20世纪90年代，研究人员宣布了一系列的发现，这些发现几乎动摇了神经科学基础。几十年来神经科学的一个基本原则认为，成熟的大脑无法产生新的神经元。一个人成年以后，大脑神经元渐渐消耗，这个过程是不可逆转的。

但越来越多的证据表明，成年人的大脑实际上可以产生新的神经元。

众所周知，体育活动可以改善身体许多器官的功能，这些效果通常与一个人的运动能力成正比。例如，当人们走路或跑步时，肌肉需要更多的氧气，持续不断的运动要求心血管系统增加心脏的维度和建立新的毛细血管。锻炼带来的对身体挑战会促成心血管的良性变化，增强耐力等。相关研究陆续证实，运动对人类的大脑也有积极的影响，尤其是当我们渐渐变老的时候，适当的运动甚至有助于降低阿尔茨海默氏症和其他神经退行性疾病的风险。

科学家们通过对白老鼠的实验发现，在滚动的轮子上不断运动的白老鼠，其海马体会产生新的神经元。海马体是一种与记忆相关的大脑结构。

问题的关键在于，运动影响大脑背后的机制是什么。换句话说，究竟什么样的运动挑战会引起大脑的反应呢?

回答这个问题需要重新梳理人类对运动的看法。例如人们通常认为步行和跑步是身体的本能活动。但过去10年来的研究表明，这种传统看法是错误的。相反，步行或跑步等运动既是身体活动，也是认知活动。而身体活动和大脑认知之间的这种联系可以追溯到数百万年前人类建构其特征的起源时期。如果我们能更好地理解运动为什么以及如何影响大脑，我们就能利用相关的生理途径来设计新的运动程序，从而提高人们的认知能力。

为了探索运动有益于大脑的机制，首先需要考虑的是大脑结构和认知的哪些方面对运动最敏感。美国加州索尔克生物研究所（SalkInstitute）的研究人员在上世纪90年代对小白鼠的研究显示，小白鼠的滚轮运动会增加其大脑的海马神经元。他们指出,这个过程与一种叫脑源性神经营养因子(BDNF)的蛋白质的产生有关。BDNF在身体和大脑中产生，能够促进新神经元的生长和存活。索尔克小组和其他研究人员进一步证明，运动诱导的新神经的产生与啮齿动物改善其在记忆训练中的表现直接相关。

这一研究结论震惊了业界。人们很自然地将之与人类联系起来。因为人类衰老过程中，海马体的萎缩与记忆困难有着广泛的联系，在患有阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病的人群中，海马体萎缩的程度更大。

随着研究的不断深入，人们调查发现与啮齿动物一样，人类的有氧运动会促进脑源性神经营养因子的产生并增强其结构。这是大脑大小和连接方式的关键领域,其中就包括海马体。

在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UniversityofIllinoisatUrbana-Champaign)的柯克·埃里克森(KirkErickson)和亚瑟·克莱默(ArthurKramer)进行的一项随机试验结果显示，持续12个月的有氧运动会使老年人BDNF水平升高、海马体积增大，从而改善记忆力。一项对英国多名中老年人进行的研究发表于年的《大脑成像与行为》(BrainImagingandBehavior)杂志。该研究证明，花更多时间进行中等强度或剧烈体育锻炼的人，其海马体积更大。

虽然目前为止尚未清楚上述作用的具体机制，比如除了神经元的再生外，是否还与其他形式的大脑可塑性的加强以及神经元之间的联系更紧密有关，但综合起来的结果清楚地表明，运动可以使大脑的海马体及其认知功能受益。

研究人员还证明了有氧运动对大脑其他部位也有益处，包括前额叶皮层的发展。这一区域的增强与更敏锐的认知功能包括规划、决策和多任务处理能力直接相关。这些能力与记忆一样，会随着人的衰老而衰退，在阿尔茨海默症出现时又会进一步退化。科学家们怀疑，体育锻炼对前额叶皮层和海马体以外的其他大脑区域产生有益影响的原因，是现有神经元之间联系的增强，而不是新神经元的诞生。

人类进化史的解释

一直立行走和保持活跃

越来越多的证据表明，有氧运动可以促进人们尤其是老年人的大脑健康。下一步就是要弄清楚究竟是什么认知挑战引发了身体活动的这种适应性反应。研究小组起先认为研究人类大脑和身体之间的进化关系可能是一个很好的起点。古人类(包括现代人类和我们已经灭绝的近亲)在六百万到七百万年前从我们现存的近亲黑猩猩和倭黑猩猩的谱系中分离出来。在那段时间里，人类进化出了许多解剖学上和行为上的适应性，使之区别于其他灵长类动物。研究认为其中两个进化上的变化，特别是其在促进运动对大脑功能的影响方面，是人们现在可以利用的。

首先，我们的祖先从用四肢行走转变为只用后腿直立行走。这种两足行走的姿势意味着有时我们的身体会在一只脚上不稳定地保持平衡，而不是像其他类人猿那样有两只或更多的四肢。为了完成这项任务，我们的大脑必须协调大量的信息，在这个过程中，调整全身的肌肉活动来保持我们的平衡。在协调这些行动的同时，我们还必须注意任何环境障碍。换句话说，仅仅因为我们靠两足行走，我们的大脑就比我们的四足祖先在认知上接受更多的挑战。

第二，原始人类不断改变了的生活方式加入了更高水平的有氧运动。化石证据表明，在人类进化的早期阶段，我们的祖先可能是相对定居的两足猿，他们主要吃植物。大约万年前，随着栖息地气候变冷逐渐干涸，至少有一群人类祖先开始以一种新的方式觅食，即狩猎和采集植物性食物。狩猎和采集主宰了人类近万年的生存策略，直到大约1万年前出现了农业和畜牧业。杜克大学的HermanPontzer和加州大学洛杉矶分校的BrianWood的研究表明，由于寻找食物需要长途跋涉，狩猎和采集需要更多的有氧运动。

身体活动的增多导致对大脑需求的增加。当狩猎采集者在远处觅食时，他们必须勘察周围的环境，以确保了解自己的位置。这种空间导航依赖于海马体，而海马体正是我们从锻炼中受益的大脑区域。随着年龄的增长，海马体往往会萎缩。

此外，他们还必须利用视觉和听觉系统的感官信息，扫描周围的环境，寻找食物的信息。他们必须记住以前到过什么地方，什么时候有某种食物。大脑利用来自短期和长期记忆，做出决策和计划行程——这些认知任务是由海马体和前额叶皮层等区域支持的。狩猎者和采集者也经常成群觅食，在这种情况下，他们可能会交谈，并随时让大脑保持清醒并进行空间定位。所有这些多任务处理部分是由前额叶皮层控制的，而前额叶皮层也会随着年龄的增长而减少。

尽管任何觅食动物都必须导航并找到食物，但我们的祖先是在长达20多公里的快节奏跋涉中完成这些任务。在高速行进条件下，多任务处理变得更加困难，需要更快的信息处理速度。

从进化的角度来看，在觅食期间和觅食之后，大脑必须准备好应对一系列挑战，以最大限度地提高觅食的成功率，这对大脑的发展是极有意义的。但是，建立和维持这样一个大脑所需的生理资源包括那些支持新神经元的诞生和存活的资源——不断地消耗着身体的能量，如果不经常捕猎与采集（运动）并收获，从而实现良性循环，大脑机能就会不进则退。换句话说，如果不经常利用这个系统，则可能会很快会失去这些好处。

年《神经科学趋势》杂志(TrendsinNeurosciences)的一篇文章详细阐述了这种进化神经科学对锻炼和大脑的观点，影响颇大。如今人们已不需要依靠有氧运动来寻找食物获得生存。随着年龄增长，大脑萎缩和伴随着的认知能力下降可能与人们久坐的习惯有关。

但是，单纯地依靠增加锻炼可能并不能充分发挥体育活动的潜力，从而防止大脑衰退。该研究的模型还表明，即使是那些已经进行了大量有氧运动的人也可能需要重新考虑他们的日常活动。换句话说，我们的锻炼方式并不是保持大脑活力和发展的有效模式。

想想我们很多人做有氧运动的方式。我们经常去健身房，使用固定的健身器材。在这种锻炼中，对认知要求最高的任务可能就是决定在跑步机上方的电视上选择哪个频道。更重要的是，这些健身器材根本没有保持平衡和调整速度的要求，更不用说在变化的环境中移动等其他对内在认知挑战。

如果这种形式的运动意义不大呢?反观我们的祖先在一个不可预知的世界里进化的，从而使脑体得到充分的发展。如果我们改变锻炼模式，把认知挑战包括进来，就像我们的祖先在狩猎和采集的过程中所面临的挑战那会怎么样呢?如果我们可以通过包含认知需求的活动来增强锻炼的效果，那么我们或许可以提高旨在提高认知能力的锻炼方案的功效，甚至有可能改变阿尔茨海默病(Alzheimer’s)等神经退行性疾病的病程。

二动思结合

事实上，越来越多的研究表明，与不产生认知需求的运动相比，具有认知刺激功能的运动对大脑的益处更大。德国德累斯顿再生治疗中心的GerdKempermann及其同事通过比较单纯运动或运动后小白鼠海马新神经元的生长和存活情况，探索了这种可能性。他们发现了一个附加效应:运动本身对海马体有好处，但在刺激的环境中，将体育活动与认知需求结合起来则效果更好，这能产生更多的新神经元。在运动中和运动后使用大脑能提高神经元的存活率。

人们最近已经开始将这些研究从动物扩展到人类，结果令人鼓舞。例如，研究人员一直在探究当人们将运动和认知挑战相结合时所经历得显著的认知下降。纽约州斯克内克塔迪联合学院(UnionCollegeinSchenectady)的凯·安德森测试了具有轻度认知功能障碍的人同时进行运动和认知干预的情况。当然，在得出任何确切结论之前，还需要在这类人群中做更多的研究，但目前的研究结果表明，那些认知能力正在下降的人可能会受益于在玩需要智力的电子游戏的同时进行的锻炼。在对健康成年人的研究中，安德森·汉利和她的同事们还发现，与单纯的锻炼相比，同时锻炼和玩电子游戏（具有认知挑战性）会促进循环BDNF的增长。这些发现进一步支持了BDNF在运动诱导脑功能方面起作用的观点。

研究发现，与健康但久坐不动的年轻人相比，进行大量户外训练的大学生如越野跑者，大脑中执行认知功能相关的区域之间的连接性更强。未来的工作将帮助我们了解，这些好处是否也比那些在不那么复杂的环境中锻炼例如在跑步机上的人所看到的更大。

虽然现在就提出运动与认知任务相结合的改善大脑健康的具体方案还为时过早，但可以肯定地说，随着年龄的增长，运动是保持大脑功能的关键因素。美国卫生与公众服务部(U.S.DepartmentofHealthandHumanServices)的指导方针建议，人们每周应进行至少分钟的中等强度有氧运动，或至少75分钟的高强度有氧运动(或两者相结合)。达到或超过这些运动建议对身体有好处，可以改善大脑健康。

临床试验也告诉我们更多关于认知参与运动的功效——例如，哪种精神和身体活动最有效，以及增强认知的最佳运动强度和时长。但鉴于有关研究目前掌握的证据，我们有理由认为通过持续细致的研究，可以精确定位连接大脑和身体的生理通路，利用人类大脑进化出的适应能力，在衰老过程中进行运动诱导大脑的可塑性。总之一句话，制定在运动中同时锻炼身体和大脑的方案可以帮助保持思维敏捷。

参考资料：《科学美国人》,1,26-31(年1月)，ThisarticlewasoriginallypublishedwiththetitleWhyYourBrainNeedsExerciseinScientificAmerican,1,26-31(January)