上悟M有學院厚纪 日出 周成林，金座红从载科学栓释体有延动提升手习数丝的甲论与实我]，上海体有学院学毅，2021,45(1)：2028 原创成果 从脑科学诠释体育运动提升学习效益的理论与实践 周成林，金鑫虹 (上海休有学院心理学院，上海200438) 摘要：以体教融合为出发点，总结体育运动提升学习效益的理论与实践依据，探索我国儿童青少年大脑能康发有 堂习放益提高知身心健提升的有就徐径和方法。立足千贴科学研球依有动在化太脑生理机制 一电和今子层五造出包功能县面以包功能（记忆、高物运动热洞动作孩新技 行功能等)方面的》 在体育运动的量方西 通过体育运 升大脑功能效道，儿度青少年需每天系积至少 得心0mm:用3阳的中高强度身体活提他关子不问体动与运动剂之网的关美奶安庭 步研究。体育与数育结合是促进儿童青少年大脑健康发育和学习效益提升的有效手段，体教融合应立足于 理论机理，基于运动效益剂量关系的原则开展体有教有，提升儿童青少年健廉素质。 关键词：体育运动：身体活动：学习效益：儿童青少年：大脑发育：认知功能：运动剂量：体教融合 中图分类号：G804.5 文献标志码：A 文宣编号：1000.5498(2021101-0020-09D0L:10.16099hsus2021.01.003 儿童吉少年数省一直都是我国教省领域高度关 年递增趋热。2020年，国家卫生键康秀员会发布的 注的重点间题也是体省科学的重要研究课题。近矩 《中国眼健康白皮书》数据显示，我国儿章吉少年近视 来，体育运动作为促进身心健康的有效途径之 总体发生率为53.6%，大学生超过90%.然而其中809 渐受到人们的普遍认可，已成为学校教育中不可或缺 的眼病可防可控。采取相应措施减缓近视人数增： 的关键环节。2016年，中共中央，国务院印发《“健康 速度，提高儿童青少年的健康用眼意识已然成为当务 中国2030”规划纲要》，为加大学校健康教有力度，将 之急。 键康教有纳人国民数有体系，并作为所有教有阶段的 20世纪50年代以来，体有运动对儿童青少年身 素质教育的重要内容。然而，当前我国儿童青少年 心健康的效益逐渐成为体育科学的热点话题。在儿 健康问题依然严峻随着经济的迅猛发展和生活便制 童青少年成长过程中，学习效 直是家长和学校 性的增加，超重、肥胖儿童青少年数量逐年增长。有 注的问题，然而在影响学习成绩的诸多因素中.体 研究21发现，2017年我国儿童青少年超重率为12.2%. 运动一直被忽视。械来越多的研究？表明，参与体 肥胖率为7.1%.且存在地域差异，最高地区可达 育运动能有效促进学习成绩的提高，体育运动促进大 27.9%。《2015年中国青少年健康体重调查报告》显示 蓝功能效益逐渐被大量实证研究证实。儿童青少年 体重正常人数比例甚至不 肥胖不仅易导到 阶段是认知能力发展的关键时期，认知能力的发展 青少年耀患其他生理疾病（如脂肪肝、糖尿病、心血管 接影响学业成绩，体有运动可有效促进大脑认知功 疾病等)还会对大脑健康浩成损害，影响儿童吉少年 能，发展儿童青少年认知能力。Donnelly等的一项 认知功能的发展)。虽然近些年我国儿童青少年体 对1490名青春期前儿童进行的为期2a的随机对照 质健康态势稍有回升，但“亚健康“状况仍十分严峻 试验发现，相较于课堂上不参加体有活动的儿童，经 体有运动缺乏”已成为儿童青少 年肥胖慢性病低岛 常参加体育活动 儿童总体 成绩有所提高 化的主要成因。同时，我国青少年近视人数也呈逐 Best分别考察了急性身体活动(acute physical 收稿日期：2020-09- 回日共 0-12-10 项日 者简介：周成林(ORCD:C 24 -4078).男，辽宁沈阳人.上海体育学院教授.博士，博士生导师：T:(021)65507526 E-minn60c C)1994-2022 China Academic Joumal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
2021 年 1 月 15 日出版 周成林，金鑫虹.从脑科学诠释体育运动提升学习效益的理论与实践［J］.上海体育学院学报，2021，45（1）：20-28 从脑科学诠释体育运动提升学习效益的理论与实践 周成林，金鑫虹 （上海体育学院 心理学院，上海 200438） 摘 要: 以体教融合为出发点，总结体育运动提升学习效益的理论与实践依据，探索我国儿童青少年大脑健康发育、 学习效益提高和身心健康提升的有效途径和方法。立足于脑科学研究，综述体育运动在优化大脑生理机制 （细胞和分子层面、脑结构和功能层面）和认知功能（记忆、感知-运动协调、动作预期和执行功能等）方面的效 果。在体育运动的剂量方面，为通过体育运动提升大脑功能效益，儿童青少年需每天累积至少 60 min、每次 持续 20~30 min，每周≥3 d的中高强度身体活动，但关于不同体育运动项目与运动剂量之间的关系仍需进一 步研究。体育与教育结合是促进儿童青少年大脑健康发育和学习效益提升的有效手段，体教融合应立足于 理论机理，基于运动效益剂量关系的原则开展体育教育，提升儿童青少年健康素质。 关键词: 体育运动；身体活动；学习效益；儿童青少年；大脑发育；认知功能；运动剂量；体教融合 中图分类号: G804.5 文献标志码：A 文章编号：1000-5498（2021）01-0020-09 DOI：10.16099/j.sus.2021.01.003 儿童青少年教育一直都是我国教育领域高度关 注的重点问题，也是体育科学的重要研究课题。近年 来，体育运动作为促进身心健康的有效途径之一，逐 渐受到人们的普遍认可，已成为学校教育中不可或缺 的关键环节。2016年，中共中央、国务院印发《“健康 中国 2030”规划纲要》，为加大学校健康教育力度，将 健康教育纳入国民教育体系，并作为所有教育阶段的 素质教育的重要内容［1］ 。然而，当前我国儿童青少年 健康问题依然严峻，随着经济的迅猛发展和生活便捷 性的增加，超重、肥胖儿童青少年数量逐年增长。有 研究［2］ 发现，2017年我国儿童青少年超重率为12.2%， 肥胖率为 7.1%，且存在地域差异，最高地区可达 27.9%。《2015年中国青少年健康体重调查报告》显示， 体重正常人数比例甚至不足 50%。肥胖不仅易导致 青少年罹患其他生理疾病（如脂肪肝、糖尿病、心血管 疾病等），还会对大脑健康造成损害，影响儿童青少年 认知功能的发展［3-5］ 。虽然近些年我国儿童青少年体 质健康态势稍有回升，但“亚健康”状况仍十分严峻， “体育运动缺乏”已成为儿童青少年肥胖、慢性病低龄 化的主要成因［6］ 。同时，我国青少年近视人数也呈逐 年递增趋势。2020 年，国家卫生健康委员会发布的 《中国眼健康白皮书》数据显示，我国儿童青少年近视 总体发生率为53.6%，大学生超过90%，然而其中80% 的眼病可防可控。采取相应措施减缓近视人数增长 速度，提高儿童青少年的健康用眼意识已然成为当务 之急。 20 世纪 50 年代以来，体育运动对儿童青少年身 心健康的效益逐渐成为体育科学的热点话题。在儿 童青少年成长过程中，学习效益一直是家长和学校关 注的问题，然而在影响学习成绩的诸多因素中，体育 运动一直被忽视。越来越多的研究［7-10］ 表明，参与体 育运动能有效促进学习成绩的提高，体育运动促进大 脑功能效益逐渐被大量实证研究证实。儿童青少年 阶段是认知能力发展的关键时期，认知能力的发展直 接影响学业成绩，体育运动可有效促进大脑认知功 能，发展儿童青少年认知能力。Donnelly等［11］ 的一项 对 1 490 名青春期前儿童进行的为期 2 a 的随机对照 试验发现，相较于课堂上不参加体育活动的儿童，经 常参加体育活动的儿童总体学业成绩有所提高。 Best［12］分 别 考 察 了 急 性 身 体 活 动（acute physical 收稿日期：2020-09-23；修回日期：2020-12-10 基金项目：国家社会科学基金重大项目（17ZDA330） 第一作者简介：周成林（ORCID：0000-0001-6244-4078），男，辽宁沈阳人，上海体育学院教授，博士，博士生导师；Tel.：（021）65507526， E-mail：chenglin_600@126.com 原创成果 activity）和认知参与在干预儿童执行功能中的作用， 发现认知参与程度对认知功能测试成绩无影响，而急 性身体活动（如运动游戏）提高了儿童解决视觉空间 刺激冲突干扰的认知速度，同时，通过不同年龄对比 发现，随着年龄的增长，解决干扰的准确性和总体反 应时间均有所提高。“体教融合”是为加强体育教育、 推进素质教育提出的新举措，将体育与教育相融合， 体现了当前学校教育人才培养的综合性目标。随着 认知神经科学的发展，众多脑科学证据［7，13-16］ 表明，体 育运动可提高儿童青少年的脑细胞活性、改变大脑结 构，从而提高注意力、改善认知功能、缓解压力等。体 育运动在提高身体素质的同时，还能促进心理健康发 展，帮助儿童青少年健康成长，通过促进大脑发育，提 升学习效益，这也是实现体教融合目标的重要路径。 因此，体育运动如何通过促进大脑神经活动及结构功 能来提高学习成绩，是当前体育科学和认知神经科学 领域亟待解决的热点问题。 1 体育运动提升大脑功能效益的生理机制 体育运动能对大脑结构和功能产生持久效益， 是促进身心健康的重要手段。体育运动对大脑的影 响效益体现在提高神经系统中细胞、分子和神经回 路的机能以及改变大脑结构和功能连接等多方面， 在提高儿童青少年认知功能上起到了重要作用［17］ 。 欲揭示体育运动促进儿童青少年大脑效益提升的生 物学机理，关键在于对大脑神经系统结构及功能的 理解，这是解释体育运动促进大脑发育机制的重要 途径。 1.1 体育运动提升大脑细胞和分子层面效益 体育运动如何诱发细胞和分子水平的变化，以及 这些变化如何影响认知功能？解答这一问题是揭示 运动提升大脑功能效益的前提。多数研究［18］ 发现，体 育运动可通过增加神经递质含量，改善细胞血流环 境，促进神经胶质细胞再生，提高突触可塑性等，为大 脑提供充足营养和能量，同时提高大脑可塑性，而这 些效益多与认知功能增强有关。例如：Kronenberg 等［19］ 发现，体育运动增加了神经发生的概率；另有研 究［20］ 发现，与不运动的对照组相比，跑步干预提升了 小鼠海马神经发生、脊神经密度、突触可塑性和神经 营养蛋白水平，同时提高了其空间记忆能力。 神经系统进行生命活动的必要前提是营养的获 得和能量的利用［21-22］ ，运动改变大脑细胞和分子机制 的首要影响因素是神经营养因子［脑源性神经营养因 子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）和血管内 皮 生 长 因 子（vascular endothelial growth factor， VEGF）］。BDNF 和 VEGF 水平可通过运动进行调 节［8］ ：BDNF可引起细胞内的生化反应，扩展树突棘和 轴突等神经结构［23］ ；VEGF作用于血管壁的内皮细胞， 可促使细胞分裂并生成新的血管［24］ 。BDNF 大量存 在于海马和负责高级认知功能的脑区，可支持神经细 胞存活、生长和调节突触可塑性［25-26］ ，在体育运动提 高 大 脑 可 塑 性 和 认 知 功 能 方 面 起 到 促 进 作 用 。 Neeper 等［27］ 首先证明了身体活动和 BDNF 水平之间 的正相关关系，后续研究［28-30］ 还发现，无论在进行短 时间（2~7 d）还是长时间（1~8 个月）的连续或交替跑 步运动后，海马中 BDNF 水平和蛋白表达水平均升 高，且在运动结束后至少2周内持续升高［9］ 。同时，其 他生长因子，如胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）也参与体育运动促进血管变 化过程，对优化血流环境起促进作用。组织学和影像 学技术研究［31- 32］ 还发现，运动提高血管系统功能也同 样出现在大脑运动皮层和纹状体中。 神经胶质细胞在神经元代谢支持和调节突触效 能等方面也发挥着重要作用，其生长模式与突触、神 经结构相似，只在学习过程中才会扩大体积［33］ 。运动 时大脑会产生大量内源性大麻素和内啡肽，通过改变 神经递质的释放影响其在中枢和外周血液中的水平， 促进血管新生和神经发生，在缓解不良情绪状态的同 时获得奖赏、镇静和欣快的效果，进而改善大脑中奖 赏、认知控制等高级认知环路的功能［34-36］ 。 1.2 体育运动提升大脑结构和功能效益 体育运动对大脑功能的提升效益不仅体现在微 观细胞和分子层面，还反映在大脑结构和功能的改变 上，而形态解剖学和脑成像技术为更宏观、系统地了 解运动改变大脑功能提供了依据。其中，体育运动对 海马的影响与学习效益直接相关。海马是记忆形成 和空间导向必不可少的大脑区域［18］ ，是一种与记忆和 压力调节有关的大脑结构。有氧运动可诱导海马体 积和血管系统的结构变化［8］。早在 1999 年就有研 究［37］ 发现，在老鼠的海马体中，自主转轮运动可显著 增加新生神经元的数量。同时，急性有氧运动和长期 运动也可影响BDNF的活性，在抑郁和焦虑的啮齿动 物模型中，自主转轮运动与海马 BDNF 水平呈正相 关［38］ 。体育运动还可抑制大脑中杏仁核的活化，阻止 压力、恐惧、焦虑等负面情绪的出现［36］ 。 体育运动除对运动相关脑区的结构产生影响［18］ 20
2021年1月第45卷第1期 原创成果 activity)和认知参与在干而儿童执行功能中的作用 子(brain-derived neurotrophie factor,.BDNF)和血管内 发现认知参与程度对认知功能测试成绩无影响，而名 皮生长因子(vascula 性身体活动（如运动游戏）提高了儿童解决视觉空间 VEGF)]。BDNF和VEGF水平可通过运动进行调 刺激冲突干扰的认知速度，同时，通过不同年龄对比 节：BDNF可引起细胞内的生化反应，扩展树突棘和 发现.随着年龄的增长，解决干扰的准确性和总体反 轴突等神经结构：VEGF作用于血管壁的内皮细胞 应时间均有所提高“体教融合”是为加强体有数有 可促使细胞分裂并生成新的血管。BDNF大量存 推进素质教有提出的新举措，将体有与教有相融合 于海马和负责高级认知功能的脑区，可支持神 体现了当前学校教有人才培养的综合性目标。随名 胞存活，生长和调节突触可塑性 在体育运动 认知神经科学的发展，众多脑科学证据？表明，体 高大脑可塑性和认知功能方面起到促进作用 育运动可提高儿童青少年的脑细胞活性，改变大脑结 Neeper等首先证明了身体活动和BDNF水平之间 构，从而提高注意力，改认知功能、缓解压力等。体 的正相关关系，后续研究3测环发.无论在讲行知 有运动在提高身体素质的同时，还能促进心理健康发 时间(2-7d)还是长时间(1-8个月)的连续或交 替跑 展，帮助儿童青少年健康成长，通过促进大脑发有，提 步运动后，海马 中BDNF水平和蛋白表达水平均升 升学习效益，这也是实现体教融合目标的重要路径。 高，且在运动结束后至少2周内持续升高。同时，其 因此，体育运动如何通过促进大脑神经活动及结构功 他生长因子.如姨岛嘉样生长因子-1(insulin-kg 能来提高学习成绩，是当前体育科学和认知神经科学 growth factor-1,IGF-1)也参与休育运动促进血管变 领城亟待解决的热点问题 过程，对优化血流环境起促进作 组织学和影 术研 1体育运动提升大脑功能效益的生理机制 学 还发现，运动提 血管系统功能也 出现在大脑运动皮层和纹状体中。 体育运动能对大脑结构和功能产生持久效益 神经胶质细胞在神经元代谢支持和调节突触效 是促进身心健康的重要手段。体有运动对大脑的影 能等方面也发挥着重要作用，其生长模式与突触、神 响效益体现在提高神经系统中细胞、分子和神经回 经结构相似，只在学习过程中才会扩大体积四。运动 时大脂 :生大量内源性大麻素和内啡肽，通过以 功能上起到 了重要作用 神经递质的释放彩响其在中枢和外周血液中的水平 欲揭示体有运动促进儿童青少年大脑效益提升的生 促进血管新生和神经发生，在缓解不良情绪状态的同 物学机理，关键在于对大脑神经系统结构及功能的 时获得奖赏、镇静和欣快的效果，进而改善大脑中奖 理解，这是解释体育运动促进大脑发有机制的重要 赏、认知控制等高级认知环路的功能-。 途径。 1.2 体育运动提升大脑结构和功能数益 1.1体育运动提升大脑细胞和分子层面效益 体育运动对大脑功能的提升效益不仅体现在微 体育运动如何诱发细胞和分子水平的变化，以及 观细胞和分子层面，还反映在大脑结构和功能的改变 这些变化如何影响认知功能？解答这一问题是揭示 上，而形态解剖学和脑成像技术为更宏观，系统地了 运动提升大脑功能效益的前提。多数研究发现，体 解运动改变大脑功能提供了依据。其中，体育运动为 有运动可通过增加神经递质含量，改善细胞血流环 海马的影响与学习效益直接相关。海马是记忆形成 境，促进神经胶质细胞再生，提高突触可塑性等，为大 和空间导向必不可 少的大脑 区域，是 种与记忆 脑提供充足营养和能量，同时提高大脑可塑性，而这 压力调节有关的大脑结构。有氧运动可诱导海马 些效益多与认知功能增强有关。例如：Kronenberg 积和血管系统的结构变化。早在1999年就有研 等发现体育运动增加了神经发生的摄名：另有研 究发现，在老鼠的海马体中，自主转轮运动可显若著 究发现，与不运动的对照组相比，跑步干预提升了 增加新生神经元的数量。同时，急性右氧运动和长期 小鼠海马神经发生、脊神经密度、突触可塑性和神经 运动也可影响BDNF的活性，在抑郁和焦虑的啮齿 营养蛋白水平，同时提高了其空间记忆能力。 物模型中，自主转轮运动与海马BDNF水平呈正相 神经系统进行生命活动的必要前提是营养的获 关。体育运动还可抑制大脑中杏仁核的活化，阻止 得和能量的利用-，运动改变大脑细胞和分子机制 压力、恐根、华虑等负面情绪的出现】。 的首要影响因素是神经营养因子「脑源性神经营养因 体育运动除对运动相关脑区的结构产生影响 (C)1994-2022 China Academic Joural Electronic Publishing House. All rights reserved.http://www.cnki.ne
2021 年1 月 第 45 卷 第 1 期 原创成果 activity）和认知参与在干预儿童执行功能中的作用， 发现认知参与程度对认知功能测试成绩无影响，而急 性身体活动（如运动游戏）提高了儿童解决视觉空间 刺激冲突干扰的认知速度，同时，通过不同年龄对比 发现，随着年龄的增长，解决干扰的准确性和总体反 应时间均有所提高。“体教融合”是为加强体育教育、 推进素质教育提出的新举措，将体育与教育相融合， 体现了当前学校教育人才培养的综合性目标。随着 认知神经科学的发展，众多脑科学证据［7，13-16］ 表明，体 育运动可提高儿童青少年的脑细胞活性、改变大脑结 构，从而提高注意力、改善认知功能、缓解压力等。体 育运动在提高身体素质的同时，还能促进心理健康发 展，帮助儿童青少年健康成长，通过促进大脑发育，提 升学习效益，这也是实现体教融合目标的重要路径。 因此，体育运动如何通过促进大脑神经活动及结构功 能来提高学习成绩，是当前体育科学和认知神经科学 领域亟待解决的热点问题。 1 体育运动提升大脑功能效益的生理机制 体育运动能对大脑结构和功能产生持久效益， 是促进身心健康的重要手段。体育运动对大脑的影 响效益体现在提高神经系统中细胞、分子和神经回 路的机能以及改变大脑结构和功能连接等多方面， 在提高儿童青少年认知功能上起到了重要作用［17］ 。 欲揭示体育运动促进儿童青少年大脑效益提升的生 物学机理，关键在于对大脑神经系统结构及功能的 理解，这是解释体育运动促进大脑发育机制的重要 途径。 1.1 体育运动提升大脑细胞和分子层面效益 体育运动如何诱发细胞和分子水平的变化，以及 这些变化如何影响认知功能？解答这一问题是揭示 运动提升大脑功能效益的前提。多数研究［18］ 发现，体 育运动可通过增加神经递质含量，改善细胞血流环 境，促进神经胶质细胞再生，提高突触可塑性等，为大 脑提供充足营养和能量，同时提高大脑可塑性，而这 些效益多与认知功能增强有关。例如：Kronenberg 等［19］ 发现，体育运动增加了神经发生的概率；另有研 究［20］ 发现，与不运动的对照组相比，跑步干预提升了 小鼠海马神经发生、脊神经密度、突触可塑性和神经 营养蛋白水平，同时提高了其空间记忆能力。 神经系统进行生命活动的必要前提是营养的获 得和能量的利用［21-22］ ，运动改变大脑细胞和分子机制 的首要影响因素是神经营养因子［脑源性神经营养因 子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）和血管内 皮 生 长 因 子（vascular endothelial growth factor， VEGF）］。BDNF 和 VEGF 水平可通过运动进行调 节［8］ ：BDNF可引起细胞内的生化反应，扩展树突棘和 轴突等神经结构［23］ ；VEGF作用于血管壁的内皮细胞， 可促使细胞分裂并生成新的血管［24］ 。BDNF 大量存 在于海马和负责高级认知功能的脑区，可支持神经细 胞存活、生长和调节突触可塑性［25-26］ ，在体育运动提 高 大 脑 可 塑 性 和 认 知 功 能 方 面 起 到 促 进 作 用 。 Neeper 等［27］ 首先证明了身体活动和 BDNF 水平之间 的正相关关系，后续研究［28-30］ 还发现，无论在进行短 时间（2~7 d）还是长时间（1~8 个月）的连续或交替跑 步运动后，海马中 BDNF 水平和蛋白表达水平均升 高，且在运动结束后至少2周内持续升高［9］ 。同时，其 他生长因子，如胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）也参与体育运动促进血管变 化过程，对优化血流环境起促进作用。组织学和影像 学技术研究［31- 32］ 还发现，运动提高血管系统功能也同 样出现在大脑运动皮层和纹状体中。 神经胶质细胞在神经元代谢支持和调节突触效 能等方面也发挥着重要作用，其生长模式与突触、神 经结构相似，只在学习过程中才会扩大体积［33］ 。运动 时大脑会产生大量内源性大麻素和内啡肽，通过改变 神经递质的释放影响其在中枢和外周血液中的水平， 促进血管新生和神经发生，在缓解不良情绪状态的同 时获得奖赏、镇静和欣快的效果，进而改善大脑中奖 赏、认知控制等高级认知环路的功能［34-36］ 。 1.2 体育运动提升大脑结构和功能效益 体育运动对大脑功能的提升效益不仅体现在微 观细胞和分子层面，还反映在大脑结构和功能的改变 上，而形态解剖学和脑成像技术为更宏观、系统地了 解运动改变大脑功能提供了依据。其中，体育运动对 海马的影响与学习效益直接相关。海马是记忆形成 和空间导向必不可少的大脑区域［18］ ，是一种与记忆和 压力调节有关的大脑结构。有氧运动可诱导海马体 积和血管系统的结构变化［8］。早在 1999 年就有研 究［37］ 发现，在老鼠的海马体中，自主转轮运动可显著 增加新生神经元的数量。同时，急性有氧运动和长期 运动也可影响BDNF的活性，在抑郁和焦虑的啮齿动 物模型中，自主转轮运动与海马 BDNF 水平呈正相 关［38］ 。体育运动还可抑制大脑中杏仁核的活化，阻止 压力、恐惧、焦虑等负面情绪的出现［36］ 。 体育运动除对运动相关脑区的结构产生影响［18］ 21
上俺帆琴院摩纪 周成林，金意虹，从破科学诠释体育运动提升学习敛益的理论与实践 外，还可影审涉及高级认知功能相关脑区的激活模式 和左侧顶下小叶激活程度增加，左侧前扣带回激活减 及其功能连接。 于全脑和体素的形态测量学 研究报道了身体活动 或运动干 与大脑额 境奖励刺激和自主运动中起 顶叶、颞叶和扣带回灰质密度大量增加相关。体育运 要作用。在完成较复杂的任务时，不仅需唤醒某山 动可通过改变脑岛、小脑和纹状体的活动水平提高 特定脑区，同时还需多脑区的连接与配合。对动物 运动相关的注意控制和学习能力4。运动还可提高 和人类的研究发现，运动锻炼能改善神经控制环 儿章吉少年的中央执行功能。 一项研究对排行 路和记忆环路。体有运动在促讲感黄运动相关脑风 30 min 短时中等强度有氧运动的10岁儿童的执行 功能连接的同时，提升运动学习相关的认知能力 能进行前后测，发现运动后儿童执行功能有积极的或 这是促进大脑发育、提升学习效益的关键途 善效应，脑激活模式中双侧额上回、额中回、顶上小叶 径（图1）。 (细跑、分子 突棘密度 ,胶质胞完整性和功 运动皮层 体育运动 前额皮层 学习效益☐ 执行功能、决细 之力、视觉空间能力 风 图1运动锻炼认知效益的机制示意 体有运动对大脑健康发育的效益体现在神经活 加工过程是否存在运动项目和大脑功能之间的差异 动的不同层面，包含神经细胞、分子水平和大脑结构 是开展体教融合须解决的重要问题。 功能机制，其在提升运动相关能力的同时，对高级认 2.1 体育运动提升记忆能力 知能力及功能连接也存在明品效盖。长期体育运动 习惯对儿童青少年大脑健康发有和认知功能的提升 记忆是人脑对过去学习、经历过事物的编码、保 具有重要意义。 持和提取，是影响学业成绩的关键因素，也是儿童 少年智力发展和高级认知加工的必要条件知。如何 2体育运动提升学习效益的实证研究 提高儿童青少年的记忆力一直是学校和家庭关注的 由体育运动促进大脑健康发育的神经活动机制 重要问题，然而，记忆是 一个复杂的过程：记忆编码的 和大脑结构功能可知，体育运动促进大脑功能效益的 准确性受刺激期间注意力资源分配程度的影响；记 研究已在生理机制上得以证实。在运动心理学研 的保持发生在经验之后，包括大脑细胞层面（如促进 一直受到研究者青睐，通过对比 专家 神经元之间通信蛋白质的合成)和系统层面（如加强 手”差异，有助于深人了解某运动项目的特殊认 海马和大脑其他新皮层区域之间的联系)的加工过 知优势。在体育运动实践中，不同项目对儿童青少年 程：记忆的提取则可能同时受编码和保持的影响 学习效益的提升是否具有专项性，是有效开展体育运 由此可见，记忆能力的保持和提高可能受到诸多因素 动的重要前提。明确运动促进大脑健康发有和认知 的影响。上述体有运动影响海马体积及功能的研究 22 C)1994-022 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.net
周成林，金鑫虹.从脑科学诠释体育运动提升学习效益的理论与实践 外，还可影响涉及高级认知功能相关脑区的激活模式 及其功能连接［39-40］ 。基于全脑和体素的形态测量学 研究报道了身体活动［41］ 或运动干预［10，42］ 与大脑额叶、 顶叶、颞叶和扣带回灰质密度大量增加相关。体育运 动可通过改变脑岛、小脑和纹状体的活动水平［43］ 提高 运动相关的注意控制和学习能力［44］ 。运动还可提高 儿童青少年的中央执行功能。一项研究［45］ 对进行 30 min 短时中等强度有氧运动的 10 岁儿童的执行功 能进行前后测，发现运动后儿童执行功能有积极的改 善效应，脑激活模式中双侧额上回、额中回、顶上小叶 和左侧顶下小叶激活程度增加，左侧前扣带回激活减 弱。同时，大脑认知过程受到奖赏环路和多巴胺信号 的影响，这些在处理环境奖励刺激和自主运动中起重 要作用［46］ 。在完成较复杂的任务时，不仅需唤醒某些 特定脑区，同时还需多脑区的连接与配合［47］ 。对动物 和人类的研究［48-49］ 发现，运动锻炼能改善神经控制环 路和记忆环路。体育运动在促进感觉运动相关脑区 功能连接的同时，提升运动学习相关的认知能力［40］ ， 这 是 促 进 大 脑 发 育 、提 升 学 习 效 益 的 关 键 途 径（图1）。 体育运动对大脑健康发育的效益体现在神经活 动的不同层面，包含神经细胞、分子水平和大脑结构、 功能机制，其在提升运动相关能力的同时，对高级认 知能力及功能连接也存在明显效益。长期体育运动 习惯对儿童青少年大脑健康发育和认知功能的提升 具有重要意义。 2 体育运动提升学习效益的实证研究 由体育运动促进大脑健康发育的神经活动机制 和大脑结构功能可知，体育运动促进大脑功能效益的 研究已在生理机制上得以证实。在运动心理学研究 中，“专家模式”一直受到研究者青睐，通过对比“专家 —新手”差异，有助于深入了解某运动项目的特殊认 知优势。在体育运动实践中，不同项目对儿童青少年 学习效益的提升是否具有专项性，是有效开展体育运 动的重要前提。明确运动促进大脑健康发育和认知 加工过程是否存在运动项目和大脑功能之间的差异， 是开展体教融合须解决的重要问题。 2.1 体育运动提升记忆能力 记忆是人脑对过去学习、经历过事物的编码、保 持和提取，是影响学业成绩的关键因素，也是儿童青 少年智力发展和高级认知加工的必要条件［50］ 。如何 提高儿童青少年的记忆力一直是学校和家庭关注的 重要问题，然而，记忆是一个复杂的过程：记忆编码的 准确性受刺激期间注意力资源分配程度的影响；记忆 的保持发生在经验之后，包括大脑细胞层面（如促进 神经元之间通信蛋白质的合成）和系统层面（如加强 海马和大脑其他新皮层区域之间的联系）的加工过 程；记忆的提取则可能同时受编码和保持的影响［51］ 。 由此可见，记忆能力的保持和提高可能受到诸多因素 的影响。上述体育运动影响海马体积及功能的研究 图1 运动锻炼认知效益的机制示意［18，36］ Figure 1 Schematic diagram of the cognitive benefits of exercise 注：绿色箭头代表效益促进作用，红色箭头代表效益抑制作用。 22
2021年1月第45第1期 原创成果 结果提示，运动锻练对记忆能力起到促讲作用但运 针对性。上术研家结果显示，长期身体活动可提高工 动锻炼对不同记忆类型和不同阶段的促进作用还需 作记忆表现，少 定的前摄抑制干扰 ,表现为大 进一步实证研究。 唤醒水平更高，调用更多认知资源，然而对加工速 工作记忆是儿童吉少年完成学习、阅读、推理、问 的影向并不明显。那么，长期运动训练干预对工作远 题解决和智力活动的重要基础如，也是认知活动的关 忆的提高效益如何是否可讲一步摄高信息加工速商 成分之 。在儿童青少年学习过程中，遗忘和抑制 盂排一步研究。不同的是，在长时记忆能力方面 是影响记忆能力的主要因素，先前学习的知识对新 急性有氧运动对不同记忆类型（陈述性记忆和程序 识的前摄抑制干扰作用是导致遗忘的主要原因。为 记亿)提高的阶段（编吗阶段 和巩周阶段)不同，在才 探计身体活动对工作记忆的保讲作用有研穷地，]采 同程度上改善了长时记亿效果。目前对急性有氧运 用且有生态学效度的生物运动材料和改进版变化觉 动保进长时记忆各阶段加工的认知机制尚需讲一北 察任务(change detection task),考察不同身体活动水 探。在急性有氧运动可提高长时记忆的实证研到 平对大学生工作记忆的影响，结果显示，高身体活或 基础上，长期有氧运动干预对长时记忆的其他阶段是 水平个体对生物运动素材的工作记忆编码阶段反应 否存在促进作用，以及改 运或 干预方案可否改善记 时事知，准确案更高，anha辅段能最申大，同时额而 忆的其他阶段加工，仍需进一步研究证实。 区N1成分被妈更大，调用了更多的认知资源。讲 2.2 体育运动提升感知-运动协调能力 步关于身体活动水平对工作记忆前摄抑制影响的研 感知一运动系统是外界环墙刺制激和个体动作交互 究发现，高身体活动水平个体依然表现出工作记忆 作用的体现，是完成各种动作协同的重要因素，有效 优势，在靶刺激的分排阶段和前摄抑制的解决阶段投 地组合来自环境刺激的同步信号 ,是动态注意能力 入了更多的认知资源，具体表现在额中央区诱发了更 工过程的基本环节 大振幅的N2和P3成分，但在靶刺激分排和前摄抑制 信息处理 动 协调能力对 童青少年的重要性，不仅体现在身体素质上，更表现 解决的速度方面无明 效益 由此可见，高身体活。 在其注意和大脑反应能力上。在日常生活中，时常出 水平可提高工作记忆能力，有着更高的大脑唤醒水 现感知-动作不协调现象，严重的甚至会引起损伤 平，并在一定程度上解决了生物运动工作记忆的前摄 有研究指出，身体节奏的时机训练可提高大脑神 抑制作用」 经效率，促进 信息加工过程，进而改善任务绩效 在儿童青少年学习过程中，对知识存储的检验是 项研究 指出，蹈经验可促进个体在感知-运 体现学习效益的重要手段，长时记忆是影响学习效 协调相关任务上的表理。 一项对舞蹈运动员感觉西 的又一重要因素。已有研究证实，急性有氧运动对 动同步(sensorimotor synchronization)的行为研究 长时记忆具有促进作用，但急性有氧运动对不同记忆 类型和记忆时程的交互作用尚不明确」 项行为研 进行 动作同步响 应，结 是显示 经验的 究考察了中等强度急性有氧运动对陈述性记忆 体对节奏刺激的同步性更准确，动作更稳定，且可适 程序性记忆编码和巩固加工过程的影响，分别采用 应不同赖数的节泰，动作办同能力中纤。由比知 “有氧运动 -学习一 -第1次自由回忆 -有氧运动一休 长期舞蹈训练可有效提高个体对外界刺激的感知能 息1h一第2次自由回忆一休息24h一第3次自由回忆 力，促进其动作协同表现」 一再认测试”和“有运动一序列学习一有运动 神经兴奋的节律性波动（神经振荡 neura 休息1h一第1次序列测试 一休息24h 2次序列测 oscillations)是大菌在感知-运动协调中的关键转 试”流程，通过控制急性有氧运动干预顺序，对不同类 征。大神经振荡产生的规律性感知是协调能力 型记忆进行长时记忆测试，结果显示，急性有氧运动 的基@】周节外界激与内在神经买动的或知与动 对陈述性记忆和程序性记忆均有促进作用.但促进阶 作 动作协调程是内部神经据荡活应外界制激的 段不同：急性有氧运动可提高陈述性记忆编码阶段的 程， 要基本的时序加 工和感知 运动的合 加工效率，而对程序性记忆的巩 固阶段效益显 对外界刺激的感知-运动协调实际上是动态注 记忆能力的提高对儿青少年学习成绩的提高 意能量规律性变化的过程。进一步研究发现，即使是 具有重要作用。不管是长期的高身体活动水平还是 在个体动作话宜节奉下，是蹈运动员对外界刺激的动 急性有氧运动均可提高个体记忆能力，但且有不同的 作协同能力也明显优干普通人，而这一优势体现在知 品 (C)1994-2022 China Academic Joural Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.ne
2021 年1 月 第 45 卷 第 1 期 原创成果 结果提示，运动锻炼对记忆能力起到促进作用，但运 动锻炼对不同记忆类型和不同阶段的促进作用还需 进一步实证研究。 工作记忆是儿童青少年完成学习、阅读、推理、问 题解决和智力活动的重要基础［52］ ，也是认知活动的关 键成分之一。在儿童青少年学习过程中，遗忘和抑制 是影响记忆能力的主要因素，先前学习的知识对新知 识的前摄抑制干扰作用是导致遗忘的主要原因。为 探讨身体活动对工作记忆的促进作用，有研究［50，53］ 采 用具有生态学效度的生物运动材料和改进版变化觉 察任务（change detection task），考察不同身体活动水 平对大学生工作记忆的影响，结果显示，高身体活动 水平个体对生物运动素材的工作记忆编码阶段反应 时更短，准确率更高，alpha 频段能量更大，同时额顶 区 N1 成分波幅更大，调用了更多的认知资源。进一 步关于身体活动水平对工作记忆前摄抑制影响的研 究［50］ 发现，高身体活动水平个体依然表现出工作记忆 优势，在靶刺激的分辨阶段和前摄抑制的解决阶段投 入了更多的认知资源，具体表现在额中央区诱发了更 大振幅的 N2和 P3成分，但在靶刺激分辨和前摄抑制 解决的速度方面无明显效益。由此可见，高身体活动 水平可提高工作记忆能力，有着更高的大脑唤醒水 平，并在一定程度上解决了生物运动工作记忆的前摄 抑制作用。 在儿童青少年学习过程中，对知识存储的检验是 体现学习效益的重要手段，长时记忆是影响学习效益 的又一重要因素。已有研究［54］ 证实，急性有氧运动对 长时记忆具有促进作用，但急性有氧运动对不同记忆 类型和记忆过程的交互作用尚不明确。一项行为研 究［55］ 考察了中等强度急性有氧运动对陈述性记忆和 程序性记忆编码和巩固加工过程的影响，分别采用 “有氧运动—学习—第 1次自由回忆—有氧运动—休 息1 h—第2次自由回忆—休息24 h—第3次自由回忆 —再认测试”和“有氧运动—序列学习—有氧运动— 休息1 h—第1次序列测试—休息24 h—第2次序列测 试”流程，通过控制急性有氧运动干预顺序，对不同类 型记忆进行长时记忆测试，结果显示，急性有氧运动 对陈述性记忆和程序性记忆均有促进作用，但促进阶 段不同：急性有氧运动可提高陈述性记忆编码阶段的 加工效率，而对程序性记忆的巩固阶段效益显著。 记忆能力的提高对儿童青少年学习成绩的提高 具有重要作用。不管是长期的高身体活动水平还是 急性有氧运动均可提高个体记忆能力，但具有不同的 针对性。上述研究结果显示，长期身体活动可提高工 作记忆表现，减少一定的前摄抑制干扰，表现为大脑 唤醒水平更高，调用更多认知资源，然而对加工速度 的影响并不明显。那么，长期运动训练干预对工作记 忆的提高效益如何，是否可进一步提高信息加工速度 还需进一步研究。不同的是，在长时记忆能力方面， 急性有氧运动对不同记忆类型（陈述性记忆和程序性 记忆）提高的阶段（编码阶段和巩固阶段）不同，在不 同程度上改善了长时记忆效果。目前对急性有氧运 动促进长时记忆各阶段加工的认知机制尚需进一步 探讨。在急性有氧运动可提高长时记忆的实证研究 基础上，长期有氧运动干预对长时记忆的其他阶段是 否存在促进作用，以及改变运动干预方案可否改善记 忆的其他阶段加工，仍需进一步研究证实。 2.2 体育运动提升感知-运动协调能力 感知-运动系统是外界环境刺激和个体动作交互 作用的体现，是完成各种动作协同的重要因素，有效 地组合来自环境刺激的同步信号，是动态注意能力和 信息处理加工过程的基本环节。动作协调能力对儿 童青少年的重要性，不仅体现在身体素质上，更表现 在其注意和大脑反应能力上。在日常生活中，时常出 现感知-动作不协调现象，严重的甚至会引起损伤。 有研究［56-57］ 指出，身体节奏的时机训练可提高大脑神 经效率，促进信息加工过程，进而改善任务绩效。多 项研究［58-59］ 指出，舞蹈经验可促进个体在感知-运动 协调相关任务上的表现。一项对舞蹈运动员感觉运 动同步（sensorimotor synchronization）的行为研究［60］ 要求舞蹈运动员与普通大学生对不同刺激类型的节 奏进行动作同步响应，结果显示，具有舞蹈经验的个 体对节奏刺激的同步性更准确，动作更稳定，且可适 应不同频段的节奏，动作协同能力更好。由此可知， 长期舞蹈训练可有效提高个体对外界刺激的感知能 力，促进其动作协同表现。 神 经 兴 奋 的 节 律 性 波 动（神 经 振 荡 ，neural oscillations）是大脑在感知-运动协调中的关键特 征［61］ 。大脑神经振荡产生的规律性感知是协调能力 的基础［62］ ，调节外界刺激与内在神经活动的感知与动 作。动作协调过程是内部神经振荡适应外界刺激的 过程，需要基本的时序加工和感知-运动的耦合能 力［63］ 。对外界刺激的感知-运动协调实际上是动态注 意能量规律性变化的过程。进一步研究发现，即使是 在个体动作适宜节奏下，舞蹈运动员对外界刺激的动 作协同能力也明显优于普通人，而这一优势体现在舞 23
上海汇市学院学纪周成林，金鑫虹.从脑科学诠释体育运动提升学习效益的理论与实践蹈运动员神经振荡与外界刺激同步性的增强，即神经线索与球飞行轨迹线索，判断不同对抗信息线索量和振汤与外界节奏形成了共振联结，提高了动作协调能线索匹配程度条件下，高经验组、中等经验组和无经力，同时舞蹭运动员对节奏刺激的探测速度更快。验组的准确性和大脑激活特点，结果显示：高经验组感知一运动协调是一项涉及时序加工的高级认知乒乓球运动员存在明显的动作预判优势，具备快速目功能，体现了对外界刺激注意、感知和自身动作协调高效的线索提取和加工能力：当信息出现不匹配冲突时，可通过中央区更大的抑制和顶枕区更大的激活进同步的过程，是一项重要的认知能力。综上所述，舞行调节。此外，进一步考察抽象加工层面（概念语义蹭训练不仅可促进个体动作协调能力，还可提高神经经验）乒乓球运动员动作的高级认知加工过程同样发振汤与外界环境刺激的交互作用，进而提升信息加工现：乒乓球运动员对专项动作的加工可同时激活感知效率。儿童青少年动作协调能力的训练（如舞蹈）对运动系统和语义系统，高水平运动员动作和语义信息其感知-运动协调能力、大脑反应速度及其他认知能的传递效率更高；概念语义经验同样对乒乓球运动员力的影响机制，是体育运动领域值得深入探讨的的动作加工能力起促进作用，且与运动经验水平成问题。正比[68]。2.3体育运动提升其他认知功能在对冲突事件信息的加工中，认知抑制功能起到大量的实证研究已指出，运动锻炼与认知功能之了关键性作用。抑制功能是中央执行功能的子功能间存在正相关关系，“运动提高认知功能这一观点已之一，也是儿童青少年高级认知功能发展中的重要部得到了诸多研究成果的证实。以执行功能为例，根据分。在体育运动无其隔网对抗项自中，反应抑制是优认知加工任务的不同，运动锻炼可提高个体执行功能化技战术、取得好成绩的重要认知功能。分别采用信中的抑制、转换和刷新过程[64]。随着体育科学和脑科号停止任务和信号变换任务考察高水平羽毛球运动学交叉发展，体育运动与认知功能的关系探究已不再员反应抑制能力的研究[69发现：在反应抑制过程中，局限于有氧运动，揭示不同运动项目对各级认知功能高水平运动员倾向使用快速动作执行策略，认知资源的促进作用是全面了解体育运动提升学习效益的重表现出节省化特征：而在抑制-变换情境中，羽毛球运要途径。与有氧运动相比，其他运动项目在对抗性或动员抑制和变换速度更快，会在动作抑制早期投入更规则等方面的特殊性，具有其特殊的认知规律并调用多注意资源（N1成分），在后期评价过程调用了较少不同的认知功能，因此，了解不同运动项目对各类认认知资源。高水平羽毛球运动员在反应抑制加工过知功能的影响，为进一步了解体育运动提升认知功能程中表现出了高效节省化的认知加工特点。提供了具体化和专属性依据。由此可见，体育运动项目对提升大脑健康效益和在复杂环境中有效地提取外部信息、排除干扰并认知功能有重要作用不同运动项目的特点和规则差进行高效预测是自上而下的高级认知功能在学习过异在提升多种认知功能上各有倾向。因此，儿童青少程中的体现，其中对抗类运动项目是研究的重点。动年在进行体育运动时，不仅可通过有氧运动促进大脑作预测的优势性是高水平足球运动员制胜的重要因健康发育和认知功能发展，还可通过培养不同运动项素，尤其在射门过程中，当前信息与先验信息的加工目爱好，在丰富运动技能的同时，提高特定认知加工处理可直接影响运动员的动作预判和绩效。足球运能力。“运动改善大脑”已得到大量科学研究[7-10的证动员先验信息动作预判研究[65-661发现，高水平足球运实，但当前在体育教育过程中，如何有效利用和开展动员先验信息认知加工的优势不仅体现在专项任务运动干预手段提高儿童青少年学习效益，仍是体育科上，在一般信息的处理能力方面也明显优于普通人。学研究的重要课题。同时，足球专家组在信息量较少、干扰信息条件下仍3体教融合锻炼效益的剂量关系表现出较高的预判正确率，这一行为优势表现在专家组诱发的NI、N2和CNV2成分振幅更大，体现了高水体育锻炼的剂量问题（体育活动的类型、频率、强平足球运动员在动作信息较少情况下整合信息的能度和时间）一直是研究者关注的重要课题，儿童青少力更强，对早期注意资源的调节与整合效率更高。年体育运动与身体活动的联系与区别也是开展校园乒乓球运动因具有高速对抗、线索引导明显等特体育工作的主要难点。2018年国家体育总局发布的点成为考察动作预期优势的又一主要运动项目。对《全民健身指南》明确指出，运动锻炼干预应包含运动乒乓球运动员动作预判的研究L6，通过分离对手身体类型、强度和时间等3个基本要素。倒U型假说（the24(C)1994-2022ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
周成林，金鑫虹.从脑科学诠释体育运动提升学习效益的理论与实践 蹈运动员神经振荡与外界刺激同步性的增强，即神经 振荡与外界节奏形成了共振联结，提高了动作协调能 力，同时舞蹈运动员对节奏刺激的探测速度更快。 感知-运动协调是一项涉及时序加工的高级认知 功能，体现了对外界刺激注意、感知和自身动作协调 同步的过程，是一项重要的认知能力。综上所述，舞 蹈训练不仅可促进个体动作协调能力，还可提高神经 振荡与外界环境刺激的交互作用，进而提升信息加工 效率。儿童青少年动作协调能力的训练（如舞蹈）对 其感知-运动协调能力、大脑反应速度及其他认知能 力的影响机制，是体育运动领域值得深入探讨的 问题。 2.3 体育运动提升其他认知功能 大量的实证研究已指出，运动锻炼与认知功能之 间存在正相关关系，“运动提高认知功能”这一观点已 得到了诸多研究成果的证实。以执行功能为例，根据 认知加工任务的不同，运动锻炼可提高个体执行功能 中的抑制、转换和刷新过程［64］ 。随着体育科学和脑科 学交叉发展，体育运动与认知功能的关系探究已不再 局限于有氧运动，揭示不同运动项目对各级认知功能 的促进作用是全面了解体育运动提升学习效益的重 要途径。与有氧运动相比，其他运动项目在对抗性或 规则等方面的特殊性，具有其特殊的认知规律并调用 不同的认知功能，因此，了解不同运动项目对各类认 知功能的影响，为进一步了解体育运动提升认知功能 提供了具体化和专属性依据。 在复杂环境中有效地提取外部信息、排除干扰并 进行高效预测是自上而下的高级认知功能在学习过 程中的体现，其中对抗类运动项目是研究的重点。动 作预测的优势性是高水平足球运动员制胜的重要因 素，尤其在射门过程中，当前信息与先验信息的加工 处理可直接影响运动员的动作预判和绩效。足球运 动员先验信息动作预判研究［65-66］ 发现，高水平足球运 动员先验信息认知加工的优势不仅体现在专项任务 上，在一般信息的处理能力方面也明显优于普通人。 同时，足球专家组在信息量较少、干扰信息条件下仍 表现出较高的预判正确率，这一行为优势表现在专家 组诱发的N1、N2和CNV2成分振幅更大，体现了高水 平足球运动员在动作信息较少情况下整合信息的能 力更强，对早期注意资源的调节与整合效率更高。 乒乓球运动因具有高速对抗、线索引导明显等特 点成为考察动作预期优势的又一主要运动项目。对 乒乓球运动员动作预判的研究［67］ ，通过分离对手身体 线索与球飞行轨迹线索，判断不同对抗信息线索量和 线索匹配程度条件下，高经验组、中等经验组和无经 验组的准确性和大脑激活特点，结果显示：高经验组 乒乓球运动员存在明显的动作预判优势，具备快速且 高效的线索提取和加工能力；当信息出现不匹配冲突 时，可通过中央区更大的抑制和顶枕区更大的激活进 行调节。此外，进一步考察抽象加工层面（概念语义 经验）乒乓球运动员动作的高级认知加工过程同样发 现：乒乓球运动员对专项动作的加工可同时激活感知 运动系统和语义系统，高水平运动员动作和语义信息 的传递效率更高；概念语义经验同样对乒乓球运动员 的动作加工能力起促进作用，且与运动经验水平成 正比［68］ 。 在对冲突事件信息的加工中，认知抑制功能起到 了关键性作用。抑制功能是中央执行功能的子功能 之一，也是儿童青少年高级认知功能发展中的重要部 分。在体育运动尤其隔网对抗项目中，反应抑制是优 化技战术、取得好成绩的重要认知功能。分别采用信 号停止任务和信号变换任务考察高水平羽毛球运动 员反应抑制能力的研究［69］ 发现：在反应抑制过程中， 高水平运动员倾向使用快速动作执行策略，认知资源 表现出节省化特征；而在抑制-变换情境中，羽毛球运 动员抑制和变换速度更快，会在动作抑制早期投入更 多注意资源（N1 成分），在后期评价过程调用了较少 认知资源。高水平羽毛球运动员在反应抑制加工过 程中表现出了高效节省化的认知加工特点。 由此可见，体育运动项目对提升大脑健康效益和 认知功能有重要作用，不同运动项目的特点和规则差 异在提升多种认知功能上各有倾向。因此，儿童青少 年在进行体育运动时，不仅可通过有氧运动促进大脑 健康发育和认知功能发展，还可通过培养不同运动项 目爱好，在丰富运动技能的同时，提高特定认知加工 能力。“运动改善大脑”已得到大量科学研究［7-10］ 的证 实，但当前在体育教育过程中，如何有效利用和开展 运动干预手段提高儿童青少年学习效益，仍是体育科 学研究的重要课题。 3 体教融合锻炼效益的剂量关系 体育锻炼的剂量问题（体育活动的类型、频率、强 度和时间）一直是研究者关注的重要课题，儿童青少 年体育运动与身体活动的联系与区别也是开展校园 体育工作的主要难点。2018 年国家体育总局发布的 《全民健身指南》明确指出，运动锻炼干预应包含运动 类型、强度和时间等 3 个基本要素。倒 U 型假说（the 24
原创成果2021年1月第45卷第1期inverted-Uhypothesis）认为，运动强度与任务绩效之等。笔者分别考察了有氧运动和不同体育运动项目间存在倒U型关系，小强度和大强度运动诱发过低或在提高记忆能力、感知-运动协调、动作预期和执行功过高唤醒水平均不利于提升任务绩效，只有中等强度能等高级认知功能方面的显著效果，这为体育运动提的运动可对应最佳唤醒水平[70]。不同强度急性有氧升大脑功能效益提供了科学依据：同时，体育运动提运动与抑制功能关系的研究[将久坐大学生随机分升大脑功能效益，需每天累积至少60min、每次持续为大、中、小等3种不同运动强度干预和控制组，发现20~30min、每周≥3d的中高强度身体活动。因此，体运动干预组抑制任务正确率显著高于控制组，中等强育与教育结合是促进儿童青少年大脑健康发育和学度急性有氧运动正确率最高（P3振幅最大），说明提高习效益的有效手段，体教融合应立足于理论机理，基抑制能力的最佳运动方式是中等强度急性有氧运动。于运动效益的科学剂量关系，开展体育教育，以更好在运动锻炼的强度方面，研究者也针对不同群体进行地促进儿童青少年健康素质的提高。了低、中、高强度的多方尝试，研究[48-49]指出，中等强度有氧运动对改善大脑认知功能效果最佳。在运动效益的时间进程方面，研究[72]发现，中等强度有氧运作者贡献声明：动对大学生反应抑制和反应执行的时程效益可持续周成林：提出论文选题，设计论文框架，撰写、审核、指到运动结束后的50min。而由体育运动对儿童青少导修改论文；年认知能力和学业表现的文献综述[73]可知，无论是短金鑫虹：调研文献，核实数据，修改论文。期（20~40min）还是长期（13周~3a）体育运动，均表现出效益的提升。在体育运动项目上，乒乓球、跳绳、武术、足球、羽毛球等也是校园体育运动的热门项目。Wang等[7在乒乓球训练对注意网络的研究中发现，长期乒乓球训练可优化执行控制网络加工过程，而对参考文献注意警觉和注意导向的效益并不显著。20世纪70年代以来，体育运动研究者就当前大【1］郑轶，李硕，孙龙飞，等.健康生活，需要你我行动[N].人众身体素质和研究结果对运动锻炼时间和频次剂量民日报，2020-05-18（19）提出了建议。当前，美国运动医学会（American【2］陈贻珊，张一民，孔振兴，等，我国儿童青少年超重、肥胖流行现状调查[]].中华疾病控制杂志，2017,21（9)：CollegeofSportsMedicine）建议，成年人每天应参与866-869中等强度运动训练>30min、每周>5d，或每天应参与【3］解淳，张育恺，崔晨，等.肥胖青少年多层面认知功能特点高强度运动训练>20min、每周>3d，或中等和高强度的研究[J].天津体育学院学报，2017(1)：68-72结合的运动训练。此外，还建议每周花2~3d时间进[4] KAMIJO K,PONTIFEX M B,KHAN N A,et al. The行每个主要肌肉群的抗阻运动、神经运动锻炼（平衡、negative association of childhood obesity to cognitive敏捷和协调）和主要肌群的柔韧性运动。儿童青少control of action monitoring [].Cereb Cortex,2014,24年体育运动最佳活动强度和时间一直是我国体育领(3):654-662域的重点研究课题。《学校体育工作条例》要求中小学[5] SMITHE,HAYP,CAMPBELLL,et al.A reviewof the校应保证学生每天有1h体育活动：《中国儿童青少年association between obesity and cognitive function acrossthe lifespan:Implications for novel approaches to身体活动指南》建议，儿童青少年每天应累积至少prevention and treatment [J].Obes Rev,2011,12(9):60min的中高强度身体活动，每周>3d，减少久坐行740-755为。然而，基于当前体育运动促进学习效益的研究成【6］周成林，金鑫虹，从脑科学看体育运动与学习[]].教育果，儿童青少年体育运动项目选择与运动剂量之间的家，2018(28)：67-68关系仍需进一步研究。[7]KRAMERAF,ERICKSONKI.Capitalizingoncorticalplasticity:Influence of physical activity on cognition and4结束语brainfunction[J].Trends Cogn Sci,2007.11(8):342-348随着认知神经科学的发展，众多脑科学证据表[8] THOMAS A G,DENNIS A,BANDETTINI P A,et al.The明，体育运动可提高儿童青少年的脑细胞活性、改善effects of aerobic activity on brain structure[J].Front大脑结构，从而提高注意力、改善认知功能、缓解压力Psychol,2012,3:86-8625(C)1994-2022ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
2021 年1 月 第 45 卷 第 1 期 原创成果 inverted-U hypothesis）认为，运动强度与任务绩效之 间存在倒U型关系，小强度和大强度运动诱发过低或 过高唤醒水平均不利于提升任务绩效，只有中等强度 的运动可对应最佳唤醒水平［70］ 。不同强度急性有氧 运动与抑制功能关系的研究［71］ 将久坐大学生随机分 为大、中、小等 3种不同运动强度干预和控制组，发现 运动干预组抑制任务正确率显著高于控制组，中等强 度急性有氧运动正确率最高（P3振幅最大），说明提高 抑制能力的最佳运动方式是中等强度急性有氧运动。 在运动锻炼的强度方面，研究者也针对不同群体进行 了低、中、高强度的多方尝试，研究［48-49］ 指出，中等强 度有氧运动对改善大脑认知功能效果最佳。在运动 效益的时间进程方面，研究［72］ 发现，中等强度有氧运 动对大学生反应抑制和反应执行的时程效益可持续 到运动结束后的 50 min。而由体育运动对儿童青少 年认知能力和学业表现的文献综述［73］ 可知，无论是短 期（20~40 min）还是长期（13周~3 a）体育运动，均表现 出效益的提升。在体育运动项目上，乒乓球、跳绳、武 术、足球、羽毛球等也是校园体育运动的热门项目。 Wang 等［74］ 在乒乓球训练对注意网络的研究中发现， 长期乒乓球训练可优化执行控制网络加工过程，而对 注意警觉和注意导向的效益并不显著。 20 世纪 70 年代以来，体育运动研究者就当前大 众身体素质和研究结果对运动锻炼时间和频次剂量 提 出 了 建 议 。 当 前 ，美 国 运 动 医 学 会（American College of Sports Medicine）建议，成年人每天应参与 中等强度运动训练≥30 min、每周≥5 d，或每天应参与 高强度运动训练≥20 min、每周≥3 d，或中等和高强度 结合的运动训练。此外，还建议每周花 2~3 d 时间进 行每个主要肌肉群的抗阻运动、神经运动锻炼（平衡、 敏捷和协调）和主要肌群的柔韧性运动［8］ 。儿童青少 年体育运动最佳活动强度和时间一直是我国体育领 域的重点研究课题。《学校体育工作条例》要求中小学 校应保证学生每天有1 h体育活动；《中国儿童青少年 身体活动指南》建议，儿童青少年每天应累积至少 60 min 的中高强度身体活动，每周≥3 d，减少久坐行 为。然而，基于当前体育运动促进学习效益的研究成 果，儿童青少年体育运动项目选择与运动剂量之间的 关系仍需进一步研究。 4 结束语 随着认知神经科学的发展，众多脑科学证据表 明，体育运动可提高儿童青少年的脑细胞活性、改善 大脑结构，从而提高注意力、改善认知功能、缓解压力 等。笔者分别考察了有氧运动和不同体育运动项目 在提高记忆能力、感知-运动协调、动作预期和执行功 能等高级认知功能方面的显著效果，这为体育运动提 升大脑功能效益提供了科学依据；同时，体育运动提 升大脑功能效益，需每天累积至少 60 min、每次持续 20~30 min、每周≥3 d的中高强度身体活动。因此，体 育与教育结合是促进儿童青少年大脑健康发育和学 习效益的有效手段，体教融合应立足于理论机理，基 于运动效益的科学剂量关系，开展体育教育，以更好 地促进儿童青少年健康素质的提高。 作者贡献声明： 周成林：提出论文选题，设计论文框架，撰写、审核、指 导修改论文； 金鑫虹：调研文献，核实数据，修改论文。 参考文献 ［1］ 郑轶，李硕，孙龙飞，等.健康生活，需要你我行动［N］. 人 民日报，2020-05-18（19） ［2］ 陈贻珊，张一民，孔振兴，等 .我国儿童青少年超重、肥胖 流行现状调查［J］. 中华疾病控制杂志，2017，21（9）： 866-869 ［3］ 解淳，张育恺，崔晨，等.肥胖青少年多层面认知功能特点 的研究［J］.天津体育学院学报，2017（1）：68-72 ［4］ KAMIJO K，PONTIFEX M B，KHAN N A，et al. The negative association of childhood obesity to cognitive control of action monitoring［J］. Cereb Cortex，2014，24 （3）：654-662 ［5］ SMITH E，HAY P，CAMPBELL L，et al. A review of the association between obesity and cognitive function across the lifespan： Implications for novel approaches to prevention and treatment［J］. Obes Rev，2011，12（9）： 740-755 ［6］ 周成林，金鑫虹 . 从脑科学看体育运动与学习［J］. 教育 家，2018（28）：67-68 ［7］ KRAMER A F，ERICKSON K I. Capitalizing on cortical plasticity：Influence of physical activity on cognition and brain function［J］.Trends Cogn Sci，2007，11（8）：342-348 ［8］ THOMAS A G，DENNIS A，BANDETTINI P A，et al.The effects of aerobic activity on brain structure ［J］. Front Psychol，2012，3：86-86 25
上俺帆琴院摩纪 周成林，金意虹，从破科学诠释体育运动提升学习敛益的理论与实践 [9]BERCHTOLD N C.CASTELLO N.COTMAN C W. [22]夏涛硕，丁晴雯，庄岩，等，体育镜炼促进认知功能的脑机 Exereise and time-dependent benefits to learning and 制[1心J理科学肼居.2018.26(10).1857.1868 memory [Neuroscience.2010.167(3):588-597 [23]MCALLISTER A K.KATZ L C.LO D C.Neurotrophins [10]CHEN A.ZHU L.YAN J.et al.Neural basis of working and synaptic plasticity [J].Annu Rev Neurosei,1999.22 memory enhancement after acute aerobic exercise:fMR (11.295.318 study of preadolescent children [J].Front Psychol,2016. [241 BLOOR C M Angiogenesis during exercise and training 7-1804 [J1.Angiogenesis.2005.8(3)-263.271 [11]DONNELLY J E.GREENE J L.GIBSON C A.ct al. [25]LIPSKY R H.MARINI A M.Brain-derived neurotrophic Physical activity across the curriculum (PAAC):A factor in neuronal survival and behavior-related plasticity randomized conrolled trial to promote physical activity [J].Ann N Y Acad Sci.2007.1122(1):130-143 and diminish overweight and obesity in elementary school [26]COWANSAGE KK.LEDOUX J E.MONFILS M.Brain children[J].Prev Med,2009.49(4):336-341 derived neurotrophie factor:A dynamic gatekeeper of [1]BEST J R.Exergaming immediately enhances children's neural plasticity[].Curr Mol Pharmacol.010.3(1): executive function []Dev Psychol,2012.48(5):1501- 12-29 1510 [27]NEEPER S A.GOMEZ-PINILLA F.CHOI J.et al [13]COTMAN C W,BERCHTOLD N C.Exereise:A behavioral Exereise and brain neurotrophins [J].Nature,1995.373. intervention to enhance brain health and plasticity[J].Trends 109-109 Neurosci.2002.25(6):295-301 [28]DING Q,YING Z.GOMEZ-PINILLA F.Exercise influences [14]COTMAN C W.BERCHTOLD N C.CHRISTIE L. hippocampal plasticity by modulating brain-derived Exereise builds brain health:Key roles of growth facto neurotrophic factor processing[].Neuroscience.2011.192: cascades and inflammation[J].Trends Neurosci.2007.30 773-780 (9):464472 [29 ABEL J L.RISSMAN E F.Running-induced epigeneti [15]THAUT M H.MCINTOSH G C.RICE RR.et al and gene expression change in the adolescent brain [J] auditory stim in gait training fo Int J Dev Ne ci,2013,31(6 :382-39 Parki 's disease patients J.Mov Di ,1996,11(2): [30j HOPKINS M E,NITECKI R,BUCCI D J.Physica versus adulthood:Ditterentia 16 effects on obj recogn memory and brain-derivec A neu aging investigation of the association betwee rophie factor levels [J].Neuroscience,2011,194: memor preadolescent childre n [J].Brain Res [3] and e ANJD.PIEPMEIER A.eta Effectso naging rats after 17] 20 2014.2 in oth grade childre灯 [32] HARRIS IENER C.et a 18 VIVA F.Bridging ortex of the ra 1174) ,2013,17(10):525-544 [33] HANG Q. HAYDON PO 19 1 KRONENBERG G.REUTER K ST ER B. 1 Vienna.2005.112 the adult hi 111.121-125 hui[J].J [34] ANDERSON E .2003.46741.455-463 ctivity o anxiety[] ront Psychiatry 1 VAN PRAAG H Ne directions neur 351 BRENE S RIORNEREKK A ABERG Runpi 128-140 warding and antidepressive[].Physio [211 BELANGER M.ALLAMAN L MAGISTRETTI P J 92(1):136-140 Brain energy 36]TANTIMONACO M.CECI R.SABATINI S.et al Cell Metab.14(6) physical activity and the 724-738 iew [J].Cell Mol Life Sci.2014.71(14):2681- 26 C)994-2022 China Academic Joumal Electronie Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.net
周成林，金鑫虹.从脑科学诠释体育运动提升学习效益的理论与实践 ［9］ BERCHTOLD N C，CASTELLO N，COTMAN C W. Exercise and time-dependent benefits to learning and memory［J］. Neuroscience，2010，167（3）：588-597 ［10］ CHEN A，ZHU L，YAN J，et al. Neural basis of working memory enhancement after acute aerobic exercise：fMRI study of preadolescent children［J］.Front Psychol，2016， 7：1804 ［11］ DONNELLY J E，GREENE J L，GIBSON C A，et al. Physical activity across the curriculum （PAAC） ：A randomized controlled trial to promote physical activity and diminish overweight and obesity in elementary school children［J］. Prev Med，2009，49（4）：336-341 ［12］ BEST J R. Exergaming immediately enhances children's executive function［J］. Dev Psychol，2012，48（5）：1501- 1510 ［13］ COTMAN C W，BERCHTOLD N C.Exercise：A behavioral intervention to enhance brain health and plasticity［J］. Trends Neurosci，2002，25（6）：295-301 ［14］ COTMAN C W，BERCHTOLD N C，CHRISTIE L. Exercise builds brain health：Key roles of growth factor cascades and inflammation［J］. Trends Neurosci，2007，30 （9）：464-472 ［15］ THAUT M H，MCINTOSH G C，RICE R R，et al. Rhythmic auditory stimulation in gait training for Parkinson's disease patients［J］. Mov Disord，1996，11（2）： 193-200 ［16］ CHADDOCK L，ERICKSON K I，PRAKASH R S，et al. A neuroimaging investigation of the association between aerobic fitness， hippocampal volume， and memory performance in preadolescent children［J］. Brain Res， 2010，1358：172-183 ［17］ ETNIER J，LABBAN J D，PIEPMEIER A，et al. Effects of an acute bout of exercise on memory in 6th grade children ［J］.Pediatr Exerc Sci，2014，26（3）：250-258 ［18］ VOSS M W，VIVAR C，KRAMER A F，et al. Bridging animal and human models of exercise-induced brain plasticity［J］. Trends Cogn Sci，2013，17（10）：525-544 ［19］ KRONENBERG G，REUTER K，STEINER B，et al. Subpopulations of proliferating cells of the adult hippocampus respond differently to physiologic neurogenic stimuli［J］.J Comp Neurol，2003，467（4）：455-463 ［20］ VAN PRAAG H. Neurogenesis and exercise：Past and future directions［J］. Neuromolecular Med，2008，10（2）： 128-140 ［21］ BELANGER M，ALLAMAN I，MAGISTRETTI P J. Brain energy metabolism：Focus on astrocyte-neuron metabolic cooperation［J］. Cell Metab，2011，14（6）： 724-738 ［22］ 夏海硕，丁晴雯，庄岩，等.体育锻炼促进认知功能的脑机 制［J］.心理科学进展，2018，26（10）：1857-1868 ［23］ MCALLISTER A K，KATZ L C，LO D C. Neurotrophins and synaptic plasticity［J］. Annu Rev Neurosci，1999，22 （1）：295-318 ［24］ BLOOR C M. Angiogenesis during exercise and training ［J］. Angiogenesis，2005，8（3）：263-271 ［25］ LIPSKY R H，MARINI A M.Brain ‐ derived neurotrophic factor in neuronal survival and behavior ‐ related plasticity ［J］. Ann N Y Acad Sci，2007，1122（1）：130-143 ［26］ COWANSAGE K K，LEDOUX J E，MONFILS M. Brainderived neurotrophic factor：A dynamic gatekeeper of neural plasticity［J］. Curr Mol Pharmacol，2010，3（1）： 12-29 ［27］ NEEPER S A，GOMEZ-PINILLA F，CHOI J，et al. Exercise and brain neurotrophins［J］. Nature，1995，373： 109-109 ［28］ DING Q，YING Z，GOMEZ-PINILLA F.Exercise influences hippocampal plasticity by modulating brain-derived neurotrophic factor processing［J］. Neuroscience，2011，192： 773-780 ［29］ ABEL J L，RISSMAN E F. Running-induced epigenetic and gene expression changes in the adolescent brain［J］. Int J Dev Neurosci，2013，31（6）：382-390 ［30］ HOPKINS M E，NITECKI R，BUCCI D J. Physical exercise during adolescence versus adulthood：Differential effects on object recognition memory and brain-derived neurotrophic factor levels［J］. Neuroscience，2011，194： 84-94 ［31］ DING Y H，LI J，ZHOU Y，et al. Cerebral angiogenesis and expression of angiogenic factors in aging rats after exercise［J］. Curr Neurovasc Res，2006，3（1）：15-23 ［32］ SWAIN R A，HARRIS A B，WIENER E C，et al. Prolonged exercise induces angiogenesis and increases cerebral blood volume in primary motor cortex of the rat ［J］. Neuroscience，2003，117（4）：1037-1046 ［33］ ZHANG Q，HAYDON P G. Roles for gliotransmission in the nervous system［J］.J Neural Transm Vienna，2005，112 （1）：121-125 ［34］ ANDERSON E，SHIVAKUMAR G. Effects of exercise and physical activity on anxiety［J］. Front Psychiatry， 2013，4：27 ［35］ BRENE S，BJORNEBEKK A，ABERG E，et al. Running is rewarding and antidepressive［J］. Physiol Behav，2007， 92（1）：136-140 ［36］ TANTIMONACO M， CECI R，SABATINI S， et al. Physical activity and the endocannabinoid system：An overview［J］. Cell Mol Life Sci，2014，71（14）：2681- 26
2021年1月第45卷第1期 原创成果 2698 suh「，1 Physiol Behay.2015.147.38_46 [37]VAN PRAAG H.CHRISTIE B R.SEJNOWSKITJ.et al. [50]娄莹.不同体力活动水平成年人生物运动工作记忆加工 Runnine enhanees neurogenesis learnine and lone.term 差异：一项ERP研究[D].上海：上海体有学院，2020 potentiation in mice[].Proc Natl Acad Sci U SA.1999. 1-20 06(231.13427.13431 [51]LOPRINZI P D.FRITH E.EDWARDS M K.et al.The 1381 YAU S Y LAU B W.ZHANG E D.et al Effctso effects of exercise on memory function among young to voluntary running on plasma levels of neurotrophins middleaged adults:Systematic review ndecommetio hippocampal cell proliferation and learning and memory in for future tesearch[Am Health Promot.2018.3203) stressed rats Neuroscience.2012.222:289-301 691.704 [39]CHIRLES TJ.REITER K.WEISS L R.et al.Exercise 「S2]赵套，周仁来，工作记忆测练：一个很有价值的研究方向 training and functional connectivity changes in mild [J1.心理科学进展.2010.18(5)：711-717 cognitive impairment and healthy elders []J Alzheimers 「53]娄莹，周成林，陆频之.不同体力活动水平大学生的生物 Dis.2017.57(3):845.856 运动工作记忆加工特征研究[小.首都体育学院学报 [40]RAJAB A S.CRANE D E.MIDDLETON L E.et al.A 2019.31(4):364-369 single session of exercise increases connectivity in [54]ROIG M,NORDBRANDT S,GEERTSEN S S,et al.The sensorimotor-related brain networks:A resting-state fMRI effects of cardiovascular exercise on human memory:A study in young healthy adults[]Front Hum Neurosci. review with meta-analysis [J].Neurosci Biobehay Rev, 2014.8:625 2013.37(8):1645-1666 [41]FLOELA.RUSCHEWEYH R.KRUGER K.et al.Physical [55]朱瑞.急性有氧运动对不同类型记忆编码与巩周加工的 activity and memory functions:Are neurotrophins and 促进研究D].上海：上海体育学院，2019：1-3 cerebral gray matter volume the missing link?[J] [56]SOMMER M.RONNQVIST LImproved motor-timing Neurolmage,2010,49(3):2756-2763 Effects of synchronized metroom training on golf sho [42]COLCOMBE S J,ERICKSON K 1.SCALF P E.et al accuracy[].J Sports Sci Med,2009.8(4):648-656 Aerobic exercise training increases brain volume in aging [57]LIBKUMAN T M.OTANI H.STEGER N.Training in humans[J]Joumnals of Gerontology,200.61(11):1166- timing improves accuracy in go[]JGen Psychol.2002. 129(10:7-9 [43]JI L,ZHANG H.POTTER GG.et al.Multiple [58]BAR.Tracking plasticity:Effects of neuroimaging n sures for examining exercise- long-term rehear encoding music to oplastic y in older adu s:A quasi-experimental study [J.PLoS One. 2016,11(1):014773 [J].FrontA .207.9:10 [59]CHRIS JF,GOMILA AIGG S B.et al.Danc 44 SCH expert the role of LTD cerebellar motor learning [J].Neuron JExp Psychol Hum 2(8 [45] 有氧 动政善 [60] L et al.Do dan training [46] en phy C).In [61]SCHROED 33.150 ensory selectio 47]VOSS M W.PRAKASH R S.ERICK ON K I.et a Plasticit of br [62 E W SNY 00g116911.46.7 [63]REPP B H.SU Y.S [48】周跃辉，周成林，李翠翠运动对尼古丁减断大鼠押制能 h (2006-2012)[1]Psychon Bull Re 的影响及机制.体有科学.2016.36(2)：58.65 [49]WANG D.ZHOU C.CHANG Y.Acut [64]蒋长好.陈婷婷，有氧锻炼对执行控制和脑功能的影响 mine:An ERP 1理科学进展.2013.21(10)：184-1850 2 (C)1994-2022 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
2021 年1 月 第 45 卷 第 1 期 原创成果 2698 ［37］ VAN PRAAG H，CHRISTIE B R，SEJNOWSKI T J，et al. Running enhances neurogenesis，learning，and long-term potentiation in mice［J］. Proc Natl Acad Sci U S A，1999， 96（23）：13427-13431 ［38］ YAU S Y，LAU B W，ZHANG E D，et al. Effects of voluntary running on plasma levels of neurotrophins， hippocampal cell proliferation and learning and memory in stressed rats［J］. Neuroscience，2012，222：289-301 ［39］ CHIRLES T J，REITER K，WEISS L R，et al. Exercise training and functional connectivity changes in mild cognitive impairment and healthy elders［J］.J Alzheimers Dis，2017，57（3）：845-856 ［40］ RAJAB A S，CRANE D E，MIDDLETON L E，et al. A single session of exercise increases connectivity in sensorimotor-related brain networks：A resting-state fMRI study in young healthy adults［J］. Front Hum Neurosci， 2014，8：625 ［41］ FLOEL A，RUSCHEWEYH R，KRUGER K，et al. Physical activity and memory functions：Are neurotrophins and cerebral gray matter volume the missing link？［J］. NeuroImage，2010，49（3）：2756-2763 ［42］ COLCOMBE S J，ERICKSON K I，SCALF P E，et al. Aerobic exercise training increases brain volume in aging humans［J］. Journals of Gerontology，2006，61（11）：1166- 1170 ［43］ JI L，ZHANG H，POTTER G G，et al. Multiple neuroimaging measures for examining exercise-induced neuroplasticity in older adults：A quasi-experimental study ［J］. Front Aging Neurosci，2017，9：102 ［44］ SCHONEWILLE M，GAO Z，BOELE H ，et al. Reevaluating the role of LTD in cerebellar motor learning［J］. Neuron， 2011，70（1）：43-50 ［45］ 陈爱国，殷恒婵，王君，等.短时中等强度有氧运动改善儿 童执行功能的磁共振成像研究［J］. 体育科学，2011，31 （10）：35-40 ［46］ KNAB A M，LIGHTFOOT J T. Does the difference between physically active and couch potato lie in the dopamine system？［J］. Int Journal Biol Sci，2010，6（2）： 133-150 ［47］ VOSS M W，PRAKASH R S，ERICKSON K I，et al. Plasticity of brain networks in a randomized intervention trial of exercise training in older adults［J］. Front Aging Neurosci，2010，2：32 ［48］ 周跃辉，周成林，李翠翠 .运动对尼古丁戒断大鼠抑制能 力的影响及机制［J］.体育科学，2016，36（2）：58-65 ［49］ WANG D，ZHOU C，CHANG Y.Acute exercise ameliorates craving and inhibitory deficits in methamphetamine：An ERP study［J］. Physiol Behav，2015，147：38-46 ［50］ 娄莹 .不同体力活动水平成年人生物运动工作记忆加工 差异：一项 ERP 研究［D］. 上海：上海体育学院，2020： 1-20 ［51］ LOPRINZI P D，FRITH E，EDWARDS M K，et al. The effects of exercise on memory function among young to middle-aged adults：Systematic review and recommendations for future research［J］. Am J Health Promot，2018，32（3）： 691-704 ［52］ 赵鑫，周仁来 .工作记忆训练：一个很有价值的研究方向 ［J］.心理科学进展，2010，18（5）：711-717 ［53］ 娄莹，周成林，陆颖之 .不同体力活动水平大学生的生物 运动工作记忆加工特征研究［J］. 首都体育学院学报， 2019，31（4）：364-369 ［54］ ROIG M，NORDBRANDT S，GEERTSEN S S，et al. The effects of cardiovascular exercise on human memory：A review with meta-analysis［J］. Neurosci Biobehav Rev， 2013，37（8）：1645-1666 ［55］ 朱瑞 .急性有氧运动对不同类型记忆编码与巩固加工的 促进研究［D］.上海：上海体育学院，2019：1-31 ［56］ SOMMER M，RONNQVIST L. Improved motor-timing： Effects of synchronized metro-nome training on golf shot accuracy［J］. J Sports Sci Med，2009，8（4）：648-656 ［57］ LIBKUMAN T M，OTANI H，STEGER N. Training in timing improves accuracy in golf［J］.J Gen Psychol，2002， 129（1）：77-96 ［58］ BAR R J，DESOUZA J F X. Tracking plasticity：Effects of long-term rehearsal in expert dancers encoding music to movement［J］. PLoS One，2016，11（1）：e0147731 ［59］ CHRISTENSEN J F，GOMILA A，GAIGG S B，et al. Dance expertise modulates behavioral and psychophysiological responses to affective body movement［J］. J Exp Psychol Hum Percept Perform，2016，42（8）：1139-1147 ［60］ JIN X，WANG B，LV Y，et al. Does dance training influence beat sensorimotor synchronization？ Differences in finger-tapping sensorimotor synchronization between competitive ballroom dancers and nondancers［J］. Exp Brain Res，2019，237（3）：743-753 ［61］ SCHROEDER C E， LAKATOS P. Low-frequency neuronal oscillations as instruments of sensory selection ［J］. Trends Neurosci，2009，32（1）：9-18 ［62］ LARGE E W，SNYDER J S. Pulse and meter as neural resonance［J］. Ann N Y Acad Sci，2009，1169（1）：46-57 ［63］ REPP B H，SU Y.Sensorimotor synchronization：A review of recent research（2006-2012）［J］. Psychon Bull Rev， 2013，20（3）：403-452 ［64］ 蒋长好，陈婷婷 . 有氧锻炼对执行控制和脑功能的影响 ［J］.心理科学进展，2013，21（10）：1844-1850 27
上悟航有摩陀摩犯 周成林，金鑫虹，从脑科学途释体育运动提升学习效兰的理论与实践 「65】姬庆春先验概率信息对足球运动员动作预测表现的 「J1Res0 Exere sp0t.2003.74(4):436-444 响及认知加工持任D1上海：上海体育学院.2019：1.78 [7门]王莹莹，周成林.急性有氧运动的强度与抑制能力的剂量 [66]姬庆春，陆颖之，王莹莹，等.足球运动员冲突情境下的认 关系：来自ERP的证据[刀.体育科学，2014,34(11) 知优势及其ERP研究[)】.体有与科学.2018,39(4)」 60-65 [72]朱风书.周成林.陆预之，等.中等强度有氧运动对大学生 [67]陆颖之.经验运动员动作预期优势的线素加工特征及其 认知控制能力的影响及时程效益[].中国运动医学杂 机制研宝家「D1上海.十海体有学院.2017,1-8 志.2015.34(2)：175-180 [68]王莹莹.概念语义经验对乒乓球运动员动作加工的影响 [73】温煦体有锻炼对青少年认知能力和学业表现的影响：研 及机制研家「D1上海.上海体有学院.2019.1-71 究的历史，现状与未*[J】.体有科学，2015,35(3)：73-82 [69]陈嘉成.高水平羽毛球运动员反应抑制能力的事件相关 [741 WANG B.GUO W.ZHOU C.Selective enhancement of 电位研究[D].上海：上海体育学院，2017：1-34 attentional networks in college table tennis athletes:A [70]ARENT S M.LANDERS D M.Arousal,anxiety.and preliminary investigation[Jl.Peer J.2016.4(2):e2762 performance:A reexamination of the Inverted-U hypothesis Theory and Practice of Sports to Promote Learning Efficiency from the Perspective of Brain Science ZHOU Chenglin,JIN Xinhong Abstract:Started from the integration of sports and education,the theoretical and practical basis of sports are summarized to promote learning efficiency,and the effective ways and methods are explored for the healthy the brain,the improvement of and the improvement of physical and mental health of children and adolescents in China.Based on the research of brain science.the significant effects of physical exercise are summarized on brain physiological mechanism (cellular and molecular level,brain structure and function level)and cognitive function (memory,perception-motor coordination,action anticipation and excutive function).n te erms of the dose of spor rder to improve the of brain function through sports.children and adolescents need to accumulate at least 60minutes per day.2030 minutes each time.and more than 3 days per week with moderate-high intensity.However.the relationship between different kinds of sports and exercise dose needs further study.The integration of sports and education is an effective means to r mote the healthy development of childr and adole The integration sports and education should carry out the physical education based on the theoretica mechanism and the principle of relationship between dose and exercise benefit.thus to better promote the improvement of healthy quality. Key words:sports:physical activity: children and adolescents:brain development cognitive function;exercise dose:integration of sports and education Authors'address:School of Psychology,Shanghai University of Sport,Shanghai 200438.China (C)1994-2022 China Academie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
周成林，金鑫虹.从脑科学诠释体育运动提升学习效益的理论与实践 ［65］ 姬庆春 .先验概率信息对足球运动员动作预测表现的影 响及认知加工特征［D］.上海：上海体育学院，2019：1-78 ［66］ 姬庆春，陆颖之，王莹莹，等.足球运动员冲突情境下的认 知优势及其 ERP 研究［J］. 体育与科学，2018，39（4）： 60-65 ［67］ 陆颖之 .经验运动员动作预期优势的线索加工特征及其 机制研究［D］.上海：上海体育学院，2017：1-88 ［68］ 王莹莹 .概念语义经验对乒乓球运动员动作加工的影响 及机制研究［D］.上海：上海体育学院，2019：1-71 ［69］ 陈嘉成. 高水平羽毛球运动员反应抑制能力的事件相关 电位研究［D］.上海：上海体育学院，2017：1-34 ［70］ ARENT S M，LANDERS D M. Arousal，anxiety，and performance：A reexamination of the Inverted-U hypothesis ［J］. Res Q Exerc Sport，2003，74（4）：436-444 ［71］ 王莹莹，周成林.急性有氧运动的强度与抑制能力的剂量 关系：来自 ERP 的证据［J］. 体育科学，2014，34（11）： 42-49 ［72］ 朱风书，周成林，陆颖之，等.中等强度有氧运动对大学生 认知控制能力的影响及时程效益［J］. 中国运动医学杂 志，2015，34（2）：175-180 ［73］ 温煦.体育锻炼对青少年认知能力和学业表现的影响：研 究的历史、现状与未来［J］.体育科学，2015，35（3）：73-82 ［74］ WANG B，GUO W，ZHOU C. Selective enhancement of attentional networks in college table tennis athletes：A preliminary investigation［J］. Peer J，2016，4（2）：e2762 Theory and Practice of Sports to Promote Learning Efficiency from the Perspective of Brain Science ZHOU Chenglin，JIN Xinhong Abstract：Started from the integration of sports and education，the theoretical and practical basis of sports are summarized to promote learning efficiency，and the effective ways and methods are explored for the healthy development of the brain，the improvement of learning efficiency and the improvement of physical and mental health of children and adolescents in China.Based on the research of brain science，the significant effects of physical exercise are summarized on brain physiological mechanism （cellular and molecular level，brain structure and function level） and cognitive function （memory，perception-motor coordination，action anticipation and executive function）.In terms of the dose of sports，in order to improve the efficiency of brain function through sports，children and adolescents need to accumulate at least 60 minutes per day，20~30 minutes each time，and more than 3 days per week with moderate-high intensity. However，the relationship between different kinds of sports and exercise dose needs further study. The integration of sports and education is an effective means to promote the healthy development of children and adolescents' brain and learning efficiency. The integration of sports and education should carry out the physical education based on the theoretical mechanism and the principle of relationship between dose and exercise benefit，thus to better promote the improvement of healthy quality. Key words：sports；physical activity；learning efficiency；children and adolescents；brain development； cognitive function；exercise dose；integration of sports and education Authors address：School of Psychology，Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China 28