身體鍛煉對(duì)認(rèn)知老化的延遲作用：來(lái)自腦科學(xué)的證據(jù)

張連成，高淑青

身體鍛煉對(duì)認(rèn)知老化的延遲作用：來(lái)自腦科學(xué)的證據(jù)

張連成1，高淑青2

認(rèn)知老化是指?jìng)€(gè)體進(jìn)入老年期后認(rèn)知功能的衰退過(guò)程，即與年輕時(shí)相比，老年時(shí)的認(rèn)知功能出現(xiàn)的衰退現(xiàn)象，認(rèn)知老化的發(fā)生是有其腦基礎(chǔ)的。身體鍛煉對(duì)延緩認(rèn)知老化方面的作用逐漸受到重視，并且在腦科學(xué)研究方面也積累了豐富的證據(jù)。（1）身體鍛煉通過(guò)對(duì)某些大腦結(jié)構(gòu)的重塑來(lái)影響認(rèn)知老化，經(jīng)常參加體育鍛煉對(duì)于老年人維持大腦灰質(zhì)和白質(zhì)容量、白質(zhì)完整性等方面均表現(xiàn)出積極作用；（2）身體鍛煉可以促進(jìn)與認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的激活以及功能網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)，以維持老年人的認(rèn)知功能；（3）身體鍛煉還可以通過(guò)提高大腦神經(jīng)加工效率來(lái)影響腦功能，進(jìn)而對(duì)延緩認(rèn)知老化起到重要作用。未來(lái)研究需要關(guān)注身體鍛煉對(duì)執(zhí)行控制以外的其他認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)結(jié)構(gòu)以及激活的積極影響，探討身體鍛煉促進(jìn)大腦特定腦區(qū)之間相互作用的機(jī)理以確定身體鍛煉對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)的積極影響，綜合使用ERP和fMRI等技術(shù)以探討認(rèn)知老化相關(guān)腦區(qū)的特定時(shí)間和空間機(jī)制，細(xì)化鍛煉項(xiàng)目設(shè)計(jì)以確定不同鍛煉處方對(duì)腦結(jié)構(gòu)和功能的影響等方向。

認(rèn)知老化；身體鍛煉；腦老化；認(rèn)知功能

自從第5次全國(guó)人口普查顯示我國(guó)已步入老齡化社會(huì)以來(lái)，人口老齡化問(wèn)題就成為社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。隨著老齡化進(jìn)程，老年人全身器官會(huì)出現(xiàn)退行性變化，作為腦功能的一個(gè)重要指標(biāo)，認(rèn)知功能也會(huì)出現(xiàn)衰退。而且，在全身性衰退中，最明顯且對(duì)老年人影響最大的是認(rèn)知功能[1]。認(rèn)知功能是檢驗(yàn)老年人身心健康和生活質(zhì)量的一個(gè)重要方面[2]，直接影響到老年人的日常生活[3]。認(rèn)知老化是指?jìng)€(gè)體進(jìn)入老年期后認(rèn)知功能的衰退過(guò)程，即與年輕時(shí)相比，老年時(shí)認(rèn)知功能出現(xiàn)的衰退現(xiàn)象[4]。認(rèn)知老化的發(fā)生是有其腦基礎(chǔ)的，研究[5]發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元樹(shù)突和棘突的結(jié)構(gòu)性改變，以及腦白質(zhì)中有髓神經(jīng)纖維的大量減少，是引起常態(tài)腦老化認(rèn)知功能改變的重要因素。這提示，可以采取一些干預(yù)手段，對(duì)大腦某些結(jié)構(gòu)及其功能進(jìn)行重塑，進(jìn)而延緩認(rèn)知老化。

近年來(lái)，身體鍛煉對(duì)延緩老年人認(rèn)知老化方面的作用逐漸受到重視[6-8]。本文在梳理這方面研究成果的基礎(chǔ)上認(rèn)為，身體鍛煉的認(rèn)知效益不僅表現(xiàn)在長(zhǎng)期鍛煉對(duì)老年人認(rèn)知功能的積極影響上，同時(shí)也在身體鍛煉后的即刻效應(yīng)方面有所表現(xiàn)，但這種一次性身體鍛煉的積極作用可能維持的時(shí)間較短，只有老年人長(zhǎng)期堅(jiān)持身體鍛煉，才能更好地維持這種積極作用。那么，身體鍛煉為何能延緩認(rèn)知老化的發(fā)生？這成為研究者們更為關(guān)切的一個(gè)問(wèn)題。對(duì)此，諸多研究發(fā)現(xiàn)，身體鍛煉對(duì)與認(rèn)知老化相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)和功能有積極影響，這為身體鍛煉改善老年人的認(rèn)知功能，延緩其老化進(jìn)程提供了解釋依據(jù)。本文將基于認(rèn)知老化的腦機(jī)制，從身體鍛煉對(duì)老年人大腦結(jié)構(gòu)、大腦功能的積極影響著手，探討身體鍛煉對(duì)認(rèn)知老化的積極影響，并提出未來(lái)該領(lǐng)域的研究方向。

1 身體鍛煉對(duì)認(rèn)知老化相關(guān)大腦結(jié)構(gòu)的積極影響

認(rèn)知老化與大腦的一些結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，身體鍛煉可以通過(guò)對(duì)這些大腦結(jié)構(gòu)的重塑來(lái)影響認(rèn)知老化。ERICKSON等[9]的研究通過(guò)磁共振成像技術(shù)對(duì)165名非癡呆老年人進(jìn)行研究，以揭示身體鍛煉與海馬體積以及記憶表現(xiàn)之間的關(guān)系。該研究在控制了年齡、性別以及教育年限后發(fā)現(xiàn)，高體適能者的海馬體積更大，空間記憶表現(xiàn)更好。這提示，身體鍛煉可能是通過(guò)增大海馬的體積，從而提高其記憶能力。GORDON等[10]研究發(fā)現(xiàn)，體適能較高組老年人在認(rèn)知功能測(cè)試指標(biāo)上的表現(xiàn)顯著優(yōu)于體適能較低組，而體適能水平則與中顳區(qū)、前頂區(qū)及內(nèi)額區(qū)之灰質(zhì)密度呈現(xiàn)正相關(guān)。MARKS等[8]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常參加身體鍛煉的人，會(huì)保持良好的體能，這將會(huì)促進(jìn)大腦白質(zhì)的完整性。VOSS等[11]探討了鍛煉對(duì)老年人腦白質(zhì)完整性以及認(rèn)知功能的影響。經(jīng)過(guò)1年的鍛煉干預(yù)后發(fā)現(xiàn)，體適能的積極改變與額葉和顳葉的腦白質(zhì)完整性增加以及短時(shí)記憶密切相關(guān)，而在控制了體適能改變以后，腦白質(zhì)完整性與短時(shí)記憶不相關(guān)。PRAKASH等[12]研究發(fā)現(xiàn)，身體鍛煉可以增加包括額葉內(nèi)回、前扣帶皮層和楔前葉的中線皮質(zhì)結(jié)構(gòu)中的灰質(zhì)容量，在左丘腦和右前放射冠輻射出更高的局部各向異性（這提示白質(zhì)完整性更好），而灰質(zhì)容量的增加以及白質(zhì)完整性的提高可以提高大腦的加工速度。COLCOMBE等[13]研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增長(zhǎng)，與增齡相關(guān)的額葉、頂葉與顳葉皮質(zhì)密度呈下降趨勢(shì)，而經(jīng)常參加體育鍛煉可以減緩這一進(jìn)程。FL?EL等[14]發(fā)現(xiàn)，身體活動(dòng)水平不但與記憶編碼成績(jī)呈正相關(guān)，而且與前額葉、扣帶回、枕顳區(qū)及小腦的灰質(zhì)有顯著相關(guān)，其中與右前額葉與扣帶回區(qū)域的灰質(zhì)容量有高度相關(guān)。ERICKSON等[7]的追蹤研究發(fā)現(xiàn)，在控制了腦白質(zhì)損傷等多個(gè)變量的干擾后，身體鍛煉量與9年后的前額、枕葉、內(nèi)嗅以及海馬回等區(qū)域的灰質(zhì)容量變化顯著相關(guān)。因此，身體鍛煉改善認(rèn)知功能的原因可能是，身體鍛煉有助于與認(rèn)知功能有關(guān)腦區(qū)的結(jié)構(gòu)保持更加完整。

此外，幾項(xiàng)隨機(jī)控制干預(yù)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了身體鍛煉對(duì)大腦結(jié)構(gòu)的積極影響[15-17]。COLCOMBE等[15]以20位年輕人為對(duì)照組，并將59位健康老年人隨機(jī)分配到有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)組或伸展運(yùn)動(dòng)的對(duì)照組。有氧運(yùn)動(dòng)以漸進(jìn)至60%～70%心率儲(chǔ)備、每周3次，一次1 h的方式進(jìn)行6個(gè)月。干預(yù)前后分別進(jìn)行3T的優(yōu)化VBM（基于體素的形態(tài)學(xué)分析，voxel-based morphometry）方法進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期有氧鍛煉組可以增加前額葉與顳葉皮質(zhì)的灰質(zhì)與白質(zhì)容量。ERICKSON等[16]研究發(fā)現(xiàn)，有氧鍛煉1年后，老年人左、右側(cè)的前側(cè)海馬回容量分別增加2.12%與1.97%，而不鍛煉的控制組則平均下降1.4%，而海馬回容量與空間記憶表現(xiàn)呈顯著正相關(guān)。RUSCHEWEYH等[17]將62位健康老年人參與者隨機(jī)分配到中等強(qiáng)度鍛煉組、低強(qiáng)度鍛煉，以及不運(yùn)動(dòng)的控制組中，進(jìn)而探討了不同強(qiáng)度鍛煉對(duì)老年人大腦結(jié)構(gòu)以及記憶功能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，身體鍛煉可以促進(jìn)老年人記憶功能的表現(xiàn)。此外，無(wú)論是中等或低強(qiáng)度鍛煉組，其整體身體活動(dòng)量均與前額與扣帶回皮質(zhì)的灰質(zhì)容量呈顯著正相關(guān)。HO等[18]研究發(fā)現(xiàn)，身體鍛煉既可以直接影響大腦結(jié)構(gòu)，也可以通過(guò)降低身體質(zhì)量指數(shù)，進(jìn)而影響大腦結(jié)構(gòu)。

綜上，身體鍛煉可以維持大腦結(jié)構(gòu)的完整，延緩大腦灰質(zhì)、白質(zhì)密度下降，細(xì)胞凋亡以及白質(zhì)完整性下降等。而大腦結(jié)構(gòu)的保護(hù)與改善，必定表現(xiàn)在其功能的維持與提高上，這為身體鍛煉延緩認(rèn)知老化的發(fā)生提供了依據(jù)。但是，前人關(guān)于身體鍛煉對(duì)大腦結(jié)構(gòu)的積極影響似乎更多體現(xiàn)在與記憶以及執(zhí)行功能有關(guān)的腦區(qū)。這提示，未來(lái)研究需要進(jìn)一步探討身體鍛煉對(duì)老年人其他認(rèn)知功能（如學(xué)習(xí)、注意以及推理等）相關(guān)腦區(qū)結(jié)構(gòu)的影響。

2 身體鍛煉對(duì)認(rèn)知老化相關(guān)大腦功能的積極影響

已有諸多研究探討了身體鍛煉對(duì)大腦功能的積極影響。總的來(lái)說(shuō)，身體鍛煉對(duì)大腦功能的積極影響主要體現(xiàn)在促進(jìn)與認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的激活以及功能網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)、提高大腦神經(jīng)效率等方面。

2.1 身體鍛煉可以促進(jìn)與認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的激活

身體鍛煉可以促進(jìn)與認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的激活，進(jìn)而影響大腦的功能。COLCOMBE等[19]使用功能性核磁共振技術(shù)掃描研究參與者在完成Eriksen flankers任務(wù)時(shí)的大腦皮層激活現(xiàn)象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有氧鍛煉干預(yù)組在Eriksen flankers任務(wù)上表現(xiàn)更好，且同時(shí)在額葉以及頂葉區(qū)有更大的激活，這提示有氧鍛煉可以增強(qiáng)前額葉的控制功能，進(jìn)而提高認(rèn)知功能。CHAPMAN等[20]研究發(fā)現(xiàn)，12周的有氧運(yùn)動(dòng)（每周3次，每次1 h的騎單車(chē)或跑步）可增強(qiáng)中老年人的記憶力。腦成像顯示，鍛煉者的大腦中與記憶功能相關(guān)的前扣帶皮層、與早老性癡呆癥相關(guān)的海馬區(qū)等特定區(qū)域血流量增加，且這些大腦特定區(qū)域血流量的增加出現(xiàn)在記憶改善之前，說(shuō)明大腦血流量增加很可能是有氧運(yùn)動(dòng)改善記憶功能的腦機(jī)制之一。PEREIRA等[21]也通過(guò)核磁共振掃描技術(shù)發(fā)現(xiàn)，3個(gè)月的有氧鍛煉可以增加參與者海馬齒狀回內(nèi)的血容量，且這種血流量的增加與參與者的有氧能力以及短時(shí)記憶測(cè)試成績(jī)相關(guān)顯著。ROSANO等[22]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)12個(gè)月鍛煉干預(yù)后的老年人較不鍛煉的老年人在2年后完成數(shù)字符號(hào)替換測(cè)驗(yàn)時(shí)，大腦背外側(cè)前額葉皮層的激活更大。PRAKASH等[23]的橫斷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高體適能者在完成不相容的色詞Stroop任務(wù)時(shí)，額葉以及顳葉皮層區(qū)域激活更大，以便提供其完成認(rèn)知任務(wù)時(shí)所需要的認(rèn)知資源。ROGERS等[24]通過(guò)對(duì)90位65歲達(dá)到退休年齡的老年人進(jìn)行了4年的追蹤發(fā)現(xiàn)，繼續(xù)參加工作以及參加規(guī)律鍛煉的老年人4年后其認(rèn)知功能較不參加鍛煉的老年人更好，且整體腦血流更多。這也提示，參加身體鍛煉可以促進(jìn)老年人大腦功能的維持。

上述研究提示，身體鍛煉可以促進(jìn)大腦特定腦區(qū)的激活，尤其是與執(zhí)行控制相關(guān)的腦區(qū)激活，進(jìn)而維持特定的認(rèn)知功能。這也提示，未來(lái)研究需要進(jìn)一步探討身體鍛煉對(duì)其他認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)激活的影響，以拓展身體鍛煉對(duì)腦功能影響的領(lǐng)域。

2.2 身體鍛煉可以促進(jìn)腦功能網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)的積極改變

身體鍛煉對(duì)腦功能的影響還體現(xiàn)在鍛煉促進(jìn)腦功能網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)的積極改變。VOSS等[25]的橫斷研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增長(zhǎng)，默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)（default mode network，DMN）相關(guān)區(qū)域內(nèi)以及區(qū)域之間的功能性聯(lián)結(jié)減弱，但是高心血管適能的老年人的額區(qū)內(nèi)以及額區(qū)與顳區(qū)之間的功能性聯(lián)結(jié)更強(qiáng)，這些區(qū)域的功能性聯(lián)結(jié)可以促進(jìn)認(rèn)知功能的表現(xiàn)（空間加工以及執(zhí)行控制任務(wù)）。VOSS等[26]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)1年的步行鍛煉干預(yù)，可以增加老年人的默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)與前額執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)聯(lián)結(jié)，進(jìn)而促進(jìn)執(zhí)行功能的改善。BURDETTE等[27]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)4個(gè)月鍛煉干預(yù)的老年人較對(duì)照組老年人（健康教育組）在靜息態(tài)下海馬血流量顯著增加，而且鍛煉組老年人的海馬區(qū)域與前扣帶皮層的功能性聯(lián)結(jié)更加緊密。

上述研究提示，身體鍛煉可以促進(jìn)腦功能網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)的積極改變，這對(duì)于維持老年人的認(rèn)知功能至關(guān)重要，尤其是伴隨著老齡化進(jìn)程，與認(rèn)知功能相關(guān)的特定腦區(qū)的功能減弱而引起認(rèn)知衰退，但是通過(guò)多個(gè)腦區(qū)的功能性網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)的建立，可以維持老年人的認(rèn)知功能。

2.3 身體鍛煉可以提高老年人的神經(jīng)加工效率

身體鍛煉促進(jìn)大腦的機(jī)能還體現(xiàn)在經(jīng)常參加身體鍛煉的老年人其神經(jīng)加工效率更高。DAI等[6]選取了48名老年人被試，通過(guò)任務(wù)轉(zhuǎn)換范式進(jìn)行執(zhí)行功能測(cè)試，在完成執(zhí)行功能測(cè)試同時(shí)進(jìn)行ERP測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鍛煉組老年人較不鍛煉組老年人在轉(zhuǎn)換任務(wù)上反應(yīng)更快，ERPs的P300波幅更大，P300的波幅大可以反映研究參與者在完成認(rèn)知任務(wù)時(shí)的認(rèn)知資源調(diào)動(dòng)情況更好。HUANG等[28]的研究也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似結(jié)果，老年人參與鍛煉會(huì)增加其認(rèn)知需要，在干擾控制任務(wù)中資源分配的神經(jīng)效率更高。而MCDOWELL等[29]研究發(fā)現(xiàn)，不經(jīng)常參加活動(dòng)的老年人在完成認(rèn)知作業(yè)時(shí)P300曲線下的面積（area under curve，AUC）更大，說(shuō)明在完成認(rèn)知作業(yè)時(shí)需要較多的分配認(rèn)知資源，即需要較多的神經(jīng)性努力（neural effort），神經(jīng)效率低，這提示鍛煉者的大腦功能保持的更好。

此外，即刻的鍛煉也會(huì)對(duì)大腦的神經(jīng)加工效率產(chǎn)生影響，如KAMIJO等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在高強(qiáng)度騎車(chē)運(yùn)動(dòng)后，被試的P300波幅下降，而中等強(qiáng)度的騎車(chē)運(yùn)動(dòng)后，被試的P300波幅增加，而低強(qiáng)度騎車(chē)運(yùn)動(dòng)后，被試的P300沒(méi)有變化。該研究提示，在高強(qiáng)度鍛煉后，被試在完成任務(wù)時(shí)的注意資源投入下降，而中等強(qiáng)度鍛煉后，被試在完成任務(wù)時(shí)的注意資源投入增多。這提示，不同鍛煉強(qiáng)度對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)信息加工的影響不同。HILLMAN等[31]研究發(fā)現(xiàn)，30 min的跑步機(jī)鍛煉可以促進(jìn)執(zhí)行功能，在完成埃里克森弗蘭克任務(wù)（Eriksen flankers task）時(shí)的P3波幅更大，潛伏期更短，這提示急性鍛煉可以通過(guò)提高大腦的認(rèn)知加工速度和刺激辨別速度來(lái)影響執(zhí)行功能。

HILLMAN等[32]綜述了鍛煉對(duì)腦功能與認(rèn)知之間影響的ERP研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然研究結(jié)果有不一致之處，但是多數(shù)研究均發(fā)現(xiàn)經(jīng)常鍛煉者在完成刺激辨別任務(wù)、抑制任務(wù)以及轉(zhuǎn)換任務(wù)時(shí)，P3波幅更高，表明注意資源分配更多，潛伏期更短，表明加工速度更快。這提示，經(jīng)常鍛煉可以增強(qiáng)大腦的神經(jīng)聯(lián)絡(luò)，促進(jìn)腦功能的保持。

除了P3這一指標(biāo)外，還有其他的一些ERP指標(biāo)也被用來(lái)衡量鍛煉對(duì)大腦功能的積極影響，如CHANG等[33]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常鍛煉的老年人在完成修訂的斯滕伯格工作記憶任務(wù)時(shí)反應(yīng)更快，P3和N1波幅增加，而P3潛伏期縮短。這提示，身體鍛煉之所以促進(jìn)老年人的工作記憶，是因?yàn)樯眢w鍛煉增加了回憶階段的注意資源分配，提高了刺激評(píng)價(jià)的效率，并在工作記憶任務(wù)編碼的早期判別階段投入了注意資源的分配。SHIN等[34]研究發(fā)現(xiàn)，年齡會(huì)影響到工作記憶的編碼（P1晚成分的波幅更小）和工作記憶的保持/提?。ㄇ邦~葉負(fù)波更負(fù)），這表明老年人對(duì)大量感知信息進(jìn)行選擇和編碼的能力下降，工作記憶保持/提取更差，而身體鍛煉則會(huì)延緩工作記憶容量的下降，并體現(xiàn)在相關(guān)的ERP成分上。THEMANSON等[35]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常參加鍛煉的老年人在完成轉(zhuǎn)化任務(wù)測(cè)試時(shí)反應(yīng)更快，錯(cuò)誤相關(guān)負(fù)波（The error-related negativity，ERN）波幅更低，表明經(jīng)常鍛煉的老年人在完成轉(zhuǎn)換任務(wù)時(shí)付出的代價(jià)更少，需要投入的資源更少。

由于探討身體鍛煉提高大腦神經(jīng)加工效率的研究主要是采用ERP技術(shù)，而ERP技術(shù)的特點(diǎn)是時(shí)間定位較準(zhǔn)確，而空間定位相對(duì)不夠精準(zhǔn)。因而此類(lèi)研究，僅是推測(cè)身體鍛煉可以提高認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)加工效率，包括加工資源動(dòng)員的更快，儲(chǔ)備的認(rèn)知資源更多等，而不能精確描述出其具體為哪個(gè)腦區(qū)或哪幾個(gè)腦區(qū)的功能所在，這也是此類(lèi)研究的不足之所在。

綜上，身體鍛煉對(duì)腦功能老化的積極影響，不僅表現(xiàn)在促進(jìn)與認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的激活以及功能性聯(lián)結(jié)的加強(qiáng)，還表現(xiàn)在提高大腦神經(jīng)元的動(dòng)員程度等方面?？傊眢w鍛煉可以通過(guò)改善鍛煉者大腦的功能來(lái)延緩認(rèn)知老化。正如，ERICKSON和KRAMER[36]在分析了之前的相關(guān)研究后認(rèn)為的那樣，6個(gè)月的有氧運(yùn)動(dòng)足以明顯提高老年人在執(zhí)行控制方面體現(xiàn)出來(lái)的認(rèn)知能力，這些變化伴隨著腦活動(dòng)方式的改變，即建立了效率更高的神經(jīng)系統(tǒng)。

3 未來(lái)研究展望

身體鍛煉作為一種積極的生活方式，其對(duì)認(rèn)知老化的延遲作用越來(lái)越受到研究者的重視。身體鍛煉不僅在行為上可以改善老年人的認(rèn)知功能，而且在腦科學(xué)領(lǐng)域積累了大量證據(jù)，體現(xiàn)在老年人特定的腦區(qū)和功能上的積極改變，這也為身體鍛煉干預(yù)老年人的認(rèn)知功能提供了必要的依據(jù)。作者期望腦科學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展能夠?yàn)檎J(rèn)知老化研究領(lǐng)域帶來(lái)曙光，揭開(kāi)認(rèn)知老化的面紗，進(jìn)而為身體鍛煉促進(jìn)認(rèn)知功能的保持，促進(jìn)成功老齡化提供依據(jù)。

（1）關(guān)于身體鍛煉對(duì)大腦特定腦區(qū)結(jié)構(gòu)和激活的影響，需要進(jìn)一步探討身體鍛煉對(duì)執(zhí)行功能以外的其他認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)結(jié)構(gòu)和激活的影響。根據(jù)前人研究，鍛煉產(chǎn)生的認(rèn)知效益在執(zhí)行控制任務(wù)上效果量最大[37]。這也解釋了為何身體鍛煉對(duì)大腦結(jié)構(gòu)積極影響的研究主要集中在執(zhí)行功能相關(guān)的腦區(qū)。這提示，未來(lái)的研究需要進(jìn)一步探討身體鍛煉對(duì)其他認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)結(jié)構(gòu)以及激活的積極影響。同時(shí)需要考慮身體鍛煉的長(zhǎng)期作用，如果身體鍛煉對(duì)一般認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的影響是緩慢的，那么長(zhǎng)期的身體鍛煉干預(yù)與追蹤可能是未來(lái)該領(lǐng)域研究的重要方向之一。

（2）關(guān)于身體鍛煉對(duì)大腦功能性網(wǎng)絡(luò)的積極影響，未來(lái)研究需要借助正電子發(fā)射斷層掃描（positron emission computerized topography，PET）、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、腦磁圖儀（magnetoencephalography，MEG）、腦電（electroencephalogram，EEG）和事件相關(guān)電位（event-related potentials，ERPs）等設(shè)備采集相關(guān)數(shù)據(jù)，以確定身體鍛煉對(duì)大腦各個(gè)功能性網(wǎng)絡(luò)的積極影響。同時(shí)，如果有可能的話，還需要進(jìn)一步探討身體鍛煉是否可以促進(jìn)大腦特定腦區(qū)之間的相互作用以及相互作用關(guān)系的強(qiáng)弱，以此確定身體鍛煉對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)的影響。

（3）關(guān)于身體鍛煉提高大腦神經(jīng)加工效率的研究主要是采用ERP技術(shù)，而ERP技術(shù)的特點(diǎn)是大腦神經(jīng)加工的時(shí)間定位較準(zhǔn)確，而空間定位相對(duì)不夠精準(zhǔn)。因而，此類(lèi)研究?jī)H是推測(cè)身體鍛煉可以提高認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)加工效率，而不能精確描述出其腦區(qū)功能所在。因此，未來(lái)研究需要考慮在ERP研究的基礎(chǔ)上，引入精確的腦成像技術(shù)，以便確定大腦神經(jīng)效率提高的腦區(qū)所在。

（4）關(guān)于身體鍛煉方式，未來(lái)研究需要細(xì)化。不同的鍛煉方式可能對(duì)老年人的認(rèn)知功能影響不同。有氧運(yùn)動(dòng)與無(wú)氧運(yùn)動(dòng)、短期運(yùn)動(dòng)與長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)、耐力運(yùn)動(dòng)與力量訓(xùn)練等的不同可能導(dǎo)致鍛煉的效益不同，這會(huì)直接影響到老年人特定的腦結(jié)構(gòu)和功能。因此，未來(lái)研究需要細(xì)化身體鍛煉的項(xiàng)目和特征，以確定不同鍛煉處方對(duì)大腦結(jié)構(gòu)和功能的影響。

[1] 孫水英，曾慧，張群.老年人認(rèn)知功能的研究進(jìn)展及對(duì)策[J].護(hù)理研究，2008，22（2）：285-287.

[2] LAPANE K L，GAMBASSI G，LANDI F，et al.Gender differences in predictors of mortality in nursing home residents with AD[J].Neurology，2001，56（5）：650-654.

[3] 彭華茂，王大華.基本心理能力老化的認(rèn)知機(jī)制[J].心理科學(xué)進(jìn)展，2012，20（8）：1251-1258.

[4] 王大華.基本心理能力老化的中介模型及個(gè)體差異性因素的研究[D].北京：北京師范大學(xué)，2003.

[5] 強(qiáng)靜，耿媛，王銘維.常態(tài)腦老化的神經(jīng)病理改變與認(rèn)知功能下降[J].國(guó)際神經(jīng)病學(xué)神經(jīng)外科學(xué)雜志，2012，39（5）：464-467.

[6] DAI C T，CHANG Y K，HUANG C J，et al.Exercise mode and executive function in older adults：An ERP study of task-switching[J].Brain and cognition，2013，83（2）：153-162.

[7] ERICKSON K I，RAJI C，LOPEZ O，et al.Physical activity predicts gray matter volume in late adulthood[J].Neurology，2010，75：1415-1422.

[8] MARKS B L，KATZ L M，STYNER M，et al.Aerobic fitness and obesity：relationship to cerebral white matter integrity in the brain of active and sedentary older adults[J].British journal of sports medicine，2011，45（15）：1208-1215.

[9] ERICKSON K I，PRAKASH R S，VOSS M W，et al.Aerobic fitness is associated with hippocampal volume in elderly humans[J].Hippocampus，2009，19（10）：1030-1039.

[10] GORDON B A，RYKHLEVSKAIA E I，BRUMBACK C R，et al.Neuroanatomical correlates of aging，cardiopulmonary fitness level，and education[J].Psychophysiology，2008，45（5）：825-838.

[11] VOSS M W，HEO S，PRAKASH R S，et al.The influence of aerobic fitness on cerebral white matter integrity and cognitive function in older adults：Results of a one-year exercise intervention[J].Human Brain Mapping，2013，11（34）：2972-2985.

[12] PRAKASH R S，SNOOK E M，MOTL R W，et al.Aerobic fitness is associated with gray matter volume and white matter integrity in multiple sclerosis[J].Brain research，2010，1341：41-51.

[13] COLCOMBE S J，ERICKSON K I，RAZ N，et al.Aerobic fitness reduces brain tissue loss in aging humans[J].The Journals of Gerontology Series A：Biological Sciences and Medical Sciences，2003，58（2）：M176-M180.

[14] FL?EL A，RUSCHEWEYH R，KRüGER K，et al.Physical activity and memory functions：are neurotrophins and cerebral gray matter volume the missing link?[J].Neuroimage，2010，49（3）：2756-2763.

[15] COLCOMBE S J，ERICKSON K I，SCALF P E，et al.Aerobic exercise training increases brain volume in aging humans[J].The Journals of Gerontology Series A：Biological Sciences and Medical Sciences，2006，61（11）：1166-1170.

[16] ERICKSON K I，VOSS M W，PRAKASH R S，et al.Exercise training increases size of hippocampus and improves memory[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2011，108：3017-3022.

[17] RUSCHEWEYH R，WILLEMER C，KRUGER K，et al.Physical activity and memory functions：An interventional study[J].Neurobiology of Aging，2009，32（7）：1304-1319.

[18] HO A J，RAJI C A，BECKER J T，et al.The effects of physical activity，education，and body mass index on the aging brain[J].Human brain mapping，2011，32（9）：1371-1382.

[19] COLCOMBE S J，KRAMER A F，ERICKSON K I，et al.Cardiovascular fitness，cortical plasticity，and aging[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2004，101（9）：3316-3321.

[20] CHAPMAN S B，ASLAN S，SPENCE J S，et al.Shorter term aerobic exercise improves brain，cognition，and cardiovascular fitness in aging [J].Frontiers in aging neuroscience，2013，5：75.

[21] PEREIRA A C，HUDDLESTON D E，BRICKMAN A M，et al.An in vivo correlate of exercise-induced neurogenesis in the adult dentate gyrus[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2007，104（13）：5638-5643.

[22] ROSANO C，VENKATRAMAN V K，GURALNIK J，et al.Psychomotor speed and functional brain MRI 2 years after completing a physicalactivity treatment[J].The Journals of Gerontology Series A：Biological Sciences and Medical Sciences，2010，65（6）：639-647.

[23] PRAKASH R S，VOSS M W，ERICKSON K I，et al.Cardiorespiratory fitness and attentional control in the aging brain[J].Frontiers in human neuroscience，2011，4：229.

[24] ROGERS R L，MEYER J S，MORTEL K F.After reaching retirement age physical activity sustains cerebral perfusion and cognition[J].Journal of the American Geriatrics Society，1990，38（2）：123-128.

[25] VOSS M W，ERICKSON K I，PRAKASH R S，et al.Functional connectivity：a source of variance in the association between cardiorespiratory fitness and cognition?[J].Neuropsychologia，2010，48（5）：1394-1406.

[26] VOSS M W，PRAKASH R S，ERICKSON K I，et al.Plasticity of brain networks in a randomized intervention trial of exercise training in older adults[J].Frontiers in aging neuroscience，2010，2：32.

[27] BURDETTE J H，LAURIENTI P J，ESPELAND M A，et al.Using network science to evaluate exercise-associated brain changes in older adults[J].Frontiers in aging neuroscience，2010，2：23.

[28] HUANG C J，LIN P C，HUNG C L，et al.Type of physical exercise and inhibitory function in older adults：An event-related potential study[J].Psychology of Sport and Exercise，2014，15（2）：205-211.

[29] MCDOWELL K，KERICK S E，SANTA MARIA D L，et al.Aging，physical activity，and cognitive processing：an examination of P300[J]. Neurobiology of aging，2003，24（4）：597-606.

[30] KAMIJO K，NISHIHIRA Y，HATTA A，et al.Differential influences of exercise intensity on information processing in the central nervous system[J].European journal of applied physiology，2004，92（3）：305-311.

[31] HILLMAN C H，SNOOK E M，JEROME G J.Acute cardiovascular exercise and executive control function[J].International Journal of Psychophysiology，2003，48（3）：307-314.

[32] HILLMAN C H，KAMIJO K，PONTIFEX M B.The relation of ERP indices of exercise to brain health and cognition[M]//BOECKER H，HILLMAN C H，SCHEEF L，et al.In Functional Neuroimaging in Exercise and Sport Sciences.NY：Springer，2012.

[33] CHANG Y K，HUANG C J，CHEN K F，et al.Physical activity and working memory in healthy older adults：An ERP study[J].Psychophysiology，2013，50（11）：1174-1182.

[34] SHIN E，BRUMBACK-PELTZ C，GORDON B A，et al.The effects of aging and physical fitness on working memory capacity[J].The Korean Journal of Cognitive and Biological Psychology，2012，24（2）：107-126.

[35] THEMANSON J R，HILLMAN C H，CURTIN J J.Age and physical activity influences on action monitoring during task switching[J].Neurobiology of Aging，2006，27：1335-1345.

[36] ERICKSON K I，KRAMER A F.Aerobic exercise effects on cognitive and neural plasticity in older adults[J].British journal of sports medicine，2009，43（1）：22-24.

[37] COLCOMBE S，KRAMER A F.Fitness effects on the cognitive function of older adults：a meta-analytic study[J].Psychological science，2003，14（2）：125-130.

Delay Effect of Physical Exercise on Cognitive Aging：Evidence from Brain Science

ZHANG Liancheng1，GAO Shuqing2
（1.Dept.of Health&Exercise Science，Tianjin University of Sport，Tianjin 300381，China；2.Key Lab of Sport Psychological and Physiological Regulation，Tianjin University of Sport，Tianjin 300381，China）

Cognitive aging refer to the process of the decline of cognitive function in old age，which has brain basis.The delay effect of cognitive aging by physical exercise has come under attention，which was proved by a wealth of evidence in brain science.First of all，physical exercise reshapes some of the structure to influence cognitive aging.Physical exercise has positive effects on maintaining brain gray matter and white matter volumes，white matter integrity for elderly.Secondly，physical activity can promote the activation of the brain regions associated with cognitive function and functional network connections to maintain cognitive function in the elderly.Thirdly，physical exercise can improve neural efficiency，which can influence brain function and delay cognitive aging.Future studies need to focus on the effect of physical exercise on other cognitive function besides executive control and its brain mechanisms，the mechanism of physical exercise promoting brain function network brain connection，integrated using technologies such as ERP and fMRI to explore specific time and space mechanism of cognitive aging cerebral regions，refined exercise project designed to determine the effects of different exercise prescriptions on brain structure and function.

cognitive aging；physical exercise；brain aging；cognitive function

G 804.8

A

1005-0000（2014）04-309-04

2014-02-13；

2014-06-27；錄用日期：2014-06-28

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：13YJCZH246）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012BAK21B03）

張連成（1981-），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，博士，講師，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)心理學(xué)。

1.天津體育學(xué)院健康與運(yùn)動(dòng)科學(xué)系，天津 300381；2.天津體育學(xué)院競(jìng)技運(yùn)動(dòng)心理與生理調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300381。