這項(xiàng)研究發(fā)表后，許多研究人員紛紛跟進(jìn)，他們證實(shí)運(yùn)動(dòng)不僅能促進(jìn)神經(jīng)元的生成，對(duì)人類大腦也有積極影響。這種正面影響在人類正常的衰老過(guò)程中表現(xiàn)得非常明顯，因此，運(yùn)動(dòng)或許可以降低阿爾茨海默病和其他神經(jīng)退行性疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)。也因此，相關(guān)研究引出了一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題：為什么運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)大腦產(chǎn)生影響？

布賴恩·克里斯蒂（Bryan Christie）設(shè)計(jì)

要回答這個(gè)問(wèn)題，我們需要重新思考“運(yùn)動(dòng)”。人們通常會(huì)把散步或者跑步當(dāng)成是一種不需要大腦參與的活動(dòng)，認(rèn)為那是身體“自動(dòng)運(yùn)行”的狀態(tài)?？墒?，許多科學(xué)家（也包括我們）的研究表明，這種認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的。相反，運(yùn)動(dòng)不僅是一種體力活動(dòng)，同時(shí)也是一種認(rèn)知活動(dòng)。

事實(shí)上，體力活動(dòng)與大腦健康之間的淵源可以追溯到數(shù)百萬(wàn)年前，這兩者在人類作為一種物種誕生之初，就糾纏在一起了。如果我們能更明確地知道運(yùn)動(dòng)為什么可以影響大腦，以及如何影響，也許就可以利用與此相關(guān)的生理學(xué)機(jī)制，制定出全新的運(yùn)動(dòng)方案，幫助老年人提高認(rèn)知能力——這就是我們正在推進(jìn)的工作。

要弄清運(yùn)動(dòng)為什么對(duì)大腦有益，我們首先需要思考一些問(wèn)題：哪些大腦結(jié)構(gòu)和認(rèn)知活動(dòng)與運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系最緊密。20世紀(jì)90年代，弗雷德· 蓋奇（Fred Gage）和亨麗特·范布拉格（Henriette Van Praag）正好執(zhí)掌索爾克生物學(xué)研究所。當(dāng)他們提出跑步能促進(jìn)小鼠海馬體的神經(jīng)元再生時(shí)，很多研究人員認(rèn)為這種現(xiàn)象似乎與一種被稱為“腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子”（BDNF）的蛋白質(zhì)有關(guān)。BDNF的合成發(fā)生在全身的各個(gè)部位，包括大腦，這種分子的作用是幫助新生神經(jīng)元存活，促進(jìn)它們的生長(zhǎng)。

索爾克生物學(xué)研究所的團(tuán)隊(duì)以及來(lái)自其他研究所的研究團(tuán)隊(duì)又做了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。他們證實(shí)，在嚙齒動(dòng)物中，運(yùn)動(dòng)會(huì)促進(jìn)神經(jīng)元再生，而這些動(dòng)物在記憶測(cè)試中也表現(xiàn)得更好。這項(xiàng)研究結(jié)果非常引人注意，因?yàn)楹ｑR體的萎縮與記憶力的衰退密切相關(guān)，在健康成年人的正常衰老過(guò)程中，這種現(xiàn)象一直在發(fā)生。而對(duì)于阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病的患者而言，這種變化則更加明顯。在這項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，研究人員首次窺見(jiàn)了運(yùn)動(dòng)是如何對(duì)抗衰老的。

在緊隨其后的實(shí)驗(yàn)中，研究人員開(kāi)展了一系列針對(duì)人體的研究。結(jié)果與嚙齒動(dòng)物研究的結(jié)論類似，有氧運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)人體BDNF的分泌，強(qiáng)化大腦關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)（指尺寸大小和連接程度這兩方面），其中就包括海馬體。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校的柯克·埃里克森（Kirk Erickson）和亞瑟·克雷默（Arthur Kramer）主導(dǎo)過(guò)一項(xiàng)隨機(jī)臨床試驗(yàn)。他們的結(jié)果顯示：堅(jiān)持有氧運(yùn)動(dòng)12個(gè)月，就可以提高老年人體內(nèi)BDNF的水平，增大海馬體的體積，改善記憶力。雖然目前我們還不能斷定這種體積上的差異究竟是由神經(jīng)元再生導(dǎo)致的，還是其他形式的大腦重塑現(xiàn)象（比如加強(qiáng)已有神經(jīng)元之間的連接）導(dǎo)致的，但總體而言，運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦海馬體以及認(rèn)知功能的益處顯而易見(jiàn)。

運(yùn)動(dòng)可以使成年人的大腦產(chǎn)生有益的變化，包括促進(jìn)新神經(jīng)元的生成以及增加已有神經(jīng)元之間的連接。有一種理論認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)之所以能夠提高神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性，是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)一種名為“腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子”（BDNF）的蛋白質(zhì)的分泌，這種蛋白質(zhì)可以促進(jìn)神經(jīng)元生長(zhǎng)，幫助神經(jīng)元存活。目前的研究顯示，在運(yùn)動(dòng)中額外加入認(rèn)知訓(xùn)練能夠增強(qiáng)這種效應(yīng)。

有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦其他部位的益處也已經(jīng)被研究人員發(fā)現(xiàn)，比如可以擴(kuò)大前額葉皮質(zhì)，進(jìn)而提升執(zhí)行力。認(rèn)知功能中的一部分恰好是由前額葉皮質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，包括計(jì)劃、決策和多重任務(wù)處理等。執(zhí)行力與記憶力類似，都會(huì)隨人體的自然衰老而逐漸衰退，而阿爾茨海默病患者表現(xiàn)出的問(wèn)題更嚴(yán)重。科學(xué)家懷疑，在前額葉皮質(zhì)和其他非海馬體的大腦區(qū)域內(nèi)，運(yùn)動(dòng)或許可以通過(guò)增加已有神經(jīng)元之間的連接（而不是促進(jìn)新神經(jīng)元生成）的方式，促進(jìn)相關(guān)區(qū)域的表現(xiàn)。

越來(lái)越多的證據(jù)顯示，有氧運(yùn)動(dòng)可以促進(jìn)大腦健康，尤其是對(duì)老年人而言。接下來(lái)，研究人員需要弄清，體力活動(dòng)具體是以什么方式影響認(rèn)知功能，從而觸發(fā)大腦的適應(yīng)性改變。

大約在600萬(wàn)到700萬(wàn)年前，我們與現(xiàn)今親緣關(guān)系最近的物種（黑猩猩和倭黑猩猩等）走上了不同的道路，分化出了古人類（Hominins）。在分道揚(yáng)鑣的節(jié)點(diǎn)上，古人類演化出了許多解剖學(xué)和行為學(xué)上的適應(yīng)性特征，這些適應(yīng)性的改變使我們有別于其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物。我們認(rèn)為，有兩種演化上的改變促成了運(yùn)動(dòng)和大腦功能之間的聯(lián)系，直到今天，這些改變也對(duì)我們很有好處。

首先，我們的祖先行走的姿勢(shì)發(fā)生了改變，從原來(lái)的四肢著地變成了上身正直，依靠?jī)蓷l后肢行走。兩足行走意味著在很多情況下，我們的身體無(wú)法像其他類人猿一樣手腳并用。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們的大腦必須能夠處理隨之而來(lái)的大量信息：在身體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，控制全身所有肌肉，做出恰當(dāng)?shù)膭?dòng)作以維持平衡。此外，在協(xié)調(diào)雙足運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，我們還要留意周遭環(huán)境里的障礙物。換句話說(shuō)，單純因?yàn)殡p足行走的姿勢(shì)，我們的大腦就要接受比四足行走的祖先更繁雜的認(rèn)知挑戰(zhàn)。

其次，為了適應(yīng)更高強(qiáng)度的有氧活動(dòng)，古人類改變了自己的生活方式?；C據(jù)顯示，在人類演化的早期階段，我們的祖先主要食用植物，居住地點(diǎn)相對(duì)固定。但是，大約在200萬(wàn)年前，不斷變冷的氣候讓曾經(jīng)適宜的棲息地不再宜居。此時(shí)，至少有一支人類祖先改變了覓食的方式，開(kāi)啟了一段四處狩獵采集的新生活。

赫爾曼·蓬策爾（Herman Pontzer）就職于杜克大學(xué)，布萊恩·伍德（Brian Wood）就職于加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校，這兩位科學(xué)家和我們一起提出了一種假說(shuō)：由于搜尋食物時(shí)需要跨越很長(zhǎng)的路程，狩獵采集的生活方式需要讓我們的祖先完成大量有氧活動(dòng)，活動(dòng)量可能比其他類人猿多得多。

經(jīng)常性制定覓食路線和計(jì)劃的生活方式，對(duì)大腦提出了越來(lái)越高的挑戰(zhàn)。在遠(yuǎn)行前，我們的祖先必須調(diào)查周圍的環(huán)境，明確自己身處的位置。這種在空間導(dǎo)航的能力恰好依賴海馬體——那個(gè)能夠從運(yùn)動(dòng)中獲益，隨著年齡增大又會(huì)萎縮的大腦結(jié)構(gòu)。

除此以外，他們還需要?jiǎng)佑脕?lái)自視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的感官信息，不斷尋找與食物相關(guān)的線索。他們必須記住自己去過(guò)哪里、捕食或者采摘某種食物的恰當(dāng)時(shí)機(jī)……在這種情況下，大腦會(huì)同時(shí)利用來(lái)自短期和長(zhǎng)期記憶的信息，并在海馬體、前額葉皮質(zhì)以及其他結(jié)構(gòu)的協(xié)助下，讓人們得以完成諸如決策和規(guī)劃路線等認(rèn)知活動(dòng)。祖先們還需要成群結(jié)隊(duì)地出動(dòng)，此時(shí)，他們的大腦不僅需要維持身體平衡，保證空間導(dǎo)航，還需要處理同伴之間的對(duì)話。所有多任務(wù)的處理都涉及前額葉皮質(zhì)，而這部分大腦結(jié)構(gòu)也會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而萎縮。

雖然導(dǎo)航和尋找食物是所有動(dòng)物在覓食時(shí)都需要面對(duì)的問(wèn)題，但是對(duì)于人類祖先來(lái)說(shuō)，他們往往需要快速、長(zhǎng)距離的奔跑，去追捕獵物。在高速奔跑的情況下，多重任務(wù)處理變得越來(lái)越困難，因此對(duì)信息處理效率的要求也就更高。從演化的角度來(lái)說(shuō)，能夠應(yīng)對(duì)覓食途中和事后無(wú)數(shù)難題的大腦，是可以成功尋獲食物的保證。但是，塑造和維護(hù)這樣一顆大腦所需的生理資源——比如那些幫助神經(jīng)元存活，促進(jìn)神經(jīng)元再生的物質(zhì)——需要消耗身體大量的能量，這也意味著，如果不是經(jīng)常使用這套認(rèn)知系統(tǒng)，大腦的優(yōu)勢(shì)就將逐步退化。

2017年，我們?cè)凇渡窠?jīng)科學(xué)趨勢(shì)》（Trends in Neurosciences）雜志上發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)論述了以演化神經(jīng)生物學(xué)視角看待運(yùn)動(dòng)和大腦的理論，這種聯(lián)系對(duì)今天的人類有深遠(yuǎn)的影響。在現(xiàn)代社會(huì)，我們不需要為了尋找食物和生存進(jìn)行大量的有氧活動(dòng)。與衰老相伴的大腦萎縮以及認(rèn)知功能衰退，一定程度上可能與我們慣于久坐和缺乏運(yùn)動(dòng)的生活方式有關(guān)。

但是，單純?cè)黾舆\(yùn)動(dòng)量并不能完全展現(xiàn)運(yùn)動(dòng)在延緩大腦機(jī)能衰退方面的作用。事實(shí)上，我們的理論認(rèn)為，哪怕是已經(jīng)保持大量有氧運(yùn)動(dòng)的人，也應(yīng)該反思他們的運(yùn)動(dòng)方式。人類的確演化出了促進(jìn)和維持大腦認(rèn)知水平的機(jī)制，但是我們?nèi)粘Ｉ钪械倪\(yùn)動(dòng)也許并不能完全激發(fā)這種潛能，因此無(wú)法維持大腦的優(yōu)異表現(xiàn)。

回憶一下我們一般是如何進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)的。我們會(huì)去健身房，使用那里的固定器械。但是，在這種鍛煉方式中，認(rèn)知難度最高的事件，可能是決定在器械內(nèi)置的屏幕上觀看什么視頻。不僅如此，健身房的器械還降低了維持平衡和調(diào)整速度的難度，而這兩點(diǎn)，都是在嚴(yán)酷的環(huán)境中覓食時(shí)必須克服的。

我們的祖先生活在一個(gè)很難預(yù)測(cè)周圍危險(xiǎn)的環(huán)境中，我們是不是也需要改變一下運(yùn)動(dòng)方式和內(nèi)容呢？比如加入一些涉及認(rèn)知能力的運(yùn)動(dòng)。這樣一來(lái)，就可以讓大腦面臨更大的認(rèn)知挑戰(zhàn)，從而可以增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)延緩認(rèn)知衰退的效果，甚至可能改變神經(jīng)退行性疾?。ū热绨柎暮Ｄ。┑陌l(fā)病進(jìn)程。

事實(shí)上，越來(lái)越多的研究認(rèn)為，相對(duì)于單純的運(yùn)動(dòng)，伴有認(rèn)知挑戰(zhàn)的運(yùn)動(dòng)可以更好地維護(hù)大腦的功能。比如，在德國(guó)德累斯頓再生醫(yī)療中心，格爾德·肯伯曼（Gerd Kempermann）和同事就通過(guò)比較海馬體新生神經(jīng)元的生長(zhǎng)和存活狀況證實(shí)了這一點(diǎn)。

他們將小鼠分為兩組。一組小鼠只是運(yùn)動(dòng)，另一組則在運(yùn)動(dòng)后還會(huì)進(jìn)入一個(gè)對(duì)認(rèn)知能力有很多挑戰(zhàn)的環(huán)境。他們隨后發(fā)現(xiàn)，雖然運(yùn)動(dòng)本身對(duì)海馬體的神經(jīng)元有積極的影響，但是體力活動(dòng)配合認(rèn)知刺激的效果更好，促進(jìn)了更多神經(jīng)元的生成。這說(shuō)明，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中或結(jié)束后使用大腦，更有利于神經(jīng)元的存活。

除了我們以外，還有很多科學(xué)家也在拓展這方面的研究，并把關(guān)注重點(diǎn)從動(dòng)物轉(zhuǎn)到人類自身，相關(guān)研究成果非常令人振奮。比如，有研究人員就在嘗試，讓認(rèn)知能力明顯衰退的人同時(shí)接受運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知訓(xùn)練。紐約聯(lián)合大學(xué)的凱·安德森-漢利（Cay Anderson-Hanley）在有輕度認(rèn)知缺陷（一種與阿爾茨海默病高度相關(guān)的癥狀）的受試者身上，測(cè)試了“運(yùn)動(dòng) 認(rèn)知干預(yù)”手段的效果。要讓結(jié)論更加可靠，我們當(dāng)然還需要更多這樣的試驗(yàn)，但就目前的結(jié)果來(lái)看，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)一定認(rèn)知功能衰退的人，既做運(yùn)動(dòng)，也玩一些益智類的視頻游戲，對(duì)緩解認(rèn)知功能衰退有一定好處。

安德森-漢利和同事在一項(xiàng)針對(duì)健康成年人的研究里指出，與單純的運(yùn)動(dòng)相比，既做運(yùn)動(dòng)，也玩一些益智類的視頻游戲，能讓外周血液中的BDNF水平更高。這項(xiàng)研究還證實(shí)了，運(yùn)動(dòng)之所以能改善大腦情況，就是BDNF在起作用。

另外，我們最近的研究顯示，和那些健康但經(jīng)常靜坐的年輕人相比，經(jīng)常在戶外訓(xùn)練的大學(xué)生越野跑選手有些特殊，在他們的大腦中,與執(zhí)行力相關(guān)的區(qū)域的神經(jīng)連接更緊密。隨著研究進(jìn)一步推進(jìn)，我們或許會(huì)在未來(lái)弄清楚，與那些在更簡(jiǎn)單的環(huán)境中訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員相比（比如那些主要依靠跑步機(jī)的選手），越野跑選手表現(xiàn)出的這種差異是否依然存在。

還有很多信息需要我們進(jìn)一步研究和發(fā)現(xiàn)。雖然現(xiàn)在提出“益智鍛煉”的說(shuō)法還為時(shí)過(guò)早，但我們至少可以肯定地說(shuō)，在預(yù)防大腦機(jī)能隨著年齡增長(zhǎng)而衰退的行動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)扮演著非常重要的角色。美國(guó)衛(wèi)生及公眾服務(wù)部在發(fā)布的指南中建議，每人每周應(yīng)當(dāng)至少進(jìn)行150分鐘中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)，或者至少75分鐘的高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)（或者按均等比例混搭這兩種運(yùn)動(dòng)方式）。達(dá)到或者超過(guò)建議的標(biāo)準(zhǔn)，將有助于身體健康，也可能有益于大腦健康。

接下來(lái)，臨床試驗(yàn)將告訴我們更多與益智運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信息。比如，什么樣的腦力活動(dòng)和體力活動(dòng)可以更好地維護(hù)大腦健康；什么樣的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和多長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，才可以達(dá)到最好的效果。

撰文：戴維·A·賴希倫（David A. Raichlen），生物學(xué)教授，南加利福尼亞大學(xué)運(yùn)動(dòng)演化生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。

吉恩·E·亞歷山大（Gene E. Alexander），心理學(xué)和精神病學(xué)教授，亞利桑那大學(xué)大腦成像、行為和衰老實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。

翻譯：祝錦杰