身體活動(dòng)對(duì)老年人認(rèn)知和腦功能的影響

蔣長(zhǎng)好 陳婷婷 石長(zhǎng)地

(首都體育學(xué)院腦科學(xué)與運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)能力評(píng)價(jià)與研究綜合實(shí)驗(yàn)室，北京 100191)

身體活動(dòng)對(duì)老年人認(rèn)知和腦功能的影響

蔣長(zhǎng)好 陳婷婷1石長(zhǎng)地1

(首都體育學(xué)院腦科學(xué)與運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)能力評(píng)價(jià)與研究綜合實(shí)驗(yàn)室，北京 100191)

身體活動(dòng)；認(rèn)知功能；老化；腦成像

老化不僅是身體衰老過(guò)程，更是心理的衰退過(guò)程，其中認(rèn)知功能的老化表現(xiàn)最明顯且影響最大，它不僅會(huì)降低老年人的生活質(zhì)量，甚至?xí)蓴_其日常生活。自從上世紀(jì)七十年代之后，身體活動(dòng)促進(jìn)老年人認(rèn)知功能研究日益受到重視。當(dāng)前，身體活動(dòng)減緩認(rèn)知下降、提高執(zhí)行功能、促進(jìn)老年人腦的神經(jīng)生長(zhǎng)和降低老年癡呆風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題逐漸成為研究焦點(diǎn)。

1 身體活動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知功能

1.1 身體活動(dòng)減緩認(rèn)知下降 關(guān)于身體活動(dòng)降低執(zhí)行功能的老化問(wèn)題始于Spirduso〔1〕的開(kāi)創(chuàng)性研究，研究者以老年運(yùn)動(dòng)員和普通的退休老年人為研究對(duì)象，以反應(yīng)速度作為認(rèn)知評(píng)定指標(biāo)，通過(guò)比較兩個(gè)群體的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)來(lái)確定二者的認(rèn)知加工速度差異，研究發(fā)現(xiàn)老年運(yùn)動(dòng)員比退休老年人有更快的反應(yīng)速度。Spirduso〔1〕的研究結(jié)果引發(fā)了研究的熱潮，一些橫斷研究發(fā)現(xiàn)，積極參與身體活動(dòng)的老人比久坐少動(dòng)的老人的認(rèn)知表現(xiàn)更好，而且與年輕人的認(rèn)知表現(xiàn)差異更小。Dustman等〔2〕采用事件相關(guān)電位(ERP)技術(shù)，對(duì)參與有氧鍛煉和久坐少動(dòng)的老年人及年輕人ERP的P3成分做了比較。發(fā)現(xiàn)與年輕人相比，老年人的P3潛伏期更長(zhǎng)，但是長(zhǎng)期參與有氧鍛煉的老年人和年輕人的P3差異更小，而且參與有氧鍛煉的老年人比久坐少動(dòng)的老年人P3潛伏期更短，P3潛伏期更短反映認(rèn)知加工更快，表明有氧鍛煉助于緩沖年齡相關(guān)的認(rèn)知下降。

不僅如此，一些干預(yù)研究證明了身體活動(dòng)對(duì)老年人認(rèn)知功能下降的緩沖作用。Muscari等〔3〕將120名健康老年人隨機(jī)分配到鍛煉組與控制組中，鍛煉組參加為期12個(gè)月、每周3 h的有氧鍛煉的指導(dǎo)課程，鍛煉干預(yù)前后評(píng)估被試的認(rèn)知功能。研究發(fā)現(xiàn)，有氧鍛煉有效地降低了健康老年人認(rèn)知下降的速度。

還有研究發(fā)現(xiàn)身體活動(dòng)水平降低對(duì)執(zhí)行控制的消極影響。Rogers等〔4〕對(duì)90名老人4年間的身體活動(dòng)水平和認(rèn)知功能變化做了追蹤分析，發(fā)現(xiàn)那些身體活動(dòng)水平降低的被試腦血流減少，并且認(rèn)知功能降低。這一研究從反面證實(shí)了身體活動(dòng)水平對(duì)老年人認(rèn)知的作用。

1.2 身體活動(dòng)預(yù)測(cè)認(rèn)知表現(xiàn) 一些研究者聚焦于身體活動(dòng)者先前的身體活動(dòng)水平對(duì)此后若干年的認(rèn)知狀態(tài)的預(yù)測(cè)作用。Barnes等〔5〕采用主觀報(bào)告和客觀的心肺體能測(cè)量相結(jié)合的方法，對(duì)349名年齡超過(guò)55歲的老人進(jìn)行了追蹤研究。6年后的認(rèn)知重測(cè)發(fā)現(xiàn)，基線檢測(cè)時(shí)體能水平更高的老人，其認(rèn)知測(cè)試成績(jī)也更高。由于體能與長(zhǎng)期鍛煉有關(guān)，長(zhǎng)期鍛煉能對(duì)老人的認(rèn)知功能有一定的預(yù)測(cè)作用。

一些研究者甚至將鍛煉的時(shí)間追溯到童年期，也發(fā)現(xiàn)早期身體活動(dòng)對(duì)老年的認(rèn)知保護(hù)作用。Middleton等〔6〕讓9 344名老年女性報(bào)告自己在10歲、30歲、50歲左右以及老年階段的身體活動(dòng)情況，并進(jìn)行了認(rèn)知檢測(cè)。那些自我報(bào)告在任何一個(gè)階段都參加身體活動(dòng)，特別是在10 歲左右就參加身體鍛煉的老年女性，出現(xiàn)認(rèn)知損傷的風(fēng)險(xiǎn)更小。

干預(yù)研究同樣發(fā)現(xiàn)早期身體活動(dòng)對(duì)此后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的認(rèn)知功能狀態(tài)的預(yù)測(cè)作用。Yaffe等〔7〕以5 925名每周作街區(qū)步行鍛煉的老年婦女為研究對(duì)象，考察了他們的鍛煉頻率與認(rèn)知表現(xiàn)的動(dòng)態(tài)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)老人每周作街區(qū)步行的次數(shù)，可以預(yù)測(cè)6～8年后的認(rèn)知功能狀態(tài)，身體活動(dòng)基線水平更高的老人6～8年后認(rèn)知水平下降更小。

1.3 身體活動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的選擇性影響 身體活動(dòng)對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的促進(jìn)有著選擇性影響，即對(duì)于需要更大量執(zhí)行功能的認(rèn)知任務(wù)，身體活動(dòng)的促進(jìn)作用更大。執(zhí)行功能又稱執(zhí)行控制，一般是指高級(jí)或元認(rèn)知功能，它管理著其他認(rèn)知功能、情緒調(diào)節(jié)和注意，為意識(shí)行為和目標(biāo)行為服務(wù)〔8〕。Colcombe等〔9〕的一項(xiàng)元分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)對(duì)老年人的認(rèn)知功能有積極的影響，而且運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知功能的影響具有選擇性，其中對(duì)執(zhí)行控制功能的影響最大。有氧鍛煉的強(qiáng)度和控制認(rèn)知發(fā)展的大腦神經(jīng)電活動(dòng)的改變相關(guān)聯(lián)，有氧鍛煉更多的個(gè)體在認(rèn)知任務(wù)引發(fā)的P3波幅更大、潛伏期更短。Hillman等〔10〕按有氧鍛煉的參與水平將老年人分為高、中、低有氧鍛煉組，比較了3組被試的一項(xiàng)執(zhí)行控制任務(wù)成績(jī)。P3潛伏期隨有氧鍛煉參與水平增加而降低，較之低有氧鍛煉組，高、中有氧鍛煉組在完成執(zhí)行控制任務(wù)過(guò)程中P3波幅增強(qiáng)。鑒于P3潛伏期降低反映認(rèn)知加工更快，P3波幅增強(qiáng)反映注意資源分配擴(kuò)大，上述結(jié)果提示，更多的有氧鍛煉參與，更有益于老人的某些執(zhí)行控制過(guò)程。

1.4 身體活動(dòng)降低老年癡呆風(fēng)險(xiǎn) 老年癡呆通常伴有認(rèn)知特別是執(zhí)行功能損害。身體活動(dòng)更多的被試更少可能罹患老年癡呆。Larson等〔11〕對(duì)1 740名65歲以上的老人每周鍛煉(如步行、騎自行車(chē)和游泳)的參與次數(shù)進(jìn)行了追蹤研究，6.2年后的隨訪發(fā)現(xiàn)，其中158名被試已發(fā)展為癡呆。對(duì)老人的年齡、性別和用藥情況作了控制分析，發(fā)現(xiàn)在最初評(píng)估中，每周鍛煉超過(guò)3次的老人，比低于這一鍛煉頻率的老人更少可能罹患癡呆；Abbott等〔12〕具體分析了步行對(duì)癡呆的影響，對(duì)2 257名71～93歲被試每天步行的距離做了4.7年跟蹤記錄，采用一般認(rèn)知功能測(cè)驗(yàn)考察認(rèn)知下降，同時(shí)進(jìn)行癡呆評(píng)估，并對(duì)認(rèn)知能力、教育水平等變量作了控制，發(fā)現(xiàn)步行速度、距離與低癡呆風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)聯(lián)，身體活動(dòng)多的老人中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)癡呆者。

一些研究者還分析了中年時(shí)期的身體活動(dòng)與老年時(shí)期的認(rèn)知功能、老年癡呆風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系。如Chang等〔13〕的一項(xiàng)研究依據(jù)4 945名老人每周的身體活動(dòng)時(shí)間，將他們分為不鍛煉組、每周鍛煉時(shí)間≤5 h組以及每周鍛煉時(shí)間>5 h組。與不參加鍛煉的老人相比，參加鍛煉的老人在26年后仍然有較快的加工速度、較好的記憶力以及執(zhí)行功能，其中每周鍛煉時(shí)間>5 h的老人認(rèn)知表現(xiàn)最好。中年時(shí)期適度的身體活動(dòng)可能對(duì)保護(hù)老年期的認(rèn)知功能有益，并且可能降低罹患老年癡呆風(fēng)險(xiǎn)。

2 身體活動(dòng)促進(jìn)大腦可塑性

關(guān)于身體活動(dòng)對(duì)老年人的認(rèn)知功能影響，研究者還結(jié)合腦成像技術(shù)如磁共振成像(MRI)和ERP做了考察。研究主要集中于身體活動(dòng)對(duì)老年人腦結(jié)構(gòu)和功能的影響。

2.1 身體活動(dòng)影響腦結(jié)構(gòu) 認(rèn)知特別是執(zhí)行功能和額葉活動(dòng)密切相連。Colcombe等〔14〕將老人隨機(jī)指派到有氧干預(yù)組或無(wú)氧干預(yù)組，并以大學(xué)生作控制組。有氧干預(yù)組在6個(gè)月的有氧干預(yù)中，每周走3 d，每天1 h，無(wú)氧干預(yù)組做拉伸和力量訓(xùn)練等無(wú)氧運(yùn)動(dòng)。結(jié)果顯示，有氧干預(yù)組額葉和顳葉的灰質(zhì)容量增加，大腦前部的白質(zhì)容量增加，而無(wú)氧組和控制組的容量沒(méi)有增加。Rovio等〔15〕調(diào)查了中年人的身體活動(dòng)情況，21年后進(jìn)行重測(cè)，兩次均評(píng)估大腦體積、大腦灰質(zhì)密度以及腦白質(zhì)病變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與中年時(shí)久坐少動(dòng)的人相比，中年時(shí)參加身體鍛煉的人在晚年時(shí)的腦體積較大。積極參加身體活動(dòng)人大腦灰質(zhì)體積也較大。大腦灰質(zhì)密度的區(qū)別主要存在于額葉。

盡管上述研究結(jié)果不盡相同，但都證實(shí)了身體活動(dòng)特別是有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦容量的影響。

2.2 身體活動(dòng)影響腦功能 與年輕人相比，老年人在認(rèn)知任務(wù)中的腦激活更低〔16，17〕。對(duì)此有兩種不同的解釋，一是老年化導(dǎo)致神經(jīng)資源的不可逆轉(zhuǎn)損失，另一解釋是老年具有所需的資源但不能充分募集。已有研究結(jié)論支持第二種解釋。如Colcombe等〔18〕考察了6個(gè)月的體能干預(yù)項(xiàng)目對(duì)腦認(rèn)知功能的影響，發(fā)現(xiàn)有氧鍛煉不僅能促進(jìn)體能提高，也會(huì)對(duì)老年人腦的功能整合起著積極影響。也有ERP研究比較了不同身體活動(dòng)參與水平和不同體能水平的老人與年輕控制組被試的認(rèn)知表現(xiàn)，并結(jié)合溯源分析結(jié)果，考察身體活動(dòng)對(duì)腦功能的影響。Themanson等〔19〕分析了不同被試在錯(cuò)誤行動(dòng)情況下，認(rèn)知沖突評(píng)價(jià)引發(fā)的反應(yīng)監(jiān)控差異。參與身體活動(dòng)更多的老年人及高體能的年輕人，認(rèn)知活動(dòng)中錯(cuò)誤反饋引發(fā)的ERP錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)負(fù)波(ERN)的波幅更小，ERN產(chǎn)生于前扣帶回尾部〔20〕。表明身體活動(dòng)更多或體能更好有益于認(rèn)知過(guò)程，這些認(rèn)知促進(jìn)效應(yīng)與認(rèn)知過(guò)程中抑制與監(jiān)控能力更強(qiáng)相關(guān)聯(lián)。

綜上，身體活動(dòng)特別是有氧運(yùn)動(dòng)有助于引發(fā)腦容量、腦功能激活等的變化，老年人的認(rèn)知功能可以通過(guò)身體活動(dòng)得以提高，甚至在一定程度上有所逆轉(zhuǎn)。

3 總結(jié)和展望

身體活動(dòng)對(duì)老年人認(rèn)知和腦功能整合起著積極的作用，改善有氧體能的身體活動(dòng)尤其是長(zhǎng)期有氧鍛煉對(duì)執(zhí)行控制任務(wù)特別有益。盡管身體活動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知和腦功能的研究取得許多令人鼓舞的成果，但總體而言，這方面的研究尚處于初始階段，仍有諸多問(wèn)題需要進(jìn)一步考察。

3.1 身體活動(dòng)影響認(rèn)知的中介變量控制 元分析表明，身體活動(dòng)影響認(rèn)知活動(dòng)過(guò)程中，有一些其他中介變量發(fā)生作用。一是鍛煉強(qiáng)度。有研究比較不同的鍛煉強(qiáng)度對(duì)老年人認(rèn)知的影響，發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度的有氧鍛煉更有益于促進(jìn)老人的執(zhí)行功能〔21〕，但也有研究發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度的有氧鍛煉更利于提高老人的執(zhí)行功能〔22〕；二是鍛煉方式。太極拳鍛煉較之于西方的有氧、阻力和柔韌性等鍛煉方式，更有益于某些方面的執(zhí)行功能〔23〕，但也有研究發(fā)現(xiàn)，太極拳鍛煉對(duì)老年人認(rèn)知的促進(jìn)作用不明顯〔24〕；三是認(rèn)知評(píng)估的時(shí)間。有研究比較急性鍛煉前后13個(gè)時(shí)間點(diǎn)的認(rèn)知任務(wù)成績(jī)。鍛煉后即刻的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，鍛煉對(duì)某類認(rèn)知的促進(jìn)效應(yīng)，然而其他時(shí)間點(diǎn)上并沒(méi)有這一效應(yīng)〔25〕。上述中介變量的不同，易于導(dǎo)致研究結(jié)果的差異和不同研究比較的困難。因此，未來(lái)研究需在多因素的框架下操縱和測(cè)量不同的中介變量，以利于得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果。

3.2 老年癡呆和腦皮層變化與基因及身體活動(dòng)的關(guān)聯(lián) 當(dāng)前一些研究者開(kāi)始關(guān)注身體活動(dòng)和某些基因特征的關(guān)聯(lián)，有研究發(fā)現(xiàn)，具有某種等位基因的人罹患老年癡呆和腦功能失調(diào)的風(fēng)險(xiǎn)更大，基因變異如腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子基因，其蛋白質(zhì)和信使RNA濃度受身體活動(dòng)影響，這是決定身體活動(dòng)干預(yù)的認(rèn)知功效和腦皮層變化的關(guān)鍵因素〔26～28〕。但是，與基因特征相關(guān)的有氧鍛煉的認(rèn)知促進(jìn)效果仍是一個(gè)未知的問(wèn)題。那些最易于從有氧鍛煉中獲益的人與很難從有氧鍛煉中獲益的人相比，其基因特征有哪些不同，有待于進(jìn)一步研究。

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〔2013-09-14修回〕

(編輯 安冉冉/張 慧)

國(guó)家特殊需求博士人才培養(yǎng)項(xiàng)目(2013、2014)；教育部人文社科項(xiàng)目(11YJA190008)；北京市科技平臺(tái)項(xiàng)目(PXM2013_014206_000058；PXM2015_014206_000048);北京市社會(huì)科學(xué)項(xiàng)目(13ZHB008)

石長(zhǎng)地(1966-)，男，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事運(yùn)動(dòng)腦成像研究。

蔣長(zhǎng)好(1966-)，男，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事運(yùn)動(dòng)腦成像研究。

B489；B842

A

1005-9202(2015)12-3445-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2015.12.128

1 首都師范大學(xué)心理系