运动与脑的可塑性发展研究

张程谢琛 孙景超

摘 要：近年来，脑的可塑性研究迅速发展，已成为多学科研究的热点和前沿。文章探讨了运动影响大脑的可塑性机制，运动通过分子和细胞水平影响大脑，在各个年龄阶段对大脑的可塑性都有正向影响。研究表明，运动对大脑可塑性有积极影响，这是运动对人体的另一种积极影响；不同的运动方式对大脑可塑性有不同影响，具有区域性；除了年龄阶段之外，运动诱发的大脑可塑性也与年龄有关，锻炼时间。

关键词：运动 脑的可塑性 认知神经科学

中图分类号：G804 文献标识码：A 文章编号：2095-2813（2018）11（b）-0011-02

人脑的可塑性是指人脑的结构和功能随着内外环境的变化而不断变化和重建[1，2]。全面认识大脑的可塑性，对于保护大脑，科学利用大脑，充分发挥大脑的可塑性具有重要意义。近年来，运动与脑的可塑性已经成为科学研究领域的一个热门话题。运动可以从宏观上改善大脑的系统水平，从微观上改变大脑的细胞水平和分子水平。

1 运动与脑的可塑性研究进展

大脑是自然界中最复杂的系统。脑的可塑性是一个动态的过程，它受到经验与发展的相互作用的影响。运动和脑可塑性的研究可以在细胞和分子两个不同的水平进行。

1.1 分子水平的脑可塑性

体育锻炼对大脑可塑性的影响也可以追溯到相关分子的表达。瓦恩曼等研究发现，运动增加老年和痴呆患者脑源性神经的产生和分泌，同时降低IGF-1水平。体育锻炼对海马神经发生、血管生成和脑损伤康复有直接影响。运动不仅增加了脑内BDNF的水平，提高了CREB的水平。CREB是突触可塑性的关键转录因子，CREB部分调节突触可塑性和神经元存活率。运动对CRB的影响可能与脑活性氧（ROS）的变化有关，ROS是生物氧代谢的副产物。ROS处理6h后，CREB活性升高，24h后CREB和CREBMRNA水平显著降低（P<0.05）。总之，运动对大脑的可塑性有不同程度的积极作用，并且不同程度的大脑可塑性也不同，它们为进一步利用运动技术来保护和开发人脑提供了坚实的科学基础。

1.2 细胞水平的脑可塑性

神经发生是脑细胞可塑性的主要表现形式之一。神经发生在成年中枢神经系统中仍然存在。而齿状回仍然存在产生新神经元的能力。运动可促进齿状回神经细胞和神经干细胞的存活和分化，促进神经发生。笔者和其他人，探讨主动运动（跑步机训练）对成年小鼠神经发生的影响。结果表明：平板运动可促进成年小鼠齿状回亚颗粒细胞的分化和新细胞的生长。突触可塑性也是脑细胞可塑性的主要表现，突触可塑性以材料传递和结构可塑性为特征，突触结构的可塑性是指突触连接的产生，生和突觸的形态发生。突触可塑性是多突触活动后突触传递效率的促进或抑制。研究发现，运动可以通过改变突触结构、线粒体结构和突触数目来实现突触结构的可塑性。提示运动训练可促进突触结构的可塑性。

2 不同年龄运动对大脑可塑性的影响

人类进步的各个阶段都有一定程度的可塑性。经过第三、二十年的这个周期我们从三个阶段解构了运动对大脑可塑性的影响：发育阶段（20岁前）、成人阶段（20～60岁）和老年阶段（60岁之后）。

2.1 发育期

运动对大脑发育过程中的可塑性有积极的影响，没有“天花板效应”。采用侧翼任务法评价五年级儿童的执行功能，采用心理测量技术和功能磁共振成像（FMRI）技术比较中等有30min后有氧运动和脑激活。结果表明，短时间中等强度有氧运动能使儿童大脑活动模式发生积极的变化。值得注意的是，在发育过程中，运动对大脑可塑性的积极影响可能导致更紧密的相互连接的大脑网络，其中当一个区域受损时，其他大脑区域可以更积极地进行补偿。因此，认知障碍较少，即所谓的脑储备。例如，塞尔吉奥等人选用21日老年雄性Wistar大鼠进行平板运动39d，90d后检测其癫痫易感性。结果表明，运动干预可改变成年癫痫的易感性，改善脑功能。迪克等人对65岁以上的1200人进行了基于人群的前瞻性研究。通过回顾15～25岁之间的每个人的体育锻炼习惯，DIK等发现老年人体力活动的发展与认知能力呈正相关。

2.2 成年期

传统上，大脑在创伤末期形成或恢复的能力在青春期结束时是有限的。然而，近年来，这一观点被越来越多的研究者认为是“成人可塑性”的反驳。锻炼对成年人的大脑也是可塑的。例如，研究平板运动对成年小鼠神经发生的影响结果表明，面板试验可促进成年小鼠齿状回颗粒细胞神经干细胞的生成，新细胞生长和突触生长。此外，运动训练将促进成人大脑网络更加紧密的联系，呈现大脑储备的特征。研究结果表明，中年运动水平可维持老年人的认知功能，减少或延缓阿尔茨海默病的发生。

2.3 老年期

长期以来，衰老研究一直采用一种“衰退模型”。然而，最近的研究显示老年人的大脑可塑性可以通过运动训练在一定程度上得到改善甚至逆转。锻炼在老年人大脑中也具有可塑性。例如，Colcombe和Erickson使用磁共振成像扫描大脑结构，与对照组相比，6个月有氧训练组认知功能相关区域的灰质和白质体积显著增加。埃里克森等人应用磁共振成像研究老年人海马体积与体能水平的关系。结果表明，有氧运动与老年人海马体积呈正相关。VanPraag指出，体育锻炼可以改善老年大鼠学习记忆能力和海马。

简言之，运动对发育、成年和老年期间的大脑可塑性有积极影响，表明在任何时候开始运动训练都不晚，而且有积极影响。更重要的是，在生命的早期阶段，运动训练对大脑可塑性的影响将在大脑储备中发挥作用，随后增强大脑从衰退和损伤中恢复的能力。

3 结语

运动影响大脑可塑性的机制非常复杂。运动训练能产生大脑的正可塑性变化。除了运动时间和强度的影响外，年龄也可能是大脑可塑性的原因。这些结果提示，相同运动强度对不同年龄组大脑的影响可能不同，运动诱发脑敏感运动的时间和强度可能不同。在现实生活中，如何对不同人群进行准确的运动强度刺激是一个值得深入研究的问题。

参考文献

[1] 周加仙，董奇.学习与脑可塑性的研究进展及其教育意义[J].心理科学，2008（1）：152-155.

[2] 卢英俊.儿童发展的神经可塑性及教育启示[J].幼儿教育，2010（30）：47-52.

[3] 朱峰，董险峰，张振明，等.深度探讨硬脑膜炎和硬脊膜炎的磁共振成像表现[J].检验医学与临床，2013（15）：85-87.

[4] 刘华，单保慈，高殿帅，等.针刺太冲、合谷两穴位引起的小脑响应的差异：fMRI研究[J].中国医学影像技术，2006（8）：23-25.