身体活动对老年人认知和脑功能的影响

蒋长好 陈婷婷 石长地

(首都体育学院脑科学与运动实验室 国家体育总局运动能力评价与研究综合实验室，北京 100191)

身体活动对老年人认知和脑功能的影响

蒋长好 陈婷婷1石长地1

(首都体育学院脑科学与运动实验室 国家体育总局运动能力评价与研究综合实验室，北京 100191)

身体活动；认知功能；老化；脑成像

老化不仅是身体衰老过程，更是心理的衰退过程，其中认知功能的老化表现最明显且影响最大，它不仅会降低老年人的生活质量，甚至会干扰其日常生活。自从上世纪七十年代之后，身体活动促进老年人认知功能研究日益受到重视。当前，身体活动减缓认知下降、提高执行功能、促进老年人脑的神经生长和降低老年痴呆风险等问题逐渐成为研究焦点。

1 身体活动促进认知功能

1.1 身体活动减缓认知下降 关于身体活动降低执行功能的老化问题始于Spirduso〔1〕的开创性研究，研究者以老年运动员和普通的退休老年人为研究对象，以反应速度作为认知评定指标，通过比较两个群体的简单反应时来确定二者的认知加工速度差异，研究发现老年运动员比退休老年人有更快的反应速度。Spirduso〔1〕的研究结果引发了研究的热潮，一些横断研究发现，积极参与身体活动的老人比久坐少动的老人的认知表现更好，而且与年轻人的认知表现差异更小。Dustman等〔2〕采用事件相关电位(ERP)技术，对参与有氧锻炼和久坐少动的老年人及年轻人ERP的P3成分做了比较。发现与年轻人相比，老年人的P3潜伏期更长，但是长期参与有氧锻炼的老年人和年轻人的P3差异更小，而且参与有氧锻炼的老年人比久坐少动的老年人P3潜伏期更短，P3潜伏期更短反映认知加工更快，表明有氧锻炼助于缓冲年龄相关的认知下降。

不仅如此，一些干预研究证明了身体活动对老年人认知功能下降的缓冲作用。Muscari等〔3〕将120名健康老年人随机分配到锻炼组与控制组中，锻炼组参加为期12个月、每周3 h的有氧锻炼的指导课程，锻炼干预前后评估被试的认知功能。研究发现，有氧锻炼有效地降低了健康老年人认知下降的速度。

还有研究发现身体活动水平降低对执行控制的消极影响。Rogers等〔4〕对90名老人4年间的身体活动水平和认知功能变化做了追踪分析，发现那些身体活动水平降低的被试脑血流减少，并且认知功能降低。这一研究从反面证实了身体活动水平对老年人认知的作用。

1.2 身体活动预测认知表现 一些研究者聚焦于身体活动者先前的身体活动水平对此后若干年的认知状态的预测作用。Barnes等〔5〕采用主观报告和客观的心肺体能测量相结合的方法，对349名年龄超过55岁的老人进行了追踪研究。6年后的认知重测发现，基线检测时体能水平更高的老人，其认知测试成绩也更高。由于体能与长期锻炼有关，长期锻炼能对老人的认知功能有一定的预测作用。

一些研究者甚至将锻炼的时间追溯到童年期，也发现早期身体活动对老年的认知保护作用。Middleton等〔6〕让9 344名老年女性报告自己在10岁、30岁、50岁左右以及老年阶段的身体活动情况，并进行了认知检测。那些自我报告在任何一个阶段都参加身体活动，特别是在10 岁左右就参加身体锻炼的老年女性，出现认知损伤的风险更小。

干预研究同样发现早期身体活动对此后较长时间内的认知功能状态的预测作用。Yaffe等〔7〕以5 925名每周作街区步行锻炼的老年妇女为研究对象，考察了他们的锻炼频率与认知表现的动态关系，发现老人每周作街区步行的次数，可以预测6～8年后的认知功能状态，身体活动基线水平更高的老人6～8年后认知水平下降更小。

1.3 身体活动对认知功能的选择性影响 身体活动对认知表现的促进有着选择性影响，即对于需要更大量执行功能的认知任务，身体活动的促进作用更大。执行功能又称执行控制，一般是指高级或元认知功能，它管理着其他认知功能、情绪调节和注意，为意识行为和目标行为服务〔8〕。Colcombe等〔9〕的一项元分析发现，运动对老年人的认知功能有积极的影响，而且运动对认知功能的影响具有选择性，其中对执行控制功能的影响最大。有氧锻炼的强度和控制认知发展的大脑神经电活动的改变相关联，有氧锻炼更多的个体在认知任务引发的P3波幅更大、潜伏期更短。Hillman等〔10〕按有氧锻炼的参与水平将老年人分为高、中、低有氧锻炼组，比较了3组被试的一项执行控制任务成绩。P3潜伏期随有氧锻炼参与水平增加而降低，较之低有氧锻炼组，高、中有氧锻炼组在完成执行控制任务过程中P3波幅增强。鉴于P3潜伏期降低反映认知加工更快，P3波幅增强反映注意资源分配扩大，上述结果提示，更多的有氧锻炼参与，更有益于老人的某些执行控制过程。

1.4 身体活动降低老年痴呆风险 老年痴呆通常伴有认知特别是执行功能损害。身体活动更多的被试更少可能罹患老年痴呆。Larson等〔11〕对1 740名65岁以上的老人每周锻炼(如步行、骑自行车和游泳)的参与次数进行了追踪研究，6.2年后的随访发现，其中158名被试已发展为痴呆。对老人的年龄、性别和用药情况作了控制分析，发现在最初评估中，每周锻炼超过3次的老人，比低于这一锻炼频率的老人更少可能罹患痴呆；Abbott等〔12〕具体分析了步行对痴呆的影响，对2 257名71～93岁被试每天步行的距离做了4.7年跟踪记录，采用一般认知功能测验考察认知下降，同时进行痴呆评估，并对认知能力、教育水平等变量作了控制，发现步行速度、距离与低痴呆风险相关联，身体活动多的老人中没有发现痴呆者。

一些研究者还分析了中年时期的身体活动与老年时期的认知功能、老年痴呆风险之间的关系。如Chang等〔13〕的一项研究依据4 945名老人每周的身体活动时间，将他们分为不锻炼组、每周锻炼时间≤5 h组以及每周锻炼时间>5 h组。与不参加锻炼的老人相比，参加锻炼的老人在26年后仍然有较快的加工速度、较好的记忆力以及执行功能，其中每周锻炼时间>5 h的老人认知表现最好。中年时期适度的身体活动可能对保护老年期的认知功能有益，并且可能降低罹患老年痴呆风险。

2 身体活动促进大脑可塑性

关于身体活动对老年人的认知功能影响，研究者还结合脑成像技术如磁共振成像(MRI)和ERP做了考察。研究主要集中于身体活动对老年人脑结构和功能的影响。

2.1 身体活动影响脑结构 认知特别是执行功能和额叶活动密切相连。Colcombe等〔14〕将老人随机指派到有氧干预组或无氧干预组，并以大学生作控制组。有氧干预组在6个月的有氧干预中，每周走3 d，每天1 h，无氧干预组做拉伸和力量训练等无氧运动。结果显示，有氧干预组额叶和颞叶的灰质容量增加，大脑前部的白质容量增加，而无氧组和控制组的容量没有增加。Rovio等〔15〕调查了中年人的身体活动情况，21年后进行重测，两次均评估大脑体积、大脑灰质密度以及脑白质病变。结果发现，与中年时久坐少动的人相比，中年时参加身体锻炼的人在晚年时的脑体积较大。积极参加身体活动人大脑灰质体积也较大。大脑灰质密度的区别主要存在于额叶。

尽管上述研究结果不尽相同，但都证实了身体活动特别是有氧运动对大脑容量的影响。

2.2 身体活动影响脑功能 与年轻人相比，老年人在认知任务中的脑激活更低〔16，17〕。对此有两种不同的解释，一是老年化导致神经资源的不可逆转损失，另一解释是老年具有所需的资源但不能充分募集。已有研究结论支持第二种解释。如Colcombe等〔18〕考察了6个月的体能干预项目对脑认知功能的影响，发现有氧锻炼不仅能促进体能提高，也会对老年人脑的功能整合起着积极影响。也有ERP研究比较了不同身体活动参与水平和不同体能水平的老人与年轻控制组被试的认知表现，并结合溯源分析结果，考察身体活动对脑功能的影响。Themanson等〔19〕分析了不同被试在错误行动情况下，认知冲突评价引发的反应监控差异。参与身体活动更多的老年人及高体能的年轻人，认知活动中错误反馈引发的ERP错误关联负波(ERN)的波幅更小，ERN产生于前扣带回尾部〔20〕。表明身体活动更多或体能更好有益于认知过程，这些认知促进效应与认知过程中抑制与监控能力更强相关联。

综上，身体活动特别是有氧运动有助于引发脑容量、脑功能激活等的变化，老年人的认知功能可以通过身体活动得以提高，甚至在一定程度上有所逆转。

3 总结和展望

身体活动对老年人认知和脑功能整合起着积极的作用，改善有氧体能的身体活动尤其是长期有氧锻炼对执行控制任务特别有益。尽管身体活动促进认知和脑功能的研究取得许多令人鼓舞的成果，但总体而言，这方面的研究尚处于初始阶段，仍有诸多问题需要进一步考察。

3.1 身体活动影响认知的中介变量控制 元分析表明，身体活动影响认知活动过程中，有一些其他中介变量发生作用。一是锻炼强度。有研究比较不同的锻炼强度对老年人认知的影响，发现中等强度的有氧锻炼更有益于促进老人的执行功能〔21〕，但也有研究发现，高强度的有氧锻炼更利于提高老人的执行功能〔22〕；二是锻炼方式。太极拳锻炼较之于西方的有氧、阻力和柔韧性等锻炼方式，更有益于某些方面的执行功能〔23〕，但也有研究发现，太极拳锻炼对老年人认知的促进作用不明显〔24〕；三是认知评估的时间。有研究比较急性锻炼前后13个时间点的认知任务成绩。锻炼后即刻的测量发现，锻炼对某类认知的促进效应，然而其他时间点上并没有这一效应〔25〕。上述中介变量的不同，易于导致研究结果的差异和不同研究比较的困难。因此，未来研究需在多因素的框架下操纵和测量不同的中介变量，以利于得到更为准确的结果。

3.2 老年痴呆和脑皮层变化与基因及身体活动的关联 当前一些研究者开始关注身体活动和某些基因特征的关联，有研究发现，具有某种等位基因的人罹患老年痴呆和脑功能失调的风险更大，基因变异如脑源性神经营养因子基因，其蛋白质和信使RNA浓度受身体活动影响，这是决定身体活动干预的认知功效和脑皮层变化的关键因素〔26～28〕。但是，与基因特征相关的有氧锻炼的认知促进效果仍是一个未知的问题。那些最易于从有氧锻炼中获益的人与很难从有氧锻炼中获益的人相比，其基因特征有哪些不同，有待于进一步研究。

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〔2013-09-14修回〕

(编辑 安冉冉/张 慧)

国家特殊需求博士人才培养项目(2013、2014)；教育部人文社科项目(11YJA190008)；北京市科技平台项目(PXM2013_014206_000058；PXM2015_014206_000048);北京市社会科学项目(13ZHB008)

石长地(1966-)，男，博士，硕士生导师，主要从事运动脑成像研究。

蒋长好(1966-)，男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事运动脑成像研究。

B489；B842

A

1005-9202(2015)12-3445-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2015.12.128

1 首都师范大学心理系