在開始讀之前，還是一個以前談過的觀點。不要因為路徑依賴而受到局限，還記得上次商業(yè)頂刊那篇關(guān)于創(chuàng)業(yè)者演講激情對投資者投資興趣的文章嗎？今天帶來的文章更加有趣，在看文章前，你可以先點開視頻看一看，可能就知道為何這么有趣了。核磁采集的很多局限可能并不是個大問題。中央調(diào)控模型是當代一個運動生理學模型，它認為大腦在調(diào)節(jié)運動表現(xiàn)中起著關(guān)鍵作用。該模型假設(shè)傳入反饋在大腦中被整合和解釋，從而產(chǎn)生一個對運動的預期，以維持體內(nèi)平衡和防止接下來的運動失敗。中央調(diào)控器模型的神經(jīng)基礎(chǔ)表明，無意識（比如膝跳反應這樣的下意識反應）和有意識（由注意分配調(diào)控的）的大腦區(qū)域之間存在持續(xù)的相互作用，以促進自主控制(例如，心血管系統(tǒng))，而感知運動的評級(RPE，運動強度，作者采用了Borg對運動強度進行評級，這是一個常量量表，共6-20級)和感知疲勞是運動過程中主要的對行為輸出進行調(diào)節(jié)的因子。在最近的相關(guān)工作中，研究人員詳細闡述了一種可能的神經(jīng)通路，包括皮層下和皮層結(jié)構(gòu)的激活，表明前額葉皮層(PFC)在認知上調(diào)節(jié)運動耐力和運動表現(xiàn)。同時，還有研究提出皮下結(jié)構(gòu)（主要是認知調(diào)節(jié)的腦區(qū)）同樣在這個過程中起到一定的調(diào)節(jié)的作用。但是以往的研究要么是使用EEG采集被試在運動中的大腦數(shù)據(jù)，要么使用fMRI采集被試在被動運動時（例如通過觀看視頻等模擬運動場景的方法），并沒有真正觀察到人體在經(jīng)歷高強度運動和低強度運動的循環(huán)調(diào)節(jié)時的大腦活動狀態(tài)，因此無法具體描述高低強度運動在轉(zhuǎn)換過程中的神經(jīng)基礎(chǔ)。為了對這一問題進行探究，來自巴西北聯(lián)邦大學的研究者采用特殊的核磁設(shè)計及設(shè)備對22名被試在自行車運動過程中大腦的運動調(diào)節(jié)進行了觀察。文章發(fā)表《British Journal of Sports Medicine》雜志上。大腦在運動的感知調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵的作用，然而以往使用神經(jīng)成像技術(shù)研究的成果局限在運動過程中表層腦區(qū)的反應（近紅外等方法），而不同強度的運動轉(zhuǎn)換時，深層腦區(qū)的調(diào)節(jié)作用我們知之甚少。采用特殊設(shè)計的fMRI對騎行運動中的被試進行測量，以測定運動強度變化時，不同強度的運動（低和高強度）對皮層和皮層下腦區(qū)的調(diào)節(jié)狀況。除了經(jīng)典運動控制區(qū)（運動、體感、前運動、輔助運動皮層和小腦）激活外，運動過程中與自主神經(jīng)調(diào)節(jié)（如，腦島）相關(guān)的腦區(qū)也出現(xiàn)了激活。此外，也發(fā)現(xiàn)了認知相關(guān)腦區(qū)（前額葉皮層）的激活減少，這種效應在更高感知強度的運動中會明顯增加（RPE 13-17 on Borg Scale）。運動皮層在任何運動強度中始終保持激活，而小腦僅在低強度(RPE 6-12)，而不在高強度(RPE13-17)時激活。22名男性，M(age)=24.4±7.1歲；體重75.6±8.4kg；身高 175±5.3 cm；運動次數(shù)每周5.4±1.5次。其中有11人是騎行愛好者（每周3-5次騎行），有11人是多體育項目愛好者（同樣每周騎行3-5次，作為微胖界的我，表示有點羨慕）。為保證合格，每個被試都提供了參加高強度身體運動的醫(yī)學證明。被試先在與fMRI連接的自行車測力計上完成3-6個騎行block以熟悉設(shè)備和程序。當被試報告可以自信的進行接下來的實驗任務(wù)中進行騎行而同時又能避免頭動時（這一點至關(guān)重要?。?，開始正式實驗。如Fig 1，所有測試以60轉(zhuǎn)/分鐘的節(jié)奏進行，每分鐘后在15點(6-20)評分的Borg量表上測評當前RPE（運動強度）。騎行、休息的時間和RPE結(jié)果通過一個顯示器連接到MRI掃描儀上。使用統(tǒng)計參數(shù)成像spm8軟件對fMRI數(shù)據(jù)進行了全面分析。在開始活動之前，再次向被試講明研究的目標、程序以及相關(guān)的風險和益處。然后，根據(jù)每個被試手臂、腿和脖子的長度，調(diào)整設(shè)備的手柄、頭盔和踏板，將其正確地放置在測力儀上。為減少運動過程中頭部和軀干的晃動，將充氣軟墊和緊固的背帶放置在被試身體周圍（下了很多功夫）。為了提高RPE（運動強度）測量的質(zhì)量，所有被試也在測試前熟悉了Borg量表。標尺末端的錨點被標明為：“7表示極輕的騎自行車，如在下坡時只用最小的力即可”和“19表示竭盡全力，例如在爬山時騎自行車”。測試前被試先進行3min的無負載運動，正式實驗時負載以50W（功率單位）開始，每分鐘里有30s的休息和30s的運動，重復四次之后負載增加25W；同樣重復四次后，負載再增加25W，直到被試的RPE（運動強度）到達17時，運動停止。在一個測試中發(fā)現(xiàn)被試不可能在RPE到達17時還能夠保持頭部不動。而且運動到達這個強度后也會對fMRI數(shù)據(jù)產(chǎn)生額外的噪音。因此，有四個被試重復了測試，以獲得有質(zhì)量的數(shù)據(jù)。Figure1 . 被試進行MRI掃描時的騎行測試流程圖
每個block包含30s的休息和30s的運動，每個運動block后報告RPE（ratingsof perceived exertion）；每四個block后載荷增加25W。直至被試的RPE在6-20Borg scale上到達17時運動停止。
在巴西圣保羅坎皮納斯大學神經(jīng)成像實驗室中使用Philips Achieva 3.0 T采集所有的fMRI數(shù)據(jù)。采集參數(shù)中比較特殊的是作者沿海馬體方向采集T1結(jié)構(gòu)像，同時還采集了軸向位的T2加權(quán)結(jié)構(gòu)像，其他采集參數(shù)正常。包括采集了快速自旋回波的EPI像（即功能像）和冠狀位的T1結(jié)構(gòu)像。為了驗證運動強度對大腦活動的影響，將運動強度分為兩種：RPE（運動強度）范圍為6~12的運動為低強度，RPE為13~17的運動為高強度。12 RPE點為低強度和高強度之間的過渡，因為它可以預測耗氧閾值（即有氧運動和無氧運動對氧氣消耗的定義閾值），這是運動強度操作中廣泛使用的代謝指標。對被試的頭動檢查過后（其中有三個被試因為頭動大于3mm而重新完成了實驗），對成像數(shù)據(jù)進行標準化（MNI-152模板）。對于所有被試，將頭部運動參數(shù)（三個旋轉(zhuǎn)和三個平移）在第一統(tǒng)計水平（一階分析）進行回歸，對所有成像數(shù)據(jù)進行運動校正。這是為了避免與頭部運動具有特殊相關(guān)的激活或失活。在個體統(tǒng)計水平上，為了比較激活程度，BOLD反應與低或高強度運動之間的正相關(guān)被認為是相對于非騎行block的激活增加（即運動條件減去控制條件得到的正激活腦區(qū)，作者的控制條件是休息狀態(tài)，作者還得到了負激活的比較，即運動條件減去控制條件得到的負激活腦區(qū)）。 同樣使用SPM8軟件進行組分析，包括所有參與者的數(shù)據(jù)。為了確定與參與者中低和高RPE運動時的激活或負激活的共同區(qū)域，作者先分別進行了單樣本t檢驗。為了比較低強度和高強度，進行配對t檢驗。統(tǒng)計閾值建立為voxel層面的FEW矯正，p<0.05作者采集了被試在自行車騎行運動中的輸出功率，對所有被試的輸出功率的平均值和標準差進行比較發(fā)現(xiàn)（配對樣本T檢驗），被試在低強度運動和高強度運動下的輸出功率差異顯著：輸出功率具體如下：低強度運動 67.1±9.7W vs高強度運動 120.3±29.9W，p<0.0001；RPE，9.4±0.9vs 15.1±0.4，p<0.0001。 Figure 2呈現(xiàn)了整個實驗中正激活和負激活的腦區(qū)，具體細節(jié)分別見table 1和table 2。結(jié)果顯示，初級運動區(qū)(M1)、前運動區(qū)、輔助運動區(qū)、小腦、腦島和后扣帶回在運動時相對于休息時顯著激活。而dLPFC、前側(cè) PFC、內(nèi)側(cè)角回、海馬、顳極、前扣帶回、尾狀核、楔前葉、體感聯(lián)合區(qū)、視覺聯(lián)合區(qū)、眶部、緣上回、頂上回、顳上回及眶額葉皮層在運動時相對于休息時出現(xiàn)顯著的負激活。
Figure 2 騎行運動增強時正激活和負激活的腦區(qū)
暖色和冷色調(diào)分別代表激活和失活。FWE <0.05；extent threshold：10 voxels (n=22)。DLPFC，背外側(cè)前額葉皮質(zhì)；HPC，海馬體；IC，腦島；M1，基礎(chǔ)運動區(qū)；PM，輔助運動區(qū)。
表一正激活腦區(qū)
表二負激活腦區(qū)
將高強度和低強度運動條件對比（figure3與table 3）：
低強度時，初級運動區(qū)和小腦被激活，而dLPFC、前側(cè)PFC為負激活；
高強度運動時，初級運動區(qū)、初級體感皮層、前運動區(qū)和輔助運動區(qū)被激活，而dLPFC、顳回、顳極、海馬、杏仁核和背側(cè)內(nèi)嗅皮層則表現(xiàn)出負激活。
Figure 3 在低和高強度的騎行運動中不同腦區(qū)的正激活和負激活
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本研究首次描述了騎行運動中，人類在不同強度運動時的皮層和皮層下腦區(qū)的神經(jīng)活動。研究結(jié)果表明，除了經(jīng)典的運動控制區(qū)被激活外，與自主調(diào)節(jié)相關(guān)的腦區(qū)（如腦島）也同樣出現(xiàn)了激活。而在該運動中與認知相關(guān)的腦區(qū)（PFC）出現(xiàn)負活，且在高強度的運動中這種負激活會增加。小腦則在低運動強度下激活，在高強度運動下未出現(xiàn)激活。運動皮層在任何運動強度中都保持激活。
該研究的價值表現(xiàn)在，證明了特定的大腦區(qū)域可以通過神經(jīng)調(diào)節(jié)方法來提高運動表現(xiàn)。同時，運動可能可以作為提升部分腦區(qū)的認知調(diào)控的醫(yī)學治療方法，研究結(jié)果可能支持了運動作為治療精神障礙的輔助工具這一觀點。
Fontes, E. B.,Bortolotti, H., da Costa, K. G., de Campos, B. M., Castanho, G. K., Hohl, R.,... & Min, L. L. (2019). Modulation of cortical and subcortical brain areasat low and high exercise intensities. British journal of sports medicine,bjsports-2018.
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