picture from Internet

解析文章首发于唧唧堂网站，解析研究人｜杨克俭，审校编辑｜Runsong

本文是针对论文《适应性能力:一个联系运动、认知和脑健康的进化神经科学模型（Adaptive Capacity: An Evolutionary Neuroscience Model Linking Exercise, Cognition, and Brain Health）》的一篇解析，该论文由亚利桑那大学David A. Raichlen和Gene E. Alexander 于2017年7月发表在Trends in Neuroscience （其影响因子为11.124）上。

研究背景

近年来大量研究结果显示：有氧运动对抵抗衰老进程中的认知功能下降具有重要意义，同时运动能够显著改善大脑结构和功能。将运动作为一项干预措施用于认知功能领域前景逐渐清晰（延伸阅读：唧唧堂：常年跑步的人的大脑有更强的功能链接，更善于做计划做决定！）。但是，运动与大脑两个风马牛不相及的生理系统，何以能够相互影响？匪夷所思 ^?^

研究领域已有一些理论能够解释或部分解释这个问题，但是尚没有一个全面的理论模型能够很好的解释及预测为什么运动能够提高脑功能。为解决这个问题，本论文作者从进化神经科学的角度，提出了适应能力模型（ACM, Adaptive Capacity Model），解释了运动影响脑功能的进化学及生理学基础，并列举已有研究证明了该理论的正确性。

大约200万年前，人类的生活方式产生了一个转变，从久坐不动的生活方式转变为了高认知+运动的生活方式(觅食活动涉及运动控制、空间定向、记忆及执行功能等)。在这个转变过程中人类生理得以进化，充分体现了人类生理能力适应环境需求的能力。这就是运动影响身体健康和认知功能的进化学基础：当运动和认知同时或在较短时间内进行时，更加符合人类的进化需求，对脑功能的促进更加显著。

根据以上论述，适应能力模型可以解释：（重点来了！）

1、运动能够提高脑功能(运动本身也有认知需求)；

2、认知+运动能更加明显地提高脑功能。

上图显示了ACM模型的理论过程，运动会产生神经刺激信号（neurogenic trigger），引起神经生长因子的表达上调以及在相应脑区的灌注（neurotrophins perfusion），这时如果再有认知功能需求（On-demand potential），则会引起神经细胞存活及髓鞘的形成。在这个过程中充斥着用进废退，当生活方式是久坐式的话，则会导致大脑结构的萎缩和功能的降低。

另外，针对脑认知功能下降（特别是衰老问题），ACM模型指出：正因为人类的生理能力具有适应性才得以进化，因此当环境需求缺失的时候生理能力就会下降（如肌肉的废用性萎缩）。这是因为能力适应是一项耗费能量的过程（energy-costing），而生理能力下降体现了能量最小化原则（energy-minimizing strategy）。生理系统，包括大脑，通过提高能力来适应与运动相关的压力，而大脑功能的下降意味着大脑是在根据能量最小化原则以应对运动需求的降低。这个连续动态过程可由下图表示：

这个动物实验探讨了运动与脑细胞增殖程度的关系，结果如下：

1、运动上调脑细胞增殖水平（EXE组）：

2、认知+运动，且人们在最短时间间隔下进行这两项活动时，脑细胞增殖水平最高（EXE+Delay 1 week组）：

这个人体实验探讨了运动与不同水平认知需求（难VS易）对执行功能的影响。

结果如下：运动+高认知需求情况下，执行功能的改善最显著。

总结

至此，作者完美地回答了为什么肌肉运动会引起大脑结构和功能改变这个问题。论文首先从人类进化史出发，指出人类在进化过程中觅食过程的转变使得人类将运动与大脑紧密相连，拥有了牵肌肉而动大脑的进化需求。之后，作者阐述了运动与认知需求对大脑结构和功能影响的认知神经机制，提出了适应能力模型ACM。并通过列举近年来大量的试验结果，从动物实验中生化分子层面到人体实验中的行为学结果、ERP等，无一例外能够契合ACM理论。对于运动对大脑的影响，作者提供了清晰全面的视角。

文章最后，作者为下一步研究指明了方向，指出目前尚不清楚影响认知能力的最佳运动强度、时长及运动类型等等。有兴趣的你可以移步论文全文~~

参考文献：

[1] Raichlen D A, Alexander G E. Adaptive Capacity: An Evolutionary Neuroscience Model Linking Exercise, Cognition, and Brain Health[J]. Trends in Neurosciences, 2017, (40)7, 408-421

[2] Motta‐Teixeira L C, Takada S H, Machado‐Nils A V, et al. Spatial learning and neurogenesis: Effects of cessation of wheel running and survival of novel neurons by engagement in cognitive tasks[J]. Hippocampus, 2016, 26(6): 794-803.

[3] Barcelos N, Shah N, Cohen K, et al. Aerobic and Cognitive Exercise (ACE) pilot study for older adults: executive function improves with cognitive challenge while exergaming[J]. Journal of the International Neuropsychological Society, 2015, 21(10): 768-779.

阅读论文全文，参与论文讨论，请长按以下二维码访问唧唧堂论文库。

点击“原文阅读”，查看 杨克俭在唧唧堂所有论文推荐。