于宏达 杨鑫悦 于 晶
（沈阳师范大学，辽宁沈阳 110034）
“脑智”是脑与智的统称，涵盖了脑结构与脑功能。随着“中国脑计划”的启动，其重点之一即是着力于脑发育的研究，而儿童青少年的脑智发育作为脑计划的重大研究项目，体现了教育和健康的双重需求[1]。体育作为一种经济、有效、可操作性强的干预方式已经受到广泛关注，越来越多的证据表明运动对脑的可塑性有积极影响[2-6]，能够在执行功能、注意、学习等多种方面提升儿童青少年的脑智发展[7]。抗阻运动是以肌肉练习为主的训练方式，具有提升力量素质、练习手段多元化、不受场地限制的特点，近年来对抗阻运动的研究已经逐步深入到脑科学的领域，但大多集中于成年人，针对儿童青少年群体的研究较少，这可能是传统观念上人们认为未发育成熟的骨骼无法应对抗阻训练引起的负荷，而损害孩子的身体发育。而这是一种持续存在的误解，相反抗阻运动是十分安全且必要的[8、9]，并且从目前的研究来看，抗阻运动在增强骨骼肌肉的同时对脑智发展也有着独特意义。因此，本文将阐述抗阻运动作用于脑智的影响及其机制，并进一步分析抗阻运动作为促进儿童青少年脑智发展的实现途径。以期抗阻运动能够广泛应用于儿童青少年日常锻炼中，为儿童青少年脑智的相关领域提供新的研究思路和角度。
1.1 抗阻运动
抗阻运动也称为抗阻训练或阻力训练，是指激活具体肌肉群对抗外来阻力的一种运动类型[10]。抗“阻”不仅指克服附加的外来重量，如哑铃、杠铃、固定器械等，还包括克服自身重量，因此抗阻运动具有提高力量素质、练习方式多元化的特点。此外，相比于其他运动项目而言，抗阻运动还具备不受场地器材限制的优势，具体练习的手段可以是俯卧撑、深蹲、徒手普拉提等无器械辅助的徒手练习，也可以是自由举重或固定器械训练。
1.2 脑智
“脑智”，顾名思义是脑与智的统称，脑包括脑结构和功能，智则是脑的外在表现形式，是与认知相关的心理和行为，二者的关系是辩证统一的[7]。儿童青少年时期是脑智发育变化最迅速的阶段，提升脑智可以促进儿童和青少年健康成长，对国家的可持续发展具有深远影响[1]。
2.1 抗阻运动对“脑”作用
“脑”的部分涉及分子、细胞和系统三个层面。抗阻运动对分子层面上的改变主要集中于脑源性神经营养因子（BNEF），BNEF 是脑中最为丰富的神经营养因子，其在海马、大脑皮层、小脑及下丘脑中浓度很高，对认知功能和活动依赖性神经可塑性方面的调节具有关键作用[11]。研究表明[12、13]抗阻运动会刺激引发明显的BNEF 释放，进而促使大脑发生结构及功能性的变化。而分子的变化必然会影响到细胞层面，国内研究显示[14]抗阻运动通过骨骼肌收缩刺激肌细胞释放BNEF 至外周循环系统，可透过血脑屏障到达大脑，进而促进了突触的可塑性与新生神经元的形成，因此抗阻运动也可以通过增加释放BNEF 来优化神经形成，从而提升儿童青少年脑智。
系统层面的证据显示[12]抗阻运动会提高皮质活动，在额叶区的激活优为显著，前额叶皮层的皮质血流动力与个体的握力之间呈正相关。另一项为期52 周的研究表明[15]抗阻运动对前额叶的激活增加体现在更难的Stroop 任务下，而在相对容易的任务下则观察到激活减少，但该研究也显示出每周两次的抗阻训练便可以有效地改善大脑皮层反应抑制过程的功能可塑性。此外，研究认为[14]抗阻运动是通过不同的负荷（间歇时间、次数）改变了脑血流及血氧含量进而影响了大脑皮质活动，同时大脑内血流模式也会伴随运动时间的变化而发生改变。值得注意的是，在老年人的研究中还显示出抗阻运动对白质结构的积极影响，52 周的抗阻运动有效减缓了白质病变的进展[16]，并且可以降低白质萎缩和白质病变的体积[12]。然而目前已有研究表明[17]，儿童时期的一般精神病理学缺陷与整个大脑的白质结构有关,较低的白质微观结构与儿童认知能力下降有关[18]，以及整体白质值与抑郁呈负相关[19]。尽管目前未采用抗阻运动对有白质缺陷的障碍儿童进行研究，但从目前的研究来看，抗阻运动有利于白质整体性的效用有可能在儿童青少年群体中同样受用。
综上，抗阻运动可以增加BNEF 的释放，促进神经可塑性与神经元生成，还能够激活额叶区，并通过负荷作用形式改变脑血流和血氧含量来影响大脑皮层活动，及有利于白质整体性的增加。
2.2 抗阻运动对“智”的作用
认知是指“通过思想、经验和感觉获得信息和理解的心理活动或过程[20]。体育运动对“智”的提升主要体现在与认知相关的多种外显行为上[7]，根据目前研究，抗阻运动可以有效改善认知功能，尤其是在执行功能方面[12、20、21]。在国外一项使用ERP 来评价急性抗阻运动效果的研究中，研究者结合Erikson Flanker 范式探究了急性抗阻运动对个体执行Go/No-Go 任务时执行功能的影响，结果显示中等和高强度抗阻训练均能够提高任务表现，并且观察到了明显的相关皮层活动（P3 振幅）[22]。而目前抗阻运动对执行功能改善的具体方面仍存有争议，杨雨柔等[21]表明，低与中强度的急性抗阻运动均对执行功能中的抑制功能有显著的改善效果。而近期Robinson 等[6]的研究显示，与未实施训练的对照组被试相比，在课堂休息时进行俯卧撑、椅子三头肌屈伸、交替弓步及深蹲等多样化的为期4 周的抗阻练习的中学生，没有发现抑制或认知灵活性的显著效果，只在情节记忆方面得到了选择性改善。笔者认为造成这种差异的原因可能是由于抗阻训练的剂量（负荷强度和时间）有关。
此外，抗阻运动还对注意力的提高有突出效用。Fiatarone 等[23]使用数字符号替换测验（SDMT）分别对抗阻运动、认知训练、二者联合及对照组四个组别被试的注意力进行评分，结果显示抗阻运动组与联合组被试的SDMT 分数均有显著提高，且两组间无明显差异，而单纯的认知训练组被试的SDMT 分数却无显著提高，这表明只是单纯的抗阻训练即可以达到改善注意力的效果。同时,郭艳花等[3]将抗阻和有氧运动进行了比较研究，结果显示在相同训练时间和频率的情况下，练习深蹲起、仰卧起坐等动作的抗阻运动组肥胖儿童在认知行为、注意力稳定性及额叶代谢方面与进行慢跑、游泳练习的有氧运动组肥胖儿童相比无显著差异，均有良好的改善效果。
然而,抗阻运动对这些认知功能的特定领域改变的具体路径尚存争议，大多研究证据显示这与抗阻运动中脑源性神经营养因子的释放增加有关[12、13]。但Chang 等[24]认为，阻力训练也可能通过提高胰岛素样生长因子1 (IGF-1)的水平，使IGF-1 提高了BDNF1 和血管内皮生长因子(VEGF) 的合成，从而改善了认知功能。此外，还有研究将增强的脑血流量，促进了皮层活动与神经联系作为解释其影响的生理机制[14]。
根据目前的研究来看，抗阻运动可以触发有益的神经生物学过程对大脑认知功能及相关的行为产生重要作用，在提高执行功能和注意力方面均有显著效用，但是抗阻运动诱导的认知功能改善的潜在神经生物学机制尚未完全了解。
陈爱国等[7]提出的体育运动提升脑智理论构建，主要包括四大途径，即运动负荷、动作技能、情景互动和心理状态，各个路径之间相对独立而又互相联系。本文基于该理论模型，对抗阻运动提升儿童青少年脑智的现实途径进行分析。
3.1 合理运动负荷
运动负荷代表所参与的活动作用于其机体时产生的一种工作量，运动的强度是运动负荷的核心要素，更是调控抗阻运动负荷量度的主导因素。因此明确提高儿童青少年脑智发展的最佳抗阻运动强度是优化运动负荷的关键。国外一项的研究探讨了不同运动强度急性抗阻运动的认知益处[25]，研究者比较了低、中、高三种强度抗阻训练后的认知水平，发现在信息处理能力上，二者呈线性关系，即运动强度越高对信息处理的改善的越大。但也有研究显示[20]，抗阻运动的确能够有效改善认知功能（执行功能方面），但是这种变化并非随着运动强度的提高而提高，并观察到在中等和高强度的急性抗阻运动后被试的执行功能呈现相似的改善效果。同样，近期我国研究者杨雨柔[21]，将32 名受试者平均分为4组，并以每名被试的深蹲、卧推、俯身划船等6 个动作的10RM（最大重复值）标准作为运动强度的划分指标，其中低、中、高强度组的抗阻训练分别以10RM 的40%、70%与100%进行，最后一组对照组为静坐，40 分钟后对所有被试的执行功能进行Stroop 与2-back 任务测验，结果发现进行中和低强度抗阻运动被试的抑制控制和刷新功能均有显著改善，且在中等强度组的改善效果更是优于低强度组，而在高强度组中则没有显著效果。另外，也有研究表明[26]高强度抗阻运动有助于提高处理速度与反应时间，但同时会对需要记忆和回忆的任务完成产生干扰。
此外，进行抗阻运动时可以通过肌群的参与情况和重复练习次数来控制心率，进而把握运动强度。在RM 相同的情况下，深蹲、俯卧撑等多关节动作比腿屈伸、二头弯举等单关节动作心率的上升幅度大；
而在训练动作相同时，高次数RM 的心率相对高于低次数的RM 的心率[27]。
综上所述，高强度抗阻运动对认知功能的效益存在分歧，中等强度的抗阻运动对认知的影响最佳。这可能是因为中等负荷强度相比于高和低强度使多巴胺、去甲肾上腺素等儿茶酚胺类神经递质达到了最佳的释放效果，中枢神经唤醒效应使认知资源得到了最优分配[4]。因此，应鼓励儿童青少年应采用中等强度的抗阻运动进行练习，更好地促进脑智发展。
3.2 丰富动作技能
动作技能通常指人体在活动过程中掌握和有效地完成专门动作的能力。动作技能习得与发展的背后反映的是大脑对不同肌群参与运动的协调控制能力，在动作练习过程中大脑的相应区域能够持续被激活而产生积极变化，运动能力出色的儿童大脑左半球运动回路的连通性也更好[28]。
抗阻运动是发展肌肉力量的运动方式。成年人将抗阻运动作为优化形体、塑造肌肉的手段，但儿童青少年所进行的抗阻运动不是追求增加肌肉质量，而是侧重于改善神经募集、肌肉适应、身体意识、协调平衡与耐力[29]。同时，研究表明[30]青少年进行适当的抗阻运动是相对安全的，可以增强肌肉力量与爆发力、改善心血管风险状况，同时提高运动技能和表现。而在《美国人身体活动指南》中也指出儿童和青少年每天应参加1 小时或更多的中度至剧烈的体育活动，并且每周应进行3 次或更多次的肌肉和骨骼强化活动[8]。
儿童青少年时期是发展动作技能的黄金时期，此时重点在于多种动作技能的习得，才能让运动能力得到全面发展，继而调动更多的控制中枢参与。近年来，我国对于儿童青少年的健康发展高度重视，政策层面相继出台指导文件，其中《青少年体育活动促进计划》就充分显示了儿童青少年时期掌握1-2 项动作技能的重要性[31]。抗阻运动具有练习方式多元化的特点，而重点在于要根据儿童青少年所处的发育阶段选择适宜的抗阻运动项目进行练习，研究指出[30]，儿童时期应进行综合的全身性的肌肉力量锻炼，此时是柔韧和协调素质发育的敏感期，训练要注重练习的正确姿势和用力的正确控制，因此儿童时期抗阻运动的方式应以徒手练习或普拉提为主。而步入青少年阶段则进入了力量素质发育的敏感期，以发展快速力量为主，因而可以适当增加负荷，加入自由举重及固定器械的训练。
综上，在儿童青少年时期进行抗阻运动可以发展力量素质的同时提高动作技能，并以新动作技能的习得为主要目标，发挥其练习形式丰富的特点按照儿童青少年所处的发育阶段选择实施适宜的抗阻运动项目，将带来不同的生理与心理效应，促进儿童青少年的脑智发育。
3.3 增添情景互动
陈爱国等[7]指出，丰富的运动环境刺激可以改变大脑神经结构，改善认知功能。在新颖的、复杂的、充满挑战的环境中进行运动，以及在运动中多参与互动、担任一定的角色、团结协作共同达成目标是促进脑智发育有效方法。
抗阻运动可以在主动创设训练内容与环境的过程中，产生丰富的情景互动。研究表明[32]抗阻训练的编排有助于提高无抗阻训练经验人的认知，如在进行徒手和器械的抗阻练习时，比其它运动项目更加自由，可以充分发挥自己的主观能动性对练习动作进行组合编排，也可以利用现实环境及可用器械而灵活组织训练内容。研究表明[5]，在一个充满新问题、新挑战的情景中个体在协调组合原有动作，形成新的更复杂、更灵活、更有效动作的过程中会实现执行功能的突破与优化。同时，一些抗阻运动还有着音乐辅助的天然优势，在徒手或器械普拉提项目中从动作开始直至结束都配合着音乐的辅助，且根据具体环节和动作转换都配有不同的音乐节奏。而练习中伴随着音乐还可以调节呼吸、心率，使练习者的神经系统伴随音乐的节奏兴奋与放松，并且能够激发学生的情感[33]。此外，在抗阻运动中要想不断精进动作，则必需要与同伴和老师不断地交流学习，以提升自己的技术水平，这便提供了一种沟通交流的情景。综上，抗阻运动可以通过练习时的动作创编与设计，利用现实环境灵活组织训练内容，音乐辅助及沟通交流等方面创设别样的情景体验，儿童青少年可通过增加与这些情景之间的互动交流而进一步促进脑智的提升。
3.4 改善心理状态
儿童青少年的脑智发育在一定程度上受到心理状态的影响，不良的心理状态会损害脑智，而积极参加体育锻炼，长期坚持运动可直接或间接地促进脑智发育[7]。Velez 等[34]对健康的西班牙裔青少年进行为期12 周的抗阻运动，结果显示抗阻运动作用于肌肉骨骼变化的同时也会对心理健康产生积极影响，尤其是可以激发更高的自我概念（self-concept）。此外，在对13 到17 岁的肥胖青少年实施为期6 个月的抗阻训练后，他们的肌肉力量得到了显著提高，具体表现为有更好的腿举和卧推能力，同时还对运动效能感、整体自尊与训练信心产生了积极影响[35]。这说明健康和特殊的儿童青少年进行抗阻运动都有助于改善心理状态。
目前国内采用抗阻运动干预儿童青少年心理状况的研究较少，而在成人的研究证据中显示[36]，抗阻运动能够有效改善女大学生的抑郁情绪，而这可能是抗阻练习使有益的肠道菌群成分增加而减少了抑郁有关的菌群成分，进而改善了抑郁状态。此外，赵华恩[37]在动物实验中分析了抗阻运动对抑郁的疗效与机制，结果显示抗阻运动可以通过激活ERK信号通路而产生抗抑郁作用，同时抗阻运动能够改善CUMS大鼠的学习记忆能力并抑制海马区神经元凋亡。
综上，抗阻运动能够针对自我概念、整体自尊、抑郁情绪等方面产生积极的心理效应，同时儿童和青少年阶段是品质形成的关键时期，抗阻运动有着丰富的挫折源，在进行练习时会遇到各种不同的困难，能够很好地培养儿童青少年的意志力，这无疑是一个完美的教育契机。
抗阻运动能够对脑智产生积极影响，在“脑”的方面具体表现为能够促进脑源性神经营养因子的释放与神经元的生成，增加脑部血流量与激活大脑皮质提高神经联系，以及有益于改善白质结构的完整性；
而在“智”的方面，尽管抗阻运动改变认知功能的具体路径尚有争议，但它在执行功能与注意力方面已经显示出了突出的效用。此外，儿童青少年在身体发育、心智成熟方面有别于成人，其采用抗阻运动有效提升脑智发育应遵循：（1）选择中等强度的运动负荷进行练习，并根据肌群参与情况及RM 来实施监控；
（2）充分利用抗阻运动提升肌肉力量和形式丰富的特点，练习中侧重于改善神经募集和肌肉适应与调节；
并以新动作技能的习得为主，根据其发育阶段选择适宜的抗阻运动项目进行练习；
（3）注重抗阻运动中动作的编排与设计，借助音乐辅助来增添与情景的互动；
（4）利用抗阻运动提高自我概念、整体自尊，及改善抑郁情绪的特点针对改善心理状态。
总之，采用抗阻运动的方式提升儿童青少年脑智发育是切实可行的，而未来的研究应采用更大的样本及对存在障碍缺陷的儿童青少年进行实验研究，丰富抗阻运动的应用。同时，可以针对不同阶段的儿童青少年，专门制定抗阻运动处方，构建特定的干预模式。
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