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有氧运动如何铸就最强大脑?来听听心理学家怎么说

  “ 你经常锻炼吗?你觉得锻炼只是对身体健康有好处吗?芝加哥大学心理学系教授西恩·贝洛克告诉你,锻炼也会对头脑有益,在怠惰的身体和活跃的身体中,大脑的外观和功能都是不同的。为什么?观看下文,贝洛克教授为你介绍,锻炼对儿童、成年人和老年人的大脑及认知能力,都会产生什么有益影响,一起来看~

  作者丨西恩·贝洛克

  本文为开智学堂精选好文

奔跑的头脑

  很少有人会认为锻炼也会对头脑有益。但是事实上健身对生理健康和心理健康都有好处。在怠惰的身体和活跃的身体中,大脑的外观和功能都是不同的。

  锻炼刺激了新脑细胞的产生,这个过程被称为神经发生。最初记载身体活跃度和大脑之间联系的研究是通过老鼠完成的。

  在「充满刺激的环境」中养大的老鼠——它们有玩具、运动轮以及很多社交机会——与在标准实验室笼子中长大的兄弟姐妹相比长出了更多的新脑细胞。

  科学家并不十分确定老鼠的哪些环境条件促成了新细胞的生长,所以 20 世纪 90 年代,圣地亚哥加州大学索尔克研究所的研究者开始着手研究这个课题。为了找到神经发生的原因,他们系统地检查了老鼠环境中的不同成分。

  这个实验遵循了一个简单的实验想法,而最终的实验结果也决定性地证明了锻炼对于脑功能的影响。

  科学家给所有小老鼠都注入了一种化学物质,这种物质可以追踪脑细胞的分裂和新细胞的生成。然后他们让一些老鼠进入「锻炼设施」——一个供它们随时使用的转轮。

  另一组老鼠则没有机会锻炼,它们的生活方式很慵懒。几周之后,为了弄明白两组老鼠的脑细胞是否不同、如何不同,科学家牺牲了这些啮齿动物。

  他们发现了令人震惊的区别:那些运动的老鼠有更多的新脑细胞,数量大概为不活动的同伴的两倍左右。

  为了确定剧烈运动就是改变老鼠脑细胞的原因。索尔克的研究者在研究中加入了另一组老鼠。这组新老鼠学习了如何走迷宫。它们有很多运用脑力的机会,却没有像转轮子的同伴那样进行很多体育运动。

  令人吃惊的是,在认知方面做出的努力并没有让它们获得像跑步的老鼠那样多的新脑细胞增殖。

  这说明了什么?虽然我们在一天工作之后经常会感觉很疲惫,就像是跑了马拉松一样,但其实这可和跑步不一样——至少对于我们的大脑来说。

  剧烈运动对于新脑细胞的生长至关重要。运动的老鼠在大脑深处的海马型区域(海马体)中表现出了最多的新细胞增长。当老鼠和人需要把学习到的东西变成长期记忆时,海马体就是最主要的脑中心之一。

图片来源 Pixabay

健康的儿童

  大脑有着令人钦佩的可塑性,特别是在幼年时期,而体育运动可以提高孩子的心理功能。

  查尔斯·希尔曼(Charles Hillman)是伊利诺伊大学的一位教授,他毕生的大部分研究都致力于记录锻炼对儿童智能造成的影响。

  他的研究清晰地说明花在体育运动上的时间并不会影响学术成就;恰恰相反,健身会提高儿童在教室中的表现。

  在最新的研究中,希尔曼和他的同事阿特·克雷默以及他们的研究团队搜集了一批 9 岁、10 岁儿童的体能数据。

  他们设计了一系列目的在于考验儿童思考、推理和记忆能力的认知测试,在孩子完成测试之后,研究者扫描了他们的大脑,发现身体最健康的孩子在很多记忆测试中表现得也最出色。

  更有说服力的是,孩子的身体健康水平大致能反映他们海马体的大小。就像是跑轮子的老鼠一样,最健康的孩子的海马体也是发育最好的。

  为了进一步证实身体健康和头脑健康之间的联系,希尔曼和克雷默同样也做了另外一个尝试,他们想看看在经过短时间的锻炼后,孩子的大脑功能是否会直接受益。

  研究者要求一组孩子分别两次访问他们的实验室。在一次访问中,孩子参与了一个短暂的实验:在跑步机上以比较高的强度走 20 分钟。

  在第二次访问中,孩子安静地坐在椅子上休息了 20 分钟。每次访问中,在孩子休息或锻炼之后(锻炼组孩子要等到心率恢复正常后),他们都接受了一系列认知考验。

  在一次考验中,研究者要求孩子专注于一条出现在电脑屏幕上的关键信息,同时忽略其他跳出来的信息。这样的心理活动就像是孩子在做作业时手机显示收到一条来自朋友的信息一样。

  为了要成功完成作业,孩子必须专注于学习材料同时忽略具有吸引力的干扰。考试时的情况也与之类似,考试时孩子需要专注,而不能琢磨放学后要和朋友一起去哪玩。换句话说,实验中的精神挑战模拟了孩子取得优秀学习成绩所必需的专注。

  孩子在锻炼之后,不仅在认知测试中的表现优于休息组的孩子,他们的大脑在锻炼之后也运转地更流畅了。

  由前额叶和顶叶脑区发出的神经活动被公认能够反映出对注意力的控制(对于学习来说至关重要),该神经活动在孩子进行了锻炼之后(相对于静止)会得到提高。

  在人类进化的很长一段时间内,我们的祖先都是作为搜寻者-采集者来生活的。为了生存,他们翻山越岭来进行捕猎并收集坚果和浆果。这就意味着我们的头脑和身体是在这种运动生活方式中进化的。身体活动似乎植根在我们的基因中。

  但是在今天的世界中,无论小孩、成人还是老人从事的运动都远远低于基因中内置的设定值。这种静止的生活方式的后果会反映在身体和精神的健康问题上。身体更健康的孩子在学习测试中也表现得更出色。

  随着考试在学术文化中变得越来越重要,学校预算紧缩,休息、体育课以及身体活动的时间都被尽量压缩,教育者错以为让孩子花更多的时间在教室里(而非操场上)才能更好地(也更廉价)提高考试分数。

  但是脑科学的新发现却告诉我们,如果想要让孩子拥有最健康、最专注,同时思考能力最强的大脑,就需要在课程表上最多加一节体育课。

  同时我们也需要保证孩子在校外也能获得足够的锻炼机会,因为课外没有任何体育活动的情况也是很常见的。

  了解了身体健康会为头脑健康造成的巨大影响,我们也获得了一条明确的指示:让孩子动起来。

图片来源 Pixabay

成年人

  虽然我们对健康和年轻人脑功能之间的联系了解得还没有那么多,但是在青春期之后,体育活动也是通往健康大脑的钥匙。

  我们的认知功能在18、19岁到三十几岁之间达到顶峰。当然,即使在心智能力最强的时候,我们的表现也未必是最好的。

  我们都有过这样的经历,一场重要考试、演讲或工作面试所带来的压力会降低我们的脑力,而恰恰在这样的时候我们需要拿出最好的表现。锻炼可以帮助我们获得所有的认知资源。

  一次次的短暂锻炼具体来说会加强脑区网络的功能,脑区包括前额皮质、顶叶皮质以及海马体(支持思考、推理以及工作记忆的大脑区域)。

  你可以把工作记忆看成某种精神便笺本,它让你可以利用意识中的任意信息。工作记忆会让你专注于和当下任务相关的信息,并且过滤掉无关信息。工作记忆是 IQ 的重要组成部分之一。

  关于工作记忆有一条重要的细节:工作记忆是有限的。我们负责这部分功能的大脑可用资源只有那么多。当处于各种充满压力的情况时——考试、游说客户,或者面试工作——我们拥有的资源就更少了。

  压力会让我们的工作记忆流失,但是锻炼却会让支持工作记忆的脑区发动起来,所以锻炼会提高思考能力、改善情绪,以及缓解压力。

  这种来自锻炼的帮助对于那些一开始工作记忆就比较少的人尤其明显。有些人天生就能比其他人驾驭更多的脑力和工作记忆。想要让工作记忆不多的人拿出更好表现的方法之一,就是进行短时间的锻炼。

  当本·西布利(Ben Sibley)和我几年前还在俄亥俄大学位于迈阿密的学院时,我们俩就发现了锻炼对于那些工作记忆比较少的人的好处。

  本发现了短时间运动会对人的注意力造成即时而正面的影响。因为专注于某些信息而排除无关信息的能力对于工作记忆来说至关重要,我们猜测锻炼带来的好处可能对于那些专注能力一开始就比较差的人来说会更加显著。

  通过实验我们发现,那些一开始拥有更少工作记忆的人,在短暂但适中的运动中受益最多。这个发现很令人兴奋,因为成年人的工作记忆不仅各不相同,而且还会随着生命阶段的不同发生改变。

  小孩拥有的工作记忆更少,因为前额皮质(支持我们集中注意力的能力)这样的脑区仍然在发育。

  工作记忆在老年人中也有减少的倾向。这意味着面向更小或更老的人的锻炼计划会特别有益,这样的锻炼计划会激发正在发育或正在衰退的工作记忆。

  运动起来、出出汗甚至还能帮助你更好地沟通。

  在MIT的斯隆管理学院最近进行的一项研究中,研究者发现人们在跑步机上快速行走、心率加快后,他们能在买二手车时讲到更好的价格,或者在新工作中赢得更好的薪酬待遇。

  但是这里也有个条件。只有在人们进入谈判之前就已经对自己的说服力感到自信时,锻炼才能起到促进作用。当然,在利用锻炼来促进思考、推理和谈判能力的过程中,适度是最关键的。

  一些体育运动会提高工作记忆——特别是对于那些一开始能力就比较欠缺的人来说,而且可能会让你具备达成有利交易的更强能力,但是在思维挑战前做一个小时以上的激烈体育运动却未必会让人有所收获。

  长期健身同时也和提高年轻人的思考和推理能力有关。

  最近的一项研究跟踪了超过一百万个瑞士军队中的 18 岁男子,更好的身体素质通常不仅代表了更高的智商,也代表了更多工作上的成就。军人越强健,智商就越高,同时与他的同伴相比,他的职业生涯更有可能获得成功。

  健康的身体和更好的额叶与顶叶脑区功能相关,这些功能支持我们的工作记忆以及专注力,所以我们很容易就能看出身体健康对于精神健康的重要意义。身体健康让你可以在需要时利用更多的脑力。

  身体强健的作用不仅仅是给你更多的大脑计算能力。锻炼同样可以提高创造性智慧。

  锻炼会帮助大脑从新的角度看待事物。工作上的成功并不总是意味着埋头苦干和处理大量的数据、文件以及问题。有时候工作的重点应该是知道何时退后一步,或者从不同角度观察问题、发现一个未经发现的市场,或者用一种独特的方式提升一种老工具。

  短时间的有氧运动可以帮助一种名为多巴胺的生理递质在脑中传播。多巴胺在脑功能的很多方面都有重要作用,比如对动作的控制、灵敏度、满足感以及专注力。

  随着年龄的增长,多巴胺通常会缓慢降低,但是对于锻炼的动物来说,这种下降会显著减缓,哪怕动物是在晚年才开始锻炼也是如此。多巴胺对于创造力和多角度思考能力来说也很重要。锻炼计划会延缓多巴胺的自然下降。

  另外还有一个让人穿起运动鞋、在午饭时间出门走走或跑步的理由:

  强健的身体会让我们对于周遭世界的看法更加积极。和身体健康的人相比,那些身体状况不佳的人看到山时会觉得更加陡峭。

  比起同年龄的健康人群,遭受慢性疼痛的人在走路时感觉他们看到的物体更加遥远。灵活度降低的老年人在判断走廊的长度时总是比那些强健的大学生估算得要长。

  如果不健康会让人把距离拉长,让山更陡峭,那么这种判断可能会让你更加不愿意运动。一个恶性循环诞生了,不健康的身体会影响头脑,让你更难动起来。

图片来源 Pixabay

晚年

  奥尔加·库特尔库(Olga Kotelko)是一位来自加拿大的 90 岁田径运动员,她经常刷新世界纪录。确实没有很多女性会参加她所在年龄组的比赛,但是无法否认库特尔库就是跑道上的王者。

  85 岁以上的人群是世界人口增速最大的群体,很多研究者都把注意力转到了如何改善老人健康和增长老人寿命上。

  大部分面向这些对象的研究关注的仅仅是他们吃的食物和他们进行的社交生活。但是在库特尔库的例子中,科学家真正关心的应该是长期锻炼对于身体和头脑造成的影响。

  库特尔库直到快 80 岁时才开始参加老将田径。她的例子让我们看到,锻炼可以延长寿命、增进健康。科学家们从她的肌肉纤维上提取了样本,发现从细胞健康的角度上说,锻炼似乎让时间倒流了。

  通常线粒体(为细胞和肌肉产生能量的细胞结构)在老年人身上会发生衰退,但是在库特尔库身上却并不明显。科学家很想知道为什么她的身体没有老化得很快。他们另外还感兴趣如何锻炼才能延长心智健康。

  最新研究令人震惊地证明锻炼确实能在晚年对认知功能构成积极影响。健康的老人和久坐不动的老人在脑健康水平上有着显而易见的差别,这些差别不仅反映在记忆上,也反映在思考和推理能力上。

  卡尔·科特曼(Carl Cotman)是加州大学欧文分校脑老化和智力衰退研究所的主管,他和他的同事想要了解锻炼如何提高脑力。

  科特曼认同的生物机制可能恰恰是锻炼对大脑健康构成正面影响的根源,而这种机制是一种脑源性神经营养因子(BDNF)。

  BDNF(脑源性神经营养因子)和相关的增长因子有时会被称为「大脑肥料」,因为这些因子帮助已有神经元存活,同时支持新神经元增长。

  老鼠在轮子上跑步之后,海马体中的 BDNF 水平提高了,对于学习和记忆来说,海马体是最重要的脑区之一。这些老鼠不仅 BDNF 水平增高了,而且它们的 BDNF 越多,在不同类型的认知考验中表现得就越好。与之相似的是,人在短时间锻炼之后,BDNF 也会增加。

  通过锻炼提高的 BDNF 水平可能会对患有痴呆症(如阿尔茨海默症)的人构成积极作用,阿尔茨海默症是 65 岁以上的人最有可能罹患的痴呆症。

  因为阿尔茨海默症的特征是脑区内(比如海马体)的神经元减少,也因为锻炼能够支持这部分大脑中的神经元,所以锻炼可以帮助减缓这种疾病的发展。

  锻炼甚至可能还是一种有效的预防措施,就像疫苗一样能预防阿尔茨海默症的发生。

  虽然激烈的有氧运动特别有效,但是你不用非得跑上几英里也能让大脑保持健康;洗盘子、搞卫生、园艺,甚至做饭都能降低阿尔茨海默症的发生率。运动方面活跃的老年人比他们不常运动的同龄人罹患痴呆症的可能性更小。

  有氧锻炼似乎是提高脑健康的关键。在我们精力充沛地游泳、奔跑、骑车、快走甚至做家务时,血流量就会增加,而这点对于促进大脑中的 BDNF 来说至关重要。

  有氧锻炼是思维迅捷所需的代谢性养料的催化剂。诸如力量训练和拉伸这样的活动无法以同样的方式产生增长因子。

  只要锻炼足够有氧,实际上就能改变大脑结构。通常我们大脑的体积会随着年龄增长而减小,而更小的大脑就意味着更弱的思考能力、推理能力以及几乎做所有事的能力。但是锻炼会减慢这种收缩。

  锻炼可以帮助大脑形成新的联结,并加强已有的联结;锻炼的老年人的大脑更年轻;身体最健壮的小孩在重要的考试中成绩最高;经常锻炼的人忧愁更少,与他们不爱运动的同龄人相比也更不容易抑郁。

  虽然我们越来越依靠让我们久坐不动的科技,但是运动的力量是显而易见的。获得更健康大脑的关键就在于身体的行动。

  有趣的是,并不只有锻炼会改变脑结构和脑功能。久坐不动同样可以改变大脑的组成——虽然并不一定是朝着好的方向。做一个活跃的人会对你的大脑构成积极影响,而总是不活动会对你的大脑造成不良的影响。

  你的活动不仅会影响大脑功能,还提供了一个了解头脑运行方式的机会。

  我们先说说走路。医生过去认为走路缓慢只是衰老过程的正常组成部分。他们错了。事实证明走路缓慢或不稳也是潜在认知损伤的标志。

  很多控制复杂认知活动的脑回路同样也帮助我们协调复杂的身体动作,比如穿过走廊。利用走路来评估认知不同于通常评定老人大脑健康水平的方法,传统方法测量的只是坐着时的指标。

  很多研究大脑老化的神经系统科学家坚信:老年人找医生查眼睛和血压时,也该把走路检查一下。甚至走路变缓或不稳的微小信号都可能告诉医生大脑的一些重要情况。

小结

  不管你的晚年人生目标是不是像奥尔加·库尔特库那样称霸赛道,拥有一个强健的身体对于头脑来说都是有益的,而且对于钱包来说也是有益的。

  最新的估算表明,随着年龄增长而增加体育活动会减少就医、疗养以及家庭护理方面的花费,这部分减少的费用每年可以达到成百上千亿美元。

  保持老年人的身体健康也意味着他们的头脑更敏锐,鼓励系统化的锻炼疗法可能是让老年人保持独立时间更长的最好方法之一。这样做的结果是减少家庭、医疗系统以及纳税人的负担。

  在美国,似乎对头脑健康的重视要高于对身体健康的重视,所以比起那些承诺能给你完美身材的健身活动,也许那些强调锻炼有益于脑力的活动才是更加有效的。

  当然,如果锻炼疗法是医疗保险的强制部分的话——或者至少对参与者提供大额费用减免,那么国家节省下来的钱会和奥尔加·库特尔库的百米冲刺一样令人惊叹不已。■

  文章摘编自:西恩·贝洛克(Sian Beilock)《具身认知:身体如何影响思维和行为》,机械工业出版社出版,已获授权,本文有删减。 

 

 

 

 

 



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