体力活动对认知能力影响及其机制研究进展

全明辉，陈佩杰，王 茹，张涵彬，张佳仪，张金铭，何晓龙，赵广高，张秋海

体力活动对认知能力影响及其机制研究进展

全明辉1,2，陈佩杰1，王 茹1，张涵彬1，张佳仪1，张金铭3，何晓龙1，赵广高4，张秋海2

体力活动对认知能力的有益作用已得到越来越多的研究证实，首先从横向和纵向的观察性研究入手，回顾前期研究，阐述体力活动对认知能力的影响；接着对随机对照试验研究结果进行归纳，总结体力活动影响认知能力的特点。随后，从人体实验到动物实验，由浅入深的探讨体力活动对认知能力影响的可能机制，特别是近来年随着表观遗传学研究的深入，为探讨其分子机制提供了新的理论和视角。最后，总结现有研究中结论较一致的研究成果，提炼其在生活实践中的指导意义；分析现有研究存在的不足及展望未来研究的切入点和方向，希望能为今后研究提供些许思路。

体力活动；认知能力；机制

越来越多的研究证实，体力活动能激活中枢神经系统，影响中枢神经系统的功能和改善增龄性神经系统疾病。根据现有研究报道，体力活动对于认知能力和精神卫生健康有着独特的作用，科研人员已致力于利用体力活动介导的独特作用，来延缓和抵抗增龄性认知衰减和精神疾病。随着老龄化社会的进一步深化，体力活动对于认知能力的影响，将成为未来的研究热点。体力活动对于认知能力的影响是否有选择性？良好的心肺功能是否是体力活动对于认知能力有益作用的必要条件？目前的人体和动物实验如何解释体力活动改善认知能力的机理？近年来备受关注的表观遗传学如何为深层次的机制研究提供新的思路？本文将从上述几点对体力活动与认知能力影响作一综述，总结前人研究成果，力争为今后研究提供些许思路。

首先，需要了解一下文中出现的体力活动、体育锻炼或运动等名词的定义。体力活动(Physical activity，PA)和体育锻炼或运动(Exercise)是不同的概念，体力活动是由骨骼肌收缩导致能量代谢的任何机体活动；体育锻炼或运动(Exercise)则是体力活动的下位概念，是指有计划、有结构、重复性的体力活动，目的是为了提高或者保持一种或几种身体能力[20]。因此，体力活动涵盖了体育锻炼或运动行为。

1 体力活动对认知能力的影响——人体实验

1.1 观察性研究

在近20年的研究中，已经有许多研究报道指出，有规律性体力活动习惯者较有静坐习惯者表现出更好的认知能力或者学业成绩[1,2,32,62]。在横断面的研究中，虽然已经发现体力活动对认知能力的有益作用，但横断面调查不能得出体力活动和认知能力之间的因果关系，如上述研究结果可能是因为认知能力水平高的人更愿意从事体力活动。此外，诸如受教育程度、社会地位、身体健康水平等混杂因素，也可能会干扰我们对两者关系之间的判断。因此，横断面调查虽然简便易行，且有助于人们初步认识体力活动和认知能力之间的关系，但是，不能由此得知变量之间因果关系和先后顺序。

虽然纵向设计的队列研究也不能证明观察变量之间的因果关系，但是，长期的跟踪能让我们更有可能接近事件发展的真相，这种研究设计常常用于探讨身体活动在老年人增龄性认知能力衰减中的作用。现有的报道跟踪时间从2年[30]～31年[13]不等，研究结果表明，自述体力活动水平和客观测量的心肺能力基线值，是预测未来罹患老年痴呆风险的良好指标。

队列研究中大多数选取55岁以上的老年人作为研究对象，仅有少数的研究针对较年轻的群体。例如，Richards[59]选取1 919名中年人作为受试者，在17年的跟踪实验中对记忆能力进行了3次跟踪测试。研究结果显示，在36岁时有运动习惯的受试者，在43～53岁10年间记忆的增龄性衰减速度降低。此外，36岁才开始体育锻炼的受试者较那些在36岁时停止运动的受试者表现出更强的记忆保护能力。在36～43岁期间坚持从事规律性体育锻炼者，到53岁时表现出最低程度的记忆力衰减。该结果提示，我们想要终生维持良好的记忆认知能力，持续的体育锻炼非常必要。与上述行为观察的研究结果类似，在利用影像技术观察体力活动对脑结构变化的研究中也得到类似的结果，即中年时期从事规律性体育锻炼者较静坐者，在21年后的核磁共振扫描(Magnetic Resonance Imaging，MRI)中观察到更多的脑容量和脑灰质容积。而自述每周至少进行两次体育锻炼的个体，在影像中表现出更多的额叶脑区灰质容积[60]。

在瑞典进行的一项大样本量(n=1 221 727)跟踪研究中[11]，Aberg发现基线测试结果在校正了父母学历和测试日期等混杂因素后，18岁新征入伍士兵的智商水平与心肺能力呈正相关。此外，在这个大样本中有268 496对兄妹(弟)，1 715对异卵双胞胎和1 432对同卵双胞胎，这有利于在基线测试时同时评价家庭及遗传因素对认知能力的影响。统计结果显示，不同环境因素(non-shared environmental factor)能够解释心肺能力与认知能力关系变异的80%以上，而遗传因素只解释其中的一小部分(≤15%)。因此，研究结果提示，生活方式(如体育锻炼)比遗传因素更有力的阐释心肺能力与认知能力之间的相关关系。在后期10～30年的跟踪研究中发现，18岁时心肺功能高者在日后表现出更好的学业成绩和经济收入。而在以年龄更小的4～6岁学龄前儿童的纵向跟踪调查中，Niederer发现[54]，基线测试时有氧能力和运动能力高者，在9个月后的跟踪测试中表现出更好的记忆力和注意力。

横向和纵向的观察性研究结果表明，在人生发展的各个年龄阶段均发现了体力活动与认知能力的正相关性，即体力活动高者常伴随着相对较高水平的认知能力。此外，体力活动对于认知能力的有益作用，可能与体力活动提高了机体的有氧能力有关。尽管观察性研究尽可能的校正性别、教育程度、测试时间、家庭背景等混杂因素，利用时间序列方法探求变量之间的先后顺序，但要真正了解变量间的因果关系，还须通过随机对照试验进一步研究。

1.2 随机对照试验研究

探讨体力活动干预对认知能力的随机对照试验(Randomized Controlled Trial,RCT)，主要涉及两种运动形式：一种是一过性的急性运动，另一种是规律性的长期运动。鉴于认知能力的相对稳定性，在一过性的运动前、后发生变化的持续时间较短。因此，在这里我们只讨论规律性的长期运动对认知能力的影响。

在这类研究中，大多数学者探讨能够增加心肺能力的有氧运动(如跑步、步行、骑自行车、游泳等)对认知能力的改善效应。在观察长期运动效应的试验中，研究者首先会募集无运动习惯的受试者，然后，把他们随机的分配到运动组与对照组，运动组常采用跑步、步行、骑自行车和游泳等有氧运动项目。而常用的对照组有非有氧运动的拉伸练习对照组[61]和安静对照组[64]，运动干预时间从几周[64]至一年[29,68]不等。部分研究结果显示，有氧运动较非有氧运动和安静对照而言，能更大程度的改善执行能力[63,68]、注意力[6,40]、记忆[64]和加工速度[52]。当然，也会有一些研究结果得出相反的结论，即有氧运动和非有氧运动(如拉伸运动)对认知能力无明显改善作用[18,39,41,51]。在这些得到无效结论的研究中，部分是由于方法学原因所致，如参加试验的受试者认知能力基线水平较高[18]，或运动干预的时间较短，干预效果还未出现试验已停止[28]等；部分可能是由于理论基础不同，不同的理论决定了不同的测试任务，从而导致结果不一致。虽然，目前对于不同研究结果差异性的原因尚未形成统一的认识，但是，现有文献中出现的3种假设，为解释不同的研究结果提供了思路。如1)有氧运动是否有选择性的改善认知能力；2)心肺机能的提高是否是运动改善认知能力的必要条件；3)不同类型的运动是否倾向于改善某种认知能力，下面将从这3个方面分别展开讨论。

1.2.1 有氧运动干预是否选择性的改善认知能力

“选择性促进”观点首先是由Kramer和他的同伴于1999年提出[47]，该观点为解释不同的研究结果提供了新的视角。“选择性促进”是基于大脑额叶认知老龄化的假设[69,70]，此假设认为随着年龄的增长，大脑各区域脑组织容量的下降和神经认知功能的衰减程度是不一样的。因此，Kramer认为运动(特别是有氧运动)对于认知能力的改善也应该是有选择性的。其中特别指出，与执行控制能力相关的额叶脑区出现增龄性萎缩最为严重，因此，在运动干预中相关的认知能力改善应该最为明显。Kramer发现，经过6个月的有氧运动干预后，受试者在需要高度执行控制(Executive control)的任务中得分显著提高，而拉伸练习组的受试者干预前后表现无明显差异；此外，在不需要高度执行控制的任务中，运动干预后两组受试者的表现均未得到显著提高，该试验结果支持Kramer提出的“选择性促进”假设。在随后的研究中，Colcombe和Kramer[23]利用1966—2001年间筛选出的18篇干预试验做meta分析，结果显示，运动干预组平均效应量为0.48，是对照组的3倍。其中，运动干预对于执行控制任务的改善最为明显(Executive control task,Effect size=0.68),接下来依次是控制加工任务(Controlled processing task,Effect size=0.46),视觉空间任务(Visuospatial task，Effect size=0.43)和速度任务 (Speed task，Effect size=0.27)。Smiley-Oyen[63]以65～79岁老年人为研究对象，验证运动对于认知能力改善的“选择性促进”假设，结果显示，10个月的有氧运动和力量柔韧练习干预后，只有有氧运动能显著改善需要高度执行控制的任务表现。上述两项研究进一步的支持了“选择性促进”假设。

显然，目前的证据都显示在老年人群中，有氧运动更偏向于改善执行控制能力，神经影像技术和分子生物学的发展有助于我们进一步了解其改善机制。此外，在以后的研究中应更明确的探讨有氧运动有助于改善执行控制能力的哪个方面，以及在为更年轻的成年、青年人群中验证 “选择性促进”现象是否同样存在。

1.2.2 心肺能力增强是否是体力活动改善认知能力的必要条件

在干预对照研究中，经常将受试者随机分配到能改善心肺功能的有氧运动组和非有氧运动的拉伸组，来比较两种形式的运动是否都有利于改善认知能力[26,47]。这种设计的优点在于能有效的鉴别心肺能力的提高对于认知能力中影响的作用。但目前许多研究表明，对心肺能力提高几乎不起作用的低强度运动，如协调性训练和抗阻运动，同样对认知能力的提高有促进作用。

Ruscheweyh[61]将平均年龄为60.2岁(SD=6.4,range 50～72)的老年人随机分配到步行干预组(中强度运动)、拉伸运动组(低强度运动)和安静对照组，比较不同强度有氧运动对老年人记忆能力的影响。结果表明，中、低强度的运动均能增强记忆能力，步行组和拉伸组干预后的记忆任务得分改善均显著优于对照组，但步行组和拉伸组间无显著性差异。此外，通过MRI技术发现，自述体力活动总量(与运动强度无关)与大脑前额叶和扣带皮层(Prefrontal and cingulate cortex)的灰质体积成正相关。该研究提示，即使是对心肺功能影响较小的低强度体力活动(含日常活动)，也能影响认知能力和神经可塑性。

当选择更为年轻的成年人为受试者时，近期的一些研究报道结果也支持上述观点。Hotting[42]发现，有氧锻炼(骑自行车)和拉伸/协调性练习同样有助于成年人事件记忆能力的提高。虽然，心肺能力的提高与记忆任务得分呈正相关(r=0.29,P=0.013)，但与认知能力其它相关任务无此关联(r<0.01,P>0.05)，且心肺能力改善只能解释认知能力变异的很小一部分(8%)。其他同类研究中也得到类似结果，如Smiley-Oyen[63]的横断面调查表明，心肺能力改变仅能解释认知能力变异的8%～10%；Meta分析结果也显示，现有的数据还不足以说明运动改善认知能力归因于心肺能力提高[14,31]。

因此，虽然大多数改善认知能力的运动干预采用促进心肺功能的有氧锻炼项目，但从目前现有的证据来看，心肺功能的改变并非体力活动改善认知能力的必要条件，其只能解释认知能力变异的一小部分。

1.2.3 体力活动改善认知能力是否与运动类型有关

现有研究结果表明，非有氧运动(抗阻运动和协调性训练)同样能够抑制认知衰退和增强认知能力。因此，不同类型的运动可能会引起不同的神经过程，从而对不同的认知能力产生影响。

Liu-Ambrose[50]等发现，65岁以上的老年女性通过抗阻运动对执行能力的改变明显优于平衡和拉伸练习。对于抗阻运动的有益作用，Cassilhas[22]等在2007年已有报告，他认为抗阻运动对老年人短时记忆能力的提高，可能与外周血中胰岛素样生长因子-1(Insulin-like growth factor-1,IGF-1)的水平增高有关。为了进一步探讨其神经机制，Cassilhas[21]在随后进行的动物实验中发现，有氧运动和抗阻运动对于改变空间记忆能力的分子机制是不一样的，即有氧运动是通过调节大脑海马中的脑源性神经营养因子水平(Brain Derived Neurotrophic Factor，BDNF)，而抗阻运动则是通过调节海马中IGF-1来发挥作用。因此，研究结果提示，不同类型的运动方式可能通过引发不同的分子事件，从而有益于认知能力的不同方面。在Colcombe和Kramer的Meta分析中[23]，有氧+抗阻的综合运动方式对认知能力的改善，显著性优于单纯的有氧运动。Voelcker-Rehage[68]利用功能性核磁共振(functional MRI,fMRI)成像技术，观察到心肺训练和协调性训练通过不同的方式激活大脑。显然，以上研究结果显示，不同的运动类型可能影响不同的神经—认知功能。Hotting[42]近期的研究发现也支持该假设，有氧运动能有效提高中老年人的情景记忆表现，而拉伸练习能有效提高注意任务测试的得分。此外，在运动干预研究中，不同的运动环境可能会对干预效果产生影响。例如，步行和骑自行车等有氧运动常在户外进行，而拉伸练习常在室内进行。不同环境对于感观的不同刺激也可能会有对研究结果造成影响。

综上所述，从目前的文献报道来看，有氧运动、抗阻运动和协调性练习等不同类型的运动方式，会触发不同的神经—认知网络，从而影响不同的认知功能。

2 体力活动对认知能力影响的机制

体力活动对认知能力的有益作用已得到大量研究支持，但体力活动如何影响认知能力？研究者们从宏观(人体实验)到微观(动物实验)，再由微观指导宏观，不同角度、多层次的阐释其作用机理。

2.1 人体实验

随着科学技术的不断进步，研究者们可以通过无创的影像学技术来探究体力活动对人脑结构和功能变化的影响。

脑灰质、白质是大脑神经中枢发挥神经功能的重要部分，增龄性脑白质、灰质体积减小导致脑萎缩将引发一系列神经系统疾病，如最为典型的阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)。Colcombe[24]和他的同事征集55名55～79岁健康老年人，利用MRI来研究心肺能力与大脑灰质和白质密度减少之间的关系。结果显示，在大脑额叶、顶叶和颞叶皮层，所有受试者均表现为明显的增龄性脑组织密度减少。但有趣的是，心肺能力高者在这些区域的组织密度减少程度明显降低，这提示我们有氧运动不仅有助于提高心肺能力，同时有助于老年人脑健康。在随后的RCT研究中，Colcombe等[25]进一步验证了有氧运动对于增龄性脑萎缩的有益作用。59名60～79岁健康且无锻炼习惯的老年人，被随机分配到有氧运动组和非有氧运动组(拉伸、柔韧性训练)干预6个月，干预前后利用MRI技术估计脑灰质、白质体积变化；同时募集20名健康年轻成人作为空白对照组，不施加任何干预措施，估计6个月前后脑灰质、白质体积变化。结果显示，有氧运动组经干预后脑灰质、白质体积显著性增加，而非有氧运动组和年轻对照组中脑结构无显著性变化。这些脑结构变化的区域是控制注意和记忆等认知功能的重要脑区，如前扣带回(Anterior cingulated cortex,ACC)、辅助运动区域(Supplementary motor area,SMA)、额中回(Middle frontal gyrus)、左侧上颞叶(Left superior temporal lobe)等。研究表明，有氧运动不仅能够降低增龄性脑萎缩速度，还能改善特定区域的脑结构，从而影响认知能力。

MRI让研究者能够观察到运动对于脑结构的改变，除此之外，通过fMRI可以反映受试者在执行某项特定任务时，大脑特定区域的功能活动情况，从而能让研究者了解到运动对于大脑更为细微的变化作用——功能性改变，这种改变包括血流和能量代谢增强。Colcombe等[26]通过两个实验设计，研究老年人有氧能力与脑功能和认知能力之间的关系。实验一(横断面研究)，通过1英里步行测量41名受试者(年龄66.23±8.17岁)心肺耐力，利用中位数两分法将受试者分为高水平和低水平两组；实验二(干预研究)，29名受试者(58～77岁)随机分配到有氧运动组(健身走)和非有氧运动组(拉伸、柔韧性训练)，两个实验都采用改良的Flanker任务测试受试者注意和抑制控制能力。结果表明，结果表明，实验一中有氧能力高者和实验二中有氧运动干预组，在Flanker任务测试中有更优秀的表现，同时，大脑前额叶和顶叶皮层区域也表现出更高的任务相关功能活动状态。作者认为，有氧运动能够促进心血管健康，影响和改善衰老大脑的可塑性，并可能有助于减缓老年人体质和认知的衰老。

显然，无创性的影像技术为在人体实验中探讨运动对认知能力的影响机制提供可能，从上述研究中我们可以推测，运动可能通过改善大脑相应区域结构或改变功能活动状态来影响认知能力。此外，研究者们还尝试利用运动对于外周血液神经营养因子(例如IGF-1和BDNF)的改变来解释运动对认知影响机理。人体实验中由于要保存生命的完整性，因此，机制的探讨会存在种种不足，如影像技术只能观察到器官水平的变化，无法更加深入；而血脑屏障的存在，让外周血液神经营养因子的研究增添了不确定性，如外周血BDNF能否作用于大脑，外周血BDNF水平是否与大脑中BDNF水平相关等等。因此，人体实验外，还需通过动物实验进行更深层次的机制研究。

2.2 动物实验

在过去的十几年中，研究者们对于运动改善认知能力的细胞和分子机制开展了众多研究，其中尤其关注运动对于学习和记忆的影响机制。据目前所知，运动对于认知能力的影响主要与突触可塑性和能量代谢有关。运动改善了神经细胞突触传递效能，在这个过程中BDNF发挥着相当重要的作用，例如，BNDF介导突触前膜神经递质的释放，介导突触后膜钙离子内流产生长时程增强(Long-term potentiation，LTP)等。因为，BDNF在运动影响认知能力中的重要作用，大多数研究围绕BDNF表达及其引起的分子事件展开，下面的讨论也将以此为重点。

2.2.1 BDNF在突触可塑性中的作用

神经元之间通信的特异性接头称为突触，突触可塑性指突触的形态和功能可发生较为持久改变的特性或现象，包括突触传递可塑性和形态可塑性。LTP是突触可塑性的重要表现形式，已被公认为是学习记忆活动细胞水平的生物学基础。根据发生的时间和机制不同， LTP可分为早期LTP(early phase LTP,E-LTP)和后期LTP(late phase LTP,L-LTP)。E-LTP是指突触接受刺激后突触效能增强的时间相对较短，可维持1～2 h，仅对现有蛋白质进行修饰，不依赖于新蛋白的合成；而L-LTP引起的突触效能增加可持续8 h以上，依赖于基因转录和新蛋白的合成。

BDNF是诱发和维持LTP的重要信号分子。在大鼠海马脑切片中，加入外源性BDNF能够增强突触对于强直刺激的反应，促进LTP诱发；而当加入BDNF抗体或融合蛋白清除BDNF后，LTP减弱[33]。类似地，抑制BDNF合成造成LTP维持受损，外源性BNDF补充使得损害得以纠正[57]。当小鼠BDNF基因被敲除后，表现出严重的海马LTP诱发受损，给予重组BDNF[58]或者通过病毒介导基因转移重组BDNF基因[46]，数小时内可以修复这种因基因敲除引起的LTP诱发失调。如上所述，BDNF在调节LTP中发挥着非常重要的作用。根据目前学者的观点，BDNF参与调节LTP的作用主要包括两个方面：允许(permissive)和指导(instructive)。允许作用是指BDNF通过抑制突触疲劳，增强突触产生LTP的能力，此阶段不涉及LTP的形成。突触疲劳是指持续接受高频刺激后，兴奋性突触后电位(Excitatory postsynaptic potential，EPSP)幅度逐渐下降。如高频刺激后，维持突触前膜释放神经递质的能力。指导作用是指BDNF对高频刺激产生应答，参与LTP的形成和维持。如高频刺激后，BDNF与突触后膜受体结合后引起的一系列分子事件[19]。

2.2.2 BDNF调节LTP机制

LTP产生的过程主要涉及两方面：1)突触前膜接受刺激后释放神经递质；2)神经递质与突触后膜受体结合后打开离子通道，Ca2+内流引起膜电位变化产生LTP。BDNF对于LTP的调节，也涉及突触前膜和突触后膜两个方面。

Figurov[33]首先发现,BDNF可以抑制突触疲劳，从而为LTP产生创造有利条件。成年大鼠海马脑片BDNF高亲和力受体酪氨酸蛋白激酶B(Tyrosine receptor kinase B，TrkB)被阻断后，突触疲劳增强且LTP产生和维持受到抑制。当外源BDNF被加入到内源性BDNF表达量低的新生大鼠海马脑片时，突然疲劳减弱且LTP诱发增强。在BDNF基因敲除大鼠中，表现出显著性的突触疲劳增强，突触前终末活性区(active zone)出现的突触囊泡减少，突触囊泡相关蛋白synaptobrevin和synaptophysin含量减少等。在TrkB基因突变的小鼠中，也发现了上述类似的现象[71]。Xu[71]等还发现，当选择性的抑制突触后TrkB时，突触疲劳不受影响。可见BDNF抑制突触疲劳是通过突触前TrkB发生作用的。此外，BDNF有助于突触囊泡转运蛋白Rab3a转录，Rab3a作用于突触囊泡转运至突触前终末活性区，有助于神经递质释放[65]。由此推测，BNDF可能是通过调节突触前膜突触囊泡相关蛋白[7]，突触囊泡转运和神经递质释放[10]，来抑制突触疲劳和诱发LTP的。

突触后膜BDNF主要通过调节N-甲基-D门冬氨酸(NMDA)受体，和激活有丝分裂原激活蛋白激酶(Mitogen-activated protein kianse,MAPK)信号转导途径来调节LTP。NMDA受体是谷氨酸能的离子型受体，静息状态下Mg2+阻碍通道口，只有当突触后神经元膜去极化，移开通道口Mg2+才能引起Ca2+内流，从而形成突触后电流引发膜电位变化及Ca2+依赖的级联反应，诱发LTP。BDNF与TrkB可以促进海马突触后NMDA受体磷酸化[48]，且Lin[49]等发现，NMDA受体亚单位NR2B的磷酸化呈现BDNF剂量依赖性。此外，BDNF与TrkB结合后，能够激活MAPK信号转导途径的关键步骤——活化了cAMP反应性元件结合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)，CREB磷酸化后与cAMP反应元件(cAMP response element，CRE)结合后能增加CRE下游基因的表达，如BDNF，从而有助于LTP的维持[56]。

2.2.3 运动对BDNF影响及在突触可塑性中作用

现有大量的研究结果已表明，运动作为一种外源性刺激有助于BDNF在大脑特定区域表达，包括运动促进BDNF mRNA转录水平增高[5,16,37]，以及运动增强BDNF蛋白的合成[4,12,17]。在运动对于BDNF表达的有益作用中，强度可能是一个非常重要的影响因素。虽然，不同强度的跑台运动都能调节海马内BDNF的基因表达水平，但与对照组比较，小强度运动促进作用最强，中强度运动作用次之，大强度运动基本无变化[5]。而且，在Groves-Chapman[37]等的研究中没有发现BDNF mRNA与运动存在剂量—效应关系，即BDNF mRNA表达不依赖于大鼠自由轮转运动累积的跑动距离。运动对于BDNF表达的作用，可能与细胞能量代谢有关。Vaynman[67]通过向大鼠海马内注射1,25二羟基维生素D3(1,25-(OH)2D3,下简称D3)，抑制线粒体解偶联蛋白2(Uncoupling-protein-2，UCP2)的表达，破坏线粒体能力代谢平衡。与正常运动组相比，D3注射运动组消除了运动对海马内BDNF基因表达显著性增加的有益作用。除此之外，该研究还发现，能量代谢稳态破坏使得BDNF信号转导下游，与突触可塑性有关的磷酸化钙离子依赖的蛋白激酶(Phosphorylated Calcium calmodulin-dependent protein kinases，p-CaMK)、突触蛋白I(synapsin I)和CREB表达显著减少。结果提示，运动调节BDNF表达与能量代谢有关。

运动对于突触可塑性的调节以及对认知能力的有益作用中，细胞能量代谢稳态是关键的环境因素，而BDNF是其中发挥重要作用的信号分子。蛋白质组学研究显，示在短暂的自由运动后，由运动引起大鼠海马区域上调的蛋白质中，约有87%蛋白质功能与能量代谢(43%)和突触可塑性(44%)相关[27]。除此之外，运动还能引起神经递质释放[8]和神经递质受体表达显著增高[3,9]。上述结果提示，运动是通过调节能量代谢和突触可塑性来改善认知能力的。1周的自由运动使得大鼠学习和记忆能力增强，同时海马中与能量代谢有关的磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶(Adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)、广泛型线粒体肌酸激酶(ubiquitous mitochondrial creatine kinase，uMtCK)、UCP2,和与突触可塑性有关的BDNF基因表达上调。但是，当在大鼠海马中注射TrkB-IgG抑制BDNF作用后，使得运动引起的行为学表现增强和相关基因表达上调作用消失。结果提示，运动通过能量代谢过程对突触可塑性和认知能力发生作用，BDNF在这个过程中发挥着重要作用[35]。

由上述可知，运动可以促进海马BDNF的表达，其机制可能与细胞能量代谢有关；BDNF作为一个重要的信号分子衔接运动与突触可塑性这个过程，从而对认知能力促进发挥有益作用。

2.3 表观遗传学——运动对认知能力影响研究新视角

表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不变的情况下，基因表达了可遗传的变化，现在研究较多的表观遗传学现象主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰。现已有新的研究证据显示，表观遗传调控通过DNA甲基化/去甲基化和组蛋白去乙酰化/乙酰化修饰等共同作用，使得基因沉默或激活，调控相应蛋白的表达水平，从而在调控认知能力和情绪中发挥作用。

DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶(DNA-methyltransferase,DNMT)作用下，DNA的CpG两个核苷酸的胞嘧啶第5位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶。DNA甲基化与基因转录密切联系，现有研究发现，基因启动子区域CpG岛高甲基化将抑制相关基因的转录水平[45]。而适宜的运动作为一种良性刺激，可以使得启动子内甲基化状态发生逆转。7天的自由运动，使得成年大鼠BDNF启动子IV区的CpG位点甲基化程度从59.2%(对照组)大幅度降低至18.4%(运动组)，同时，海马区的BDNF mRNA和蛋白表达水平显著提高[36]，其机制可能与运动激活CpG甲基化结合蛋白2(Methyl-CpG-binding protein，MeCP2)有关，MeCP2能特异识别甲基化位点并与之结合抑制转录活性，当运动刺激后MeCP2发生磷酸化进而被激活并与位点脱离，导致去甲基化和转录活性增加(图1)。细胞转录受多种因素的调节，现在大多数研究认为，基因甲基化使得基因沉默，抑制基因表达。但事实上DNA甲基化是通过一个相互作用的系统对基因表达进行调控，远比想象的复杂得多。如近期研究发现[55]，老年小鼠海马区DNMT3a2表达减少，外源性补充后使得全基因组DNA甲基化水平显著增高，认知能力增强，加速记忆形成；相反地，在年轻的成年小鼠中抑制DNMT3a2表达后，出现增龄样记忆形成受损，同时发现与突触可塑性相关的活性调节细胞骨架蛋白(activity-regulated cytoskeletal protein,Arc)和BDNF基因表达减少，且与DNMT3a2水平下降相关。该研究表明,DNMT3a2在记忆形成中起到重要作用，但更重要的是，这一研究结果违背了以往认为DNA甲基化抑制转录表达的观点，提示DNA甲基化在某种条件下还可能与转录激活有关。

组蛋白乙酰化修饰，通过影响组蛋白结构和状态，从而影响基因转录活性。乙酰化程度高，组蛋白结构松散，转录活性高；乙酰化程度低，组蛋白结构紧缩，转录活性低。Fuchikami实验证明[34]，组蛋白乙酰化状态，可以调节应激后大鼠海马区BDNF转录水平。而运动能够提高组蛋白乙酰化比例，降低去乙酰化酶的基因表达水平，从而显著提高BDNF基因表达水平[36]。

图 1 运动影响突触可塑性和认知

在真核生物中基因与组蛋白结合紧密，DNA甲基化和组蛋白修饰可能通过某种联系共同作用，调节基因转录活性，而MeCP2可能就是这两种表观遗传修饰的重要连接蛋白。MeCP2可以招募组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDAC)等蛋白形成抑制复合物，与甲基化位点

结合，阻碍转录因子与启动子特定区域结合，使基因沉默[53]；MeCP2与DNA甲基化位点结合最小区域MBD2(methyl-CpG binding domain 2,MBD2)还能使TACC(Transforming-acid-coiled coil)家族成员TACC3结合到甲基化的启动子上，激活甲基化状态下的沉默基因[15]，其机制可能是MBD2与TACC3复合物，促进染色质构象变得松散，从而恢复转录活性。因此，上述研究结果提示,在CpG岛发生DNA甲基化的状态下，除了去甲基化之外，还可以通过其他途径激活沉默基因。研究结果还提示，启动子DNA甲基化不一定是基因沉默的标志，CpG甲基化结合蛋白与其他信号分子的相互作用，可能在基因选择性沉默或激活中起着关键性作用，其机制有待于进一步研究。

3 总结与展望

3.1 总结

随着科技的进步和人民生活水平的不断提高，同时带来的是静坐行为时间不断增加，而静坐行为被认为是心血管疾病、2型糖尿病、精神系统疾病的重要独立危险因素之一。因此，近年来体力活动对于认知能力的影响成为运动科学、心理学和老年医学等学科的热门研究领域之一，多角度、多层次的研究取得了不少的研究成果，总结如下：

第一，无论有氧运动，或是拉伸练习、抗阻运动等非有氧运动，都对认知能力产生积极作用。提示我们在运动实践中，应多种运动方式相互交替，既可以对认知能力的不同方面产生有益作用，又能够保证运动的可持续性。

第二，体力活动对于认知能力的有益作用，在老年人中主要体现为抑制或缓解增龄性认知能力衰减。提示老年人应从事规律性的体力活动，以维持一定水平的认知能力从而保证生命后期的生活质量和延长寿命。

第三，体力活动对认知能力的有益作用，其分子机制主要与突触可塑性和能量代谢有关。其中神经营养因子BDNF在体力活动对认知能力促进作用中发挥着重要作用。

第四，DNA甲基化和组蛋白乙酰化等表观遗传修饰，在体力活动对认知能力积极作用的分子机制中发挥着重要调控作用。通过DNA甲基化或组蛋白乙酰化等修饰失活或激活下游靶基因，从而控制基因表达，进而影响相关蛋白的生物学效应。

3.2 未来研究展望

1.进一步研究明确不同运动方式主要影响认知能力的哪一方面。前期研究提示，有氧运动和非有氧运动可能会触发不同的神经—认知网络，从而使不同类型的运动更倾向于改善认知能力的某一方面，进一步明确不同运动类型的作用偏向，将使研究结果在体育锻炼实践中更具指导意义。如老年人主要表现为增龄性记忆能力减退，何种运动形式引发的分子事件可能更有益于改善记忆能力下降，应鼓励老年人多进行此类运动。同样的，对于其他不同年龄层次的人群也可以针对性的选择合适的运动形式，来促进所需要的认知能力的发展。

2.进一步研究体力活动对于除老年人以外的，其他年龄层次人群的认知能力影响。现阶段的研究主要集中于50岁及以上的老年人群，该人群认知能力发展处于由高峰转向增龄性衰减的过程。因此，研究中较容易判断体力活动作为干预因素，对老年人认知能力衰减是否起到抑制和保护作用。但体力活动是否对于认知能力的获得同样起到积极作用，需要对更为年轻的人群进行研究，甚至应该从认知能力高速发展的儿童阶段开始进行长时间的跟踪研究。丰富体力活动对各年龄层次的效应研究，从而能勾画出以年龄为横坐标，体力活动改善认知能力效应量为纵坐标的曲线图，从而了解体力活动有益作用随年龄变化的趋势。

3.进一步探讨体力活动改善认知能力的分子机制。现有研究已表明，其机制与突触可塑性和能量代谢稳态有关，而且BDNF在其中发挥着重要作用。类似于其它神经营养因子，成熟型脑源性神经营养因子(mature BDNF,mBDNF)是由脑源性神经营养因子前体蛋白(pro-BDNF)转化而来，以往认为pro-BDNF只是中间体并没有生物学功能，但近来研究表明，pro-BDNF不仅仅是mBDNF的前体形式，同时还能分泌到细胞外并发挥与mBDNF不同的生物学功能[38]，如促进长时程抑制(Long-term depression,LTD)的形成。鉴于以上原因，在今后评价BDNF生理功能及其在相关分子机制中的作用时，有必要将BDNF不同亚型(pro-BDNF和mBDNF)区分开来。目前为止，在体力活动对认知能力影响的机制研究中，尚未见BDNF不同亚型在其中发挥生物学效应的报道。

4.进一步探讨体力活动对于认知能力影响的表观遗传学机制。DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传修饰现象，对研究体力活动对于认知能力影响的机制提供了新的视角和思路。动物实验结果表明，表观遗传修饰可能通过影响突触可塑性等相关蛋白的表达影响认知能力。受此启发，人类精神病学研究发现，外周血液中BDNF启动子甲基化修饰不仅与精神分裂症疾病密切相关[43]，还可以作为判断自杀倾向和抑郁症治疗效果的标志物[44]。那么在体力活动对认知能力影响的人群实验中，外周血突触可塑性相关蛋白的表观遗传修饰是否也是具有特殊意义的标志物，甲基化及乙酰化修饰程度对突触可塑性相关蛋白表达的影响比重，以及关键蛋白MeCP2在甲基化及乙酰化修饰中起到的重要调控作用等都值得进一步研究探讨。

[1]蔡淑兰，雷鹏琼，张新平，等.运动锻炼对老年慢性阻塞性肺疾病患者记忆功能的影响[J].中国老年学杂志,2012,32(17):3626-3627.

[2]傅经明，孙寿丹，庞伟，等.老年人体力活动水平与认知功能的相关性[J].中国慢性病预防与控制， 2013,21(1):22-25.

[3]黄涛，夏志，徐波.强制性跑台训练对大鼠海马NR1和NR2BmRNA表达及学习记忆能力的影响[J].天津体育学院学报，2009,(4):361-365.

[4]刘娜.游泳运动改善衰老大鼠记忆及BDNF、CD11和IL-6的表达[D].太原：山西医科大学,2012.

[5]娄淑杰，刘瑾彦，陈佩杰.不同强度运动对幼龄大鼠海马组织BDNF及NMDA R1 mRNA表达的影响[J].第二军医大学学报,2007(08):916-918.

[6]孙剑，陈平.有氧运动综合干预对肥胖青少年认知能力的影响研究[J].武汉体育学院学报,2013,47(1):95-100.

[7]吴蓓.海马神经元中的突触发育机制：1.BDNF诱导的突触前的快速成熟机制;2.GABA能突触的突触前和突触后发育过程比较[D].上海：中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所,2005.

[8]徐波，季浏，林龙年，等.游泳训练对大鼠学习记忆和脑内神经递质的影响[J].中国运动医学杂志， 2004,23(3):261-265.

[9]张莉，于玮，韩太真，等.不同训练方式建立大鼠空间记忆后海马结构NMDA受体表达的变化[J].生理学报,2006,58(5):442-448.

[10]张子韬.BDNF 信号通路调节神经元突触形成及递质释放的机制研究[D].南京：南京医科大学,2013.

[11]ABERG M A，PEDERSEN N L，TOREN K，etal.Cardiovascular fitness is associated with cognition in young adulthood[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2009,106(49):20906-20911.

[12]ALOMARI M A，KHABOUR O F，ALZOUBI K H，etal.Forced and voluntary exercises equally improve spatial learning and memory and hippocampal BDNF levels[J].Behav Brain Res,2013,247:34-39.

[13]ANDEL R，CROWE M，PEDERSEN N L，etal.Physical exercise at midlife and risk of dementia three decades later:a population-based study of Swedish twins[J].J Gerontol A Biol Sci Med Sci，2008,63(1):62-66.

[14]ANGEVAREN M，AUFDEMKAMPE G，VERHAAR H J，etal.Physical activity and enhanced fitness to improve cognitive function in older people without known cognitive impairment[J].Cochrane Database Syst Rev,2008(2):D5381.

[15]ANGRISANO T，LEMBO F，PERO R，etal.TACC3 mediates the association of MBD2 with histone acetyltransferases and relieves transcriptional repression of methylated promoters[J].Nucleic Acids Res,2006,34(1):364-372.

[16]BECHARA R G，KELLY A M.Exercise improves object recognition memory and induces BDNF expression and cell proliferation in cognitively enriched rats[J].Behav Brain Res,2013,245:96-100.

[17]BERCHTOLD N C，CHINN G，CHOU M，etal.Exercise primes a molecular memory for brain-derived neurotrophic factor protein induction in the rat hippocampus[J].Neuroscience,2005,133(3):853-861.

[18]BLUMENTHAL J A，EMERY C F，MADDEN D J，etal.Long-term effects of exercise on psychological functioning in older men and women[J].J Gerontol,1991,46(6):352-361.

[19]BRAMHAM C R，MESSAOUDI E BDNF function in adult synaptic plasticity:the synaptic consolidation hypothesis[J].Prog Neurobiol,2005,76(2):99-125.

[20]CASPERSEN C J，POWELL K E，CHRISTENSON G M.Physical activity,exercise,and physical fitness:definitions and distinctions for health-related research[J].Public Health Rep,1985,100(2):126-131.

[21]CASSILHAS R C，LEE K S，FERNANDES J，etal.Spatial memory is improved by aerobic and resistance exercise through divergent molecular mechanisms[J].Neuroscience,2012,202:309-317.

[22]CASSILHAS R C，VIANA V A，GRASSMANN V，etal.The impact of resistance exercise on the cognitive function of the elderly[J].Med Sci Sports Exe,2007,39(8):1401-1407.

[23]COLCOMBE S，KRAMER A F.Fitness effects on the cognitive function of older adults:a meta-analytic study[J].Psychol Sci,2003,14(2):125-130.

[24]COLCOMBE S J，ERICKSON K I，RAZ N，etal.Aerobic fitness reduces brain tissue loss in aging humans[J].J Gerontol A Biol Sci Med Sci，2003,58(2):176-180.

[25]COLCOMBE S J，ERICKSON K I，SCALF P E，etal.Aerobic exercise training increases brain volume in aging humans[J].J Gerontol A Biol Sci Med Sci,2006,61(11):1166-1170.

[26]COLCOMBE S J，KRAMER A F，ERICKSON K I，etal.Cardiovascular fitness,cortical plasticity,and aging[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2004,101(9):3316-3321.

[27]DING Q，VAYNMAN S，SOUDA P，etal.Exercise affects energy metabolism and neural plasticity-related proteins in the hippocampus as revealed by proteomic analysis[J].Eur J Neurosci,2006,24(5):1265-1276.

[28]DUSTMAN R，EMMERSON R，SHEARER D.Physical activity,age,and cognitive-neuropsychological function[J].J Aging Phys Activity,1994,2(2):143-181.

[29]ERICKSON K I，VOSS M W，PRAKASH R S，etal.Exercise training increases size of hippocampus and improves memory[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(7):3017-3022.

[30]ETGEN T，SANDER D，HUNTGEBURTH U，etal.Physical activity and incident cognitive impairment in elderly persons:the INVADE study[J].Arch Intern Med,2010,170(2):186-193.

[31]ETNIER J L，NOWELL P M，LANDERS D M，etal.A meta-regression to examine the relationship between aerobic fitness and cognitive performance[J].Brain Res Rev,2006,52(1):119-130.

[32]ETNIER J L，SALAZAR W，LANDERS D M，etal.The influence of physical fitness and exercise upon cognitive functioning:A meta-analysis.[J].J Sport Exe Psychol,1997,19(3):249-277.

[33]FIGUROV A，POZZO-MILLER L D，OLAFSSON P，etal.Regulation of synaptic responses to high-frequency stimulation and LTP by neurotrophins in the hippocampus[J].Nature,1996,381(6584):706-709.

[34]FUCHIKAMI M，YAMAMOTO S，MORINOBU S，etal.Epigenetic regulation of BDNF gene in response to stress[J].Psychiatry Investig,2010,7(4):251-256.

[35]GOMEZ-PINILLA F，VAYNMAN S，YING Z.Brain-derived neurotrophic factor functions as a metabotrophin to mediate the effects of exercise on cognition[J].Eur J Neurosci,2008,28(11):2278-2287.

[36]GOMEZ-PINILLA F，ZHUANG Y，FENG J，etal.Exercise impacts brain-derived neurotrophic factor plasticity by engaging mechanisms of epigenetic regulation[J].Eur J Neurosci,2011,33(3):383-390.

[37]GROVES-CHAPMAN J L，MURRAY P S，STEVENS K L，etal.Changes in mRNA levels for brain-derived neurotrophic factor after wheel running in rats selectively bred for high- and low-aerobic capacity[J].Brain Res,2011,1425:90-97.

[38]HASHIMOTO K.Brain-derived neurotrophic factor as a biomarker for mood disorders:an historical overview and future directions[J].Psy Clin Neurosci,2010,64(4):341-357.

[39]HASSMEN P，CECI R，BACKMAN L.Exercise for older women:a training method and its influences on physical and cognitive performance[J].Eur J Appl Phys Occup Phys,1992,64(5):460-466.

[40]HAWKINS H L，KRAMER A F，CAPALDI D.Aging,exercise,and attention[J].Psychol Aging,1992,7(4):643-653.

[41]HILL R D，STORANDT M，MALLEY M.The impact of long-term exercise training on psychological function in older adults[J].J Gerontol,1993,48(1):12-17.

[42]HOTTING K，REICH B，HOLZSCHNEIDER K，etal.Differential cognitive effects of cycling versus stretching/coordination training in middle-aged adults[J].Health Psychol,2012,31(2):145-155.

[43]IKEGAME T，BUNDO M，SUNAGA F，etal.DNA methylation analysis of BDNF gene promoters in peripheral blood cells of schizophrenia patients[J].Neurosci Res,2013,77(4):208-214.

[44]KANG H J，KIM JM，LEE J Y，etal.BDNF promoter methylation and suicidal behavior in depressive patients[J].J Affect Disord,2013,151(2):679-685.

[45]KARPOVA N N.Role of BDNF epigenetics in activity-dependent neuronal plasticity[J].Neuropharmacol,2014,76 Pt C:709-718.

[46]KORTE M，GRIESBECK O，GRAVEL C，etal.Virus-mediated gene transfer into hippocampal CA1 region restores long-term potentiation in brain-derived neurotrophic factor mutant mice[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1996,93(22):12547-12552.

[47]KRAMER A F，HAHN S，COHEN N J，etal.Ageing,fitness and neurocognitive function[J].Nature,1999,400(6743):418-419.

[48]LEVINE E S，CROZIER R A，BLACK I B，etal.Brain-derived neurotrophic factor modulates hippocampal synaptic transmission by increasing N-methyl-D-aspartic acid receptor activity[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1998,95(17):10235-10239.

[49]LIN S Y，WU K，LEVINE E S，etal.BDNF acutely increases tyrosine phosphorylation of the NMDA receptor subunit 2B in cortical and hippocampal postsynaptic densities[J].Brain Res Mol Brain Res,1998,55(1):20-27.

[50]LIU-AMBROSE T，NAGAMATSU L S，GRAF P，etal.Resistance training and executive functions:a 12-month randomized controlled trial[J].Arch Intern Med,2010,170(2):170-178.

[51]MADDEN D J，BLUMENTHAL J A，ALLEN P A，etal.Improving aerobic capacity in healthy older adults does not necessarily lead to improved cognitive performance[J].Psychol Aging,1989,4(3):307-320.

[52]MOUL J L，GOLDMAN B，WARREN B.Physical activity and cognitive performance in the older population.[J].J Aging Phy Activity,1995,3(2):135-145.

[53]NAN X，NG H H，JOHNSON C A，etal.Transcriptional repression by the methyl-CpG-binding protein MeCP2 involves a histone deacetylase complex[J].Nature,1998,393(6683):386-389.

[54]NIEDERER I，KRIEMLER S，GUT J，etal.Relationship of aerobic fitness and motor skills with memory and attention in preschoolers (Ballabeina):a cross-sectional and longitudinal study[J].BMC Pediatr,2011,11:34-42.

[55]OLIVEIRA A M，HEMSTEDT T J，BADING H.Rescue of aging-associated decline in Dnmt3a2 expression restores cognitive abilities[J].Nat Neurosci,2012,15(8):1111-1113.

[56]PANG P T，LU B.Regulation of late-phase LTP and long-term memory in normal and aging hippocampus:role of secreted proteins tPA and BDNF[J].Ageing Res Rev,2004,3(4):407-430.

[57]PANG P T，TENG H K，ZAITSEV E，etal.Cleavage of proBDNF by tPA/plasmin is essential for long-term hippocampal plasticity[J].Sci,2004,306(5695):487-491.

[58]PATTERSON S L，ABEL T，DEUEL T A，etal.Recombinant BDNF rescues deficits in basal synaptic transmission and hippocampal LTP in BDNF knockout mice[J].Neuron,1996,16(6):1137-1145.

[59]RICHARDS M，HARDY R，WADSWORTH M E.Does active leisure protect cognition? Evidence from a national birth cohort[J].Soc Sci Med,2003,56(4):785-792.

[60]ROVIO S，SPULBER G，NIEMINEN L J，etal.The effect of midlife physical activity on structural brain changes in the elderly[J].Neurobiol Aging,2010,31(11):1927-1936.

[61]RUSCHEWEYH R，WILLEMER C，KRUGER K，etal.Physical activity and memory functions:an interventional study[J].Neurobiol Aging,2011,32(7):1304-1319.

[62]SIBLEY B，ETNIER J.The relationship between physical activity and cognition in children:a meta-analysis.[J].Pediatric Exe Sci,2003,15(3):243-256.

[63]SMILEY-OYEN A L，LOWRY K A，FRANCOIS S J，etal.Exercise,fitness,and neurocognitive function in older adults:the "selective improvement" and "cardiovascular fitness" hypotheses[J].Ann Behav Med,2008,36(3):280-291.

[64]STROTH S，HILLE K，SPITZER M，etal.Aerobic endurance exercise benefits memory and affect in young adults[J].Neuropsychol Rehabil，2009,19(2):223-243.

[65]THAKKER-VARIA S，ALDER J，CROZIER R A，etal.Rab3A is required for brain-derived neurotrophic factor-induced synaptic plasticity:transcriptional analysis at the population and single-cell levels[J].J Neurosci，2001,21(17):6782-6790.

[66]TSANKOVA N M，BERTON O，RENTHAL W，etal.Sustained hippocampal chromatin regulation in a mouse model of depression and antidepressant action[J].Nat Neurosci,2006,9(4):519-525.

[67]VAYNMAN S，YING Z，WU A，etal.Coupling energy metabolism with a mechanism to support brain-derived neurotrophic factor-mediated synaptic plasticity[J].Neurosci,2006,139(4):1221-1234.

[68]VOELCKER-REHAGE C，GODDE B，STAUDINGER U M.Cardiovascular and coordination training differentially improve cognitive performance and neural processing in older adults[J].Front Hum Neurosci,2011,5:26.

[69]WEST R.In defense of the frontal lobe hypothesis of cognitive aging[J].J Int Neuropsychol Soc,2000,6(6):727-729,730.

[70]WEST R L.An application of prefrontal cortex function theory to cognitive aging[J].Psychol Bull,1996,120(2):272-292.

[71]XU B，GOTTSCHALK W，CHOW A，etal.The role of brain-derived neurotrophic factor receptors in the mature hippocampus:modulation of long-term potentiation through a presynaptic mechanism involving TrkB[J].J Neurosci,2000,20(18):6888-6897.

ResearchAdvancementofPhysicalActivityEffectonCognitiveAbilityandItsMechanism

QUAN Ming-hui1,2,CHEN Pei-jie1,WANG Ru1,ZHANG Han-bin1,ZHANG Jia-yi1,ZHANG Jin-ming3,HE Xiao-long1,ZHAO Guang-gao4,ZHANG Qiu-hai2

An increasing number of studies have been confirmed for the beneficial effects of physical activity on cognitive ability.This paper firstly illustrates the impact of physical activity on cognitive ability from the observational study of cross-sectional and longitudinal,and then summarizes the characteristics of physical activity effect on cognitive ability from randomized controlled trials,explores possible mechanisms for the physical activity effect on cognitive ability from the human body to the animal experiments.Especially in recent years,along with the development of epigenetics research provides a new theory and perspective to explore the molecular mechanism.Finally,the author summarizes the study results consistent with the existing researches,refines its practical guiding significance in the life,analyzes their defects and breakthrough point,and hopes to provide some ideas for the future research.

physicalactivity;cognitiveability;mechanism

1000-677X(2014)09-0056-10

2014-04-08；

：2014-08-06

上海市优秀学术带头人计划(12XD1404500)；上海市科委资助项目(13490503500)；国家体育总局重点研究领域攻关课题资助项目(2012B036)； 上海市地方高校大文科研究生学术新人培育计划项目(xsxr2013026)；上海戏剧学院青年教师科研项目(STAGP13042)。

全明辉(1982-)，男，广西桂林人，助理研究员，在读博士研究生，主要研究方向为青少年体质健康，Tel:(021)34225401,E-mail:quanminghui@163.com；陈佩杰(1962-)，男，浙江舟山人，教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为运动免疫学与青少年体质，E-mail:Chenpeijie@sus.edu.cn；王茹(1976-)，女，上海人，副教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为运动免疫学，运动分子生物学，E-mail:zhuangjiesh@163.com。

1.上海体育学院，上海 200438；2.上海戏剧学院，上海 201102；3.泰山医学院，山东 泰安 271016；4.南昌大学，江西 南昌 330031 1.Shanghai University of Sport,Shanghai 200438，China；2.Shanghai Theatre Academy,Shanghai 201102，China；3.Taishan Medical University,Tai'an 271016，China；4.Nanchang University,Nanchang 330031，China.

G804.8

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