如何利用运动改善大脑健康、延缓大脑衰老并提升大脑表现

本期节目旨在把运动与三个相关结果联系起来：大脑健康、大脑长寿和大脑表现。大脑表现被定义为在很长一段时间内乃至进入老年后学习新信息的能力。主持人区分了两个时间范围。急性效应出现在锻炼后的几分钟、几小时以及当天。长期效应则在之后的几天、几周和几个月里逐渐积累。主持人说，对于规律运动的人，这些对大脑健康和表现的作用会随时间不断叠加。

主持人称这一领域的研究基础非常庞大：“这个主题实际上有数以万计的研究”，另有荟萃分析和综述，他说这些研究都指向各类运动对大脑的积极作用。由于这些研究采用了许多不同的方案，节目的既定目标是把它们整理进一个以具体神经生物学和内分泌机制为基础的框架。这样，听众就可以根据自己拥有的时间、年龄、健康状况以及想要实现的大脑变化来调整运动计划。主持人还把这个主题作为一种途径，用来理解身体与大脑如何时时刻刻相互沟通，而不仅仅是在运动期间。

关于运动与大脑的同行评审研究大多涵盖两类：心血管运动和抗阻训练。有氧运动从短时高强度运动到较长时间的低强度运动不等。短时运动是全力以赴的 30 秒、60 秒，有时是两分钟或四分钟，随后休息。较长时间的运动则以较平稳、较低的强度持续 20、30、45 甚至 60 分钟。

主持人说，这一领域的大多数研究聚焦于心血管运动。早期研究大多采用 30 到 60 分钟强度较低但仍能提高心率的运动。较新的研究则聚焦于高强度间歇训练，有些研究采用短至六秒的冲刺，随后休息，并重复数次。

抗阻训练研究要么采用深蹲、硬拉、卧推、肩推和双杠臂屈伸等复合多关节动作，要么采用单关节孤立动作。实验室中常见的选择是坐姿单腿腿屈伸。主持人承认这个选择可能显得奇怪，随后给出了研究者的理由，这是他从从事这类研究的科学家那里听来的。大多数人只需很少指导就能完成这个动作。非运动员也能相当安全地完成，包括没有多少运动背景的 65 岁以上人群。在比较力量增长时，未训练的那条腿还可以作为受试者自身的对照。

主持人认为，这些最低限度的方案仍然有参考价值，甚至可能标示出“可能对大脑有益的抗阻训练量和抗阻训练类型的下限”。其他研究则使用自由重量进行复合举重动作。主持人指出，最好的研究是严格控制、在实验室中以既定方式进行的。有些研究招募未受过训练的受试者，有些招募受过训练的受试者，每种选择都有其需要注意的地方。

主持人提醒，讨论中经常会把这些不同运动类型、时长和强度的结果合并在一起。如果某种特定运动与某种特定且特别有益的大脑变化相关，他说会特别指出。研究通常检验两类变化中的一种。急性研究让人们运动，然后进行认知测试或其他大脑健康和表现的测量。慢性研究追踪较长时间内的变化，通常是每周运动两到四次（最常见的是三次），持续四周到六个月。这些设计反映了在受控实验室研究中切实可行的做法。

主持人承认，研究类型和变量如此分散，看起来可能像“一大团带刺的铁丝”。他承诺会把它讲清楚，并让内容可以付诸实践。

主持人的第一个主要论点是，这类文献中“几乎所有研究”都发现了积极效果。作为例子，他引用的数据显示，在固定自行车上进行六次最大强度的六秒冲刺、每次冲刺后休息一分钟，会在急性层面显著提升大脑表现。这些研究中的测试包括记忆任务和 Stroop 任务。Stroop 任务是一种认知灵活性测试，受试者必须区分一个词的印刷颜色和这个词本身。

持续 20 到 30 分钟的稳态有氧运动，如跑步、划船、游泳或骑固定自行车，也能显著提升表现。所用任务包括工作记忆测试（例如记住一小串数字）、数学题以及 Stroop 任务。主持人说，这些各不相同的任务“揭示了同样的结果”。

这引出了一个违反直觉的结论。在整体指标上，例如所学信息的百分比，主持人说冲刺方案和 20 分钟有氧运动“实际上没有差别”。他在这里作了明确区分。这些锻炼对身体的影响截然不同。高强度、短时长的运动对最大摄氧量（VO2 max）以及循环中的激素和神经调质的影响，与长时间、低强度运动不同。腿屈伸和 10 组每组 10 次的深蹲也会带来非常不同的身体适应。然而主持人说，在每一项急性研究中，运动后大脑的输出和功能都显著提高。

为了解释为何如此不同的锻炼会带来相似的急性益处，主持人提出了一种机制，并随即限定了它：

答案是唤醒。不过，答案并不完全是唤醒，也就是说，运动对大脑健康、长寿和表现的积极作用并不能全部用唤醒来解释。

随后他给出了一个大致比例。从整体文献来看，他说“运动对大脑健康、表现和长寿的作用中，大概 60% 到 70% 可以用我们生理上的特定变化来解释”，这些变化发生在运动期间，既在身体中，也直接在大脑中。他指出这种变化就是自主神经唤醒的提高，它在运动期间出现，并在运动结束后持续一段时间。主持人把这个数字作为他自己对文献的总体判断（“我认为可以公平地说”）提出，并未将其表述为某项具体研究的结果。接下来的计划是先讲唤醒和急性表现，再转向几小时、几天、几周和几年尺度上的慢性效应。

主持人认为唤醒“并非小事”。他说，理解唤醒也有助于解释主动冷暴露、压力和创伤，并有助于设计一个让身体和大脑都获益最多的计划。

为了支持唤醒与学习之间的联系，主持人回顾了加州大学欧文分校 Larry Cahill 团队的一篇论文，题为《学习后压力增强记忆巩固：与编码时唤醒程度的交互作用》（Enhanced Memory Consolidation with Post-Learning Stress: Interaction with the Degree of Arousal at Encoding）。他说这是该团队的数篇相关论文之一。

自主神经唤醒被定义为自主神经系统交感分支的活动增加：更警觉、睁大双眼、准备好行动，心率和血压升高。主持人称这是一种适合学习的状态，“前提是警觉不过度、唤醒不过度”。他说，这篇论文表明，在接触想要学习的材料之后处于这种状态同样有益。

这些研究提高唤醒的方式，关系到如何解读这些证据。它们没有使用运动，而是使用冷加压测试：受试者把一只手臂放进冰水中一到三分钟，这会迅速而显著地提高循环中的皮质醇水平。在其他研究中，受试者接受一种药物注射，以提高肾上腺素，有时也提高皮质醇。主持人指出，皮质醇参与应激反应，但也有其他作用。他从这些研究中得出的结论是：

在接触信息之后提高自主神经唤醒，会增强人对该信息的记忆，以及对该信息细节的记忆。