【心科普】运动改变大脑

EXERCISE & BRAIN

运动，改变大脑

运动可以增强认知，加强学习和记忆，改善情绪，避免痴呆和帕金森病等神经退行性疾病。然而，直到最近，解释身体运动如何有益于大脑的确切机制——以及这种关系最初是如何进化的——仍然是个谜。

01 运动塑造了人类进化

在《人类简史》中，我们知道大约在200万年前，我们的直接祖先——智人，开始了以每年25英里左右的速度向外迁徙，以扩大领地范围。大约10万年前他们已经出现在东非，大约在7万年前智人开始从非洲出击，迁移到其他地区，不久他们的领地就到了欧洲和东亚，大约在45000年前，我们的祖先抵达了从未有人类居住的澳大利亚大陆，大约在1.2万年前到达阿根廷。

我们难以想象在这一路上，他们遇到了多少新奇事物，遭受了多少伤害，经历了各种奇怪的疾病，这一路他们没有其他特殊的工具来帮他们走出旧的家园，走向新的领地，只能靠走或跑—运动。我们有理由相信，我们人类的大脑的进化就是发生在人类的不断运动中。

两

百

万

年

前

我们的祖先每天大部分时间都在四处奔波；他们的食物都是通过狩猎和觅食获得的。如此高强度的有氧运动对我们的器官系统造成了压力。南加州大学生物科学和人类学教授戴维·瑞奇伦(David Raichlen)说：“我们身体的进化使我们的器官系统能够适应它们所面临的功能需求。例如，对于心血管系统来说，当你运动时，你的肌肉需要更多的氧气，这给心血管系统带来了压力，你就会铺设更多的血管。建立新的血管会让有氧运动变得更容易，就像你经过几周的训练后，可以跑更远的距离而不会喘不过气来。”

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根据身体活动或不活动来调整器官系统，可以使身体以最有效的方式利用能量。维持额外的血管需要能量，这在活动量大的季节很有帮助，但在不活动的时期则没有必要。尽管如此，我们仍然不明白，当身体的肌肉和血管在做艰苦的工作时，为什么运动的压力会改变大脑。

大脑到底怎么了？Raichlen表示：我们提出的想法是，在我们的进化史中，运动本身很可能对认知能力有很高的要求。作为狩猎采集者，也就是我们在过去两百万年里所处的环境，体育活动通常是在具有认知挑战性的活动背景下进行的，如导航和使用空间记忆；执行功能需求，如决策、抑制和多任务处理；以及对感官系统的感官需求。

就像铺设更多血管能提高心血管系统的效率一样，改变神经元之间的连接也能改善大脑功能。佛罗里达大西洋大学副教授亨丽埃特·范·普拉格(Henriette van Praag)说，在啮齿动物身上，在轮子上跑步能使齿状回中新神经元的数量增加一倍或两倍，齿状回是海马的一个子区域，对空间学习至关重要。研究人员表示：不仅有更多的细胞诞生，相对而言，这些细胞也有更多存活下来，并整合到齿状回的回路中，因此这是一举两得的好事。这些新神经元可能会改善空间导航，增强动物记忆食物位置的能力。

体育活动可以增强大脑，但这意味着不活动会削弱它。在进化的背景下，这是有益的：它可以防止身体消耗不必要的能量。但对于那些久坐不动的人来说——这通常是工业化社会的常态——这种适应会阻碍大脑的健康和功能。我们现在生活在一个我们通常称之为不匹配的环境中，我们今天的行为与我们进化的环境不匹配。通过这种不匹配，你可以开始看到一些健康影响。撒丁岛百岁老人的健康很可能是由于他们的生活方式与我们的祖先相似：适度的体育锻炼、富含未加工食品的饮食以及充实的社交生活。

02  运动为什么能改造大脑？

精神生理学家查尔斯·希尔曼（CharlesHillman）对216名3~5年级学生进行了一次个人版本的CDE研究，结果同样发现体能和学习之间的关联性，而且发现体重指数和有氧健身间与学习成绩的关联关系尤为明显。

在认知能力测试中，学生戴着一个嵌有电极的类似泳帽的东西(脑电帽)，帽子上面的电极用来测定脑电波活动。脑电图（EEG）显示，体能好的学生大脑更活跃。这一结果表明，在完成一项指定的任务时，我们的大脑会让更多神经元参与到注意力上来。

——上述的实验和结果来自于《运动改造大脑》。

我们的大脑由1000亿个类型各异的神经元(神经细胞)组成，神经元之间的信息传递是通过数百种不同类型的化学物质来完成的，神经元之间通过传递信息来控制我们每个人的思想和行为。

在《运动改造大脑》中，作者举了一个例子，长跑1600米与服用极小剂量的百忧解(一种血清素药物)和极小剂量的利他林(通过增加有镇静作用的多巴胺，来减轻注意力缺陷多动障碍（ADHD）)的效果一样，这可以说明，运动也像这类药物一样可以提高神经递质的水平。换句话说，运动可以使大脑中的神经递质和其他化学物质之间达到平衡。

还有一类被泛称为因子的蛋白质家族的分子像神经递质一样，改变着神经细胞之前的互相联系，比如脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor，简称BDNF)。神经递质执行信息传递，而像BDNF这样的神经营养物质则建立和保养神经细胞回路，即大脑自身的基本结构。

BDNF和运动产生同步变化，也就是运动可以增加BDNF水平。

加州大学欧文分校（Universityof California, Irvine）脑部衰老与老年痴呆研究所（Institutefor Brain Aging and Dementia）主任卡尔·科特曼（Karl Cotman）设计了一项实验。

在这项实验里，实验动物--老鼠被分成四组：一组跑两个晚上，另外两组分别跑四个晚上和七个晚上，还有一组是不参与转轮跑步的对照组。实验中，研究者先给老鼠注入一种能与大脑内BDNF相结合的分子，再对它们进行扫描，结果发现，运动组老鼠大脑内BDNF增加幅度超过对照组，而且每只老鼠跑得越久，大脑内的BDNF水平就越高。

而其他科学家比如艾罗·卡斯特伦和哥伦比亚大学坎德尔实验室的苏珊·帕特森（Susan Patterson）共同发现，通过让老鼠学习刺激长时程增强效应（LTP），它们脑内BDNF水平就会相应提高。研究者观察老鼠的大脑，发现缺乏BDNF的老鼠失去了LTP的能力；反之，直接把BDNF注射到老鼠大脑内，则能促进LTP。神经外科学家戈麦斯·皮尼利亚（Gomez Pinilla）证实，如果让老鼠大脑内的BDNF无法正常工作，那么水池中的老鼠就难以找到水下暗藏的平台而逃脱。

这些实验的结论为“运动有助于大脑学习”提供了可靠证据。换句话说这些实验证实了运动有助于提高BDNF的水平，而BDNF不仅对神经细胞的存活很重要，而且对神经细胞的生长（发出新的分支）也很重要。

所以科特曼（Karl Cotman）总结“运动最显著的一个特征是，它能提高学习效率”。

同学们，让我们在这春暖花开的季节里，在这万物复苏的季节里。快快运动起来吧，莫负春风，莫负春光，莫负大好青春年华！

参考文献：

https://www.brainfacts.org/thinking-sensing-and-behaving/diet-and-lifestyle/2022/why-moving-your-body-changes-your-brain-020722

https://natureactiveketo.org/exercise-for-the-brain/

https://darebee.com/fitness/exercise-intensity-effect-on-brain-function.html