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哈佛腦科學家20年研究成果:運動讓你聰明、快樂!

2019-7-13 19:24| 發布者: cncelab| 查看: 1746| 評論: 0|來自: 湛廬文化

摘要: 不但連接神經元的突觸具有可塑性,可能織就更多、更強的神經網絡;而且終其一生,海馬體區域源源不斷地產生新的神經元干細胞,經過發育而形成神經細胞,加入到神經網絡中,完成“神經新生”的過程。

1.美國前總統老布什在學生時代是耶魯大學棒球隊的隊長;


2.奧巴馬曾經率領所在高中的籃球隊贏得夏威夷州冠軍;


3.普京是俄羅斯圣彼得堡市的柔道冠軍,由他培養的學生成為世界柔道冠軍;


4.就連新上任的美國總統特朗普,愛吃垃圾食品,身材有些發福,也是體育高手,大學期間擔任校橄欖球隊的主力。

沒聽過不要緊,上面這些其實都說明了:

作為杰出領袖,他們不僅擁有睿智的大腦,而與此同時,他們也具備強健的體魄。

約翰·瑞迪是哈佛大學醫學院教授,國際公認的神經精神醫學領域專家。

1997年被評為“美國最佳醫生”,而且他還在其專著的《運動改造大腦》一書中宣布:

四肢發達的人,頭腦并不簡單,因為鍛煉身體的同時,也在鍛煉大腦,運動可以改造大腦。


關于學習:越動腦細胞越多

在遠古時代,原始人以狩獵和采集為生,為追逐獵物而奔波,每天行走8000至16000米。

生命在于運動。

作為移動的生物,大腦天生就是為運動而設置的。

生活在海洋里,類似水母的微小生物海鞘就是一個極端的例子。

海鞘的幼蟲擁有一條簡單的脊髓和300個神經元組成的“腦”,必須在生下來的12個小時內找到一塊礁石附著,否則將死去;而一旦附著,它們就會吃掉自己的“腦”,因為不再運動,腦也就沒有用處了。

回到人類自己,人腦由1000億個神經元組成,神經元之間通過樹狀分支上的“葉片”,即突觸的相互接觸而建立連接,以傳遞錯綜復雜的信息。


突觸:神經元之間通信的特異性接頭

在解釋運動如何改造大腦之前,有必要先了解以下兩組概念:

神經遞質:腦內信息傳遞的媒介,其中一組對大腦傳遞信號過程起到調節作用,包括血清素(5-HT)、去甲腎上腺素(NE)和多巴胺(DA)。盡管產生它們的神經細胞只占到大腦千億細胞的1%,但這些“調節器”卻發揮著舉重若輕的影響力。

其中,血清素控制著情緒,就像是“大腦警察”,困擾現代人良久的抑郁癥、焦慮癥、強迫癥等神經癥,究其根源,就在于血清素分泌失控。

去甲腎上腺素關乎注意力和認知力。

多巴胺影響學習能力、滿足感和注意力。

腦源性神經營養因子(BDNF):被比喻為“大腦的優質營養肥料”,可增加突觸可塑性,促進神經元細胞再生,進而建立和保養神經細胞回路,也就是大腦自身的基本結構。

曾幾何時,大腦被認為是發育成熟的硬件,也就是人們常說的“三歲看到老”。

隨著現代腦科學的蓬勃發展,人們逐漸認識到人腦每時每刻都在經歷著重塑

不但連接神經元的突觸具有可塑性,可能織就更多、更強的神經網絡;而且終其一生,海馬體區域源源不斷地產生新的神經元干細胞,經過發育而形成神經細胞,加入到神經網絡中,完成“神經新生”的過程。

最終,我們建立的神經網絡越發達,儲存的記憶和經歷越豐富,學習起來也就越容易。

在此期間,神經遞質和腦源性神經營養因子如同催化劑,全程保駕護航,而運動致力于改善的正是這兩類化學物質。

遍布人腦的神經網絡

研究表明,運動從三個層面提高學習能力:

首先,運動完善思維模式,以提高警覺力、注意力和驅動力。

不知道你有沒有這樣的經歷:心情郁結的時候,索性什么都不想,到外面跑上幾圈,回來之后神清氣爽,再想想煩惱的事情,實在不值一提。

運動能夠改善情緒,調節和優化大腦功能,秘訣就在于運動提高了神經遞質的水平,使大腦中的神經遞質和其他化學物質之間達到平衡。

其次,運動讓神經細胞準備就緒,促使它們相互連接起來,這是連通新信息的細胞基礎。

還記得前面提到的腦源性神經營養因子嗎?實際上,科學家對其從發現到重視,也就是近二十多年的事情。

1990年,BDNF被發現,極大地改變了人們對大腦中神經細胞相互聯系的看法。實驗顯示,往培養皿內的神經細胞上撒些BDNF,細胞就會自發地形成新的分支。作為大腦內合成的蛋白質,BDNF促成了突觸和神經的可塑性。

運動會促進腦內BDNF水平大幅度提高,這就好比為大腦施肥,吸收養分的腦細胞連結由此變得枝繁葉茂,大腦就是這樣“長大”的。

第三,運動激發海馬體的干細胞分化成新的神經細胞。

既然連接神經元的突觸具有可塑性,那么神經元本身呢?

上世紀末,科學家證明神經元就像身體其他細胞一樣,正在分裂和增殖,其中,成體哺乳動物腦內的海馬區域終身擁有神經元干細胞。

經過解剖,運動的老鼠海馬體中新干細胞的數量是不運動的老鼠的兩倍。

運動產生大量的神經元。

不過這些新生的神經元干細胞,還要經歷一個發育過程才能變成神經細胞,加入到神經網絡而發揮作用。

在這個過程中,環境優化的刺激,比如學習、社交,有助于神經元的存活;腦源性神經營養因子(BDNF)則再度發力,激活體內激素,協同促進干細胞分化。

“神經新生”被認為是腦科學史上最大的發現之一,而運動能夠誘發“神經新生”,繼而為大腦制造出替換零件(新的神經元細胞)。


關于情緒:運動是最佳的藥丸

不知道從什么時候開始,精神類疾患開始大顯神威,從多見于兒童的注意力缺陷多動障礙,到起始于青春期的強迫癥,再到好發于中年人的抑郁癥,多少人深陷其中難以自拔。

不過,當你了解到心理問題可以用生物學來解釋,情緒障礙實際上是腦回路出了問題時,或許就不會再感到內疚和無助,而是決意奮起,做些什么。

腦科學研究表明,心理異常,實際上是基于大腦生理生化功能障礙,產生的對客觀現實的歪曲反映。

比如,抑郁癥很可能是由于去甲腎上腺素、多巴胺、血清素三種神經遞質的不足而造成的。

隨著年齡的增長,神經遞質的缺乏或失衡,神經網絡的減少,腦細胞的減少,都可能成為心理精神疾病的罪魁禍首。為此,多少人訴諸藥物甚至成癮,療效卻差強人意。

早在2000年10月,杜克大學在《紐約時報》發表研究成果:運動治療抑郁癥的效果要好于抗抑郁藥物舍曲林。

至今,醫學已經證實,在治療輕度和中度抑郁與無助感方面,運動的效果和抗抑郁藥一樣好,而且無任何副作用。

毫無疑問,運動是上天賜予人類的一劑良藥。

正如僅僅靠注射BDNF不可能讓人變得聰明,單純依賴藥物增加或降低大腦中化學物質的水平,并不能實現一對一的結果。

因為人腦運行遵守的是一套復雜而又微妙的機制,神經遞質的任何失衡和偏差,都會引發震動。

對此,運動的妙處就在于調動人體自身的力量,把各種化學物質微調至平衡的最佳狀態。

得過抑郁癥的人都有這樣的感受,越是抑郁,就越不想動;越不想動,就越抑郁。

現在你知道了,打破這樣的死循環,還要靠運動。


重塑大腦:什么樣的運動計劃最有效?

美國,伊利諾伊州,內珀維爾203學區,內珀維爾中央高中。

早晨7點10分,一群高中生經過一番熱身,踏上學校操場的跑道,這里要進行的是1600米長跑。

因為在第一節文化課之前,內珀維爾中央高中的體育課被稱為“零點體育課”。

當胖妞米歇爾氣喘吁吁地邁過終點線的時候,她得到了一個A,和率先跑完全程的長跑運動員杰克得分一樣。

原來,所有學生必須佩戴心率表,根據上面顯示的數據,而不是誰最先沖到終點打分。

盡全力比跑得快更重要。

“零點體育課”全新的評價理念,完全顛覆了以往更快、更高、更強的打分標準。

與此同時,內珀維爾中央高中的學業水平獲得大幅提升,明顯超越其他同類學校。

在每四年舉辦一次的TIMSS測試中(由國際教育成就評價協會發起和組織的評測,是國際上衡量學生數學和科學水平的標桿),內珀維爾中央高中學生分別在科學和數學領域取得世界第1和第6的超常發揮;相比之下,全美學生的平均成績在國際上的排名分別為第18位和第19位。

在瑞迪教授看來,風靡美國的“零點體育課”至少帶來兩點啟示:

第一,什么時間運動,對大腦的效果最好?

2007年德國科學家發現,和運動前相比,人們在運動后學習詞匯的速度提高了20%。

運動優化大腦的作用發生在運動后。

因為一旦運動結束,血液幾乎立刻回流至大腦,這時如果有需要敏銳思維和復雜分析的事情,正是注意力集中的最佳時刻。

研究表明,運動帶來的有益效果至少能持續6周,僅一次運動的“后勁”就可持續1-1.5小時。

前文中提到,運動產生大量神經元干細胞,而環境優化的刺激則有助于其存活與分化,并最終加入到神經網絡中。

放到“零點體育課”的環境下,就是一大早的體育課為一整天的學習打下基礎,向大腦提供學習所需的最佳工具——神經元干細胞;而后的文化課學習刺激并促使新生的神經細胞連接到神經網絡中。

至此,這批“可塑之才”終于榮膺為腦回路的正式成員。

正因為此,“零點體育課”又被稱為“學習準備型體育課”。按照這樣的規律,以后遇到下午的考試,不妨在午飯前先來一場運動熱身。

第二,速度快 ≠ 身體健康。

事實上,在健身非競技運動中,起決定性作用的是有沒有真的動起來。

那么,多大的運動量才夠呢?醫學界對此尚無定論。

不過,遵循人類祖先的腳步,有氧運動顯然是最靠譜的選擇:堅持每天行走和慢跑,每周長跑幾次,時不時地進行追逐獵物似的急速奔跑。

來自美國疾病預防控制中心和美國運動醫學會的建議是,每周至少5天進行30分鐘中等強度的有氧運動。

在有氧運動中,心率成為衡量運動強度的標準,目前學界普遍認為: 

最大心率 = 220 - 實際年齡

低強度運動:最大心率的55% - 65%,常見運動如步行;

中強度運動:最大心率的65% - 75%,常見運動如慢跑;

高強度運動:最大心率的75% - 90%,常見運動如快跑。

此外,在具體的運動項目上,有氧運動和復雜活動分別對大腦產生有益影響,作用互補。

因而除了跑步,你還可以做做瑜伽、打打太極、練練杠鈴,多多益善。

其中,有氧運動能增強神經遞質、建立新的血管來輸送生長因子,促使新細胞的生成。

而在強化和拓展神經網絡的過程中,復雜活動調動起身體的所有元素投入使用,一邊活動筋骨,一邊開動腦筋,活動越復雜,對大腦的刺激越大,腦神經之間的連接也就越豐富和發達。

同樣的道理,和小伙伴一起活動,或者到戶外去運動,大腦受到的刺激多,效果就比一個人在健身房的跑步機上悶頭訓練要好。

總之,把肢體鍛煉和心智鍛煉結合起來,大腦一定會變得棒棒噠。


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