Wearable physiological monitoring
of physical exercise and mental health:
A systematic review
可穿戴生理监测身体锻炼和心理健康：
系统综述
近年来，精神健康问题已成为全球健康领域的重大挑战。随着精神疾病的广泛传播，对有效干预的需求日益增长。传统治疗方法主要依赖药物和心理治疗，而体育锻炼作为一种非药物干预，已被证明在改善心理健康方面，尤其是在缓解焦虑、抑郁和压力方面，取得了显著成果。与此同时，随着可穿戴技术的快速发展，结合生理监测与运动干预，成为探索体育锻炼对心理健康影响的重要途径。
在这一背景下，东南大学刘澄玉教授团队系统整理了2005至2024年间的相关文献，并在 Intelligent Sports and Health期刊上发表了题为"Wearable physiological monitoring of physical exercise and mental health: A systematic review" 的长篇综述论文。
本论文深入探讨了可穿戴设备如何通过生理信号监测的科学机制，系统分析体育锻炼与心理健康之间的关系，并提出了可穿戴技术在心理健康干预中的实际应用及未来发展趋势。
1 引言
全球约9.7亿人受到精神疾病困扰，心理障碍引发的疾病负担占全球总负担的25%。作为一种非药物干预手段，体育锻炼已被证实对改善情绪、缓解焦虑和抑郁具有显著效果，但其生理机制尚未完全揭示。近年来，可穿戴生理监测技术的突破为探索运动与心理健康的关系提供了新的研究路径。基于此，本文综述了可穿戴设备如何通过生理信号监测的科学机制，系统分析了体育锻炼与心理健康之间的效益关系，并探讨了可穿戴技术在心理健康干预中的实际应用及未来发展趋势。
本研究遵循PRISMA（系统综述与元分析优先报告项目）指南，检索了PubMed、Web of Science等数据库中关于“体育锻炼”、“心理健康”和“可穿戴传感器”等关键词的英文文献。在初筛8139篇文献后，通过去重、摘要审查和全文评估，最终纳入了90篇高质量研究。这些研究涵盖纵向研究、横断面研究和实验性论文，确保了结论的广泛性和科学性。
2 运动和心理健康的生理监测技术
可穿戴传感器由于其灵活性、舒适性、方便性和成本效益,已成为医学、康复、锻炼和保健的重要组成部分。这些传感器能够以单模态和多模态形式实时收集多种生理信号,使用户能够深入了解自己的身体活动和健康状况。
（1）单模态监测
单模态监测通过特定的生理信号评估运动对心理健康的影响。心电图（ECG）通过分析心率变异性，反映情绪和压力调节情况；脑电图（EEG）通过检测α波不对称性，揭示与抑郁和焦虑的关联；功能性近红外光谱（fNIRS）则通过监测运动中的脑血流变化，揭示运动对认知功能的提升机制；肌电图（EMG）通过分析肌肉张力，帮助指导放松训练和运动恢复；光电容积描记（PPG）通过追踪心率和血压变化，评估运动效果。这些技术各自独立地提供了关于运动和心理健康相互关系的有力数据支持。
（2）多模式信号监测
多模式信号监测结合了ECG、EEG、加速度计等传感器，通过AI算法提升评估的精度。这种技术整合可以同时监测多个生理参数，提供更全面的健康数据支持。例如，智能纺织服装能够同步监测心率、呼吸和体温，为运动干预提供实时、精准的数据，优化运动效果并个性化调整运动方案。通过多信号融合，能够更全面地评估运动对心理和生理健康的综合影响。
3 生理信号在运动和心理健康中的应用
随着传感器技术的进步,实时采集和分析生理数据为监测身体活动和评估身体和精神状态提供了宝贵支持。
在运动优化方面，实时监测对心率变异性（HRV）能够根据个体的生理状态动态调整运动强度，有效避免过度训练的风险；与此同时，EMG数据可以帮助优化力量训练中的肌肉负荷分配，从而提高训练效果。在心理健康评估方面，HRV的降低与抑郁和焦虑症状显著相关。研究表明，经过8周的有氧运动干预，HRV水平提升了23%，焦虑评分则下降了37%。此外，EEG伽马波活动的增强进一步表明，运动能够改善精神疾病患者的神经可塑性。机制方面，运动通过促进脑源性神经营养因子（BDNF）的分泌、调节皮质醇水平及内啡肽的释放，帮助实现情绪稳定和认知功能的提升。
4 可穿戴技术在心理健康干预中的挑战和前景
本研究评估了生理监测在运动与心理健康关系中的作用。可穿戴设备为生理信号监测提供了创新的手段，结合生物标记分析模型可有效实现远程心理健康评估。EEG、ECG和HRV等生理信号在情绪调节和精神健康评估中发挥着关键作用，研究表明锻炼能改善这些生理指标，缓解抑郁和焦虑症状，并提升情绪调节能力。然而，由于个体差异，最佳的锻炼类型和方案尚不明确，需要进一步研究。
未来的研究应聚焦以下三个方向：（1）开发高精度、舒适性更强的多模态传感器；（2）建立标准化的生物标志物体系；（3）推动“数据-算法-临床”闭环的建立，以实现心理健康干预的个性化和智能化。通过跨学科合作，可穿戴设备有望成为“移动心理治疗师”，在应对全球精神健康危机中发挥重要作用。
图表用于精神障碍评估的生理信号研究
通讯作者介绍：
刘澄玉，东南大学仪器科学与工程学院教授、院长，国家重点研发首席科学家，长期从事穿戴式医疗装备研发，担任中国生物医学工程学会常务理事、江苏省生物医学工程学会副理事长，发表SCI论文200余篇，连续五年入选全球前2%顶尖科学家榜单，国际医学生物工程联合会期刊委员会委员，MBEC期刊Deputy Editor、EngMedicine期刊Associate Editor、PMEA执行编委会成员、《生物医学工程研究》副主编等。
《智能体育与健康》是首都体育学院主办的一本经过同行评审的国际跨学科期刊，致力于推进运动、医学和工程领域的交叉创新。该期刊旨在通过发表基础理论和应用研究，包括原创研究论文、综述文章和案例研究，促进高水平的运动表现和身心健康。刊物主要专注于计算机视觉、运动智能设备、运动大数据、运动生理学和生物化学以及认知神经科学等领域的研究。该杂志拥有精心策划的国际编辑委员会，整合了多个学科，坚持高学术标准和诚信，为体育、医学和工程领域的跨学科研究提供了一个国际学术交流平台。返回搜狐，查看更多
