運動生理學與全腦開發

運動生理學與全腦開發

根據認知發展理論與大腦生理學，兒童期的大腦與認知發展是生命中最激烈與快速的時期。Ayres（1979）強調兒童階段的學習主要是以身體活動為主，大量活動的結果，導致大腦感知與控制運動系統不斷的重組，促使感覺系統和運動系統共同作用以產生範疇化、記憶和總體適應的功能。運動與感覺發生統整，意識性的運動才會產生，心理機能才能活絡，學科學習的前期技能才會具備。林寶貴、吳純純（1998）認為，如果希望兒童具備良好的表現行為，先要充分發展他的知覺一運動處理系統。研究指出，透過身體運動有助於健康體適能，並能有效紓解情緒，提升自信心，促進積極的生活態度。有意義的動作經驗，可使神經性統整能力獲得改善，提高認知學習的理解與應用，增進思考力與創造力。由此可見，身體與心理是一體兩面，互相影響。

從生理上看，大腦只佔成人全身體重的2%，卻消耗身體總能量的20%，大腦的能量主要來自血液，血液提供葡萄糖、蛋白質、微量元素和氧氣等養分。氧氣對大腦非常重要，大腦耗氧量約佔身體總耗氧量的1/5，即使身體處於休息狀態，腦部氧化的速率也是其它組織的十倍；腦部含氧量跟注意力和心智運作息息相關。因此，改善腦部的血液循環，增加氧氣與營養素的供給，乃是促進大腦神經功能的重要生理機轉。

運動可以增進心血管功能，促進全身與腦部的血液循環，提升腦細胞的氧氣、營養素和細胞殘骸的新陳代謝，進而改善大腦功能。Netz和Jacob（1994）指出有氧運動可增加腦部的能量供給，提升腦活動量，並促進細胞增生繁茂。Black, Isaacs和Anderson（1990）解剖經過運動訓練的老鼠腦組織發現，小腦皮質的微血管密度以及小腦皮質的氏細胞（Purkinjecell）突觸數目遠比不運動的老鼠增加許多。在人體觀察研究上，身體活動對刺激成人海馬回的神經細胞增生，以及改善個體認知功能上，也被證實有顯著效果。有研究顯示，在認知測驗作業較為複雜，需要涉入大腦前額葉的高層次認知功能表現，運動的影響作用更為明顯。運用腦波來偵測運動對正面情緒的增進作用，也發現運動卻可增加左前額的大腦活動。此外，根據美國國家體育標準教育（National standers）的陳述，動作技能教學對於積極的生活方式有所幫助（NASPE, 1995）。Bonnie（1999）認為透過國小的體育課，除了幫助學生提升認知、情意和身體技能之外，培養學生的社會和個人責任也是教學過程的重點。由此可見，運動與計畫性的身體技能活動，除了可增進身體健康，更能提升大腦功能的運作，對高層次認知功能有所助益，並能促進正向思考，發展積極的生活態度。

大腦中神經訊息的傳遞是由神經元所構成的神經網路負責執行，訊息的傳遞過程是以不斷轉換的電能與化學能方式交互進行，訊息以電流型態在神經元內傳送，藉由化學物質（神經傳導物質）跨越神經元之間的突觸區，傳遞至另一神經元。因此，大腦神經訊息的傳遞，除了要有健全的神經元與神經連結網路之外，還要有分泌正常的神經傳導物質協助，才能順利運作。人的腦部有數十種神經傳導物質，其中有些被稱為神經胜肽（neuropeptides），每一個神經傳導物質（或神經胜肽）各有不同的功能，輸送不同的情緒和感覺（羅美惠譯，1999）。身體活動促進大腦神經功能的另一生理機轉，就是運動能調節內分泌與神經傳導物質的濃度，增進個體的正面情緒。Chaouloff（1989）分析運動與大腦單胺類（monoamines）化合物的相關研究文獻，證實運動可以調節神經系統內某些單胺類神經傳導物質的分泌，如去甲腎上腺素（norepinephrine）、多巴胺（dopamine）、腎上腺素（epinephrine）、和血清素（serotonin, 5-HT），因而改變動物或人的精神狀態，進而影響其認知與學習動機。根據神經生理學，多巴胺和血清素等的代謝如果較低，會引發憂鬱沮喪等負面情緒，造成無助、缺乏學習動機的狀態（韓濟生，1996）。身體活動能調節大腦單胺類的代謝活動，適度的喚起情緒，使個人對工作的機警性及興趣調適到最佳狀態，而表現出較好成績。

綜上所述，可知大腦內的神經傳導物質在神經訊息的傳遞上扮演著重要角色，並且密切影響個體的認知學習與情緒，而運動可以有效刺激與調整神經傳導物質的分泌。

此外，有研究指出神經營養因子BDNF和NGF可經由調節神經傳導物質如乙醯膽鹼（acetylcholin）、多巴胺的分泌，來促進神經的增生成長，防止神經細胞的衰亡，以及對抗外來攻擊等功能（Fordyce & Wehner, 1991）。BDNF據研究是腦神經活力和功能維持的重要媒介，也是大腦從事記憶、學習時的主要營養物質來源（Castren, Berninger, Leingartner, & Lindholm, 1998）。研究也發現BDNF的分泌合成，和神經元突觸的分枝成長有關（Poo, 2001; Wang, Xie, & Lu, 1995）。神經可塑性的主要機轉是大腦神經會因學習、及身體活動感官刺激，增加輸出與輸入活動，而分泌相關神經營養物質BDNF（Wang, Xie, & Lu,1995）。所以，神經細胞BDNF的分泌多寡，直接關係著大腦神經細胞的生長存活、功能維持，和調適能力（Gomez-Pinilla, So, & Kesslak, 1998）。由此可見，神經營養因子BDNF和NGF在大腦神經塑造與功能運作上的重要性，以及對認知功能具有相當程度的影響。至於運動可以增加神經營養因子BDNF和NGF的釋放，在許多研究中已被發現（Fordyce & Wehner, 1993; Gomez-Pinilla, Dao, & So, 1997; Gomez-Pinilla, So, & Kesslak, 1998; Neeper, Gomez-Pinilla, Choi, & Cotman, 1995, 1996）。

綜合以上運動生理學相關的文獻探討，分析得知神經系統主宰身體的運動，而大量的身體活動則又導致神經系統不斷的重組。關於身體運動促進大腦認知與情緒調控的生理機轉，主要在於：1.運動促進身體與腦部的血液循環，提升腦部的氧氣、營養素和腦細胞殘骸的新陳代謝；2.運動能調節內分泌與神經傳導物質的濃度，導致精神狀態的改善，進而影響認知與學習動機；3.運動可以增加神經營養因子BDNF和NGF的釋放，促進腦神經的活力、維持大腦的記憶與學習功能；4.運動能刺激成熟腦的突觸與海馬回神經細胞的增生，促進神經網路的塑造。國內外研究顯示，透過身體規律與有意識的運動，有助於健康體適能的提升，並能有效紓解情緒，提升自信心與生活適應力，更可以增加大腦前額葉的活動，增進高層次認知功能與正面情緒的表現。綜而言之，可以透過身體活動誘發特定神經傳導物質與營養因子的分泌，增加神經元的彼此連結，以及神經網路結構的成長，來提升大腦功能。