近年大量研究发现，体育运动能改变大脑和认知功能，有助健康老人和神经退行性疾病患者。然而，我们对于其中机制所知甚少， 缺乏理论基础。
最近， Raichlen和Alexander （2017）提出一个进化神经科学理论模型 （Adaptive CapacityModel, ACM），以解释运动如何影响人类脑功能和认知能力 （见下图）。
作者认为，在进化史中，人类在觅食的过程中需要各种认知能力（如记忆、空间探索和执行功能）和有氧运动。在这个过程中，神经系统对动作行为或运动刺激的反应得以增强。在现今工业化社会， 部分人类长期活动不足，神经系统需要节省能量，作为他用，最后导致老化相关的脑萎缩。ACM提供了一个可行的研究框架，解释了为何不同运动/认知训练会导致不一样的结果。
脑健康的进化神经科学观点
在200万年前，人类祖先从不爱活动的类人猿生活模式转变为需要较大的体力活动的狩猎采集生活方式。从那时开始，人类生理生化系统在日常带氧运动下不断演化，而我们需要运动以保持健康也可能源自于此。
健康与体力活动之间的关系与生理系统适应刺激的能力有关。生理系统的效能变化与需求有关，而这效能变化受“能量成本”所限。在缺乏刺激下，降低生理系统效能是一种具有适应性的做法，因为这能降低代谢，解放能量用以其他生物过程，增加繁衍成功率。
人类生理系统特别适应狩猎采集生活所需的带氧运动。在现今社会，人类活动量减少，身体系统效能降低，增加患上长期疾病的风险。根据现代狩猎采集人群的体力消耗估算，古人狩猎采集生活应为一种长期的中等强度带氧运动，因此，我们的生理系统应该是比较适应这个运动强度。由于人类在长时间内还没有适应长期不运动的生活方式（人类的天性就是移动，活动，运动，“三动”），我们的生理系统会在活动量较少时容易出现长期疾病等问题，与认知和脑退化也有一定相关。
生理系统效能演化的必须条件是，对运动的生理反应必须是可遗传的。在人类研究中，研究者发现我们对运动的生理反应是可遗传的，有着一定的个体差异，只有极少数人的生理系统对运动不产生适应现象。
在动物研究中，研究者通过人工选择的方法，让高运动量的老鼠互相交配或随机把不同运动量的老鼠进行交配。结果显示，相比随机交配的老鼠，只让高运动量的老鼠进行交配更能产出对运动敏感生理系统的后代， 而它们的心脏和肺质量也较大。
ACM模型
前人的理论一般基于低活动量的生活模式，认为增加运动量能促进脑健康。然而，ACM理论则认为，长期接受运动刺激才能维持大脑效能，运动刺激不足则会导致大脑效能下降，是一个节省能量的现象。ACM的一个重点是找出维持脑功能的有效刺激。
结合运动和认知活动是维持或增强神经效能的关键，长期参与运动和较高水平的认知活动有助保护大脑，避免节省能量相关的脑萎缩。运动涉及多种运动和知觉能力，而在复杂环境中运动，则额外需要执行功能，如策划、抑制、监控和注意操控能力。随着运动速度增加，这些任务对大脑的加工需求也会上升。此外，运动本身也是一种需要认知能力的任务。例如，在觅食过程中，运动者需要用上记忆和空间探索等能力。
运动能通过产生脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor, BDNF）触发神经元生长以应付将来的认知需求。认知挑战和接触新的经验有助新神经元存活。
近年的动物研究发现，运动中的肌肉会产生肌肉因子，肌肉因子除了调控代谢和增强肌功能外，还会增加BDNF水平。运动触发的生化机制从肌肉开始，当有认知需求时，大脑会参与到这个生化机制中。在运动不久后，如果出现多个认知需求，之前触发的生化机制会在大脑层面产生正面作用，增强觅食成功率。认知需求较小的任务不能最大化利用这个生化机制。运动本身有一定认知需求，因此，单是运动（没有高级认知能力）也能保存部分新生的神经元。
（ACM模型的机制。来源：Raichlen & Alexander, 2017）
基于ACM模型，运动主要对觅食相关的脑功能/认知功能有所帮助。相较产生新的神经元，增强相关脑区的白质连接是一个更为有效的方法。当运动量下降，这些脑区最早出现退化现象。因此，我们常在老人大脑中观察到较小的额叶和颞叶，这些都与他们较低的运动量有关。ACM认为这是一种为了节省能量的适应性生理反应。
现有的动物和人类研究结果符合ACM的预测。动物研究发现，在运动不久后进行认知任务更能保存新生的神经元。加入认知任务的时间对结果有一定影响。新神经元存活数目与运动结束到认知任务开始的时间存负相关。
另外，相较高强度运动，中强度运动更能增强空间记忆和海马神经元生长。在人类研究中，元分析结果发现，相较只进行运动训练，结合运动和认知训练对认知能力的提升更为明显。另外，运动结束到认知任务开始之间的时间越小，认知能力的增长一般越大。同时进行运动和认知训练能更有效的增强认知能力。研究者应用虚拟现实技术让受试者一边在实验室内骑车一边观察骑车时路况变化。他们发现相较没用虚拟现实技术的骑车者，使用虚拟现实技术的受试者的执行功能得以提升，而这能力变化与BDNF水平增长有关。
在老人中，在跑步机上进行低强度步行的同时进行虚拟空间探索任务更能增强探索能力。结构核磁共振结果更显示，相比只进行低强度步行的老人，这些老人的海马萎缩情况较小。这些结果与ACM的预测一致，显示结合运动和认知需求较大的任务能对人类大脑带来更大的影响。运动与认知任务之间的时间十分重要，时间过长对认知能力的影响有限。
对身体和大脑锻炼者的启发
道理很简单。体育锻炼对提高大脑功能有帮助；认知训练对大脑功能也有帮助。体育锻炼同时加上认知训练，效果更好。例如，我们一开始可以一边小跑，一边背诵九九口诀或记忆外语单词（会有些难度）；慢慢过渡，我们可以一边跑步，散步，或游泳，一边考虑一些复杂的事情（当然，安全第一）。
跑步的路线也要经常变化，避免千篇一律地在一个路线上运动。一路上要尽量欣赏沿途的景色，尽量地记忆下来（例如，2018年古镇镇半程马拉松）。小朋友们经常玩的“捉迷藏”，就是一边走或跑的情况下，一边寻找自己的小伙伴，这对他们的身心健康也有帮助。
其实，我们的脑适能训练就是遵循ACM的原理。
我们一边完成一些简单的身体动作，激活大脑的相关部位，同时练习者还要高度关注动作的幅度，方向，感觉，和作用等（认知和感知训练任务）。这样才能达到最佳的练习效果。
请关注我们公众号提供的脑适能练习理论和方法，保持身心健康！
（文/陈承宇，吴嘉敏，严进洪）
参考文献
Raichlen, D. A., & Alexander, G. E. (2017). Adaptive capacity: anevolutionary neuroscience model linking exercise, cognition, and brain health.Trends in Neurosciences, 40(7), 408-421.
欢迎转载
转载请注明出处
尊重内容，从尊重作者开始
转载、合作请通过留言或邮箱联系我们
联系方式：返回搜狐，查看更多
