文献基本信息介绍
作者：ChelseaM.Stillman杂志：TrendsinNeurosciences时间：摘要：运动已被证明有益于大脑结构和功能，尤其是在老龄化人口中。然而，运动发挥其作用的机制，尤其是在人类中，还没有完全了解。这篇综述认为，产生知识差距的一个原因是运动可能通过多层次的机制来进行。此外，运动的机制可能因年龄和健康状况等因素而异。我们讨论了三个分析层面(分子/细胞、大脑结构/功能、精神状态和高阶行为)的证据状态，并强调了这些层面之间的一致性、内部的不一致性和知识差距。最后，基于这些，我们推测哪些运动机制可能在不同年龄组和人群中普遍存在，而哪些可能在特定年龄范围或人群中不同。
主要内容
1、ChallengesofIdentifyingMechanismsofExercise运动明确地影响大脑。然而，关于运动对大脑健康和随后的行为表现(如认知功能)的影响，仍然存在一些基本问题。在某种程度上，尽管从动物模型中获得了重要的见解，但运动影响大脑的机制在很大程度上仍然未知，尤其是在人类中。但是首先，它到底指的是什么运动机制？当讨论机制时，我们感兴趣的是推断一种行为或干预(在这种情况下是运动)在感兴趣的终点产生变化的路径。在这篇文章中，我们主要集中在两个框架，可用于推断因果关系，从而确定机制:一个是相关的研究设计，另一个是统计方法。在第一个框架中，因果证据来自运动行为的实验操作，在人类中被称为随机对照试验(RcT)，或者来自动物模型，其中一组动物被允许运动，而另一组被视为对照组。如果结果变量(例如认知)在治疗(例如运动训练)组中相对于对照组发生更大程度的变化，则因果关系成立。当不可能随机分配或独立(即治疗)变量没有被直接操纵时，可以使用因果推断的统计框架(即统计中介)。
除了上述识别机制的策略之外，我们之前已经强调过，还有多层次的机制，通过这些机制，运动可能会起作用。
2、ExerciseandCognitiveFunction最近对年美国人健康和人类服务体力活动指南咨询委员会进行的一项系统综述总结了现有的证据，表明运动干预对整个生命周期的认知功能以及临床疾病产生影响。这篇综述总结说，有相当有力的证据表明，适度的剧烈运动可以改善认知，尤其是处理速度、记忆和执行功能。到目前为止，运动增强认知效果的最强有力的证据来自于对两个年龄窗口的研究，即6-13岁的儿童和50岁以下的成人，以及患有痴呆症或其他认知障碍疾病(如精神分裂症)的人群。值得注意的是，尽管儿童和老年人运动效果的证据是最有力的，但研究设计中的不一致和不足仍然损害了这一证据。因此，仍有必要在这些人群中进行严格且充分的随机对照试验，以更明确地评估运动对认知的影响。如上图所示认知功能随着年龄的增加而变化，其中实线表示正常状态下认知功能随年龄增长的变化趋势。虚线表示异常状态下认知功能随着年龄的变化趋势。当进去老年期时无论是正常情况还是异常情况认知下降速率都会显著增加。但是当下降速率异常时则会导致MCI和痴呆发生严重影响老年人生活质量。如上图为运动训练对老年人认知影响的元分析结果。运动系统对四种不同认知任务（执行控制空间速度）的好处是显著的。所以，身体活动似乎可以对广泛的认知功能产生积极影响。
3、WhatIsKnownaboutCellularandMolecular(Level1)MechanismsofExercise?有氧运动会导致动物大脑发生显著的生化变化。动物模型中一些研究最广泛的分子是:(1)脑源性神经营养因子(BDNF)，它启动一系列下游效应，包括神经元的长时程增强和增殖；(2)血管内皮生长因子，支持血管的存活和生长；(3)胰岛素样生长因子(IGF)-1，其影响若干神经和血管生成过程。在人类中，大多数关于运动诱导的细胞/分子变化的研究都集中在血液或脑脊液中可测量的分析物上。例如，荟萃分析和综述得出结论，儿童、青少年、年轻人、老年人、阿尔茨海默病患者和精神障碍患者在长期运动后，BDNF病发病率有所增加，尽管个别研究的发现有些不一致。此外，BDNF在人体内的循环水平在统计学上调节了71岁以上成年人执行功能的运动相关改善。脑源性神经营养因子（BDNF）的特性，使其成为调节运动对大脑健康的好处的自然候选人。如图，（a）BDNF被逆行和顺行运输到突出在那里增强突出传递，参与基因转录，改变突触形态，并增强神经元的弹性。BDNFmRNA和蛋白质水平以活性依赖的方式升高。（b）释放的BDNF与其受体trkb突触前结合，以修改递质释放，与突触后结合以修改突出后敏感性。例如通过与NMDA受体的相互作用。所以BDNF的特性使其成为调节运动对大脑健康好处的自然候选人。
上图为有助于运动对认知有益作用的循证机制(只有那些经随机对照试验证实的机制)。证据分为三个不同的分析层次，并按年龄组分开，以突出证据中新出现的模式和现有的差距。虽然为青春期等发育时期定义特定的年龄范围很复杂，但年龄组被用来简化本文所讨论的研究。1级是指细胞和分子信号通路。二级指大脑结构或功能通路，三级指被定义为高阶行为或精神状态的心理社会通路。简称:BDNF，脑源性神经营养因子；IGF-1，胰岛素样生长因子。
4、WhatIsKnownabouttheEffectsofExerciseonBrainStructureandFunction(Level2Mechanisms)?灰质神经在一生中的发展轨迹是一个重要的考虑因素，它与运动对区域灰质体积的影响强度有关。大脑皮层区域，特别是前额叶皮层，在儿童和青少年中仍在迅速发展，而海马体(结构上)大部分是在这些年龄发育的。相反，海马(连同前额叶皮层)通常是衰老过程中最先出现结构性萎缩的区域之一。人们可以推测，在青少年时期，运动对前额叶皮层的影响最大，因为这个区域在发育上更具可塑性。鉴于这些不同的发展影响，人们不能假设在研究充分的区域，如海马体，运动的效果强度在一生中是相同的。图中将62名健康老年人，年龄范围在50-78岁，分为对照组和运动组。经过6个月的干预之后，发现：身体活动水平与灰质体积呈现正相关，且相较于对照组，实验组有着更大的额叶灰质体积。所以，运动运动会影响灰质体积。
白质越来越多的研究，包括一些随机对照试验，已经开始检查运动对白质体积、病变和微结构的潜在影响。与灰质研究一样，白质和运动的研究也主要集中在认知正常的老年人身上。虽然个体研究的结果有好有坏，但荟萃分析表明，在老年人中，运动对较高的整体脑白质体积和较小的整体脑白质损伤体积有较小但显著的净效应。值得注意的是，在元分析中包含的29项研究中，只有两项是随机对照试验。最近对健康老年人进行的运动和WM的随机对照试验要么发现运动后WM结构没有变化，要么报告说只有某些类型的运动，如舞蹈或阻力运动影响WM结构。因此，随机对照试验相当不确定的结果表明，需要对传统有氧运动和其他类型的运动进行额外的对照研究。此外，成年后期运动对WM的影响可能存在一些关键的边界条件(例如，性别和遗传)。
图为与非有氧(拉伸和调节)控制老年人相比，参加有氧健身训练计划的老年人的运动量显著增加的区域。a和B，在立体定位空间中分别为2毫米和34毫米的通过大脑的神经定位轴向切片。c、脑中线右侧2mm的矢状切面。蓝色区域:相对于非有氧对照组，有氧运动者的灰质体积增加。*色区域:相对于对照组，有氧运动者的脑白质体积增加。
5、WhatIsKnownaboutthePsychosocial(‘Level3’)MechanismsofExercise?情绪通过运动的心理社会机制，我们指的是可能受到运动影响的精神状态和高阶行为，从而对大脑和认知产生一些有益的影响。情绪，尤其是抑郁症状，是运动的一个可能的候选心理机制。睡眠睡眠是运动的另一个候选心理机制。运动干预后，中年至老年人的睡眠结果(通常是效率和持续时间)有所改善，尽管干预研究的证据对儿童、青少年和年轻人不一致。这可能归因于纳入研究的不同方法和质量。在睡眠中断(如睡眠呼吸暂停和失眠)的成年患者群体中，运动训练对睡眠结果也有积极影响。结论
鉴于运动影响身体的多个器官，似乎没有单一的机制来调节运动对大脑及其功能的所有影响。此外，考虑到不同年龄组和人群之间的生物学过程的差异，运动对大脑影响的机制也可能随着年龄和个体的不同而不同。因此，我们认为，理解运动起作用的机制的一个限制因素是倾向于