【運動改造大腦】這本書書是哈佛大學醫學院副教授約翰·瑞迪,透過各種故事、案例與科學實驗數據,進一步地揭示了大腦和運動之間的關係,書本一開始就以一個很令人震撼的故事開始,文章最後可以透過影片觀看文章

運動改造大腦:美國高中體育課的奇蹟

美國芝加哥內帕維爾高中(Naperville)是一所普通高中,體育老師鄧肯進行了一項學習改革,最早稱為零點體育課,後來改名為學習準備型體育課,就是要求學生每天早上起來,上課前的第一件事是先跑步,而且每個學生要跑一千六百米,這算是長跑,所以很累人。

在跑一千六百米的過程當中,他讓每個學生戴一個手環,記錄他們的心跳脈搏。考核跑得好不好,速度的快慢或消耗的時間不是重點,而是來自平均心跳。 他要求孩子們的平均心跳要達到185次以上,也就是我們最高心跳的80-90%左右,所以這是一個非常艱難辛苦的運動。

那什麼是最高心跳呢?就是用220減去你的實際年齡,就是最高心跳。所以他是讓學生的運動量,達到心率最高心跳的80%到90%以上,也就是他對學生的要求是達到185次以上。像最後一個呼哧帶喘沖過終點線的學生,速度雖然是最慢的,但是平均心跳在191次以上,所以反而是學習準備型體育課獲得最高分數的學生。

這種心跳的速度,連運動員都會覺得非常痛苦。但是內帕維爾高中參加學習準備型體育課的學生,閱讀能力提高了17%,而沒有參加學習準備型體育課,只是上著常規體育課程的學生,閱讀能力只提高了10.7%,於是後來執行全校性學習準備型體育課。

另外有一個非常著名的考試叫作TIMSS (The Third in International Mathematics and Science Study),這是一個全球學生都可以申請參加的考試。這個考試排在前邊的通常都是,臺灣、香港、新加坡、日本的學生。美國學生在這個考試,科學成績全國平均排名在世界第18位,數學大約排名在第19位。

內帕維爾高中後來通過全校性的學習準備型體育課訓練很長時間以後,他們學生在TIMSS的考核中成績得到了大幅提高。有多高呢?他們的科學成績獲得全世界第一名,數學獲得全世界第六名,遠遠超過全美國的平均水準,這當中他們沒有更換老師,也不是改變教學方法。唯一的變數是採用學習準備型體育課。

2007年時,德國有一項研究發現,人們在運動後學習詞彙,進行單詞背誦,比起運動前效能提高20%。也就是當你的身體活躍起來,大腦緊接著也會活躍起來。

內帕維爾高中體育老師鄧肯認為,健身之道才是體育課所要傳遞的重點,當不能夠讓心跳長期維持在一個高水平的時候,身體機能就沒辦法得到激發和進步,所以他要求盡全力跑,比跑得快更重要。也就是以心跳速度為標準,身體素質才能夠得到一個根本性的改善。

運動培養情商鍛鍊團隊合作精神

除此外用體育鍛煉還能夠改善孩子們的團隊合作精神,在內帕維爾高中,他們用一整面的攀岩牆訓練孩子們的團隊精神。因為在攀岩時孩子們學會相互鼓勵、相互幫助,攀岩是一個團隊協作的過程。

此外,還給學生提供多達十八種富含各式各樣趣味性的競技活動。孩子們根據自己的喜好加入不同運動團隊去鍛煉自己的領導力、合作精神、團隊意識等等,所以運動不僅能夠帶來學習成績的提高,還能夠提升專注力以及團隊合作。

另外,在密西西比州的林地小學他們也發現,當學校引入了高強度,能刺激心肺功能的運動後,整個學校的違規事件一個月後,從228起大幅下降到95起。所以,內帕維爾和林地小學的運動訓練,給了大家很大的啟發。

運動改造大腦重點與具體原因

有一篇論文提到,只有移動的生物才需要一個大腦。比如,一個叫作海鞘的生物,長得有點像小型水母,海鞘剛出生時是有腦子的。它的腦子大概有三百多個神經元,和一條小小的脊髓。

讓它可以在海裡飄,尋找珊瑚礁,當它找到了一個理想的珊瑚礁,紮在珊瑚礁上不移動,之後不再需要大腦,它的大腦神經元就會被自己的身體吃掉,然後看起來就像一個礁石。

但是海鞘如果在12個小時之內沒有找到珊瑚礁就會死掉。所以這篇論文總結出,如果不運動,可能大腦就沒有存在的必要,只有運動的動物才需要一個腦子。

在【運動改造大腦】書中反覆提到一個非常重要的關鍵物質BDNF, BDNF稱為腦源性神經營養因子,也可以把它理解為大腦的肥料。它能促使大腦神經元之間的連接、活躍度,以及膨脹程度。當大腦神經膨脹、相互接觸,會加速它們之間的神經放電。所以能增加神經連接數,連接變強了,大腦就會變得更厲害。

大腦的運作中,前額葉負責學習,所以當我們意識到一個沒見過的東西,前額葉會立刻活躍起來。比如,記單字的時候,或者學習綁鞋帶,就會調動前額葉。當記住了這個單詞,或學會綁鞋帶,學會的東西就會被存放到基底核小腦腦幹,進入潛意識的位置,當前額葉騰出位置,才有空閒學習其他東西。

所以如果我們長期不用一項技能或某些知識,神經元和神經元之間失去了連接,大腦就會產生遺忘。因此大腦的活躍度或遺忘的程度取決於BDNF腦源性神經營養因子

如何能促進BDNF的分泌呢?

那麼如何能促進BDNF的分泌呢?他們拿老鼠做實,給老鼠買了會轉動的輪子,有一組的老鼠有轉輪可以常常在上面跑步運動,另一組的老鼠沒有特別運動。之後掃描老鼠的大腦以後,發現跑步老鼠大腦的海馬體生長發生改變,它的BDNF的含量比不運動的老鼠多很多。也就是運動能夠帶來BDNF的分泌。

然後又設計了逃亡實驗,把兩組老鼠困在不透明的水裡,設計一個逃生口,觀察老鼠的求生能力。很明顯的結果是,運動的老鼠能夠直接準確地找到逃生口,但不運動的老鼠四處亂竄嘗試很多次,才能找到逃生路線,所以證明運動的老鼠比較聰明

以往科學家認為當大腦的大小及重量達到成年人的程度時,大腦便會停止發育,也就是10-13歲以後就不會再製造新的神經細胞。但是現在經過大量的實驗和研究證實,人的腦細胞是可以生長,只不過新生的神經元是完全空白的幹細胞,需要經歷一段發育過程才能形成神經細胞。

只不過大多數神經細胞,在發育過程中都沒有成功,因為一個新生的細胞要經過28天才能夠加入到一個神經網路中,如果在這過程中不使用新生的神經元,它就會慢慢凋零。

但是透過前面老鼠運動的實驗,運動能產生大量神經元,而環境的刺激則能幫助神經元存活。所以結論是運動身體的同時,其實也在鍛煉大腦。因此【運動改造大腦】的作者建議,同時透過有氧運動和技巧學習結合,能夠幫助神經元生長與存活

所謂的有氧運動就是使心率保持在每分鐘120以上的運動,像慢跑、騎自行車。而所謂技巧學習就像體操、太極拳、瑜伽、空手道、跆拳道、籃球、足球,這些都是屬於技巧學習。

日本有一項科學研究,發現每週慢跑兩次,每次30分鐘,持續12周的時間,就能夠提高大腦的執行功能。

所以在這裡可以先下一個結論,就是大腦是可以從新生長,而生長過程,運動起到非常大的關鍵,所以常聽人家說誰誰誰,靜如處子動如脫兔,文武雙全,其實真的是這樣,厲害的人常常讓人嚇一跳,多才多藝,像孔子和王陽明就是能文能武的人。

運動改造大腦的其他好處

運動除了對大腦生長發育起到關鍵作用,對於各種情緒問題,甚至抗衰老和減肥都能起到全面性的幫助。

情緒類問題:

當我們面對生活的壓力,包括慢性壓力、焦慮症、恐懼症或抑鬱症時,分泌高含量的壓力激素,像皮質醇會毀壞海馬體的神經元突觸,使得樹突停止生長,甚至萎縮,隨著軸突和樹突的退化,導致神經元的交流被阻斷。

這就解釋為什麼抑鬱症患者的大腦總是處於消極思維的狀態。他們會不斷循環產生消極的記憶,或許是因為大腦無法擴展其它迴路產生替代性記憶

像焦慮症患者,前額葉皮層對杏仁核失去了控制力,杏仁核通常是處理我們緊張、危險時的身心反應,而焦慮症患者向杏仁核發送的停止信號區域比正常人小。當杏仁核把所有事情都視為生存問題,放大所有情況,就會使患者感到焦慮。

而醫生在治療恐懼症的時候,通常是給患者貝塔受體阻滯劑。而運動時體內就會分泌這樣的東西,同時還有內啡肽,和多巴胺。

內啡肽會帶來快感,忽略疼痛,有個案例是一位馬拉松愛好者,有一次在波士頓的比賽上,不小心摔倒,跑了29公里後,才慢慢發現怎麼這麼疼,後來送醫發現原來是大腿骨骨折了。正常情況下這是非常痛的,但是因為當時他體內的內啡肽激素水平高,所以感受不到疼痛。因此,內啡肽的分泌是會使我們運動時感到快樂的原因之一。

而多巴胺,也會令人產生快感,這就是為什麼有的人會吸毒?因為吸毒能獲得大量多巴胺的感覺,抽菸也是一樣。紐約有一個奧德賽之家,專門收容戒毒人員,然後通過運動幫助吸毒患者減少對毒品的成癮性。

後來有一年紐約馬拉松比賽,有個已經戒掉毒癮的參賽者,全程跑完馬拉松後,樂觀的跟別人開玩笑說:“跑步這種事情,我們很有經驗,因為過去總是被員警追著跑”。

事實上通過對奧德賽之家的深入研究,發現酒癮發作的時候,只要運動十分鐘就能夠減少對酒精的依賴,五分鐘就能夠減少對於香煙的渴望。所以運動分泌的激素,能解決成癮性的問題。

其實不論是焦慮症、恐懼症、抑鬱症或其它情緒性問題,藥物都只能解決單一激素的分泌,但運動是自然地調動大腦重新分泌BDNF,讓神經突觸重新地膨脹起來,產生新的生物電流,修復海馬體受損的部分,使得神經元重新變得活躍,激發腦幹,經由全面性調節大腦的化學物質,恢復正常信號傳遞,同時當大腦前額騰出空來,才有能力去思考一些正面積極的事情,有精力學習新的事物。

黃色前額葉、橢圓桃紅色杏仁核、橘色旁脊髓上方為基底核小腦腦幹

抗衰老:

包括衰老過程,最早通常也是伴隨著不同程度的壓力,於是壓力毀壞海馬體的神經元突觸,使得樹突停止生長,甚至萎縮,隨著軸突和樹突的退化,滋養大腦的毛細血管也同時萎縮,於是就限制了腦內的血流量,形成因果關係。

當腦源性神經營養因子BDNF和血管內皮生長因子VEGF,這些滋養神經營養因子越來越少,神經遞質多巴胺的產量也隨之減少,逐漸損害了運動機能和動機系統。接著運動量開始下降,導致大腦進一步老化,而大腦的老化會促使更加不願意運動,形成一個惡性循環。

所以很多老人不願意運動,是因為他的大腦沒有這樣的動機能力,最後形成一個惡性因果,導致衰老的更快。而據研究每週如果有兩次、每次半個小時以上的運動,患老年癡呆症也就是阿爾茲海默症的可能性就會下降50%。

就像前面說的,當運動帶來BDNF分泌,使得神經元重新變得活躍,會變得比較有精神和活力,於是有更強的運動動機,在運動的同時,血液流量增加,血紅蛋白供給心肌氧氣,增加心肺功能,身體機能會更強健,這就成了良性循環。

減肥控制

關於肥胖的部分,很多人在處理壓力時,最喜歡的方式就是吃吃喝喝,這個在意志力的影片中有提到,經過一整天的忙碌,意志力已經被消耗殆盡,自控力下降,體內血糖水平低下,就會想要藉由食物來拉升血糖值,最後甚至過量,肥胖就來了。

這時候如果通過運動來提高BDNF量的釋放,能夠增加胰島素受體,抑制壓力反應,使情緒達到一種平衡,減少壓力脂肪。

運動改造大腦心得總結

其他包括抗衰老和減肥都有相同的原理,透過運動調動大腦重新分泌BDNF,進而產生不同激素。因此,結論就是運動能夠起到全面的良性提升。依據每個人不同的情況,可以由淺入深,慢慢增加時間與強度。如果心律能夠達到每分鐘120以上的低強度有氧運動,對於BDNF的分泌有很好的幫助。

如果是為了刻意想達到某些標準,像學習準備型體育課持續鍛鍊,每次心律達到每分鐘185以上的高強度有氧運動,對於BDNF的分泌與學習效果,或許能起到更明顯的成效。結論就是不管為了什麼原因,都必須得動起來,多動多幫助。

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