【重磅综述】 解密运动对大脑和认知的影响机制

以下文章来源于老顽童说 ，作者老顽童说

老顽童说

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俗话说：动一动，十年少。运动之于健康，犹如虫鸟之于花香，不说世间绝配，倒也算得上门当户对。随着全民健身时代的来临，运动越来越成为健康的代名词，更是人们心中延缓衰老的有力武器。千帆已过，万木为春，科学赋予“运动健康”的定义又是如何？在这欢腾高歌的日子里，借着举国同庆的余热，小编们为大家献上Kirk I. Erickson教授团队近日发表在Trends in Neurosciences上题为“Effects of Exercise on Brain and Cognition Across Age Groups and Health States”的综述，该文章系统阐述了运动对大脑和认知的影响机制，为我们揭秘运动带来的神奇效应。

通讯作者：Kirk I. Erickson教授（图源网络）

亮点

（1）有证据表明，有氧运动可以在人生的不同阶段通过不同的机制影响大脑和认知能力。来自儿童和老年个体的证据有力地支持了这一观点。

（2）运动对减轻某些认知和大脑功能障碍具有重大希望，这些缺陷可能源于各种神经或非神经以及精神病学条件。

（3）迫切需要在研究较少的年龄组，特别是5岁以下儿童、青少年和青壮年进行更严格的运动随机对照试验（randomized controlled trials，RCTs）。

（4）现有运动文献的共同局限性是研究的异质性（例如研究设计、持续时间和涵盖的结果评估）。

术语表

运动：一种有计划的身体活动，以提高健身水平为目标的结构化方式。

有氧运动：一种能提高心率并改善心血管状况的体育活动。

间接效应：来自统计中介模型的一种度量，用来评估一个给定的中介变量是否是一个独立变量影响结果的可行机制。

随机对照试验（RCT）：指两（或更多）组除感兴趣的自变量外接受同等治疗的一种实验操作（例如，参加中等到高强度的运动）。

统计中介：一种通过检查因果路径中的中间变量的作用来评估治疗变量和结果变量之间的替代因果机制的技术。

摘 要

研究表明，运动有益于大脑的结构和功能，特别是在老年群体中。但是，运动发挥作用的机制，尤其是对人类的影响，尚未得到完全了解。这篇综述认为，造成这种认识缺口的一个原因，可能是运动或通过多种机制来作用于人体。而且，运动的机制可能因年龄和健康状况等因素而有所不同。作者从三个层面（分子/细胞、大脑结构/功能以及精神状态/高阶行为）分析了每一种影响因素，并强调了这些层面之间的一致性和内部的非一致性以及认识差距。最后，在此基础上，作者推测了哪些运动机制可能在不同年龄组和人群中是普遍的，而哪些可能在不同年龄段或人群中是特定的。

鉴定运动机制的挑战

运动（见术语表）对大脑的影响是显而易见的。然而，运动对大脑健康和随后的行为表现（如认知功能）的影响，仍然存在基本问题。在某种程度上，尽管从动物模型中获得了重要的见解，但运动影响大脑的机制在很大程度上仍不为人所知，尤其是在人类身上。

在讨论机制时，作者感兴趣的是推断一个（或多个）途径，通过该途径，运动能够产生我们想要的终点变化。在本文中，作者主要关注两个可用于推断因果关系并以此确定机制的框架：一个与研究设计有关，另一个与统计方法有关。在第一个框架中，因果证据来自对运动行为的实验操作，在人类中称为随机对照试验（randomized controlled trials，RCTs），或者来自动物模型，其中一组动物被允许运动，而另一组作为对照。如果结果变量（如认知）在治疗组（如运动训练组）相对于对照组有更大程度的变化，则可确定了因果关系。

当不可能随机分配或独立（即处理手段）变量没有直接操纵时，可以使用因果推断的统计框架（即统计中介）。统计调解通过检查因果途径中可能存在的几个中间变量的作用来评估治疗和结果变量之间的路径。如果通过中介变量描述治疗-结果关系强度的系数（称为间接效应）在统计学上显著，则中间变量被认为是一个中介变量。换句话说，如果间接影响是显著的，中介则是一个通过自变量影响结果的可行机制。这种方法最常用于从非实验研究设计中推断可能的因果关系，如纵向、观察和准实验研究。

除了上述确定机制的策略外，运动也可以通过多种机制发挥作用。也就是说，虽然许多广泛讨论的运动机制本质上是分子或细胞水平的，并且是从动物模型中推断出来的，运动引起的细胞和分子途径的改变势必也会引发大脑更宏观的特性变化（如大脑结构和功能）或更高水平的行为或精神状态的变化，进而可能独立地影响认知等结果。

考虑到运动会影响身体的大部分器官系统，似乎它对大脑的影响是通过多种而不是单一机制起作用的。特别是，不同的机制可以跨年龄段、大脑区域和受试者群体起作用的假设似乎是合乎逻辑的。同样重要的是，运动的各种方式、频率、强度和持续时间可能会涉及不同的途径，从而对脑的健康状况产生不同的影响。然而，在不同的运动类型、运动方式、人群和大脑区域中，往往存在着类似机制的隐含假设。这篇文章的主要目的不是全面回顾关于运动机制的文献，因为已经有很多关于这个主题的评论。相反，作者旨在强调跨机制级别的一致性，以及它们之间的不一致和差距。通过这种综合，相对于那些可能不同于特定环境的机制，作者也推测了哪种运动机制可能更普遍（如，跨人口或年龄组）。出于本综述的目的，作者主要依赖于使用随机干预或统计中介模型的研究，因为这两个框架提供了最强有力的机制证据。此外，文章将主要集中在有氧运动上（以下简称“运动”），但在提到其他形式的运动时，会详细说明，如阻力训练。

运动和认知功能

最近针对《2018年美国人健康和人类服务体育活动指南》咨询委员会进行的部分系统综述，总结了运动干预对整个生命周期以及临床疾病中认知功能的影响的现有证据。这篇综述总结，有相当有力的证据表明，中度剧烈运动可以改善认知能力，尤其是处理速度、记忆和执行功能。迄今为止，最有力的研究证据是运动的认知增强作用集中在两个年龄段，即6-13岁的儿童和50岁以上的成年人，以及患有痴呆症或其他认知障碍的人群（如精神分裂症）。值得注意的是，尽管证据表明运动对儿童和老年人的影响最强烈，但这种效应仍然因研究设计的不一致和不足而不尽相同。因此，在这些人群中仍然需要严格且功能强大的随机对照试验，以更明确地评估运动对认知的影响。也有新的证据表明，在非神经或精神状况下，运动对认知能力有积极影响，例如在接受过乳腺癌治疗的女性中，女性会同时出现认知障碍和产生抱怨（框1）。由于发育时期（比如青春期）定义特定的年龄范围是很复杂的，因此使用年龄组来简化本文讨论的研究的呈现方式。目前关于运动对认知的影响的理解存在很大差距，特别是在幼儿（