運動改善大腦執(zhí)行功能機制的研究進展

蔡春先，張運亮

人類社會的進步是在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程中實現(xiàn)的，在這一系列的過程中，大腦的執(zhí)行功能扮演著重要的角色。執(zhí)行功能是大腦多種認知功能的集合，主要包含抑制、刷新、轉(zhuǎn)換3個子功能，它能夠加工、控制與協(xié)調(diào)各種認知過程，優(yōu)化人類認知反應(yīng)模式，從而使大腦做出適宜的反應(yīng)[1-2]。良好的執(zhí)行功能水平有助于人們更好地進行計劃、推理、判斷以及做出決定，而異常的執(zhí)行功能則與兒童注意缺陷多動障礙、抑郁癥、老年癡呆等多種精神疾病相關(guān)。尋找改善執(zhí)行功能的有效手段已成為多學(xué)科研究的重要前沿和熱點課題。

以往的研究中，專門的心理訓(xùn)練是改善大腦執(zhí)行功能最主要的手段。但隨著多學(xué)科交叉研究的推進，從其他領(lǐng)域?qū)ふ腋纳茍?zhí)行功能的有效手段也已經(jīng)成為學(xué)者們研究的熱點。其中體育運動因自身具有成本低、花費少、易開展的特點而受到廣泛關(guān)注。大量研究已經(jīng)證實，運動在一定程度上能夠有效地改善執(zhí)行功能，但“運動如何改善執(zhí)行功能”這一問題還需要進一步探究。本文對“運動改善執(zhí)行功能機制”相關(guān)的文獻進行綜述，從分子生物學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)的角度探討運動影響執(zhí)行功能的機制，同時分析相關(guān)實驗研究中需要考慮的變量設(shè)置及實驗控制，為進一步探究運動改善執(zhí)行功能的機制提供參考。

1 運動改善執(zhí)行功能的神經(jīng)生理學(xué)機制

1.1 運動改善刷新功能的神經(jīng)生理學(xué)機制

作為重要的中央執(zhí)行功能，記憶刷新功能會影響我們?nèi)粘Ｉ畹母鞣N活動。研究發(fā)現(xiàn)，運動能夠通過改變相關(guān)腦區(qū)不同部位的激活程度和范圍來改善記憶刷新功能[3-4]。涉及的主要腦區(qū)有背外側(cè)前額葉、扣帶回、頂葉、顳葉、枕葉、海馬區(qū)以及小腦等[3]。已有研究表明，背外側(cè)前額葉和背側(cè)前扣帶被認為是工作記憶編碼網(wǎng)絡(luò)的一部分，前者與編碼和信息操作相關(guān)，后者與行為調(diào)整相關(guān)[5]。來自腦影像學(xué)的研究結(jié)果顯示，工作記憶多感覺信息編碼涉及的相關(guān)大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括頂葉皮層的角回和右側(cè)前楔葉、前額葉皮層的右側(cè)額上回和前扣帶回，以及感覺聯(lián)合皮層如左側(cè)枕中回、右側(cè)顳上回等[4]。另外后扣帶回在個體調(diào)節(jié)與平衡機體內(nèi)外環(huán)境導(dǎo)向中發(fā)揮著重要的作用，其激活程度的增強與工作記憶表現(xiàn)存在正相關(guān)[3]。這些腦區(qū)功能及其相互聯(lián)系的改變，優(yōu)化了記憶刷新功能的腦激活模式。

運動還可以引起記憶刷新功能相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和重組，提高腦功能局部一致性，進而改善刷新功能[6]。Voss等人對老年人進行為期1年的有氧運動干預(yù)后發(fā)現(xiàn)，有氧訓(xùn)練增加了在默認模式網(wǎng)絡(luò)和額前執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)中額、后、顳皮層之間的功能連接，而功能連接的增加與執(zhí)行功能的改善相關(guān)[7]。方曉靜的研究表明，雙側(cè)背外側(cè)前額葉和背側(cè)前扣帶皮層之間，以及右側(cè)背外側(cè)前額葉和左側(cè)眶額-腦島皮層之間的靜息態(tài)功能連接與工作記憶表現(xiàn)正相關(guān)[5]。還有研究發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行功能的實現(xiàn)依賴于前額葉皮層與其他皮層及皮層下區(qū)域之間的動態(tài)交互作用[8]。以上分析提示，運動能夠通過改變前額葉、扣帶回等相關(guān)腦區(qū)不同部位的激活程度和范圍，增加相關(guān)腦區(qū)之間功能網(wǎng)絡(luò)連接等方式來改善記憶刷新功能。

1.2 運動改善抑制功能的神經(jīng)生理學(xué)機制

眾多的研究表明，運動能夠通過改變相關(guān)腦區(qū)激活模式、增加腦區(qū)之間功能網(wǎng)絡(luò)連接等方式改善抑制控制功能[6，9-10]。從腦區(qū)激活角度看，運動能夠改變與抑制控制功能相關(guān)腦區(qū)的激活模式。一項關(guān)于身體活動改善藥物成癮戒斷者腦功能損傷的研究發(fā)現(xiàn)，提高身體活動量可促進藥物成癮者大腦功能損傷的改善，具體表現(xiàn)為：活動組比久坐組的低頻振幅值在雙側(cè)腦島、左側(cè)眶部額下回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、左側(cè)前扣帶回、左側(cè)枕上回、左側(cè)補充運動區(qū)顯著升高，這些顯著差異腦區(qū)主要與成癮的抑制功能有關(guān)。相關(guān)的研究也發(fā)現(xiàn)，右背外側(cè)前額葉和額極區(qū)富含抑制神經(jīng)元，前扣帶回富含興奮性神經(jīng)元，右側(cè)背外側(cè)前額葉和額極區(qū)均受前扣帶回的支配，在認知控制中承擔(dān)不同的角色[10]。這些研究表明運動引起的前額葉(以背外側(cè)和腹外側(cè)為主)、前扣帶回、頂葉、紋狀體(腹側(cè))、伏隔核、運動皮層和小腦等腦區(qū)激活模式的改變與抑制控制功能的改善有關(guān)。運動條件下激活的腦區(qū)還可以通過增強腦網(wǎng)絡(luò)之間的連接程度改善抑制控制功能[6]。已有的研究表明，腹外側(cè)前額葉、前扣帶回和雙側(cè)額極協(xié)同激活增強，支持注意控制需求增加時引起的相應(yīng)反應(yīng)選擇、抑制功能和目標(biāo)控制的增強[9]。因此，運動改善抑制控制功能的神經(jīng)生理學(xué)機制主要是：運動通過改變前額葉(以背外側(cè)和腹外側(cè)為主)、前扣帶回、頂葉、紋狀體(腹側(cè))、運動皮層和小腦等主要腦區(qū)的激活模式，增強這些主要腦區(qū)之間的連接。

1.3 運動改善轉(zhuǎn)換功能的神經(jīng)生理學(xué)機制

良好的轉(zhuǎn)換功能能夠使個體根據(jù)環(huán)境的變化改變自己的行為方式及觀念。與運動改善認知靈活性相關(guān)的腦區(qū)主要有：前額葉(額極區(qū))、扣帶回、紋狀體(腹背側(cè))、下丘腦、小腦等。由這些腦區(qū)形成的腦網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)激活能夠提升個體的轉(zhuǎn)換能力。比如，一項探索認知靈活性相關(guān)腦網(wǎng)絡(luò)動態(tài)演化的研究表明，認知靈活性主要依賴于額頂網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)激活，前額極參與任務(wù)切換前的跨試次準備過程，而背側(cè)額區(qū)參與試次內(nèi)的即時任務(wù)切換，且左右兩側(cè)額區(qū)功能不同[11]。從腦結(jié)構(gòu)角度看，運動還能夠改變相關(guān)腦區(qū)的體積，進而改善轉(zhuǎn)換功能。陳愛國等人發(fā)現(xiàn)11周運動干預(yù)提升了聾啞兒童完成執(zhí)行功能任務(wù)的能力，并且運動干預(yù)所導(dǎo)致的聾啞兒童執(zhí)行功能改善與聾啞兒童右側(cè)小腦前部的灰質(zhì)體積減小存在顯著正相關(guān)[12]。也有研究表明，有氧能力可以提高老年人多個腦區(qū)的灰質(zhì)體積[13]。這說明運動可以通過改變相關(guān)腦區(qū)內(nèi)灰質(zhì)和白質(zhì)的體積改善執(zhí)行功能。以上研究表明，運動改善認知靈活性(轉(zhuǎn)換功能)的機制為：激活前額葉(額極區(qū))、扣帶回、紋狀體、下丘腦、小腦等主要腦區(qū)，增強這些腦區(qū)之間的連接以及改變相關(guān)腦區(qū)內(nèi)灰質(zhì)與白質(zhì)的體積。

上述分析提示，運動能夠改變前額葉(背外側(cè)和腹外側(cè))、扣帶回(以前扣帶回為主)、小腦、頂葉、紋狀體(腹側(cè))等腦區(qū)的激活模式，增加這些腦區(qū)之間的功能網(wǎng)絡(luò)連接，從而實現(xiàn)對執(zhí)行功能三個子功能的改善。由于各子功能所負責(zé)的認知“任務(wù)”不同，這也導(dǎo)致運動在改善各子功能時所激活腦區(qū)的部位以及范圍存在一定的差異。另外，運動改善執(zhí)行功能的神經(jīng)生理學(xué)機制研究更多集中于運動對腦網(wǎng)絡(luò)功能連接以及腦激活模式影響方面的探究，而運動通過影響腦區(qū)結(jié)構(gòu)進而改善執(zhí)行功能的研究相對較少。相關(guān)研究應(yīng)進一步加強對該方面的探索，從而更加全面地解釋運動改善執(zhí)行功能的機制。

2 運動改善執(zhí)行功能的分子生物學(xué)機制

已有的研究表明，適宜的運動對執(zhí)行功能有促進作用，但其潛在的分子機制尚不清楚[6，14]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，運動能夠增加激素、生長因子、神經(jīng)遞質(zhì)等物質(zhì)的釋放，同時能夠增強相關(guān)腦區(qū)的基因表達以及改善腦組織的抗氧化能力，這些分子生物學(xué)指標(biāo)的改變能夠有效的改善執(zhí)行功能[15-21]。

2.1 運動改善刷新功能的分子生物學(xué)機制

研究表明，運動會影響某些神經(jīng)遞質(zhì)的合成和釋放，而由運動引起的神經(jīng)遞質(zhì)的增加能夠激活不同的信號傳導(dǎo)通路，提高突觸傳遞的效能[14-15]。研究發(fā)現(xiàn)，適宜負荷的運動可以適當(dāng)提高大鼠前額葉皮質(zhì)、海馬組織等腦區(qū)中一氧化氮及一氧化氮合成酶的含量，進而提高大腦認知水平[15]。另外被運動激活的前額葉神經(jīng)活動受多巴胺水平調(diào)節(jié)，其中前額葉多巴胺D1信號受體在維持穩(wěn)定的工作記憶表示方面起著重要的作用[16]。此外，多巴胺對大腦活動的影響受基因變量的調(diào)節(jié)。在工作記憶處理過程中，某一多巴胺受體激動劑與多巴胺D2受體基因型相互作用，能夠調(diào)節(jié)與負荷相關(guān)的前額葉活動[22]。另外，多巴胺D3受體基因rs 167771位點的多態(tài)性對紋狀體和背外側(cè)前額葉之間的連接存在影響，而兩個腦區(qū)之間連接程度的加強有利于改善記憶刷新功能[14]。

從相關(guān)腦區(qū)基因表達角度看，適宜的運動還會影響相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，進而促進新突觸的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，長期中等負荷游泳運動能夠上調(diào)額葉ORX-A mRNA表達，提高大鼠空間記憶能力；而過度負荷的游泳運動則會下調(diào)額葉OX1R-mRNA表達，損害大鼠的空間記憶能力[17]。這說明運動能夠通過增強相關(guān)腦區(qū)神經(jīng)物質(zhì)的基因表達改善記憶刷新功能。運動還會增加神經(jīng)生長因子和神經(jīng)保護因子的釋放，如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、胰島素樣生長因子-1、N-甲基天冬氨酸受體等，這些神經(jīng)因子在運動促進刷新功能中起著關(guān)鍵作用[23-24]。另外，由運動引起的一些激素的增加也會參與記憶刷新功能的改善。有研究表明，前額葉皮質(zhì)具有高密度的糖皮質(zhì)激素受體，使其對壓力引起的皮質(zhì)醇濃度變化敏感，皮質(zhì)醇水平的增加極易影響前額葉介導(dǎo)的工作記憶過程[18]。還有研究發(fā)現(xiàn)，接受耐力訓(xùn)練的中老年人有較好的心肺耐力和記憶表現(xiàn)，這與血液胰島素水平有一定的關(guān)系[14]；運動可以改善胰島素的阻抗現(xiàn)象，進而對認知功能產(chǎn)生積極的影響[14]。另外，前額葉活性也會受到去甲腎上腺素的調(diào)節(jié)[19]。

2.2 運動改善抑制功能的分子生物學(xué)機制

研究發(fā)現(xiàn)，前額皮質(zhì)紋狀體系統(tǒng)中的伏隔核參與抑制控制過程，而該腦區(qū)中的多巴胺D1和D2受體則扮演著不同的角色[25]。伏隔核中多巴胺D1受體的強直激活能夠調(diào)節(jié)抑制反應(yīng)控制，而由神經(jīng)興奮劑安非他命引起的沖動反應(yīng)的增加更多地依賴于伏隔核區(qū)域多巴胺D2受體的激活[25]。另外，由運動引起的去甲腎上腺素釋放的增多也會影響執(zhí)行功能的抑制功能。有實驗研究了腎上腺素受體激動劑對抑制反應(yīng)控制的影響，發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運抑制劑改善了抑制反應(yīng)的控制，表明去甲腎上腺素參與調(diào)節(jié)抑制反應(yīng)控制的過程[26]。運動影響激素釋放來改善抑制功能的機制還體現(xiàn)在神經(jīng)肽Y上。神經(jīng)肽Y系統(tǒng)與經(jīng)典的神經(jīng)傳遞素協(xié)同作用，能夠調(diào)節(jié)自主、情感和認知過程在內(nèi)的多種功能。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)肽YY5受體拮抗劑Lu AE00654對大鼠沖動和皮質(zhì)紋狀體的回路有影響，低劑量Lu AE00654(0.03 mg/kg)可選擇性促進反應(yīng)抑制，而高劑量(0.3 mg/kg和3 mg/kg)則無影響，并且Lu AE00654也增強了背側(cè)額葉皮質(zhì)對尾殼神經(jīng)元的抑制作用[20]。這些結(jié)果提示，神經(jīng)肽Y系統(tǒng)調(diào)節(jié)了對沖動控制重要的腦區(qū)抑制神經(jīng)傳遞。

2.3 運動改善轉(zhuǎn)換功能的分子生物學(xué)機制

由運動引起的多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)的釋放不僅能夠改善記憶刷新、抑制控制功能而且對執(zhí)行功能中的轉(zhuǎn)換子功能也有一定的影響。研究發(fā)現(xiàn)，額葉、紋狀體及前扣帶皮層區(qū)域中多巴胺的平衡對調(diào)節(jié)認知靈活性至關(guān)重要[27]。運動激活的多巴胺可以通過紋狀體和前扣帶回皮層的D2受體影響設(shè)定的轉(zhuǎn)移任務(wù)的表現(xiàn)，而在前額葉中，D1受體可以調(diào)節(jié)這一表現(xiàn)[27]。表明多巴胺的D1和D2受體在調(diào)節(jié)認知靈活性任務(wù)中所發(fā)揮的作用有所差別，其中D2受體與認知靈活性不同方面的調(diào)節(jié)關(guān)系更加密切。另外腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子信號可能通過維持紋狀體多巴胺能——谷氨酰胺的相互作用來影響認知靈活性[28]。相類似的因子還有N-甲基天冬氨酸受體和5-羥色胺受體，N-甲基天冬氨酸受體能夠影響前額葉皮層的正常功能，該受體的高表達是前額葉皮層選擇性學(xué)習(xí)和靈活性行為轉(zhuǎn)換功能所必需的[29]。而運動可以使5-羥色胺受體6高度表達進而提高策略切換的性能[21]。

上述分析表明，運動能夠通過增強神經(jīng)信息傳遞改善執(zhí)行功能，其中多巴胺是重要因子。多巴胺的不同受體不僅在執(zhí)行功能各子功能扮演著重要而又不同的角色，而且由運動引起的多巴胺基因多樣性以及相關(guān)生長因子的變化也參與到執(zhí)行功能改善中。另外運動干預(yù)導(dǎo)致的相關(guān)不同激素和不同生長因子的釋放也會選擇性地影響執(zhí)行功能的各子功能，從而達到改善執(zhí)行功能的目的。

3 運動改善執(zhí)行功能相關(guān)研究的變量設(shè)置與控制

3.1 運動改善執(zhí)行功能相關(guān)研究的變量設(shè)置

3.1.1 運動項目

不同運動項目對執(zhí)行功能的影響主要體現(xiàn)在運動項目本身的動作技術(shù)特點及所處的運動情境兩個方面。認知參與度高、背景環(huán)境復(fù)雜的運動不僅能夠促進人的生理喚醒，還能更大程度地激活與認知相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進而改善執(zhí)行功能水平。從運動技術(shù)本身的復(fù)雜程度來看，簡單與精細運動存在著相對特異性的腦機制：與簡單運動相比，手足的精細運動需要更多腦區(qū)參與[30]。從運動情境對認知影響的角度看，進行情境復(fù)雜的運動時，由于需要更高的認知參與，需要調(diào)動更多的神經(jīng)回路，提高前額葉區(qū)域的活性水平，最終使執(zhí)行功能得到提高。上述分析表明，技術(shù)動作認知參與高、背景環(huán)境復(fù)雜的運動項目更有利于執(zhí)行功能的改善。

3.1.2 運動強度

目前關(guān)于不同運動強度對認知表現(xiàn)的影響有兩種理論假說；一種是喚醒理論假說(倒U假設(shè))，另一種是驅(qū)動理論假說。喚醒理論假說認為，中等負荷的運動比高強度或低強度的運動更有利于認知。具體表現(xiàn)為中等負荷的運動能夠使兒茶酚胺(如多巴胺、去甲腎上腺素和5-羥色胺)得到最佳的釋放，增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)普遍的生物喚醒效應(yīng)，合理分配認知資源[31]。而驅(qū)動理論則認為高強度運動能夠得到認知改善的最大效果。相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)，與低強度運動方案相比，高強度的方案使腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子含量增幅更大，有利于發(fā)揮其對神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能可塑性的調(diào)節(jié)作用[32]。

3.1.3 運動時間

長期運動能夠通過提升神經(jīng)信息處理、影響相關(guān)的腦區(qū)功能連接、調(diào)節(jié)相關(guān)重要生長因子以及提高腦區(qū)活化程度等機制來提升認知表現(xiàn)[14]。Voss等人報告了經(jīng)過12個月的有氧(步行)干預(yù)后，副海馬與雙側(cè)顳葉皮層以及枕部和頂骨區(qū)域之間的連接增強。心血管健康假說認為，長期運動會通過增強心血管健康而影響執(zhí)行功能[33]。長期的體育鍛煉能夠增加集中在前額葉、頂葉與部分顳葉等腦區(qū)的氧飽和度和腦血流量[34]；而這些部位都與執(zhí)行功能存在直接關(guān)系。另外，體育鍛煉能夠改善機體的血管密度，促進毛細血管的生成，這在一定程度上有利于腦的可塑性[35]。上述分析表明，運動時間的控制在運動改善執(zhí)行功能的研究中發(fā)揮著重要作用。

3.2 運動改善執(zhí)行功能相關(guān)研究的變量控制

3.2.1 性別

雖然到目前為止還沒有證據(jù)直接證明運動對不同性別在認知上的影響不同，但有少數(shù)研究支持性別差異確實存在。研究報道，女性的執(zhí)行功能更能從鍛煉中獲益[36]。最近在成年小鼠和人類身上的研究初步表明不同性別進行運動時誘導(dǎo)的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子量的增加存在差異，但具體哪種性別的增強效果更好仍然存在爭議[37]。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子某些功能和機制在性別上存在差異[38]，說明運動對大腦和潛在機制的影響可能與性別有關(guān)。運動對執(zhí)行功能影響在性別上的差異可能與不同性別之間腦部體積和連接差異有關(guān)。對人類和嚙齒類動物的研究結(jié)果表明，運動后，雌性和雄性的杏仁核、海馬、前額葉結(jié)構(gòu)和電路會有不同的反應(yīng)[39]。通過分析可以推測，性別在運動改善執(zhí)行功能機制中有重要的調(diào)節(jié)作用，并且這種調(diào)節(jié)作用的發(fā)揮與運動引起的不同性別之間腦部體積和連接的差異有關(guān)。

3.2.2 年齡

就年齡而言，盡管有研究表明運動能夠激活兒童、大學(xué)生和老年人大腦皮層的額葉和頂葉等相關(guān)腦區(qū)，但運動對不同年齡人群腦區(qū)的激活模式存在一定的差異。比如，Tsujimoto等人考察了成人和5～6歲兒童在完成相同的工作記憶任務(wù)時雙側(cè)前額葉(與執(zhí)行功能相關(guān)的腦區(qū)域)皮質(zhì)的活動狀況，結(jié)果顯示成人在工作記憶過程中左側(cè)前額葉起主導(dǎo)作用，而兒童在記憶過程則是右側(cè)前額葉起主導(dǎo)作用[40]。另外，與老年人相比，年輕人的皮層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有更大的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接[41]。通過以上的分析可以得出，由年齡導(dǎo)致的腦區(qū)激活模式和腦部網(wǎng)絡(luò)連接差異是客觀存在的，而這些差異會影響不同年齡人群執(zhí)行功能的發(fā)展，這反映出年齡是影響運動改善執(zhí)行功能的重要因素。此外，探究不同年齡人群關(guān)于運動改善執(zhí)行功能的特點是有必要的。

3.2.3 被試者身體狀況

先前研究表明，與較差的身體狀況相比，較好的身體狀況通常預(yù)示著更好的執(zhí)行功能[42]。另外，肥胖也可能會影響運動對執(zhí)行功能的改善效果。研究發(fā)現(xiàn)，有氧運動可通過激活肥胖大鼠前額葉相關(guān)通路抑制細胞凋亡，促進神經(jīng)可塑性相關(guān)蛋白質(zhì)表達，而高脂飲食可導(dǎo)致肥胖大鼠前額葉神經(jīng)可塑性相關(guān)蛋白質(zhì)表達下降[43]。相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，心肺耐力與相關(guān)皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的功能連接具有正相關(guān)關(guān)系，其中在默認模式網(wǎng)絡(luò)中效果最強[41]。提示運動可能通過提高心肺耐力進而影響與執(zhí)行功能相關(guān)的皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的連接。

3.2.4 被試者文化程度

受教育的程度也會影響個體的執(zhí)行功能水平。研究發(fā)現(xiàn)，文化程度越高的個體執(zhí)行功能總體水平越高，而執(zhí)行功能水平不同的個體受到運動影響的效果也會不同[44]。文化程度對執(zhí)行功能的影響可能與認知儲備的增加有關(guān)，認知儲備是可以改變的，并且教育、職業(yè)素質(zhì)、業(yè)余活動等可以增加認知儲備[44]。這提示我們被試者的文化程度也是影響運動改善執(zhí)行功能的重要調(diào)節(jié)因子。

3.2.5 測試任務(wù)

在多數(shù)相關(guān)研究中，運動改善執(zhí)行功能的效果主要體現(xiàn)在相關(guān)測試任務(wù)的完成情況。有研究發(fā)現(xiàn)，在不同的執(zhí)行功能測試任務(wù)中，激活的神經(jīng)部位也不完全相同。Stroop任務(wù)(英語文字處理)能夠使右側(cè)半球出現(xiàn)更多的神經(jīng)激活，而箭頭Stroop任務(wù)(空間處理)則使左側(cè)半球出現(xiàn)更多的神經(jīng)激活[45]。神經(jīng)活性表現(xiàn)出的差異說明了腦區(qū)在應(yīng)對不同難度認知任務(wù)時所動用的神經(jīng)資源存在差別[46]。這些問題會不同程度地影響到實驗的最終結(jié)果，在實驗設(shè)計時需要盡量減少這一問題的出現(xiàn)。

4 總結(jié)與展望

4.1 關(guān)于運動影響執(zhí)行功能的神經(jīng)生理學(xué)機制

眾多的研究從不同層面探討了運動與腦功能的關(guān)系，這有利于揭示運動改善執(zhí)行功能的神經(jīng)生理學(xué)機制。未來的研究可以考慮更多地借用影像學(xué)手段，從運動對腦結(jié)構(gòu)、功能的可塑性角度出發(fā)，對運動改善執(zhí)行功能的神經(jīng)生理學(xué)機制進行多層面的分析(如大腦網(wǎng)絡(luò)整合性、腦皮層厚度[47]、灰質(zhì)體積[12]、腦局部激活[3]等)。此外，應(yīng)進一步完善相關(guān)的實驗設(shè)計，通過觀察不同認知任務(wù)下大腦的影像學(xué)變化客觀地揭示運動改善執(zhí)行功能的機制。

4.2 關(guān)于運動影響執(zhí)行功能的分子生物學(xué)機制

盡管眾多的研究運用與腦部認知相關(guān)的分子生物學(xué)指標(biāo)探討了運動改善腦部認知功能的分子生物學(xué)機制并取得了一定的成果，但是對運動改善執(zhí)行功能分子生物學(xué)機制的研究還十分有限，并且取得的成果量呈現(xiàn)非均衡性。未來應(yīng)進一步研究運動如何提高神經(jīng)信息傳遞的效率以及運動引起的激素分泌變化的機制。此外，還要考慮尋找與運動改善執(zhí)行功能相關(guān)的效應(yīng)基因以及相關(guān)基因的多態(tài)性。

4.3 關(guān)于相關(guān)研究的變量設(shè)置與控制

未來還需要進一步探究其他因素對運動改善執(zhí)行功能的影響，進而更嚴格地控制相關(guān)變量以確保實驗的嚴謹性和科學(xué)性。研究發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)一些微量元素的含量會影響執(zhí)行功能的發(fā)展。比如，早期鐵缺乏會通過損傷髓鞘化、多巴胺等單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，海馬、前額葉和紋狀體的代謝和功能影響認知的發(fā)展[48]；白藜蘆醇(一種具有血管擴張的多酚)的攝入也會導(dǎo)致前額葉皮層血容量的增加。類似的元素還有葉酸、維生素B12、鋅、維生素D等[48-49]，這些元素或物質(zhì)都可以從食物中獲取。這說明運動對執(zhí)行功能的改善同樣也受膳食的影響。此外，近十年來在運動和非運動人群中利用營養(yǎng)補充劑來調(diào)節(jié)認知能力的研究越來越流行。合理的膳食與適宜的運動相結(jié)合對改善執(zhí)行功能將會有更好的效果。提示未來也需要從飲食變量控制的視角進行探究。

4.4 關(guān)于運動改善執(zhí)行功能機制的整體考慮

綜上所述，運動改善執(zhí)行功能是極其復(fù)雜的現(xiàn)象，受多種因素的影響。因此要想完全地揭示運動改善執(zhí)行功能的機制就需要從心理學(xué)、認知神經(jīng)科學(xué)、生物學(xué)以及社會學(xué)等多個學(xué)科綜合的視角進行整合的研究。