧運動可促進任務表現， 效應量達到了中等水平（SMD = 0.3）。不難看出， 這些研究結論存在分歧， 可能是模擬低氧暴露對認知的影響受到暴露類型、年齡等因素的調節。除此之外， 真實高原環境下， 以往研究均發現運動對認知表現的改善作用。馬強等人（2020）的研究采用30分鐘的急性有氧運動干預， 發現低強度運動也能改善高原世居人群的抑制控制能力， 中等強度的運動可以提升移居人群和世居人群的認知靈活性水平。隨后， Su等人（2022）通過對移居高原2年以上的年輕男性進行20分鐘的急性有氧運動干預， 發現中、高強度的運動能夠改善執行控制能力。不僅如此， 有研究采用長期有氧運動干預方式， 發現青少年中期的高原世居群體（畢存箭， 2021）和青少年晚期的高原移居群體（王成志， 2023）的執行控制能力均得到了提升。因此， 模擬急性高原暴露條件下， 運動對認知功能沒有影響， 甚至有損害作用。而在長期暴露于高原環境的群體中， 急性和長期運動對認知功能都具有改善作用。

3.2" 缺氧程度

缺氧程度主要由海拔高度和暴露時長來決定， 并且受兩種不同暴露類型的影響。在急性暴露期， 缺氧程度 = 海拔高度（km） × 暴露時長（hour）， 該值越大表明缺氧程度越嚴重（Jung et al.， 2020）。在長期暴露中， 缺氧程度 = 海拔高度（km） / 暴露時長（day）， 與Zubieta-Calleja等人（2007）提出的高原適應指數相反， 該值越大表明缺氧程度越嚴重， 低氧適應水平越低。就急性高原暴露而言， 海拔越高缺氧程度越嚴重， 對認知功能的影響也更明顯。在海拔高度超過2500米后， 認知功能就會受到影響（Hackett amp; Roach， 2001）。元分析結果表明， 動脈血氧分壓60 mmHg （海拔高度約為3048米）是認知功能損傷的臨界點（Mcmorris et al.， 2017）。當機體長期暴露于高原環境， 隨著暴露時間的增加， 出現對缺氧的生理適應性補償， 也稱為“高原習服”。其中， 紅細胞數量和血紅蛋白濃度適度增加是“高原習服”的關鍵。血紅蛋白濃度代償性增加以維持氧氣供給（Luks amp; Hackett， 2022）。有研究表明， 血紅蛋白的增加能夠帶來認知功能的改善（Xue et al.， 2022）， 但Walsh等人（2020）卻發現高原運動所引起的血紅蛋白濃度增加導致了認知表現的下降。這是因為高原環境中達到最佳氧氣傳遞效率的血紅蛋白濃度為147 g/L （Villafuerte et al.， 2004）。血紅蛋白濃度過高則容易導致血液粘稠， 反而降低氧氣傳遞效率， 損害認知表現。因此， 高原運動對認知的影響需要考慮缺氧程度的調節作用。

首先， 在急性高原暴露條件下， 海拔高度是決定缺氧程度的關鍵指標。當海拔高度超過一定閾值后， 運動就無法抵消低氧所引起的認知損傷。Bouak等人（2018）探究了2438米、3048米、3658米和4267米四種海拔高度下， 有氧運動干預對工作記憶的影響， 發現不論在何種海拔高度， 工作記憶能力均未發生改變。但也有研究表明， 有氧運動在模擬1300米、2600米和3800米的急性暴露條件下， 都能顯著提高個體的抑制控制能力（Ando et al.， 2013; Komiyama et al.， 2015）。對此， Jung等人（2020）通過元分析發現， 雖然低氧暴露時長和缺氧程度沒有顯著的調節作用， 但海拔高度具有一個顯著負向的調節作用（SMD = ?0.12）。已有的研究支持了這一結論， Shanno等人（2017）讓被試分別在模擬3000米和4300米高原環境暴露150分鐘的條件下進行有氧運動， 發現和3000米相比， 4300米海拔高度導致了更嚴重的注意功能損傷。其次， 在長期高原暴露條件下， 已有研究都一致認為運動能對認知表現產生有益影響， 且并未發現缺氧程度的調節作用。例如， 馬強等人（2020）和Su等人（2022）年所選取的研究對象是移居拉薩地區（3680米） 2年左右的大學生， 畢存箭（2021）選取了生活在拉薩的藏族青少年， 發現有氧運動干預對認知功能的改善作用。不難看出， 現有研究多集中在中等海拔高度， 并且研究對象高原暴露的時間也比較接近。因此， 很難確認缺氧程度的調節作用， 未來研究應多關注在更長時間和更高海拔下運動對認知功能影響。

3.3" 運動強度

元分析的證據表明， 急性（Chang et al.， 2012）和慢性（Ludyga et al.， 2020）有氧運動干預對認知功能有積極效益， 總效應量分別為0.097和0.231。首先， 急性運動條件下， 小強度運動和中等強度運動所獲得認知功能提升收益更大（Chang et al.， 2012; 陳愛國 等， 2011; 張斌， 劉瑩， 2019）， 但Moreau和Chou （2019）的元分析發現不同強度的急性有氧運動對認知表現的影響不存在差異。急性高原運動的運動強度和認知表現之間可能存在倒U形曲線關系。以往研究發現中等強度的急性有氧運動能夠最大程度地改善認知表現（de Aquino-Lemos et al.， 2016; Jung et al.， 2020）。對高原移居群體和世居群體的研究證據也發現， 20～30分鐘急性中等強度運動能夠顯著提升注意和執行控制表現（馬強 等， 2020; Su et al.， 2022）。

其次， 慢性高原運動對認知表現的影響也存在強度的劑量效應。已有研究發現， 雖然中、高強度運動都能夠顯著提升男性大學生的執行控制能力， 但高強度運動降低了機體的有氧運動能力（王成志， 2023）。也有研究對比了中等強度運動對高原世居者執行功能影響的性別差異， 發現為期12周， 每周3次， 每次40分鐘的體能和技能鍛煉， 對不同性別的被試在執行功能三個子成分上的影響效果存在差異（畢存箭， 2021）。常氧條件下的元分析也證實了這一點， 發現運動強度對認知表現的調節受性別因素的影響， 女性在低、中強度運動中受益最大， 而男性在高強度運動中受益更大（Ludyga et al.， 2020）。這啟發我們開具長期“運動處方”需要考慮到性別因素的影響。高原環境下， 這一問題可能更為突出， 高原暴露會增加機體的疲勞程度（Bolmont et al.， 2000）， 不合理的運動強度不僅不能帶來積極效益， 反而會加重疲勞程度， 引起認知損傷， 帶來不必要的風險。因此， 未來的研究應考察性別、年齡和運動強度對慢性高原運動影響認知表現的調節作用。

3.4" 任務類型

任務類型是影響高原運動干預認知表現的重要調節變量。元分析結果發現， 模擬低氧暴露條件下， 急性有氧運動對注意功能的改善作用顯著大于其他認知功能， 例如， 記憶和執行功能等（Jung et al.， 2020）。慢性有氧運動對不同認知能力的影響也不同。王成志（2023）證實20次的有氧運動干預只改善了抑制控制能力， 并沒有影響注意功能; 畢存箭（2021）發現， 長期運動干預對執行功能的抑制控制、工作記憶和靈活轉換三個子功能的影響效果存在差異。因此， 高原運動對認知功能的影響難以一概而論， 也受到被試特征、缺氧程度等因素的共同調節。

同時， 不同認知功能對缺氧的耐受程度不一樣。例如， 反應時間和注意功能在3500米以上會受到影響， 工作記憶在海拔高度4000米左右時才會下降， 在5500米以上會發生長時記憶的提取障礙（Aboouf et al.， 2023）。也有研究認為4000米是認知損傷的閾限。4000米以下行為表現很少受影響， 高于4000米后行為成績顯著下降（Dykiert et al.， 2010）， 且大多數研究認為4000米的海拔可能是認知損傷的海拔閾值， 這其中的原因可能是4000米以上超出了大腦對缺氧的適應范圍（Jansen et al.， 2007）。因此， 運動對不同認知功能的提升可能存在海拔的“天花板效應”。當海拔高度超出一定閾值后， 運動無法改善或抵消低氧所帶來的認知損害。

4" 高原運動影響認知功能的理論解釋

高原運動會對認知功能產生影響， 但目前仍缺乏直接的神經生理證據。研究者們對這種影響可能的解釋進行了探索， 主要涉及三個方面的因素： 腦氧合、神經營養因子、氧化應激與神經免疫。

4.1" 腦氧合

無論何種環境， 認知功能都依賴于腦血管供應充足的氧氣到神經細胞。當腦部喚醒水平增加時， 腦血流量對應增加， 平衡神經元對氧氣的需要， 這一過程被稱為神經血管耦合（neurovascular coupling， NVC; Attwell et al.， 2010）。NVC被證明對個體的認知表現起著決定性作用（Sorond et al.， 2013）， 而充分的氧氣供應是保證最佳NVC水平的前提。高原環境下， 氧氣的供給不足會影響NVC， 引起腦氧合（cerebral oxygenation）水平降低， 導致個體認知表現下降。

模擬急性高原暴露條件下， 運動會進一步降低血氧飽和度和腦氧合水平（Peltonen et al.， 2009; Subudhi et al.， 2007）。例如， 以往研究發現， 和常氧條件相比， 急性低氧運動導致了更多的攜氧血紅蛋白數量減少， 脫氧血紅蛋白數量增加， 且更大程度的腦氧合水平的下降（Ando et al.， 2013; Komiyama et al.， 2015; Komiyama et al.， 2017）。Kim等人（2015）也發現， 低氧運動會比僅僅暴露于低氧環境導致更嚴重的腦氧合水平下降， 并且在左右腦區上均觀察到了這一現象。Dobashi等人（2016）研究結果表明， 低氧條件下的中等強度運動導致了腦氧合程度下降。Ochi等人（2018）通過功能性近紅外技術（fNIRS）發現， 低氧運動導致腦氧合水平降低， 并且主要體現在左側背外側前額葉皮層（DLPFC）活性降低。因此， 急性低氧運動對認知的負面影響跟個體腦部氧合水平降低有關。但在隨著高原暴露時長的增加， 機體的生理功能會出現適應性變化， 包括心輸出量、紅細胞數量和腦血流會在高原暴露初期出現代償性增加， 以保障大腦的氧氣供給（Luks amp; Hackett， 2022）。隨著暴露時間的延長， 雖然心輸出量和腦血流基本恢復到基線水平， 但紅細胞數量仍會適度增加來提高機體氧運輸能力， 緩解缺氧情況（Zubieta- Calleja et al.， 2007）。因此， 在慢性高原暴露條件下， 有氧運動可能并不會引起腦氧合水平的降低。

4.2" 神經營養因子

腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor， BDNF）是一種直接參與神經元的存活與重塑、突觸的形成與可塑性的神經性營養因子， 在中樞神經系統發育和成熟過程中起著關鍵作用， 與認知表現息息相關。人體和動物的實驗結果表明， 低氧暴露（Vermehren-Schmaedick et al.， 2012）和有氧運動（Enette et al.， 2017）都能夠增加血清中BDNF濃度。低氧暴露條件下， 機體為抵抗缺氧會增加低氧誘導因子（hypoxia inducible factor-1-alpha， HIF-1-alpha）的表達水平， 而HIF-1-alpha可以作為轉錄因子調節BDNF的表達。例如， Helan等人（2014）的研究發現， 72小時的模擬高原暴露會導致BDNF水平增加。但也有研究發現， 模擬2周的間歇低氧暴露并不能增加BDNF表達水平（Becke et al.， 2018）， 可能低氧誘導的BDNF的表達也受到暴露類型和暴露時長等因素的調節。

由于低氧和運動都會增加BDNF的表達， 這可能是低氧運動改善高原人群認知能力的潛在機制。對移居高原的大學生研究發現， 高強度的有氧運動不僅改善了認知能力， 還提升了外周血BDNF濃度（王成志， 2023）。但也有研究發現模擬低氧條件下的長期規律有氧運動（3次/周×4周）干預， 雖然提升了個體認知表現， 并沒有改變血清中BDNF濃度水平（Schega et al.， 2016）。這種不同可能體現了腦組織能量代謝對低氧環境的適應。三磷酸腺苷（ATP）是大腦能量代謝的主要供能物質， 大腦神經元所需要的ATP主要通過線粒體內葡萄糖的氧化磷酸化生成， 而這一過程需要足夠的氧氣供給。移居群體慢性高原暴露條件下， 由于長期氧氣供給不足， 氧化磷酸化中斷， ATP水平下降（Milusheva et al.， 1996）。為了保障必要的能量供給， 會激活糖酵解過程， 在無氧條件下為神經元提供所必須的ATP。這同時會累積額外代謝產物， 如乳酸， 而乳酸的積累會破壞組織微環境， 損傷神經元（Aboouf et al.， 2023）。但低氧和運動所引起的BDNF的表達增加， 會誘導單羧酸轉運體（monocarboxylate transporters）的表達， 使乳酸作為替代能源供機體使用（Kitaoka et al.， 2012; Robinet amp; Pellerin， 2010）。因此， 低氧運動所介導的BDNF表達增加， 能夠保障神經元能力供應， 改善認知功能。

除BDNF外， 運動也會誘發其他神經營養因子的表達， 從而影響認知表現。例如， 血管內皮細胞生長因子（vascular endothelial growth factor， VEGF）和胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor 1， IGF-1）也被認為是運動改善認知的潛在分子機制（Stillman et al.， 2020）。但是， 低氧運動對認知功能的影響是否受VEGF和IGF-1的介導， 仍有待進一步研究。

4.3" 氧化應激與神經免疫

隨著機體缺氧程度的增加， 血液氧分壓會不斷下降， 導致活性氧（reactive oxygen species）水平增加， 氧化應激水平升高， 引發神經炎癥（Dosek et al.， 2007）。而高原環境下， 高強度的運動會進一步激化氧化應激水平， 打破氧化還原平衡， 導致更嚴重的炎癥反應（Quindry et al.， 2016）， 因此， 缺氧程度（海拔高度和暴露時長）和運動劑量是高原運動中不可忽視重要因素。例如， 以往研究發現， 脂質過氧化物水平在暴露于海拔6000米時增加了23%， 在海拔8848米時增加了79% （Joanny et al.， 2001）。這意味隨著海拔高度增加， 缺氧程度加重， 氧化應激水平也隨之上升。Sinha等人（2009）通過急性力竭運動研究發現， 運動后高原短期移居者和世居者的氧化應激水平均上升， 并且對世居者的影響更大。Miller等人（2013）在2天的登山運動中發現， 海拔3000米左右的低強度登山運動會導致氧化應激水平增加。但Krzeszowiak等人（2014）通過對登山隊員的研究發現， 在持續9天的低強度登山運動中， 氧化應激水平并沒有增加， 機體的抗氧化能力能夠抵消較輕負荷低氧運動所引起的氧化應激。這說明隨著對高原低氧的適應， 低負荷的有氧運動可能并不會加重氧化應激水平。

氧化應激會影響認知表現（錢令嘉， 2011）。之前的很長一段時間， 學者們認為大腦擁有“免疫特權”， 即大腦不會產生任何免疫活動（Medawar， 1961）， 但越來越多的證據支持了中樞神經系統-免疫系統的相互作用（Castellani et al.， 2023）。氧化應激和神經炎癥會引起中樞神經免疫活動， 影響認知表現和行為反應， 這一影響受到應激水平的調節。即， 當機體處于低應激水平時， 神經免疫激活代表了一種有益保護作用; 但當機體處于較高的應激水平時， 神經免疫系統的過度激活會損害神經網絡， 降低認知表現（Mancini et al.， 2023）。但慢性高原暴露可能會引發機體對氧化應激的適應， 維持氧化還原穩態。例如， Vij等人（2005）比較了3個月和13個月高原（4500米）暴露后機體的氧化應激水平， 發現3個月的高原暴露后氧化應激水平顯著上升， 而13個月的高原暴露沒有帶來影響。這為高原運動在慢性暴露條件下， 有氧運動能夠改善認知表現提供了解釋。

5" 總結與展望

通過回顧以往關于高原運動對不同認知功能的影響效果、調節變量和潛在生理機制， 明確了高原運動可以改變個體的認知表現， 且兩者之間的關系受到低氧暴露類型、海拔高度、暴露時長和運動強度等多種因素的調節（見圖1）。整體上， 急性暴露條件下， 缺氧程度較低時運動能夠改善認知表現; 而在慢性暴露條件下， 高原運動對認知表現的提升作用和機體對低氧環境的適應程度相關聯。高原運動會通過增加腦氧合程度， BDNF的表達來改善認知功能， 但同時也可能伴隨著氧化應激和神經免疫反應。雖然已有研究為高原運動對認知表現之間的關系提供了證據， 但仍存在諸多爭議性問題、矛盾性結論和未被研究的議題。為了以進一步明確如何制定“高原運動處方”， 未來的研究可以從以下幾個方面進行深入探究：

首先， 進一步明晰暴露類型、缺氧程度、運動強度和類型等因素的調節作用。由于高原環境的特殊性， 目前的研究多集中在實驗室模擬的急性高原暴露， 對真實高原暴露的研究較少， 且海拔高度都在3600米以下。有研究表明， 模擬高原暴露和真實高原暴露的作用機制存在差異（Millet et al.， 2012）。畢竟， 真實高原環境包含了低壓、溫差大、紫外線強等諸多環境特點。同時， 模擬高原環境限制了對長期規律運動影響作用的探究。元分析的證據表明， 長期規律性運動有助于改善認知功能， 尤其是身體協調類運動方式改善效果最為明顯（Ludyga et al.， 2020）。例如， 鍋莊舞作為一種藏族的傳統舞蹈， 強調身體協調性的鍛煉。所以， 有必要在真實高原環境下將急性運動、長期規律運動和民族特色運動進行整合研究， 探究運動對認知功能長期和持續性的影響效果， 更具現實意義。

第二， 充分考慮人口統計學因素， 探索高原運動對不同人群認知功能的影響效果， 為開具“運動處方”提供證據支持。由于交通的日益便利和戍邊守疆的需要， 越來越多的平原人移居到高原地區生活和工作， 但高原環境對移居者和世居者的影響并不一致?；蜓芯康淖C據表明， 世居高原的藏族人群進化出了高原適應基因， 如EPAS1和EGLN1等（Simonson et al.， 2010; Wu amp; Kayser， 2006）， 能夠使他們不以增加紅細胞數量為代價來攝取足夠多的氧氣， 但高原移居者可能會因為長時間的低氧暴露出現紅細胞增多癥。因此， 有必要分別探究有氧運動對高原移居和世居人群認知表現的影響。此外， 性別和年齡也會調節運動對認知功能的影響效果。元分析的證據表明， 急性低氧運動對老年人的收益更大（Jung et al.， 2020）， 并且長期有氧運動對男性群體的收益更大（Ludyga et al.， 2020）。所以， 探究高原運動對不同性別、不同年齡段人群認知表現的影響規律， 可以提高高原運動干預研究的應用價值和生態效度。

第三， 使用更多的科學手段探索高原運動對認知功能影響的神經生理機制?，F有研究采用fNIRS分析了實驗室條件下低氧運動過程中個體的腦血流指標的變化。但是， 在真實高原暴露條件下， 運動對認知功能影響的證據更多來自行為指標， 缺乏神經生理層面的直接證據。已有的神經營養因子理論、氧化應激和神經免疫理論均來自間接的實驗證據。未來研究應采用功能性磁共振（fMRI）、腦電（ERP）和酶聯免疫吸附測定（enzyme linked immunosorbent assay）等技術手段， 從神經表型層面和蛋白分子層面， 明確高原運動對認知功能影響的潛在機制。

最后， 未來研究可以探討有氧運動對慢性高原病患者認知功能的影響作用。長期高原暴露會導致慢性高原?。╟hronic mountain sickness， CMS）的發生， 包括高原紅細胞增多癥、高原心率和血壓異常等（Villafuerte amp; Corante， 2016）。大約有5%～10%的高原居民有患CMS的風險（Steele et al.， 2021）， 但已有研究普遍選用健康的青少年和成人被試， 沒有研究關注非健康狀態的群體。有研究發現， 紅細胞壓積和心率等慢性高原病相關的生理指標和高原移居人群的認知表現相關（Wang et al.， 2023; Xue et al.， 2020）。因此， 有必要考察高原運動對紅細胞、心率和血壓異常群體的影響作用， 這能夠為高原習服和適應提供新思路。

參考文獻

安心， 馬海林， 韓布新， 劉冰， 王妍. （2017）. 高海拔駐留時間對注意網絡的影響. 中國臨床心理學雜志， 25（3）， 502?506. https：//doi.org/10.16128/j.cnki.1005-3611.2017. 03.023

畢存箭. （2021）. 高海拔地區藏族兒童青少年心肺耐力和執行功能的關系及其運動干預研究 （博士學位論文）. 華東師范大學， 上海. https：//doi.org/10.27149/d.cnki. ghdsu.2021.002854

陳愛國， 殷恒嬋， 顏軍， 楊鈺. （2011）. 不同強度短時有氧運動對執行功能的影響. 心理學報， 43（9）， 1055?1062.

馬海林， 黨鵬， 蘇瑞， 李昊. （2022）. 高海拔暴露時間對工作記憶的影響——一項追蹤研究. 高原科學研究， 6（2）， 42?50. https：//doi.org/10.16249/j.cnki.2096-4617.2022.02.005

馬強， 侯會生， 李佳鑫. （2020）. 高海拔環境中短時有氧運動與大學生執行功能的實驗研究. 中央民族大學學報（自然科學版）， 29（1）， 81?86.

錢令嘉. （2011）. 關于應激與認知的思考. 軍事醫學， 35（9）， 658?662. https：//doi.org/10.3969/j.issn.1674-9960.2011.09.006

王成志. （2023）. 不同強度有氧運動對高原移居者注意功能的影響 （碩士學位論文）. 西藏大學， 拉薩.

張斌， 劉瑩. （2019）. 急性有氧運動對認知表現的影響. 心理科學進展， 27（6）， 1058?1071. https：//doi.org/10.3724/ SP.J.1042.2019.01058

Aboouf， M. A.， Thiersch， M.， Soliz， J.， Gassmann， M.， amp; Schneider Gasser， E. M. （2023）. The brain at high altitude： From molecular signaling to cognitive performance. International Journal of Molecular Sciences， 24（12）， 10179. https：//doi.org/10.3390/IJMS241210179

Ando， S.， Hatamoto， Y.， Sudo， M.， Kiyonaga， A.， Tanaka， H.， amp; Higaki， Y. （2013）. The effects of exercise under hypoxia on cognitive function. PloS One， 8（5）， e63630. https：//doi. org/10.1371/journal.pone.0063630

Ando， S.， Komiyama， T.， Sudo， M.， Higaki， Y.， Ishida， K.， Costello， J. T.， amp; Katayama， K. （2020）. The interactive effects of acute exercise and hypoxia on cognitive performance： A narrative review. Scandinavian Journal of Medicine amp; Science in Sports， 30（3）， 384?398. https：// doi.org/10.1111/sms.13573

Ando， S.， Yamada， Y.， amp; Kokubu， M. （2010）. Reaction time to peripheral visual stimuli during exercise under hypoxia. Journal of Applied Physiology， 108（5）， 1210?1216. https：// doi.org/10.1152/japplphysiol.01115.2009

Attwell， D.， Buchan， A. M.， Charpak， S.， Lauritzen， M.， MacVicar， B. A.， amp; Newman， E. A. （2010）. Glial and neuronal control of brain blood flow. Nature， 468（7321）， 232?243. https：//doi.org/10.1038/nature09613

Bayer， U.， Likar， R.， Pinter， G.， Stettner， H.， Demschar， S.， Trummer， B.， ... Burtscher， M. （2017）. Intermittent hypoxic?hyperoxic training on cognitive performance in geriatric patients. Alzheimer's amp; Dementia： Translational Research amp; Clinical Interventions， 3（1）， 114?122. https：// doi.org/10.1016/j.trci.2017.01.002

Becke， A.， Müller， P.， Dordevic， M.， Lessmann， V.， Brigadski， T.， amp; Müller， N. G. （2018）. Daily intermittent normobaric hypoxia over 2 weeks reduces BDNF plasma levels in young adults ? A randomized controlled feasibility study. Frontiers in Physiology， 9， 1337?1337. https：//doi.org/ 10.3389/fphys.2018.01337

Bigham， A. W.， amp; Lee， F. S. （2014）. Human high-altitude adaptation： Forward genetics meets the hif pathway. Genes amp; Development， 28（20）， 2189?2204. http：//www.genesdev. org/cgi/doi/10.1101/gad.250167.114

Bliemsrieder， K.， Weiss， E. M.， Fischer， R.， Brugger， H.， Sperner-Unterweger， B.， amp; Hüfner， K. （2022）. Cognition and neuropsychological changes at altitude—A systematic review of literature. Brain Sciences， 12（12）， 1736. https：//doi.org/10.3390/brainsci12121736

Bolmont， B.， Thullier， F.， amp; Abraini， J. H. （2000）. Relationships between mood states and performances in reaction time， psychomotor ability， and mental efficiency during a 31-day gradual decompression in a hypobaric chamber from sea level to 8848 m equivalent altitude. Physiology amp; Behavior， 71（5）， 469?476. https：//doi.org/10. 1016/S0031-9384（00）00362-0

Bouak， F.， Vartanian， O.， Hofer， K.， amp; Cheung， B. （2018）. Acute mild hypoxic hypoxia effects on cognitive and simulated aircraft pilot performance. Aerospace Medicine and Human Performance， 89（6）， 526?535. https：//doi.org/ 10.3357/AMHP.5022.2018

Castellani， G.， Croese， T.， Peralta Ramos， J. M.， amp; Schwartz， M. （2023）. Transforming the understanding of brain immunity. Science， 380（6640）， 7649?7649. https：//doi.org/ 10.1126/science.abo7649

Chang， Y. K.， Labban， J. D.， Gapin， J. I.， amp; Etnier， J. L. （2012）. The effects of acute exercise on cognitive performance： A meta-analysis. Brain Research， 1453， 87?101. https：//doi.org/10.1016/j.brainres.2012.02.068

de Aquino-Lemos， V.， Santos， R. V. T.， Antunes， H. K. M.， Lira， F. S.， Luz Bittar， I. G.， Caris， A. V.， Tufik， S.， amp; de Mello， M. T. （2016）. Acute physical exercise under hypoxia improves sleep， mood and reaction time. Physiology amp; Behavior， 154， 90?99. https：//doi.org/10. 1016/j.physbeh.2015.10.028

Dobashi， S.， Horiuchi， M.， Endo， J.， Kiuchi， M.， amp; Koyama， K. （2016）. Cognitive function and cerebral oxygenation during prolonged exercise under hypoxia in healthy young males. High Altitude Medicine amp; Biology， 17（3）， 214?221. https：//doi.org/10.1089/ham.2016.0036

Dosek， A.， Ohno， H.， Acs， Z.， Taylor， A. W.， amp; Radak， Z. （2007）. High altitude and oxidative stress. Respiratory Physiology amp; Neurobiology， 158（2-3）， 128?131. https：// doi.org/10.1016/j.resp.2007.03.013

Dykiert， D.， Hall， D.， van Gemeren， N.， Benson， R.， Der， G.， Starr， J. M.， amp; Deary， I. J. （2010）. The effects of high altitude on choice reaction time mean and intra-individual variability： Results of the Edinburgh altitude research expedition of 2008. Neuropsychology， 24（3）， 391?401. https：//doi.org/10.1037/a0018502

Enette， L.， Vogel， T.， Fanon， J. L.， amp; Lang， P. O. （2017）. Effect of interval and continuous aerobic training on basal serum and plasma brain-derived neurotrophic factor values in seniors： A systematic review of intervention studies. Rejuvenation Research， 20（6）， 473?483. https：// doi.org/10.1089/rej.2016.1886

Hackett， P. H.， amp; Roach， R. C. （2001）. High-altitude illness. The New England Journal of Medicine， 345（2）， 107?114. https：//doi.org/10.1056/NEJM200107123450206

Helan， M.， Aravamudan， B.， Hartman， W. R.， Thompson， M. A.， Johnson， B. D.， Pabelick， C. M.， amp; Prakash， Y. S. （2014）. BDNF secretion by human pulmonary artery endothelial cells in response to hypoxia. Journal of Molecular and Cellular Cardiology， 68， 89?97. https：// doi.org/10.1016/j.yjmcc.2014.01.006

Hornbein， T. F.， Townes， B. D.， Schoene， R. B.， Sutton， J. R.， amp; Houston， C. S. （1989）. The cost to the central nervous system of climbing to extremely high altitude. The New England Journal of Medicine， 321（25）， 1714?1719. https：//doi.org/10.1056/NEJM198912213212505

Jansen， G. F.， Krins， A.， Basnyat， B.， Odoom， J. A.， amp; Ince， C. （2007）. Role of the altitude level on cerebral autoregulation in residents at high altitude. Journal of Applied Physiology， 103（2）， 518?523. https：//doi.org/ 10.1152/japplphysiol.01429.2006

Joanny， P.， Steinberg， J.， Robach， P.， Richalet， J. P.， Gortan， C.， Gardette， B.， amp; Jammes， Y. （2001）. Operation everest III （comex'97）： The effect of simulated severe hypobaric hypoxia on lipid peroxidation and antioxidant defence systems in human blood at rest and after maximal exercise. Resuscitation， 49（3）， 307?314. https：//doi.org/10.1016/ S0300-9572（00）00373-7

Jung， M.， Zou， L.， Yu， J. J.， Ryu， S.， Kong， Z. W.， Yang， L.， … Loprinzi， P. D. （2020）. Does exercise have a protective effect on cognitive function under hypoxia？ A systematic review with meta-analysis. Journal of Sport and Health Science， 9（6）， 562?577. https：//doi.org/10. 1016/j.jshs.2020.04.004

Kim， C.， Ryan， E. J.， Seo， Y.， Peacock， C.， Gunstad， J.， Muller， M. D.， Ridgel， A. L.， amp; Glickman， E. L. （2015）. Low intensity exercise does not impact cognitive function during exposure to normobaric hypoxia. Physiology amp; Behavior， 151， 24?28. https：//doi.org/10.1016/j.physbeh. 2015.07.003

Kitaoka， Y.， Hoshino， D.， amp; Hatta， H. （2012）. Monocarboxylate transporter and lactate metabolism. The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine， 1（2）， 247?252. https：//doi.org/10.7600/jpfsm.1.247

Komiyama， T.， Katayama， K.， Sudo， M.， Ishida， K.， Higaki， Y.， amp; Ando， S. （2017）. Cognitive function during exercise under severe hypoxia. Scientific Reports， 7（1）， 10000. https：//doi.org/10.1038/s41598-017-10332-y

Komiyama， T.， Sudo， M.， Higaki， Y.， Kiyonaga， A.， Tanaka， H.， amp; Ando， S. （2015）. Does moderate hypoxia alter working memory and executive function during prolonged exercise？ Physiology amp; Behavior， 139， 290?296. https：//doi.org/10.1016/j.physbeh.2014.11.057

Krzeszowiak， J.， Zawadzki， M.， Markiewicz-Górka， I.， Kawalec， A.， amp; Pawlas， K. （2014）. The influence of 9-day trekking in the alps on the level of oxidative stress parameters and blood parameters in native lowlanders. Annals of Agricultural and Environmental Medicine， 21（3）， 585?589. https：//doi.org/10.5604/12321966.1120607

Lambourne， K.， amp; Tomporowski， P. （2010）. The effect of exercise-induced arousal on cognitive task performance： A meta-regression analysis. Brain Research， 1341， 12?24. https：//doi.org/10.1016/j.brainres.2010.03.091

Lefferts， W. K.， Babcock， M. C.， Tiss， M. J.， Ives， S. J.， White， C. N.， Brutsaert， T. D.， amp; Heffernan， K. S. （2016）. Effect of hypoxia on cerebrovascular and cognitive function during moderate intensity exercise. Physiology amp; Behavior， 165， 108?118. https：//doi.org/10.1016/j.physbeh. 2016.07.003

Li， Y.， amp; Wang， Y. （2022）. Effects of long-term exposure to high altitude hypoxia on cognitive function and its mechanism： A narrative review. Brain Sciences， 12（6）， 808. https：//doi.org/10.3390/brainsci12060808

Li， Y.， Wang， Y.， Yu， F.， amp; Chen， A. （2021）. Large‐scale reconfiguration of connectivity patterns among attentional networks during context-dependent adjustment of cognitive control. Human Brain Mapping， 42（12）， 3821?3832. https：//doi.org/10.1002/hbm.25467

Ludyga， S.， Gerber， M.， Pühse， U.， Looser， V. N.， amp; Kamijo， K. （2020）. Systematic review and meta-analysis investigating moderators of long-term effects of exercise on cognition in healthy individuals. Nature Human Behaviour， 4（6）， 603?612. https：//doi.org/10.1038/s41562-020-0851-8

Luks， A. M.， amp; Hackett， P. H. （2022）. Medical conditions and high-altitude travel. The New England Journal of Medicine， 386（4）， 364?373. https：//doi.org/10.1056/ NEJMra2104829

Ma， H.， Huang， X.， Liu， M.， Ma， H.， amp; Zhang， D. （2018）. Aging of stimulus-driven and goal-directed attentional processes in young immigrants with long-term high altitude exposure in Tibet： An ERP study. Scientific Reports， 8（1）， 17417. https：//doi.org/10.1038/s41598-018- 34706-y

Mancini， A.， Bellingacci， L.， Canonichesi， J.， amp; Di Filippo， M. （2023）. Immunity and cognition. In N. Rezaei， amp; N. Yazdanpanah （Eds）. Translational neuroimmunology， （Vol. 7， pp.129?149）. Academic Press. https：//doi.org/10.1016/ B978-0-323-85841-0.00017-1

McMorris， T.， Hale， B. J.， Barwood， M.， Costello， J.， amp; Corbett， J. （2017）. Effect of acute hypoxia on cognition： A systematic review and meta-regression analysis. Neuroscience and Biobehavioral Reviews， 74（Pt A）， 225?232. https：// doi.org/10.1016/j.neubiorev.2017.01.019

Medawar， P. （1961）. Immunological Tolerance. Nature， 189， 14?17. https：//doi.org/10.1038/189014a0

Millet， G. P.， Faiss， R.， amp; Pialoux， V. （2012）. Point： Counterpoint： Hypobaric hypoxia induces/does not induce different responses from normobaric hypoxia. Journal of Applied Physiology （1985）， 112（10）， 1783?1784. https：// doi.org/10.1152/japplphysiol.00067.2012

Miller， L. E.， McGinnis， G. R.， Kliszczewicz， B.， Slivka， D.， Hailes， W.， Cuddy， J.， ... Quindry， J. C. （2013）. Blood oxidative-stress markers during a high-altitude trek. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism， 23（1）， 65?72. https：//doi.org/10.1123/ijsnem. 23.1.65

Milusheva， E. A.， Doda， M.， Baranyi， M.， amp; Vizi， E. S. （1996）. Effect of hypoxia and glucose deprivation on ATP level， adenylate energy charge and [ca2+] o-dependent and independent release of [3H] dopamine in rat striatal slices. Neurochemistry International， 28（5-6）， 501?507. https：// doi.org/10.1016/0197-0186（95）00129-8

Moreau， D.， amp; Chou， E. （2019）. The acute effect of high-intensity exercise on executive function： A meta- analysis. Perspectives on Psychological Science， 14（5）， 734?764. https：//doi.org/10.1177/1745691619850568

Northey， J. M.， Cherbuin， N.， Pumpa， K. L.， Smee， D. J.， amp; Rattray， B. （2018）. Exercise interventions for cognitive function in adults older than 50： A systematic review with meta-analysis. British Journal of Sports Medicine， 52（3）， 154?160. https：//doi.org/10.1136/bjsports-2016-096587

Nybo， L.， amp; Rasmussen， P. （2007）. Inadequate cerebral oxygen delivery and central fatigue during strenuous exercise. Exercise and Sport Sciences Reviews， 35（3）， 110?118. https：//doi.org/10.1097/jes.0b013e3180a031ec

Ochi， G.， Yamada， Y.， Hyodo， K.， Suwabe， K.， Fukuie， T.， Byun， K.， Dan， I.， amp; Soya， H. （2018）. Neural basis for reduced executive performance with hypoxic exercise. NeuroImage， 171， 75?83. https：//doi.org/10.1016/j.neuroimage. 2017.12.091

Peltonen， J. E.， Paterson， D. H.， Shoemaker， J. K.， DeLorey， D. S.， duManoir， G. R.， Petrella， R. J.， amp; Kowalchuk， J. M. （2009）. Cerebral and muscle deoxygenation， hypoxic ventilatory chemosensitivity and cerebrovascular responsiveness during incremental exercise. Respiratory Physiology amp; Neurobiology， 169（1）， 24?35. https：//doi.org/10.1016/j.resp. 2009.08.013

Quindry， J.， Dumke， C.， Slivka， D.， amp; Ruby， B. （2016）. Impact of extreme exercise at high altitude on oxidative stress in humans. The Journal of Physiology， 594（18）， 5093?5104. https：//doi.org/10.1113/JP270651

Raichle， M. E. （2010）. Two views of brain function. Trends in Cognitive Sciences， 14（4）， 180?190. https：//doi.org/ 10.1016/j.tics.2010.01.008

Regard， M.， Oelz， O.， Brugger， P.， amp; Landis， T. （1989）. Persistent cognitive impairment in climbers after repeated exposure to extreme altitude. Neurology， 39（2）， 210. https：//doi.org/10.1212/WNL.39.2.210

Robinet， C.， amp; Pellerin， L. （2010）. Brain-derived neurotrophic factor enhances the expression of the monocarboxylate transporter 2 through translational activation in mouse cultured cortical neurons. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism， 30（2）， 286?298. https：//doi.org/10.1038/ jcbfm.2009.208

Schega， L.， Peter， B.， Brigadski， T.， Le?mann， V.， Isermann， B.， Hamacher， D.， amp; T?rpel， A. （2016）. Effect of intermittent normobaric hypoxia on aerobic capacity and cognitive function in older people. Journal of Science and Medicine in Sport， 19（11）， 941?945. https：//doi.org/10. 1016/j.jsams.2016.02.012

Shannon， O. M.， Duckworth， L.， Barlow， M. J.， Deighton， K.， Matu， J.， Williams， E. L.， ... O'Hara， J. P. （2017）. Effects of dietary nitrate supplementation on physiological responses， cognitive function， and exercise performance at moderate and very-high simulated altitude. Frontiers in Physiology， 8， 401?401. https：//doi.org/10.3389/fphys.2017. 00401

Simonson， T. S.， Yang， Y.， Huff， C. D.， Yun， H.， Qin， G.， Witherspoon， D. J.， ... Ge， R. （2010）. Genetic evidence for high-altitude adaptation in Tibet. Science， 329（5987）， 72?75. https：//doi.org/10.1126/science.1189406

Sinha， S.， Ray， U. S.， Saha， M.， Singh， S. N.， amp; Tomar， O. S. （2009）. Antioxidant and redox status after maximal aerobic exercise at high altitude in acclimatized lowlanders and native highlanders. European Journal of Applied Physiology， 106， 807?814. https：//doi.org/10. 1007/s00421-009-1082-x

Sorond， F. A.， Hurwitz， S.， Salat， D. H.， Greve， D. N.， amp; Fisher， N. D. L. （2013）. Neurovascular coupling， cerebral white matter integrity， and response to cocoa in older people. Neurology， 81（10）， 904?909. https：//doi.org/ 10.1212/WNL.0b013e3182a351aa

Steele， A. R.， Tymko， M. M.， Meah， V. L.， Simpson， L. L.， Gasho， C.， Dawkins， T. G.， ... Steinback， C. D. （2021）. Global REACH 2018： Volume regulation in high-altitude andeans with and without chronic mountain sickness. American Journal of Physiology- Regulatory， Integrative and Comparative Physiology， 321（3）， 504?512. https：// doi.org/10.1152/ajpregu.00102.2021

Stillman， C. M.， Esteban-Cornejo， I.， Brown， B.， Bender， C. M.， amp; Erickson， K. I. （2020）. Effects of exercise on brain and cognition across age groups and health states. Trends in Neurosciences， 43（7）， 533?543. https：//doi.org/10.1016/ j.tins.2020.04.010

Su， R.， Wang， C.， Liu， W.， Han， C.， Fan， J.， Ma， H.， ... Zhang， D. （2022）. Intensity-dependent acute aerobic exercise： Effect on reactive control of attentional functions in acclimatized lowlanders at high altitude. Physiology amp; Behavior， 250， 113785. https：//doi.org/10.1016/j.physbeh. 2022.113785

Subudhi， A. W.， Dimmen， A. C.， amp; Roach， R. C. （2007）. Effects of acute hypoxia on cerebral and muscle oxygenation during incremental exercise. Journal of Applied Physiology， 103（1）， 177?183. https：//doi.org/ 10.1152/japplphysiol.01460.2006

Sun， S.， Loprinzi， P. D.， Guan， H.， Zou， L.， Kong， Z.， Hu， Y.， Shi， Q.， amp; Nie， J. （2019）. The effects of high-intensity interval exercise and hypoxia on cognition in sedentary young adults. Medicina （Kaunas， Lithuania）， 55（2）， 43. https：//doi.org/10.3390/medicina55020043

Sweller， J. （2016）. Working memory， long-term memory， and instructional design. Journal of Applied Research in Memory and Cognition， 5（4）， 360?367. https：//doi.org/ 10.1016/j.jarmac.2015.12.002

Taylor， L.， Watkins， S. L.， Marshall， H.， Dascombe， B. J.， amp; Foster， J. （2016）. The impact of different environmental conditions on cognitive function： A focused review. Frontiers in Physiology， 6， 372?372. https：//doi.org/10. 3389/fphys.2015.00372

Vermehren-Schmaedick， A.， Jenkins， V. K.， Knopp， S. J.， Balkowiec， A.， amp; Bissonnette， J. M. （2012）. Acute intermittent hypoxia-induced expression of brain-derived neurotrophic factor is disrupted in the brainstem of methyl-CpG-binding protein 2 1 mice. Neuroscience， 206， 1?6. https：//doi.org/10.1016/j.neuroscience.2012.01. 017

Vij， A. G.， Dutta， R.， amp; Satija， N. K. （2005）. Acclimatization to oxidative stress at high altitude. High Altitude Medicine amp; Biology， 6（4）， 301?310. https：//doi.org/10.1089/ham. 2005.6.301

Villafuerte， F. C.， amp; Corante， N. （2016）. Chronic mountain sickness： Clinical aspects， etiology， management， and treatment. High Altitude Medicine amp; Biology， 17（2）， 61?69. https：//doi.org/10.1089/ham.2016.0031

Villafuerte， F. C.， Cardenas， R.， amp; Monge-C， C. （2004）. Optimal hemoglobin concentration and high altitude： A theoretical approach for andean men at rest. Journal of Applied Physiology， 96（5）， 1581?1588. https：//doi.org/ 10.1152/japplphysiol.00328.2003

Virués-Ortega， J.， Garrido， E.， Javierre， C.， amp; Kloezeman， K. C. （2006）. Human behaviour and development under high-altitude conditions. Developmental Science， 9（4）， 400?410. https：//doi.org/10.1111/j.1467-7687.2006.00505.x

Walsh， J. J.， Drouin， P. J.， King， T. J.， D'Urzo， K. A.， Tschakovsky， M. E.， Cheung， S. S.， amp; Day， T. A. （2020）. Acute aerobic exercise impairs aspects of cognitive function at high altitude. Physiology amp; Behavior， 223， 112979?112979. https：//doi.org/10.1016/j.physbeh.2020.112979

Wang， N. N.， Yu， S. F.， Dang， P.， Hu， Q. L.， Su， R.， Li， H.， ... Zhang， D. L. （2023）. Association between the acceleration of access to visual awareness of grating orientation with higher heart rate at high-altitude. Physiology amp; Behavior， 268， 114235. https：//doi.org/10.1016/j.physbeh.2023.114235

Welford， A. T. （1984）. Psychomotor performance. Annual Review of Gerontology and Geriatrics， 4（1）， 237?273.

West， J. B. （1984）. Human physiology at extreme altitudes on mount everest. Science， 223（4638）， 784?788. https：// doi.org/10.1126/science.6364351

Wu， T.， amp; Kayser， B. （2006）. High altitude adaptation in Tibetans. High Altitude Medicine amp; Biology， 7（3）， 193?208. https：//doi.org/10.1089/ham.2006.7.193

Xue， X. J.， Su， R.， Li， Z. F.， Bu， X. O.， Dang， P.， Yu， S. F.， ... Zhang， D. L. （2022）. Oxygen metabolism-induced stress response underlies heart-brain interaction governing human consciousness-breaking and attention. Neuroscience Bulletin， 38（2）， 166?180. https：//10.1007/s12264-021-00761-1

Yu， S.， Wang， N.， Hu， Q.， Dang， P.， Chang， S.， Huang， X.， … Zhang， D. （2023）. Neurodynamics of awareness detection in Tibetan immigrants： Evidence from electroencephalography analysis. Neuroscience， 522， 69? 80. https：//doi.org/10.1016/j.neuroscience.2023.04.025

Zhang， D.， Zhang， X.， Ma， H.， Wang， Y.， Ma， H.， amp; Liu， M. （2018）. Competition among the attentional networks due to resource reduction in Tibetan indigenous residents： Evidence from event-related potentials. Scientific Reports， 8（1）， 610. https：//doi.org/10.1038/s41598-017-18886-7

Zhang， X.， Xie， W.， Du， W.， Liu， Y.， Lin， J.， Yin， W.， ... Zhang， J. （2023）. Consistent differences in brain structure and functional connectivity in high-altitude native Tibetans and immigrants. Brain Imaging and Behavior， 17， 271?281. https：//doi.org/10.1007/s11682-023-00759-5

Zhang， X.， amp; Zhang， J. （2022）. The human brain in a high altitude natural environment： A review. Frontiers in Human Neuroscience， 16， 915995. https：//doi.org/10.3389/ fnhum.2022.915995

Zubieta-Calleja， G. R.， Paulev， P.， Zubieta-Calleja， L.， amp; Zubieta-Castillo， G. （2007）. Altitude adaptation through hematocrit changes. Journal of Physiology and Pharmacology， 58（5）， 811?818.

The effect of high-altitude exercise on cognitive function

SU Rui1，2， WANG Chengzhi1， LI Hao1， MA Hailin1， SU Yanjie2

（1 Key laboratory of High altitudes Brain Science and Environmental Acclimation， Tibet University， Lhasa 85000， China）

（2 School of Psychological and Cognitive Sciences， Beijing Key Laboratory and Mental Health，

Peking University， Beijing 100091， China）

Abstract： High-altitude （HA） environments， characterized by significant hypobaric hypoxia， are commonly associated with cognitive impairment. In contrast， aerobic exercise can increase neural plasticity and improve cognitive performance. Thus， in this review， we describe how aerobic exercise alters cognitive performance under conditions of both acute and long-term HA exposure， and propose that the combined effects of HA hypoxia and exercise are moderated by the hypoxia dose， type of cognitive function， exercise intensity， and exposure type. The potential physiological mechanisms underlying the effects of HA exercise on cognitive function are also explored， and it is proposed that changes in cerebral oxygenation， levels of neurotrophic factors， oxidative stress， and neuro-immunity account for the influence of combined HA hypoxia and exercise on cognitive performance. Future directions in investigating the effects of different forms and intensities of aerobic exercise on HA migrants and natives are suggested， together with the application of neurophysiological methods for further investigation of the mechanisms underlying the influence of high-altitude exercise on cognitive function， to provide evidence for “high-altitude exercise prescriptions”.

Keywords： high altitudes， high-alitude exercise， cognitive function， moderator， mechanisms

收稿日期：2023-10-11

* 國家自然科學基金（32071075， 32371111， U23A20476）、中央引導地方科技發展資金項目（XZ202201YD0018C）資助。

通信作者：蘇彥捷， E-mail： yjsu@pku.edu.cn