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如今科技时代，越来越多的人成为伏案工作的“办公室一族”，久坐不动似乎成为多数人的日常姿态。久而久之，不仅腰酸背痛、“视物模糊”成为广泛的“职业病”，连我们的大脑似乎都跟着面前的电脑CPU一样，“转速”变慢了。都说“宝剑锋从磨砺出，运动才出健康魂”，运动一直与健康存在密不可分的关系，一颗灵活的大脑当然离不开运动。“没时间”、“懒”往往成为大多数“低头族们”拒绝运动的借口，但磨刀不误砍柴工，各位同志们，动起来给大脑充饱电后才能使工作更高效。戳进来阅读的各位，本文带大家开始运动洗“脑”课程！ 运动与大脑的渊源 远古时期，我们的祖先用勤劳的双手开创了人类文明的长河。在进化过程中，人类从最初的简单的“谋生”运动，到钻木取火等带有思考成分的“智力”运动，文明开始遁形，并在“思维活动”的带领下，人类的生存活动变得愈加高效和便捷，大脑也逐渐占据越来越大的“分量”（图1）。 图1 人脑大小进化图（Gisselle Garcia, artist (brain images)） （Mya = million years ago，百万年前） 可以说，运动促进了大脑的开展，或是大脑的发育进一步完善了运动的节奏，两者相辅相成、共同进化，也就是世界对运动和知识崇尚的缘由。运动和大脑功能也是如此，两者平衡时更能实现“进化”的目标。但随着近代工业革命的兴起，在人类智慧的引领下，科技不断进步，过去的体力工作逐渐被人工智能替代，年轻一代们越多越多地开始“伏案工作”，运动和大脑功能的平衡被打破，倦怠、疲劳、思维迟滞等症状也逐渐浮现，“懒”变成了一种恶性循环。 运动是大脑神奇的“补药” 运动的益处相信大家都是信手拈来了，对于大脑而言更是十分重要（图2）。 图2 运动对大脑的益处 那么，运动是如何对大脑实现这些益处的呢？ 2008年Plowman等曾介绍了三种主要的神经科学理论： （1）与理性思维、社交、身体和智力表现相关的大脑区域在运动时会出现血管生成、血氧饱和度升高。 （2）运动可降低应激相关激素水平，并升高5-HT和去甲肾上腺素（NE）等加速信息处理速度的神经递质水平（表1）。 表1 运动后脑内激素水平变化及其影响 （3） 运动可上调神经营养因子水平，包括脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor，IGF）和血管内皮细胞生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF），促进血管形成、神经元存活和分化及突触信号传递，从而增强认知和记忆功能等（见表2）。 表2 神经营养因子及其作用 在此基础上，目前关于运动和大脑的研究越来越深入，但核心依旧离不开这些神经递质及神经营养因子，下文将从几个有趣的例子出发，介绍这些复杂的“神经机制”。 事实 or 谬论？ 对于大脑和运动，大家似乎都存在一些似是而非的理解，哪些是事实，那些是绯闻？让我们先来扒一扒。 【事实】脑功能退化时间依旧未知 既往研究认为，我们的智力和记忆力等认知功能在20岁左右达到巅峰，然后逐渐下降，但随后发现这些功能会随时间改变（更好或更差），意味着在不同年龄段我们对特定事物具有最佳适应能力。此外，目前肯定的结论包括： 信息处理能力在18-19岁左右达到巅峰 短期记忆在25左右达到巅峰，35岁左右下降 视觉短期记忆在30岁左右达到巅峰 对他人情绪感知力在40-50岁达到巅峰 70岁左右是词汇量累积的巅峰 【事实】焦虑增加脑功能损伤 目前研究发现，焦虑症患者痴呆患病风险增加48%，可能与焦虑状态下皮质醇分泌损伤参与记忆和复杂思维的大脑功能区域有关。 【事实】运动锻炼可增加大脑容积 运动可增加与记忆、任务管理、协调、计划和抑制性活动相关的大脑结构区域面积，帮助提升大脑运转效率。 【事实】长时间工作反而会降低效率 大脑每隔1.5-2小时完成“执行”到“产出”的两个过程。在此过程中，钠钾离子的摄取和释放是大脑获得电信号保证运转速度的基础，当大脑持续执行功能时，离子出现供不应求的现象，导致大脑运转速度下降。因此，每工作1-2小时后休息20分钟，有助于帮助大脑恢复最佳“生产力”状态。 【事实】大脑形状可以预测个性类型 最新研究认为，人脑的形状可提示某些人格倾向或预测精神疾病风险；皮质变化引起的“伸展-折叠”可评估个体个性倾向（如皮层厚度增加、表面积减少、缺乏折叠者易患神经质；前额叶皮层薄、表面积增加、折叠变多者更开放）。 Why？ 要理解上述的“事实”，我们就要开始对大脑与运动进行从细胞到分子，从分子到机制的“深层次”的剖析。 1. 运动的“编程”作用 首先，决定我们思维活动的主体——“脑细胞”在受到外界刺激时，其生长更新速度增快，而“运动”是促使我们大脑接触“刺激”的有效方式。当个体学习一种新技能时便会形成相互连通的经不同突触连接的神经回路，而突触连接可在后期反复训练中得到加强，实现该技能的快速重现（图3）。 图3 运动后的神经元生长情况（A运动前；B运动2周后；C运动2月后） 神经元具有保持不断再生的可塑性，其母体干细胞来源于海马和室管膜下区部的细胞层。而海马，是负责我们学习和记忆的重要结构，运动可增强海马神经元之间的联系，使其兴奋性增高。缺乏运动的人海马中的神经元较为“幼稚”，在轻度压力环境下就可被激活从而产生先天性反应能力，但当面临复杂环境或重要决策时，海马神经元的工作似乎就开展的不那么顺利，使我们觉得“束手无策”。 神经元的兴奋性是从我们原始的战斗功能和逃跑反应中演变而来的。在原始条件下，机体面临刺激时，大量的激素和神经递质参与思维决策活动；而运动可以模拟这些原始刺激，促进激素和神经递质的分泌释放，使得警觉性增高、反应增快，同时还可调节情绪。研究发现，运动可促进释放GABA神经递质的神经元的生长，GABA被称为“抗焦虑分子”，可抑制其他神经元放电，帮助大脑识别因神经元过度放电产生的威胁。因此，运动者具有更好地压力处理能力及情绪控制能力。 2. 运动对大脑功能的影响 （1） 激素与情绪 运动后体内激素水平将发生变化，多巴胺、5-HT和NE的升高使大脑兴奋性增高，增强注意力和反应力，并持续至少2小时，同时，三者对精神心理状态的影响也十分重要（图4），长期运动可以延长这些作用的持续时间。 图4 去甲肾上腺素（NE）、5-HT和多巴胺对神经系统的作用 （2） 认知 运动是大脑重要的“抗老剂”。正如前文提到的，运动可以促进大脑神经元的生长与更新，运动时间越长，海马、前额叶皮层的体积以及功能就越强大，从而预防年龄相关的皮层萎缩、神经元退化引起的痴呆等疾病。此外，运动可提高学习和记忆力。 （3） “拨开迷雾见月明” Brain fog，大概就是我们俗称的“脑子糊涂”状态，包括各种原因（压力、外界干扰、疲劳、血糖异常、焦虑抑郁、肠道微生态异常、营养不良、激素水平变化、甲状腺和肾上腺功能异常、药物副作用等）引起的注意力下降、专注力差和记忆力下降等认知功能障碍。Brain fog的治疗仍需要治疗原发病，但运动可激活大脑不同功能区、释放BDNF和NE等神经递质，从而提高灵敏度、注意力和精力等，提供更好的精神状态。 （4）对神经系统疾病的影响 目前焦虑抑郁、失眠等已成为世界范围内高患病率的疾病，除药物及其他精神心理治疗外，运动是一项有效且效益较高的治疗手段。既往研究发现，每周运动一小时可缓解抑郁状态。此外，运动可增强大脑神经可塑性，减少多发性硬化、帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、阅读障碍、注意力缺陷多动障碍等疾病对神经系统的破坏性影响。 （5）间接性效益 运动可增强大脑血供，从而增加大脑功能区氧气和营养物质的供应，同时减少血液循环不良引起的卒中等疾病的发生率。此外，运动配合合理的饮食可促进大脑BDNF的信号转导，更好地营养大脑。 如何正确锻炼？ 1. 选择适合自己的锻炼项目 运动的项目和种类繁多，但是否都是适合大家的呢？ 答案是否定的，不同运动可激活身体和大脑的不同部位从而产生不同效果（表3），且个体生理基础不同，并不存在一蹴而就的全民锻炼“全家桶”套餐。目前认为，最有效的抗衰老运动是间歇性的耐力性高强度训练；步行是身体活动的最佳方式，可行性强，且不易损伤关节。 表3 不同运动方式及其对大脑功能的影响 2. 运动计划 在制定运动计划时需结合自身年龄、身体条件及健康状态等。既往有学者建议每周进行120分钟左右的中等强度活动（每次1小时，每周2次）；或每天30分钟中等强度活动，总计150分钟。长时间高强度的锻炼并不提倡，因其可能引起外伤或沮丧等情绪，而保持运动的频率和一致性最为重要。养成定期训练的习惯可促进大脑神经元生长更新、获得BDNF，从而保持其容积和功能状态。 小结 运动不仅是生理健康的保证，也是精神健康、思维和认知的重要养料，换言之，运动是大神们保持头脑清晰和工作高效的“武功秘籍”。我们的“抗冠”大神——钟南山院士杖朝之年依旧保持良好的运动习惯，一身健美的肌肉惹得大家敬佩，同样的，良好的健身习惯也是成功人士的“标配”！所以，“低头族”们，站起来，从日常的小动作开始，逐渐养成规律的良好的运动习惯，给你的大脑提供新鲜、肥美的养料！ 参考文献： 1. Perez E C, Bravo D R, Rodgers S P, et al. Shaping the adult brain with exercise during development: Emerging evidence and knowledge gaps[J]. International Journal of Developmental Neuroscience, 2019. 2. Raichlen D A, Polk J D. Linking brains and brawn: exercise and the evolution of human neurobiology[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2013, 280(1750): 20122250. 3. Wallace I J, Hainline C, Lieberman D E. Sports and the human brain: an evolutionary perspective[M]//Handbook of clinical neurology. Elsevier, 2018, 158: 3-10. 4. McKee A C, Daneshvar D H, Alvarez V E, et al. The neuropathology of sport[J]. Acta neuropathologica, 2014, 127(1): 29-51. 5. Doherty A, Miravalles A F. Physical activity and cognition: inseparable in the classroom[C]//Frontiers in Education. Frontiers, 2019, 4: 105. 6. Neurobiological effects of physical exercise.https://en./wiki/Neurobiological_effects_of_physical_exercise 7. Much H, is it Recommended H O. 10 Neurological Benefits of Exercise[J]. Image, 2020, 10: 08-01. |
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