互动科普

运动提高孩子智力

撰文  史蒂夫·阿扬（Steve Ayan）

翻译  朱机

尽管有关经常锻炼身体对成年人大脑有益的报告层出不穷，但对小学生的效果如何，人们似乎还坚持“四肢发达，头脑简单”的老调。橄榄球队的明星四分卫（美式足球中最重要的位置）与数学团体锦标赛的冠军形成了鲜明的对比，毕竟从表面上看，这两类活动所需的天分似乎完全不同：一个是体力，一个是智力。让小孩东奔西跑或扔个球什么的，最多也就对健康稍有益处，最坏的情形则是让孩子从学习分心。

即使家长、老师和教育专家们都大力宣扬体育锻炼能有效对抗肥胖，并改善孩子的健康状况，他们还是会把运动和学业对立起来。从幼儿园起，老师就鼓励孩子们安安静静地坐好，不许东奔西跑。很多学校削减了体育课时，为阅读、写作、算术等让路。并且，由于在各种标准化考试中取得高分变成家长、政府官员和教育系统中其他利益相关方关心的头等大事，教师在巨大压力下，只好逼着孩子心无旁骛地扑在学习上，与运动划清界限。

但越来越多的证据明确表明，上述观点是错误的。花一定时间在室外嬉戏追逐，或参加集体运动项目，能让孩子上课时精神更集中，成绩提高。新近的一项研究显示，学生认知水平的高低与身体的健康程度有关，比如有氧代谢能力（即心、肺和血管应对剧烈运动的能力），以及身体质量指数（BMI，与体重和身高相关的一个指数）。还有研究显示，让孩子参加运动项目似乎有助于他们在学习上取得优异的成绩。研究人员还发现，锻炼能够促进脑细胞之间建立新的连接，拓展孩子的思维。

从灵敏到机智

对于成年人而言，经常进行有氧锻炼同样有助于提高智力，而且随着时间推移，认知能力的衰退速度以及患痴呆症的可能性都会降低（参见 《环球科学》 2009年第10期《锻炼身体重塑大脑》一文）。发展心理学家早就提出，少儿的身体和心理发展是有关联的。在儿童时期，动作灵敏的孩子往往能力也比较强：通过操控电灯开关、拉链之类的物体，2～5岁的孩子会对真实世界产生基本认识。孩子在搭积木和使用简单工具时会获得对基本物理定律的切身体验：如果积木放歪了，搭出来的塔就会倒掉；如果松开拿着锤子的手，锤子就会砸到自己的脚。

尽管大家都知道玩玩具和使用工具有利于认知能力的发展，但直到最近10年，科学家才发现体育运动与孩子智力之间的联系。2008年，美国伊利诺伊大学（University of Illinois）的心理学家查尔斯·H·希尔曼（Charles H. Hillman）与同事分析了从上世纪90年代至今的、关于锻炼和认知的研究结果。他们的综述涵盖了十几篇针对儿童和青少年的研究，其中大部分研究都显示，有氧运动能力越强，在标准测试中得分越高，在校成绩越好（但与肌肉强壮度或身体灵活性无关）。换言之，年轻人身体越健康，取得好成绩、考上好学校的可能性就越大——从小学一直到大学都适用。

2007年，伊利诺伊的教育研究者达拉·M·卡斯泰利（Darla M. Castelli）带领一个研究团队，通过测量每个孩子的BMI值，让他们每个人都参加一次跑步和肌肉强度测试，评估了259名三年级和五年级学生的身体健康状况。研究人员发现，孩子们在数学和阅读测验中平均得分，与他们有氧运动能力的强弱（也就是能跑多长距离）直接相关。

瑞典哥德堡大学（University of Gothen-burg）的神经科学家汉斯－格奥尔格·库恩（Hans-Georg Kuhn）与同事近期发现，年轻人的有氧运动能力和智商之间存在关联。该发现也有力地支持了体能与智能有联系这一结论。在2009年11月发表的一项研究中，科学家核查了100多万名男性在18岁应征入伍时参加的体能与智力测试的得分。结果再一次显示，心血管健康程度（而非肌肉强度）与综合智力有关联。在筛查了其他一些全国性数据库后，研究人员发现，如果在18岁时身体比较健康，日后在学业上的成就也会更高一些。

2010年5月，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的生理学家克里斯蒂安·罗伯茨（Christian Roberts）与同事发表了另一篇支持有氧运动和学业成就相辅相成的研究报告。研究人员先让加利福尼亚州1989名五年级、七年级和九年级在校生跑步（步行），看他们能用多长时间跑完1.6千米，接着测量了他们的BMI值。然后再把学生在这两项测试中的得分，与他们在常规考试中的得分做相关性比较。研究人员发现，与体能水平较高的学生相比，跑步（步行）所用时间不及合格线，或BMI值超过国家参考标准的学生在数学、阅读和语言测验中得分较低。就算这些孩子的家长拥有类似的教育背景，情况也是如此。

阅读、写作和橄榄球

不管身体健康与学习成绩间的相关性有多强，都不一定意味着锻炼能改善认知能力。这也有可能仅仅说明了鼓励孩子多锻炼的家长也会更多地督促孩子好好学习。孩子学习进步也许只和家长的管教有关，而与体育运动无关。

为了确定锻炼是否对推理能力有直接作用，研究人员开展了所谓的干预研究，即在青少年的日常活动中增加体育运动，并评定学习、记忆和注意力受到的影响。很多这类研究都显示，增加体育锻炼能提高测验分数和学习成绩。2008年，美国佐治亚大学（University of Georgia）的运动学家菲利普·D·托姆博洛斯基（Phillip D. Tomporowski）与同事分析了12个研究小组的数据，这些数据记录了学生连续20天到6个月参加锻炼的情况。他们的结论是，让孩子多活动，能增强他们的智力，提高创造力和计划能力，还能提升数学和阅读测试中的得分（以上述技能的标准化测试为评定基准）。

加拿大魁北克大学（University of Quebec）的健康科学家弗朗索瓦·特鲁多（Francois Trudeau）与多伦多大学（University of Toronto）的罗伊·J·谢泼徳（Roy J. Shephard）在一篇文章中，回顾了2008年以来的17项研究（其中7项提到要让孩子多锻炼）后指出，学校在安排课程时，每天给体育课留出1小时不会耽误学生的学习成绩。相反，尽管体育锻炼会占用阅读、写作和算术的时间，但多增加体育锻炼往往能够提高学习成绩。

一些研究者认为，体育锻炼之所以有益于提高学习成绩，主要原因可能在于体育锻炼强化了某些认知功能。这些功能主要包括执行、计划和指导行动的能力。在课堂上，执行能力有助于学生集中注意力、决定何时记笔记、何时提问题、规划家庭作业的安排等。参加体育运动还可以提高工作记忆，让孩子们能在较长时间内记住数字、单词等内容，以便大脑有充足的时间来处理它们。研究还显示，在识别物体、流利地讲话、想象能力、处理物体或空间等感知能力上，锻炼的改善效果并不明显，有时甚至完全没有作用。

孩子们的运动量达到某一阈值后，体育锻炼才有助于增强认知能力。2007年，佐治亚大学的临床健康心理学家凯瑟琳·L·戴维斯（Catherine L. Davis）和托姆博洛斯基与同事一道，把94名7～11岁的超重儿童随机分为不运动组、20分钟有氧运动组和40分钟有氧运动组，项目包括跑步和跳绳，每周锻炼5天。在项目开始前和训练开始15周后，这些儿童各接受一次标准化考试，测试他们的计划能力、注意力和信息处理能力。40分钟组的儿童在计划能力那一项上有显著提高，但20分钟组和不运动组一样，各个测试项目都没有任何进步。

科学家尚未明确哪些有氧健身项目（集体项目、跑步还是骑自行车）以及多大的运动量对智力发育的影响最大。各项研究中，用于测试的运动项目各不相同，只要是能让心跳加速就行。在一些研究案例中，由于涉及集体项目，对学生的团队合作和策略安排的能力有所锻炼，这也许是孩子们的执行能力得到提高的一个原因。大致来说，相对于应付学习和体育都绰绰有余的学生而言，那些体能和认知能力都较差的孩子在锻炼中受益的可能性更高一些。

除了经常锻炼之外，短期的动作练习也能让孩子的注意力更加集中。2006年，美国东卡罗来纳州立大学（East Carolina University）的教育研究者马修·马哈尔（Matthew T. Mahar）与同事发表了一篇报告，他们让243名北卡罗来纳的三年级和四年级学生每天在学校活动10～20分钟。老师让学生起身完成拍手、跳跃、跺脚等各种动作。经过专门培训的评判会观察这些学生在训练前、训练中以及训练4～8周后的情况，测评他们的专注程度，包括对老师的注意、参与课堂讨论的程度等。研究人员发现，参与这个项目后，学生们在听课时保持专注的时间比以前平均增加了8%。最不专心的学生的注意力集中时间增加了20%。所以说，不仅持续的体能耐力训练能改善孩子的学习成绩，只要让孩子在学校里多动动就能提高他们的学习能力。

锻炼增强脑力

尽管科学家还不清楚，锻炼为什么会对大脑有好处，但动物实验表明，体育活动也许能刺激一些脑区的神经元的生长，而这些脑区对记忆和执行功能极为重要。20世纪70年代以来，不断有研究显示，把大鼠放在装满玩具、可攀爬物体等各种东西的空间较大的鼠笼里之后，由于这些东西对大鼠的体力和脑力都有刺激，这些大鼠的大脑皮层会发育得比较厚，而大脑皮层掌管着高级推理和决策能力（及很多其他功能）。在完成记忆任务时，这些脑部有变化的大鼠的表现，明显要优于生长在什么也没有的小笼子里的大鼠。身体活动和智力刺激这两种因素都有助于提高大鼠的认知能力，但究竟是哪个因素（或是两个因素一起）造成了这种变化就不得而知了。

最近，科学家在大脑中发现了一些化学物质，似乎能改善精神健康。亨利埃特·范普拉克（Henriette van Praag）是美国巴尔的摩国立老化研究所（National Institute on Aging）的一名神经科学家，她和同事及其他研究小组发现，在锻炼后，大鼠脑中一些关键蛋白的含量有所提高，而这些蛋白有助于构建与学习、记忆相关的大脑结构。血管内皮生长因子（VEGF）和脑源性神经营养因子（BDNF）就属于上述蛋白，前者能刺激血管生长，后者则可以促进神经元轴突（作用是连接其他神经元）的延伸。这些生物因子都是“建筑能手”，能建立或巩固用来交换和处理信息的大脑网络。

特别值得一提的是，体育活动可以刺激脑部海马区的齿状回部分。海马区是大脑中分管记忆的“总机”，把各种想法串在一起使之扎根于心灵（参见《环球科学》2010年第9期《联想、记忆和学习》一文）。2008年，上海体育学院的神经生物学家娄淑杰和同事，在研究中训练5周大的幼鼠在转轮里跑动（健康大鼠一天能轻松跑上好几千米）。一周之后，与没有跑步的大鼠相比，跑步大鼠齿状回脑细胞中的VEGF、BDNF等促进神经生长的分子要多一些。但也有证据说明跑步过量有副作用：每天在转轮里跑几个小时的老鼠在一周后，海马区内神经生长因子的浓度又会有所下降。因此，强度过大的锻炼对智力的刺激作用也许还比不上强度适中的体育活动。

有证据表明，人类在有氧运动后神经生长因子也会增多。2008年，香港大学的精神病学专家辛迪·刘（Cindy Law）与同事发现，经过15分钟的踏步运动，16位自愿者血清中的BDNF含量就会有所提高（血清BDNF含量下降是抑郁症等精神病的典型症状，这类精神病患者的神经生长和重建受到抑制，说明血清BDNF含量和大脑BDNF含量有关联）。但是，正如大鼠实验一样，剧烈运动也会过犹不及。发表于2008年的另一项小规模研究中，日本九州大学的流行病学家熊谷秋三（Shuzo Kumagai）与同事的研究对象分别是12名3年来每周长跑或打网球16小时以上的男性，以及14名很少运动的男性。他们对比后发现，前一组男性大脑中的BDNF浓度相对较低。

诚然，并非每个孩子都能成为体育明星，为了取得好成绩，很多孩子都必须去做功课而不是在外面连续跑上几个小时。但家长应当鼓励孩子们抽空多锻炼身体。教育专家也应当认识到，体育锻炼既能强身健体，也能增强脑力，应当在安排课程时高度重视体育课。老师若想要学生集中注意力，就应当考虑让学生在学校里经常跳一跳或弯弯腰。好动是绝大多数孩子的天性，大人们要做的事就是给孩子们让路。