运动改造大脑.pdf
http://www.100md.com
2019年12月21日
![]() |
| 第1页 |
![]() |
| 第6页 |
![]() |
| 第14页 |
![]() |
| 第24页 |
![]() |
| 第49页 |
![]() |
| 第154页 |
参见附件(3352KB,371页)。
运动改造大脑是一本专注于运动健身方面的书籍,主要为用户梳理心理,通过运动的方式能够解除一切的烦恼,同时能够静下心来做想做的事情。

运动改造大脑内容
工作不顺利,压力山大,抑郁缠身,忘东忘西、无法专注,紧张焦虑,请注意,你的脑细胞开始变少、海马变瘦、突出萎缩、血清素快要不够用了!
听听哈佛医学院教授瑞迪怎么说!《运动改造大脑》首度公开革命性的大脑研究,通过真实的案例与亲身经历、上百项科学研究证实,运动不只能锻炼身体,还能锻炼大脑,改造心智与智商,让你更聪明、更快乐、更幸福!
请别再久坐、抑郁、碎碎念、想不停,身体只要动起来,就能增长脑细胞、避开消极中枢,重新开拓新回路,排除诸如焦虑、抑郁、ADD、成瘾、经前综合征等困扰,还能减缓老化,预防阿尔茨海默病!
别怀疑,你绝对有能力改造自己的大脑!想改善智商与心智吗?先穿上你的慢跑鞋吧!
运动改造大脑作者介绍
约翰·瑞迪(John Ratey)
哈佛大学医学院临床副教授,临床精神病医生、跨学科研究专家、畅销书作者,国际公认的神经精神医学领域专家。
发表超过60篇学术知名文章,8本书,被翻译成14种语言。与美国知名心理学医生爱德华·哈洛韦尔合著《分心不是我的错》一书,自1994年出版,该书始终被称为ADD-ADHD领域不可逾越的经典,直到今天仍是大师级别的畅销书籍。
运动改造大脑章节预览
01 学习——越动越多的脑细胞
02 压力——最艰巨的挑战
03 焦虑——没什么好担心的
04 抑郁——让沉睡的大脑苏醒
05 专注力——远离分心障碍
06 成瘾——拿回自己的主动权
07 激素——对女性大脑健康的影响
08 衰老——益智健康之道
09 大脑训练计划——塑造你的大脑
运动改造大脑截图


本书纸版由浙江人民出版社于 2013年11月出版
作者授权湛庐文化(Cheers Publishing)作中国大陆(地区)电子版发行(限简体中文)
版权所有?侵权必究
书名:运动改造大脑
著者:[美]约翰 · 瑞迪 埃里克 · 哈格曼
字数:239000
定价:29.99美元
Spark: The Revolutionary New Science of Exercise and the Brain John Ratey.
Spark ?2008 by John Ratey.5
影响十万人
年前,《运动改造大脑》首次在美国出版发行,向全世界的人们传
递了运动能够改善情绪、调节与优化大脑功能的启示。如今,《运动改造大脑》重印了16次,被翻译成10种语言,在日本、巴西、韩
国、中国台湾等世界多个国家和地区风行。
我给超过12万人做过160多场有关运动益处的演讲,听众中包括颇
有影响力的教育家、政府官员、健康专业人士、保险公司人员、CEO、企业员工以及健身团体的成员。我的书和演讲对许多领域产生了影响。
通过在哈佛医学院的教学以及面对医学界人士的大量演讲,我推
动了运动能够减轻并预防一系列认知障碍的理念,这些认知障碍包括帕
金森氏病、阿尔茨海默病、焦虑症、恐惧症、抑郁症、注意力缺陷障
碍、成瘾行为(包括游戏成瘾),等等。另外我和同事们还认为,运动
能够治疗儿童及成年人的自闭症障碍以及各类学习问题。与此同时,《运动改造大脑》还进一步证明,在治疗轻度和中度抑郁与无助感方面,运动的效果和抗抑郁药一样好。
2012年,美国精神病学会(American Psychiatric Association)终于
将运动纳为情绪障碍的治疗方法之一,这标志着这个保守组织的思维发
生了非常重大的改变。最近,类似的研究在全球大量涌现,美国疾病控
制与预防中心(CDC)的负责人托马斯·弗雷登(Thomas Frieden)博士
感慨道,运动是最接近“灵丹妙药”的东西了,因为它的效果广泛且令人
信服。我曾在联合国全球健康会议(United Nations Global Health
Conference)上做过嘉宾演讲,还在强生公司担任了两年的科学顾问,并共同开发新型健康与预防公司。
在教育领域,《运动改造大脑》同样产生了意义重大的影响,引
发了教育系统许多积极的改变——“活力儿童计划”(简称,BOKS计
划)便是核心项目之一。这个项目由锐步公司资助,目的是让4~10岁的
在校儿童参与每周两到三次、每次40分钟的晨间体育运动。目前,美国
和加拿大有290所学校采用了BOKS计划,预计到2013年年底将增加到
750所学校。美国第一夫人米歇尔·奥巴马(Michele Obama)在白宫召
开的《儿童肥胖问题峰会》上,BOKS项目以及其他三个由《运动改造
大脑》启发发起的项目受到表彰。出席颁奖仪式时,我不只是这本启蒙
书的作者,也是锐步BOKS项目的大使。玩耍和运动有助儿童的情绪发
展,有助改善孩子的成绩和考试分数,能让他们的认知获得最优的发
展,这一理念在过去3年中,始终受到锐步公司的大力支持和传播。美国各州政府官员也非常关注《运动改造大脑》提出的理念。在
犹他州,我担任了州立法院的官方顾问。我还与伦敦奥运遗产基金会
(London Olympic Sports Legacy Foundation)合作,帮助他们改革英国
的公立学校,争取奥林匹克运动会的举办权。在加州,我担任了州政府
体育运动委员会(Council on Physical Fitness Activity and Sport)的顾
问,并且成为健康联合会(HealthCorps)的董事会成员。健康联合会是
奥兹博士(Dr. Oz)赞助的以学校为基础的组织,目的是培养新一代的
健康儿童。我还在美国很多州担任重要的顾问职务,他们都希望采纳
《运动改造大脑》提出的理念,将它体现在体育教育法案的法规中,最
近伊利诺伊州就通过了这样的法案,正由于出现了这些新的法规,学生
们在毕业时便会熟知运动对大脑产生积极效应的相关知识。在美国,《运动改造大脑》还成为很多研究项目的基础,涉及很多学校和政府机
构,微软教育、闪电自行车(Specialized Bicycles)等组织也参与其
中。
从美国走向全球
《运动改造大脑》对教育领域的影响已经超越了美国本土。在亚
洲的一些国家和地区,这本书甚至影响了在校学生运动量的全国性政
策。在韩国,教育部部长将学生每天的在校时间增加了一个小时,其中
50%以上的时间被用于身体锻炼和体育运动。在韩国,还同时设立了38
个BOKS项目。《运动改造大脑》提出的理念在日本同样很受欢迎。在两次访问
日本期间,我拜会了日本的教育部副部长,并在各大中小学巡回演讲。
通过宣传运动有助治疗心灵受创的症状,我还为福岛的震后重建提供了
一些帮助。目前,日本已有12所学校积极参与到BOKS项目中。随着
Xeibo体育用品公司开始赞助这个项目,参与学校的数量一定会快速增
加。
在加拿大,我在很多省做过演讲,也是加拿大媒体的常客。最
近,在多伦多举办的青年健身大会(Youth Fitness Conference)上,我
担任了主讲嘉宾。在亚伯达省和安大略省,我为省立法机构做演讲以推
动校内的体育运动。在新斯科舍省、安大略省、亚伯达省和萨斯喀彻温
省,《运动改造大脑》带动了很多研究项目,加拿大足联鼎力支持我
们,希望让全国的孩子动起来。与加拿大的情况类似,《运动改造大
脑》的理念同样传播到了英国、德国和丹麦。在英国,英国广播公司
(BBC)的工作人员与一些奥运会奖牌得主共同筹划了一部纪录片,目
的就是让全国的小学课程中增加更多的体育健身活动,而我有幸受邀进
行了细致的讨论。
在中国,湛庐文化策划引进并促成了《运动改造大脑》中文简体
版的出版。2013年冬天,湛庐文化还将组织中国的商业领袖与媒体精英
访问美国,与我一同体验运动带来的改变。
接下来,我计划再出一本书《改变,从运动开始》(Spark inAction),在这本书里,锐步公司将《运动改造大脑》提出的启示纳入
了公司理念,鼓励员工运动,养成健康的生活方式。另外,锐步公司还
改变了它的营销策略,不再展示耀眼的体育明星,而是鼓励普通人把身
体变得更强壮。
小布朗出版公司(Little Brown)的编辑在这本书的最后写道:“撒
撒野:将你的身体与心灵从文明的束缚中解放出来。”这也是我想说
的!众所周知,运动让我们更健康,但大多数人都不知道其中的原
委。我们仅仅认为运动释放了压力、减轻了肌肉张力,或者增
加了内啡肽(endorphin)。其实,我们血脉贲张时令我们心情愉快的真
正原因是:运动使我们的大脑处于最佳状态。而且,运动不仅对身体有
益,还有更为重要和更吸引人的优点。强健肌肉和增强心肺功能只是运
动最基本的作用。我经常告诉我的患者,运动最关键的作用是强健或
改善大脑。人类天生就要动
如今,我们生活在一个由科技推动的世界中,处处充满电子屏
幕,很容易忘记自己是天生的运动家——动物,因为我们的日常计划里
完全没有“运动”这一项。人类的梦想、计划及创造出的社会让我们失去
了运动的生理天性。颇具讽刺意味的是,梦想、计划和创造的能力恰好
源自大脑中负责支配运动的那部分区域。经过50万年的进化,我们逐渐
适应了这个变化的环境,思考型的大脑也从运动技能的磨炼中进化而
来。我们把那些依靠狩猎采集而生的原始祖先想象成拥有强健体魄的野
兽,为了长期生存下去,他们必须运用智慧寻找和储存食物。食物、体
力活动和学习之间的关联性成为我们大脑回路系统(bra-in’s circuitry)
中与生俱来的习性。
现在,我们已无须去狩猎和采集,但这却成了一个问题。久坐不
动的现代生活方式破坏了我们的本性,而且成为我们长期生存的最大
威胁之一。这种迹象随处可见:美国65%的成年人体重超标或过度肥
胖,而且在这部分人群中,有10%患有2型糖尿病。这种可预防却很烧
钱的疾病源于缺乏运动和营养不良。过去,糖尿病几乎就是中年人的噩
梦,现今它已开始成为儿童的梦魇。这简直等于自杀,它不仅仅存在于
美国这种超级快餐式的生活节奏中,而且是整个发达国家共有的问题。
令人不安的是,人们还没有意识到,缺乏运动也在毁灭我们的大脑——
大脑正发生实质性萎缩。身、心、大脑的联系
我们的文化把思想和肉体一分之二,而我却想把它们重新联系在
一起。身心连接的问题已经令我痴迷了很多年。1984年,我在哈佛向医
学专业人员发表了我的第一次演讲,题目就叫《身体与精神病学》
(The Body and Psychiatry),主要介绍一种治疗攻击行为的新药。攻击
行为对身体和大脑都有危害,这种治疗方法是我在马萨诸塞州州立医院
当住院医生时偶然发现的。我曾治疗过最复杂的精神患者,这一经历让
我踏上一条通过治疗身体改变精神状态的研究道路。这是一次扣人心弦
的历程,尽管研究还在继续,但是也到了把信息公之于众的时候了。仅
在过去的5年里,神经学家的研究成果已经描绘出了身体、大脑和精神
之间生物学关系的精彩画面。
● 内啡肽(endorphine)
一种通由身体和大脑产生的激素,它就像是天然的吗啡。当身体和大脑负荷过重时,就
会释放出内啡肽阻止疼痛信号。
为了使大脑保持最佳活动状态,我们的身体需要努力工作。在本
书中,我会具体说明身体活动为什么以及如何对我们的思考和感受方式
起到至关重要的作用,同时还将解释运动如何促使大脑的学习功能区域
开始工作,如何影响情绪、焦虑和注意力,如何预防压力以及如何逆转
大脑中某些老化因素的影响,如何帮助女性避免有时因激素变化而引起
的紊乱。我并不是在谈论跑步者的欣快感这种模糊的概念,我谈论的都是已经在实验室的小白鼠身上或人身上得到验证的实质性改变。
我们已知运动可增加体内血清素(serotonin)、去甲肾上腺素
(norepinephr-ine)和多巴胺(dopamine)的水平——这些都是传递思
维和情感的重要神经递质。你可能听说过血清素,也许还知道抑郁症与
血清素的缺乏有关,不过,许多我认识的精神科医生都不了解二者的关
系。他们既不了解压力的毒性水平会破坏大脑中几十亿个神经细胞之间
的连接,也不了解慢性抑郁症会缩小脑部一些特定的区域。他们更不知
道,运动能释放一连串影响神经系统的化学物质和生长因子,而这些物
质能扭转血清素的缺乏,并真正维护大脑的基本结构。实际上,大脑和
肌肉的反应一样——用进废退。大脑内的每个神经元(也称神经细胞)
通过树状分支上的“叶片”相互接触,而运动则可以促进这些分支生长并
发出许多侧支,因此能从根本上增强大脑的功能。
神经学家正开始研究运动对脑细胞内部的影响——即基因本身所
产生的影响。在生物学层面,神经学家也发现了身体对大脑产生影响的
迹象。研究已经证实,肌肉运动产生的蛋白质经血液运送到大脑,这些
蛋白质在我们最伟大的思考机制中发挥了关键性作用。它们不但有着胰
岛素样增长因子(IGF-1)、血管内皮生长因子(VEGF)之类的特殊名
字,还为身心联系提供了前所未有的见解。仅用了短短数年,科学家就
开始着手描述这些因子以及它们如何起作用,而且每一次新的发现都进
一步加深了人们对它们的敬畏之心。大脑这个微观世界还有许多未解之
谜,但我认为,正是我们所了解的东西才可以改变人类的生活,也许还能改变人类社会本身。
运动让大脑保持最佳状态
为什么你应该关心自己的大脑如何工作呢?首先,它掌控着一
切。就在此刻,你的大脑前部区域正在发射你所阅读内容的信号。你能
理解多少,很大程度上取决于连接神经元的神经化学物质和生长因子之
间是否有一种适当的平衡。事实证明,运动对这些基本组成要素有显著
的影响。大脑建立起这个过程,当你坐下来学习新知识时,这种刺激又
强化了相关的连接点。通过反复练习,整个大脑回路形成清晰的轮廓,就好像你正踩出一条穿过森林的路一样。形成这些连接点的重要性将贯
穿在本书讨论的所有问题中。比如,为了应对焦虑情绪,你在创建一些
替代路径的同时,也需要扩展一些陈旧的路径。了解身体和大脑之间的
这种相互作用后,你就可以控制这个过程、处理诸多问题,让你的大脑
顺利地忙碌起来。要是今天早晨你花半小时锻炼的话,你就会有好心情
安静地坐在这里,全神贯注在这段文字上,而你的大脑也更有能力记住
书中的内容。
在过去15年中,我所写的文章都是为了让人们了解他们的大脑。
当你掌握了关于大脑的实用知识后,你就改变了生活。当你认识到某种
情感问题是有生物学依据时,你就不会再有内疚感。另外,当你知道自
己可以影响那种生物学因素时,你就不会再有无助的感觉。这是我反复
和患者们强调的一个观点。人们很容易把大脑想象成一个坐在象牙塔内发出命令的神秘指挥官,外界无法接触到它,其实根本不是这样。运动
打破了那些屏障。我期望,一旦你了解运动如何改善大脑功能后,你会
把运动当成生活的一部分,而不是把它当成被迫要做的事。当然,你应
该运动,但我不想在这里说教。(这很可能没什么帮助:老鼠实验表
明,强制锻炼无法起到和自愿锻炼相同的效果。)假如你一直不停地对
自己说锻炼是你喜欢的事,做到这一点,你就是正在为通往那个与众不
同的未来开辟一条道路。那将是一个生机盎然的未来,而不是只求生存
的未来。运动是最佳的健脑丸
2000年10月,杜克大学(Duke University)的研究人员向《纽约时
报》介绍了一个研究项目。这个研究证实,用运动治疗抑郁症的效果要
好于抗抑郁药物舍曲林(商品名左洛复,Zoloft)。这真是个好消息!
然而不幸的是,它被淹没在《纽约时报》第14版的“健康与健身”专栏
里。如果运动是一种药丸的话,那它肯定会占据《纽约时报》的整个头
版,而且会被誉为是21世纪的畅销药。
我上面提到的这则消息最初引起了广泛关注,而随后却没有了下
文。美国广播公司《世界新闻》(World News)报道,运动有可能治愈
老鼠的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease)[1]
,而美国有限电视新闻网
(CNN)立刻发表了一份关于肥胖危机不断扩大的统计学报告,《纽约
时报》则对习惯于用昂贵药物治疗患有双相情感障碍儿童的做法进行了
调查,这些药物疗效甚微却有可怕的副作用。我们所忽略的是,这些表
面上看起来毫无关系的线索在生物学的基本层面上有着密切联系。我会
通过探索大量尚未公之于众的新研究,来解释这是怎么回事。
在这里,我想以通俗易懂的文字介绍“运动可以锻炼大脑”这个鼓
舞人心的科学观点,同时还将阐述运动如何出现在普通大众的生活中。
我想要强化这种观念,即运动对人的认知能力和心理健康有着极其深
远的影响。它绝对是我们治疗大多数精神问题的最佳方法之一。我曾亲历我的患者和我的朋友通过运动改善自己的身体疾症,他
们中的大多数人同意我把他们的故事写进本书中。不过本书中的案例不
仅仅包括我在办公室的研究个案,还包括我在芝加哥城外的一个城郊学
区中发现的典型范例,这个具有突破性的体育教学项目展现了新科学研
究振奋人心的结果。在伊利诺伊州的内珀维尔市(Naperville),体育
课让这个地区1.9万名学生成为了全美国体质最强健的孩子,二年级学
生中只有3%的学生体重超标,而全美国平均有30%的学生体重超标。更
令人惊讶乃至震惊的是:这个项目使那里的学生进入全美国最聪明的孩
子之列。1999年,来自世界各国的2.3万名学生参加了国际数学和科学
研究趋势项目(TIMSS)[2]
的国际标准化测试,内珀维尔市八年级的学
生也参与其中。TIMSS评估的是数学和科学方面的知识。近些年,中国
港台地区、日本和新加坡的学生在这些重要学科上的成绩已经赶超了美
国的孩子,不过内珀维尔市的学生显然是个例外。他们在TIMSS数学测
试中获得第六名,而在科学测试中则获得第一名。政界人士和权威专家
认为美国的教育岌岌可危,还指出在如今科技主导的经济形势下,学生
们不具备成功的素质。正当他们发出这些警告的时候,内珀维尔带来了
一个非同寻常的好消息。
几十年来,我还没有见到像内珀维尔这样令人振奋和鼓舞的项
目。每次当我们耳畔充斥着青少年体重超标、缺乏动力或成绩较差这类
消极消息时,内珀维尔的例子让我们看到了真正的希望。在本书第1章
中,我会带你去内珀维尔,它正是我写本书的灵感之源。[1]
又叫老年性痴呆,是神经系统的原发性退行性脑病,一种持续的高级神经功能活动障碍,即
对记忆、思维、分析判断、视空间辨认和情绪等方面产生障碍。——译者注
[2]
TIMSS(The Trends in International Mathematics and Science Study)是国际教育成就评价协会
发起和组织的国际教育评价研究和评测活动。主要测试四年级和八年级学生的数学与科学学业
成绩,目前,中国大陆没有参加项目测试。中文版序 运动改变世界
前言 运动,重新建立身心连接
人类天生就要动
运动是最佳的健脑丸
引言 不一样的体育课
尽全力比跑得快更重要
四肢很发达,头脑不简单
01 学习 越动越多的脑细胞
运动平衡大脑
运动让神奇的“脑细胞肥料”变多
大脑真的会长大
锻炼身体的同时,也在锻炼大脑
做出运动选择:兼顾技巧训练和有氧训练
02 压力 最艰巨的挑战
压力让人专注,也会让你上瘾
压力促进能量补给,也能拖垮大脑
侵害效应:过量的压力
运动:阻断大脑压力反馈回路的推手
员工爱运动,公司倒不了
03 焦虑 没什么好担心的
焦虑:糟糕表现的元凶
运动让大脑知道,焦虑是一种认知错误
身体真的可以影响心理
反击计划:找人一起运动
04 抑郁 让沉睡的大脑苏醒
马拉松:内啡肽旋风
运动才是王道
抑郁症:出现连接麻烦的大脑
挣脱抑郁枷锁:别让大脑留在离线状态
由上而下建立自信,由下而上涌现活力
05 专注力 远离分心障碍集体分心倾向:蔓延的全球资讯网
注意力系统与运动紧紧相连
和分心症共处:让缺点变优势
运动是神经浓汤的最佳食谱
06 成瘾 拿回自己的主动权
从瘾君子变成运动家
用运动戒瘾
天然的快感
拿回主动权:让大脑开启运动模式
07 激素 对女性大脑健康的影响
经前期综合征:自然的潮起潮落
动一动,恢复脑内平衡
孕期:动?还是不动?
产后抑郁症:突如其来的低潮
停经:巨大的改变
努力保持身材的女性,IQ、EQ都不差
08 衰老 益智健康之道
运动可以预防大脑退化
认知衰退:别让你的心智字典萎缩
情绪的衰退:别让生命热情凋谢
闲散的大脑是魔鬼的工坊
运动:持之以恒就对了
09 大脑训练计划 塑造你的大脑
体能越好,大脑越有复原力
步行:从轻度运动开始,养成运动习惯
慢跑:中等强度的运动,让大脑更强壮
快跑:强烈运动间隔训练,大幅提升HGH浓度
瑜伽、太极拳、重量训练:让大脑重拾年轻活力
迈出第一步,让自己动起来
后记 让灵光持续绽放
译者后记在芝加哥西面一片略高的空地上矗立着一座砖块结构的楼房,那
就是内珀维尔中央高中(Naperville Central High School)。这
幢楼房的地下室有一个低矮无窗的房间,里面摆满了跑步机和健身自行
车。这间陈旧的自助餐厅的容量和注册学生的人数一比,显得相形见
绌,如今它却已成为学校的“心肺锻炼室”。眼下是早晨7点10分,对一
小群健身器材上锻炼却睡眼惺忪的新生而言,正是上体育课的时间。
身材匀称的尼尔·邓肯是一位年轻的体育教师。他正在布置早晨的
任务:“好啦,大家热身后,我们就上跑道跑1 600米。”他边说边拿出一
个小黑背包,里面装满胸带和电子手表——这是一种心率监测仪,它是
运动爱好者用来测试体能的工具。“每次开始绕圈跑的时候,按下红色
按钮,仪器将会为你做出分析。它会告诉你:第一圈、第二圈和第三圈
分别跑了多少。如果跑得好,那么你很快就会跑完第四圈,也就是最后
一圈,到那时……”邓肯停了一下,环视了一眼那群还没睡醒的学生,接着说,“按下蓝色按钮,看见了吗?手表就会停止计时。你的目标就是设法用最快的速度跑完1 600米。最后,同样重要的是,你的平均心
率应该在185次以上。”
这群高中新生排成一列从邓肯先生面前走过,慢慢地挪上楼,穿
过几道厚重的金属大门。在这个凉爽的十月清晨,天空飘着几朵白云,学生们排着松散的队伍来到跑道上。一场变革的最佳条件已经具备了!
“零点体育课”
这并不是老式的标准体育课,而是零点体育课(Zero Hours
PE),它是由一群特立独行的体育教师进行的一系列教育实验中最大的
一个项目。这群体育教师不但让内珀维尔203学区的1.9万名学生成了全
美国最健康的学生,而且还让他们成了最聪明的学生。零点体育课的目
的是希望确定,上文化课之前进行大量的体育锻炼是否能提高学生的阅
读能力以及其他学科的学习能力。
● 零点体育课((Zero Hours PE))
一种通过运动提高学生意识状态,为一天学习做好准备的新型体育课。该课程因其被安
排在第一节文化课之前而得名。
● 心率((heart rate))
心脏每分钟跳动的次数。正常成年人安静时的心率有显著个体差异,平均在75 次 分左
右(60~100次之间)。心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。
最新的研究也许支持这种观点。研究表明,身体的活动能引发生物学上的变化,而这些变化又可以促进大脑细胞彼此间的连接。如果大
脑要学习,那么就必须建立这些连接,而且这些连接还反映了大脑应对
各种困难的基本能力。越来越多的神经学家发现了这个过程,因此对这
个过程的了解也就越来越清楚:运动给身体提供了某种独一无二的刺
激,而这种刺激为大脑创建了一种环境,这种环境使大脑能够做好准
备、愿意并且有能力去学习。有氧运动可产生明显的调节作用:调整
可能已经失衡的系统,同时优化那些还未失衡的系统——对任何想要发
挥出自己全部潜能的人而言,这是一个不可或缺的工具。
当学生们跑步时,满脸雀斑、戴副眼镜的邓肯也来到跑
道上监督他们。
“我的手表没有读数了。”一个男孩经过邓肯身边时放慢
速度说道。
“红色按钮,”邓肯大声叫道,“按红色按钮!结束的时
候,按蓝色按钮。”
米歇尔和和克莉丝这两个女孩经过邓肯身旁,拖沓着脚
步肩并肩地继续向前。
一个男孩跑完全程时,跑鞋鞋带已经松开。他交还了计时
表,表上的读数是8分30秒。
随后过来的是一个穿着宽松短裤的魁梧男孩。
“来吧,道格,”邓肯说,“说说你的读数是多少?”
“9分钟。”
“整9分钟吗?”
“是的。”
“太棒了。”
当米歇尔和克莉丝终于漫步完全程后,邓肯寻问她们所
用的时间,米歇尔的计时表还在走。显然,她没有按蓝色按
钮,不过克莉丝按了,而且她们两个人所用的时间是相同的。
克莉丝朝邓肯举起手腕:“10分12秒。”邓肯边说边把这个时间
记录在他的夹纸板上。他并没有说:“看起来你们两个人真像
是在闲庭信步!”事实是,她们并没有悠闲地散步。要是邓肯从米歇尔的
监测仪上下载数据后,他就会发现,米歇尔在10分12秒的时间
里的平均心跳为191次,即使是对训练有素的运动员来说,这
都是一个严峻的考验。那天,米歇尔得到了一个A。
参加零点体育课的学生都是新生中的积极志愿者。按学校规定,为了帮助新生的阅读理解能力达到标准,新生要上一门读写能力课。而
零点体育课上学生们的运动强度要高于本校其他上体育课的学生。按要
求,这些学生的心率要保持在其最大心率的80%到90%之间。邓肯
说:“实际上我们所做的,是尝试通过严格的体育锻炼来让学生做好学
习的准备。实质上就是增强他们的意识状态后,再把他们送入课堂。”
成为邓肯先生的实验对象,学生们的感受如何呢?“我觉得挺
好!”米歇尔说,“除了要早起床、满身大汗和狼狈不雅之外,我觉得一
整天都更清醒了。我的意思是,去年我从早到晚都迷迷糊糊的。”
除了改善情绪之外,事实还将证明,米歇尔的阅读能力也有了提
高,而零点体育课的其他同学们也是如此:到上半学期结束时,他们的
阅读和理解能力提高17%;与之相比,喜欢睡觉以及参加标准体育课的
学生们,他们的阅读和理解能力提高了10.7%。对于此事,学校管理层受到了极大的震撼,于是他们把零点体育
课更名为“学习准备型体育课”(Readiness PE),并作为全校新生每天
的第一节课,并还在继续,所有上读写能力课的学生被分成两个班:一
个班的读写能力课安排在第二节课上,那时学生们还能感受到运动带来
的效果;而另一个班则被安排在第八节课上。正如人们所料,第二节上
读写能力课的学生学习效果最佳。这项实验不仅适用于那些需要提高阅
读分数的新生们,还向老师提出建议,将所有学生把最难的学科安排在
体育课之后,以便最大限度地发挥体育锻炼的有效影响。
这是真正具有变革性的观念,我们从中可以学到很多东西。
一流的表现
零点体育课不再是内珀维尔203学区独享的体育教学方式,它得到
了全美国的关注,而且逐渐成为一种体育课的新模式。我猜任何读到这
里的成年人可能都觉得,这根本不是体育课。不会被躲避球[1]
打到,不
会因没有淋浴而不及格,不会整日担心成为最后一名。
内珀维尔203学区体育教学的精髓在于,它传授的是健身之道而不是运动项目。其基本原理是,如果可以通过体育课指导孩子们如何监
测和保持自身的健康和强健体能,那么体育课将令他们受益终身,而且
他们还很有可能更幸福长寿。体育课真正传授的是一种生活方式。学生
们在了解他们身体如何运作的同时,也在培养健康的习惯、健康的技能
和兴趣爱好。学生们在从事各种各样的运动时,会不由自主地发现自己
感兴趣的运动。内珀维尔的体育教师们正在通过这种方法为学生们创造
新的前景,他们让孩子们迷恋上运动而不是整日坐在电视机前。这点至
关重要,特别是统计数据表明,经常锻炼的学生可能会具备成年人一样
的自控力。
不过最初吸引我注意的是,这种以健身为基础的方式对学生学习
方面产生了巨大的影响。如今,新体育教育(New PE)课程已经走过
了17个年头,而它的影响力表现在一些人们意想不到的地方,比如教
室。
这并不是巧合。教育学家认为,每个学生都有成功的潜能。尽管
203学区在每一个学生身上投入的费用要明显低于伊利诺伊州其他顶级
公立学校的费用,但是在学术方面,203学区始终位于伊利诺伊州十佳
学校排行榜上。内珀维尔203学区有14所小学、5所初中和两所高中。为
了做个比较,让我们来看看内珀维尔中央高中,也就是零点体育项目开
始的地方。2005年这所中学每个学生的管理费用为8 939美元,相比之
下,埃文斯顿的新特里尔高中(Evanston’s New Trier High School)则为
15 403美元。新特里尔高中学生的ACT[2]
(American College Test)平均分为26.8,比内珀维尔高中高出2分,但是在法定的全州综合考试中,其考分低于内珀维尔中央高中。不仅是申请大学的学生,每个毕业班的
学生都必须参加全州综合考试。2005年,内珀维尔毕业班的ACT综合考
分为24.8分,超过了全州20.1 分的平均成绩。
这些考试的影响力几乎都不能与TIMSS项目相提并论。TIMSS是
为了比较世界各国学生在两个重点学科领域的知识水平而设计的一种测
试。《纽约时报》专栏作家、《世界是平的》(The World Is Flat)一书
作者托马斯·弗里德曼(Tho-mas Friedman)在叹息来自新加坡等国的学
生正在“吃我们的午餐”时,就引用了这个测试。弗里德曼指出,美国和
亚洲国家的教育差距正在扩大。在一些亚洲国家,将近50%的学生
TIMSS分数达到顶级水平,而美国却只有7%的学生达到这个水平。
从1995年开始,TIMSS测试每四年举办一次。1999年,有38个国
家的23万名学生参加了TIMSS考试,其中美国学生有5.9万名。新特里尔
高中和来自美国芝加哥北岸富裕地区的18所学校组成一个临时团体参加
了TIMMS考试(所以无从得知单个学校的表现),而内珀维尔203学区
则独立注册了TIMMS考试,目的是让学生们的成绩达到一个国际水
准。这个学区约97%的8年级生都参加了这次考试,而不仅仅是最好和
最聪明的学生。那么,较量的结果如何呢?在TIMSS的科学测试部分,内珀维尔的学生第一个完成考试,领先于新加坡的学生,而北岸临时团
体则排名第三。内珀维尔203学区获得了世界第一。内珀维尔数学部分
的考试成绩排名第六,仅次于新加坡、韩国、中国台湾、中国香港和日本。
整体来看,美国学生在科学测试部分的成绩排名第18位,在数学
测试部分则排名第19位。不过来自泽西城学区和迈阿密学区的学生在科
学和数学考试中却分别“垫底”。
TIMSS项目副主任艾娜·穆利斯(Ina Mullis)说:“美国各学区之
间的测试结果存在巨大差异。好在我们有几个像内珀维尔这样的学区
——它告诉我们,这是可以做到的事。”
我不会说正是因为参加了一个不同寻常的体育教学项目,内珀维
尔的学生们才变得如此聪明,毕竟还有许多因素可以影响学习成绩。显
然,内珀维尔203学区在生源构成上占据优势:83%是白种人,而且低
收入人群只占到2.6%。与之相比,整个伊利诺伊州的低收入人群占到
40%,内珀维尔两所高中引以自豪的便是其97%的毕业率。另外,落户
这座城市的雇主都是一些像美国阿贡国家实验室(Argonne)、费米实
验室(Fermilab)以及朗讯科技(Lucent Technologies) 之类的科技型
公司,这说明许多内珀维尔学生的父母都受过高等教育。无论从环境还
是遗传来看,内珀维尔的学生都拥有很大的优势。
另一方面,当我们研究内珀维尔时,有两个因素的确很突出:它
不同寻常的体育教学形式和它的考试成绩。这种相关性简直太吸引人
了,而且我抑制不住要参观一下内珀维尔,想亲眼看看那里发生的事。
尽管我早已了解TIMSS测试以及它是如何暴露美国公共教育缺陷的,然而内珀维尔的学生们在测试中成绩优异,这是为什么呢?似乎内珀维尔
并不是美国唯一拥有高智商、高学历家长的富区。即使像宾夕法尼亚州
泰特斯维尔市(Titusville)这类贫困地区也已经实行内珀维尔式体育教
学,其学生的考试成绩也有明显提高(稍后我会提到)。我确信,同样
也是内珀维尔吸引我的地方在于,影响学生学业成绩至关重要的因素是
学校对健康体能的重视。尽全力比跑得快更重要
事情往往都是这样,内珀维尔的重大变革也是从一半理想化、一
半自我保守中开始的。菲尔·劳勒是一位颇有远见的初中体育教师。
1990年,他偶然从报纸上看到一篇讲述美国孩子体质正在下降的文章
后,便开始实施这项计划。
劳勒回忆道:“报上说,孩子们体质差的原因是他们不爱运
动。”这位高个男子50多岁,戴着无框眼镜,身着卡其服,脚穿胶底运
动鞋。他接着说:“如今每个人都知道我们这里肥胖成风,但如果你找
一张17年前的报纸看看,很少有这类关于肥胖的文章。我们曾说,这个
国家每天都在产生肥胖儿童。难道我们不应该对他们的健康负责吗?我
想,如果国家是一个公司的话,那么它恐怕正在走向破产的边缘。”
劳勒早已意识到他的专业没有得到重视,因为许多学校开始教学
设置中取消体育课,现在也是如此。劳勒曾是大学棒球队的投手,由于
没能够进入美国职业棒球联盟,这位直率的推销员和天生的领导者为了
更亲近运动而做了一名学区的体育教师。除了执教203学区麦迪逊中学
(Madison Junior High)的体育课之外,劳勒还是内珀维尔中心高中棒
球队的教练,同时又担任203学区的体育教学协调员。然而,尽管拥有
这些值得尊敬的职位,劳勒每次提及自己赖以谋生的职业时,却还是觉
得很尴尬。自从那篇文章刊出后,他看到了机会,一次使他的工作得到
重视的机会。劳勒和麦迪逊中学的同事们仔细观察体育课的情况,他们看到多
数学生不爱运动。这在团队运动中是很自然的:打棒球时,等待轮流击
球;打橄榄球时,等待中锋的快速传球;踢足球时,等待球传到脚下。
绝大部分球员在大多数时候只是站在场内。因此劳勒决定把体育课的重
点转移到强健心血管功能上。他创建了一套全新特色的体育课程:让孩
子们在每周一次的体育课上跑完1 600米。他的决定遭到学生的抱怨、家长的投诉以及医生的关注。
劳勒并未因此而气馁,不过他也很快意识到这个标准让跑得最慢
的人望而生畏。为了让不擅长运动的人有机会获得好成绩,体育组购买
了两台健身自行车,允许学生通过骑自行车来获取额外的学分。学生们
可以利用自己的业余时间参与,只要骑车8 000米就可以提升他们的学
分等级。“这样的话,任何一个想要获得A的学生,只要为此努力,他就
能够得到A ,”劳勒解释道,“在这个过程中,学生们在某些方面可以达
到个人最佳成绩。任何时候,只要你达到个人最好成绩,无论是哪方
面,你就可以提升一个学分等级。”这奠定了这个教学方式的基本原
则。劳勒把这种教学方式称为“新体育教育”(New PE):给学生打分
的依据是其努力的程度,而不是技能。在体育课上,你不必像一个天
才运动员那样出色。
不过一个老师怎样同时判定40个学生的个人努力程度呢?劳勒在
他每年春季组织的体育教育会议上找到了答案。他努力把这个会议变成
新思想和新技术的交流盛会。为了鼓励更多的人参会,他说服几家零售商捐赠了一些奖品。每年会议开始的时候,劳勒就会推出一辆原本放毛
巾的推车,里面摆满球、球拍以及其他的运动物品。有一年募集而来的
奖品中竟有一个当时值好几百美元的新型心率监测仪。劳勒实在忍不住
诱惑,为了他的创新项目而悄悄留下了这个监测仪。“我一看到那东
西,”他很坦率地承认,“就觉得它是麦迪逊初中的奖品。”
● 新体育教育(New PE)
给学生打分是依据其努力的程度,而不是技能。在体育课上,学生不必像一个有天才运
动员那样出色。
在每周一次的长跑训练的时候,他让一个六年级女孩试用了这个
仪器。女孩身材瘦小且一点也不强健,但当劳勒下载她的运动数据后,简直无法相信自己的眼睛——“她的平均心率竟有187次!”。作为一个
11岁的孩子,她的最大心率可能会达到209次左右,而这意味着她几乎
一直处在全力冲刺的状态。劳勒接着说道:“当她越过终点线时,心率
达到207次,滴、滴、滴!我当时说,你一定是在开玩笑吧!如果是从
前,我可能会走到女孩身边对她说‘你必须要快点,小姐’,真的,从那
一刻起我们的体育课发生了戏剧性的变化。心率监测仪是所有的起点。
我开始重新考虑那些学生,那些没有受到我们肯定而对运动失去兴趣的
学生。尽管我的班上没有一名运动员,但所有学生都知道如何像那个小
女孩一样努力。”
劳勒明白,速度快和身体健康之间并没有任何必然的关系。劳勒最喜欢的一项统计学资料是:只有不到3%的24岁以上成年人
会通过参加集体的运动项目保持健康体型,而这个数据也强调了传统体
育课的失败。劳勒也知道自己不可能让学生每天都跑1 600米,所以他
建立了一个被他们称为“小场地运动”的比赛项目,比如三人篮球或四人
足球,学生在小场地比赛时会处于不停地运动中。“我们还是参加运
动,”劳勒说,“只不过用一种健康的方式进行。”这个项目不是要测试
内珀维尔学生们在正规球场上的运动能力,而是评定他们做任何运动时
保持目标心率范围的时间有多久。
劳勒说:“制订这个项目时,我们并不知道自己在做什么。”不
过,新体育教育已成功实践了运动与健脑新研究不谋而合的科学原理。
义无反顾的理想
每位带领变革的领袖都需要一名助手,而劳勒不可能找到比保罗·
齐恩塔斯基再有能力的推动者了。保罗是内珀维尔中央高中的体育教育
协调员,也是该校前足球队教练。学生和同事喜欢叫他Z先生,一个头
发灰白、热情似火的男人,有着镇定的目光和直来直去的讲话风格。他
将迈克·迪特卡和比尔·帕索斯[3]
两个杰出的权威人物的风度集为一身。
他的朋友和合作者劳勒说:“为了使他相信这个计划,我做了很长时间
的说服工作。不过一旦他接受了这件事,最好别拦着他。因为如果有必
要的话,他会强行向你灌输这件事。”
随着整个计划的开展,劳勒向外界开始推广“健身非竞技运动”的理念,不仅在《新闻周刊》(Newsweek),还要在美国参议院给出证
明。而保罗则返回其大本营,成为这个任务坚定的执行者,他把内珀维
尔中央高中的体育教学项目变成新体育教育顺利实施的典范。2004年,劳勒被诊断出患有结肠癌后退休,不过即使在和病魔反复斗争期间,他
还在为将体育课纳入每日课程奔波游说。
这对搭档都已成为运动与大脑方面的草根专家。他们通过各种手
段获取新知:他们不厌其烦地向受邀前来研讨会的专家提问,参与运动
生理学的研讨会,阅读神经科学研究报告,还不停地通过E-mial交换彼
此的调查结果。他们还把这些信息传授给自己的同事。对保罗来说,在
大厅里拉住一位英语教师并塞给她一摞最新的大脑科学调查资料,也是
家常便饭的事——那是这位体育教师留给她的家庭作业。
正因为这对搭档执著的探索精神,让我对他们有了更深的了解。
劳勒知道我接受过美国国家公共电台(The National Public Radio)《无
限心灵》(The Infinite Mind)栏目的采访。那次接受采访时,我特别提
到人在运动过程中会提高一种叫做脑源性神经营养因子(BDNF)的蛋
白质的含量,我称它为“大脑的优质营养肥料”。但我并不知道劳勒在自
己接受采访时复述过我的那句话,在和美国纪录片《大号的我》
(Super Size Me)的导演的访谈中也用过那句话。《大号的我》反映的
是美国人肥胖的问题。
之前,我一直在为本书寻找一种具体论述的方式来说明运动对学习产生的影响,而聚焦一个学区就能顺其自然达到这个目的。尽管本书
讲的是学生,但成年人也能从中汲取宝贵的经验。内珀维尔提供的是一
个强有力的范例研究,这个研究表明有氧运动改善的不仅是身体还有头
脑。同时,内珀维尔也恰好成为重塑这个社会的一个完美典范。
所以我有了这次伊利诺伊州之旅。当我和劳勒以及保罗一同坐在
内珀维尔假日酒店的大堂对话时,我从未料到这两位教练也能说出那样
一番见解。“我们体育老师创造了这些脑细胞,”保罗说,“而其他老师
则负责让它们更丰满。”四肢很发达,头脑不简单
劳勒的方式与美国公立学校的教育趋势截然相反。为了让学生们
通过《不让一个孩子掉队法案》(No Child Left Behind Act)规定的考
试,公立学校赞同增加数学、科学和英语的学习时间而减少体育课课
时,只有6%的公立学校每天安排一次体育课。与此同时,孩子们每天
耗费在电视、电脑或便携式电子设备前的时间平均是5.5小时。难怪现
在美国的儿童没以前有活力。
这就是为什么内珀维尔如此令我振奋的原因。我第一次拜访内珀
维尔学区时,正值学校放暑假前夕,不过,要是观看麦迪逊初中的体育
课,你丝毫感觉不到放假的迹象,30个充满活力和热情的学生跑跑跳
跳,那些只有在新学年开学时才能见到的活力随处可见:有的在排队攀
岩,有的在争论该轮到谁来使用新型健身自行车,有的在跑步机上狂
奔,有的在跳舞毯上跳舞。所有的孩子都戴着心率监测仪,而最为重要
的是,他们全都兴致盎然。
美国约30%的学龄儿童体重超标,是1980年的六倍多,另外还有
30%的学生接近肥胖。而令人难以置信的是,根据美国疾病预防控制中
心发布的体重指数(Body Mass Index)显示,2001年劳勒所在的学区有
97%的新生体重正常,2002年也是如此。2005年春天,一项对内珀维尔
203学区学生体能的独立评估得出了更好的结论。班尼迪克大学
(Benedictine University)的运动生理学家克雷格·布勒德(CraigBroeder)和他的研究生小组也加入到这项测评中。他们从6年级到高中
毕业班中随机抽取270名学生进行一次测试。布勒德是美国运动医学会
(American College of Sports Medicine)的前区域主席,他说:“我可以
告诉你,要比美国国家标准领先许多,而且他们甩开别人一大截。他们
130多个人中只有1个男生过胖,这简直不可思议!按照美国疾病预防控
制中心(CDC)的身高和体重标准,内珀维尔的学生身体脂肪的比重远
远低于全美国标准,大约98%的学生也符合其他的体能参数。”
尽管布勒德完全清楚内珀维尔的人口分布特征,但他还是为此震
惊。“对内珀维尔来说,这些参数太高了,只是因为这点是难以达到
的,”他说,“新体育教育项目本身必定有一种强大的吸引力,鼓励了这
里的学生们用另外的方式达到标准。我这样说吧:你不能保证是新体育
教育项目做到了这一点,不过这里的学生们的体能确实远远超出标准,这绝不可能仅仅因为这里是内珀维尔。”
健身房对学分积点(GPA)的影响,我们到底了解多少呢?弗吉尼
亚理工学院的一份研究报告显示:减少体育课而增加数学、自然和阅读
课的时间,并不像许多学校预料的那样会提高考试成绩。尽管如此,也
只有少数研究人员在着手探讨这个问题。因为体育课可以影响的范围很
广,所以这一领域的研究都把重点放在体能和学习成绩的相关性上。最
有影响力的研究来自美国加州教育部(CDE)。在过去五年,CDE的
调研结果表明,体能成绩好的学生考试成绩也同样好。● 体重指数(Body Mass Index)
美国联邦政府在2002年1月8日签署的一项法律,旨在提高美国教育质量。其中规定全美
国所有3~8年级学生每年必须接受各州政府的阅读和数学统考。
CDE把学习成果的标准考试分数和体能测试(FitnessGram)记
录[4]
分数关联在一起。体能测试是加州法律规定100多万学生必须做的
体能评估,它包括六个方面:有氧能力、人体脂肪比重、腹部的力量与
耐力、躯干的力量和柔韧性、上身的力量以及整体柔韧性。如果学生某
一方面达到最低要求,就能获得1分。因此体能测试的满分为6分。值得
注意的是,它并不是评估一个学生的体能程度如何,而只是看他在每个
方面是否符合要求。换而言之,这是一个及格与不及格的测试。
2001年,体能好的学生考试成绩是体能差的学生的两倍。比如,在加州27.9万名9年级学生中,那些体能测试记录得到6分的学生,参加
斯坦福成就考试[5]
(Stanford Achievement Test)的数学平均分数排在第
67个百分位[6]
,而阅读平均分数排在第45个百分位。要是这些分数还不
够杰出,请看看那些体能测试记录只得1分的学生:他们数学和阅读考
试的平均排名分别是第35个百分位和第21个百分位。
2002年,CDE再次进行调查时,把社会经济情况也计算在内。调
查结果显示,生活水平高的学生学习和考试成绩也高,而在低收入家庭
的学生中,体能好的孩子学习和考试成绩高于体能差的学生。这是这项
研究中一个强有力的数据。它表明,虽然父母可能无法立刻改善他们的经济状况,但鼓励孩子保持健康体能的生活方式可以让他们有机会
获得好成绩。
加州的这些研究结果并不是孤立的。2004年,人体运动学和儿科
学等不同领域的13位著名研究者组成一个专家小组,对850多名学生进
行了一次有关体育活动如何影响学龄儿童的大规模调查。大部分研究评
估的是每周3~5天、每天30 ~ 45分钟中等强度至高强度运动产生的效
果,他们的研究涉及多方面的问题,包括肥胖、心血管健康、血压、抑
郁、焦虑、自我概念、骨密度以及学习成绩。根据各方面强有力的大量
证据以及专家组的推荐,在校学生每天应该参加1小时(或更多)中等
强度至高强度运动。具体分析学习成绩后,专家组不但找到了支持加州
研究结果的充足证据,而且还公开表示,体育活动对记忆力、注意力
和课堂行为都有积极的影响。专家组并未对体育课作出具体规定,不
过你可以看到内珀维尔的学生是怎样得到一个健康助动力的。
全新的赛局:让孩子赢在体育课
“我不是研究人员,我只是一个体育老师。”在内珀维尔中央高
中,保罗一边对挤进他办公室的一群教师说,一边递给他们CDE研究报
告的副本。这些教师一部分来自邻近郊区芝加哥南区的一所学校,一部
分来自俄克拉何马州塔尔萨城的一个乡村。他们来这里是因为内珀维尔
203学区已经成为一家名叫“生活体育”(PE4Life)的非营利性公益组织
的培训学院,这个机构采用了新体育教育的理念。伊利诺伊州是美国唯一一个学校每天都上体育课的州,而“体育生活”正在进行游说力图改善
这种状况以及体育课的授课方式。保罗起身说道:“现在,我们去参观
一下。”
保罗像一个经验丰富的潜艇指挥官,从容不迫地甩开大步,带领
众人穿过大厅。第一站,有三个学生助手正在用一种名为“三项体
能”(TriFit)的计算机系统对二年级学生的健康诊断进行电脑化处理。
保罗告知大家,已有研究证实,针对心率、血压以及身体脂肪等指标给
学生制订目标,是激励他们保持健康体能的好方法。实际上,研究表
明,仅仅是保持一定量的晨练就有可能让肥胖的人减掉几千克体重。不
过劳勒和保罗的雄心已远远超出对学生体重指数的关心。
“我告诉人们,让学生健康并不是我作为体育老师的工作。”保罗
说,“我的责任是让学生知道保持健康所必备的所有知识。锻炼本身并
不有趣,它只是一种行为。所以如果你能够使孩子们了解它,而且告诉
他们其中的益处,那才是一次彻底的变革。特别对我们这些教练而言,我们就像是控制狂。如果我喊‘立正’,就能让65个孩子齐刷刷地站在一
条白线上。瞧,这么多年来我们干的就是这个。”
内珀维尔203学区的学生在拥有互联网之前,就有了心率监测仪。
如今,当你走进这个学区任何一所学校的体育馆,感觉就像是到了一家
设备一流的成人健身俱乐部。每个体育馆都有一个三项体能评估机和几
台力量训练器,这些机器都是为初中年龄段的学生定制的。体育馆内有攀岩墙和电子游戏为主的有氧健身机(大多数设备都是捐赠而来)。
体育课旨在传授学生理念、经验以及健身的重要性。当学生进入
中学后,不但会得到一份选择范围很广的清单——从皮划艇到跳舞、攀
岩以及排球和篮球等具有代表性的团队体育项目,而且还将学习如何拟
定个人健身计划,这些都是以三项体能评估为核心展开的。从5年级[7]
开始,学生们每年都要完成一次这样的评估。他们从最初开始制订个人
健身计划,并不断改进直到中学毕业。到那时,他们会得到一份14页的
健康评估。这份评估综合考虑了他们的体能得分与血压、胆固醇水平之
类的因素,以及生活方式和家族史调查结果,用以预测疾病风险,同时
提出预防措施。以任何专业的健康标准看,这都是一份惊人的综合文
件,更不要说一个18岁的年轻人可以带着它步入成人世界。要是我们其
他人也能如此幸运,那该多好啊!
负责这次内珀维尔学生体能研究的运动生理学家克雷格·布勒德
说:“学生可以在18种体育项目中任意做出选择。你必定会发现,18种
体育项目中会有1种被众人冷落,而它却令擅长此道的学生感到轻松愉
快。”他说:“他们在运动中如鱼得水。如果你只给孩子有限的选择权,比如打排球之类的运动,那么气氛会变得像受罚或集训营一样,学生根
本不会坚持下去。在内珀维尔,他们给学生大量的可选项目,以此突出
他们擅长的;他们会为学生们设计终身的健身活动。”对那些正在考虑
如何保持身体健康的成年人来说,记住这一点很重要。保罗带领他的参观团来到高年级女生的体育馆,向他们炫耀着内
珀维尔中央高中体育教育项目的精华部分:一面高7米、宽3米的攀岩
墙,同时这也是一门引以为傲的课程,是这所学校在新领导力培训班上
新开设的课程。保罗以攀爬方式为例说明信任与沟通的价值:蒙着双眼
的攀爬者只能依靠同伴的指令到达下一个攀踏点。这面攀岩墙没有攀爬
痕迹的那部分是一块难度较低的区域,是专为体育课上体能和心理能力
较差的学生准备的。在解答了大家对责任义务方面的明显担忧后,保罗
表示,学生很少在这里受伤,因为他们相互协作、没有竞争,而这正是
他和他的同事们传授给学生的最重要经验之一。
“如果你问别人,当孩子们中学毕业时,你希望他们具备什么知识
和能力?”保罗接着说:“他们会说,我希望他们具备沟通能力,我希望
他们具备在小团队中工作的能力,我希望他们有解决问题的能力,我希
望他们有抗风险的能力。那么,孩子们在哪儿能学到这些呢?”保罗反
问道,并环顾了一下周围的教师:“难道在自然课上吗?我可不这么认
为。”
对身体好的,对大脑也好
距离内珀维尔南部约217公里的伊利诺伊州立大学厄本那–香槟分
校内,精神生理学家查尔斯·希尔曼(Charles Hillman)对216名3~5年级
学生进行了一次个人版本的CDE研究,结果同样发现体能和学习之间的
关联性。他和他的合作者达拉·卡斯泰利(Darla Castelli)发现了一件有趣的事,在体能测试记录的六大评价指标中,有两项似乎与学习成绩的
关联显得尤为重要。“在我们的回归方程中,体重指数和有氧健身间的
关系的确很突出,”卡斯泰利说,“它们是最重要的因素。我真的很吃
惊,结果是这样一目了然。”
不过,希尔曼所做的不仅仅是把数据相互关联,他希望找到这些
结果的神经科学依据。所以他挑选了40名学生组成一个小组,其中一半
体能好,一半体能差。他评估了他们的注意力、工作记忆[8]
以及处理信
息的速度。在认知能力测试中,学生戴着一个嵌有电极的类似泳帽的东
西,帽子上面的电极用来测定脑电波活动。脑电图(EEG)显示,体能
好的学生大脑更活跃。这一结果表明,为了完成一项指定的任务,大脑
会让更多神经元参与到注意力加工过程上。“我们在那里看到了更完整
的效果。”希尔曼解释道。换而言之,更好的体能等于更好的注意力,因此,也将带来更好的结果。
希尔曼还发现,在评价被试如何对错误做出反应方面,有某种
因素起着重要作用。他采用了一种叫“边锋测试”(a flanker test)的方
法来测定大脑活动。在这项测试中,屏幕上会出现一组五个大写字母
的组合,但被试唯一要关注的是中间那个字母。如果中间那个字母
是“H”,被试就按其中一个按钮;如果中间那个字母是“S”,被试就按另外一个按钮。当屏幕上以每秒一次的速度出现像“HHSHH”这样的
组合时,被试很容易犯错误,而且一旦犯错,被试立刻就会察觉到。
希尔曼发现:“健康的学生会放慢速度,以保证下一个能做对。”在做
下一个决定时停下来思考答案,并把一次错误选择当成经验参考。这
是一种能力,它和执行功能有关,而控制执行功能的这部分大脑区域
叫前额叶皮层(prefrontal cortex)。-------------------------------
在随后几章中,我会探讨执行功能,特别是在患有注意力缺陷多
动障碍(ADHD)的人群中间,这种疾病部分是由于前额叶皮层内的缺
陷造成的。如果一个患有ADHD的孩子参加边锋测试,他可能会立刻按
下错误的按钮,而不会先停下来或多花时间考虑哪个是正确按钮。不过
你能想象得出我们所有人对执行功能的依赖程度。从错误中获得经验是
每日生活极为重要的事,而且希尔曼的研究表明,运动(或者至少由此
达到的健康水平)对这种基本技能产生强有力的影响。
● 前额叶皮层(Prefrontal cortex)
位于大脑正前方的皮层区域。作为大脑皮层最后发育完成的部分,前额叶皮层监督指导我
们人类特性的形成。
追随领导者的脚步内珀维尔的学生相信运动具有创造奇迹的力量,而杰西·沃尔夫鲁
姆(Jessie Wolfrum)可能是内珀维尔信仰的完美体现。这个在内珀维
尔中央读高中时称自己为书呆子的学生是一个全优生,2003年毕业后,她考入安柏瑞德航天航空大学(Embry-Riddle Aeronautical University)
的工程物理学系。杰西是双胞胎之一,由于她很依赖和孪生姐妹的关系
而不太与其他学生相处,所以她一直都很害羞。“三年级的时候,我妈
妈让我选择是弹钢琴还是踢足球,”杰西现在回忆起来,不禁莞尔,“一
想到和一群女孩子踢足球打发时间我就感到恐惧,而且我不太可能踢得
好,因此我挑选了自己根本不喜欢的钢琴。结果我弹了整整八年的钢
琴!”
当然,杰西进入麦迪逊初中后,劳勒是不会给她钢琴这个选项
的。就像其他人一样,她必须参加体育课。尽管杰西并不喜欢体育课,但还不至于太害怕,至少这肯定不会造成心理创伤。重要的是,她所学
到的关于身体健康方面的经验会帮助她面对今后的岁月。
当杰西和她的姐妹贝琪进入中央高中后,不同的课程表意味着两
个人无法再形影不离而彼此依赖了。因此,更多时候,杰西不得不和其
他同学交谈,而不是做她喜欢的事。为了克服自己的社交恐惧,杰西报
名参加了演讲课,但杰西表示,真正帮助她成长的是参加皮划艇运动。
杰西立刻就喜欢上这项技术强度很高的运动,并且她发现自己也能擅长
学业以外的事情,这让杰西有了真正的转变。“要是别人看到你正在做他们无法做到的事情,你就会赢得关
注。”杰西说,“在皮划艇运动中,大家开始注意到我,我再不是那个无
足轻重的人。这让我更渴望冒险。如果你很羞怯,别人也一样,你该怎
么办呢?你该忘掉自己的羞怯,对自己说:把头转过来,就这样挥动你
的桨。”
游泳池也是另类的运动场。“一旦每个人换上了泳衣,就根本无法
分辨一群人中谁是谁。”杰西说,“整个年级的人完全跨越了社会地位的
种种界限。在参加皮划艇运动之前,我有很多顾虑。”
参加皮划艇运动的经历给了杰西信心,她又报名参加了保罗先生
负责的领导力课程。保罗做的第一件事就是,把杰西和她的孪生姐妹以
及其他所有关系密切的小团体统统分开。领导力课上的学生要学习如何
攀岩,这项运动也特别吸引杰西。她加入了“冒险俱乐部”,这是一项特
殊的零点体育课,参加俱乐部的孩子们需要早晨6点30分集合,并利用
业余时间攀岩或在泳池里练习皮划艇。
草原成就考试(Prairie State Achievement Examination,PSAE)是
伊利诺伊州版本的SAT。实际上,杰西姐妹俩决定在PSAE考试的当天
早晨去划皮艇,她们充满自信,也做好了充分的考试准备,因为非常了
解如何通过运动来提高自己的注意力,所以在一场重要考试前,她们还
在泳池里无忧无虑地划水。你觉得有多少中学生会那么做?你觉得又有
多少成年人会那么做呢?“我们浑身湿冷地出现在考场上,”杰西回忆说,“走进教室后,我
们发觉自己是唯一两个清醒的人。我们最终出色地完成了答卷。”PSAE
满分是1 600分,杰西姐妹俩都得到了1 400分,这是拔尖的好成绩。
进入大学后,杰西不断鞭策自己学业和社交上的进展。她的成绩
一直保持在A或B,而最令人意想不到的是,杰西成了一名住宿顾问,帮助宿舍楼里的低年级学生,并给他们提供一些建议。她不再是一个害
羞的旁观者。
从中学转入大学后,很难继续坚持锻炼,但是杰西始终没有背离
自己的健身之道。在大一时,杰西每当感到有压力时,都会和室友到宿
舍楼顶跑几圈。这是她从内珀维尔学到的一招:如何让大脑做运动,而
这也是我希望本书传递给大家的一个经验。
“这几天,我一小时都没闲着,照管住宿生、各个年级……”杰西
讲,“连锻炼的时间都没有。我真希望能有点儿时间。每当知道即将开
始大规模考试时,也就是我快要崩溃的时候,我对自己说‘好吧!你知
道该怎么办’。知道自己在陷入困境时有某种东西可以依靠,绝对能让
人松口气。要是不知道依靠什么,我很可能只会乱吃一通。可是我知道
运动能增进我的大脑活动,所以,就去运动一下。如果我没有上过体育
课,我可能不会知道这个办法。”
是体育课,也是社会技巧磨炼场像很多人一样,我长大后觉得体育课是一件很有趣的事。我们玩
得很开心,但根据我的回忆,体育课并没有特别的教育意义。作为一个
成年人,当我开始给老师和医生讲授关于体育运动对情绪、注意力、自
尊心和社交技能的积极影响时,我绝对没有把体育课当成是一剂良药。
依照我的经历看,体育课并不是真正的运动。恰恰相反,体育课并不鼓
励运动。而残酷的讽刺是,那些胆怯、笨拙、身材肥胖的孩子原本可能
是运动的最大受益者,却被冷落在一旁的露天看台上。某些像杰西·沃
尔夫鲁姆那样的孩子可能会被排斥,她独自在羞愧中承受着煎熬。在过
去的几年中,我听过众多患者讲述自己在体育课上受到羞辱的故事。运
动的边缘已经成了一块滋生各种“运动就能解决问题”的温床。
内珀维尔学区的魅力部分在于劳勒和保罗敏锐地洞悉了这种动
力。“我们过去常常作引体向上,”保罗带着近似反感的口吻回忆
说,“我估计,我们的男孩子中,约65%可能做不了引体向上。这在体
育课上,就会得到不及格的分数。”
保罗从教练成为身体—头脑—心理雕塑家的这种改变让我深为震
撼,因为他是如此积极地投入到重新定义体育课的行列中。比如,他在
中央高中最有创新的变革之一是,为新生增加一门必修的方块舞[9]
课。
或许这听起来不像是什么有效的方法,不过这门课的设立让运动成为了
传授社交技能的基础。从各个层面看这都是一个极好的主意。在最初几
周的课堂上,所有学生都得到和舞伴对谈的开场白脚本,每支舞结束后
都要交换舞伴。随着课程的进展,给予学生们即兴交流的时间也从最初的30秒逐步延长。期末考试考核的是:经过50分钟聊天,学生们是否能
准确记住与一位同伴相关的10件事。
一些缺乏社交自信的学生从来没有机会学习与人交谈或结交朋
友,因此他们逃避社交,尤其是逃避与异性的接触。不用特意被挑选或
安排到某个专门的社交技能班上,方块舞课的学生们就能在一个良性的
环境下练习如何与人交谈和互动。这门课程不仅提供了娱乐,同时还树
立了学生的自信心。一些人掌握了这种方法,而另一些人仅仅是克服了
自己的恐惧感。其实只不过每个人都这样做了,所以尴尬感减少了。
我向同事们讲起内珀维尔的创新举措,同时告诉他们,学生在体
育课上学会各种社交技能时,大家的反应是瞠目结舌。他们就像我当初
一样,对比全都敬佩不已。在我的整个职业生涯中,我投入大量时间努
力定义和处理我称为“社交大脑”的难题,而保罗却已经找到了一个完美
的处方,帮助我们克服现代生活中日益增多的孤独和寂寞,而且他竟然
是在体育课上找到的!有了这个平台、机会和希望,那些有社交焦虑的
孩子会铭刻下这些有益的记忆:如何接近某个人,站立时应保持多少距
离以及何时让其他人发言。运动起到社交润滑剂的作用,而且它还缓解
了焦虑的情绪,所以运动对学习如何社交来说至关重要。运动让我们的
大脑做好准备,并建立起这种经历的记忆神经回路。这种经历一开始可
能令人尴尬,不过在全班都拥有同种经历的情况下,那种感觉会逐渐消
失。在这个苦恼的年龄段,每个孩子都会感到羞涩不安,而这种完全凭
直觉的完美方法,将带领孩子们走出窘境。保罗让学生同舟共济,给他们工具和勇气,并帮助他们建立起自
信心,方块舞让整个课程发挥了功效。
我相信正是因为有这样的课程,才会有那么多内珀维尔的父母反
馈说体育课是最受孩子欢迎的课。奥菲特太太的两个女儿都上过麦迪逊
初中和中央高中。她说:“那不仅仅是体育锻炼,那就好像是一种具有
激励性质的训练,让我的孩子们有了自信心。现在她们俩都非常自信,而当初她们可不是这样。这全都归功于内珀维尔203学区的体育课。”
所向披靡的运动计划
从幼儿园到12年级,美国公立和私立学校总共有约5 200万名学
生。如果所有的学生都能受益于内珀维尔式的体育教育,那么下一代美
国人将会更健康、更幸福,也更聪明。这就是“生活体育”的终极目标。
这个组织聘请劳勒向其他教师传授“健身非竞技运动”(fitness-not-
sports)的理念和教学方法。来自350所学校的约1 000名教师已经完成培
训,很多人将着手实施他们自己的项目版本。
有这样一位完成培训的毕业生名叫蒂姆·麦考德(Tim McCord)。
他是宾夕法尼亚州泰特斯维尔学区的体育教育协调员。泰特斯维尔坐落
在匹兹堡市和伊利湖之间的绵延山区中,这个早已没落的工业城镇有6
000人口。如果倒退到1859年,这里曾成功开采出全世界第一口油井。
但是油价始终随着经济状况起起伏伏:现在这里居民年收入中位数为
2.5万美元。这个城市中16%的人口在贫困线以下;而退回到几年前,75%的幼儿园孩子可以得到政府资助的学校午餐。这些都说明,这里并
不是一个富裕的居民区。
1999年,麦考德参观完内珀维尔回到家乡后,几乎一夜间让泰特
斯维尔的体育教育发生了翻天覆地的变化。这个学区有1所高中、1所初
中、4所小学和1所学龄前教育中心,整个学区有2 600名学生。泰特斯
维尔在两所中学里成立了健身中心,购买了心率监测仪,并且在当地医
院的资助下购买了三项体能诊断设备。泰特斯维尔甚至还重新调整课表
时间,增加了10分钟体育锻炼的时间,缩减了文化课的时间。“我们这
样做并没有花一分钱。” 麦考德说到,“而且这将‘不让任何儿童落后’运
动向前推进了一大步,其他人正通过其他途径做到这一点。”
如今,泰特斯维尔的中学有攀岩墙,而且健身中心拥有最新的培
训技术,其中大部分都是捐赠所得。比如,赛百斯公司带来的互动训练
系统(Cybex Trazer)是一台外形酷似立式计算机的全新设备,学生们
可以在上面追逐闪烁的光源。另外在自行车训练游戏中,学生们可以在
屏幕上进行自行车比赛,或者设定环法自行车赛的路线,与虚拟世界中
的兰斯·阿姆斯特朗一同竞技。麦考德还把健身推广到社区,向老年中
心的成员开放学校的健身中心。他还邀请学校其他学科的老师参与其
中:英语课上,学生随身带着心率监测仪进行公开演讲;数学课上,学
生带着心率监测仪学习怎样画图表。麦考德还注意到,社会心理产生的影响也同等重要,从2000年开
始,550名初中生就没有打过架。泰特斯维尔学区自力更生的故事不久
便吸引各州代表前来参观,甚至包括美国疾病预防控制中心的主管。在
一次公开展示期间,当麦考德带领参观人群经过初中的攀岩墙时,他留
意到一个名叫斯丹芬妮的女孩正在攀岩的半途中,由于缺乏经验又有点
笨拙,每个人都能看出她不行。然而她的同学们看到她的奋力拼搏,于
是开始为她鼓劲:“加油,斯丹芬妮!”最后她终于攀到了顶部。后来麦
考德和她聊过这件事,“她哭了起来,简直不敢相信其他同学会为自己
加油。”麦考德回忆起谈话时的情景,“她说,正是同学们的鼓励激励了
她依靠自己的力量奋勇攀登。”
体育锻炼对学生产生明显效果的话题在政府官员中间传播开来。
艾奥瓦州参议员汤姆·哈金(Tom Harkin)最近主持了一场关于在学校
中重开体育课的听证会。举行听证会的起因则是内城区[10]
一所倡导“生
活体育”的学校违规违纪问题减少了67%的新闻。密西西比州堪萨斯城
的林地小学(Wood Land Elementary School)中,几乎所有学生都要申
请政府的午餐补贴。2005年,该校体育教研组把每周一次的体育课扩展到每天45分钟,几乎全部重点都放在有助心血管的运动上。一学期结
束,学生们的体能水平有了显著提高,而且辅导员也报告说,包括暴力
行为在内的违规事件从每年的228起减少到95起。
对一所内城学校而言,经历如此迅速而彻底的改变,就如同让泰
特斯维尔这样的萧条城镇重现昔日繁荣一样,简直是个奇迹。麦考德们
试图帮助所有像斯丹芬妮那样的孩子,而不是仅仅建立一支橄榄球队。
随着孩子们渐渐长大,绝大部分人还会继续锻炼,并十分积极。他们热
衷于皮划艇或自行车,而不是游戏机。他们在运动时,头脑会更灵活、情绪更高涨。
变革要靠年轻人,但正如我们从劳勒、保罗以及麦考德身上看到
的,即使成年人也可以有重大转变,只要认识到体育活动对大脑的影响
力。如果泰特斯维尔能够发现运动的潜力,那么我们其他人也可以。我
希望以这些例子作为一种新的文化模式,最终把身体和大脑重新联系到
一起。正如你看到的,它们本就属于一体。
[1]
一种起源于英国并在美国盛行的球类运动,比赛的目的是掷球攻击对方内场球员。
[2]
ACT考试与SAT(Scholastic Aptitude Test)考试均被称为“美国高考”,它们既是美国大学的
入学条件之一,又是大学发放奖学金的主要依据之一,还是衡量学生综合能力的标准。——译
者注
[3]
迈克 · 迪特卡是芝加哥熊队的前教练,比尔 · 帕索斯是美国最成功的橄榄球教练之一。——
译者注
[4]
由库珀研究院 (Cooper Institute) 开发的综合健康体能测验,被加州教育委员会 (State
Board of Educatoin)指定为加州公立学校必须开展的体能测验。——译者注[5]
是一项用来测试美国中小学生学习成果的标准化考试。包括数学、阅读理解和自然科学等11
个方面的内容。
[6]
统计学概念。第67百分位是指比67%的得分都高的分数。——译者注
[7]
在美国一些地区的学区中,五年级就是初中的第一年。——译者注
[8]
这是一种系统,为复杂的任务提供临时储存空间和加工所需的信息。——译者注
[9]
美国最古老的民族舞蹈之一,每组四对男女构成一个方形跳舞。——译者注
[10]
指一个城市中年代较久远、房屋陈旧的地区,那里常居住着低收入人群。——译者注无论在泰特斯维尔还是内珀维尔,学生们在体育课上跑1 600
米,实际上是在为学习其他课程做更充分的准备:运动提高了理解力,增强了注意力和兴致,减少了几分紧张不安,让人更富有激情和活力。
这对置身在人生课堂里的成年人也同样适用。我们之所以有机会吸收信
息,正是这个突破性的新科学在其中发挥了作用。运动让我们的大脑做
好准备,提高了大脑记录和处理新信息的潜能。
达尔文告诉我们,学习是我们适应瞬息万变的环境的生存手段。
而在大脑的微环境中,这意味着在大脑细胞之间会建立新连接以传递信
息。当我们学习某个知识时,无论是英语单词还是萨尔萨舞步,细胞会
以多样化的形态来编码信息,让记忆自然而然成为大脑的一部分。尽管这种观点作为一种理论已经存在一个多世纪,但直到近代才在实验室中
得到验证。现在我们知道大脑很灵活,用神经学家的术语则称为称具有
可塑性(Plastic)。它更像是培乐多(Play Doh)[1]
彩色橡皮泥而不是
瓷器。大脑是一种有适应能力的器官,就像可以通过举杠铃来锻炼肌肉
一样,输入大量信息也可以塑造我们的大脑。越是频繁使用大脑,它的
适应力就越强。
要理解大脑如何工作以及运动如何通过提高大脑功能来优化大
脑,可塑性(Plasticity)的概念必不可少。
我们所做、所想及所感知的每件事,都是通过大脑细胞或神经元
的相互连接来控制的。被大多数人视为心理状态的东西,实际上源于这
些相互连接的生物学基石。同理,我们的思想、行为和环境也反作用于
我们的神经细胞,影响着这些细胞的连接方式。它绝非像科学家曾经想
象的是一个固定连接系统,大脑会不断形成新的神经线路。我在这里要
告诉你的是,如何成为自己大脑的电工。运动平衡大脑
所有一切都与交流有关。大脑由1 000亿个类型各异的神经元组
成,而神经元间通过数百种不同类型的化学物质传递信息,以此控制我
们的思想和行为。每个神经元从其他10万个神经元那里接收信息输入
后,才会传递出自身的信号。神经元分支间的连接点是突触
(synapse),好比是轮胎接触到公路的地面。突触并不是真正地触碰在
一起,这里的概念会让人有点混淆。因为当神经学家描述突触“连接在
一起”时,指的是建立一种联系。神经元的工作机制是:一种电信号沿
着一个神经元向外伸展的分支——轴突(axon),一直传导到达突触。
在那里,一种神经递质携带化学信号穿过突触间隙。另一端,在下一个
神经元的树突(dendrite)或接收分支上,神经递质与那里的特异性受
体相结合,就像一把钥匙插进一把锁,由此打开了这个神经元细胞膜上
的通道,并将这种信号转化为电流。如果这个神经元接收的电流负荷累
计超过一定的阈值,那么它会发射出一束神经冲动信号,并沿着自己的
轴突传导出去,重复上述整个过程。
● 神经可塑性((neuroplasticity))
由于经验原因引起的大脑的结构改变。大脑有神经元细胞和神经胶质细胞构成, 这些细
胞互相连接,通过加强或削弱这些连接,大脑的结构可以发生改变。
大脑中约80%的信号是由两种神经递质传送出去的,两者相互平衡彼此间的效应:谷氨酸盐(glutamate)刺激神经冲动,开始一连串的
信号传导;γ-氨基丁酸(GABA)则抑制冲动。当谷氨酸盐在两个之前
没有建立过联系的神经元之间传递信号时,这个过程叫激活启动泵
(primes the pump)。当神经学家谈到绑定机制(binding)时,意思就
是神经元间的联系越是活跃,相互间的吸引力就变得越强烈。正如常说
的那样神经元同步触发,同步连接[2]。这使谷氨酸盐成为学习过程中一
个至关重要的因素。
谷氨酸盐像一台可承载负荷的机器,不过精神病学更关注的是一
组对大脑传递信号过程或其他举动起到调节作用的神经递质,它们是血
清素(Serotonin)、去甲肾上腺素和多巴胺。尽管产生它们的神经细胞
只占到大脑千亿细胞的1%,但这些调节器却发挥着强大的影响力。它
们可以指示一个神经元产生更多的谷氨酸盐,还可以提高这个神经元的
效应或者改变其受体的敏感度。它们可以让进入到突触内的其他信号失
活,因此降低大脑内的“杂音”;或者正相反,它们会增强那些信号。它
们也可以像谷氨酸盐和γ-氨基丁酸(GABA)一样直接传递信号,但它
们的根本作用是通过调节信息流,把神经化学物质微调至整体平衡。
● 阈值(threshold)
又叫临界值,是指刺激生物体时,释放某种反应所需的最小刺激强度。
● 突触(synapse)
神经元之间,或神经元与细胞、腺体之间通信的特异性接头。● 血清素(serotonin)
一种抑制性神经递质,最早于血清中发现,在脑皮层质及神经突触内含量很高。血清素
能增强记忆力,保护神经元免受“兴奋神经毒素”的损害。
在后面几章中,你会看到更多血清素的身影。由于血清素有效地
掌控着大脑活动,所以它经常被叫成大脑警察。血清素可控制坏情绪、冲动、愤怒以及攻击行为。比如我们利用氟西汀(Fluoxetine商品名为
百忧解[Prozac])这类血清素药物来帮助人们改善失控的大脑活动,而
失控的大脑活动会引发抑郁症、焦虑症和强迫症。
去甲肾上腺素是科学家为了解情绪而研究的第一种神经递质。科
学家认为它会增强那些影响注意力、认知力、动机以及觉醒状态的信
号。
多巴胺被视为是影响学习能力、奖励系统(满足感)、注意力和
运动的神经递质,有时候它在大脑的不同部位会起到截然相反的作用。
哌甲酯(Methylphenidate)(又叫利他林[Ritalin])通过增加有镇静作用
的多巴胺,来减轻注意力缺陷多动障碍(ADHD)。
我们使用的大多数改善精神状态的药物通常以这三种神经递质中
的一个或多个为目标。但我想充分表明,仅仅增加或降低神经递质的水
平并不能直接得出一对一的结果,因为大脑系统非常复杂。在不同的大
脑中,即使影响的只是一个神经递质,也会产生不同效果的连锁反应。
我告诉大家,长跑1 600米与服用极小剂量的百忧解和极小剂量的
利他林一样,因为与这些药物一样,运动提高了神经递质的水平。这个比喻言简意赅,通俗易懂;而更深层的解释是,运动使大脑中的神经
递质和其他化学物质之间达到平衡。你将会发现,保持大脑功能的平衡
可以改变你的生活。
学习是为了成长
如同神经递质是基础一样,过去15年左右的时间里,还有一类重
要的分子极大地改变了人们对大脑中神经细胞相互联系的看法,特别是
对这些联系如何产生和发展的认识。我所说这个分子是被泛称为因子的
蛋白质家族,而其中最有名的是脑源性神经营养因子(brain-derived
neurotrophic factor,简称BDNF)。神经递质执行信息传递,而像BDNF
这样的神经营养物质则建立和保养神经细胞回路,即大脑自身的基本结
构。
20世纪90年代,在神经学家开始证实记忆细胞机理后,BDNF成为
一个全新研究领域的焦点。1990年之前公开发表的关于BDNF的论文只
有十几篇,1990年,科学家发现了BDNF,它就像是营养神经元的肥料
一样存在于大脑中。参加过瑞典卡罗林斯卡医学院(Karolinska
Institute)BDNF早期研究工作的神经学家艾罗·卡斯特伦(Eero
Castrén)说:“那之后,一场由实验室和制药公司引发的海啸也加入到
争论中。”如今,关于BDNF的研究文献超过5 400篇。海马体
(hippocampus)是大脑中与记忆和学习有关的区域,经证实BDNF存在
于该区域,研究人员开始测试BDNF是否是这一过程中的必要因素。● 脑源性神经营养因子(BDNF)
是一种大脑内合成的蛋白质,负责建立和保养神经细胞回路,是“大脑的优质营养肥料”。
● 长时程增强效应(long-term potentiation,LTP)
给突触前纤维一个短暂的高频刺激后,突触传递效率和强度增加几倍,且效果能保持数
小时至几天的现象。
学习需要通过一个被称为“长时程增强效应”(long-term
potentiation, LTP)的动态机制来强化神经元之间的关系。当大脑需要接
收信息时,这种需求自然就引发神经元之间的活动。神经元之间的活动
越频繁,这种相互间的吸引力就变得越强烈,而信号的发出和传导就变
得越容易。最初的活动是将现存于轴突中的谷氨酸盐输送并穿过突触间
隙,与接收端的受体重新结合在一起。突触上信号接收端的电压在静止
状态中变得越来越强,像磁铁一样吸引谷氨酸盐信号。如果连续不断地
发送信号,就会激活神经元细胞核内的基因产生更多制造突触的原材
料,而且正是有了这种“根基”的支撑,才使新信息有机会成为记忆。
比如,你在学一个法语单词。当你第一次听到单词时,很多神经
细胞被召集起来,相互之间传递着一个谷氨酸盐信号以形成一个新神经
回路。假如你从此再也不使用这个单词,那么与之有关的突触间的吸引
力自然会降低,信号也随之减弱。结果,你忘记了那个单词!一个令记
忆研究者感到震惊的研究发现,让哥伦比亚大学的神经学家埃里克·坎
德尔(Eric Kandel)赢得了2000年诺贝尔奖。这个发现就是,不断重复
激活或者练习,会让突触自发肿胀,建立更强的联系。一个神经细胞就像一棵树,突触就是生长的分支,而最终树干会长出新的分支,即会有
更多的突触进一步巩固相互间的联系。这些变化是突触可塑性
(synaptic plasticity)这一细胞适应机制的一种表现形式,而BDNF则在
其中起到重要作用。
很早以前,研究者发现往皮氏培养皿内的神经细胞上撒些BDNF,细胞就会自发生成新的分支,学习需要相同的构造性成长,这也促使我
们把BDNF视为“大脑的优质营养肥料”。
BDNF还与突触上的受体结合,释放离子流,增加电压后迅速扩大
信号强度。另外,BDNF可以激活神经细胞内的基因,制造更多的
BDNF以及建立突触所需的血清素和蛋白质。BDNF不但是交通指挥
员,还是公路设计师。总之,BDNF可以提高神经细胞的功能,促使它
们生长,同时巩固和抵御其细胞死亡的自然进程。另外,正如我想在本
书中解释清楚的:BDNF是思想、情感和运动之间至关重要的生物学纽
带。
心与身的连结
纽约大学神经生理学家鲁道夫·利纳斯(Rodolfo Llinás)在其2002
年出版的著作《漩涡中的我:从神经元到自我》(I of the Vortex: From
Neurons to Self)中提到,只有移动的生物才需要一个大脑。他以海鞘
(一种类似水母的微小生物)为例阐明观点:刚出生时,海鞘有一条简
单的脊髓和300个神经元组成的“脑”。海鞘幼虫在浅海附近游来游去,直至找到一块满意的珊瑚,便会在上面安家。它只有12个小时寻找一块
礁石,否则就会死去。事实上,在安全附着后,海鞘就会吃掉自己的
脑。海鞘一生的大部分时间看上去更像是植物而不是动物。因为既然它
不再运动了,那么脑也就没有什么用处了。利纳斯解释道:“所以我们
称思考是由进化产生的内化运动。”
人类在进化时,从生理技能发展出许多抽象能力:预测、排序、评估、计划、复述、观察自我、判断、纠错、转变策略以及记住我们为
生存而做的每件事。我们的古代祖先钻木取火的大脑回路,和我们今天
学习英语的大脑回路并没有两样。
小脑(cerebellum)能够协调运动,使我们做到从网球接发球到抵
抗重力作用的任何事。有证据表明,连接人类小脑和前额叶皮层的神经
细胞主干要比猴子更粗。现在看来,这种运动中枢神经对思维、注意
力、情感,甚至是社交技能同等重要。我称小脑是节奏蓝调(RB)中
心。当我们在做运动特别是复杂的运动时,我们同时也在锻炼与一整套
认知功能密切相关的大脑区域;我们能促使大脑发出的信号沿着相同的
神经细胞网络传导,巩固神经细胞之间的联系。
当我们学习时,一系列相互关联的脑部区域都被调动起来。如果
没有前额叶皮层的监督,海马体就不会积极参与。总之,前额叶皮层既
组织心理活动,也组织生理活动,其接收输入并向大脑中最庞大的神经
连接网络发出指令。前额叶皮层就是大脑中的老板,就其本身而言,除了负责其他事情之外,它还通过所谓的工作记忆来监控我们当前的情
况,抑制刺激和发起行动,以及判断、计划、预测等所有的执行功能。
前额叶皮层如同大脑的首席执行官(CEO),不但必须与首席运营官
(COO)——运动皮层——保持密切联系,还要与其他各个区域紧密联
系。
海马体则有点像绘图师,它从工作记忆区域接收信号输入后,与
现有记忆相互比对,在形成新的关联之后,再向老板汇报。科学家认
为,记忆就是分散在大脑各处信息片段的集合。海马体担任中转站的角
色,从皮层接收信息片段,接着把它们捆扎在一起,然后再把它们汇集
成一幅独一无二的、新颖的连接地图。
比如,当我们学习一个新单词时,大脑扫描图显示前额叶皮层会
因活跃而发亮(就像海马体和诸如听觉皮层等相关区域所做的那样)。
一旦通过谷氨酸盐的释放来建立神经回路,我们就学会了这个单词,前
额叶皮层就会逐渐变暗。在完成对这个计划开始阶段的监管后,前额叶
皮层会放松对这组优秀“雇员”的监督,继而转向新挑战。
我们就是这样逐渐认识事物,就是这样让骑自行车这类活动成为
一种习惯。思考和运动的模式被自动储存于基底核、小脑和脑干这些原
始区域。就在不久之前,科学家还认为它们只和运动有关。把基础知识
和技能交给这些潜意识区域来处理,让大脑的其他区域有时间继续调整
适应,这是一个相当重要的安排。想象一下,如果我们不得不停下来,尝试处理每一个思考过程,记住每一个动作,那么,恐怕我们在倒早晨
第一杯咖啡前,就已经因精疲力尽而瘫倒了。这就是晨跑如此重要的原
因。运动让神奇的“脑细胞肥料”变多
1995年,当时我正在为自己的新书《大脑使用指南》(A User’s
Guide to the Brain)收集资料,碰巧发现《自然》杂志上有一篇关于“老
鼠运动和BDNF”的论文。尽管篇幅还没有一篇专栏文章长,但却说明了
一切。即运动提高了整个大脑的优质营养肥料。
这个研究的设计者卡尔·科特曼(Karl Cotman)是加州大学欧文分
校(University of California, Irvine)脑部衰老与老年痴呆研究所
(Institute for Brain Aging and Dementia)主任。“我原以为运动皮层、小
脑、感觉皮层这些大脑的运动感觉区域会发生较大的变化,或许连基底
核都会略有变化,因为它们都与运动有关,”他回忆说,“可是当我们冲
洗出首批脑成像胶片时,见鬼!变化却出现在海马体中。这个重要发现
的意义在于,海马体是大脑中极易受到退行性疾病影响但又是学习必需
的区域。在我看来,那一瞬间彻底改变了整个游戏规则。”
这个消息绝对出乎我的意料。根据多年来从很多患者身上看到以
及了解到的运动对神经递质的影响,我始终对外提倡利用运动治疗注意
力缺陷多动障碍和其他心理疾病。但这项研究有所不同,通过证明运动
激活学习过程的主控分子,科特曼确定了运动和认知功能之间存在一个
直接的生物学联系。这样,科特曼开拓了通往神经科学—运动学研究的
道路。科特曼是在BDNF准确位置被发现不久之后进行这项实验的,当时
并没有证据显示BDNF与运动有任何关系。此后不久,科特曼指导了这
次实验,而他的假说完全是一种新的创举。他刚完成一个关于老化的长
期研究,想要弄清那些保持头脑最佳状态的人是否有什么相似之处。4
年时间里,通过对认知功能衰退极少的人进行研究,科特曼发现了3个
因素:教育、自我效能感(self-efficacy)[3]
和运动。前两者并不怎么令
人惊讶,让科特曼好奇的是最后一个因素。“我开始想,到底发生了什
么呢?”他说,“原先的假设是,运动对大脑没有影响。但我猜想,在某
种程度上它必定和大脑有关系。”
假如那时候你问是什么可变因素构成了整个大脑健康的基础,那
么大多数科学家可能会回答是BDNF。科特曼说,“因为它们在某种程度
上家喻户晓”,每个人都知道它们可以帮助培养皿中的神经元活得更
长。虽然变化有点太快,但如果科特曼把运动和BDNF联系到一起,那
么对于“为什么在老化研究中发现了运动因素”至少他会有一个貌似合理
的解释。
科特曼设计了一个实验,测量运动中的老鼠大脑BDNF水平前提
是它们是自愿运动的。如果强迫老鼠在跑步机上跑步的话,他担心同
行可能会认为实验结果源于老鼠所承受的压力。不过这不是问题:他可以利用转轮。从这点看这个研究领域是全新的,光是寻找让学校审
核用于实验的老鼠设备,就够痛苦的——科特曼必须为这些可能符合
实验协议的不锈钢转轮付出每个1 000美元的费用。“我记得自己一边
签购货单一边想,真是麻烦啊!我只希望它不会失灵。”他开玩笑
道。最糟糕的是,科特曼所有的博士后研究生都不愿意加入这项研
究,所以在找到一个物理治疗法专业并喜欢这个实验构想的学生之
前,科特曼只得请硕士研究生来进行实验。
与人类不同,啮齿目动物似乎生来就喜欢运动,科特曼的老鼠
一个晚上能跑几公里。老鼠被分成四组:一组跑两个晚上,另外两组
分别跑四个晚上和七个晚上,还有一组是不参与转轮跑步的对照组。
实验中,研究者先给老鼠注入一种能与大脑内BDNF相结合的分子,再对它们进行扫描,结果发现,运动组老鼠大脑内BDNF增加幅度超
过对照组,而且每只老鼠跑得越久,大脑内的BDNF水平就越高。当
科特曼看到这些结果——海马体上出现BDNF陡增——他简直难以相
信。“我当时说,不,伙计们,我们肯定出错了!可恶的海马体活跃
性增强了。我们必须重新做这个实验,这太不可思议了。”之后,我
们重做了这个实验,但还是得到了同样的结果。-------------------------------
BDNF和运动产生同步变化的事实,逐渐证明了 BDNF不仅对神经
细胞的存活很重要,而且对神经细胞的生长(发出新的分支)也很重要,因此它对学习也很重要。艾罗·卡斯特伦和哥伦比亚大学坎德尔实
验室的苏珊·帕特森(Susan Patterson)共同发现,通过让老鼠学习刺激
长时程增强效应(LTP),它们脑内BDNF水平就会相应提高。研究者
观察老鼠的大脑,发现缺乏BDNF的老鼠失去了LTP的能力;反之,直
接把BDNF注射到老鼠大脑内,则能促进LTP。神经外科学家戈麦斯·皮
尼利亚(Gomez Pinilla)曾是科特曼的博士后研究生,他证实,如果让
老鼠大脑内的BDNF无法正常工作,那么水池中的老鼠就难以找到水下
暗藏的平台而逃脱。这一切概括起来形成了“运动有助于大脑学习”的可
靠证据。
“运动最显著的一个特征是,它能提高学习效率,但有时候人们在
研究中会忽略这一点。所以我认为这绝对是一个非常棒的重要信
息,”科特曼说,“因为它意味着,如果你身体健康,就能更有效地学习
和工作。”
实际上,在2007年的一项人类研究中,德国研究人员发现,人们
在运动后学习词汇的速度比运动前提高了20%,学习速度和BDNF水平
有直接关系。同理,那些由于基因变异导致BDNF缺失的人,更有可能
缺乏学习能力。没有优质的营养肥料,大脑就关闭了自身通往世界的大
门。精神病学勉强接受了这个观点:运动可以创造一个有助于学习的
环境,从而有助于改善我们的心理状态。不过科特曼的工作为证实“运
动能够增强学习的细胞机器”打下了基础。BDNF为突触提供工具以接
受、处理、关联、记住信息,并把它放入相关背景中加以理解。这并不
意味着,跑1 600米就会让你变成天才。“仅仅靠注射BDNF绝不可能让
你变得聪明,”科特曼指出,“学习时,你可以一种不同的方式作出反
应,而反应的对象早已经存在了。”
毫无疑问,关键在于这样东西是什么。大脑真的会长大
现代神经科学之父拉蒙·卡哈尔(Ramón y Cajal)提出中枢神经系
统由独立神经元组成,在被他称为“极化接合点”的地方完成交流,拉蒙
因此获得了1906年的诺贝尔医学奖。推崇其观点的科学家提出学习与突
触变化密切相关的理论,尽管这一理论受到赞扬,但大多数科学家却并
不买账。直到1945年,加拿大麦吉尔大学(McGill University)的心理
学家唐纳德·赫布(Donald Hebb)偶然中首次发现了可作为证据的迹
象。那时实验室的规定很松散,赫布觉得带几只实验室老鼠回去给孩子
做临时宠物可能是个不错的主意。结果,把老鼠重新带回实验室后,赫
布发现,与关在笼子里的同类相比,这几只老鼠非常擅于学习测试。被
孩子们抚摸和嬉戏的新奇体验以某种方式提高了它们的学习能力。赫布
认为这种经历改变了它们的大脑。在备受赞誉的教科书《行为的组织:
一种神经心理学的理论》(The Organization of Behavior: a Neuropsy
Chological Theory)中,他把这种现象描述为“使用–依赖可塑性”(use-
dependent plasticity),认为突触在学习的刺激下会重新进行自我调整。
赫布的工作与运动密不可分。因为至少就大脑而言,体育活动算
是新奇的体验。20世纪60年代,加州大学伯克利分校的心理学家们把一
种叫“环境优化”(environmental enrichment, EE)的实验模型作为测
试“使用–依赖可塑性”的手段。这次,研究人员没有把老鼠带回家,而
是在它们的笼子里放置了玩具、障碍物、隐藏的食物以及转轮。研究人员还把老鼠们聚集起来,以便它们能够社交和
玩耍。
然而实验并非完全是充满和平与爱心的,因为最终这些啮齿目动
物的大脑是要被解剖的。实验表明,生活在一个有更多感官刺激和社会
化刺激的环境中,老鼠的大脑结构和功能皆发生了改变。老鼠不仅能更
好完成学习,相对那些住在空荡荡笼子里的同类,它们的大脑重量也重
了许多。赫布对可塑性的定义并没有包括神经元的增生。神经学家威廉
·格里诺(William Greenough)读研究生期间,对加州大学伯克利分校
的研究有强烈的兴趣,他回忆道:“那时候,要是从生理学上提出,大
脑确实可以通过某些经历而发生改变,那几乎就等于异端邪说。”
格里诺想对“环境优化”项目做个调查,却被一通警告而打消了那
种念头。他回忆说:“我的导师斩钉截铁地对我说,如果你把那个研究
作为毕业论文,那你肯定会四面楚歌。”随着加州大学伯克利分校的研
究结果被不断复制,“运动影响大脑”的观点也有了立足之地。哈佛大学
的一个小组也用类似的研究从反面证实:环境的缺失会使大脑萎缩。通
过手术将猫的一只眼睛缝合起来并饲养一段时间后,研究人员发现它们
的视觉皮层明显缩小。整个研究证实,用肌肉比喻大脑以及用进废退的
观念是成立的。
这不但挑战了生物学和心理学长期各自为政的局面,而且“环境优
化”的社会意义是完全不同的。加州大学伯克利分校的研究促成了“开端计划”(Head Start)的诞生。这是一项提供资金让贫困孩子进入幼儿园
的美国联邦教育计划。为什么必须让贫困孩子离开空无一物的“笼子”?
这个研究领域突然间备受欢迎,许多神经学家开始研究用不同的方法刺
激大脑生长。
曾安心于在伊利诺伊州立大学舒舒服服做一名教员的格里诺重新
回到这个研究领域。20世纪70年代早期,在一次具有重要影响力的研究
中,他用一台电子显微镜展示了“环境优化”可以促使神经元生长出新的
树突。学习、运动和社交活动刺激并引发了分支扩张,继而促进其上的
突触形成更多的神经连接,而位于这些神经连接上的许多髓鞘也随之加
厚,髓鞘可以使神经连接更有效地释放信号。
现在我们知道,这种增生需要BDNF。这种突触的改建对神经回路
处理信息的能力产生了巨大影响,显然这是个好消息。这意味着,你有
力量改变你的大脑,而且你要做的仅仅是穿上你的跑步鞋。
运动能为大脑制造替换零件,诱发神经新生
随着突触可塑性的概念渐渐受到神经科学领域的认可,一种关于
增生的更为激进的观点逐渐变得可信。20世纪大部分时间里,科学界坚
持信奉大脑是一个在青春期就完全发育成熟的硬件。也就是说,我们出
生时的神经元就是我们将来拥有的全部。我们可以随心所欲地重新调整
突触,但神经元只会损耗,而且毫无疑问,我们还会加速神经元的衰
退。初中的生物老师可能会提出一个观点,这个观点会吓得你未到法定年龄就不敢饮酒,“现在,你给我记住:酒精会杀死脑细胞,而脑细胞
是永远不会再生长的。”
● 神经新生(neurogenesis)
从神经元干细胞、祖细胞中再生神经元的过程。
你猜结果怎么样?它们真的又生长了——而且达到数千个。科学
家逐渐学会了使用那些先进的成像仪器来观察大脑,他们找到了确凿的
证据,并在1998年公布了一篇有巨大影响力的论文。这个证据来源于一
份不可思议的原始资料。癌症患者有时需要注射一种染色剂,它会出现
在增殖癌细胞里,便于跟踪癌细胞的扩散情况。观察那些捐献遗体的晚
期癌症患者的大脑时,研究者发现他们的海马体也充满了染色标记,这
证明神经元就像身体其他细胞一样,正在分裂和增殖——这个过程被称
为“神经新生”(neurogenesis)。于是,科学界正式认定它为神经科学领
域最大的发现之一。
曾经,从斯德哥尔摩到南加州,再到普林斯顿,神经学家们都争
先恐后要找出我们的新生脑细胞到底有什么作用,因为它的意义是广泛
而深远的,帕金森氏病(Parkinson’s)以及阿尔茨海默病之类的退行性
疾病的根本病因便源于神经细胞的死亡和受损。老化本身就是一种细胞
的死亡,然而我们突然认识到,至少在大脑某些区域中存在一个内部的
对抗手段。或许一旦搞清如何快速启动神经新生,我们就能为大脑制造出替换零件。
那么这对健康的大脑来说又意味着什么呢?其中一条关于神经新
生的线索来自山雀研究。山雀在每年春天会学习新的鸣叫声,而且在短
期内,它们的海马体上也显示出新细胞的增生。这是巧合吗?新生的细
胞暗示其在学习中起到的某种作用,但我们很难得到这类证据。就像突
触的可塑性一样,“神经新生显然与我们和环境的相互作用有关,不仅
仅在情感上,在认知上也有关系”。加州索尔克研究所(Salk Institute)
的神经学家弗雷德·盖奇(Fred Gage)说:“设法弄明白神经新生到底有
什么作用,这真的是一个有趣的难题。”1998年,瑞典人彼得·埃里克森
(Peter Eriksson)领导了这个关键性研究,而盖奇是和他一起工作的研
究人员之一。
新生的神经元是完全空白的干细胞(stem cell),要经历一个发育
过程才能形成神经细胞。在这个过程中,它们必须找到事情做才能生存
下来,但大多数都没有成功。一个新生的细胞要经过28天才能加入到
一个神经网络中。和已经存在的神经元一样,赫布关于活动依赖性学习
的概念将得到应用:如果我们不使用新生的神经元,我们就会失去它
们。盖奇重新运用环境优化模型在啮齿目动物身上验证了这个观
点。“开始进行这个实验时,我们必须要同时处理各种各样的问题。”盖
奇说,“我们需要耍手段得到实验结果,但令我们吃惊的是,仅仅在笼
子里放一个转轮,就能对新生神经细胞的数量产生显著影响。而讽刺的
是,跑步组的神经细胞死亡率和对照组一样,所不同的仅仅是前者的细胞储备库比较雄厚而已。一个神经细胞要生存并加入到神经系统中,就
必须生长出它的轴突。”运动产生大量神经元,而环境优化的刺激则有
助于神经元的存活。
第一个在神经新生与学习之间建立明确关联的人是盖奇的同事汉
丽埃塔·冯·布拉格(Henrietta van Praag)。他们在一个水池中装满不透
明的水,水面刚刚淹没水池角落里的平台。老鼠不喜欢水,研究者用实
验来测试它们对平台的斜坡,即逃生路线的记忆程度如何。研究者比较
了不运动的老鼠和每晚在转轮上跑4~5公里的老鼠,结果显示,运动的
老鼠记住了在哪里能迅速找到安全地带。虽然两组老鼠的游泳速度相
同,但运动的老鼠能径直朝平台游去,而不运动的老鼠则在水中四处乱
撞后才找到平台。研究者解剖老鼠后发现,运动的老鼠海马体中新干
细胞的数量是不运动的老鼠的两倍。总结实验结果时,盖奇说:“细胞
总数和一只老鼠进行复杂任务的能力之间有显著关系。一旦阻碍神经新
生,老鼠就无法回忆信息。”
虽然整个研究的对象是啮齿目动物,但我们知道实验可能与内珀
维尔校区的体育课有一定的关联:体育课为大脑提供学习所需的最佳工
具,而课堂上的学习刺激又促使那些新生的神经细胞连接到神经网络中。只有在那里,它们才能成为信号传递系统中的重要成员。神经元被
赋予一个使命,通过运动更好地激发LTP,似乎就会新生出大量的神经
细胞,它们都是可塑之材。普林斯顿大学的神经学家伊丽莎白·古尔德
(Elizabeth Gould)由此联想到,也许新生神经元在保存我们的有意识
思维方面起到了重要作用,而前额叶皮层则决定是否要把这些新神经元
连接起来作为一个长期记忆。古尔德是首位证实灵长目动物长出新神经
元的研究者,她的研究成果为人类神经新生的实验创造了条件。
她和神经科学领域的其他学者一样,还在分析神经新生和学习之
间的关系,而运动已经成为一个重要的实验工具。不过有趣的是,很少
有科学家会因为对运动感兴趣而去研究它,正如2006年公布的一份关于
海马体研究的文章标题所说,他们之所以喜欢让老鼠跑步,是因为运动
能“大大增加神经新生”,因此可以让研究人员分析这一过程背后的一系
列信号。这也是制药公司制造药物所必需的,他们一直梦想有一种治疗
老年痴呆症的药丸,能复活神经元以保存完整的记忆。最近,哥伦比亚
大学的神经学家斯科特·斯莫尔(Scott Small)在以人为对象的研究中,利用核磁共振成像技术(MRI)跟踪拍摄神经新生现象。他说:“海马
体里肯定有某种感知运动和语言的化学物质,好吧,让我们开始快速制
造新细胞吧!如果我们确定了那些分子途径,也许我们就能想出聪明的
办法,从生化学角度诱导神经新生。”
试想一下要是他们把运动装进一个瓶子里,会怎样呢?锻炼身体的同时,也在锻炼大脑
如果人类打算生产新的神经细胞,那么我们还需要营养它们的肥
料吗?从一开始,研究神经新生的科学家就很熟悉BDNF。这些科学家
早已明白如果没有这种优质的营养肥料,大脑就无法接收新信息,而现
在人们又知道BDNF是制造新细胞必不可少的成分。
BDNF聚集在突触附近的储备库中,随着血液的泵出而被释放出
来。在这一过程中,身体内大量激素被调动起来发挥协同作用,由此科
学家带给我们一串新的缩写词:IGF-1(胰岛素样生长因子-1)、VEGF(血管内皮生长因子)以及FGF-2(成纤维细胞生长因子-2)。在
运动期间,这些因子成功穿过血脑屏障(blood-brain barrier)(血脑屏
障是一种由细胞紧密相连构成的毛细血管网,它可以阻挡类似细菌的大
型侵入者进入大脑。)近年来,科学家刚刚认识到,一旦进入大脑后,这些因子和BDNF共同发挥作用,为学习的分子机器做好准备,尤其在
运动的时候,大脑内部也会产生这些因子来促进干细胞分化,而更重要
的在于这些因子描绘出身体到大脑的直接连接路线。
在运动过程中,当肌肉感觉需要更多能量时,它们就释放IGF-1因
子。葡萄糖不仅是肌肉的主要能量来源,更是大脑唯一的能量来源。
IGF-1与胰岛素共同合作把葡萄糖输送到你的细胞里。有趣的是,IGF-1
在大脑中的作用与能量控制无关,而是与学习有关,这样我们就能记住
在自然环境中哪里能找到食物。运动时,BDNF不但帮助大脑增加IGF-1含量,而且还激活神经元产生发送信号的神经递质,比如血清素和谷氨
酸盐。它还会刺激更多BDNF受体的产生,增强神经元之间的联系以巩
固记忆。特别是BDNF,它似乎对建立长期记忆很重要。
从进化角度看,这完全符合进化的道理。如果排除其他一切因
素,那么我们需要的学习能力只是为了帮助我们找到、获得并储存食
物。我们需要能量来学习,我们需要学会发现能量的来源——身体发出
的所有信息都是为了让这个过程延续下去,并且让我们不断适应环境生
存下来。
为了向细胞输送能量,我们需要新的血管。当我们的身体细胞缺
氧时,就会像肌肉运动缺氧所做的那样:VEGF开始工作,在身体和大
脑中生成更多的毛细血管。研究者推测,对神经新生至关重要的一点
是,VEGF改变了血脑屏障的可渗透性,即在运动期间,打开原来的血
脑屏障,让其他的因子通过。
● 胰岛素样生长因子(IGF-1)
IGF-1 也被称作“促生长因子”,是一种在分子结构上与胰岛素类似的多肽蛋白物质。
在婴儿的生长和在 成人体内持续进行合成代谢作用上具有重要意义。
我们体内另一个重要成分——FGF-2也进入到大脑内。就像IGF-1
和VEGF一样,在运动期间,FGF-2的数量也有增加,而且它是神经新
生所必需的因子。FGF-2在身体内帮助组织生长,而进入到大脑后,它
对LTP的过程起到重要作用。● 成纤维细胞生长因子(FGF-2)
由垂体和下丘脑分泌的多肽。能促进成纤维细胞有丝分裂、中胚层细胞的生长,还可
刺激血管形成,在创伤愈合及肢体再生中发挥作用。
随着年龄的增长,这三种因子和BDNF的数量都会逐渐减少,而神
经新生也随之减少。甚至在我们衰老之前,这些因子和神经新生数量的
减少都会体现在紧张和抑郁上,随后我会在书中介绍这些内容。对我而
言,这实在是鼓舞人心的消息。如果能提高身体内的BDNF、IGF-1、VEGF和FGF-2水平,就意味着我们掌握了某种方法控制老化。
这是生长与老化、活动与不活动之间的较量。身体需要动力,当
我们激励身体的同时,也在激励我们的大脑。学习和记忆与运动技能共
同进化,运动技能使我们的祖先有机会找到食物,就我们的大脑而言,如果我们停止活动,就真正失去了学习的必要。做出运动选择:兼顾技巧训练和有氧训练
现在,你已经知道运动如何在三个层面提高学习能力:首先,它
完善你的思维模式以提高警觉力、注意力和驱动力;其次,它让神经细
胞准备就绪,并促使它们相互连接起来,这是连通新信息的细胞基础;
最后,运动激发海马体的干细胞分化成新的神经细胞。不过现在你一定
还想知道什么是最佳的运动计划。我倒希望能给你一个强健大脑的理想
运动模式和运动量,可是科学家也刚开始探索这类问题。“还没有人完
成这样的研究,”威廉·格里诺说,“但据我看,五年后我们的收获会更
多。”
不过我们还是可以从现有研究中得出肯定的结论。科学家能确定
的一点是,在进行高强度运动的同时,你无法学会复杂的事情。因为这
时血液都从前额叶皮层分流出去了,妨碍了你的执行功能。比如,让大
学生一边在跑步机或健身单车上坚持20分钟高强度锻炼、达到最大心率
70%~80%的同时,一边进行综合学习测试,结果并不理想。(所以不
要一边在跑步机上狂跑,一边准备法学院入学考试。)不过,一旦你运
动完,血液几乎会立刻回流,这时如果有需要敏锐思维和复杂分析力
的事情,就正是注意力集中的最佳时刻。
2007年有一个著名的实验证实,在跑步机上完成一次35分钟、心跳达到最大心率60%或70%的锻炼后,被试的认知灵活性大大提
高。在这个实验中,研究者要求40名成年人(50~64岁)迅速说出普
通物品的另一些用途,比如报纸是用来阅读的,但还可以用来包鱼、垫鸟笼、包盘子等。研究者让一半的被试看电影,而另一半被试做运
动。他们分别在此之前及之后立即接受测试,并且在20分钟后再接受
测试。观看电影组前后没有变化,而运动组在锻炼刚结束后,讲述速
度和认知灵活性都提高了。认知灵活性是一种很重要的执行功能,它
反映出我们改变想法的能力以及源源不断地产生创造性思维和答案的
能力,而不是照搬常见的回答。在一些要求高智商的工作中,这种特
性与高效率有关系。所以,如果你计划某天下午参加一次需要集思广
益的重要会议,那么在午饭时间来一次快速短跑无疑是个妙招。-------------------------------
我在本章中大量提到的这些研究都以运动对海马体的影响为主要
内容,由于运动在形成记忆方面起到的作用,也因此让它成为学习的关
键因素。海马体并不会到一定程度就自己停下来,主动中断新神经回
路。学习是前额叶皮层指导,调动许多区域共同参与的过程。大脑必须
意识到进入的刺激,随后把它放到工作记忆里,同时给予它情感上的重视,并把它和过去的经历相关联,再把整个信息与海马体联系起来。前
额叶皮层分析并确定信息顺序,然后把每件事联系在一起。前额叶皮层
与小脑及基底核共同合作,保证信息往返的节奏,确使这些功能正常发
挥。提高海马体的可塑性可以巩固这条信息链中的一个关键环节但通过
学习可以在整个大脑中产生出更浓密、更健康、联结更顺畅的神经元。
我们建立的神经网络越多,储存的记忆和经历越丰富,那么学习起来就
更容易。我们已经掌握的东西,就是形成日益复杂的思维能力的基础。
● 最大心率
(Maximal Heart Rate, MHR)
指进行运动负荷时,随着运动量的增加,耗氧量和心率也增加,在最大负荷强度时,耗氧量
和心率不能继续增加心率达到最高水平。在测定心脏最大工作能力和最大耗氧量时,最大心
率是一个重要的参考依据。目前最流行的最大心率计算公式为:最大心率= 220 -实际年
龄。
那么,你需要多少有氧运动来保持健康的体型呢?日本有一个小
规模的科学研究发现,每周慢跑两次、每次30分钟,那么12周的时间就
能提高大脑的执行功能。关键是,要综合某种形式的活动,这种活动需
要协调的不仅仅是双脚。几年前,格里诺做过一个实验。在实验中,他
教一些老鼠学习复杂的控制技能,比如走平衡木、在不稳定物体上行走
以及攀爬弹性绳梯等。格里诺比较了跑步的老鼠和学习杂耍的老鼠。经
过两周的训练,学习杂耍的老鼠的小脑内BDNF增加了35%,而跑步老
鼠的那个区域却没有任何变化。这扩展了我们从神经新生研究所获得的
成果:有氧运动和复杂活动对我们大脑产生各自不同的有益影响。好消息是它们之间是互补的。“重要的是,把两者都考虑进来。”格里诺
说,“虽然证据并不完美,但说真的,你的养生之道一定要包括技巧学
习和有氧运动。”
我要建议大家的是,要么选择一种能同时锻炼心血管系统和大脑
的运动——网球就是个好运动;要么在攀岩或平衡练习这类无氧技巧型
活动前,做十分钟有氧热身操。有氧运动能增加神经递质、建立新的血
管来输送生长因子,促使新细胞的生成;通过经强化与拓展的神经网
络,复杂的活动让所有这些元素都投入使用。活动越复杂,突触的联系
也越复杂。即使这些神经回路是在运动中建立的,在思考时,它们也能
被其他区域激活利用。这就是会弹钢琴的孩子为什么学数学更容易的原
因。前额叶皮层会吸纳身体技能产生的心理力量,并在其他情况下发
挥作用。
学习瑜伽的姿势、芭蕾舞的动作、体操的技巧、花样滑冰的基本
原理、普拉提的弯曲动作、空手道的招数,所有这些活动的训练都能让
大脑的全部神经细胞参与其中。比如对舞蹈演员的研究证明,不规则的
舞蹈节奏与有规则的舞蹈节奏相比,更能提高大脑的可塑性。因为与这
些活动有关的技巧都是特别的动作形式,它们起到活动依赖性学习的作
用。这种活动依赖性学习让赫布的老鼠变得更聪明,而且格里诺也证
实,它让突触生长得更密集。
当我们不得不学习一种比走路更复杂的运动技能时,实际上这一学习过程刺激了我们的大脑。最初,你会有点尴尬和手足无措,但当连
接小脑、基底核与前额叶皮层的神经回路开始变得活跃起来时,你的动
作就会变得越来越精准。随着不断的重复与练习,神经纤维外面会形成
更厚的髓鞘。髓鞘能够提高信号发送的质量和速度,继而提高神经回路
的效率。以空手道为例,当你的某些招式练得炉火纯青后,你可以把它
们组合成更复杂的动作;而不久之后,你又会对新招数产生新反应。这
也同样适用于学习探戈,你必须回应舞伴,这对你的注意力、判断力和
动作精确度都提出了更高的要求,而情况的复杂性是呈指数级增长的。
只要再加点乐趣和人际互动,你就能激活大脑和肌肉完全参与到整个学
习过程中。然后你会准备好迎接下一个挑战,整个过程就是这样。
[1]
世界第二大玩具生产和销售企业,美国孩之宝玩具公司旗下品牌之一。——译者注
[2]
Neurons that fire together wire together. 这是加拿大神经学家唐纳德 · 赫布(Donald Hebb)在
20世纪50年代提出的赫布定律,说明记忆是同步触发的神经回路。——译者注
[3]
人们对自己是否能够成功地进行某一成就行为的主观判断。1977年,心理学家阿尔伯特 · 班
杜拉(Albert Bandura)首次提出这一概念。——译者注苏珊非常焦虑。装修队进驻她的厨房已经是一年多前的事了,但
她还是恐惧那种间歇性的沉寂,而不是装修带来的吵闹声。沉
寂意味着:不知出于何种原因工作停止,装修期可能要延期。她根本不
知道何时能重新使用她的厨房,更别提她的正常生活了。任何生活在装
修状态下的人遇到下面这些情况都会极度心烦意乱:每天有陌生人在你
家晃进晃出,你无法控制自己的时间,家中到处弥漫着石膏板的灰尘,混乱不堪。更致命的是,在整个装修期间,工人一进你家就如若进自家
大门。
四十出头的苏珊此前一直是个活泼友善的女人:她是三个正在上
学的男孩的母亲,也是家长教师联谊会(PTA)的会长,又是一位骑
师,还是一位日程安排得很满的专业志愿者。可是突然间,她被迫整日留守在家中,等候装修工人的到来,而没想到的是经常等到他们取消预
约的消息。换作是谁都会抓狂。苏珊被束缚在千疮百孔的家中,不知道
该怎么办。为了缓解这种情绪,她开始选择喝葡萄酒,一杯之后又是一
杯。不久之后,她发现自己在午饭前就已经打开了一瓶上等的夏敦埃葡
萄酒。“全是夏敦埃酒,”她说,“我只喝它。”
苏珊的世界突然缩小了,而且正如我要提到的,她的大脑也缩小
了。由于担心这种应对方式会让自己成瘾,苏珊找到我。她坐在我的办
公室里,我们讨论采用什么方法改变她一有压力就伸手拿酒的习惯。我
希望帮她找到某种在家中就能直接做的事,这件事首先能分散她的注意
力,其次还要能释放她的压力。她不太爱去健身房,但她体格相当强
健,而且不经意间她还流露出自己喜欢跳绳。这太好了!于是,我建议
她每当感觉压力来袭时,就开始跳绳。
当我再次见到苏珊时,她告诉我,她把家中每个地方放置的绳子
都跳过了,现在她已经不再借酒解压了。即使这样短时迸发的活动,也
能让她立刻感到更有自控力,就像自己是命运的主宰者一样。她还感到
一种真正的轻松——不仅舒缓了肌肉的紧张,焦躁不安的情绪也得到缓
解。她把这种减压方式解释成:“我感觉跳绳好像重新启动了我的大
脑。”
重新定义压力
每个人都知道压力,但我们真的了解它吗?从形式、大小和时间长短,皆有不同,社会压力、生理压力、新陈代谢引起的压力只不过是
其中的几种。大多数人不加区别地给成因和结果统统冠以“压力”这个
词。这个世界施加在我们身上的“压力实在太大了”当我们遇到每件看起
来很麻烦的事情时,我们也会有同样的感觉:“压力太大了,我都没法
清楚地思考了。”科学家自己也并非总能分清心理压力和面对压力的生
理反应这两者的区别。
● 压力(Stress)
身体平衡状态的一个威胁。它是一种对反应的考验, 一种对适应的要求。
压力是一个颇具延展性的术语。部分原因在于,感觉所跨越的情
感范围很广,从轻微的警觉状态到被命运完全击垮的绝望。在这个范围
的尽头,就是你所熟知的备受压力。那是一个孤独的地方,那里的问题
看起来通常都是不可征服的艰难险阻。在那里待久了,压力就成了慢性
压力,会把紧张情绪变成生理压力。在慢性压力中,身体应激反应引发
的连锁反应不但会导致诸如焦虑和抑郁等全面的心理失常,还会升高血
压、增加心脏病和癌症的发病率。慢性压力甚至还会破坏大脑的结构。
如何理解压力这样一个模糊的概念呢?只要记住它的生物学定义
即可。压力是身体平衡状态的一个威胁,是一种对反应的考验,一种对
适应的要求。在大脑中,任何引起细胞活动的事情都是一种压力形式。
对一个发送信号的神经元来说,它需要能量,而且燃烧能量的过程还会在细胞上产生破损和裂缝。压力感是一种我们对大脑细胞承受压力的情
绪回应。
你很可能认为从椅子上站起来不是什么有压力的事——它不会令
你感到有压力,但从生物学角度讲,它绝对会令你感到压力。尽管它无
法和失业相比,但实际上:这两件事都能激活身体和大脑中相同的神经
传导部位。站起来这个动作激活了协调运动所需的神经元;担心失业则
引发了大量的活动,因为情感是许多神经元相互间传递信号的产物。同
样,学习英语、初次会晤、锻炼肌肉都会对你的大脑产生要求,这一切
都是压力的形式。就大脑而言,压力就是压力,只是程度各有轻重而
已。
压力是必需的,没有好坏
身体和大脑对压力的反应程度取决于许多因素,尤其是个体的遗
传背景和个人经历。如今,生物学进化和社会学进化之间的差距在不断
扩大。虽然我们不必为躲避狮子而奔跑,但我们也摆脱不了奔跑的天
性。“战斗或逃跑”(fight-or-flight)反应并非全都发生在会议室里。如
果工作中感受到压力,你是抽老板耳光还是转身离开呢?诀窍在于你如
何反应。你选择处理压力的方式不仅能改变你的感觉,还能改变你的
大脑。如果你只是被动反应或完全走投无路,那么压力可以变成危害。
像大多数精神问题一样,慢性压力是由于大脑被同一种情绪模式支配,通常以悲观、恐惧或回避为特征。而积极应对压力可以让你跳出这个地带。让我们把天性先放到一边,我将告诉你,你能控制情绪对你的影响
程度!而且,正如苏珊所认可的:关键是控制。
运动不仅控制着情感上和生理上的压力感觉,还在细胞水平上起
作用。如果运动本身也是一种压力形式,那它是如何实现的一点的呢?
虽然运动引发大脑活动所产生的分子副产品可以损伤细胞,但是在正常
情况下,修复机制会为即将到来的挑战留下更强壮的细胞。神经细胞就
像肌肉一样被细分和逐步增加——压力使它们更有适应力。运动就是这
样促使身体和大脑来适应的。
压力和恢复——这是生物学的基本模式,它会产生巨大的,有时
甚至是惊人的结果。
20世纪80年代,美国能源部(Department of Energy, DOE)委
托进行一项持续辐射暴露对健康影响的研究。研究人员比较巴尔的摩
核造船厂两组工人的研究结果。这两组工人的工作大致相同,仅有一
项关键的不同:一组工人处理的材料中含有极低辐射,而另一组工人
处理的材料中则不含辐射。从1980年至1988年期间DOE了跟踪这些工
人的身体情况,他们的发现震惊了参与的每个人。
辐射竟然使工人更健康。暴露于低剂量辐射下的2 8000名工人的死亡率,比另外32 000名未暴露在辐射下的工人低24%。这是怎么回
事,原本令每个人担心损害健康的有毒物质却没有危害。辐射是一种
压力,它会损伤细胞,而且高水平的辐射会杀死细胞,导致癌症之类
的疾病发生。在这个研究中,相当低的辐射剂量并不能把暴露在其中
的工人体内的细胞杀死,反而使他们更强壮。-------------------------------
也许压力并没有人们想象的那么糟糕。但由于这个研究的“失
败”——没有证明之前对辐射致命影响的估计,所以它未被公开发表。
自此,我们从生物学压力和恢复上得到的启发来看,压力对大脑的作用
似乎有一种像疫苗对免疫系统的作用。在有限程度下,压力触发了大脑
的过度补偿机制,从而使它们自身做好迎战未来挑战的准备。神经学家
把这种现象称为:压力接种(stress inoculation)。
● 压力接种(Stress inoculation)
通过积极应对替代何带来焦虑应对方式,是可以有效帮助患者控制焦虑的过程。
在减轻现代生活压力的所有建议中,我们已经忘记了挑战可以让
我们奋斗、成长和学习。假定压力不是很严重,而神经细胞有时间恢
复,那么神经元之间的连接会变得更牢固,而我们的心理机制也会更有
效。压力没有好坏之分,而是一种必然。进化的礼物:启动内在的报警系统
一种原始的求生欲望触发的身体应激反应,这是进化过程留下的
一份永久的礼物。没有它,人类就走不到今天。根据不同起因,应激反
应的范围可以从轻微到剧烈。重度压力激活了通常被称为“战斗或逃
跑”的应激反应。这是一个复杂的生理反应,它集合诸多资源来调动身
体和大脑,随后把发生的事情铭刻成记忆,这样我们下次就能避免这种
压力的发生。那是头狮子,对吗?一定要有相当严重的威胁才能让身体
参与其中,而任何程度的压力都能激活大脑的基本系统——那些控制注
意力、精力和记忆的系统。如果去除所有一切,我们根深蒂固的应激反
应就是全神贯注于危险、激起应激反应以及记录下这次经历为将来做参
考,我认为这就是智慧。科学家只是最近几年才开始认识到和描述出压
力在构成记忆和恢复记忆方面的作用。这种理解上的进步令人振奋,因
为它更清楚地表明了压力为什么(以及如何)对我们感知世界的方式产
生这样深远的影响。
“战斗或逃跑”反应可以调动身体内多种最强效的激素以及大脑内
许多神经化学物质。在收到感官传入可能会威胁身体平衡的信号后,大
脑的应急按钮——杏仁核(amygdala)会引发连锁反应。被野兽追击绝
对是一种压力,但即使是猎手也会有这样的压力。杏仁核的职责是反映
外界信息的强度,这些信息不见得和生存有明显关系,除了恐惧,它与
任何强烈的情绪状态都有关,包括强烈的幸福感和性冲动。彩票中奖或
者与一位超级名模共进晚餐都可以激活大脑中的杏仁核。也许这些事情看起来并没有压力,但请记住,我们的大脑系统不会区分“好”的要求
与“坏”的要求。根据进化观点,中大奖与一个浪漫的约会都和生存有
关,即丰衣足食与繁衍后代。
杏仁核与大脑的许多部位有联系,因此可接收到一系列广泛的信
息输入,有些信息直接通过前额叶皮层的高级处理中枢传递;而有些则
绕过前额叶皮层,迂回传递。这就解释了为何即使一种潜意识的知觉或
记忆也会引起应激反应。
听到警报声的千分之一秒内,杏仁核就发出信息,刺激肾上腺
(adrenal gland)在不同阶段释放不同的激素。首先,去甲肾上腺素引
发快速电脉冲通过交感神经系统(sympathetic nervous system),激活
肾上腺分泌肾上腺激素进入血液。心率、血压和呼吸随之升高,这导致
我们在受到压力时有焦虑不安的感觉。与此同时,去甲肾上腺素和促肾
上腺皮质激素释放因子(CRF)所携带的信号从杏仁核传递到下丘脑
(hypothalamus)。在下丘脑,这些信号被传递给一些“坐着慢车通过血
液”的信使。这些信使促进脑垂体(pituitary gland)激活肾上腺的另一
部分来分泌应激反应的第二种重要激素:皮质醇(cortisol)。这条沿着
下丘脑经脑垂体到肾上腺的传递路线被称为下丘脑–脑垂体–肾上腺轴
(hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA axis),它在促进皮质醇释放
及关闭反应方面的作用使它成为应激反应的关键角色。同时,杏仁核已
发信号示意海马体开始刻录记忆,而且另一个信息也被迅速传递到前额
叶皮层,由它来决定是否真的应该对这个威胁做出反应。● 杏仁核(amygdala)
位于海马体未端,呈杏仁状,是边缘系统的一部分,是产生、识别和调节情绪,控制学
习和 记忆的脑部组织。
● 促肾上腺皮质激素释放因子(CRF)
大脑分泌的一种调节人体面对压力环境时作出生理及行为上的应激反应的分子。
人类是独一无二的动物,即使危险没有真正显现或发生,我们也
会产生应激反应,因为我们能够预见压力、记住压力以及把它概念化。
这种能力使我们的生活明显复杂化。洛克菲勒大学的神经学家布鲁斯·
麦克伊文(Bruce McEwen)在《我们所知的压力尽头》(The End of
Stress as We Know It)一书中写道:“我们的头脑是如此强大,只要想象
一下自己身处险境,我们就会产生应激反应。”换而言之,我们可以自
己陷入一种极度疯狂的思考状态中。
● 皮质醇(Cortisol)
主要的长效压力激素,它有助于调动能源、提醒注意和记忆,同时让身体和大脑做好准
备对破坏的挑战。
有一个与麦克伊文相反的重要观点认为:我们完全能够自己脱离
那种癫狂状态。就像头脑可以影响身体一样,身体也可以影响头脑。这
种提倡用身体运动来调节我们心理状态的观点还未被大多数医生接受,更不要说大众了。而这个观点正是本书的基本核心,特别是讲述压力的
章节。总之,“战斗或逃跑”反应动员我们行动起来,身体运动是避免压力产生消极结果的自然方式。压力让我们动起来,这是人类经过几百
万年进化而成的。从某一方面来看,事情就是这样简单。当然,还有许
多方面有待我们探索。压力让人专注,也会让你上瘾
“战斗或逃跑”反应的首要原则是:为眼前的需求收集资源,而不
是为将来做积累——立刻行动,以后再询问。肾上腺素(epinephrine)
突然在体内聚集,使心跳和血压增加,使肺部支气管扩张以便向肌肉输
送更多氧气。肾上腺素与肌肉纺锤体结合,这样可增加肌肉的静息张
力,让肌肉做好爆发运动的准备。皮肤下的血管收缩是为了防止受伤时
流血过多。受伤时,体内的内啡肽得以释放,对疼痛感觉迟钝。在这种
情形下,像饮食和生育这类的生理必然需要被搁置一旁,消化系统关
闭,平时收缩膀胱的肌肉变得松弛以节省葡萄糖,而且唾液也停止了分
泌。
如果你曾面对过一次令人紧张的公开演讲,你就会经历心跳加
剧、口干舌燥的境况。你的肌肉和大脑变得僵硬,你失去所有随机应变
和发挥长处的机会。如果从皮质到杏仁核的处理信息中止,那么你就无
法思考,而且会呈现完全惊呆的神态。从技术上说,极度应激反应被称
为“是发呆还是战斗或逃跑”。虽然这种反应机制对站在讲台上的你没有
什么特别的帮助,但无论你是用目光逼视一头狮子,还是一名不安静的
观众,身体对此的反应本质上是相同的。
有两种神经递质让大脑进入戒备状态:去甲肾上腺素唤起注意
力,多巴胺使注意力变得敏感,并使注意力集中。一些注意力缺陷多
动障碍患者会给人以压力成瘾者的印象,这些神经递质的失调是原因。他们必须受到压力才能集中注意力,而这是做事拖拉的主要因素之一。
人们学会做事拖拉,一直到迫在眉睫之际,压力打开去甲肾上腺素和多
巴胺的闸门,人们才会坐下来认真做事。对压力的需要还解释了为什么
注意力缺陷多动障碍患者有时候似乎是自我折磨。当一切都很好时,他
们需要挑起事端,在潜意识里找到一种创造危机的方法。'
● 肾上腺(adrenal glands)
位于双侧肾脏上方的小型器官,生产和释放肾上腺素来启动应激反应;并在HPA轴信号的控
制下,释放皮质醇和皮质醇样激素来增强应激反应。
● 肾上腺素(epinephrine)
由肾上腺髓质分泌的一种儿茶酚胺激素。在应激状态、心脏神经刺激和低血糖等情况下,释
放入血液循环,促进糖原分解,促进脂肪分解,引起心跳加快。
我有一个患者,在经历了一系列乱糟糟的情感关系后,她终于找
到一位她真正爱慕的小伙子,而对方对她也体贴入微。然而每当一切顺
利的时候,她就会寻衅吵架。我希望在开始制造麻烦之前,让她回想压
力成瘾模式,以帮助她认识自己的倾向,并做到自我控制。压力促进能量补给,也能拖垮大脑
为了给肌肉和大脑预期的活动提供能量,肾上腺素立即开始把糖
原和脂肪酸转化成葡萄糖,尽管流经血液的皮质醇起效速度比肾上腺素
慢,但它的影响范围之广令人难以想象。
在应激反应过程中,皮质醇有许多不同的帽子,其中一顶是管理
新陈代谢的“交通警帽”。皮质醇代替肾上腺素的职责,发信号示意肝脏
向血液中提供更多的葡萄糖,同时限制非重要组织和和器官的胰岛素受
体,并关闭某些交叉路口,这样葡萄糖只会运送到与战斗或逃跑有关的
重要区域。
这种策略是让身体产生胰岛素耐受性[1]
(insulin-resistant),从而
使大脑获得充足的葡萄糖。同时皮质醇开始重新储存能量,也可以说是
补充被肾上腺素的活动消耗殆尽的能量储备。这是把蛋白质转化成葡萄
糖,并开始储备脂肪的过程。
正如慢性压力过程那样,要是整个过程一直持久不衰,那么皮质
醇的这种作用会以腹部脂肪的形式,蓄积过剩的能量储备。(皮质醇持
续不断的作用也解释了为什么有些马拉松运动员尽管一直在训练,却仍
有小肚腩的原因,他们的身体从来没有机会充分恢复。)我们继承的应
激反应伴随的问题是,它蓄积起来的能量储备没有得到利用。关于这一
点随后会详细论述。在应激反应的最初阶段,皮质醇还刺激胰岛素样生长因子-1(IGF-
1)的释放,这种因子是激活细胞过程中的一个关键环节。大脑是葡萄
糖的重要消费客户,尽管只占我们身体重量的3%,但它却消耗掉可用
能量的20%。可是大脑没有储存能量的能力,所以皮质醇持续输送葡萄
糖的作用对大脑正常功能而言是至关重要的。用于运行的能量预算是固
定的,因此大脑已进化成在必要时挪用能量资源,这意味着心理过程具
有竞争性。绝不可能使所有的神经元同时发出信号,所以假如一个神经
元网络活跃起来,它的发生必定以抑制另一个神经元网络作为代价。慢
性压力的问题之一是,一旦下丘脑–脑垂体–肾上腺轴大量消耗能量来保
持系统的警觉状态,那么大脑的思维功能所需的能量就会被侵占。
压力教我们的事:人类的集体智慧
把压力处境刻录成记忆的行为,显然是一种具有进化优势的适应
性行为。它是我们得以生存下来的共同智慧,而皮质醇在其中起到了重
要作用。20世纪60年代,神经内分泌学家布鲁斯·麦克伊文首次在老鼠
大脑的海马体上发现皮质醇受体,随后在恒河猴脑内也发现同样的物
质。而现在,我们知道人类大脑内也存在皮质醇受体。最初,这个发现让科学家感到害怕,因为当时已有实验证实,在皮氏培养皿内,压力激
素会毒害大脑细胞。“在增加这些记忆的过程中,皮质醇到底起了什么
作用呢?”他问道,“目前我们只能说,当这些记忆形成时,如果海马体
上缺乏足够的皮质醇受体,就会降低学习的有效性。具体的细节还在探
索中。”
就像压力一样,似乎皮质醇也没有简单的好坏之分。少量的皮质
醇促进记忆的形成,而大量的皮质醇会抑制记忆;当超负荷时反而会毁
坏神经元之间的连接,破坏记忆。海马体为记忆提供时间、地点、事件
和方式的背景,而杏仁核则提供恐惧或激动的情感内容。在前额叶皮层
的指挥下,海马体会比较各种记忆,然后说:“别担心,那是一根树
枝,不是蛇。”因此,只要海马体不是处于被过度激活状态,它就有关
闭下丘脑–脑垂体–肾上腺轴(HPA axis)并关闭应激反应的能力。
拉响警铃的几分钟内,大脑内主要的压力因子——皮质醇、促肾
上腺皮质素释放因子(CRF)和去甲肾上腺素与强化谷氨酸盐的细胞受
体相结合。谷氨酸盐是负责海马体内所有信号发送的兴奋型神经递质,提高谷氨酸盐的活力,可以加速海马体的信号传递过程,同时改变突触
上的动态。这样,每次发送一个信息时,产生信号冲动越容易,所需的
谷氨酸盐量就越少。因此,应激反应首先提高了长时程效应,也就是
记忆的基本机制。
短期记忆可能源于海马体神经元兴奋性的提高所致。然后,当皮质醇达到最高水平时,启动了细胞内的基因,这些基因可生产更多蛋白
质,为更多树突、更多受体以及更大突触的形成提供所需的细胞原材
料。在这里一切都变得匪夷所思。新增加的细胞巩固了生存记忆,同时
避免那条回路中的神经元接受其他的需求。一个神经元可能参与无数个
记忆,但一个原本可能形成的记忆如果在受到压力期间出现,那么这时
要召集神经元参与形成新的神经回路会更加困难。它需要超过一定的阈
值,才能形成记忆。
这很可能解释了为什么在出现应激反应时,与压力因素无关的记
忆受阻的原因。这还有助于我们了解:为什么慢性压力导致皮质醇水平
居高不下后,会使人很难学习新知识;为什么心情沮丧的人会出现学习
困难。不仅仅是缺乏动力,还因为海马体神经元已经支持它们的谷氨酸
盐系统,而排斥次要的刺激。它们已经完全被压力占有。
对人类的研究还表明,过量的皮质醇会阻碍人类使用已有的记
忆,所以真的发生一场大火时,人们会忘记紧急出口的位置,也可以
说,那条记忆的回路被中断了。压力太大时,我们失去了形成无关记忆
的能力,而且我们也可能无法恢复曾经有过的记忆。下次,你不得不参
加消防演习时,不妨想想运动的神经学观点:消防演习是为了让那些神
经回路更牢固,从而强化记忆。正如我随后会提到的,超负荷的压力
下,会重现皮质醇在皮氏培养皿中的悲剧——损毁神经元。
现代文明生活简直是跟人体的本能作对应激反应是一种既简单又聪明的适应性行为,但它无法让你在今
天的世界中获得成功,你所有的能量积蓄无从释放。你必须从一开始就
迫使自己进入“战斗或逃跑”的生理状态。
人体是为了从事日常活动而设计的,那多少活动算正常呢?2002
年,《应用生理学》(Applied Physiology)杂志的一篇论文提到了这个
问题的研究结果。研究人员分析了我们祖先的生理活动方式,并把这种
方式称为“旧石器时代节律”。从200万年前智人出现的时代开始,到1万
年前的农业革命以前,每个人都是狩猎–采集者。那时的生活特征是:
剧烈活动数天再休息数天。人们过着饥一顿饱一顿的日子。通过测算我
们祖先的“运动”量与今天的数字做对比,很容易看出问题所在:我们每
单位体重的平均能量消耗要比旧石器时代的祖先少38%。我认为这完全
可以说明,我们摄入的热量已经增加了很多。问题在于,即使遵照美国
政府推荐的最高运动量:每天锻炼30分钟,我们的体能开支还是少于我
们基因中既定指标的一半。旧石器时代的人为了果腹,平均每天必须行
走8 000~16 000米。
现在,我们无须耗费那么多能量来寻找食物,也不必动脑筋思考
怎样得到下一顿食物。尽管这只是过去一百年左右的时间里才出现的情
况,但人类为此在生物学上进化了数十万年,也因此我们的生活方式与
我们的基因之间没有协调一致。人类基因天生精明,所以要等到我们坐
在桌子旁时,才停止热量储备。
从压力角度看,或许现代社会明显矛盾的地方在于,压力没有变得更难,只是有关压力的消息增多了,实在太多了。全天候映入我们眼
帘的是众多数字显示器上源源不断的不幸和需求,这些让我们的杏仁核
始终处于活跃状态。消极、忙乱以及绝望堆积在压力之上,但我们却认
为自己可以应对,因为在一定程度上,我们总是有压力。接下来,我们
只想放松休息一下,喝一杯,倒在电视机前的沙发里,或者坐在某个地
方的海滩上。过去20年里,我们的腰围比从前增长了一倍,这不足为
奇,因为现代的生活方式不但比过去更有压力,也让我们活动得更少。
也许你看到过那种通过抑制皮质醇来减去腹部脂肪的药品广告。
其实,腹部只是在尽它的职责:囤积能量储备以保证应对下次饥荒。慢
性压力下,能量储备最终全都集中在上腹部,因此形成了我们所说的啤
酒肚。这不仅影响我们的体型,也危害我们的健康。因为蓄积的脂肪很
容易进入心脏动脉,造成栓塞。许多人会质疑压力可致命的观点,其实
在这个观点中,压力和心脏病发作之间的生理关联只是其一。
经历一次压力事件后,我们常常想吃方便食品,这会增加脂肪的
蓄积。我们的身体需要更多的葡萄糖,而单一碳水化合物以及脂肪,比
如外卖盒子里那些闪闪发亮的甜甜圈,很容易转化成能量。而且在现代
生活中,已经没有部落的影子,所以我们的朋友越来越少,得到的支持
也越来越少。独处对大脑无益。
科学家常用一个通用的实验方案来引发老鼠的生理应激反应:把
它们与群体隔开。仅仅是把老鼠孤立起来,就能激活它们的应激激素。
人类同样如此:被冷落和被孤立的人会有压力,孤独感是生存的威胁。这并非巧合,我们身体活动得越少,就越不太可能接触到别人。研究证
实,生活中多从事体育活动,我们在社交方面就会变得更活跃。因为运
动不但增强了我们的自信心,还为我们提供了与别人接触的机会。运动
带来的活力和动力有助于我们建立和维持社会关系。
渴望休息的想法很正常,关键在于你选择如何度过这段时间。是
选择方便食品、快餐、糖或酒精来减轻压力,还是像有些人一样使用毒
品或其他后患无穷的嗜好?如果你进行的是运动或仅仅只是社交活动,那么你就在使用这种由进化而来的压力解药。
有时候这只是简单的取代问题,前面提到的苏珊的例子就能够证
实这一点。她跳绳并没有规律,她只是在情绪失控时提醒自己运动带来
的感受。“当我真正养成锻炼的好习惯后,运动让我重新发现需要从酒
精或食物等东西中才能获得的愉快感或幸福感;它恢复了大脑渴望或渴
求的一切;它让我有更多时间思考这之外的事情,还可以畅想未来。”
越压越勇,越健康
众所周知,塑造肌肉的方法就是让肌肉疲劳后再休息。同样的模
式也适用于神经细胞:轻微的压力可以激活神经元内在的修复和恢复
机制。而锻炼的重要之处在于它能促进我们肌肉和神经元的恢复过程。
它不但使我们的身体和大脑更强健、更有恢复力,还使我们更能迎接未
来的挑战,才思更敏捷以及适应力更强。常规有氧锻炼可以保持大脑冷静,能够在心率、应激激素等严重
反应出现之前,对付更多的压力。它提高了生理反应的阈值。锻炼产生
的轻微压力能激活基因中某种使细胞免受疾病或毁坏的蛋白质,并以这
种方式巩固大脑神经细胞的基本结构。因此,锻炼也同样提高了神经元
的压力阈值。
细胞水平的“压力–恢复动态变化”发生在三个方面:氧化、代谢和
兴奋。当一个神经细胞发挥作用时,其代谢机制的开启状态就像锅炉里
的小火苗。葡萄糖被细胞吸收后,细胞内的线粒体(mitochondria)会
把它转化成细胞使用的主要能量类型——三磷酸腺苷(ATP)。和任何
能量转换一样,这一过程也产生自由基之类无用的副产品,这就是氧化
压力。在正常环境下,这个神经细胞还会产生一些酶,这些酶的作用是
清除掉自由基之类的废物,而自由基是带有一个游离电子的分子,它会
破坏细胞的结构,这些酶还设法迅速中和自由基的这个电子。这些酶就
是我们内在的抗氧化剂。
如果葡萄糖无法被这个神经细胞吸收或缺乏足够分配的葡萄糖,那么这个细胞就无法产生充足的ATP,此时就会发生代谢压力。
如果有大量谷氨酸盐参与活动,导致ATP无法满足增加的信息流
对能量的需求,那么这时就会发生兴奋性压力。一旦长时间处于这种状
态而无法恢复,那就会出现问题。这个神经细胞正深陷死亡囹圄,在既
没有食物也没有资源修复受伤部位的情况下被迫运行。结果,它的树突开始萎缩,最终这个神经细胞死亡。这就是神经退行性
(neurodegeneration),也是阿尔茨海默病、帕金森氏病等这类疾病甚
至是老化本身的起因机制。科学家发现身体与生俱来就有对抗细胞压力
的手段,这一结果主要源于对这些疾病的深入研究。
马克·麦特森(Mark Mattson)是美国国家老化研究所(National
Institute on Aging)神经科学实验室的负责人。神经元退化机制还解
释了麦特森为什么给实验室老鼠食物时如此吝啬的原因。在许多实验
中,他采用饮食限制来引发轻微的细胞压力,即没有足够的葡萄糖来
产生数量充足的ATP。结果他发现,得到正常饮食13卡路里的老鼠
中,有40%超过平均寿命。身体在有氧运动等各种类型的压力期间会
释放出保护性分子,而麦特森的成果有助于鉴别这些保护性分子。-------------------------------
在一系列细胞修复过程中某些最有效的成分是生长因子:BDNF、IGF-1、FGF-2以及VEGF,这些我已在第2章中介绍过。由于BDNF在能
量代谢和突触可塑性中扮演双重角色,所以研究压力的科学家对它特别
感兴趣。BDNF被谷氨酸盐间接活化后,它不仅能提高细胞内抗氧化物
的产量,而且也能增加保护性蛋白的数量。另外,如我之前所述,BDNF同时还激活了长时程增强效应、促进新神经元生长以及增强大脑
抵御压力的能力。运动保护大脑免受压力危害的优势在于,它促使生长
因子增加的量超过其他刺激因素。
生长因子是压力、新陈代谢和记忆之间的一个关键纽带。麦特森
说:“我们复杂的大脑主要是进化而来的,它使我们能够竞争有限的资
源。很显然,在进化过程中,生物有机体必须在寻找食物方面具有智力
上的竞争优势。”
麦特森的最新成果将改变我们对一些最健康食品的看法。一个提
高食物抗癌性以及生产抗氧化食品的巨大行业已迅速崛起。按逻辑推
理,多食用富含抗氧化物的花椰菜,会使人类更长寿、更幸福。或许的
确如此,但这绝不是营销人员用来说服你的理由。
结果证实,这些食物的特别益处不是在于它们富含抗氧化物质,而是含有毒素。“蔬菜和水果等植物中,许多有益的化学物质逐渐成为
阻止昆虫和其他动物啃噬植物的毒素。”麦特森说,“它们的作用是诱导
细胞内产生一种轻微的、可适应的应激反应。比如花椰菜中有一种名为
萝卜硫素(sulforaphane)的化学物质,很显然,它激活了细胞内应激反
应的酶促反应,这些酶促反应会增加抗氧化酶的含量。虽然花椰菜含有抗氧化物,但我们饮食所摄入的抗氧化物水平,还无法发挥抗氧化的作
用。”
就像前面提到的核造船厂的工人一样,轻微毒素产生了一种增强
细胞适应性的应激反应。控制饮食和体育锻炼有异曲同工的效果。麦特
森的一篇期刊论文的标题总结了一切《保护神经的信号与老化的大脑:
拿走食物,让我们跑起来》
适应性就是清除废物的酶、保护神经的因子和阻止细胞自然死亡
[2]
的蛋白质逐渐增加的过程。我喜欢把这些要素看成是时刻保持警戒准
备迎战下一次压力的军队。增加这些要素的最佳方法就是给自己一点压
力:让大脑学习、限制饮食、运动,或者就像麦特森和妈妈会提醒我们
的那样,多吃蔬菜。所有这些活动都考验着细胞,它们产生的代谢废品
足以引发压力。这看似有些自相矛盾:没有压力,我们就不会拥有出色
的适应和生长能力。没有小挫折,就不会拥有成功。
那些杀不死你的……
如同所有发生在大脑里的事一样,应激反应取决于所有我提到过
的(和许多还未提及的)要素之间是否达到微妙的平衡。一旦轻微压力
成为慢性压力,大量皮质醇就会持续引发基因的活动:切断突触间的连
接;加速树突萎缩和细胞死亡。最终,海马体会变得像颗葡萄干一样干
瘪。许多情况下,身体无法切断压力激素的传递。最常见的是单纯性
持续压力,如果我们从不休息,那么就永远无法开始恢复的过程,而杏
仁核会始终处于兴奋状态,皮质醇的含量会超出健康标准,有时“战斗
或逃跑”的按钮会卡死在开启状态。根据流行病学调查,这可能是一种
遗传的机能。如果你让一组随机人群做一次令人紧张的公开演讲,那些
父母有过度紧张史的人,演讲后24小时体内的皮质醇水平仍居高不下。
或许,这种机能源自于环境:一些遭受过重复压力的母鼠,其后代长大
后的压力阈值要低于同龄的正常老鼠。换而言之,无论是身体还是心理
上,它们都更容易产生压力感。
自卑的人压力阈值偏低。不过科学家还不清楚自卑与压力阈值两
者间的因果顺序。对所有人来说,无论其天性如何、无论其受过何种教
育,当他们的沮丧之情得不到宣泄、失去控制感以及得不到社会支持
时,他们就会显现出慢性压力导致的不良特征。从根本上说,如果丧失
了希望,我们的大脑就不会停止应激反应。
每个人对压力的反应阈值各不相同,而且在环境、遗传、行为或
者上述任意综合因素的不同影响下,这个临界点会相应改变。与大脑
内的神经化学物质一样,我们的压力阈值总是在变化。尽管老化过程自
然而然地降低了这个阈值,但通过有氧运动,我们可以把阈值提高好几
个等级。科学家无法指出,从哪个特定时刻起压力由蓄势转变为一触即
溃。不过,一旦看到压力的转变,科学家肯定会知道结果。侵害效应:过量的压力
尽管压力可以铭刻下与生存有关的重要记忆,可是巨大压力蚕食
的也正是这个刻录记忆的系统。皮质醇通过增加海马体内谷氨酸盐的传
递同时增加BDNF、血清素、IGF-1等物质的传送,尽管初期可以促进
LTP,但它同时也激活了一些基因,而这些基因最终阻止信息到达相同
的神经回路。一个重要的背景胜过各种各样的次要背景。当记忆系统的
灵活性降低,它会根据越来越呆板的方式按优先顺序进行记忆。 ......
作者授权湛庐文化(Cheers Publishing)作中国大陆(地区)电子版发行(限简体中文)
版权所有?侵权必究
书名:运动改造大脑
著者:[美]约翰 · 瑞迪 埃里克 · 哈格曼
字数:239000
定价:29.99美元
Spark: The Revolutionary New Science of Exercise and the Brain John Ratey.
Spark ?2008 by John Ratey.5
影响十万人
年前,《运动改造大脑》首次在美国出版发行,向全世界的人们传
递了运动能够改善情绪、调节与优化大脑功能的启示。如今,《运动改造大脑》重印了16次,被翻译成10种语言,在日本、巴西、韩
国、中国台湾等世界多个国家和地区风行。
我给超过12万人做过160多场有关运动益处的演讲,听众中包括颇
有影响力的教育家、政府官员、健康专业人士、保险公司人员、CEO、企业员工以及健身团体的成员。我的书和演讲对许多领域产生了影响。
通过在哈佛医学院的教学以及面对医学界人士的大量演讲,我推
动了运动能够减轻并预防一系列认知障碍的理念,这些认知障碍包括帕
金森氏病、阿尔茨海默病、焦虑症、恐惧症、抑郁症、注意力缺陷障
碍、成瘾行为(包括游戏成瘾),等等。另外我和同事们还认为,运动
能够治疗儿童及成年人的自闭症障碍以及各类学习问题。与此同时,《运动改造大脑》还进一步证明,在治疗轻度和中度抑郁与无助感方面,运动的效果和抗抑郁药一样好。
2012年,美国精神病学会(American Psychiatric Association)终于
将运动纳为情绪障碍的治疗方法之一,这标志着这个保守组织的思维发
生了非常重大的改变。最近,类似的研究在全球大量涌现,美国疾病控
制与预防中心(CDC)的负责人托马斯·弗雷登(Thomas Frieden)博士
感慨道,运动是最接近“灵丹妙药”的东西了,因为它的效果广泛且令人
信服。我曾在联合国全球健康会议(United Nations Global Health
Conference)上做过嘉宾演讲,还在强生公司担任了两年的科学顾问,并共同开发新型健康与预防公司。
在教育领域,《运动改造大脑》同样产生了意义重大的影响,引
发了教育系统许多积极的改变——“活力儿童计划”(简称,BOKS计
划)便是核心项目之一。这个项目由锐步公司资助,目的是让4~10岁的
在校儿童参与每周两到三次、每次40分钟的晨间体育运动。目前,美国
和加拿大有290所学校采用了BOKS计划,预计到2013年年底将增加到
750所学校。美国第一夫人米歇尔·奥巴马(Michele Obama)在白宫召
开的《儿童肥胖问题峰会》上,BOKS项目以及其他三个由《运动改造
大脑》启发发起的项目受到表彰。出席颁奖仪式时,我不只是这本启蒙
书的作者,也是锐步BOKS项目的大使。玩耍和运动有助儿童的情绪发
展,有助改善孩子的成绩和考试分数,能让他们的认知获得最优的发
展,这一理念在过去3年中,始终受到锐步公司的大力支持和传播。美国各州政府官员也非常关注《运动改造大脑》提出的理念。在
犹他州,我担任了州立法院的官方顾问。我还与伦敦奥运遗产基金会
(London Olympic Sports Legacy Foundation)合作,帮助他们改革英国
的公立学校,争取奥林匹克运动会的举办权。在加州,我担任了州政府
体育运动委员会(Council on Physical Fitness Activity and Sport)的顾
问,并且成为健康联合会(HealthCorps)的董事会成员。健康联合会是
奥兹博士(Dr. Oz)赞助的以学校为基础的组织,目的是培养新一代的
健康儿童。我还在美国很多州担任重要的顾问职务,他们都希望采纳
《运动改造大脑》提出的理念,将它体现在体育教育法案的法规中,最
近伊利诺伊州就通过了这样的法案,正由于出现了这些新的法规,学生
们在毕业时便会熟知运动对大脑产生积极效应的相关知识。在美国,《运动改造大脑》还成为很多研究项目的基础,涉及很多学校和政府机
构,微软教育、闪电自行车(Specialized Bicycles)等组织也参与其
中。
从美国走向全球
《运动改造大脑》对教育领域的影响已经超越了美国本土。在亚
洲的一些国家和地区,这本书甚至影响了在校学生运动量的全国性政
策。在韩国,教育部部长将学生每天的在校时间增加了一个小时,其中
50%以上的时间被用于身体锻炼和体育运动。在韩国,还同时设立了38
个BOKS项目。《运动改造大脑》提出的理念在日本同样很受欢迎。在两次访问
日本期间,我拜会了日本的教育部副部长,并在各大中小学巡回演讲。
通过宣传运动有助治疗心灵受创的症状,我还为福岛的震后重建提供了
一些帮助。目前,日本已有12所学校积极参与到BOKS项目中。随着
Xeibo体育用品公司开始赞助这个项目,参与学校的数量一定会快速增
加。
在加拿大,我在很多省做过演讲,也是加拿大媒体的常客。最
近,在多伦多举办的青年健身大会(Youth Fitness Conference)上,我
担任了主讲嘉宾。在亚伯达省和安大略省,我为省立法机构做演讲以推
动校内的体育运动。在新斯科舍省、安大略省、亚伯达省和萨斯喀彻温
省,《运动改造大脑》带动了很多研究项目,加拿大足联鼎力支持我
们,希望让全国的孩子动起来。与加拿大的情况类似,《运动改造大
脑》的理念同样传播到了英国、德国和丹麦。在英国,英国广播公司
(BBC)的工作人员与一些奥运会奖牌得主共同筹划了一部纪录片,目
的就是让全国的小学课程中增加更多的体育健身活动,而我有幸受邀进
行了细致的讨论。
在中国,湛庐文化策划引进并促成了《运动改造大脑》中文简体
版的出版。2013年冬天,湛庐文化还将组织中国的商业领袖与媒体精英
访问美国,与我一同体验运动带来的改变。
接下来,我计划再出一本书《改变,从运动开始》(Spark inAction),在这本书里,锐步公司将《运动改造大脑》提出的启示纳入
了公司理念,鼓励员工运动,养成健康的生活方式。另外,锐步公司还
改变了它的营销策略,不再展示耀眼的体育明星,而是鼓励普通人把身
体变得更强壮。
小布朗出版公司(Little Brown)的编辑在这本书的最后写道:“撒
撒野:将你的身体与心灵从文明的束缚中解放出来。”这也是我想说
的!众所周知,运动让我们更健康,但大多数人都不知道其中的原
委。我们仅仅认为运动释放了压力、减轻了肌肉张力,或者增
加了内啡肽(endorphin)。其实,我们血脉贲张时令我们心情愉快的真
正原因是:运动使我们的大脑处于最佳状态。而且,运动不仅对身体有
益,还有更为重要和更吸引人的优点。强健肌肉和增强心肺功能只是运
动最基本的作用。我经常告诉我的患者,运动最关键的作用是强健或
改善大脑。人类天生就要动
如今,我们生活在一个由科技推动的世界中,处处充满电子屏
幕,很容易忘记自己是天生的运动家——动物,因为我们的日常计划里
完全没有“运动”这一项。人类的梦想、计划及创造出的社会让我们失去
了运动的生理天性。颇具讽刺意味的是,梦想、计划和创造的能力恰好
源自大脑中负责支配运动的那部分区域。经过50万年的进化,我们逐渐
适应了这个变化的环境,思考型的大脑也从运动技能的磨炼中进化而
来。我们把那些依靠狩猎采集而生的原始祖先想象成拥有强健体魄的野
兽,为了长期生存下去,他们必须运用智慧寻找和储存食物。食物、体
力活动和学习之间的关联性成为我们大脑回路系统(bra-in’s circuitry)
中与生俱来的习性。
现在,我们已无须去狩猎和采集,但这却成了一个问题。久坐不
动的现代生活方式破坏了我们的本性,而且成为我们长期生存的最大
威胁之一。这种迹象随处可见:美国65%的成年人体重超标或过度肥
胖,而且在这部分人群中,有10%患有2型糖尿病。这种可预防却很烧
钱的疾病源于缺乏运动和营养不良。过去,糖尿病几乎就是中年人的噩
梦,现今它已开始成为儿童的梦魇。这简直等于自杀,它不仅仅存在于
美国这种超级快餐式的生活节奏中,而且是整个发达国家共有的问题。
令人不安的是,人们还没有意识到,缺乏运动也在毁灭我们的大脑——
大脑正发生实质性萎缩。身、心、大脑的联系
我们的文化把思想和肉体一分之二,而我却想把它们重新联系在
一起。身心连接的问题已经令我痴迷了很多年。1984年,我在哈佛向医
学专业人员发表了我的第一次演讲,题目就叫《身体与精神病学》
(The Body and Psychiatry),主要介绍一种治疗攻击行为的新药。攻击
行为对身体和大脑都有危害,这种治疗方法是我在马萨诸塞州州立医院
当住院医生时偶然发现的。我曾治疗过最复杂的精神患者,这一经历让
我踏上一条通过治疗身体改变精神状态的研究道路。这是一次扣人心弦
的历程,尽管研究还在继续,但是也到了把信息公之于众的时候了。仅
在过去的5年里,神经学家的研究成果已经描绘出了身体、大脑和精神
之间生物学关系的精彩画面。
● 内啡肽(endorphine)
一种通由身体和大脑产生的激素,它就像是天然的吗啡。当身体和大脑负荷过重时,就
会释放出内啡肽阻止疼痛信号。
为了使大脑保持最佳活动状态,我们的身体需要努力工作。在本
书中,我会具体说明身体活动为什么以及如何对我们的思考和感受方式
起到至关重要的作用,同时还将解释运动如何促使大脑的学习功能区域
开始工作,如何影响情绪、焦虑和注意力,如何预防压力以及如何逆转
大脑中某些老化因素的影响,如何帮助女性避免有时因激素变化而引起
的紊乱。我并不是在谈论跑步者的欣快感这种模糊的概念,我谈论的都是已经在实验室的小白鼠身上或人身上得到验证的实质性改变。
我们已知运动可增加体内血清素(serotonin)、去甲肾上腺素
(norepinephr-ine)和多巴胺(dopamine)的水平——这些都是传递思
维和情感的重要神经递质。你可能听说过血清素,也许还知道抑郁症与
血清素的缺乏有关,不过,许多我认识的精神科医生都不了解二者的关
系。他们既不了解压力的毒性水平会破坏大脑中几十亿个神经细胞之间
的连接,也不了解慢性抑郁症会缩小脑部一些特定的区域。他们更不知
道,运动能释放一连串影响神经系统的化学物质和生长因子,而这些物
质能扭转血清素的缺乏,并真正维护大脑的基本结构。实际上,大脑和
肌肉的反应一样——用进废退。大脑内的每个神经元(也称神经细胞)
通过树状分支上的“叶片”相互接触,而运动则可以促进这些分支生长并
发出许多侧支,因此能从根本上增强大脑的功能。
神经学家正开始研究运动对脑细胞内部的影响——即基因本身所
产生的影响。在生物学层面,神经学家也发现了身体对大脑产生影响的
迹象。研究已经证实,肌肉运动产生的蛋白质经血液运送到大脑,这些
蛋白质在我们最伟大的思考机制中发挥了关键性作用。它们不但有着胰
岛素样增长因子(IGF-1)、血管内皮生长因子(VEGF)之类的特殊名
字,还为身心联系提供了前所未有的见解。仅用了短短数年,科学家就
开始着手描述这些因子以及它们如何起作用,而且每一次新的发现都进
一步加深了人们对它们的敬畏之心。大脑这个微观世界还有许多未解之
谜,但我认为,正是我们所了解的东西才可以改变人类的生活,也许还能改变人类社会本身。
运动让大脑保持最佳状态
为什么你应该关心自己的大脑如何工作呢?首先,它掌控着一
切。就在此刻,你的大脑前部区域正在发射你所阅读内容的信号。你能
理解多少,很大程度上取决于连接神经元的神经化学物质和生长因子之
间是否有一种适当的平衡。事实证明,运动对这些基本组成要素有显著
的影响。大脑建立起这个过程,当你坐下来学习新知识时,这种刺激又
强化了相关的连接点。通过反复练习,整个大脑回路形成清晰的轮廓,就好像你正踩出一条穿过森林的路一样。形成这些连接点的重要性将贯
穿在本书讨论的所有问题中。比如,为了应对焦虑情绪,你在创建一些
替代路径的同时,也需要扩展一些陈旧的路径。了解身体和大脑之间的
这种相互作用后,你就可以控制这个过程、处理诸多问题,让你的大脑
顺利地忙碌起来。要是今天早晨你花半小时锻炼的话,你就会有好心情
安静地坐在这里,全神贯注在这段文字上,而你的大脑也更有能力记住
书中的内容。
在过去15年中,我所写的文章都是为了让人们了解他们的大脑。
当你掌握了关于大脑的实用知识后,你就改变了生活。当你认识到某种
情感问题是有生物学依据时,你就不会再有内疚感。另外,当你知道自
己可以影响那种生物学因素时,你就不会再有无助的感觉。这是我反复
和患者们强调的一个观点。人们很容易把大脑想象成一个坐在象牙塔内发出命令的神秘指挥官,外界无法接触到它,其实根本不是这样。运动
打破了那些屏障。我期望,一旦你了解运动如何改善大脑功能后,你会
把运动当成生活的一部分,而不是把它当成被迫要做的事。当然,你应
该运动,但我不想在这里说教。(这很可能没什么帮助:老鼠实验表
明,强制锻炼无法起到和自愿锻炼相同的效果。)假如你一直不停地对
自己说锻炼是你喜欢的事,做到这一点,你就是正在为通往那个与众不
同的未来开辟一条道路。那将是一个生机盎然的未来,而不是只求生存
的未来。运动是最佳的健脑丸
2000年10月,杜克大学(Duke University)的研究人员向《纽约时
报》介绍了一个研究项目。这个研究证实,用运动治疗抑郁症的效果要
好于抗抑郁药物舍曲林(商品名左洛复,Zoloft)。这真是个好消息!
然而不幸的是,它被淹没在《纽约时报》第14版的“健康与健身”专栏
里。如果运动是一种药丸的话,那它肯定会占据《纽约时报》的整个头
版,而且会被誉为是21世纪的畅销药。
我上面提到的这则消息最初引起了广泛关注,而随后却没有了下
文。美国广播公司《世界新闻》(World News)报道,运动有可能治愈
老鼠的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease)[1]
,而美国有限电视新闻网
(CNN)立刻发表了一份关于肥胖危机不断扩大的统计学报告,《纽约
时报》则对习惯于用昂贵药物治疗患有双相情感障碍儿童的做法进行了
调查,这些药物疗效甚微却有可怕的副作用。我们所忽略的是,这些表
面上看起来毫无关系的线索在生物学的基本层面上有着密切联系。我会
通过探索大量尚未公之于众的新研究,来解释这是怎么回事。
在这里,我想以通俗易懂的文字介绍“运动可以锻炼大脑”这个鼓
舞人心的科学观点,同时还将阐述运动如何出现在普通大众的生活中。
我想要强化这种观念,即运动对人的认知能力和心理健康有着极其深
远的影响。它绝对是我们治疗大多数精神问题的最佳方法之一。我曾亲历我的患者和我的朋友通过运动改善自己的身体疾症,他
们中的大多数人同意我把他们的故事写进本书中。不过本书中的案例不
仅仅包括我在办公室的研究个案,还包括我在芝加哥城外的一个城郊学
区中发现的典型范例,这个具有突破性的体育教学项目展现了新科学研
究振奋人心的结果。在伊利诺伊州的内珀维尔市(Naperville),体育
课让这个地区1.9万名学生成为了全美国体质最强健的孩子,二年级学
生中只有3%的学生体重超标,而全美国平均有30%的学生体重超标。更
令人惊讶乃至震惊的是:这个项目使那里的学生进入全美国最聪明的孩
子之列。1999年,来自世界各国的2.3万名学生参加了国际数学和科学
研究趋势项目(TIMSS)[2]
的国际标准化测试,内珀维尔市八年级的学
生也参与其中。TIMSS评估的是数学和科学方面的知识。近些年,中国
港台地区、日本和新加坡的学生在这些重要学科上的成绩已经赶超了美
国的孩子,不过内珀维尔市的学生显然是个例外。他们在TIMSS数学测
试中获得第六名,而在科学测试中则获得第一名。政界人士和权威专家
认为美国的教育岌岌可危,还指出在如今科技主导的经济形势下,学生
们不具备成功的素质。正当他们发出这些警告的时候,内珀维尔带来了
一个非同寻常的好消息。
几十年来,我还没有见到像内珀维尔这样令人振奋和鼓舞的项
目。每次当我们耳畔充斥着青少年体重超标、缺乏动力或成绩较差这类
消极消息时,内珀维尔的例子让我们看到了真正的希望。在本书第1章
中,我会带你去内珀维尔,它正是我写本书的灵感之源。[1]
又叫老年性痴呆,是神经系统的原发性退行性脑病,一种持续的高级神经功能活动障碍,即
对记忆、思维、分析判断、视空间辨认和情绪等方面产生障碍。——译者注
[2]
TIMSS(The Trends in International Mathematics and Science Study)是国际教育成就评价协会
发起和组织的国际教育评价研究和评测活动。主要测试四年级和八年级学生的数学与科学学业
成绩,目前,中国大陆没有参加项目测试。中文版序 运动改变世界
前言 运动,重新建立身心连接
人类天生就要动
运动是最佳的健脑丸
引言 不一样的体育课
尽全力比跑得快更重要
四肢很发达,头脑不简单
01 学习 越动越多的脑细胞
运动平衡大脑
运动让神奇的“脑细胞肥料”变多
大脑真的会长大
锻炼身体的同时,也在锻炼大脑
做出运动选择:兼顾技巧训练和有氧训练
02 压力 最艰巨的挑战
压力让人专注,也会让你上瘾
压力促进能量补给,也能拖垮大脑
侵害效应:过量的压力
运动:阻断大脑压力反馈回路的推手
员工爱运动,公司倒不了
03 焦虑 没什么好担心的
焦虑:糟糕表现的元凶
运动让大脑知道,焦虑是一种认知错误
身体真的可以影响心理
反击计划:找人一起运动
04 抑郁 让沉睡的大脑苏醒
马拉松:内啡肽旋风
运动才是王道
抑郁症:出现连接麻烦的大脑
挣脱抑郁枷锁:别让大脑留在离线状态
由上而下建立自信,由下而上涌现活力
05 专注力 远离分心障碍集体分心倾向:蔓延的全球资讯网
注意力系统与运动紧紧相连
和分心症共处:让缺点变优势
运动是神经浓汤的最佳食谱
06 成瘾 拿回自己的主动权
从瘾君子变成运动家
用运动戒瘾
天然的快感
拿回主动权:让大脑开启运动模式
07 激素 对女性大脑健康的影响
经前期综合征:自然的潮起潮落
动一动,恢复脑内平衡
孕期:动?还是不动?
产后抑郁症:突如其来的低潮
停经:巨大的改变
努力保持身材的女性,IQ、EQ都不差
08 衰老 益智健康之道
运动可以预防大脑退化
认知衰退:别让你的心智字典萎缩
情绪的衰退:别让生命热情凋谢
闲散的大脑是魔鬼的工坊
运动:持之以恒就对了
09 大脑训练计划 塑造你的大脑
体能越好,大脑越有复原力
步行:从轻度运动开始,养成运动习惯
慢跑:中等强度的运动,让大脑更强壮
快跑:强烈运动间隔训练,大幅提升HGH浓度
瑜伽、太极拳、重量训练:让大脑重拾年轻活力
迈出第一步,让自己动起来
后记 让灵光持续绽放
译者后记在芝加哥西面一片略高的空地上矗立着一座砖块结构的楼房,那
就是内珀维尔中央高中(Naperville Central High School)。这
幢楼房的地下室有一个低矮无窗的房间,里面摆满了跑步机和健身自行
车。这间陈旧的自助餐厅的容量和注册学生的人数一比,显得相形见
绌,如今它却已成为学校的“心肺锻炼室”。眼下是早晨7点10分,对一
小群健身器材上锻炼却睡眼惺忪的新生而言,正是上体育课的时间。
身材匀称的尼尔·邓肯是一位年轻的体育教师。他正在布置早晨的
任务:“好啦,大家热身后,我们就上跑道跑1 600米。”他边说边拿出一
个小黑背包,里面装满胸带和电子手表——这是一种心率监测仪,它是
运动爱好者用来测试体能的工具。“每次开始绕圈跑的时候,按下红色
按钮,仪器将会为你做出分析。它会告诉你:第一圈、第二圈和第三圈
分别跑了多少。如果跑得好,那么你很快就会跑完第四圈,也就是最后
一圈,到那时……”邓肯停了一下,环视了一眼那群还没睡醒的学生,接着说,“按下蓝色按钮,看见了吗?手表就会停止计时。你的目标就是设法用最快的速度跑完1 600米。最后,同样重要的是,你的平均心
率应该在185次以上。”
这群高中新生排成一列从邓肯先生面前走过,慢慢地挪上楼,穿
过几道厚重的金属大门。在这个凉爽的十月清晨,天空飘着几朵白云,学生们排着松散的队伍来到跑道上。一场变革的最佳条件已经具备了!
“零点体育课”
这并不是老式的标准体育课,而是零点体育课(Zero Hours
PE),它是由一群特立独行的体育教师进行的一系列教育实验中最大的
一个项目。这群体育教师不但让内珀维尔203学区的1.9万名学生成了全
美国最健康的学生,而且还让他们成了最聪明的学生。零点体育课的目
的是希望确定,上文化课之前进行大量的体育锻炼是否能提高学生的阅
读能力以及其他学科的学习能力。
● 零点体育课((Zero Hours PE))
一种通过运动提高学生意识状态,为一天学习做好准备的新型体育课。该课程因其被安
排在第一节文化课之前而得名。
● 心率((heart rate))
心脏每分钟跳动的次数。正常成年人安静时的心率有显著个体差异,平均在75 次 分左
右(60~100次之间)。心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。
最新的研究也许支持这种观点。研究表明,身体的活动能引发生物学上的变化,而这些变化又可以促进大脑细胞彼此间的连接。如果大
脑要学习,那么就必须建立这些连接,而且这些连接还反映了大脑应对
各种困难的基本能力。越来越多的神经学家发现了这个过程,因此对这
个过程的了解也就越来越清楚:运动给身体提供了某种独一无二的刺
激,而这种刺激为大脑创建了一种环境,这种环境使大脑能够做好准
备、愿意并且有能力去学习。有氧运动可产生明显的调节作用:调整
可能已经失衡的系统,同时优化那些还未失衡的系统——对任何想要发
挥出自己全部潜能的人而言,这是一个不可或缺的工具。
当学生们跑步时,满脸雀斑、戴副眼镜的邓肯也来到跑
道上监督他们。
“我的手表没有读数了。”一个男孩经过邓肯身边时放慢
速度说道。
“红色按钮,”邓肯大声叫道,“按红色按钮!结束的时
候,按蓝色按钮。”
米歇尔和和克莉丝这两个女孩经过邓肯身旁,拖沓着脚
步肩并肩地继续向前。
一个男孩跑完全程时,跑鞋鞋带已经松开。他交还了计时
表,表上的读数是8分30秒。
随后过来的是一个穿着宽松短裤的魁梧男孩。
“来吧,道格,”邓肯说,“说说你的读数是多少?”
“9分钟。”
“整9分钟吗?”
“是的。”
“太棒了。”
当米歇尔和克莉丝终于漫步完全程后,邓肯寻问她们所
用的时间,米歇尔的计时表还在走。显然,她没有按蓝色按
钮,不过克莉丝按了,而且她们两个人所用的时间是相同的。
克莉丝朝邓肯举起手腕:“10分12秒。”邓肯边说边把这个时间
记录在他的夹纸板上。他并没有说:“看起来你们两个人真像
是在闲庭信步!”事实是,她们并没有悠闲地散步。要是邓肯从米歇尔的
监测仪上下载数据后,他就会发现,米歇尔在10分12秒的时间
里的平均心跳为191次,即使是对训练有素的运动员来说,这
都是一个严峻的考验。那天,米歇尔得到了一个A。
参加零点体育课的学生都是新生中的积极志愿者。按学校规定,为了帮助新生的阅读理解能力达到标准,新生要上一门读写能力课。而
零点体育课上学生们的运动强度要高于本校其他上体育课的学生。按要
求,这些学生的心率要保持在其最大心率的80%到90%之间。邓肯
说:“实际上我们所做的,是尝试通过严格的体育锻炼来让学生做好学
习的准备。实质上就是增强他们的意识状态后,再把他们送入课堂。”
成为邓肯先生的实验对象,学生们的感受如何呢?“我觉得挺
好!”米歇尔说,“除了要早起床、满身大汗和狼狈不雅之外,我觉得一
整天都更清醒了。我的意思是,去年我从早到晚都迷迷糊糊的。”
除了改善情绪之外,事实还将证明,米歇尔的阅读能力也有了提
高,而零点体育课的其他同学们也是如此:到上半学期结束时,他们的
阅读和理解能力提高17%;与之相比,喜欢睡觉以及参加标准体育课的
学生们,他们的阅读和理解能力提高了10.7%。对于此事,学校管理层受到了极大的震撼,于是他们把零点体育
课更名为“学习准备型体育课”(Readiness PE),并作为全校新生每天
的第一节课,并还在继续,所有上读写能力课的学生被分成两个班:一
个班的读写能力课安排在第二节课上,那时学生们还能感受到运动带来
的效果;而另一个班则被安排在第八节课上。正如人们所料,第二节上
读写能力课的学生学习效果最佳。这项实验不仅适用于那些需要提高阅
读分数的新生们,还向老师提出建议,将所有学生把最难的学科安排在
体育课之后,以便最大限度地发挥体育锻炼的有效影响。
这是真正具有变革性的观念,我们从中可以学到很多东西。
一流的表现
零点体育课不再是内珀维尔203学区独享的体育教学方式,它得到
了全美国的关注,而且逐渐成为一种体育课的新模式。我猜任何读到这
里的成年人可能都觉得,这根本不是体育课。不会被躲避球[1]
打到,不
会因没有淋浴而不及格,不会整日担心成为最后一名。
内珀维尔203学区体育教学的精髓在于,它传授的是健身之道而不是运动项目。其基本原理是,如果可以通过体育课指导孩子们如何监
测和保持自身的健康和强健体能,那么体育课将令他们受益终身,而且
他们还很有可能更幸福长寿。体育课真正传授的是一种生活方式。学生
们在了解他们身体如何运作的同时,也在培养健康的习惯、健康的技能
和兴趣爱好。学生们在从事各种各样的运动时,会不由自主地发现自己
感兴趣的运动。内珀维尔的体育教师们正在通过这种方法为学生们创造
新的前景,他们让孩子们迷恋上运动而不是整日坐在电视机前。这点至
关重要,特别是统计数据表明,经常锻炼的学生可能会具备成年人一样
的自控力。
不过最初吸引我注意的是,这种以健身为基础的方式对学生学习
方面产生了巨大的影响。如今,新体育教育(New PE)课程已经走过
了17个年头,而它的影响力表现在一些人们意想不到的地方,比如教
室。
这并不是巧合。教育学家认为,每个学生都有成功的潜能。尽管
203学区在每一个学生身上投入的费用要明显低于伊利诺伊州其他顶级
公立学校的费用,但是在学术方面,203学区始终位于伊利诺伊州十佳
学校排行榜上。内珀维尔203学区有14所小学、5所初中和两所高中。为
了做个比较,让我们来看看内珀维尔中央高中,也就是零点体育项目开
始的地方。2005年这所中学每个学生的管理费用为8 939美元,相比之
下,埃文斯顿的新特里尔高中(Evanston’s New Trier High School)则为
15 403美元。新特里尔高中学生的ACT[2]
(American College Test)平均分为26.8,比内珀维尔高中高出2分,但是在法定的全州综合考试中,其考分低于内珀维尔中央高中。不仅是申请大学的学生,每个毕业班的
学生都必须参加全州综合考试。2005年,内珀维尔毕业班的ACT综合考
分为24.8分,超过了全州20.1 分的平均成绩。
这些考试的影响力几乎都不能与TIMSS项目相提并论。TIMSS是
为了比较世界各国学生在两个重点学科领域的知识水平而设计的一种测
试。《纽约时报》专栏作家、《世界是平的》(The World Is Flat)一书
作者托马斯·弗里德曼(Tho-mas Friedman)在叹息来自新加坡等国的学
生正在“吃我们的午餐”时,就引用了这个测试。弗里德曼指出,美国和
亚洲国家的教育差距正在扩大。在一些亚洲国家,将近50%的学生
TIMSS分数达到顶级水平,而美国却只有7%的学生达到这个水平。
从1995年开始,TIMSS测试每四年举办一次。1999年,有38个国
家的23万名学生参加了TIMSS考试,其中美国学生有5.9万名。新特里尔
高中和来自美国芝加哥北岸富裕地区的18所学校组成一个临时团体参加
了TIMMS考试(所以无从得知单个学校的表现),而内珀维尔203学区
则独立注册了TIMMS考试,目的是让学生们的成绩达到一个国际水
准。这个学区约97%的8年级生都参加了这次考试,而不仅仅是最好和
最聪明的学生。那么,较量的结果如何呢?在TIMSS的科学测试部分,内珀维尔的学生第一个完成考试,领先于新加坡的学生,而北岸临时团
体则排名第三。内珀维尔203学区获得了世界第一。内珀维尔数学部分
的考试成绩排名第六,仅次于新加坡、韩国、中国台湾、中国香港和日本。
整体来看,美国学生在科学测试部分的成绩排名第18位,在数学
测试部分则排名第19位。不过来自泽西城学区和迈阿密学区的学生在科
学和数学考试中却分别“垫底”。
TIMSS项目副主任艾娜·穆利斯(Ina Mullis)说:“美国各学区之
间的测试结果存在巨大差异。好在我们有几个像内珀维尔这样的学区
——它告诉我们,这是可以做到的事。”
我不会说正是因为参加了一个不同寻常的体育教学项目,内珀维
尔的学生们才变得如此聪明,毕竟还有许多因素可以影响学习成绩。显
然,内珀维尔203学区在生源构成上占据优势:83%是白种人,而且低
收入人群只占到2.6%。与之相比,整个伊利诺伊州的低收入人群占到
40%,内珀维尔两所高中引以自豪的便是其97%的毕业率。另外,落户
这座城市的雇主都是一些像美国阿贡国家实验室(Argonne)、费米实
验室(Fermilab)以及朗讯科技(Lucent Technologies) 之类的科技型
公司,这说明许多内珀维尔学生的父母都受过高等教育。无论从环境还
是遗传来看,内珀维尔的学生都拥有很大的优势。
另一方面,当我们研究内珀维尔时,有两个因素的确很突出:它
不同寻常的体育教学形式和它的考试成绩。这种相关性简直太吸引人
了,而且我抑制不住要参观一下内珀维尔,想亲眼看看那里发生的事。
尽管我早已了解TIMSS测试以及它是如何暴露美国公共教育缺陷的,然而内珀维尔的学生们在测试中成绩优异,这是为什么呢?似乎内珀维尔
并不是美国唯一拥有高智商、高学历家长的富区。即使像宾夕法尼亚州
泰特斯维尔市(Titusville)这类贫困地区也已经实行内珀维尔式体育教
学,其学生的考试成绩也有明显提高(稍后我会提到)。我确信,同样
也是内珀维尔吸引我的地方在于,影响学生学业成绩至关重要的因素是
学校对健康体能的重视。尽全力比跑得快更重要
事情往往都是这样,内珀维尔的重大变革也是从一半理想化、一
半自我保守中开始的。菲尔·劳勒是一位颇有远见的初中体育教师。
1990年,他偶然从报纸上看到一篇讲述美国孩子体质正在下降的文章
后,便开始实施这项计划。
劳勒回忆道:“报上说,孩子们体质差的原因是他们不爱运
动。”这位高个男子50多岁,戴着无框眼镜,身着卡其服,脚穿胶底运
动鞋。他接着说:“如今每个人都知道我们这里肥胖成风,但如果你找
一张17年前的报纸看看,很少有这类关于肥胖的文章。我们曾说,这个
国家每天都在产生肥胖儿童。难道我们不应该对他们的健康负责吗?我
想,如果国家是一个公司的话,那么它恐怕正在走向破产的边缘。”
劳勒早已意识到他的专业没有得到重视,因为许多学校开始教学
设置中取消体育课,现在也是如此。劳勒曾是大学棒球队的投手,由于
没能够进入美国职业棒球联盟,这位直率的推销员和天生的领导者为了
更亲近运动而做了一名学区的体育教师。除了执教203学区麦迪逊中学
(Madison Junior High)的体育课之外,劳勒还是内珀维尔中心高中棒
球队的教练,同时又担任203学区的体育教学协调员。然而,尽管拥有
这些值得尊敬的职位,劳勒每次提及自己赖以谋生的职业时,却还是觉
得很尴尬。自从那篇文章刊出后,他看到了机会,一次使他的工作得到
重视的机会。劳勒和麦迪逊中学的同事们仔细观察体育课的情况,他们看到多
数学生不爱运动。这在团队运动中是很自然的:打棒球时,等待轮流击
球;打橄榄球时,等待中锋的快速传球;踢足球时,等待球传到脚下。
绝大部分球员在大多数时候只是站在场内。因此劳勒决定把体育课的重
点转移到强健心血管功能上。他创建了一套全新特色的体育课程:让孩
子们在每周一次的体育课上跑完1 600米。他的决定遭到学生的抱怨、家长的投诉以及医生的关注。
劳勒并未因此而气馁,不过他也很快意识到这个标准让跑得最慢
的人望而生畏。为了让不擅长运动的人有机会获得好成绩,体育组购买
了两台健身自行车,允许学生通过骑自行车来获取额外的学分。学生们
可以利用自己的业余时间参与,只要骑车8 000米就可以提升他们的学
分等级。“这样的话,任何一个想要获得A的学生,只要为此努力,他就
能够得到A ,”劳勒解释道,“在这个过程中,学生们在某些方面可以达
到个人最佳成绩。任何时候,只要你达到个人最好成绩,无论是哪方
面,你就可以提升一个学分等级。”这奠定了这个教学方式的基本原
则。劳勒把这种教学方式称为“新体育教育”(New PE):给学生打分
的依据是其努力的程度,而不是技能。在体育课上,你不必像一个天
才运动员那样出色。
不过一个老师怎样同时判定40个学生的个人努力程度呢?劳勒在
他每年春季组织的体育教育会议上找到了答案。他努力把这个会议变成
新思想和新技术的交流盛会。为了鼓励更多的人参会,他说服几家零售商捐赠了一些奖品。每年会议开始的时候,劳勒就会推出一辆原本放毛
巾的推车,里面摆满球、球拍以及其他的运动物品。有一年募集而来的
奖品中竟有一个当时值好几百美元的新型心率监测仪。劳勒实在忍不住
诱惑,为了他的创新项目而悄悄留下了这个监测仪。“我一看到那东
西,”他很坦率地承认,“就觉得它是麦迪逊初中的奖品。”
● 新体育教育(New PE)
给学生打分是依据其努力的程度,而不是技能。在体育课上,学生不必像一个有天才运
动员那样出色。
在每周一次的长跑训练的时候,他让一个六年级女孩试用了这个
仪器。女孩身材瘦小且一点也不强健,但当劳勒下载她的运动数据后,简直无法相信自己的眼睛——“她的平均心率竟有187次!”。作为一个
11岁的孩子,她的最大心率可能会达到209次左右,而这意味着她几乎
一直处在全力冲刺的状态。劳勒接着说道:“当她越过终点线时,心率
达到207次,滴、滴、滴!我当时说,你一定是在开玩笑吧!如果是从
前,我可能会走到女孩身边对她说‘你必须要快点,小姐’,真的,从那
一刻起我们的体育课发生了戏剧性的变化。心率监测仪是所有的起点。
我开始重新考虑那些学生,那些没有受到我们肯定而对运动失去兴趣的
学生。尽管我的班上没有一名运动员,但所有学生都知道如何像那个小
女孩一样努力。”
劳勒明白,速度快和身体健康之间并没有任何必然的关系。劳勒最喜欢的一项统计学资料是:只有不到3%的24岁以上成年人
会通过参加集体的运动项目保持健康体型,而这个数据也强调了传统体
育课的失败。劳勒也知道自己不可能让学生每天都跑1 600米,所以他
建立了一个被他们称为“小场地运动”的比赛项目,比如三人篮球或四人
足球,学生在小场地比赛时会处于不停地运动中。“我们还是参加运
动,”劳勒说,“只不过用一种健康的方式进行。”这个项目不是要测试
内珀维尔学生们在正规球场上的运动能力,而是评定他们做任何运动时
保持目标心率范围的时间有多久。
劳勒说:“制订这个项目时,我们并不知道自己在做什么。”不
过,新体育教育已成功实践了运动与健脑新研究不谋而合的科学原理。
义无反顾的理想
每位带领变革的领袖都需要一名助手,而劳勒不可能找到比保罗·
齐恩塔斯基再有能力的推动者了。保罗是内珀维尔中央高中的体育教育
协调员,也是该校前足球队教练。学生和同事喜欢叫他Z先生,一个头
发灰白、热情似火的男人,有着镇定的目光和直来直去的讲话风格。他
将迈克·迪特卡和比尔·帕索斯[3]
两个杰出的权威人物的风度集为一身。
他的朋友和合作者劳勒说:“为了使他相信这个计划,我做了很长时间
的说服工作。不过一旦他接受了这件事,最好别拦着他。因为如果有必
要的话,他会强行向你灌输这件事。”
随着整个计划的开展,劳勒向外界开始推广“健身非竞技运动”的理念,不仅在《新闻周刊》(Newsweek),还要在美国参议院给出证
明。而保罗则返回其大本营,成为这个任务坚定的执行者,他把内珀维
尔中央高中的体育教学项目变成新体育教育顺利实施的典范。2004年,劳勒被诊断出患有结肠癌后退休,不过即使在和病魔反复斗争期间,他
还在为将体育课纳入每日课程奔波游说。
这对搭档都已成为运动与大脑方面的草根专家。他们通过各种手
段获取新知:他们不厌其烦地向受邀前来研讨会的专家提问,参与运动
生理学的研讨会,阅读神经科学研究报告,还不停地通过E-mial交换彼
此的调查结果。他们还把这些信息传授给自己的同事。对保罗来说,在
大厅里拉住一位英语教师并塞给她一摞最新的大脑科学调查资料,也是
家常便饭的事——那是这位体育教师留给她的家庭作业。
正因为这对搭档执著的探索精神,让我对他们有了更深的了解。
劳勒知道我接受过美国国家公共电台(The National Public Radio)《无
限心灵》(The Infinite Mind)栏目的采访。那次接受采访时,我特别提
到人在运动过程中会提高一种叫做脑源性神经营养因子(BDNF)的蛋
白质的含量,我称它为“大脑的优质营养肥料”。但我并不知道劳勒在自
己接受采访时复述过我的那句话,在和美国纪录片《大号的我》
(Super Size Me)的导演的访谈中也用过那句话。《大号的我》反映的
是美国人肥胖的问题。
之前,我一直在为本书寻找一种具体论述的方式来说明运动对学习产生的影响,而聚焦一个学区就能顺其自然达到这个目的。尽管本书
讲的是学生,但成年人也能从中汲取宝贵的经验。内珀维尔提供的是一
个强有力的范例研究,这个研究表明有氧运动改善的不仅是身体还有头
脑。同时,内珀维尔也恰好成为重塑这个社会的一个完美典范。
所以我有了这次伊利诺伊州之旅。当我和劳勒以及保罗一同坐在
内珀维尔假日酒店的大堂对话时,我从未料到这两位教练也能说出那样
一番见解。“我们体育老师创造了这些脑细胞,”保罗说,“而其他老师
则负责让它们更丰满。”四肢很发达,头脑不简单
劳勒的方式与美国公立学校的教育趋势截然相反。为了让学生们
通过《不让一个孩子掉队法案》(No Child Left Behind Act)规定的考
试,公立学校赞同增加数学、科学和英语的学习时间而减少体育课课
时,只有6%的公立学校每天安排一次体育课。与此同时,孩子们每天
耗费在电视、电脑或便携式电子设备前的时间平均是5.5小时。难怪现
在美国的儿童没以前有活力。
这就是为什么内珀维尔如此令我振奋的原因。我第一次拜访内珀
维尔学区时,正值学校放暑假前夕,不过,要是观看麦迪逊初中的体育
课,你丝毫感觉不到放假的迹象,30个充满活力和热情的学生跑跑跳
跳,那些只有在新学年开学时才能见到的活力随处可见:有的在排队攀
岩,有的在争论该轮到谁来使用新型健身自行车,有的在跑步机上狂
奔,有的在跳舞毯上跳舞。所有的孩子都戴着心率监测仪,而最为重要
的是,他们全都兴致盎然。
美国约30%的学龄儿童体重超标,是1980年的六倍多,另外还有
30%的学生接近肥胖。而令人难以置信的是,根据美国疾病预防控制中
心发布的体重指数(Body Mass Index)显示,2001年劳勒所在的学区有
97%的新生体重正常,2002年也是如此。2005年春天,一项对内珀维尔
203学区学生体能的独立评估得出了更好的结论。班尼迪克大学
(Benedictine University)的运动生理学家克雷格·布勒德(CraigBroeder)和他的研究生小组也加入到这项测评中。他们从6年级到高中
毕业班中随机抽取270名学生进行一次测试。布勒德是美国运动医学会
(American College of Sports Medicine)的前区域主席,他说:“我可以
告诉你,要比美国国家标准领先许多,而且他们甩开别人一大截。他们
130多个人中只有1个男生过胖,这简直不可思议!按照美国疾病预防控
制中心(CDC)的身高和体重标准,内珀维尔的学生身体脂肪的比重远
远低于全美国标准,大约98%的学生也符合其他的体能参数。”
尽管布勒德完全清楚内珀维尔的人口分布特征,但他还是为此震
惊。“对内珀维尔来说,这些参数太高了,只是因为这点是难以达到
的,”他说,“新体育教育项目本身必定有一种强大的吸引力,鼓励了这
里的学生们用另外的方式达到标准。我这样说吧:你不能保证是新体育
教育项目做到了这一点,不过这里的学生们的体能确实远远超出标准,这绝不可能仅仅因为这里是内珀维尔。”
健身房对学分积点(GPA)的影响,我们到底了解多少呢?弗吉尼
亚理工学院的一份研究报告显示:减少体育课而增加数学、自然和阅读
课的时间,并不像许多学校预料的那样会提高考试成绩。尽管如此,也
只有少数研究人员在着手探讨这个问题。因为体育课可以影响的范围很
广,所以这一领域的研究都把重点放在体能和学习成绩的相关性上。最
有影响力的研究来自美国加州教育部(CDE)。在过去五年,CDE的
调研结果表明,体能成绩好的学生考试成绩也同样好。● 体重指数(Body Mass Index)
美国联邦政府在2002年1月8日签署的一项法律,旨在提高美国教育质量。其中规定全美
国所有3~8年级学生每年必须接受各州政府的阅读和数学统考。
CDE把学习成果的标准考试分数和体能测试(FitnessGram)记
录[4]
分数关联在一起。体能测试是加州法律规定100多万学生必须做的
体能评估,它包括六个方面:有氧能力、人体脂肪比重、腹部的力量与
耐力、躯干的力量和柔韧性、上身的力量以及整体柔韧性。如果学生某
一方面达到最低要求,就能获得1分。因此体能测试的满分为6分。值得
注意的是,它并不是评估一个学生的体能程度如何,而只是看他在每个
方面是否符合要求。换而言之,这是一个及格与不及格的测试。
2001年,体能好的学生考试成绩是体能差的学生的两倍。比如,在加州27.9万名9年级学生中,那些体能测试记录得到6分的学生,参加
斯坦福成就考试[5]
(Stanford Achievement Test)的数学平均分数排在第
67个百分位[6]
,而阅读平均分数排在第45个百分位。要是这些分数还不
够杰出,请看看那些体能测试记录只得1分的学生:他们数学和阅读考
试的平均排名分别是第35个百分位和第21个百分位。
2002年,CDE再次进行调查时,把社会经济情况也计算在内。调
查结果显示,生活水平高的学生学习和考试成绩也高,而在低收入家庭
的学生中,体能好的孩子学习和考试成绩高于体能差的学生。这是这项
研究中一个强有力的数据。它表明,虽然父母可能无法立刻改善他们的经济状况,但鼓励孩子保持健康体能的生活方式可以让他们有机会
获得好成绩。
加州的这些研究结果并不是孤立的。2004年,人体运动学和儿科
学等不同领域的13位著名研究者组成一个专家小组,对850多名学生进
行了一次有关体育活动如何影响学龄儿童的大规模调查。大部分研究评
估的是每周3~5天、每天30 ~ 45分钟中等强度至高强度运动产生的效
果,他们的研究涉及多方面的问题,包括肥胖、心血管健康、血压、抑
郁、焦虑、自我概念、骨密度以及学习成绩。根据各方面强有力的大量
证据以及专家组的推荐,在校学生每天应该参加1小时(或更多)中等
强度至高强度运动。具体分析学习成绩后,专家组不但找到了支持加州
研究结果的充足证据,而且还公开表示,体育活动对记忆力、注意力
和课堂行为都有积极的影响。专家组并未对体育课作出具体规定,不
过你可以看到内珀维尔的学生是怎样得到一个健康助动力的。
全新的赛局:让孩子赢在体育课
“我不是研究人员,我只是一个体育老师。”在内珀维尔中央高
中,保罗一边对挤进他办公室的一群教师说,一边递给他们CDE研究报
告的副本。这些教师一部分来自邻近郊区芝加哥南区的一所学校,一部
分来自俄克拉何马州塔尔萨城的一个乡村。他们来这里是因为内珀维尔
203学区已经成为一家名叫“生活体育”(PE4Life)的非营利性公益组织
的培训学院,这个机构采用了新体育教育的理念。伊利诺伊州是美国唯一一个学校每天都上体育课的州,而“体育生活”正在进行游说力图改善
这种状况以及体育课的授课方式。保罗起身说道:“现在,我们去参观
一下。”
保罗像一个经验丰富的潜艇指挥官,从容不迫地甩开大步,带领
众人穿过大厅。第一站,有三个学生助手正在用一种名为“三项体
能”(TriFit)的计算机系统对二年级学生的健康诊断进行电脑化处理。
保罗告知大家,已有研究证实,针对心率、血压以及身体脂肪等指标给
学生制订目标,是激励他们保持健康体能的好方法。实际上,研究表
明,仅仅是保持一定量的晨练就有可能让肥胖的人减掉几千克体重。不
过劳勒和保罗的雄心已远远超出对学生体重指数的关心。
“我告诉人们,让学生健康并不是我作为体育老师的工作。”保罗
说,“我的责任是让学生知道保持健康所必备的所有知识。锻炼本身并
不有趣,它只是一种行为。所以如果你能够使孩子们了解它,而且告诉
他们其中的益处,那才是一次彻底的变革。特别对我们这些教练而言,我们就像是控制狂。如果我喊‘立正’,就能让65个孩子齐刷刷地站在一
条白线上。瞧,这么多年来我们干的就是这个。”
内珀维尔203学区的学生在拥有互联网之前,就有了心率监测仪。
如今,当你走进这个学区任何一所学校的体育馆,感觉就像是到了一家
设备一流的成人健身俱乐部。每个体育馆都有一个三项体能评估机和几
台力量训练器,这些机器都是为初中年龄段的学生定制的。体育馆内有攀岩墙和电子游戏为主的有氧健身机(大多数设备都是捐赠而来)。
体育课旨在传授学生理念、经验以及健身的重要性。当学生进入
中学后,不但会得到一份选择范围很广的清单——从皮划艇到跳舞、攀
岩以及排球和篮球等具有代表性的团队体育项目,而且还将学习如何拟
定个人健身计划,这些都是以三项体能评估为核心展开的。从5年级[7]
开始,学生们每年都要完成一次这样的评估。他们从最初开始制订个人
健身计划,并不断改进直到中学毕业。到那时,他们会得到一份14页的
健康评估。这份评估综合考虑了他们的体能得分与血压、胆固醇水平之
类的因素,以及生活方式和家族史调查结果,用以预测疾病风险,同时
提出预防措施。以任何专业的健康标准看,这都是一份惊人的综合文
件,更不要说一个18岁的年轻人可以带着它步入成人世界。要是我们其
他人也能如此幸运,那该多好啊!
负责这次内珀维尔学生体能研究的运动生理学家克雷格·布勒德
说:“学生可以在18种体育项目中任意做出选择。你必定会发现,18种
体育项目中会有1种被众人冷落,而它却令擅长此道的学生感到轻松愉
快。”他说:“他们在运动中如鱼得水。如果你只给孩子有限的选择权,比如打排球之类的运动,那么气氛会变得像受罚或集训营一样,学生根
本不会坚持下去。在内珀维尔,他们给学生大量的可选项目,以此突出
他们擅长的;他们会为学生们设计终身的健身活动。”对那些正在考虑
如何保持身体健康的成年人来说,记住这一点很重要。保罗带领他的参观团来到高年级女生的体育馆,向他们炫耀着内
珀维尔中央高中体育教育项目的精华部分:一面高7米、宽3米的攀岩
墙,同时这也是一门引以为傲的课程,是这所学校在新领导力培训班上
新开设的课程。保罗以攀爬方式为例说明信任与沟通的价值:蒙着双眼
的攀爬者只能依靠同伴的指令到达下一个攀踏点。这面攀岩墙没有攀爬
痕迹的那部分是一块难度较低的区域,是专为体育课上体能和心理能力
较差的学生准备的。在解答了大家对责任义务方面的明显担忧后,保罗
表示,学生很少在这里受伤,因为他们相互协作、没有竞争,而这正是
他和他的同事们传授给学生的最重要经验之一。
“如果你问别人,当孩子们中学毕业时,你希望他们具备什么知识
和能力?”保罗接着说:“他们会说,我希望他们具备沟通能力,我希望
他们具备在小团队中工作的能力,我希望他们有解决问题的能力,我希
望他们有抗风险的能力。那么,孩子们在哪儿能学到这些呢?”保罗反
问道,并环顾了一下周围的教师:“难道在自然课上吗?我可不这么认
为。”
对身体好的,对大脑也好
距离内珀维尔南部约217公里的伊利诺伊州立大学厄本那–香槟分
校内,精神生理学家查尔斯·希尔曼(Charles Hillman)对216名3~5年级
学生进行了一次个人版本的CDE研究,结果同样发现体能和学习之间的
关联性。他和他的合作者达拉·卡斯泰利(Darla Castelli)发现了一件有趣的事,在体能测试记录的六大评价指标中,有两项似乎与学习成绩的
关联显得尤为重要。“在我们的回归方程中,体重指数和有氧健身间的
关系的确很突出,”卡斯泰利说,“它们是最重要的因素。我真的很吃
惊,结果是这样一目了然。”
不过,希尔曼所做的不仅仅是把数据相互关联,他希望找到这些
结果的神经科学依据。所以他挑选了40名学生组成一个小组,其中一半
体能好,一半体能差。他评估了他们的注意力、工作记忆[8]
以及处理信
息的速度。在认知能力测试中,学生戴着一个嵌有电极的类似泳帽的东
西,帽子上面的电极用来测定脑电波活动。脑电图(EEG)显示,体能
好的学生大脑更活跃。这一结果表明,为了完成一项指定的任务,大脑
会让更多神经元参与到注意力加工过程上。“我们在那里看到了更完整
的效果。”希尔曼解释道。换而言之,更好的体能等于更好的注意力,因此,也将带来更好的结果。
希尔曼还发现,在评价被试如何对错误做出反应方面,有某种
因素起着重要作用。他采用了一种叫“边锋测试”(a flanker test)的方
法来测定大脑活动。在这项测试中,屏幕上会出现一组五个大写字母
的组合,但被试唯一要关注的是中间那个字母。如果中间那个字母
是“H”,被试就按其中一个按钮;如果中间那个字母是“S”,被试就按另外一个按钮。当屏幕上以每秒一次的速度出现像“HHSHH”这样的
组合时,被试很容易犯错误,而且一旦犯错,被试立刻就会察觉到。
希尔曼发现:“健康的学生会放慢速度,以保证下一个能做对。”在做
下一个决定时停下来思考答案,并把一次错误选择当成经验参考。这
是一种能力,它和执行功能有关,而控制执行功能的这部分大脑区域
叫前额叶皮层(prefrontal cortex)。-------------------------------
在随后几章中,我会探讨执行功能,特别是在患有注意力缺陷多
动障碍(ADHD)的人群中间,这种疾病部分是由于前额叶皮层内的缺
陷造成的。如果一个患有ADHD的孩子参加边锋测试,他可能会立刻按
下错误的按钮,而不会先停下来或多花时间考虑哪个是正确按钮。不过
你能想象得出我们所有人对执行功能的依赖程度。从错误中获得经验是
每日生活极为重要的事,而且希尔曼的研究表明,运动(或者至少由此
达到的健康水平)对这种基本技能产生强有力的影响。
● 前额叶皮层(Prefrontal cortex)
位于大脑正前方的皮层区域。作为大脑皮层最后发育完成的部分,前额叶皮层监督指导我
们人类特性的形成。
追随领导者的脚步内珀维尔的学生相信运动具有创造奇迹的力量,而杰西·沃尔夫鲁
姆(Jessie Wolfrum)可能是内珀维尔信仰的完美体现。这个在内珀维
尔中央读高中时称自己为书呆子的学生是一个全优生,2003年毕业后,她考入安柏瑞德航天航空大学(Embry-Riddle Aeronautical University)
的工程物理学系。杰西是双胞胎之一,由于她很依赖和孪生姐妹的关系
而不太与其他学生相处,所以她一直都很害羞。“三年级的时候,我妈
妈让我选择是弹钢琴还是踢足球,”杰西现在回忆起来,不禁莞尔,“一
想到和一群女孩子踢足球打发时间我就感到恐惧,而且我不太可能踢得
好,因此我挑选了自己根本不喜欢的钢琴。结果我弹了整整八年的钢
琴!”
当然,杰西进入麦迪逊初中后,劳勒是不会给她钢琴这个选项
的。就像其他人一样,她必须参加体育课。尽管杰西并不喜欢体育课,但还不至于太害怕,至少这肯定不会造成心理创伤。重要的是,她所学
到的关于身体健康方面的经验会帮助她面对今后的岁月。
当杰西和她的姐妹贝琪进入中央高中后,不同的课程表意味着两
个人无法再形影不离而彼此依赖了。因此,更多时候,杰西不得不和其
他同学交谈,而不是做她喜欢的事。为了克服自己的社交恐惧,杰西报
名参加了演讲课,但杰西表示,真正帮助她成长的是参加皮划艇运动。
杰西立刻就喜欢上这项技术强度很高的运动,并且她发现自己也能擅长
学业以外的事情,这让杰西有了真正的转变。“要是别人看到你正在做他们无法做到的事情,你就会赢得关
注。”杰西说,“在皮划艇运动中,大家开始注意到我,我再不是那个无
足轻重的人。这让我更渴望冒险。如果你很羞怯,别人也一样,你该怎
么办呢?你该忘掉自己的羞怯,对自己说:把头转过来,就这样挥动你
的桨。”
游泳池也是另类的运动场。“一旦每个人换上了泳衣,就根本无法
分辨一群人中谁是谁。”杰西说,“整个年级的人完全跨越了社会地位的
种种界限。在参加皮划艇运动之前,我有很多顾虑。”
参加皮划艇运动的经历给了杰西信心,她又报名参加了保罗先生
负责的领导力课程。保罗做的第一件事就是,把杰西和她的孪生姐妹以
及其他所有关系密切的小团体统统分开。领导力课上的学生要学习如何
攀岩,这项运动也特别吸引杰西。她加入了“冒险俱乐部”,这是一项特
殊的零点体育课,参加俱乐部的孩子们需要早晨6点30分集合,并利用
业余时间攀岩或在泳池里练习皮划艇。
草原成就考试(Prairie State Achievement Examination,PSAE)是
伊利诺伊州版本的SAT。实际上,杰西姐妹俩决定在PSAE考试的当天
早晨去划皮艇,她们充满自信,也做好了充分的考试准备,因为非常了
解如何通过运动来提高自己的注意力,所以在一场重要考试前,她们还
在泳池里无忧无虑地划水。你觉得有多少中学生会那么做?你觉得又有
多少成年人会那么做呢?“我们浑身湿冷地出现在考场上,”杰西回忆说,“走进教室后,我
们发觉自己是唯一两个清醒的人。我们最终出色地完成了答卷。”PSAE
满分是1 600分,杰西姐妹俩都得到了1 400分,这是拔尖的好成绩。
进入大学后,杰西不断鞭策自己学业和社交上的进展。她的成绩
一直保持在A或B,而最令人意想不到的是,杰西成了一名住宿顾问,帮助宿舍楼里的低年级学生,并给他们提供一些建议。她不再是一个害
羞的旁观者。
从中学转入大学后,很难继续坚持锻炼,但是杰西始终没有背离
自己的健身之道。在大一时,杰西每当感到有压力时,都会和室友到宿
舍楼顶跑几圈。这是她从内珀维尔学到的一招:如何让大脑做运动,而
这也是我希望本书传递给大家的一个经验。
“这几天,我一小时都没闲着,照管住宿生、各个年级……”杰西
讲,“连锻炼的时间都没有。我真希望能有点儿时间。每当知道即将开
始大规模考试时,也就是我快要崩溃的时候,我对自己说‘好吧!你知
道该怎么办’。知道自己在陷入困境时有某种东西可以依靠,绝对能让
人松口气。要是不知道依靠什么,我很可能只会乱吃一通。可是我知道
运动能增进我的大脑活动,所以,就去运动一下。如果我没有上过体育
课,我可能不会知道这个办法。”
是体育课,也是社会技巧磨炼场像很多人一样,我长大后觉得体育课是一件很有趣的事。我们玩
得很开心,但根据我的回忆,体育课并没有特别的教育意义。作为一个
成年人,当我开始给老师和医生讲授关于体育运动对情绪、注意力、自
尊心和社交技能的积极影响时,我绝对没有把体育课当成是一剂良药。
依照我的经历看,体育课并不是真正的运动。恰恰相反,体育课并不鼓
励运动。而残酷的讽刺是,那些胆怯、笨拙、身材肥胖的孩子原本可能
是运动的最大受益者,却被冷落在一旁的露天看台上。某些像杰西·沃
尔夫鲁姆那样的孩子可能会被排斥,她独自在羞愧中承受着煎熬。在过
去的几年中,我听过众多患者讲述自己在体育课上受到羞辱的故事。运
动的边缘已经成了一块滋生各种“运动就能解决问题”的温床。
内珀维尔学区的魅力部分在于劳勒和保罗敏锐地洞悉了这种动
力。“我们过去常常作引体向上,”保罗带着近似反感的口吻回忆
说,“我估计,我们的男孩子中,约65%可能做不了引体向上。这在体
育课上,就会得到不及格的分数。”
保罗从教练成为身体—头脑—心理雕塑家的这种改变让我深为震
撼,因为他是如此积极地投入到重新定义体育课的行列中。比如,他在
中央高中最有创新的变革之一是,为新生增加一门必修的方块舞[9]
课。
或许这听起来不像是什么有效的方法,不过这门课的设立让运动成为了
传授社交技能的基础。从各个层面看这都是一个极好的主意。在最初几
周的课堂上,所有学生都得到和舞伴对谈的开场白脚本,每支舞结束后
都要交换舞伴。随着课程的进展,给予学生们即兴交流的时间也从最初的30秒逐步延长。期末考试考核的是:经过50分钟聊天,学生们是否能
准确记住与一位同伴相关的10件事。
一些缺乏社交自信的学生从来没有机会学习与人交谈或结交朋
友,因此他们逃避社交,尤其是逃避与异性的接触。不用特意被挑选或
安排到某个专门的社交技能班上,方块舞课的学生们就能在一个良性的
环境下练习如何与人交谈和互动。这门课程不仅提供了娱乐,同时还树
立了学生的自信心。一些人掌握了这种方法,而另一些人仅仅是克服了
自己的恐惧感。其实只不过每个人都这样做了,所以尴尬感减少了。
我向同事们讲起内珀维尔的创新举措,同时告诉他们,学生在体
育课上学会各种社交技能时,大家的反应是瞠目结舌。他们就像我当初
一样,对比全都敬佩不已。在我的整个职业生涯中,我投入大量时间努
力定义和处理我称为“社交大脑”的难题,而保罗却已经找到了一个完美
的处方,帮助我们克服现代生活中日益增多的孤独和寂寞,而且他竟然
是在体育课上找到的!有了这个平台、机会和希望,那些有社交焦虑的
孩子会铭刻下这些有益的记忆:如何接近某个人,站立时应保持多少距
离以及何时让其他人发言。运动起到社交润滑剂的作用,而且它还缓解
了焦虑的情绪,所以运动对学习如何社交来说至关重要。运动让我们的
大脑做好准备,并建立起这种经历的记忆神经回路。这种经历一开始可
能令人尴尬,不过在全班都拥有同种经历的情况下,那种感觉会逐渐消
失。在这个苦恼的年龄段,每个孩子都会感到羞涩不安,而这种完全凭
直觉的完美方法,将带领孩子们走出窘境。保罗让学生同舟共济,给他们工具和勇气,并帮助他们建立起自
信心,方块舞让整个课程发挥了功效。
我相信正是因为有这样的课程,才会有那么多内珀维尔的父母反
馈说体育课是最受孩子欢迎的课。奥菲特太太的两个女儿都上过麦迪逊
初中和中央高中。她说:“那不仅仅是体育锻炼,那就好像是一种具有
激励性质的训练,让我的孩子们有了自信心。现在她们俩都非常自信,而当初她们可不是这样。这全都归功于内珀维尔203学区的体育课。”
所向披靡的运动计划
从幼儿园到12年级,美国公立和私立学校总共有约5 200万名学
生。如果所有的学生都能受益于内珀维尔式的体育教育,那么下一代美
国人将会更健康、更幸福,也更聪明。这就是“生活体育”的终极目标。
这个组织聘请劳勒向其他教师传授“健身非竞技运动”(fitness-not-
sports)的理念和教学方法。来自350所学校的约1 000名教师已经完成培
训,很多人将着手实施他们自己的项目版本。
有这样一位完成培训的毕业生名叫蒂姆·麦考德(Tim McCord)。
他是宾夕法尼亚州泰特斯维尔学区的体育教育协调员。泰特斯维尔坐落
在匹兹堡市和伊利湖之间的绵延山区中,这个早已没落的工业城镇有6
000人口。如果倒退到1859年,这里曾成功开采出全世界第一口油井。
但是油价始终随着经济状况起起伏伏:现在这里居民年收入中位数为
2.5万美元。这个城市中16%的人口在贫困线以下;而退回到几年前,75%的幼儿园孩子可以得到政府资助的学校午餐。这些都说明,这里并
不是一个富裕的居民区。
1999年,麦考德参观完内珀维尔回到家乡后,几乎一夜间让泰特
斯维尔的体育教育发生了翻天覆地的变化。这个学区有1所高中、1所初
中、4所小学和1所学龄前教育中心,整个学区有2 600名学生。泰特斯
维尔在两所中学里成立了健身中心,购买了心率监测仪,并且在当地医
院的资助下购买了三项体能诊断设备。泰特斯维尔甚至还重新调整课表
时间,增加了10分钟体育锻炼的时间,缩减了文化课的时间。“我们这
样做并没有花一分钱。” 麦考德说到,“而且这将‘不让任何儿童落后’运
动向前推进了一大步,其他人正通过其他途径做到这一点。”
如今,泰特斯维尔的中学有攀岩墙,而且健身中心拥有最新的培
训技术,其中大部分都是捐赠所得。比如,赛百斯公司带来的互动训练
系统(Cybex Trazer)是一台外形酷似立式计算机的全新设备,学生们
可以在上面追逐闪烁的光源。另外在自行车训练游戏中,学生们可以在
屏幕上进行自行车比赛,或者设定环法自行车赛的路线,与虚拟世界中
的兰斯·阿姆斯特朗一同竞技。麦考德还把健身推广到社区,向老年中
心的成员开放学校的健身中心。他还邀请学校其他学科的老师参与其
中:英语课上,学生随身带着心率监测仪进行公开演讲;数学课上,学
生带着心率监测仪学习怎样画图表。麦考德还注意到,社会心理产生的影响也同等重要,从2000年开
始,550名初中生就没有打过架。泰特斯维尔学区自力更生的故事不久
便吸引各州代表前来参观,甚至包括美国疾病预防控制中心的主管。在
一次公开展示期间,当麦考德带领参观人群经过初中的攀岩墙时,他留
意到一个名叫斯丹芬妮的女孩正在攀岩的半途中,由于缺乏经验又有点
笨拙,每个人都能看出她不行。然而她的同学们看到她的奋力拼搏,于
是开始为她鼓劲:“加油,斯丹芬妮!”最后她终于攀到了顶部。后来麦
考德和她聊过这件事,“她哭了起来,简直不敢相信其他同学会为自己
加油。”麦考德回忆起谈话时的情景,“她说,正是同学们的鼓励激励了
她依靠自己的力量奋勇攀登。”
体育锻炼对学生产生明显效果的话题在政府官员中间传播开来。
艾奥瓦州参议员汤姆·哈金(Tom Harkin)最近主持了一场关于在学校
中重开体育课的听证会。举行听证会的起因则是内城区[10]
一所倡导“生
活体育”的学校违规违纪问题减少了67%的新闻。密西西比州堪萨斯城
的林地小学(Wood Land Elementary School)中,几乎所有学生都要申
请政府的午餐补贴。2005年,该校体育教研组把每周一次的体育课扩展到每天45分钟,几乎全部重点都放在有助心血管的运动上。一学期结
束,学生们的体能水平有了显著提高,而且辅导员也报告说,包括暴力
行为在内的违规事件从每年的228起减少到95起。
对一所内城学校而言,经历如此迅速而彻底的改变,就如同让泰
特斯维尔这样的萧条城镇重现昔日繁荣一样,简直是个奇迹。麦考德们
试图帮助所有像斯丹芬妮那样的孩子,而不是仅仅建立一支橄榄球队。
随着孩子们渐渐长大,绝大部分人还会继续锻炼,并十分积极。他们热
衷于皮划艇或自行车,而不是游戏机。他们在运动时,头脑会更灵活、情绪更高涨。
变革要靠年轻人,但正如我们从劳勒、保罗以及麦考德身上看到
的,即使成年人也可以有重大转变,只要认识到体育活动对大脑的影响
力。如果泰特斯维尔能够发现运动的潜力,那么我们其他人也可以。我
希望以这些例子作为一种新的文化模式,最终把身体和大脑重新联系到
一起。正如你看到的,它们本就属于一体。
[1]
一种起源于英国并在美国盛行的球类运动,比赛的目的是掷球攻击对方内场球员。
[2]
ACT考试与SAT(Scholastic Aptitude Test)考试均被称为“美国高考”,它们既是美国大学的
入学条件之一,又是大学发放奖学金的主要依据之一,还是衡量学生综合能力的标准。——译
者注
[3]
迈克 · 迪特卡是芝加哥熊队的前教练,比尔 · 帕索斯是美国最成功的橄榄球教练之一。——
译者注
[4]
由库珀研究院 (Cooper Institute) 开发的综合健康体能测验,被加州教育委员会 (State
Board of Educatoin)指定为加州公立学校必须开展的体能测验。——译者注[5]
是一项用来测试美国中小学生学习成果的标准化考试。包括数学、阅读理解和自然科学等11
个方面的内容。
[6]
统计学概念。第67百分位是指比67%的得分都高的分数。——译者注
[7]
在美国一些地区的学区中,五年级就是初中的第一年。——译者注
[8]
这是一种系统,为复杂的任务提供临时储存空间和加工所需的信息。——译者注
[9]
美国最古老的民族舞蹈之一,每组四对男女构成一个方形跳舞。——译者注
[10]
指一个城市中年代较久远、房屋陈旧的地区,那里常居住着低收入人群。——译者注无论在泰特斯维尔还是内珀维尔,学生们在体育课上跑1 600
米,实际上是在为学习其他课程做更充分的准备:运动提高了理解力,增强了注意力和兴致,减少了几分紧张不安,让人更富有激情和活力。
这对置身在人生课堂里的成年人也同样适用。我们之所以有机会吸收信
息,正是这个突破性的新科学在其中发挥了作用。运动让我们的大脑做
好准备,提高了大脑记录和处理新信息的潜能。
达尔文告诉我们,学习是我们适应瞬息万变的环境的生存手段。
而在大脑的微环境中,这意味着在大脑细胞之间会建立新连接以传递信
息。当我们学习某个知识时,无论是英语单词还是萨尔萨舞步,细胞会
以多样化的形态来编码信息,让记忆自然而然成为大脑的一部分。尽管这种观点作为一种理论已经存在一个多世纪,但直到近代才在实验室中
得到验证。现在我们知道大脑很灵活,用神经学家的术语则称为称具有
可塑性(Plastic)。它更像是培乐多(Play Doh)[1]
彩色橡皮泥而不是
瓷器。大脑是一种有适应能力的器官,就像可以通过举杠铃来锻炼肌肉
一样,输入大量信息也可以塑造我们的大脑。越是频繁使用大脑,它的
适应力就越强。
要理解大脑如何工作以及运动如何通过提高大脑功能来优化大
脑,可塑性(Plasticity)的概念必不可少。
我们所做、所想及所感知的每件事,都是通过大脑细胞或神经元
的相互连接来控制的。被大多数人视为心理状态的东西,实际上源于这
些相互连接的生物学基石。同理,我们的思想、行为和环境也反作用于
我们的神经细胞,影响着这些细胞的连接方式。它绝非像科学家曾经想
象的是一个固定连接系统,大脑会不断形成新的神经线路。我在这里要
告诉你的是,如何成为自己大脑的电工。运动平衡大脑
所有一切都与交流有关。大脑由1 000亿个类型各异的神经元组
成,而神经元间通过数百种不同类型的化学物质传递信息,以此控制我
们的思想和行为。每个神经元从其他10万个神经元那里接收信息输入
后,才会传递出自身的信号。神经元分支间的连接点是突触
(synapse),好比是轮胎接触到公路的地面。突触并不是真正地触碰在
一起,这里的概念会让人有点混淆。因为当神经学家描述突触“连接在
一起”时,指的是建立一种联系。神经元的工作机制是:一种电信号沿
着一个神经元向外伸展的分支——轴突(axon),一直传导到达突触。
在那里,一种神经递质携带化学信号穿过突触间隙。另一端,在下一个
神经元的树突(dendrite)或接收分支上,神经递质与那里的特异性受
体相结合,就像一把钥匙插进一把锁,由此打开了这个神经元细胞膜上
的通道,并将这种信号转化为电流。如果这个神经元接收的电流负荷累
计超过一定的阈值,那么它会发射出一束神经冲动信号,并沿着自己的
轴突传导出去,重复上述整个过程。
● 神经可塑性((neuroplasticity))
由于经验原因引起的大脑的结构改变。大脑有神经元细胞和神经胶质细胞构成, 这些细
胞互相连接,通过加强或削弱这些连接,大脑的结构可以发生改变。
大脑中约80%的信号是由两种神经递质传送出去的,两者相互平衡彼此间的效应:谷氨酸盐(glutamate)刺激神经冲动,开始一连串的
信号传导;γ-氨基丁酸(GABA)则抑制冲动。当谷氨酸盐在两个之前
没有建立过联系的神经元之间传递信号时,这个过程叫激活启动泵
(primes the pump)。当神经学家谈到绑定机制(binding)时,意思就
是神经元间的联系越是活跃,相互间的吸引力就变得越强烈。正如常说
的那样神经元同步触发,同步连接[2]。这使谷氨酸盐成为学习过程中一
个至关重要的因素。
谷氨酸盐像一台可承载负荷的机器,不过精神病学更关注的是一
组对大脑传递信号过程或其他举动起到调节作用的神经递质,它们是血
清素(Serotonin)、去甲肾上腺素和多巴胺。尽管产生它们的神经细胞
只占到大脑千亿细胞的1%,但这些调节器却发挥着强大的影响力。它
们可以指示一个神经元产生更多的谷氨酸盐,还可以提高这个神经元的
效应或者改变其受体的敏感度。它们可以让进入到突触内的其他信号失
活,因此降低大脑内的“杂音”;或者正相反,它们会增强那些信号。它
们也可以像谷氨酸盐和γ-氨基丁酸(GABA)一样直接传递信号,但它
们的根本作用是通过调节信息流,把神经化学物质微调至整体平衡。
● 阈值(threshold)
又叫临界值,是指刺激生物体时,释放某种反应所需的最小刺激强度。
● 突触(synapse)
神经元之间,或神经元与细胞、腺体之间通信的特异性接头。● 血清素(serotonin)
一种抑制性神经递质,最早于血清中发现,在脑皮层质及神经突触内含量很高。血清素
能增强记忆力,保护神经元免受“兴奋神经毒素”的损害。
在后面几章中,你会看到更多血清素的身影。由于血清素有效地
掌控着大脑活动,所以它经常被叫成大脑警察。血清素可控制坏情绪、冲动、愤怒以及攻击行为。比如我们利用氟西汀(Fluoxetine商品名为
百忧解[Prozac])这类血清素药物来帮助人们改善失控的大脑活动,而
失控的大脑活动会引发抑郁症、焦虑症和强迫症。
去甲肾上腺素是科学家为了解情绪而研究的第一种神经递质。科
学家认为它会增强那些影响注意力、认知力、动机以及觉醒状态的信
号。
多巴胺被视为是影响学习能力、奖励系统(满足感)、注意力和
运动的神经递质,有时候它在大脑的不同部位会起到截然相反的作用。
哌甲酯(Methylphenidate)(又叫利他林[Ritalin])通过增加有镇静作用
的多巴胺,来减轻注意力缺陷多动障碍(ADHD)。
我们使用的大多数改善精神状态的药物通常以这三种神经递质中
的一个或多个为目标。但我想充分表明,仅仅增加或降低神经递质的水
平并不能直接得出一对一的结果,因为大脑系统非常复杂。在不同的大
脑中,即使影响的只是一个神经递质,也会产生不同效果的连锁反应。
我告诉大家,长跑1 600米与服用极小剂量的百忧解和极小剂量的
利他林一样,因为与这些药物一样,运动提高了神经递质的水平。这个比喻言简意赅,通俗易懂;而更深层的解释是,运动使大脑中的神经
递质和其他化学物质之间达到平衡。你将会发现,保持大脑功能的平衡
可以改变你的生活。
学习是为了成长
如同神经递质是基础一样,过去15年左右的时间里,还有一类重
要的分子极大地改变了人们对大脑中神经细胞相互联系的看法,特别是
对这些联系如何产生和发展的认识。我所说这个分子是被泛称为因子的
蛋白质家族,而其中最有名的是脑源性神经营养因子(brain-derived
neurotrophic factor,简称BDNF)。神经递质执行信息传递,而像BDNF
这样的神经营养物质则建立和保养神经细胞回路,即大脑自身的基本结
构。
20世纪90年代,在神经学家开始证实记忆细胞机理后,BDNF成为
一个全新研究领域的焦点。1990年之前公开发表的关于BDNF的论文只
有十几篇,1990年,科学家发现了BDNF,它就像是营养神经元的肥料
一样存在于大脑中。参加过瑞典卡罗林斯卡医学院(Karolinska
Institute)BDNF早期研究工作的神经学家艾罗·卡斯特伦(Eero
Castrén)说:“那之后,一场由实验室和制药公司引发的海啸也加入到
争论中。”如今,关于BDNF的研究文献超过5 400篇。海马体
(hippocampus)是大脑中与记忆和学习有关的区域,经证实BDNF存在
于该区域,研究人员开始测试BDNF是否是这一过程中的必要因素。● 脑源性神经营养因子(BDNF)
是一种大脑内合成的蛋白质,负责建立和保养神经细胞回路,是“大脑的优质营养肥料”。
● 长时程增强效应(long-term potentiation,LTP)
给突触前纤维一个短暂的高频刺激后,突触传递效率和强度增加几倍,且效果能保持数
小时至几天的现象。
学习需要通过一个被称为“长时程增强效应”(long-term
potentiation, LTP)的动态机制来强化神经元之间的关系。当大脑需要接
收信息时,这种需求自然就引发神经元之间的活动。神经元之间的活动
越频繁,这种相互间的吸引力就变得越强烈,而信号的发出和传导就变
得越容易。最初的活动是将现存于轴突中的谷氨酸盐输送并穿过突触间
隙,与接收端的受体重新结合在一起。突触上信号接收端的电压在静止
状态中变得越来越强,像磁铁一样吸引谷氨酸盐信号。如果连续不断地
发送信号,就会激活神经元细胞核内的基因产生更多制造突触的原材
料,而且正是有了这种“根基”的支撑,才使新信息有机会成为记忆。
比如,你在学一个法语单词。当你第一次听到单词时,很多神经
细胞被召集起来,相互之间传递着一个谷氨酸盐信号以形成一个新神经
回路。假如你从此再也不使用这个单词,那么与之有关的突触间的吸引
力自然会降低,信号也随之减弱。结果,你忘记了那个单词!一个令记
忆研究者感到震惊的研究发现,让哥伦比亚大学的神经学家埃里克·坎
德尔(Eric Kandel)赢得了2000年诺贝尔奖。这个发现就是,不断重复
激活或者练习,会让突触自发肿胀,建立更强的联系。一个神经细胞就像一棵树,突触就是生长的分支,而最终树干会长出新的分支,即会有
更多的突触进一步巩固相互间的联系。这些变化是突触可塑性
(synaptic plasticity)这一细胞适应机制的一种表现形式,而BDNF则在
其中起到重要作用。
很早以前,研究者发现往皮氏培养皿内的神经细胞上撒些BDNF,细胞就会自发生成新的分支,学习需要相同的构造性成长,这也促使我
们把BDNF视为“大脑的优质营养肥料”。
BDNF还与突触上的受体结合,释放离子流,增加电压后迅速扩大
信号强度。另外,BDNF可以激活神经细胞内的基因,制造更多的
BDNF以及建立突触所需的血清素和蛋白质。BDNF不但是交通指挥
员,还是公路设计师。总之,BDNF可以提高神经细胞的功能,促使它
们生长,同时巩固和抵御其细胞死亡的自然进程。另外,正如我想在本
书中解释清楚的:BDNF是思想、情感和运动之间至关重要的生物学纽
带。
心与身的连结
纽约大学神经生理学家鲁道夫·利纳斯(Rodolfo Llinás)在其2002
年出版的著作《漩涡中的我:从神经元到自我》(I of the Vortex: From
Neurons to Self)中提到,只有移动的生物才需要一个大脑。他以海鞘
(一种类似水母的微小生物)为例阐明观点:刚出生时,海鞘有一条简
单的脊髓和300个神经元组成的“脑”。海鞘幼虫在浅海附近游来游去,直至找到一块满意的珊瑚,便会在上面安家。它只有12个小时寻找一块
礁石,否则就会死去。事实上,在安全附着后,海鞘就会吃掉自己的
脑。海鞘一生的大部分时间看上去更像是植物而不是动物。因为既然它
不再运动了,那么脑也就没有什么用处了。利纳斯解释道:“所以我们
称思考是由进化产生的内化运动。”
人类在进化时,从生理技能发展出许多抽象能力:预测、排序、评估、计划、复述、观察自我、判断、纠错、转变策略以及记住我们为
生存而做的每件事。我们的古代祖先钻木取火的大脑回路,和我们今天
学习英语的大脑回路并没有两样。
小脑(cerebellum)能够协调运动,使我们做到从网球接发球到抵
抗重力作用的任何事。有证据表明,连接人类小脑和前额叶皮层的神经
细胞主干要比猴子更粗。现在看来,这种运动中枢神经对思维、注意
力、情感,甚至是社交技能同等重要。我称小脑是节奏蓝调(RB)中
心。当我们在做运动特别是复杂的运动时,我们同时也在锻炼与一整套
认知功能密切相关的大脑区域;我们能促使大脑发出的信号沿着相同的
神经细胞网络传导,巩固神经细胞之间的联系。
当我们学习时,一系列相互关联的脑部区域都被调动起来。如果
没有前额叶皮层的监督,海马体就不会积极参与。总之,前额叶皮层既
组织心理活动,也组织生理活动,其接收输入并向大脑中最庞大的神经
连接网络发出指令。前额叶皮层就是大脑中的老板,就其本身而言,除了负责其他事情之外,它还通过所谓的工作记忆来监控我们当前的情
况,抑制刺激和发起行动,以及判断、计划、预测等所有的执行功能。
前额叶皮层如同大脑的首席执行官(CEO),不但必须与首席运营官
(COO)——运动皮层——保持密切联系,还要与其他各个区域紧密联
系。
海马体则有点像绘图师,它从工作记忆区域接收信号输入后,与
现有记忆相互比对,在形成新的关联之后,再向老板汇报。科学家认
为,记忆就是分散在大脑各处信息片段的集合。海马体担任中转站的角
色,从皮层接收信息片段,接着把它们捆扎在一起,然后再把它们汇集
成一幅独一无二的、新颖的连接地图。
比如,当我们学习一个新单词时,大脑扫描图显示前额叶皮层会
因活跃而发亮(就像海马体和诸如听觉皮层等相关区域所做的那样)。
一旦通过谷氨酸盐的释放来建立神经回路,我们就学会了这个单词,前
额叶皮层就会逐渐变暗。在完成对这个计划开始阶段的监管后,前额叶
皮层会放松对这组优秀“雇员”的监督,继而转向新挑战。
我们就是这样逐渐认识事物,就是这样让骑自行车这类活动成为
一种习惯。思考和运动的模式被自动储存于基底核、小脑和脑干这些原
始区域。就在不久之前,科学家还认为它们只和运动有关。把基础知识
和技能交给这些潜意识区域来处理,让大脑的其他区域有时间继续调整
适应,这是一个相当重要的安排。想象一下,如果我们不得不停下来,尝试处理每一个思考过程,记住每一个动作,那么,恐怕我们在倒早晨
第一杯咖啡前,就已经因精疲力尽而瘫倒了。这就是晨跑如此重要的原
因。运动让神奇的“脑细胞肥料”变多
1995年,当时我正在为自己的新书《大脑使用指南》(A User’s
Guide to the Brain)收集资料,碰巧发现《自然》杂志上有一篇关于“老
鼠运动和BDNF”的论文。尽管篇幅还没有一篇专栏文章长,但却说明了
一切。即运动提高了整个大脑的优质营养肥料。
这个研究的设计者卡尔·科特曼(Karl Cotman)是加州大学欧文分
校(University of California, Irvine)脑部衰老与老年痴呆研究所
(Institute for Brain Aging and Dementia)主任。“我原以为运动皮层、小
脑、感觉皮层这些大脑的运动感觉区域会发生较大的变化,或许连基底
核都会略有变化,因为它们都与运动有关,”他回忆说,“可是当我们冲
洗出首批脑成像胶片时,见鬼!变化却出现在海马体中。这个重要发现
的意义在于,海马体是大脑中极易受到退行性疾病影响但又是学习必需
的区域。在我看来,那一瞬间彻底改变了整个游戏规则。”
这个消息绝对出乎我的意料。根据多年来从很多患者身上看到以
及了解到的运动对神经递质的影响,我始终对外提倡利用运动治疗注意
力缺陷多动障碍和其他心理疾病。但这项研究有所不同,通过证明运动
激活学习过程的主控分子,科特曼确定了运动和认知功能之间存在一个
直接的生物学联系。这样,科特曼开拓了通往神经科学—运动学研究的
道路。科特曼是在BDNF准确位置被发现不久之后进行这项实验的,当时
并没有证据显示BDNF与运动有任何关系。此后不久,科特曼指导了这
次实验,而他的假说完全是一种新的创举。他刚完成一个关于老化的长
期研究,想要弄清那些保持头脑最佳状态的人是否有什么相似之处。4
年时间里,通过对认知功能衰退极少的人进行研究,科特曼发现了3个
因素:教育、自我效能感(self-efficacy)[3]
和运动。前两者并不怎么令
人惊讶,让科特曼好奇的是最后一个因素。“我开始想,到底发生了什
么呢?”他说,“原先的假设是,运动对大脑没有影响。但我猜想,在某
种程度上它必定和大脑有关系。”
假如那时候你问是什么可变因素构成了整个大脑健康的基础,那
么大多数科学家可能会回答是BDNF。科特曼说,“因为它们在某种程度
上家喻户晓”,每个人都知道它们可以帮助培养皿中的神经元活得更
长。虽然变化有点太快,但如果科特曼把运动和BDNF联系到一起,那
么对于“为什么在老化研究中发现了运动因素”至少他会有一个貌似合理
的解释。
科特曼设计了一个实验,测量运动中的老鼠大脑BDNF水平前提
是它们是自愿运动的。如果强迫老鼠在跑步机上跑步的话,他担心同
行可能会认为实验结果源于老鼠所承受的压力。不过这不是问题:他可以利用转轮。从这点看这个研究领域是全新的,光是寻找让学校审
核用于实验的老鼠设备,就够痛苦的——科特曼必须为这些可能符合
实验协议的不锈钢转轮付出每个1 000美元的费用。“我记得自己一边
签购货单一边想,真是麻烦啊!我只希望它不会失灵。”他开玩笑
道。最糟糕的是,科特曼所有的博士后研究生都不愿意加入这项研
究,所以在找到一个物理治疗法专业并喜欢这个实验构想的学生之
前,科特曼只得请硕士研究生来进行实验。
与人类不同,啮齿目动物似乎生来就喜欢运动,科特曼的老鼠
一个晚上能跑几公里。老鼠被分成四组:一组跑两个晚上,另外两组
分别跑四个晚上和七个晚上,还有一组是不参与转轮跑步的对照组。
实验中,研究者先给老鼠注入一种能与大脑内BDNF相结合的分子,再对它们进行扫描,结果发现,运动组老鼠大脑内BDNF增加幅度超
过对照组,而且每只老鼠跑得越久,大脑内的BDNF水平就越高。当
科特曼看到这些结果——海马体上出现BDNF陡增——他简直难以相
信。“我当时说,不,伙计们,我们肯定出错了!可恶的海马体活跃
性增强了。我们必须重新做这个实验,这太不可思议了。”之后,我
们重做了这个实验,但还是得到了同样的结果。-------------------------------
BDNF和运动产生同步变化的事实,逐渐证明了 BDNF不仅对神经
细胞的存活很重要,而且对神经细胞的生长(发出新的分支)也很重要,因此它对学习也很重要。艾罗·卡斯特伦和哥伦比亚大学坎德尔实
验室的苏珊·帕特森(Susan Patterson)共同发现,通过让老鼠学习刺激
长时程增强效应(LTP),它们脑内BDNF水平就会相应提高。研究者
观察老鼠的大脑,发现缺乏BDNF的老鼠失去了LTP的能力;反之,直
接把BDNF注射到老鼠大脑内,则能促进LTP。神经外科学家戈麦斯·皮
尼利亚(Gomez Pinilla)曾是科特曼的博士后研究生,他证实,如果让
老鼠大脑内的BDNF无法正常工作,那么水池中的老鼠就难以找到水下
暗藏的平台而逃脱。这一切概括起来形成了“运动有助于大脑学习”的可
靠证据。
“运动最显著的一个特征是,它能提高学习效率,但有时候人们在
研究中会忽略这一点。所以我认为这绝对是一个非常棒的重要信
息,”科特曼说,“因为它意味着,如果你身体健康,就能更有效地学习
和工作。”
实际上,在2007年的一项人类研究中,德国研究人员发现,人们
在运动后学习词汇的速度比运动前提高了20%,学习速度和BDNF水平
有直接关系。同理,那些由于基因变异导致BDNF缺失的人,更有可能
缺乏学习能力。没有优质的营养肥料,大脑就关闭了自身通往世界的大
门。精神病学勉强接受了这个观点:运动可以创造一个有助于学习的
环境,从而有助于改善我们的心理状态。不过科特曼的工作为证实“运
动能够增强学习的细胞机器”打下了基础。BDNF为突触提供工具以接
受、处理、关联、记住信息,并把它放入相关背景中加以理解。这并不
意味着,跑1 600米就会让你变成天才。“仅仅靠注射BDNF绝不可能让
你变得聪明,”科特曼指出,“学习时,你可以一种不同的方式作出反
应,而反应的对象早已经存在了。”
毫无疑问,关键在于这样东西是什么。大脑真的会长大
现代神经科学之父拉蒙·卡哈尔(Ramón y Cajal)提出中枢神经系
统由独立神经元组成,在被他称为“极化接合点”的地方完成交流,拉蒙
因此获得了1906年的诺贝尔医学奖。推崇其观点的科学家提出学习与突
触变化密切相关的理论,尽管这一理论受到赞扬,但大多数科学家却并
不买账。直到1945年,加拿大麦吉尔大学(McGill University)的心理
学家唐纳德·赫布(Donald Hebb)偶然中首次发现了可作为证据的迹
象。那时实验室的规定很松散,赫布觉得带几只实验室老鼠回去给孩子
做临时宠物可能是个不错的主意。结果,把老鼠重新带回实验室后,赫
布发现,与关在笼子里的同类相比,这几只老鼠非常擅于学习测试。被
孩子们抚摸和嬉戏的新奇体验以某种方式提高了它们的学习能力。赫布
认为这种经历改变了它们的大脑。在备受赞誉的教科书《行为的组织:
一种神经心理学的理论》(The Organization of Behavior: a Neuropsy
Chological Theory)中,他把这种现象描述为“使用–依赖可塑性”(use-
dependent plasticity),认为突触在学习的刺激下会重新进行自我调整。
赫布的工作与运动密不可分。因为至少就大脑而言,体育活动算
是新奇的体验。20世纪60年代,加州大学伯克利分校的心理学家们把一
种叫“环境优化”(environmental enrichment, EE)的实验模型作为测
试“使用–依赖可塑性”的手段。这次,研究人员没有把老鼠带回家,而
是在它们的笼子里放置了玩具、障碍物、隐藏的食物以及转轮。研究人员还把老鼠们聚集起来,以便它们能够社交和
玩耍。
然而实验并非完全是充满和平与爱心的,因为最终这些啮齿目动
物的大脑是要被解剖的。实验表明,生活在一个有更多感官刺激和社会
化刺激的环境中,老鼠的大脑结构和功能皆发生了改变。老鼠不仅能更
好完成学习,相对那些住在空荡荡笼子里的同类,它们的大脑重量也重
了许多。赫布对可塑性的定义并没有包括神经元的增生。神经学家威廉
·格里诺(William Greenough)读研究生期间,对加州大学伯克利分校
的研究有强烈的兴趣,他回忆道:“那时候,要是从生理学上提出,大
脑确实可以通过某些经历而发生改变,那几乎就等于异端邪说。”
格里诺想对“环境优化”项目做个调查,却被一通警告而打消了那
种念头。他回忆说:“我的导师斩钉截铁地对我说,如果你把那个研究
作为毕业论文,那你肯定会四面楚歌。”随着加州大学伯克利分校的研
究结果被不断复制,“运动影响大脑”的观点也有了立足之地。哈佛大学
的一个小组也用类似的研究从反面证实:环境的缺失会使大脑萎缩。通
过手术将猫的一只眼睛缝合起来并饲养一段时间后,研究人员发现它们
的视觉皮层明显缩小。整个研究证实,用肌肉比喻大脑以及用进废退的
观念是成立的。
这不但挑战了生物学和心理学长期各自为政的局面,而且“环境优
化”的社会意义是完全不同的。加州大学伯克利分校的研究促成了“开端计划”(Head Start)的诞生。这是一项提供资金让贫困孩子进入幼儿园
的美国联邦教育计划。为什么必须让贫困孩子离开空无一物的“笼子”?
这个研究领域突然间备受欢迎,许多神经学家开始研究用不同的方法刺
激大脑生长。
曾安心于在伊利诺伊州立大学舒舒服服做一名教员的格里诺重新
回到这个研究领域。20世纪70年代早期,在一次具有重要影响力的研究
中,他用一台电子显微镜展示了“环境优化”可以促使神经元生长出新的
树突。学习、运动和社交活动刺激并引发了分支扩张,继而促进其上的
突触形成更多的神经连接,而位于这些神经连接上的许多髓鞘也随之加
厚,髓鞘可以使神经连接更有效地释放信号。
现在我们知道,这种增生需要BDNF。这种突触的改建对神经回路
处理信息的能力产生了巨大影响,显然这是个好消息。这意味着,你有
力量改变你的大脑,而且你要做的仅仅是穿上你的跑步鞋。
运动能为大脑制造替换零件,诱发神经新生
随着突触可塑性的概念渐渐受到神经科学领域的认可,一种关于
增生的更为激进的观点逐渐变得可信。20世纪大部分时间里,科学界坚
持信奉大脑是一个在青春期就完全发育成熟的硬件。也就是说,我们出
生时的神经元就是我们将来拥有的全部。我们可以随心所欲地重新调整
突触,但神经元只会损耗,而且毫无疑问,我们还会加速神经元的衰
退。初中的生物老师可能会提出一个观点,这个观点会吓得你未到法定年龄就不敢饮酒,“现在,你给我记住:酒精会杀死脑细胞,而脑细胞
是永远不会再生长的。”
● 神经新生(neurogenesis)
从神经元干细胞、祖细胞中再生神经元的过程。
你猜结果怎么样?它们真的又生长了——而且达到数千个。科学
家逐渐学会了使用那些先进的成像仪器来观察大脑,他们找到了确凿的
证据,并在1998年公布了一篇有巨大影响力的论文。这个证据来源于一
份不可思议的原始资料。癌症患者有时需要注射一种染色剂,它会出现
在增殖癌细胞里,便于跟踪癌细胞的扩散情况。观察那些捐献遗体的晚
期癌症患者的大脑时,研究者发现他们的海马体也充满了染色标记,这
证明神经元就像身体其他细胞一样,正在分裂和增殖——这个过程被称
为“神经新生”(neurogenesis)。于是,科学界正式认定它为神经科学领
域最大的发现之一。
曾经,从斯德哥尔摩到南加州,再到普林斯顿,神经学家们都争
先恐后要找出我们的新生脑细胞到底有什么作用,因为它的意义是广泛
而深远的,帕金森氏病(Parkinson’s)以及阿尔茨海默病之类的退行性
疾病的根本病因便源于神经细胞的死亡和受损。老化本身就是一种细胞
的死亡,然而我们突然认识到,至少在大脑某些区域中存在一个内部的
对抗手段。或许一旦搞清如何快速启动神经新生,我们就能为大脑制造出替换零件。
那么这对健康的大脑来说又意味着什么呢?其中一条关于神经新
生的线索来自山雀研究。山雀在每年春天会学习新的鸣叫声,而且在短
期内,它们的海马体上也显示出新细胞的增生。这是巧合吗?新生的细
胞暗示其在学习中起到的某种作用,但我们很难得到这类证据。就像突
触的可塑性一样,“神经新生显然与我们和环境的相互作用有关,不仅
仅在情感上,在认知上也有关系”。加州索尔克研究所(Salk Institute)
的神经学家弗雷德·盖奇(Fred Gage)说:“设法弄明白神经新生到底有
什么作用,这真的是一个有趣的难题。”1998年,瑞典人彼得·埃里克森
(Peter Eriksson)领导了这个关键性研究,而盖奇是和他一起工作的研
究人员之一。
新生的神经元是完全空白的干细胞(stem cell),要经历一个发育
过程才能形成神经细胞。在这个过程中,它们必须找到事情做才能生存
下来,但大多数都没有成功。一个新生的细胞要经过28天才能加入到
一个神经网络中。和已经存在的神经元一样,赫布关于活动依赖性学习
的概念将得到应用:如果我们不使用新生的神经元,我们就会失去它
们。盖奇重新运用环境优化模型在啮齿目动物身上验证了这个观
点。“开始进行这个实验时,我们必须要同时处理各种各样的问题。”盖
奇说,“我们需要耍手段得到实验结果,但令我们吃惊的是,仅仅在笼
子里放一个转轮,就能对新生神经细胞的数量产生显著影响。而讽刺的
是,跑步组的神经细胞死亡率和对照组一样,所不同的仅仅是前者的细胞储备库比较雄厚而已。一个神经细胞要生存并加入到神经系统中,就
必须生长出它的轴突。”运动产生大量神经元,而环境优化的刺激则有
助于神经元的存活。
第一个在神经新生与学习之间建立明确关联的人是盖奇的同事汉
丽埃塔·冯·布拉格(Henrietta van Praag)。他们在一个水池中装满不透
明的水,水面刚刚淹没水池角落里的平台。老鼠不喜欢水,研究者用实
验来测试它们对平台的斜坡,即逃生路线的记忆程度如何。研究者比较
了不运动的老鼠和每晚在转轮上跑4~5公里的老鼠,结果显示,运动的
老鼠记住了在哪里能迅速找到安全地带。虽然两组老鼠的游泳速度相
同,但运动的老鼠能径直朝平台游去,而不运动的老鼠则在水中四处乱
撞后才找到平台。研究者解剖老鼠后发现,运动的老鼠海马体中新干
细胞的数量是不运动的老鼠的两倍。总结实验结果时,盖奇说:“细胞
总数和一只老鼠进行复杂任务的能力之间有显著关系。一旦阻碍神经新
生,老鼠就无法回忆信息。”
虽然整个研究的对象是啮齿目动物,但我们知道实验可能与内珀
维尔校区的体育课有一定的关联:体育课为大脑提供学习所需的最佳工
具,而课堂上的学习刺激又促使那些新生的神经细胞连接到神经网络中。只有在那里,它们才能成为信号传递系统中的重要成员。神经元被
赋予一个使命,通过运动更好地激发LTP,似乎就会新生出大量的神经
细胞,它们都是可塑之材。普林斯顿大学的神经学家伊丽莎白·古尔德
(Elizabeth Gould)由此联想到,也许新生神经元在保存我们的有意识
思维方面起到了重要作用,而前额叶皮层则决定是否要把这些新神经元
连接起来作为一个长期记忆。古尔德是首位证实灵长目动物长出新神经
元的研究者,她的研究成果为人类神经新生的实验创造了条件。
她和神经科学领域的其他学者一样,还在分析神经新生和学习之
间的关系,而运动已经成为一个重要的实验工具。不过有趣的是,很少
有科学家会因为对运动感兴趣而去研究它,正如2006年公布的一份关于
海马体研究的文章标题所说,他们之所以喜欢让老鼠跑步,是因为运动
能“大大增加神经新生”,因此可以让研究人员分析这一过程背后的一系
列信号。这也是制药公司制造药物所必需的,他们一直梦想有一种治疗
老年痴呆症的药丸,能复活神经元以保存完整的记忆。最近,哥伦比亚
大学的神经学家斯科特·斯莫尔(Scott Small)在以人为对象的研究中,利用核磁共振成像技术(MRI)跟踪拍摄神经新生现象。他说:“海马
体里肯定有某种感知运动和语言的化学物质,好吧,让我们开始快速制
造新细胞吧!如果我们确定了那些分子途径,也许我们就能想出聪明的
办法,从生化学角度诱导神经新生。”
试想一下要是他们把运动装进一个瓶子里,会怎样呢?锻炼身体的同时,也在锻炼大脑
如果人类打算生产新的神经细胞,那么我们还需要营养它们的肥
料吗?从一开始,研究神经新生的科学家就很熟悉BDNF。这些科学家
早已明白如果没有这种优质的营养肥料,大脑就无法接收新信息,而现
在人们又知道BDNF是制造新细胞必不可少的成分。
BDNF聚集在突触附近的储备库中,随着血液的泵出而被释放出
来。在这一过程中,身体内大量激素被调动起来发挥协同作用,由此科
学家带给我们一串新的缩写词:IGF-1(胰岛素样生长因子-1)、VEGF(血管内皮生长因子)以及FGF-2(成纤维细胞生长因子-2)。在
运动期间,这些因子成功穿过血脑屏障(blood-brain barrier)(血脑屏
障是一种由细胞紧密相连构成的毛细血管网,它可以阻挡类似细菌的大
型侵入者进入大脑。)近年来,科学家刚刚认识到,一旦进入大脑后,这些因子和BDNF共同发挥作用,为学习的分子机器做好准备,尤其在
运动的时候,大脑内部也会产生这些因子来促进干细胞分化,而更重要
的在于这些因子描绘出身体到大脑的直接连接路线。
在运动过程中,当肌肉感觉需要更多能量时,它们就释放IGF-1因
子。葡萄糖不仅是肌肉的主要能量来源,更是大脑唯一的能量来源。
IGF-1与胰岛素共同合作把葡萄糖输送到你的细胞里。有趣的是,IGF-1
在大脑中的作用与能量控制无关,而是与学习有关,这样我们就能记住
在自然环境中哪里能找到食物。运动时,BDNF不但帮助大脑增加IGF-1含量,而且还激活神经元产生发送信号的神经递质,比如血清素和谷氨
酸盐。它还会刺激更多BDNF受体的产生,增强神经元之间的联系以巩
固记忆。特别是BDNF,它似乎对建立长期记忆很重要。
从进化角度看,这完全符合进化的道理。如果排除其他一切因
素,那么我们需要的学习能力只是为了帮助我们找到、获得并储存食
物。我们需要能量来学习,我们需要学会发现能量的来源——身体发出
的所有信息都是为了让这个过程延续下去,并且让我们不断适应环境生
存下来。
为了向细胞输送能量,我们需要新的血管。当我们的身体细胞缺
氧时,就会像肌肉运动缺氧所做的那样:VEGF开始工作,在身体和大
脑中生成更多的毛细血管。研究者推测,对神经新生至关重要的一点
是,VEGF改变了血脑屏障的可渗透性,即在运动期间,打开原来的血
脑屏障,让其他的因子通过。
● 胰岛素样生长因子(IGF-1)
IGF-1 也被称作“促生长因子”,是一种在分子结构上与胰岛素类似的多肽蛋白物质。
在婴儿的生长和在 成人体内持续进行合成代谢作用上具有重要意义。
我们体内另一个重要成分——FGF-2也进入到大脑内。就像IGF-1
和VEGF一样,在运动期间,FGF-2的数量也有增加,而且它是神经新
生所必需的因子。FGF-2在身体内帮助组织生长,而进入到大脑后,它
对LTP的过程起到重要作用。● 成纤维细胞生长因子(FGF-2)
由垂体和下丘脑分泌的多肽。能促进成纤维细胞有丝分裂、中胚层细胞的生长,还可
刺激血管形成,在创伤愈合及肢体再生中发挥作用。
随着年龄的增长,这三种因子和BDNF的数量都会逐渐减少,而神
经新生也随之减少。甚至在我们衰老之前,这些因子和神经新生数量的
减少都会体现在紧张和抑郁上,随后我会在书中介绍这些内容。对我而
言,这实在是鼓舞人心的消息。如果能提高身体内的BDNF、IGF-1、VEGF和FGF-2水平,就意味着我们掌握了某种方法控制老化。
这是生长与老化、活动与不活动之间的较量。身体需要动力,当
我们激励身体的同时,也在激励我们的大脑。学习和记忆与运动技能共
同进化,运动技能使我们的祖先有机会找到食物,就我们的大脑而言,如果我们停止活动,就真正失去了学习的必要。做出运动选择:兼顾技巧训练和有氧训练
现在,你已经知道运动如何在三个层面提高学习能力:首先,它
完善你的思维模式以提高警觉力、注意力和驱动力;其次,它让神经细
胞准备就绪,并促使它们相互连接起来,这是连通新信息的细胞基础;
最后,运动激发海马体的干细胞分化成新的神经细胞。不过现在你一定
还想知道什么是最佳的运动计划。我倒希望能给你一个强健大脑的理想
运动模式和运动量,可是科学家也刚开始探索这类问题。“还没有人完
成这样的研究,”威廉·格里诺说,“但据我看,五年后我们的收获会更
多。”
不过我们还是可以从现有研究中得出肯定的结论。科学家能确定
的一点是,在进行高强度运动的同时,你无法学会复杂的事情。因为这
时血液都从前额叶皮层分流出去了,妨碍了你的执行功能。比如,让大
学生一边在跑步机或健身单车上坚持20分钟高强度锻炼、达到最大心率
70%~80%的同时,一边进行综合学习测试,结果并不理想。(所以不
要一边在跑步机上狂跑,一边准备法学院入学考试。)不过,一旦你运
动完,血液几乎会立刻回流,这时如果有需要敏锐思维和复杂分析力
的事情,就正是注意力集中的最佳时刻。
2007年有一个著名的实验证实,在跑步机上完成一次35分钟、心跳达到最大心率60%或70%的锻炼后,被试的认知灵活性大大提
高。在这个实验中,研究者要求40名成年人(50~64岁)迅速说出普
通物品的另一些用途,比如报纸是用来阅读的,但还可以用来包鱼、垫鸟笼、包盘子等。研究者让一半的被试看电影,而另一半被试做运
动。他们分别在此之前及之后立即接受测试,并且在20分钟后再接受
测试。观看电影组前后没有变化,而运动组在锻炼刚结束后,讲述速
度和认知灵活性都提高了。认知灵活性是一种很重要的执行功能,它
反映出我们改变想法的能力以及源源不断地产生创造性思维和答案的
能力,而不是照搬常见的回答。在一些要求高智商的工作中,这种特
性与高效率有关系。所以,如果你计划某天下午参加一次需要集思广
益的重要会议,那么在午饭时间来一次快速短跑无疑是个妙招。-------------------------------
我在本章中大量提到的这些研究都以运动对海马体的影响为主要
内容,由于运动在形成记忆方面起到的作用,也因此让它成为学习的关
键因素。海马体并不会到一定程度就自己停下来,主动中断新神经回
路。学习是前额叶皮层指导,调动许多区域共同参与的过程。大脑必须
意识到进入的刺激,随后把它放到工作记忆里,同时给予它情感上的重视,并把它和过去的经历相关联,再把整个信息与海马体联系起来。前
额叶皮层分析并确定信息顺序,然后把每件事联系在一起。前额叶皮层
与小脑及基底核共同合作,保证信息往返的节奏,确使这些功能正常发
挥。提高海马体的可塑性可以巩固这条信息链中的一个关键环节但通过
学习可以在整个大脑中产生出更浓密、更健康、联结更顺畅的神经元。
我们建立的神经网络越多,储存的记忆和经历越丰富,那么学习起来就
更容易。我们已经掌握的东西,就是形成日益复杂的思维能力的基础。
● 最大心率
(Maximal Heart Rate, MHR)
指进行运动负荷时,随着运动量的增加,耗氧量和心率也增加,在最大负荷强度时,耗氧量
和心率不能继续增加心率达到最高水平。在测定心脏最大工作能力和最大耗氧量时,最大心
率是一个重要的参考依据。目前最流行的最大心率计算公式为:最大心率= 220 -实际年
龄。
那么,你需要多少有氧运动来保持健康的体型呢?日本有一个小
规模的科学研究发现,每周慢跑两次、每次30分钟,那么12周的时间就
能提高大脑的执行功能。关键是,要综合某种形式的活动,这种活动需
要协调的不仅仅是双脚。几年前,格里诺做过一个实验。在实验中,他
教一些老鼠学习复杂的控制技能,比如走平衡木、在不稳定物体上行走
以及攀爬弹性绳梯等。格里诺比较了跑步的老鼠和学习杂耍的老鼠。经
过两周的训练,学习杂耍的老鼠的小脑内BDNF增加了35%,而跑步老
鼠的那个区域却没有任何变化。这扩展了我们从神经新生研究所获得的
成果:有氧运动和复杂活动对我们大脑产生各自不同的有益影响。好消息是它们之间是互补的。“重要的是,把两者都考虑进来。”格里诺
说,“虽然证据并不完美,但说真的,你的养生之道一定要包括技巧学
习和有氧运动。”
我要建议大家的是,要么选择一种能同时锻炼心血管系统和大脑
的运动——网球就是个好运动;要么在攀岩或平衡练习这类无氧技巧型
活动前,做十分钟有氧热身操。有氧运动能增加神经递质、建立新的血
管来输送生长因子,促使新细胞的生成;通过经强化与拓展的神经网
络,复杂的活动让所有这些元素都投入使用。活动越复杂,突触的联系
也越复杂。即使这些神经回路是在运动中建立的,在思考时,它们也能
被其他区域激活利用。这就是会弹钢琴的孩子为什么学数学更容易的原
因。前额叶皮层会吸纳身体技能产生的心理力量,并在其他情况下发
挥作用。
学习瑜伽的姿势、芭蕾舞的动作、体操的技巧、花样滑冰的基本
原理、普拉提的弯曲动作、空手道的招数,所有这些活动的训练都能让
大脑的全部神经细胞参与其中。比如对舞蹈演员的研究证明,不规则的
舞蹈节奏与有规则的舞蹈节奏相比,更能提高大脑的可塑性。因为与这
些活动有关的技巧都是特别的动作形式,它们起到活动依赖性学习的作
用。这种活动依赖性学习让赫布的老鼠变得更聪明,而且格里诺也证
实,它让突触生长得更密集。
当我们不得不学习一种比走路更复杂的运动技能时,实际上这一学习过程刺激了我们的大脑。最初,你会有点尴尬和手足无措,但当连
接小脑、基底核与前额叶皮层的神经回路开始变得活跃起来时,你的动
作就会变得越来越精准。随着不断的重复与练习,神经纤维外面会形成
更厚的髓鞘。髓鞘能够提高信号发送的质量和速度,继而提高神经回路
的效率。以空手道为例,当你的某些招式练得炉火纯青后,你可以把它
们组合成更复杂的动作;而不久之后,你又会对新招数产生新反应。这
也同样适用于学习探戈,你必须回应舞伴,这对你的注意力、判断力和
动作精确度都提出了更高的要求,而情况的复杂性是呈指数级增长的。
只要再加点乐趣和人际互动,你就能激活大脑和肌肉完全参与到整个学
习过程中。然后你会准备好迎接下一个挑战,整个过程就是这样。
[1]
世界第二大玩具生产和销售企业,美国孩之宝玩具公司旗下品牌之一。——译者注
[2]
Neurons that fire together wire together. 这是加拿大神经学家唐纳德 · 赫布(Donald Hebb)在
20世纪50年代提出的赫布定律,说明记忆是同步触发的神经回路。——译者注
[3]
人们对自己是否能够成功地进行某一成就行为的主观判断。1977年,心理学家阿尔伯特 · 班
杜拉(Albert Bandura)首次提出这一概念。——译者注苏珊非常焦虑。装修队进驻她的厨房已经是一年多前的事了,但
她还是恐惧那种间歇性的沉寂,而不是装修带来的吵闹声。沉
寂意味着:不知出于何种原因工作停止,装修期可能要延期。她根本不
知道何时能重新使用她的厨房,更别提她的正常生活了。任何生活在装
修状态下的人遇到下面这些情况都会极度心烦意乱:每天有陌生人在你
家晃进晃出,你无法控制自己的时间,家中到处弥漫着石膏板的灰尘,混乱不堪。更致命的是,在整个装修期间,工人一进你家就如若进自家
大门。
四十出头的苏珊此前一直是个活泼友善的女人:她是三个正在上
学的男孩的母亲,也是家长教师联谊会(PTA)的会长,又是一位骑
师,还是一位日程安排得很满的专业志愿者。可是突然间,她被迫整日留守在家中,等候装修工人的到来,而没想到的是经常等到他们取消预
约的消息。换作是谁都会抓狂。苏珊被束缚在千疮百孔的家中,不知道
该怎么办。为了缓解这种情绪,她开始选择喝葡萄酒,一杯之后又是一
杯。不久之后,她发现自己在午饭前就已经打开了一瓶上等的夏敦埃葡
萄酒。“全是夏敦埃酒,”她说,“我只喝它。”
苏珊的世界突然缩小了,而且正如我要提到的,她的大脑也缩小
了。由于担心这种应对方式会让自己成瘾,苏珊找到我。她坐在我的办
公室里,我们讨论采用什么方法改变她一有压力就伸手拿酒的习惯。我
希望帮她找到某种在家中就能直接做的事,这件事首先能分散她的注意
力,其次还要能释放她的压力。她不太爱去健身房,但她体格相当强
健,而且不经意间她还流露出自己喜欢跳绳。这太好了!于是,我建议
她每当感觉压力来袭时,就开始跳绳。
当我再次见到苏珊时,她告诉我,她把家中每个地方放置的绳子
都跳过了,现在她已经不再借酒解压了。即使这样短时迸发的活动,也
能让她立刻感到更有自控力,就像自己是命运的主宰者一样。她还感到
一种真正的轻松——不仅舒缓了肌肉的紧张,焦躁不安的情绪也得到缓
解。她把这种减压方式解释成:“我感觉跳绳好像重新启动了我的大
脑。”
重新定义压力
每个人都知道压力,但我们真的了解它吗?从形式、大小和时间长短,皆有不同,社会压力、生理压力、新陈代谢引起的压力只不过是
其中的几种。大多数人不加区别地给成因和结果统统冠以“压力”这个
词。这个世界施加在我们身上的“压力实在太大了”当我们遇到每件看起
来很麻烦的事情时,我们也会有同样的感觉:“压力太大了,我都没法
清楚地思考了。”科学家自己也并非总能分清心理压力和面对压力的生
理反应这两者的区别。
● 压力(Stress)
身体平衡状态的一个威胁。它是一种对反应的考验, 一种对适应的要求。
压力是一个颇具延展性的术语。部分原因在于,感觉所跨越的情
感范围很广,从轻微的警觉状态到被命运完全击垮的绝望。在这个范围
的尽头,就是你所熟知的备受压力。那是一个孤独的地方,那里的问题
看起来通常都是不可征服的艰难险阻。在那里待久了,压力就成了慢性
压力,会把紧张情绪变成生理压力。在慢性压力中,身体应激反应引发
的连锁反应不但会导致诸如焦虑和抑郁等全面的心理失常,还会升高血
压、增加心脏病和癌症的发病率。慢性压力甚至还会破坏大脑的结构。
如何理解压力这样一个模糊的概念呢?只要记住它的生物学定义
即可。压力是身体平衡状态的一个威胁,是一种对反应的考验,一种对
适应的要求。在大脑中,任何引起细胞活动的事情都是一种压力形式。
对一个发送信号的神经元来说,它需要能量,而且燃烧能量的过程还会在细胞上产生破损和裂缝。压力感是一种我们对大脑细胞承受压力的情
绪回应。
你很可能认为从椅子上站起来不是什么有压力的事——它不会令
你感到有压力,但从生物学角度讲,它绝对会令你感到压力。尽管它无
法和失业相比,但实际上:这两件事都能激活身体和大脑中相同的神经
传导部位。站起来这个动作激活了协调运动所需的神经元;担心失业则
引发了大量的活动,因为情感是许多神经元相互间传递信号的产物。同
样,学习英语、初次会晤、锻炼肌肉都会对你的大脑产生要求,这一切
都是压力的形式。就大脑而言,压力就是压力,只是程度各有轻重而
已。
压力是必需的,没有好坏
身体和大脑对压力的反应程度取决于许多因素,尤其是个体的遗
传背景和个人经历。如今,生物学进化和社会学进化之间的差距在不断
扩大。虽然我们不必为躲避狮子而奔跑,但我们也摆脱不了奔跑的天
性。“战斗或逃跑”(fight-or-flight)反应并非全都发生在会议室里。如
果工作中感受到压力,你是抽老板耳光还是转身离开呢?诀窍在于你如
何反应。你选择处理压力的方式不仅能改变你的感觉,还能改变你的
大脑。如果你只是被动反应或完全走投无路,那么压力可以变成危害。
像大多数精神问题一样,慢性压力是由于大脑被同一种情绪模式支配,通常以悲观、恐惧或回避为特征。而积极应对压力可以让你跳出这个地带。让我们把天性先放到一边,我将告诉你,你能控制情绪对你的影响
程度!而且,正如苏珊所认可的:关键是控制。
运动不仅控制着情感上和生理上的压力感觉,还在细胞水平上起
作用。如果运动本身也是一种压力形式,那它是如何实现的一点的呢?
虽然运动引发大脑活动所产生的分子副产品可以损伤细胞,但是在正常
情况下,修复机制会为即将到来的挑战留下更强壮的细胞。神经细胞就
像肌肉一样被细分和逐步增加——压力使它们更有适应力。运动就是这
样促使身体和大脑来适应的。
压力和恢复——这是生物学的基本模式,它会产生巨大的,有时
甚至是惊人的结果。
20世纪80年代,美国能源部(Department of Energy, DOE)委
托进行一项持续辐射暴露对健康影响的研究。研究人员比较巴尔的摩
核造船厂两组工人的研究结果。这两组工人的工作大致相同,仅有一
项关键的不同:一组工人处理的材料中含有极低辐射,而另一组工人
处理的材料中则不含辐射。从1980年至1988年期间DOE了跟踪这些工
人的身体情况,他们的发现震惊了参与的每个人。
辐射竟然使工人更健康。暴露于低剂量辐射下的2 8000名工人的死亡率,比另外32 000名未暴露在辐射下的工人低24%。这是怎么回
事,原本令每个人担心损害健康的有毒物质却没有危害。辐射是一种
压力,它会损伤细胞,而且高水平的辐射会杀死细胞,导致癌症之类
的疾病发生。在这个研究中,相当低的辐射剂量并不能把暴露在其中
的工人体内的细胞杀死,反而使他们更强壮。-------------------------------
也许压力并没有人们想象的那么糟糕。但由于这个研究的“失
败”——没有证明之前对辐射致命影响的估计,所以它未被公开发表。
自此,我们从生物学压力和恢复上得到的启发来看,压力对大脑的作用
似乎有一种像疫苗对免疫系统的作用。在有限程度下,压力触发了大脑
的过度补偿机制,从而使它们自身做好迎战未来挑战的准备。神经学家
把这种现象称为:压力接种(stress inoculation)。
● 压力接种(Stress inoculation)
通过积极应对替代何带来焦虑应对方式,是可以有效帮助患者控制焦虑的过程。
在减轻现代生活压力的所有建议中,我们已经忘记了挑战可以让
我们奋斗、成长和学习。假定压力不是很严重,而神经细胞有时间恢
复,那么神经元之间的连接会变得更牢固,而我们的心理机制也会更有
效。压力没有好坏之分,而是一种必然。进化的礼物:启动内在的报警系统
一种原始的求生欲望触发的身体应激反应,这是进化过程留下的
一份永久的礼物。没有它,人类就走不到今天。根据不同起因,应激反
应的范围可以从轻微到剧烈。重度压力激活了通常被称为“战斗或逃
跑”的应激反应。这是一个复杂的生理反应,它集合诸多资源来调动身
体和大脑,随后把发生的事情铭刻成记忆,这样我们下次就能避免这种
压力的发生。那是头狮子,对吗?一定要有相当严重的威胁才能让身体
参与其中,而任何程度的压力都能激活大脑的基本系统——那些控制注
意力、精力和记忆的系统。如果去除所有一切,我们根深蒂固的应激反
应就是全神贯注于危险、激起应激反应以及记录下这次经历为将来做参
考,我认为这就是智慧。科学家只是最近几年才开始认识到和描述出压
力在构成记忆和恢复记忆方面的作用。这种理解上的进步令人振奋,因
为它更清楚地表明了压力为什么(以及如何)对我们感知世界的方式产
生这样深远的影响。
“战斗或逃跑”反应可以调动身体内多种最强效的激素以及大脑内
许多神经化学物质。在收到感官传入可能会威胁身体平衡的信号后,大
脑的应急按钮——杏仁核(amygdala)会引发连锁反应。被野兽追击绝
对是一种压力,但即使是猎手也会有这样的压力。杏仁核的职责是反映
外界信息的强度,这些信息不见得和生存有明显关系,除了恐惧,它与
任何强烈的情绪状态都有关,包括强烈的幸福感和性冲动。彩票中奖或
者与一位超级名模共进晚餐都可以激活大脑中的杏仁核。也许这些事情看起来并没有压力,但请记住,我们的大脑系统不会区分“好”的要求
与“坏”的要求。根据进化观点,中大奖与一个浪漫的约会都和生存有
关,即丰衣足食与繁衍后代。
杏仁核与大脑的许多部位有联系,因此可接收到一系列广泛的信
息输入,有些信息直接通过前额叶皮层的高级处理中枢传递;而有些则
绕过前额叶皮层,迂回传递。这就解释了为何即使一种潜意识的知觉或
记忆也会引起应激反应。
听到警报声的千分之一秒内,杏仁核就发出信息,刺激肾上腺
(adrenal gland)在不同阶段释放不同的激素。首先,去甲肾上腺素引
发快速电脉冲通过交感神经系统(sympathetic nervous system),激活
肾上腺分泌肾上腺激素进入血液。心率、血压和呼吸随之升高,这导致
我们在受到压力时有焦虑不安的感觉。与此同时,去甲肾上腺素和促肾
上腺皮质激素释放因子(CRF)所携带的信号从杏仁核传递到下丘脑
(hypothalamus)。在下丘脑,这些信号被传递给一些“坐着慢车通过血
液”的信使。这些信使促进脑垂体(pituitary gland)激活肾上腺的另一
部分来分泌应激反应的第二种重要激素:皮质醇(cortisol)。这条沿着
下丘脑经脑垂体到肾上腺的传递路线被称为下丘脑–脑垂体–肾上腺轴
(hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA axis),它在促进皮质醇释放
及关闭反应方面的作用使它成为应激反应的关键角色。同时,杏仁核已
发信号示意海马体开始刻录记忆,而且另一个信息也被迅速传递到前额
叶皮层,由它来决定是否真的应该对这个威胁做出反应。● 杏仁核(amygdala)
位于海马体未端,呈杏仁状,是边缘系统的一部分,是产生、识别和调节情绪,控制学
习和 记忆的脑部组织。
● 促肾上腺皮质激素释放因子(CRF)
大脑分泌的一种调节人体面对压力环境时作出生理及行为上的应激反应的分子。
人类是独一无二的动物,即使危险没有真正显现或发生,我们也
会产生应激反应,因为我们能够预见压力、记住压力以及把它概念化。
这种能力使我们的生活明显复杂化。洛克菲勒大学的神经学家布鲁斯·
麦克伊文(Bruce McEwen)在《我们所知的压力尽头》(The End of
Stress as We Know It)一书中写道:“我们的头脑是如此强大,只要想象
一下自己身处险境,我们就会产生应激反应。”换而言之,我们可以自
己陷入一种极度疯狂的思考状态中。
● 皮质醇(Cortisol)
主要的长效压力激素,它有助于调动能源、提醒注意和记忆,同时让身体和大脑做好准
备对破坏的挑战。
有一个与麦克伊文相反的重要观点认为:我们完全能够自己脱离
那种癫狂状态。就像头脑可以影响身体一样,身体也可以影响头脑。这
种提倡用身体运动来调节我们心理状态的观点还未被大多数医生接受,更不要说大众了。而这个观点正是本书的基本核心,特别是讲述压力的
章节。总之,“战斗或逃跑”反应动员我们行动起来,身体运动是避免压力产生消极结果的自然方式。压力让我们动起来,这是人类经过几百
万年进化而成的。从某一方面来看,事情就是这样简单。当然,还有许
多方面有待我们探索。压力让人专注,也会让你上瘾
“战斗或逃跑”反应的首要原则是:为眼前的需求收集资源,而不
是为将来做积累——立刻行动,以后再询问。肾上腺素(epinephrine)
突然在体内聚集,使心跳和血压增加,使肺部支气管扩张以便向肌肉输
送更多氧气。肾上腺素与肌肉纺锤体结合,这样可增加肌肉的静息张
力,让肌肉做好爆发运动的准备。皮肤下的血管收缩是为了防止受伤时
流血过多。受伤时,体内的内啡肽得以释放,对疼痛感觉迟钝。在这种
情形下,像饮食和生育这类的生理必然需要被搁置一旁,消化系统关
闭,平时收缩膀胱的肌肉变得松弛以节省葡萄糖,而且唾液也停止了分
泌。
如果你曾面对过一次令人紧张的公开演讲,你就会经历心跳加
剧、口干舌燥的境况。你的肌肉和大脑变得僵硬,你失去所有随机应变
和发挥长处的机会。如果从皮质到杏仁核的处理信息中止,那么你就无
法思考,而且会呈现完全惊呆的神态。从技术上说,极度应激反应被称
为“是发呆还是战斗或逃跑”。虽然这种反应机制对站在讲台上的你没有
什么特别的帮助,但无论你是用目光逼视一头狮子,还是一名不安静的
观众,身体对此的反应本质上是相同的。
有两种神经递质让大脑进入戒备状态:去甲肾上腺素唤起注意
力,多巴胺使注意力变得敏感,并使注意力集中。一些注意力缺陷多
动障碍患者会给人以压力成瘾者的印象,这些神经递质的失调是原因。他们必须受到压力才能集中注意力,而这是做事拖拉的主要因素之一。
人们学会做事拖拉,一直到迫在眉睫之际,压力打开去甲肾上腺素和多
巴胺的闸门,人们才会坐下来认真做事。对压力的需要还解释了为什么
注意力缺陷多动障碍患者有时候似乎是自我折磨。当一切都很好时,他
们需要挑起事端,在潜意识里找到一种创造危机的方法。'
● 肾上腺(adrenal glands)
位于双侧肾脏上方的小型器官,生产和释放肾上腺素来启动应激反应;并在HPA轴信号的控
制下,释放皮质醇和皮质醇样激素来增强应激反应。
● 肾上腺素(epinephrine)
由肾上腺髓质分泌的一种儿茶酚胺激素。在应激状态、心脏神经刺激和低血糖等情况下,释
放入血液循环,促进糖原分解,促进脂肪分解,引起心跳加快。
我有一个患者,在经历了一系列乱糟糟的情感关系后,她终于找
到一位她真正爱慕的小伙子,而对方对她也体贴入微。然而每当一切顺
利的时候,她就会寻衅吵架。我希望在开始制造麻烦之前,让她回想压
力成瘾模式,以帮助她认识自己的倾向,并做到自我控制。压力促进能量补给,也能拖垮大脑
为了给肌肉和大脑预期的活动提供能量,肾上腺素立即开始把糖
原和脂肪酸转化成葡萄糖,尽管流经血液的皮质醇起效速度比肾上腺素
慢,但它的影响范围之广令人难以想象。
在应激反应过程中,皮质醇有许多不同的帽子,其中一顶是管理
新陈代谢的“交通警帽”。皮质醇代替肾上腺素的职责,发信号示意肝脏
向血液中提供更多的葡萄糖,同时限制非重要组织和和器官的胰岛素受
体,并关闭某些交叉路口,这样葡萄糖只会运送到与战斗或逃跑有关的
重要区域。
这种策略是让身体产生胰岛素耐受性[1]
(insulin-resistant),从而
使大脑获得充足的葡萄糖。同时皮质醇开始重新储存能量,也可以说是
补充被肾上腺素的活动消耗殆尽的能量储备。这是把蛋白质转化成葡萄
糖,并开始储备脂肪的过程。
正如慢性压力过程那样,要是整个过程一直持久不衰,那么皮质
醇的这种作用会以腹部脂肪的形式,蓄积过剩的能量储备。(皮质醇持
续不断的作用也解释了为什么有些马拉松运动员尽管一直在训练,却仍
有小肚腩的原因,他们的身体从来没有机会充分恢复。)我们继承的应
激反应伴随的问题是,它蓄积起来的能量储备没有得到利用。关于这一
点随后会详细论述。在应激反应的最初阶段,皮质醇还刺激胰岛素样生长因子-1(IGF-
1)的释放,这种因子是激活细胞过程中的一个关键环节。大脑是葡萄
糖的重要消费客户,尽管只占我们身体重量的3%,但它却消耗掉可用
能量的20%。可是大脑没有储存能量的能力,所以皮质醇持续输送葡萄
糖的作用对大脑正常功能而言是至关重要的。用于运行的能量预算是固
定的,因此大脑已进化成在必要时挪用能量资源,这意味着心理过程具
有竞争性。绝不可能使所有的神经元同时发出信号,所以假如一个神经
元网络活跃起来,它的发生必定以抑制另一个神经元网络作为代价。慢
性压力的问题之一是,一旦下丘脑–脑垂体–肾上腺轴大量消耗能量来保
持系统的警觉状态,那么大脑的思维功能所需的能量就会被侵占。
压力教我们的事:人类的集体智慧
把压力处境刻录成记忆的行为,显然是一种具有进化优势的适应
性行为。它是我们得以生存下来的共同智慧,而皮质醇在其中起到了重
要作用。20世纪60年代,神经内分泌学家布鲁斯·麦克伊文首次在老鼠
大脑的海马体上发现皮质醇受体,随后在恒河猴脑内也发现同样的物
质。而现在,我们知道人类大脑内也存在皮质醇受体。最初,这个发现让科学家感到害怕,因为当时已有实验证实,在皮氏培养皿内,压力激
素会毒害大脑细胞。“在增加这些记忆的过程中,皮质醇到底起了什么
作用呢?”他问道,“目前我们只能说,当这些记忆形成时,如果海马体
上缺乏足够的皮质醇受体,就会降低学习的有效性。具体的细节还在探
索中。”
就像压力一样,似乎皮质醇也没有简单的好坏之分。少量的皮质
醇促进记忆的形成,而大量的皮质醇会抑制记忆;当超负荷时反而会毁
坏神经元之间的连接,破坏记忆。海马体为记忆提供时间、地点、事件
和方式的背景,而杏仁核则提供恐惧或激动的情感内容。在前额叶皮层
的指挥下,海马体会比较各种记忆,然后说:“别担心,那是一根树
枝,不是蛇。”因此,只要海马体不是处于被过度激活状态,它就有关
闭下丘脑–脑垂体–肾上腺轴(HPA axis)并关闭应激反应的能力。
拉响警铃的几分钟内,大脑内主要的压力因子——皮质醇、促肾
上腺皮质素释放因子(CRF)和去甲肾上腺素与强化谷氨酸盐的细胞受
体相结合。谷氨酸盐是负责海马体内所有信号发送的兴奋型神经递质,提高谷氨酸盐的活力,可以加速海马体的信号传递过程,同时改变突触
上的动态。这样,每次发送一个信息时,产生信号冲动越容易,所需的
谷氨酸盐量就越少。因此,应激反应首先提高了长时程效应,也就是
记忆的基本机制。
短期记忆可能源于海马体神经元兴奋性的提高所致。然后,当皮质醇达到最高水平时,启动了细胞内的基因,这些基因可生产更多蛋白
质,为更多树突、更多受体以及更大突触的形成提供所需的细胞原材
料。在这里一切都变得匪夷所思。新增加的细胞巩固了生存记忆,同时
避免那条回路中的神经元接受其他的需求。一个神经元可能参与无数个
记忆,但一个原本可能形成的记忆如果在受到压力期间出现,那么这时
要召集神经元参与形成新的神经回路会更加困难。它需要超过一定的阈
值,才能形成记忆。
这很可能解释了为什么在出现应激反应时,与压力因素无关的记
忆受阻的原因。这还有助于我们了解:为什么慢性压力导致皮质醇水平
居高不下后,会使人很难学习新知识;为什么心情沮丧的人会出现学习
困难。不仅仅是缺乏动力,还因为海马体神经元已经支持它们的谷氨酸
盐系统,而排斥次要的刺激。它们已经完全被压力占有。
对人类的研究还表明,过量的皮质醇会阻碍人类使用已有的记
忆,所以真的发生一场大火时,人们会忘记紧急出口的位置,也可以
说,那条记忆的回路被中断了。压力太大时,我们失去了形成无关记忆
的能力,而且我们也可能无法恢复曾经有过的记忆。下次,你不得不参
加消防演习时,不妨想想运动的神经学观点:消防演习是为了让那些神
经回路更牢固,从而强化记忆。正如我随后会提到的,超负荷的压力
下,会重现皮质醇在皮氏培养皿中的悲剧——损毁神经元。
现代文明生活简直是跟人体的本能作对应激反应是一种既简单又聪明的适应性行为,但它无法让你在今
天的世界中获得成功,你所有的能量积蓄无从释放。你必须从一开始就
迫使自己进入“战斗或逃跑”的生理状态。
人体是为了从事日常活动而设计的,那多少活动算正常呢?2002
年,《应用生理学》(Applied Physiology)杂志的一篇论文提到了这个
问题的研究结果。研究人员分析了我们祖先的生理活动方式,并把这种
方式称为“旧石器时代节律”。从200万年前智人出现的时代开始,到1万
年前的农业革命以前,每个人都是狩猎–采集者。那时的生活特征是:
剧烈活动数天再休息数天。人们过着饥一顿饱一顿的日子。通过测算我
们祖先的“运动”量与今天的数字做对比,很容易看出问题所在:我们每
单位体重的平均能量消耗要比旧石器时代的祖先少38%。我认为这完全
可以说明,我们摄入的热量已经增加了很多。问题在于,即使遵照美国
政府推荐的最高运动量:每天锻炼30分钟,我们的体能开支还是少于我
们基因中既定指标的一半。旧石器时代的人为了果腹,平均每天必须行
走8 000~16 000米。
现在,我们无须耗费那么多能量来寻找食物,也不必动脑筋思考
怎样得到下一顿食物。尽管这只是过去一百年左右的时间里才出现的情
况,但人类为此在生物学上进化了数十万年,也因此我们的生活方式与
我们的基因之间没有协调一致。人类基因天生精明,所以要等到我们坐
在桌子旁时,才停止热量储备。
从压力角度看,或许现代社会明显矛盾的地方在于,压力没有变得更难,只是有关压力的消息增多了,实在太多了。全天候映入我们眼
帘的是众多数字显示器上源源不断的不幸和需求,这些让我们的杏仁核
始终处于活跃状态。消极、忙乱以及绝望堆积在压力之上,但我们却认
为自己可以应对,因为在一定程度上,我们总是有压力。接下来,我们
只想放松休息一下,喝一杯,倒在电视机前的沙发里,或者坐在某个地
方的海滩上。过去20年里,我们的腰围比从前增长了一倍,这不足为
奇,因为现代的生活方式不但比过去更有压力,也让我们活动得更少。
也许你看到过那种通过抑制皮质醇来减去腹部脂肪的药品广告。
其实,腹部只是在尽它的职责:囤积能量储备以保证应对下次饥荒。慢
性压力下,能量储备最终全都集中在上腹部,因此形成了我们所说的啤
酒肚。这不仅影响我们的体型,也危害我们的健康。因为蓄积的脂肪很
容易进入心脏动脉,造成栓塞。许多人会质疑压力可致命的观点,其实
在这个观点中,压力和心脏病发作之间的生理关联只是其一。
经历一次压力事件后,我们常常想吃方便食品,这会增加脂肪的
蓄积。我们的身体需要更多的葡萄糖,而单一碳水化合物以及脂肪,比
如外卖盒子里那些闪闪发亮的甜甜圈,很容易转化成能量。而且在现代
生活中,已经没有部落的影子,所以我们的朋友越来越少,得到的支持
也越来越少。独处对大脑无益。
科学家常用一个通用的实验方案来引发老鼠的生理应激反应:把
它们与群体隔开。仅仅是把老鼠孤立起来,就能激活它们的应激激素。
人类同样如此:被冷落和被孤立的人会有压力,孤独感是生存的威胁。这并非巧合,我们身体活动得越少,就越不太可能接触到别人。研究证
实,生活中多从事体育活动,我们在社交方面就会变得更活跃。因为运
动不但增强了我们的自信心,还为我们提供了与别人接触的机会。运动
带来的活力和动力有助于我们建立和维持社会关系。
渴望休息的想法很正常,关键在于你选择如何度过这段时间。是
选择方便食品、快餐、糖或酒精来减轻压力,还是像有些人一样使用毒
品或其他后患无穷的嗜好?如果你进行的是运动或仅仅只是社交活动,那么你就在使用这种由进化而来的压力解药。
有时候这只是简单的取代问题,前面提到的苏珊的例子就能够证
实这一点。她跳绳并没有规律,她只是在情绪失控时提醒自己运动带来
的感受。“当我真正养成锻炼的好习惯后,运动让我重新发现需要从酒
精或食物等东西中才能获得的愉快感或幸福感;它恢复了大脑渴望或渴
求的一切;它让我有更多时间思考这之外的事情,还可以畅想未来。”
越压越勇,越健康
众所周知,塑造肌肉的方法就是让肌肉疲劳后再休息。同样的模
式也适用于神经细胞:轻微的压力可以激活神经元内在的修复和恢复
机制。而锻炼的重要之处在于它能促进我们肌肉和神经元的恢复过程。
它不但使我们的身体和大脑更强健、更有恢复力,还使我们更能迎接未
来的挑战,才思更敏捷以及适应力更强。常规有氧锻炼可以保持大脑冷静,能够在心率、应激激素等严重
反应出现之前,对付更多的压力。它提高了生理反应的阈值。锻炼产生
的轻微压力能激活基因中某种使细胞免受疾病或毁坏的蛋白质,并以这
种方式巩固大脑神经细胞的基本结构。因此,锻炼也同样提高了神经元
的压力阈值。
细胞水平的“压力–恢复动态变化”发生在三个方面:氧化、代谢和
兴奋。当一个神经细胞发挥作用时,其代谢机制的开启状态就像锅炉里
的小火苗。葡萄糖被细胞吸收后,细胞内的线粒体(mitochondria)会
把它转化成细胞使用的主要能量类型——三磷酸腺苷(ATP)。和任何
能量转换一样,这一过程也产生自由基之类无用的副产品,这就是氧化
压力。在正常环境下,这个神经细胞还会产生一些酶,这些酶的作用是
清除掉自由基之类的废物,而自由基是带有一个游离电子的分子,它会
破坏细胞的结构,这些酶还设法迅速中和自由基的这个电子。这些酶就
是我们内在的抗氧化剂。
如果葡萄糖无法被这个神经细胞吸收或缺乏足够分配的葡萄糖,那么这个细胞就无法产生充足的ATP,此时就会发生代谢压力。
如果有大量谷氨酸盐参与活动,导致ATP无法满足增加的信息流
对能量的需求,那么这时就会发生兴奋性压力。一旦长时间处于这种状
态而无法恢复,那就会出现问题。这个神经细胞正深陷死亡囹圄,在既
没有食物也没有资源修复受伤部位的情况下被迫运行。结果,它的树突开始萎缩,最终这个神经细胞死亡。这就是神经退行性
(neurodegeneration),也是阿尔茨海默病、帕金森氏病等这类疾病甚
至是老化本身的起因机制。科学家发现身体与生俱来就有对抗细胞压力
的手段,这一结果主要源于对这些疾病的深入研究。
马克·麦特森(Mark Mattson)是美国国家老化研究所(National
Institute on Aging)神经科学实验室的负责人。神经元退化机制还解
释了麦特森为什么给实验室老鼠食物时如此吝啬的原因。在许多实验
中,他采用饮食限制来引发轻微的细胞压力,即没有足够的葡萄糖来
产生数量充足的ATP。结果他发现,得到正常饮食13卡路里的老鼠
中,有40%超过平均寿命。身体在有氧运动等各种类型的压力期间会
释放出保护性分子,而麦特森的成果有助于鉴别这些保护性分子。-------------------------------
在一系列细胞修复过程中某些最有效的成分是生长因子:BDNF、IGF-1、FGF-2以及VEGF,这些我已在第2章中介绍过。由于BDNF在能
量代谢和突触可塑性中扮演双重角色,所以研究压力的科学家对它特别
感兴趣。BDNF被谷氨酸盐间接活化后,它不仅能提高细胞内抗氧化物
的产量,而且也能增加保护性蛋白的数量。另外,如我之前所述,BDNF同时还激活了长时程增强效应、促进新神经元生长以及增强大脑
抵御压力的能力。运动保护大脑免受压力危害的优势在于,它促使生长
因子增加的量超过其他刺激因素。
生长因子是压力、新陈代谢和记忆之间的一个关键纽带。麦特森
说:“我们复杂的大脑主要是进化而来的,它使我们能够竞争有限的资
源。很显然,在进化过程中,生物有机体必须在寻找食物方面具有智力
上的竞争优势。”
麦特森的最新成果将改变我们对一些最健康食品的看法。一个提
高食物抗癌性以及生产抗氧化食品的巨大行业已迅速崛起。按逻辑推
理,多食用富含抗氧化物的花椰菜,会使人类更长寿、更幸福。或许的
确如此,但这绝不是营销人员用来说服你的理由。
结果证实,这些食物的特别益处不是在于它们富含抗氧化物质,而是含有毒素。“蔬菜和水果等植物中,许多有益的化学物质逐渐成为
阻止昆虫和其他动物啃噬植物的毒素。”麦特森说,“它们的作用是诱导
细胞内产生一种轻微的、可适应的应激反应。比如花椰菜中有一种名为
萝卜硫素(sulforaphane)的化学物质,很显然,它激活了细胞内应激反
应的酶促反应,这些酶促反应会增加抗氧化酶的含量。虽然花椰菜含有抗氧化物,但我们饮食所摄入的抗氧化物水平,还无法发挥抗氧化的作
用。”
就像前面提到的核造船厂的工人一样,轻微毒素产生了一种增强
细胞适应性的应激反应。控制饮食和体育锻炼有异曲同工的效果。麦特
森的一篇期刊论文的标题总结了一切《保护神经的信号与老化的大脑:
拿走食物,让我们跑起来》
适应性就是清除废物的酶、保护神经的因子和阻止细胞自然死亡
[2]
的蛋白质逐渐增加的过程。我喜欢把这些要素看成是时刻保持警戒准
备迎战下一次压力的军队。增加这些要素的最佳方法就是给自己一点压
力:让大脑学习、限制饮食、运动,或者就像麦特森和妈妈会提醒我们
的那样,多吃蔬菜。所有这些活动都考验着细胞,它们产生的代谢废品
足以引发压力。这看似有些自相矛盾:没有压力,我们就不会拥有出色
的适应和生长能力。没有小挫折,就不会拥有成功。
那些杀不死你的……
如同所有发生在大脑里的事一样,应激反应取决于所有我提到过
的(和许多还未提及的)要素之间是否达到微妙的平衡。一旦轻微压力
成为慢性压力,大量皮质醇就会持续引发基因的活动:切断突触间的连
接;加速树突萎缩和细胞死亡。最终,海马体会变得像颗葡萄干一样干
瘪。许多情况下,身体无法切断压力激素的传递。最常见的是单纯性
持续压力,如果我们从不休息,那么就永远无法开始恢复的过程,而杏
仁核会始终处于兴奋状态,皮质醇的含量会超出健康标准,有时“战斗
或逃跑”的按钮会卡死在开启状态。根据流行病学调查,这可能是一种
遗传的机能。如果你让一组随机人群做一次令人紧张的公开演讲,那些
父母有过度紧张史的人,演讲后24小时体内的皮质醇水平仍居高不下。
或许,这种机能源自于环境:一些遭受过重复压力的母鼠,其后代长大
后的压力阈值要低于同龄的正常老鼠。换而言之,无论是身体还是心理
上,它们都更容易产生压力感。
自卑的人压力阈值偏低。不过科学家还不清楚自卑与压力阈值两
者间的因果顺序。对所有人来说,无论其天性如何、无论其受过何种教
育,当他们的沮丧之情得不到宣泄、失去控制感以及得不到社会支持
时,他们就会显现出慢性压力导致的不良特征。从根本上说,如果丧失
了希望,我们的大脑就不会停止应激反应。
每个人对压力的反应阈值各不相同,而且在环境、遗传、行为或
者上述任意综合因素的不同影响下,这个临界点会相应改变。与大脑
内的神经化学物质一样,我们的压力阈值总是在变化。尽管老化过程自
然而然地降低了这个阈值,但通过有氧运动,我们可以把阈值提高好几
个等级。科学家无法指出,从哪个特定时刻起压力由蓄势转变为一触即
溃。不过,一旦看到压力的转变,科学家肯定会知道结果。侵害效应:过量的压力
尽管压力可以铭刻下与生存有关的重要记忆,可是巨大压力蚕食
的也正是这个刻录记忆的系统。皮质醇通过增加海马体内谷氨酸盐的传
递同时增加BDNF、血清素、IGF-1等物质的传送,尽管初期可以促进
LTP,但它同时也激活了一些基因,而这些基因最终阻止信息到达相同
的神经回路。一个重要的背景胜过各种各样的次要背景。当记忆系统的
灵活性降低,它会根据越来越呆板的方式按优先顺序进行记忆。 ......
您现在查看是摘要介绍页, 详见PDF附件(3352KB,371页)。





