運動方式對老年人認知能力的影響

許誠 周贊

摘 ?要 ?老年人認知障礙研究已成為神經科學領域研究的熱點之一，不同運動方式減緩老年人認知衰退，有待于更深入探討，以便老年人有針對性的選擇合適的鍛煉方式。本文通過對前人研究的綜述，探討了運動對認知的益處，不同運動方式和認知的關系以及運動改善老年人認知的機制。發現，體能訓練和運動訓練在影響老年人認知干預過程中，其運動強度和運動的任務難度在其中起到了中介作用，體能訓練和運動訓練適當比例設計運動處方，對老年人改善認知是有益的。

關鍵詞 ?老年人 ?認知障礙 ?運動干預 ?運動處方

認知是獲取和理解知識的心理行動和過程，涉及學習、記憶、語言、思維、精神、情感等一系列心理和社會行為（Xia，2017）。認知障礙指與上述學習記憶以及思維判斷有關的大腦高級智能加工過程出現異常，從而引起嚴重的學習、記憶障礙。同時，伴有失失常語言或失常行為等改變的病理過程，如阿爾茨海默病。認知障礙是腦疾病診斷和治療中最困難的問題之一。而老年人是認知障礙的高發人群，65歲以上老年人認知障礙者占38.9%（張靜，2019），預計到2050年世界范圍內老年人認知方面的疾病數量將增加約300%，全球范圍內產生高昂的費用，將給無數家庭帶了沉重負擔（Prince et al.，2020）。因此，老年人認知障礙研究已成為神經科學領域研究熱點問題之一。而通過運動可以提高身體素質，可以增強神經結構，突觸可塑性和傳遞能力，可以有效提升老年人認知能力，如有氧運動、抗阻運動，技巧運動等（蔡治東等，2021）。

2010年以來，運動對老年人認知能力的影響研究發展快速。然而，在運動方式影響老年人認知能力提高方面仍有待探討和研究。哪種運動方式對老年人認知能力效果最佳，如何影響認知能力的機制有待探索。本研究以文獻綜述的方式，探討不同運動方式對老年人認知能力的影響以及機制情況，及對現實中老年人群鍛煉的指導意義。

一、運動是提高身體機能，緩解各種疾病癥狀的安全方法

運動是一種可行且有前景的低成本、低風險和廣泛可用的干預方法，因其在降低認知障礙的健康風險方面起作用，而被廣泛推廣（Mc Gurran，2019）。它可提高老年人認知能力，并產生其他有益效果，包括改善身體功能，提高癡呆患者的自主性和生活質量等。

不同的運動類型對老年人認知障礙的影響存在差異。常見認知相關的運動方式有兩類：體能訓練（有氧訓練和力量訓練）和運動訓練（平衡訓練，協調訓練和靈活性訓練）。體能訓練需要較高的能量代謝和相對較低的神經肌肉控制。而運動訓練需要較高的神經肌肉控制和相對較低的能量代謝。此外，有些特定的運動需要更多的神經肌肉控制，如太極拳，瑜伽等雖然源于基本的運動活動，但通常比簡單的平衡和協調活動需要更高的神經肌肉控制。另一種是騎自行車和游泳，在運動學習階段需要較高的神經肌肉努力，一旦掌握了這項技能，神經肌肉的努力就很小了。還有一種是要求更高代謝和高神經肌肉控制的體能和技能組合，如羽毛球、籃球等。

以往研究表明，體能訓練和運動訓練都會影響神經可塑性，從而影響認知功能（Etnier，2016）。區別在于體能訓練通過改善心血管健康來影響認知，而運動訓練直接影響認知;體能訓練對神經可塑性和認知的影響是全局性的，而運動訓練在增強腦神經可塑性和改善認知方面具有任務特異性（不同訓練項目之間是有差異的）。兩者影響認知的機制是不相同的。在體能訓練中，運動的強度和時間增強了神經可塑性，從而提高了認知能力;而在運動訓練中，是任務復雜性增強了神經可塑性，從而提高了認知能力。

二、體能訓練、運動訓練、特殊項目和認知的相關研究

（一）有氧運動和認知選擇性研究

有氧運動能有效的消耗能量和保護心血管健康，所以被廣為推崇。中等強度的有氧運動能有效改善老年人認知功能和健康狀況。如老年人運動相關的腦容量顯著增加（侯莉娟等，2020）;有氧運動訓練能有效地逆轉老年人海馬體積的減少，同時改善記憶功能（Jonasson，2017）。

基于“心血管健康”假說，有氧運動促進心血管健康，有助于提高氧氣和營養物質輸送到大腦的效率。已有研究證實，最大攝氧量與執行功能的認知任務之間存在關聯，氧充足的供給，增加神經元活動的能量，說明心血管健康間接影響人們的認知功能發展（Hollamby，2017）。更具體地說，心血管健康影響腦血流，增加毛細血管密度腦血管生成，增加神經可塑性。這些大腦結構和神經可塑性的變化涉及有氧運動對大腦和認知的整體和局部影響。

美國運動醫學院建議每周進行150分鐘的中等強度或75分鐘的劇烈體力活動，最好分為三到五個療程，每周進行兩天或兩天以上的肌肉強化活動，建議每周進行3：2的有氧運動和力量訓練。有氧運動和力量訓練的結合比單純的有氧運動有更大的益處，科學家和神經心理學家開始將力量訓練作為提升認知功能的補充。

（二）力量（抗阻）訓練對認知能力的影響

隨著人們的預期壽命增加和老年人跌倒問題成為關注焦點，力量（抗阻）訓練在老年人群中被探索和推廣。力量（抗阻）訓練對認知能力的影響是積極的。從運動強度角度，中高強度抗阻訓練對老年男性認知能力的影響明顯（房國梁等，2020）。結果發現，在短期和長期記憶、執行功能和注意力方面都有顯著改善;從運動頻率角度，阻力訓練在選擇性注意和沖突解決（Stroop）方面也有改善;力量（抗阻）訓練增加了腦血流的改善和神經可塑性的增強，增加大腦多巴胺和去甲腎上腺素的調節，提高喚醒水平，從而改善認知功能。

可見，有氧運動和力量（抗阻）訓練對老年人認知的影響通過不同的機制對其影響，但兩種訓練也存在共同之處，通過訓練它們都影響了新陳代謝和能量過程，這些都是可以檢測并量化的。

（三）運動訓練和認知選擇性研究

運動訓練需要高度的神經肌肉參與。與有氧運動和力量訓練的動作自動化相比，它更需要依賴于神經肌肉，如支撐運動需要眼—手協調或臂—腿協調。這些運動會刺激大腦對信息處理的變化，特別是處理視覺和空間信息的能力。Voelcker·Rehage等2001年認為，平衡、協調、敏捷、柔韌性等身體素質與認知處理相關。

（四）特定的運動項目（個案研究）

太極在增強老年人認知功能方面效果明顯。一項關于太極拳的元分析發現（McCaskey，2018），太極拳能增強老年人的認知功能，尤其是執行功能。太極拳的靈活性和流動性，有與有氧運動對認知功能的特性。而太極的機動性和敏捷性與執行功能和感知相關，它促進了大腦的變化。太極拳還能夠提高持續的注意力、注意力轉移等，這有助于運動工作記憶、分散注意力、認知靈活性和整體執行功能。同時，太極拳的冥想和放松能力，可以減少焦慮和抑郁，這有利于降低認知能力下降。

總之，體能訓練和運動訓練對老年人的認知減低方面都是有益的，雖都是運動。然而，已有研究發現，影響老年人認知的機制存在差異。

三、不同運動對老年人認知形成的研究（圖1）

體能訓練和運動訓練都會影響神經可塑性。但兩者也有區別：（1）體能訓練通過改善心血管健康影響認知，而運動訓練直接影響認知;（2）體能訓練對神經可塑性和認知的影響是全局性的，而運動訓練在增強腦神經可塑性和影響認知方面具有任務特異性。

心血管功能、肌力和任務復雜性是體育鍛煉與認知之間的中介機制（Dong，2020）。體能訓練影響代謝和能量過程，其訓練強度增強了神經可塑性，從而提高了認知能力，背后的驅動力是強度。強度以心肺或肌肉力量的水平來衡量，并以一定的頻率、持續時間等進行，是完成訓練-神經可塑性認知轉換所必需的（高亮等，2020）。但在運動訓練中，運動的復雜性（神經認知需求）影響著運動與認知的關系，正是動作任務的復雜性推動了平衡或協調訓練對神經可塑性和認知能力的影響（Wolf，2018）。然而，任務復雜性很難量化，因此，運動訓練對認知的反應效應很難確定。

四、結語

進入20世紀以來，因每日消耗能量的減少、生活方式改變以及隨年齡增長產生的退行性身體系統改變導致慢性疾病不斷增加，人們需要通過鍛煉促進生存和健康，旨在增強身體各系統功能，減緩身體系統退化，老年群體便是關注的焦點之一。

本文探討現有運動方式在改善老年人認知方面的有效性，從而減少因認知減弱而引起的老年癡呆等疾病。體能訓練、運動訓練以及像太極拳等特殊的訓練項目都會影響大腦神經可塑性，從而減緩認知退化進程。心血管功能、肌力和認知任務復雜性是體育鍛煉與認知之間的中介機制。有效改善老年認知退化可以通過多種的訓練組合，形成運動處方，通過對運動強度的控制從而達到改善的目的。任務復雜性是運動訓練與認知關系的驅動機制，然而復雜程度與認知水平之間的劑量—反應關系尚需進一步研究。

★基金項目：紹興市哲學社會科學研究“十四五”規劃2021年度重點課題：體醫融合下推進老年人健康管理的研究（145012）。

參考文獻

[1]蔡治東，婁淑杰，陳愛國，等.體育鍛煉延緩老年人認知衰退量效關系的專家共識[J].上海體育學院學報，2021，45（01）：51-65+77.

[2]侯莉娟，李炬，劉冉，等.運動對老年人認知功能的影響及其腦結構基礎[J].中國體育科技，2020，56（09）：14-19+65.

[3]房國梁，張漓，韓天雨，等.高強度間歇訓練對老年人認知功能的影響[J].中國體育科技，2020，56（11）：32-37.

[4]高亮，張櫻.運動鍛煉延緩老年人認知功能下降的元分析[J].北京體育大學學報，2020，43（12）：104-114+129.

[5]張靜.人口老齡化背景下老年健康教育的挑戰及對策[J].中國老年學雜志，2019，39（23）：5900-5904.

[6]Dong X S，Yi X R，Ding M，et al. A Longitudinal Study of a Multicomponent Exercise Intervention with Remote Guidance among Breast Cancer Patients[J]. Int J Environ Res Public Health， 2020， 17（10）： 3425.

[7]Etnier J L，Wideman L，Labban J D，et al. The Effects of Acute Exercise on Memory and Brain-Derived Neurotrophic Factor[J].J Sport Exerc Psychol， 2016， 38（4）：331-340.

[8]Hollamby A， Davelaar E J， Cadar D. Increased physical fitness is associated with higher executive functioning in people with dementia[J]. Front Public Health， 2017， 5：346.

[9]Jonasson L S，Nyberg L，Kramer A F，et al. Aerobic exercise intervention， cognitive performance， and brain structure： results from the physical influences on brain in aging （PHIBRA） study[J]. Front Aging Neurosci， 2017， 8：336.

[10]McCaskey M A，Sch?ttin A，Martin-Niedecken A L，de Bruin E D. Making More of IT： Enabling Intensive Motor Cognitive Rehabilitation Exercises in Geriatrics Using Information Technology Solutions[J]. Biomed Res Int， 2018：4856146.

[11]McGurran H，Glenn J M，Madero E N，Bott N. Prevention and Treatment of Alzheimer’s Disease： Biological Mechanisms of Exercise[J].J Alzheimer’s Dis，2019， 69：311–338.

[12]Prince M，Wimo A，Guerchet M，et al. World Alzheimer Report 2015. The Global Impact of Dementia an Analysis of Prevalence， Incidence， Cost and Trends[C]. （accessed on 2 March 2020）

[13]Voelcker-Rehage C，Godde B，Staudinger U M. Physical and motor fitness are both related to cognition in old age[J]. Eur J Neurosci， 2010， 31：167–176.

[14]Wolf D，Tüscher O，Teipel S.Mechanisms and modulators of cognitive training gain transfer in cognitively healthy aging： study protocol of the Age Gain study[J]. Trials， 2018， 19： 337.

[15]Xia Y，Li J，Li S，et al. Clinical value of urinary retinol-binding protein in ascites due to cirrhosis[J]. Exp Ther Med， 2017， 14（5）：5228-5234.