身體活動(dòng)、體適能對(duì)兒童青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成績(jī)的影響

諶曉安，王人衛(wèi)，施祥榮，朱曉紅

兒童青少年身體活動(dòng)與健康促進(jìn)一直是世界體育科學(xué)和公共衛(wèi)生領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)之一。目前全球81%的青少年達(dá)不到日常身體活動(dòng)推薦量（中高強(qiáng)度身體活動(dòng)≥60 min／天）［1］。 我國(guó)學(xué)生體質(zhì)健康報(bào)告［2］及《中國(guó)兒童青少年體育健身指數(shù)評(píng)估報(bào)告（2017）》［3］顯示兒童青少年運(yùn)動(dòng)不足仍然突出，體質(zhì)健康問(wèn)題依然嚴(yán)峻。究其原因，升學(xué)壓力日益增加，學(xué)校、家長(zhǎng)及學(xué)生偏重于文化成績(jī)［4］，而忽視身體活動(dòng)和體質(zhì)健康是其問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

筆者系統(tǒng)梳理身體活動(dòng)、體適能對(duì)兒童青少年認(rèn)知功能、學(xué)業(yè)成績(jī)的影響，并探討其可能機(jī)制，以期對(duì)全社會(huì)高度關(guān)注并選擇最佳策略開展適于腦、促進(jìn)腦發(fā)育的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)為國(guó)家制定應(yīng)對(duì)政策提供依據(jù)。

1 身體活動(dòng)與青少年認(rèn)知能力、學(xué)業(yè)成績(jī)

身體活動(dòng)（Physical Activity，PA）指任何由骨骼肌收縮引起的導(dǎo)致能量消耗的身體運(yùn)動(dòng)，包括職業(yè)性、交通性、日常生活身體活動(dòng)及閑暇時(shí)體育鍛煉［5］；認(rèn)知能力（Cognitive Function，CF）指人腦加工、儲(chǔ)存和提取信息的能力，包括知覺、記憶、注意、思維和想象等，是學(xué)業(yè)表現(xiàn)和成績(jī)的基礎(chǔ)［6］。兒童青少年P(guān)A／體育鍛煉與其認(rèn)知能力、學(xué)業(yè)成績(jī)的關(guān)系一直是學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

1.1 觀察性研究

PA強(qiáng)身健體作用早被熟知，但直到1967年才運(yùn)用于對(duì)兒童青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)表現(xiàn)影響的研究［7］。 1995 年 Keays等［8］首次總結(jié)了過(guò)去 30年的研究，認(rèn)為PA／體育鍛煉對(duì)青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)表現(xiàn)等有積極作用。但前期研究也存在研究數(shù)量少、理論體系不完善、研究手段單一、混雜因素控制欠佳等不足［9］。

近20年來(lái)，隨著神經(jīng)科學(xué)的飛速發(fā)展，體育科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和心理學(xué)等學(xué)科交叉融合，研究呈爆炸式增長(zhǎng)。越來(lái)越多證據(jù)表明，青少年P(guān)A／體育鍛煉和認(rèn)知存在積極關(guān)系，和學(xué)業(yè)成績(jī)存在顯著正相關(guān)。如Stevens等［10］發(fā)現(xiàn)學(xué)生的體育活動(dòng)與數(shù)學(xué)和閱讀成績(jī)呈正相關(guān)。羅春燕等［11］分層隨機(jī)抽取上海市高中、中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校13 151名學(xué)生，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺乏PA者自感學(xué)習(xí)成績(jī)差。張建昌等［12］研究表明小學(xué)生PA水平與學(xué)業(yè)成績(jī)顯著相關(guān)；PA對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)產(chǎn)生直接效應(yīng)，通過(guò)執(zhí)行功能的中介作用產(chǎn)生間接效應(yīng)。

兒童青少年P(guān)A水平是否與其后續(xù)教育及成人教育成就具有相關(guān)性呢？一項(xiàng)代表性的研究是Kari等進(jìn)行的為期30年的縱向調(diào)查［13］。該研究中，1 723名12歲和2 445名15歲被跟蹤調(diào)查到2010年（此時(shí)平均年齡40歲），自我報(bào)告體育活動(dòng)（包括課余體育活動(dòng)、體育俱樂(lè)部訓(xùn)練及體育比賽）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)15歲時(shí)體育活動(dòng)水平和12～15歲體育活動(dòng)水平的提高與15歲時(shí)平均成績(jī)和成年后教育成果呈正相關(guān)，并指出不管是體育課、體育組織還是體育競(jìng)賽，均與學(xué)業(yè)成績(jī)正相關(guān)；表明青少年時(shí)期體育鍛煉可預(yù)測(cè)義務(wù)基礎(chǔ)教育階段的學(xué)業(yè)及促進(jìn)日后的教育成果。另一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)10年的縱向研究則指出體育對(duì)小學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)無(wú)消極影響。女孩參加更多的體育可能獲得更好的學(xué)術(shù)成績(jī)，對(duì)成績(jī)不利影響的擔(dān)憂可能不是限制體育課程的合理理由［14］。 Pfeifer等［15］認(rèn)為童年和青年時(shí)期進(jìn)行非專業(yè)體育活動(dòng)可增加獲得更高學(xué)歷的可能性。

也有報(bào)道兩者之間不相關(guān)甚至是負(fù)相關(guān)關(guān)系［16，17］。 可能是混雜因素未控制好、測(cè)量工具及效度差異、認(rèn)知多維性及測(cè)量結(jié)果受諸多因素影響等［9］。 Donnelly 等［18］在一項(xiàng)關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)化成就測(cè)試與體育活動(dòng)和注意力／注意力的元分析中，納入73項(xiàng)研究。結(jié)果表明身體健康、單次PA和PA干預(yù)有益兒童認(rèn)知及正向預(yù)測(cè)學(xué)術(shù)成就。

1.2 隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)

僅通過(guò)觀察性研究來(lái)探索兒童青少年的PA與認(rèn)知能力、學(xué)術(shù)成就的關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。多重混雜因素如受教育程度、社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位、身體健康水平、父母參與等可能帶來(lái)影響，如到底是PA多者其認(rèn)知能力較強(qiáng)、學(xué)業(yè)成績(jī)較好，還是認(rèn)知能力較強(qiáng)、學(xué)業(yè)成績(jī)較好者更愿意PA？強(qiáng)有力的因果推論受益于隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)（Randomized Controlled Trial，RCT）。

目前多數(shù)研究認(rèn)為PA對(duì)青少年（包括執(zhí)行功能發(fā)育遲滯的特殊人群）的認(rèn)知產(chǎn)生積極影響，且存在量-效關(guān)系，即其類型、強(qiáng)度、頻率、持續(xù)時(shí)間等單獨(dú)和／或交叉作用于認(rèn)知功能和學(xué)業(yè)成績(jī)［19，20］。Fedew等［21］元分析表明，有氧運(yùn)動(dòng)的影響最大。筆者側(cè)重討論急性和長(zhǎng)期規(guī)律性有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成績(jī)的影響。

急性有氧運(yùn)動(dòng)的影響。17名大學(xué)生進(jìn)行一次30分鐘中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)后，行為抑制正確率提高，腦源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子（Brain Derived Neurotrophic Factor，BDNF）增加，腦電成分Nogo-N2和Nogo-P3效應(yīng)明顯。提示急性中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)可有效促進(jìn)大學(xué)生的抑制能力，其機(jī)制可能在于對(duì)抑制信號(hào)的快速識(shí)別和認(rèn)知資源分配，及更多的外周BDNF循環(huán)量［22］。有研究認(rèn)為運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與抑制功能呈倒U型曲線關(guān)系，即中等強(qiáng)度組均高于對(duì)照組和小、大強(qiáng)度組［23］。一項(xiàng)元分析認(rèn)為，急性運(yùn)動(dòng)后10 min內(nèi)損傷認(rèn)知、11～20 min促進(jìn)認(rèn)知、20min后促進(jìn)幅度逐漸變?nèi)酰?4］。

長(zhǎng)期規(guī)律性有氧運(yùn)動(dòng)的影響。Kamijo等［25］、Hillman［26］、Drollette［27］考察 9 個(gè)月課外 PA 干預(yù)對(duì)7～9歲兒童工作記憶表現(xiàn)的影響。結(jié)果表明，PA提高心肺功能的同時(shí)，對(duì)需要更大工作記憶需求的任務(wù)（Sternberg Task）產(chǎn)生更積極作用，促進(jìn)兒童與有效沖突監(jiān)測(cè)相關(guān)的潛在神經(jīng)過(guò)程的有效性，提高認(rèn)知能力。劉俊一［28］比較了不同有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生執(zhí)行功能的影響，結(jié)果顯示運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、頻率和時(shí)間對(duì)執(zhí)行功能提高的貢獻(xiàn)分別為0.927、0.872、0.813；強(qiáng)度主效應(yīng)存在性別差異，小強(qiáng)度高頻率、中等強(qiáng)度中等頻率有氧體育鍛煉分別適用于女、男生，且以12周為單元周期。

學(xué)校是青少年學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)技能、提高認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成就的主要場(chǎng)所之一。近年來(lái)，以學(xué)校為基礎(chǔ)（School-based）的PA干預(yù)研究顯著增加，旨在建立學(xué)校環(huán)境下的PA與認(rèn)知／學(xué)業(yè)成績(jī)之間的關(guān)系，以及高質(zhì)量的評(píng)估和設(shè)計(jì)校本體育活動(dòng)。Watson等［29］對(duì)一系列與學(xué)業(yè)相關(guān)研究進(jìn)行元分析，結(jié)果顯示課堂體育教學(xué)促進(jìn)了任務(wù)完成，降低了開小差行為，提高了學(xué)業(yè)成績(jī)。一項(xiàng)針對(duì)547所弗吉尼亞小學(xué)的大規(guī)模研究表明，減少體育、藝術(shù)和音樂(lè)，或增加數(shù)學(xué)和閱讀等時(shí)間，并不會(huì)提高學(xué)業(yè)成績(jī)［30］。

上述研究表明PA／體育鍛煉對(duì)兒童青少年的認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成績(jī)有或強(qiáng)或弱的積極影響，尤其無(wú)實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)說(shuō)明增加學(xué)校里PA對(duì)學(xué)業(yè)不利。同時(shí)也提出了亟待進(jìn)一步解決的問(wèn)題：（1）有氧運(yùn)動(dòng)影響最大，是否存在選擇性改善認(rèn)知功能及其效度多大？如何設(shè)計(jì)出差異化運(yùn)動(dòng)方案？（2）力量練習(xí)、柔性練習(xí)、高強(qiáng)度間歇性練習(xí)等是否同樣對(duì)認(rèn)知及學(xué)業(yè)成就產(chǎn)生良好作用？（3）相對(duì)于單一的運(yùn)動(dòng)，綜合性運(yùn)動(dòng)是否也能帶來(lái)更大的益處？

2 體適能與青少年認(rèn)知能力、學(xué)業(yè)成績(jī)

體適能（Physical Fitness，PF）指在應(yīng)付日常工作之余，身體又不會(huì)感到過(guò)度疲勞，還有余力去享受休閑及應(yīng)付突發(fā)事件的能力［31］，包括健康相關(guān)、技能相關(guān)和代謝相關(guān)體適能。健康相關(guān)體適能是體質(zhì)研究的重要內(nèi)容，由心肺適能（Cardiorespiratory Fitness， CRF）、身體成分（Body Composition）、肌肉骨骼適能（Musculoskeletal Fitness）和柔韌性（Flexibility）組成。

2.1 體適能整體水平對(duì)青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成績(jī)的影響

Hillman［32］比較了 114 名高、低適能兒童完成側(cè)抑制任務(wù)時(shí)的神經(jīng)電差異，高適能兒童側(cè)抑制任務(wù)完成好，也表現(xiàn)出更大的P3振幅。不一致條件實(shí)驗(yàn)也顯示了相似結(jié)果。Pontifex等［33］研究顯示，低適能者的反應(yīng)準(zhǔn)確性下降，對(duì)不兼容的刺激-反應(yīng)條件的反應(yīng)有選擇性的、更大的缺陷，需要最大程度的認(rèn)知控制；而高適能者表現(xiàn)更好。這些研究表明高適能兒童有更大的注意力資源分配，認(rèn)知靈活性增強(qiáng)，準(zhǔn)確性提高，提升其學(xué)業(yè)。

2.2 體適能構(gòu)成要素對(duì)青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成績(jī)的獨(dú)立作用

在體適能構(gòu)成要素中，心肺適能是最早、最受關(guān)注，常常獨(dú)立或與其他要素一起被用來(lái)研究的要素。除在健康預(yù)測(cè)中具有重要意義外［34］，心肺功能也被認(rèn)為是身體活動(dòng)提高認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成績(jī)的重要中介。 Chaddock［35］、Keita 等［36］研究表明高心肺適能兒童表現(xiàn)出更準(zhǔn)確的關(guān)系記憶任務(wù)及認(rèn)知控制?？刂品逝?、青春期發(fā)育和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等混雜因素后，心肺功能與其學(xué)習(xí)成績(jī)顯著相關(guān)［37］。

隨著超重／肥胖日益增多，對(duì)青少年的認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)影響越來(lái)越關(guān)注。Hjorth等［38］認(rèn)為獨(dú)立于身體活動(dòng)、睡眠和飲食，正常體重兒童具有更高的認(rèn)知能力。而靜坐少動(dòng)、超重、肥胖兒童青少年執(zhí)行功能、注意、短時(shí)記憶、視覺空間技能等下降［39，40］，通常獲得較低分?jǐn)?shù)，受教育時(shí)間明顯減少［41］。超重／肥胖是心腦血管疾病獨(dú)立危險(xiǎn)因子之一。15-18歲間心血管健康預(yù)示著18歲時(shí)認(rèn)知能力及更高的后續(xù)教育［42］。

除了脂肪含量外，其分布、尤其是內(nèi)臟脂肪（Visceral Fat，VF）對(duì)學(xué)業(yè)和認(rèn)知功能更為重要。它獨(dú)立于身體總脂肪量和一些潛在混雜因素（如年齡、青春期階段和家庭收入等）。 Lauren［43］提出VF與肥胖兒童的認(rèn)知能力有獨(dú)立、選擇性負(fù)相關(guān)的觀點(diǎn)。他比較了55名8～9歲肥胖女童和正常體重女童的認(rèn)知和學(xué)業(yè)成績(jī)，協(xié)變量分析包括年齡、短時(shí)智力、社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位、攝氧量、肥胖等。結(jié)果肥胖女童閱讀和數(shù)學(xué)成績(jī)顯著降低；體脂率和腹部皮下脂肪組織與認(rèn)知能力無(wú)關(guān)，但高VF者執(zhí)行力更低；正常體重女童的VF與知識(shí)能力和認(rèn)知效率正相關(guān)。 Kamijo 等［44］、Schwartz［45］研究與之一致，且認(rèn)為女性VF對(duì)認(rèn)知的潛在危害更為敏感。因此，通過(guò)PA干預(yù)體重改善青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)尤為迫切。Huang［46］將肥胖兒童隨機(jī)分配到夏令營(yíng)干預(yù)組（6周夏令營(yíng)+46周家庭干預(yù)）或標(biāo)準(zhǔn)干預(yù)組（每周1天，共6周）；干預(yù)包括體育鍛煉和健康課程，分別測(cè)量基線、6周和52周的認(rèn)知功能。結(jié)果表明有利于兒童的情緒控制、監(jiān)控和視覺空間構(gòu)建技能。Davis［47］的干預(yù)顯示大運(yùn)動(dòng)量組提高了肥胖兒童的執(zhí)行控制能力。飲食、有氧運(yùn)動(dòng)和教育聯(lián)合的綜合干預(yù)可顯著提升單純性肥胖青少年注意能力［48］。

不同的體適能要素對(duì)學(xué)業(yè)的影響程度不同。為期2年的追蹤研究認(rèn)為有氧耐力對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)產(chǎn)生中等效應(yīng)影響，而體重、肌肉力量、柔韌性和速度效應(yīng)較?。?9］。

2.3 體適能構(gòu)成要素對(duì)青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成績(jī)影響的聯(lián)合作用

健康體適能要素對(duì)兒童青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成績(jī)產(chǎn)生聯(lián)合作用。一項(xiàng)5國(guó)聯(lián)合研究［50］444名青少年進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)素質(zhì)、肥胖和注意力測(cè)試。調(diào)整年齡、性別、家庭經(jīng)濟(jì)和母親教育后，心肺適能與注意力呈正相關(guān)，身體質(zhì)量指數(shù)和脂肪質(zhì)量指數(shù)與注意力呈負(fù)相關(guān)。肌肉力量、速度-敏捷性與注意力無(wú)關(guān)。同時(shí)觀察到綜合效應(yīng)，即健康和正常體重青少年的注意力最高，反之最低。研究認(rèn)為心肺適能和肥胖都與注意力有關(guān)，但這些聯(lián)系并不是獨(dú)立的。

García 等［51］測(cè)試了 36 870 名智利 8 年級(jí)學(xué)生CRF、肌肉力量、體重、身高和腰圍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高心肺適能和正常體重青少年更易取得語(yǔ)言和數(shù)學(xué)高分，反之較低。肥胖但有高心肺適能的青少年也較高。線性回歸模型提示較高的體適能可作為中介變量部分或全部調(diào)節(jié)肥胖變量與學(xué)業(yè)成績(jī)之間的聯(lián)系，即可能減弱甚至抵消肥胖對(duì)青少年學(xué)業(yè)的不良影響。

3 身體活動(dòng)、體適能影響青少年認(rèn)知和學(xué)業(yè)成績(jī)的機(jī)制

3.1 影響青少年認(rèn)知的生物學(xué)機(jī)制

研究表明青少年的多種認(rèn)知能力受益于PA或體適能，其可能機(jī)制可通過(guò)整合生理學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)解釋，即中樞和外周因素共同作用的結(jié)果（見圖1）。

圖1 運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)腦可塑性和改善記憶功能的生物學(xué)機(jī)制

3.1.1 中樞因素 大腦是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最高級(jí)部分，由皮質(zhì)和白質(zhì)組成。其中前額葉皮質(zhì)控制著執(zhí)行、思維、意向、情緒、工作記憶等認(rèn)知功能；海馬齒狀回是學(xué)習(xí)和記憶至關(guān)重要的區(qū)域。白質(zhì)為神經(jīng)元提供營(yíng)養(yǎng)、形成髓鞘、加快傳導(dǎo)速度等。人生前20年是大腦生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，大腦可不斷修飾和重組其結(jié)構(gòu)和功能（即大腦的可塑性）。來(lái)自醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)、腦電成像、腦磁成像技術(shù)等諸多證據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)選擇性地改變相關(guān)腦區(qū)結(jié)構(gòu)、提高腦認(rèn)知功能提供了實(shí)證。

腦結(jié)構(gòu)的變化。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)常用來(lái)檢測(cè)PA在神經(jīng)元生命活動(dòng)中的作用。運(yùn)動(dòng)時(shí)血流量增加，強(qiáng)有力刺激潛在的神經(jīng)元發(fā)生、突觸建立，增加了海馬的突觸可塑性，是運(yùn)動(dòng)改善其行為學(xué)能力的分子機(jī)制之一。且這種可塑性變化具有時(shí)間依賴性，停止運(yùn)動(dòng)后仍可延續(xù)［52，53］。人體實(shí)驗(yàn)最有力的證據(jù)是對(duì)前額葉皮質(zhì)執(zhí)行功能和海馬區(qū)記憶力的改善［54］。 Chaddock 等［55］發(fā)現(xiàn)體適能較高的 9-10歲兒童有更大的雙側(cè)海馬體積和記憶任務(wù)表現(xiàn)，海馬體積在體適能與關(guān)系記憶間起介導(dǎo)作用。這一發(fā)現(xiàn)首次表明有氧運(yùn)動(dòng)可能與青春期前人類大腦的結(jié)構(gòu)和功能有關(guān)。肥胖人群神經(jīng)細(xì)胞修復(fù)功能下降，誘發(fā)腦白質(zhì)病變，同時(shí)腦容量減少，輕微萎縮，認(rèn)知功能下降［56］。

腦功能激活的改變。 陳愛國(guó)等［57］、Davis等［58］發(fā)現(xiàn)短時(shí)中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)和長(zhǎng)期PA干預(yù)均能誘發(fā)兒童雙側(cè)額葉激活增加、后頂葉激活水平下降；Chaddock等［59］9個(gè)月 PA 干預(yù)后，兒童右前額葉皮質(zhì)的fMRI活動(dòng)減少，注意力和干擾控制任務(wù)改善。表明兒童身體活動(dòng)可能增強(qiáng)前額皮質(zhì)功能；Kamijo等［60］發(fā)現(xiàn)心肺適能高的兒童，大腦各區(qū)域間功能連接較高，腦功能網(wǎng)絡(luò)層次為運(yùn)動(dòng)改善兒童腦功能提供了證據(jù)。

神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)／生長(zhǎng)因子的變化。運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)中樞和外周的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)／生長(zhǎng)因子及其級(jí)聯(lián)，它們指示下游的結(jié)構(gòu)和功能變化。這些因子包括BDNF、胰島素樣生長(zhǎng)因子（Insulin-like growth factor-1，IGF-1）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（Fibroblast growth factor，F(xiàn)GF-2）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（Vascular endothelial growth factor， VEGF）、促紅細(xì)胞生成素（Erythropoietin，EPO）等。BDNF是關(guān)鍵因子之一。它與原肌凝蛋白受體激酶β（Trkβ）結(jié)合后被內(nèi)化到神經(jīng)元中，并作為眾多級(jí)聯(lián)的對(duì)接位點(diǎn)，監(jiān)管控制神經(jīng)元，促進(jìn)大腦發(fā)育［61］。PA過(guò)程中神經(jīng)元活動(dòng)整體增加可能是促進(jìn)BDNF表達(dá)和突觸相互作用和調(diào)節(jié)的潛在機(jī)制之一［62］。 Cotman 等［63］認(rèn)為有氧運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)IGF-1和VEGF全身上調(diào)表達(dá)，循環(huán)IGF-1和VEGF穿過(guò)或作用于血腦屏障，調(diào)節(jié)大腦IGF-1、VEGF表達(dá)。

3.1.2 外周因素 外周重要介導(dǎo)因子有肌肉因子（myokines）、肝臟因子（hepatokines）和脂肪細(xì)胞因子（adipokines）等。 如組織蛋白酶 β（cathepsinβ，CTSB）、β - 羥基丁酸酯（BHA）、IGF-1、白細(xì)胞介素-10（IL-10）等，溝通不同器官進(jìn)行相互對(duì)話（crosstalk），調(diào)節(jié)機(jī)體功能。這是通過(guò)整合生理學(xué)的觀點(diǎn)解釋運(yùn)動(dòng)促進(jìn)健康的最新理論［64］。肥胖兒童有更高的促炎細(xì)胞因子，破壞神經(jīng)回路，腦處理速度降低和執(zhí)行功能受損；缺乏有效認(rèn)知控制導(dǎo)致脂肪增加，又對(duì)認(rèn)知控制繼續(xù)產(chǎn)生負(fù)向影響［65，66］。

通過(guò)包括身體活動(dòng)在內(nèi)的健康行為，延長(zhǎng)開發(fā)和功能激活特定的腦區(qū)域非常重要。但其生物學(xué)機(jī)制尚有待進(jìn)一步挖掘。近年來(lái)表觀遺傳調(diào)節(jié)控制研究提供了新的理論和視角［67］。

3.2 影響青少年學(xué)業(yè)的綜合機(jī)制

早期研究基于倒U型激勵(lì)理論。20世紀(jì)70年代，F(xiàn)lynn［68］認(rèn)為9～11歲兒童最低和最高強(qiáng)度自行車運(yùn)動(dòng)時(shí)數(shù)學(xué)表現(xiàn)最差，中等強(qiáng)度時(shí)最佳。這是第一次捕捉運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)學(xué)業(yè)影響的重要研究。

除了PA和體適能的直接影響，還存在中介變量和調(diào)節(jié)變量。20世紀(jì)90年代開始，研究人員呼吁納入可能的變量。如一項(xiàng)有氧健身研究中，男孩和女孩沒有顯示出一致的結(jié)果［69］。兒童青少年身體健康、經(jīng)濟(jì)狀況等對(duì)其產(chǎn)生影響［70，71］。 綜合研究成果，PA可能直接影響青少年的學(xué)業(yè)，也可能通過(guò)體適能、健康、心理-社會(huì)等中介變量及年齡、性別、受教育程度、社會(huì)地位等調(diào)節(jié)變量發(fā)揮作用。

圖2 身體活動(dòng)／鍛煉、體適能影響青少年學(xué)業(yè)的綜合機(jī)制

4 目前研究不足及未來(lái)展望

研究證明身體活動(dòng)、體適能對(duì)兒童青少年認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)發(fā)揮積極作用，也提出了多種可能機(jī)制。但仍需做更深入的研究探討。

（1）增加研究對(duì)象的多樣化和普遍性。多數(shù)現(xiàn)有研究建立在健康兒童，那么特殊兒童譬如自閉癥、注意力缺陷多動(dòng)障礙癥和其他異常兒童是否也會(huì)產(chǎn)生同樣的積極效應(yīng)及其差異？

（2）使用更高質(zhì)量的方法和更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。生態(tài)效度（ecological validity）是研究設(shè)計(jì)的重要組成部分，受觀察點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等因素影響。目前橫斷面調(diào)查缺乏對(duì)混雜變量的檢驗(yàn)；縱向研究缺乏隊(duì)列排列來(lái)判定一些因素與結(jié)局之間因果關(guān)聯(lián)及程度，隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)質(zhì)量控制不足等。如Singh等［72］對(duì)10項(xiàng)觀察／縱向研究和4項(xiàng)干預(yù)研究的回顧中發(fā)現(xiàn)只有兩項(xiàng)在方法質(zhì)量上較好。

（3）身體活動(dòng)的量-效關(guān)系一直是核心問(wèn)題。其他人口統(tǒng)計(jì)學(xué)變量如性別、遺傳、動(dòng)機(jī)、個(gè)性特征、攝食、營(yíng)養(yǎng)及發(fā)育期是否也參與調(diào)控及其程度多大有待進(jìn)一步研究。

（4）身體活動(dòng)、學(xué)業(yè)和現(xiàn)實(shí)任務(wù)的轉(zhuǎn)化運(yùn)用策略。由于與學(xué)習(xí)存在時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)，如何實(shí)現(xiàn)三者有效轉(zhuǎn)化？如學(xué)校體育是兒童青少年“三位一體”教育體系中重要環(huán)節(jié)。如何采用合理、有效的學(xué)校體育獲取更好的鍛煉效應(yīng)？如何更好地將PA整合到學(xué)校中？此時(shí)也要考慮一些嵌套問(wèn)題（nesting issues）包括學(xué)生對(duì)體育干預(yù)的依從性，教師如何營(yíng)造課堂氣氛，提供差異化身體活動(dòng)等。這些都提示還需要更多研究將實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為學(xué)校環(huán)境的策略。美國(guó)專家們［73］呼吁學(xué)校采取全面措施來(lái)提高孩子們的PA水平，包括課間休息、課堂PA、課前和課后活動(dòng)，以及將PA與學(xué)術(shù)課程整合起來(lái)，創(chuàng)造健康的學(xué)校環(huán)境；荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員［74］發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)后進(jìn)行體育活動(dòng)可以改善機(jī)體記憶力及記憶痕跡，但前提是體育活動(dòng)在特定的時(shí)間窗口（學(xué)習(xí)后4h）里進(jìn)行，或者學(xué)習(xí)后并不立刻進(jìn)行體育活動(dòng)。

綜上所述，促進(jìn)身體活動(dòng)及體適能改善的融合可促進(jìn)兒童青少年的認(rèn)知和腦健康；反之則不利于兒童青少年身體健康、認(rèn)知和學(xué)業(yè)成績(jī)。全社會(huì)應(yīng)高度關(guān)注并優(yōu)化開展適于腦、促進(jìn)腦發(fā)育的運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)兒童青少年身心健康和學(xué)業(yè)成績(jī)，實(shí)現(xiàn)“2030健康中國(guó)”戰(zhàn)略目標(biāo)。