抗阻運動提升兒童青少年腦智的可行性及途徑研究

于宏達 楊鑫悅 于 晶

（沈陽師范大學(xué)，遼寧沈陽 110034）

“腦智”是腦與智的統(tǒng)稱，涵蓋了腦結(jié)構(gòu)與腦功能。隨著“中國腦計劃”的啟動，其重點之一即是著力于腦發(fā)育的研究，而兒童青少年的腦智發(fā)育作為腦計劃的重大研究項目，體現(xiàn)了教育和健康的雙重需求[1]。體育作為一種經(jīng)濟、有效、可操作性強的干預(yù)方式已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，越來越多的證據(jù)表明運動對腦的可塑性有積極影響[2-6]，能夠在執(zhí)行功能、注意、學(xué)習(xí)等多種方面提升兒童青少年的腦智發(fā)展[7]?？棺柽\動是以肌肉練習(xí)為主的訓(xùn)練方式，具有提升力量素質(zhì)、練習(xí)手段多元化、不受場地限制的特點，近年來對抗阻運動的研究已經(jīng)逐步深入到腦科學(xué)的領(lǐng)域，但大多集中于成年人，針對兒童青少年群體的研究較少，這可能是傳統(tǒng)觀念上人們認為未發(fā)育成熟的骨骼無法應(yīng)對抗阻訓(xùn)練引起的負荷，而損害孩子的身體發(fā)育。而這是一種持續(xù)存在的誤解，相反抗阻運動是十分安全且必要的[8、9]，并且從目前的研究來看，抗阻運動在增強骨骼肌肉的同時對腦智發(fā)展也有著獨特意義。因此，本文將闡述抗阻運動作用于腦智的影響及其機制，并進一步分析抗阻運動作為促進兒童青少年腦智發(fā)展的實現(xiàn)途徑。以期抗阻運動能夠廣泛應(yīng)用于兒童青少年日常鍛煉中，為兒童青少年腦智的相關(guān)領(lǐng)域提供新的研究思路和角度。

1 相關(guān)概念

1.1 抗阻運動

抗阻運動也稱為抗阻訓(xùn)練或阻力訓(xùn)練，是指激活具體肌肉群對抗外來阻力的一種運動類型[10]?？埂白琛辈粌H指克服附加的外來重量，如啞鈴、杠鈴、固定器械等，還包括克服自身重量，因此抗阻運動具有提高力量素質(zhì)、練習(xí)方式多元化的特點。此外，相比于其他運動項目而言，抗阻運動還具備不受場地器材限制的優(yōu)勢，具體練習(xí)的手段可以是俯臥撐、深蹲、徒手普拉提等無器械輔助的徒手練習(xí)，也可以是自由舉重或固定器械訓(xùn)練。

1.2 腦智

“腦智”，顧名思義是腦與智的統(tǒng)稱，腦包括腦結(jié)構(gòu)和功能，智則是腦的外在表現(xiàn)形式，是與認知相關(guān)的心理和行為，二者的關(guān)系是辯證統(tǒng)一的[7]。兒童青少年時期是腦智發(fā)育變化最迅速的階段，提升腦智可以促進兒童和青少年健康成長，對國家的可持續(xù)發(fā)展具有深遠影響[1]。

2 抗阻運動對兒童青少年腦智的影響

2.1 抗阻運動對“腦”作用

“腦”的部分涉及分子、細胞和系統(tǒng)三個層面?？棺柽\動對分子層面上的改變主要集中于腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BNEF），BNEF 是腦中最為豐富的神經(jīng)營養(yǎng)因子，其在海馬、大腦皮層、小腦及下丘腦中濃度很高，對認知功能和活動依賴性神經(jīng)可塑性方面的調(diào)節(jié)具有關(guān)鍵作用[11]。研究表明[12、13]抗阻運動會刺激引發(fā)明顯的BNEF 釋放，進而促使大腦發(fā)生結(jié)構(gòu)及功能性的變化。而分子的變化必然會影響到細胞層面，國內(nèi)研究顯示[14]抗阻運動通過骨骼肌收縮刺激肌細胞釋放BNEF 至外周循環(huán)系統(tǒng)，可透過血腦屏障到達大腦，進而促進了突觸的可塑性與新生神經(jīng)元的形成，因此抗阻運動也可以通過增加釋放BNEF 來優(yōu)化神經(jīng)形成，從而提升兒童青少年腦智。

系統(tǒng)層面的證據(jù)顯示[12]抗阻運動會提高皮質(zhì)活動，在額葉區(qū)的激活優(yōu)為顯著，前額葉皮層的皮質(zhì)血流動力與個體的握力之間呈正相關(guān)。另一項為期52 周的研究表明[15]抗阻運動對前額葉的激活增加體現(xiàn)在更難的Stroop 任務(wù)下，而在相對容易的任務(wù)下則觀察到激活減少，但該研究也顯示出每周兩次的抗阻訓(xùn)練便可以有效地改善大腦皮層反應(yīng)抑制過程的功能可塑性。此外，研究認為[14]抗阻運動是通過不同的負荷（間歇時間、次數(shù)）改變了腦血流及血氧含量進而影響了大腦皮質(zhì)活動，同時大腦內(nèi)血流模式也會伴隨運動時間的變化而發(fā)生改變。值得注意的是，在老年人的研究中還顯示出抗阻運動對白質(zhì)結(jié)構(gòu)的積極影響，52 周的抗阻運動有效減緩了白質(zhì)病變的進展[16]，并且可以降低白質(zhì)萎縮和白質(zhì)病變的體積[12]。然而目前已有研究表明[17]，兒童時期的一般精神病理學(xué)缺陷與整個大腦的白質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān),較低的白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與兒童認知能力下降有關(guān)[18]，以及整體白質(zhì)值與抑郁呈負相關(guān)[19]。盡管目前未采用抗阻運動對有白質(zhì)缺陷的障礙兒童進行研究，但從目前的研究來看，抗阻運動有利于白質(zhì)整體性的效用有可能在兒童青少年群體中同樣受用。

綜上，抗阻運動可以增加BNEF 的釋放，促進神經(jīng)可塑性與神經(jīng)元生成，還能夠激活額葉區(qū)，并通過負荷作用形式改變腦血流和血氧含量來影響大腦皮層活動，及有利于白質(zhì)整體性的增加。

2.2 抗阻運動對“智”的作用

認知是指“通過思想、經(jīng)驗和感覺獲得信息和理解的心理活動或過程[20]。體育運動對“智”的提升主要體現(xiàn)在與認知相關(guān)的多種外顯行為上[7]，根據(jù)目前研究，抗阻運動可以有效改善認知功能，尤其是在執(zhí)行功能方面[12、20、21]。在國外一項使用ERP 來評價急性抗阻運動效果的研究中，研究者結(jié)合Erikson Flanker 范式探究了急性抗阻運動對個體執(zhí)行Go/No-Go 任務(wù)時執(zhí)行功能的影響，結(jié)果顯示中等和高強度抗阻訓(xùn)練均能夠提高任務(wù)表現(xiàn)，并且觀察到了明顯的相關(guān)皮層活動（P3 振幅）[22]。而目前抗阻運動對執(zhí)行功能改善的具體方面仍存有爭議，楊雨柔等[21]表明，低與中強度的急性抗阻運動均對執(zhí)行功能中的抑制功能有顯著的改善效果。而近期Robinson 等[6]的研究顯示，與未實施訓(xùn)練的對照組被試相比，在課堂休息時進行俯臥撐、椅子三頭肌屈伸、交替弓步及深蹲等多樣化的為期4 周的抗阻練習(xí)的中學(xué)生，沒有發(fā)現(xiàn)抑制或認知靈活性的顯著效果，只在情節(jié)記憶方面得到了選擇性改善。筆者認為造成這種差異的原因可能是由于抗阻訓(xùn)練的劑量（負荷強度和時間）有關(guān)。

此外，抗阻運動還對注意力的提高有突出效用。Fiatarone 等[23]使用數(shù)字符號替換測驗（SDMT）分別對抗阻運動、認知訓(xùn)練、二者聯(lián)合及對照組四個組別被試的注意力進行評分，結(jié)果顯示抗阻運動組與聯(lián)合組被試的SDMT 分數(shù)均有顯著提高，且兩組間無明顯差異，而單純的認知訓(xùn)練組被試的SDMT 分數(shù)卻無顯著提高，這表明只是單純的抗阻訓(xùn)練即可以達到改善注意力的效果。同時,郭艷花等[3]將抗阻和有氧運動進行了比較研究，結(jié)果顯示在相同訓(xùn)練時間和頻率的情況下，練習(xí)深蹲起、仰臥起坐等動作的抗阻運動組肥胖兒童在認知行為、注意力穩(wěn)定性及額葉代謝方面與進行慢跑、游泳練習(xí)的有氧運動組肥胖兒童相比無顯著差異，均有良好的改善效果。

然而,抗阻運動對這些認知功能的特定領(lǐng)域改變的具體路徑尚存爭議，大多研究證據(jù)顯示這與抗阻運動中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的釋放增加有關(guān)[12、13]。但Chang 等[24]認為，阻力訓(xùn)練也可能通過提高胰島素樣生長因子1 (IGF-1)的水平，使IGF-1 提高了BDNF1 和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF) 的合成，從而改善了認知功能。此外，還有研究將增強的腦血流量，促進了皮層活動與神經(jīng)聯(lián)系作為解釋其影響的生理機制[14]。

根據(jù)目前的研究來看，抗阻運動可以觸發(fā)有益的神經(jīng)生物學(xué)過程對大腦認知功能及相關(guān)的行為產(chǎn)生重要作用，在提高執(zhí)行功能和注意力方面均有顯著效用，但是抗阻運動誘導(dǎo)的認知功能改善的潛在神經(jīng)生物學(xué)機制尚未完全了解。

3 抗阻運動提升兒童青少年腦智的實現(xiàn)途徑

陳愛國等[7]提出的體育運動提升腦智理論構(gòu)建，主要包括四大途徑，即運動負荷、動作技能、情景互動和心理狀態(tài)，各個路徑之間相對獨立而又互相聯(lián)系。本文基于該理論模型，對抗阻運動提升兒童青少年腦智的現(xiàn)實途徑進行分析。

3.1 合理運動負荷

運動負荷代表所參與的活動作用于其機體時產(chǎn)生的一種工作量，運動的強度是運動負荷的核心要素，更是調(diào)控抗阻運動負荷量度的主導(dǎo)因素。因此明確提高兒童青少年腦智發(fā)展的最佳抗阻運動強度是優(yōu)化運動負荷的關(guān)鍵。國外一項的研究探討了不同運動強度急性抗阻運動的認知益處[25]，研究者比較了低、中、高三種強度抗阻訓(xùn)練后的認知水平，發(fā)現(xiàn)在信息處理能力上，二者呈線性關(guān)系，即運動強度越高對信息處理的改善的越大。但也有研究顯示[20]，抗阻運動的確能夠有效改善認知功能（執(zhí)行功能方面），但是這種變化并非隨著運動強度的提高而提高，并觀察到在中等和高強度的急性抗阻運動后被試的執(zhí)行功能呈現(xiàn)相似的改善效果。同樣，近期我國研究者楊雨柔[21]，將32 名受試者平均分為4組，并以每名被試的深蹲、臥推、俯身劃船等6 個動作的10RM（最大重復(fù)值）標準作為運動強度的劃分指標，其中低、中、高強度組的抗阻訓(xùn)練分別以10RM 的40%、70%與100%進行，最后一組對照組為靜坐，40 分鐘后對所有被試的執(zhí)行功能進行Stroop 與2-back 任務(wù)測驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進行中和低強度抗阻運動被試的抑制控制和刷新功能均有顯著改善，且在中等強度組的改善效果更是優(yōu)于低強度組，而在高強度組中則沒有顯著效果。另外，也有研究表明[26]高強度抗阻運動有助于提高處理速度與反應(yīng)時間，但同時會對需要記憶和回憶的任務(wù)完成產(chǎn)生干擾。

此外，進行抗阻運動時可以通過肌群的參與情況和重復(fù)練習(xí)次數(shù)來控制心率，進而把握運動強度。在RM 相同的情況下，深蹲、俯臥撐等多關(guān)節(jié)動作比腿屈伸、二頭彎舉等單關(guān)節(jié)動作心率的上升幅度大；而在訓(xùn)練動作相同時，高次數(shù)RM 的心率相對高于低次數(shù)的RM 的心率[27]。

綜上所述，高強度抗阻運動對認知功能的效益存在分歧，中等強度的抗阻運動對認知的影響最佳。這可能是因為中等負荷強度相比于高和低強度使多巴胺、去甲腎上腺素等兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)達到了最佳的釋放效果，中樞神經(jīng)喚醒效應(yīng)使認知資源得到了最優(yōu)分配[4]。因此，應(yīng)鼓勵兒童青少年應(yīng)采用中等強度的抗阻運動進行練習(xí)，更好地促進腦智發(fā)展。

3.2 豐富動作技能

動作技能通常指人體在活動過程中掌握和有效地完成專門動作的能力。動作技能習(xí)得與發(fā)展的背后反映的是大腦對不同肌群參與運動的協(xié)調(diào)控制能力，在動作練習(xí)過程中大腦的相應(yīng)區(qū)域能夠持續(xù)被激活而產(chǎn)生積極變化，運動能力出色的兒童大腦左半球運動回路的連通性也更好[28]。

抗阻運動是發(fā)展肌肉力量的運動方式。成年人將抗阻運動作為優(yōu)化形體、塑造肌肉的手段，但兒童青少年所進行的抗阻運動不是追求增加肌肉質(zhì)量，而是側(cè)重于改善神經(jīng)募集、肌肉適應(yīng)、身體意識、協(xié)調(diào)平衡與耐力[29]。同時，研究表明[30]青少年進行適當?shù)目棺柽\動是相對安全的，可以增強肌肉力量與爆發(fā)力、改善心血管風(fēng)險狀況，同時提高運動技能和表現(xiàn)。而在《美國人身體活動指南》中也指出兒童和青少年每天應(yīng)參加1 小時或更多的中度至劇烈的體育活動，并且每周應(yīng)進行3 次或更多次的肌肉和骨骼強化活動[8]。

兒童青少年時期是發(fā)展動作技能的黃金時期，此時重點在于多種動作技能的習(xí)得，才能讓運動能力得到全面發(fā)展，繼而調(diào)動更多的控制中樞參與。近年來，我國對于兒童青少年的健康發(fā)展高度重視，政策層面相繼出臺指導(dǎo)文件，其中《青少年體育活動促進計劃》就充分顯示了兒童青少年時期掌握1-2 項動作技能的重要性[31]?？棺柽\動具有練習(xí)方式多元化的特點，而重點在于要根據(jù)兒童青少年所處的發(fā)育階段選擇適宜的抗阻運動項目進行練習(xí)，研究指出[30]，兒童時期應(yīng)進行綜合的全身性的肌肉力量鍛煉，此時是柔韌和協(xié)調(diào)素質(zhì)發(fā)育的敏感期，訓(xùn)練要注重練習(xí)的正確姿勢和用力的正確控制，因此兒童時期抗阻運動的方式應(yīng)以徒手練習(xí)或普拉提為主。而步入青少年階段則進入了力量素質(zhì)發(fā)育的敏感期，以發(fā)展快速力量為主，因而可以適當增加負荷，加入自由舉重及固定器械的訓(xùn)練。

綜上，在兒童青少年時期進行抗阻運動可以發(fā)展力量素質(zhì)的同時提高動作技能，并以新動作技能的習(xí)得為主要目標，發(fā)揮其練習(xí)形式豐富的特點按照兒童青少年所處的發(fā)育階段選擇實施適宜的抗阻運動項目，將帶來不同的生理與心理效應(yīng)，促進兒童青少年的腦智發(fā)育。

3.3 增添情景互動

陳愛國等[7]指出，豐富的運動環(huán)境刺激可以改變大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)，改善認知功能。在新穎的、復(fù)雜的、充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中進行運動，以及在運動中多參與互動、擔(dān)任一定的角色、團結(jié)協(xié)作共同達成目標是促進腦智發(fā)育有效方法。

抗阻運動可以在主動創(chuàng)設(shè)訓(xùn)練內(nèi)容與環(huán)境的過程中，產(chǎn)生豐富的情景互動。研究表明[32]抗阻訓(xùn)練的編排有助于提高無抗阻訓(xùn)練經(jīng)驗人的認知，如在進行徒手和器械的抗阻練習(xí)時，比其它運動項目更加自由，可以充分發(fā)揮自己的主觀能動性對練習(xí)動作進行組合編排，也可以利用現(xiàn)實環(huán)境及可用器械而靈活組織訓(xùn)練內(nèi)容。研究表明[5]，在一個充滿新問題、新挑戰(zhàn)的情景中個體在協(xié)調(diào)組合原有動作，形成新的更復(fù)雜、更靈活、更有效動作的過程中會實現(xiàn)執(zhí)行功能的突破與優(yōu)化。同時，一些抗阻運動還有著音樂輔助的天然優(yōu)勢，在徒手或器械普拉提項目中從動作開始直至結(jié)束都配合著音樂的輔助，且根據(jù)具體環(huán)節(jié)和動作轉(zhuǎn)換都配有不同的音樂節(jié)奏。而練習(xí)中伴隨著音樂還可以調(diào)節(jié)呼吸、心率，使練習(xí)者的神經(jīng)系統(tǒng)伴隨音樂的節(jié)奏興奮與放松，并且能夠激發(fā)學(xué)生的情感[33]。此外，在抗阻運動中要想不斷精進動作，則必需要與同伴和老師不斷地交流學(xué)習(xí)，以提升自己的技術(shù)水平，這便提供了一種溝通交流的情景。綜上，抗阻運動可以通過練習(xí)時的動作創(chuàng)編與設(shè)計，利用現(xiàn)實環(huán)境靈活組織訓(xùn)練內(nèi)容，音樂輔助及溝通交流等方面創(chuàng)設(shè)別樣的情景體驗，兒童青少年可通過增加與這些情景之間的互動交流而進一步促進腦智的提升。

3.4 改善心理狀態(tài)

兒童青少年的腦智發(fā)育在一定程度上受到心理狀態(tài)的影響，不良的心理狀態(tài)會損害腦智，而積極參加體育鍛煉，長期堅持運動可直接或間接地促進腦智發(fā)育[7]。Velez 等[34]對健康的西班牙裔青少年進行為期12 周的抗阻運動，結(jié)果顯示抗阻運動作用于肌肉骨骼變化的同時也會對心理健康產(chǎn)生積極影響，尤其是可以激發(fā)更高的自我概念（self-concept）。此外，在對13 到17 歲的肥胖青少年實施為期6 個月的抗阻訓(xùn)練后，他們的肌肉力量得到了顯著提高，具體表現(xiàn)為有更好的腿舉和臥推能力，同時還對運動效能感、整體自尊與訓(xùn)練信心產(chǎn)生了積極影響[35]。這說明健康和特殊的兒童青少年進行抗阻運動都有助于改善心理狀態(tài)。

目前國內(nèi)采用抗阻運動干預(yù)兒童青少年心理狀況的研究較少，而在成人的研究證據(jù)中顯示[36]，抗阻運動能夠有效改善女大學(xué)生的抑郁情緒，而這可能是抗阻練習(xí)使有益的腸道菌群成分增加而減少了抑郁有關(guān)的菌群成分，進而改善了抑郁狀態(tài)。此外，趙華恩[37]在動物實驗中分析了抗阻運動對抑郁的療效與機制，結(jié)果顯示抗阻運動可以通過激活ERK信號通路而產(chǎn)生抗抑郁作用，同時抗阻運動能夠改善CUMS大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力并抑制海馬區(qū)神經(jīng)元凋亡。

綜上，抗阻運動能夠針對自我概念、整體自尊、抑郁情緒等方面產(chǎn)生積極的心理效應(yīng)，同時兒童和青少年階段是品質(zhì)形成的關(guān)鍵時期，抗阻運動有著豐富的挫折源，在進行練習(xí)時會遇到各種不同的困難，能夠很好地培養(yǎng)兒童青少年的意志力，這無疑是一個完美的教育契機。

4 小結(jié)

抗阻運動能夠?qū)δX智產(chǎn)生積極影響，在“腦”的方面具體表現(xiàn)為能夠促進腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的釋放與神經(jīng)元的生成，增加腦部血流量與激活大腦皮質(zhì)提高神經(jīng)聯(lián)系，以及有益于改善白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性；而在“智”的方面，盡管抗阻運動改變認知功能的具體路徑尚有爭議，但它在執(zhí)行功能與注意力方面已經(jīng)顯示出了突出的效用。此外，兒童青少年在身體發(fā)育、心智成熟方面有別于成人，其采用抗阻運動有效提升腦智發(fā)育應(yīng)遵循：（1）選擇中等強度的運動負荷進行練習(xí)，并根據(jù)肌群參與情況及RM 來實施監(jiān)控；（2）充分利用抗阻運動提升肌肉力量和形式豐富的特點，練習(xí)中側(cè)重于改善神經(jīng)募集和肌肉適應(yīng)與調(diào)節(jié)；并以新動作技能的習(xí)得為主，根據(jù)其發(fā)育階段選擇適宜的抗阻運動項目進行練習(xí)；（3）注重抗阻運動中動作的編排與設(shè)計，借助音樂輔助來增添與情景的互動；（4）利用抗阻運動提高自我概念、整體自尊，及改善抑郁情緒的特點針對改善心理狀態(tài)。

總之，采用抗阻運動的方式提升兒童青少年腦智發(fā)育是切實可行的，而未來的研究應(yīng)采用更大的樣本及對存在障礙缺陷的兒童青少年進行實驗研究，豐富抗阻運動的應(yīng)用。同時，可以針對不同階段的兒童青少年，專門制定抗阻運動處方，構(gòu)建特定的干預(yù)模式。