长期耐力跑步训练对人脑灰质结构的可塑性影响：来自磁共振成像的证据

论文摘要

研究目的:在古希腊流传着这样一句谚语:"如果你想聪明,跑步吧!如果你想健美,跑步吧!如果你想强壮,跑步吧!"近年来,马拉松跑步热风靡全国,2011年我国只有22个马拉松路跑赛事,2017年已经发展到1102场,参赛人数方面也达到了498万人次,在健康中国2030的背景下,跑步成为全民健身的重要锻炼方式。马拉松跑步属于有氧耐力运动,研究发现,长期有氧耐力训练对人体有诸多益处,比如,长期有氧耐力跑步可以有效降低心血管系统疾病的风险;有氧耐力训练可以改善青少年的记忆力,短时中等强度有氧训练能改善儿童的执行功能,并且可增加儿童静息状态下脑功能局部一致性。那么,长期的有氧耐力跑步训练会对大脑结构产生怎样的影响?有氧耐力跑步训练是否如古希腊的谚语一样让人变得更聪明?本研究基于磁共振成像技术进行横向比较研究,重点观察经过长期耐力训练的业余马拉松跑步运动员相比健康对照组被试大脑灰质结构的可塑性变化。早在1890年,心理学家和哲学家威廉·詹姆斯就认识到人类行为最重要的特征之一便是可以进行可塑性的变化,[5]首次提出了"行为可塑性"的概念。随后,可塑性开始被学者们逐渐应用到脑可塑性的研究中。脑可塑性主要是指脑的中枢神经系统的分子、突触、细胞等生理结构及功能发生变化,短期或长期的学习均可引起脑可塑性变化,比如,产生新的神经连接、新的神经胶质、新的神经细胞和血管等,这些变化也进一步支持了人类行为的可塑性理论。虽然人们已经意识到脑可因行为的改变而发生可塑性变化,但是,其可塑性变化难以直接通过实验进行证明。磁共振成像（Magnetic Resonance Image,MRI）技术的出现为人们探索脑的可塑性提供了切实可行的研究手段。磁共振成像（Magnetic Resonance Image,MRI）技术主要是依据组织内水的密度以及含量差异无创的绘制出组织内部结构图像。近年来,脑科学研究在运动技能学习领域倍受重视,诸多研究人员都投身运动技能学习的脑机制研究,MRI技术的出现为探索运动技能专家的脑神经机制研究提供了可能。基于体素的形态学（Voxel-Based Morphometry,VBM）研究发现,长期技能主导类项目运动训练会使运动技能专家的脑灰质结构发生可塑性变化。迄今为止,长期运动训练对人体大脑结构影响的潜在机制尚不明确。关于运动训练对大脑结构可塑性的研究主要集中在技能主导类项目,而体能主导类项目的研究并不多见。本研究重点基于磁共振成像比较长期进行体能主导类耐力跑步项目训练的业余马拉松运动员与健康对照组在灰质体积的差异。研究方法:本研究招募了2组被试,均为男性,分为业余马拉松运动员组（n=22）和健康对照组（n=20）。运动员组平均年龄（26.27±6.07）岁,体重（60.27±6.37）千克,教育年限（15.09±1.34）年,训练年限（6.23±2.41）年,半程马拉松成绩（81.41±7.65）分钟,全程马拉松成绩（173.73±16.09）分钟;健康对照组平均年龄（24.60±4.13）岁,体重（64.18±7.02）千克,教育年限（15.35±1.81）年。本实验所用的磁共振仪器为华南师范大学脑成像中心的磁共振成像系统（Siemens Magnetom Trio 3.0T）,用于采集结构像。灰质是由神经元的细胞体以及神经胶质细胞组成的,灰质组成的连续体包围在白质外部,在人工保存的脑中,灰质是灰色的,但是由于血管的作用,活体脑的灰质通常是粉色或者红色的。脑灰质的磁共振结构像形态学分析步骤主要包括脑组织提取、结构分割、组织分割、图像配准、统计分析等阶段。本研究采用基于体素的形态学（Voxel-Based Morphometry,VBM）工具箱分析结构像数据。计量资料采用均数±标准差（±s）表示,使用t检验比较业余马拉松运动员和健康对照组之间在脑形态学上的差异。采用MATLAB平台下基于SPM12的工具箱Two-sample t检验对灰质体积进行组间比较,采用基于Cluster的多重比较校正（P <0.001,Voxel>50）。研究结果:实验组业余马拉松跑步运动员的全脑灰质体积为（1699.3±129.15）m L;健康对照组全脑灰质体积为（1620.37±112.78）m L,实验组和对照组比较差异呈现出显著性（P=0.04<0.05）,结果提示长期耐力跑步训练对脑灰质体积的增大具有积极意义,业余马马拉松运动员在大脑左半球的中央后回和中央前回区域灰质体积显著增高,出现显著性差异的主要脑区部位是负责运动的脑区。研究结论:业余马拉松运动员多年的耐力跑步运动训练能够对其大脑左半球负责运动脑区结构产生可塑性影响。

论文目录

文章来源

类型: 国内会议

作者: 任占兵,吴进龙,王思尧,张远超,李论雄,夏丰光

关键词: 耐力跑步训练,脑可塑性,磁共振成像

来源: 第十一届全国体育科学大会 2019-11-01

年度: 2019

分类: 基础科学,社会科学Ⅱ辑

专业: 生物学,体育

单位: 深圳大学体育部电子科技大学华南师范大学

分类号: G804.2

DOI: 10.26914/c.cnkihy.2019.029996

页码: 2716-2718

总页数: 3

文件大小: 1627k

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