運動讓神奇的“腦細胞肥料”變多

1995年，當時我正在為自己的新書《大腦使用指南》（A User’s Guide to the Brain）收集資料，碰巧發現《自然》雜志上有一篇關于“老鼠運動和BDNF”的論文。盡管篇幅還沒有一篇專欄文章長，但卻說明了一切。即運動提高了整個大腦的優質營養肥料。

這個研究的設計者卡爾·科特曼（Karl Cotman）是加州大學歐文分校（University of California, Irvine）腦部衰老與老年癡呆研究所（Institute for Brain Aging and Dementia）主任。“我原以為運動皮層、小腦、感覺皮層這些大腦的運動感覺區域會發生較大的變化，或許連基底核都會略有變化，因為它們都與運動有關，”他回憶說，“可是當我們沖洗出首批腦成像膠片時，見鬼！變化卻出現在海馬體中。這個重要發現的意義在于，海馬體是大腦中極易受到退行性疾病影響但又是學習必需的區域。在我看來，那一瞬間徹底改變了整個游戲規則。”

這個消息絕對出乎我的意料。根據多年來從很多患者身上看到以及了解到的運動對神經遞質的影響，我始終對外提倡利用運動治療注意力缺陷多動障礙和其他心理疾病。但這項研究有所不同，通過證明運動激活學習過程的主控分子，科特曼確定了運動和認知功能之間存在一個直接的生物學聯系。這樣，科特曼開拓了通往神經科學—運動學研究的道路。

科特曼是在BDNF準確位置被發現不久之后進行這項實驗的，當時并沒有證據顯示BDNF與運動有任何關系。此后不久，科特曼指導了這次實驗，而他的假說完全是一種新的創舉。他剛完成一個關于老化的長期研究，想要弄清那些保持頭腦最佳狀態的人是否有什么相似之處。4年時間里，通過對認知功能衰退極少的人進行研究，科特曼發現了3個因素：教育、自我效能感（selfefficacy）和運動。前兩者并不怎么令人驚訝，讓科特曼好奇的是最后一個因素。“我開始想，到底發生了什么呢？”他說，“原先的假設是，運動對大腦沒有影響。但我猜想，在某種程度上它必定和大腦有關系。”

假如那時候你問是什么可變因素構成了整個大腦健康的基礎，那么大多數科學家可能會回答是BDNF。科特曼說，“因為它們在某種程度上家喻戶曉”，每個人都知道它們可以幫助培養皿中的神經元活得更長。雖然變化有點太快，但如果科特曼把運動和BDNF聯系到一起，那么對于“為什么在老化研究中發現了運動因素”至少他會有一個貌似合理的解釋。

運動實驗室

科特曼設計了一個實驗，測量運動中的老鼠大腦BDNF水平前提是它們是自愿運動的。如果強迫老鼠在跑步機上跑步的話，他擔心同行可能會認為實驗結果源于老鼠所承受的壓力。不過這不是問題：他可以利用轉輪。從這點看這個研究領域是全新的，光是尋找讓學校審核用于實驗的老鼠設備，就夠痛苦的——科特曼必須為這些可能符合實驗協議的不銹鋼轉輪付出每個1000美元的費用。“我記得自己一邊簽購貨單一邊想，真是麻煩啊！我只希望它不會失靈。”他開玩笑道。最糟糕的是，科特曼所有的博士后研究生都不愿意加入這項研究，所以在找到一個物理治療法專業并喜歡這個實驗構想的學生之前，科特曼只得請碩士研究生來進行實驗。

與人類不同，嚙齒目動物似乎生來就喜歡運動，科特曼的老鼠一個晚上能跑幾公里。老鼠被分成四組：一組跑兩個晚上，另外兩組分別跑四個晚上和七個晚上，還有一組是不參與轉輪跑步的對照組。實驗中，研究者先給老鼠注入一種能與大腦內BDNF相結合的分子，再對它們進行掃描，結果發現，運動組老鼠大腦內BDNF增加幅度超過對照組，而且每只老鼠跑得越久，大腦內的BDNF水平就越高。當科特曼看到這些結果——海馬體上出現BDNF陡增——他簡直難以相信。“我當時說，不，伙計們，我們肯定出錯了！可惡的海馬體活躍性增強了。我們必須重新做這個實驗，這太不可思議了。”之后，我們重做了這個實驗，但還是得到了同樣的結果。

BDNF和運動產生同步變化的事實，逐漸證明了BDNF不僅對神經細胞的存活很重要，而且對神經細胞的生長（發出新的分支）也很重要，因此它對學習也很重要。艾羅·卡斯特倫和哥倫比亞大學坎德爾實驗室的蘇珊·帕特森（Susan Patterson）共同發現，通過讓老鼠學習刺激長時程增強效應（LTP），它們腦內BDNF水平就會相應提高。研究者觀察老鼠的大腦，發現缺乏BDNF的老鼠失去了LTP的能力；反之，直接把BDNF注射到老鼠大腦內，則能促進LTP。神經外科學家戈麥斯·皮尼利亞（Gomez Pinilla）曾是科特曼的博士后研究生，他證實，如果讓老鼠大腦內的BDNF無法正常工作，那么水池中的老鼠就難以找到水下暗藏的平臺而逃脫。這一切概括起來形成了“運動有助于大腦學習”的可靠證據。

“運動最顯著的一個特征是，它能提高學習效率，但有時候人們在研究中會忽略這一點。所以我認為這絕對是一個非常棒的重要信息，”科特曼說，“因為它意味著，如果你身體健康，就能更有效地學習和工作。”

實際上，在2007年的一項人類研究中，德國研究人員發現，人們在運動后學習詞匯的速度比運動前提高了20%，學習速度和BDNF水平有直接關系。同理，那些由于基因變異導致BDNF缺失的人，更有可能缺乏學習能力。沒有優質的營養肥料，大腦就關閉了自身通往世界的大門。

數說運動

德國研究人員發現，人們在運動后學習詞匯的速度比運動前提高了20%，學習速度和BDNF水平有直接關系。

精神病學勉強接受了這個觀點：運動可以創造一個有助于學習的環境，從而有助于改善我們的心理狀態。不過科特曼的工作為證實“運動能夠增強學習的細胞機器”打下了基礎。BDNF為突觸提供工具以接受、處理、關聯、記住信息，并把它放入相關背景中加以理解。這并不意味著，跑1600米就會讓你變成天才。“僅僅靠注射BDNF絕不可能讓你變得聰明，”科特曼指出，“學習時，你可以一種不同的方式作出反應，而反應的對象早已經存在了。”

毫無疑問，關鍵在于這樣東西是什么。