科普之窗

防止记忆力减退,试试运动处方

冯杰

2023-02-20 02:24

苏国辉 张 力
光明日报( 2022年09月03日 07版)

今天,我们处在一个知识爆炸的时代,各种来源的信息总量远超过上个世纪,且不同信息呈现碎片化、多元化特征,使我们对信息加工处理的难度大为提高。更快的社会工作生活节奏带来的各方面压力,确实影响了我们的记忆功能。这一点通过不同学科的研究都有证实:例如,在较高的精神压力下,不同认知任务的准确度和效率都有明显下降,并伴随短期工作记忆的衰退;而在动物研究中,我们可以更直观地看到大脑内神经细胞之间的连接结构(称为“突触”)在环境或是精神压力模型下的退化及功能失调。就目前神经科学和心理认知科学的研究而言,长期的精神压力,可改变体内的激素水平(如皮质醇等),进而影响神经突触相关结构蛋白的表达和神经信号的传导。而各种不同类型的记忆信息,多被认为存储于特定的“记忆印迹细胞”以及它们之间的连接模式中。由此可见,精神心理压力,确实有可能通过神经突触的结构或是功能异常,影响我们的记忆功能。值得注意的是,除了传统的激素轴的调控外,近年来国内外的一些研究,也指出了包括肠道、肝脏等机体代谢器官以及机体的免疫细胞,在压力应激条件下影响脑功能的可能。

基于神经突触对记忆功能的关键作用,神经科学家对不同年龄段人群的大脑标本进行了深入的研究。值得注意的结果是:人脑内的神经突触密度,在出生后快速增加,至2~3岁时达到最高峰,此后逐步下降。这一下降的过程我们称为“突触修剪”,但这并不意味着人类的记忆力在幼年期之后就会立即下降。相反的,正常的突触修剪,对于长期记忆的巩固和再提取,具有重要的作用。如果童年期的突触修剪出现异常,反而可能会导致自闭症等神经发育障碍。我们可以把突触修剪理解为神经网络资源的优化和整合,即大脑需要把神经传导能力集中到关键性的突触连接上,才能够更高效的储存和处理记忆信息;反之,无序的大量突触连接,只会造成无用信息的堆积,影响正常的脑功能。因此,我们日常经验中认为的,18~30岁的青年人正处于记忆力高峰,有其科学依据:即这一年龄段的人群脑网络发育正处于成熟期,且机体其他器官也多处于最有活力的状态,可以充分保障大脑的工作所需。

记忆功能对于我们的生活学习和工作都至关重要,如何有效促进记忆力,一直是心理学、神经科学乃至教育学等不同领域专家和大众所关心的热点问题。实质上,到目前为止,在发育成熟的人类大脑中,并没有一种药物或是外来物质,确实能提升神经突触的连接并改善记忆。在这一前提下,我们倡导的生活方式干预,如规律运动、科学饮食等,实质上是通过对机体内环境稳态的调节,激活我们机体本身的外周-脑互作网络,达到改善脑功能的目的。以我们近期开展的多项运动改善脑功能的研究为例,通过系列动物模型研究,发现了慢性运动可以激活肝脏里面的特定氨基酸代谢,这种氨基酸衍生物可以通过血液循环进入脑内,进而改善脑内突触相关基因转录本的甲基化水平,促进其蛋白合成,并最终增强了相关神经网络的功能;而在脑内的分子学研究,也说明了运动干预可能是通过和细胞代谢密切相关的雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路,从而增强突触结构和功能可塑性,并改善记忆认知功能。通过这些研究可以看出,运动对于脑功能和记忆的改善效果有着切实的生物学证据;同时很多机制和代谢通路有关,这也和运动的主要生理效果之一,即调整机体代谢水平不谋而合。在未来的研究中,我们也会着重聚焦运动对代谢、免疫等外周功能的影响,进而深入解析其脑健康机制。

人们关注记忆功能,其中一个很重要的诉求,就是延缓衰老所带来的记忆功能减退。认知障碍是脑衰老最突出的表现之一,其原因包括了血管性或是蛋白变性等。以阿尔茨海默病(AD)为代表的认知退化,是当前人口结构老龄化面临的主要健康挑战之一。在这一现状下,我们倡导运动干预,更为强调的是极早期的预防作用,而非明显的认知缺陷出现后的干预。有研究显示,中青年的健康生活方式如规律运动、低脂饮食等,有可能降低老年阶段的认知障碍发病率,或是推迟其发生年龄。这一学说也有一定的生物学证据:作为极难新生的成熟神经细胞,其突触结构的过度消减,长期积累后必然造成认知功能的障碍。而我们的研究结果,已经说明了运动可以有效保护突触结构,使其免于受到环境压力的过度修剪,从而可能在较长时间跨度上保护记忆功能。除了对于突触结构的保护外,运动的长期效果还可通过其表观遗传学效应体现。即运动可能通过影响特定基因如神经生长因子、突触结构蛋白的表达水平,从而延缓脑衰老和认知减退。简言之,作为一种非药物策略,长期运动可能是减轻记忆衰退的有效方案之一。

在我们关注运动与脑健康的实际应用时,一个常被提及的问题就是,如何科学合理的运动,才能够更好地促进认知功能?经典的体育科学主要依据心肺负担,将运动分为不同的强度等级。基于新近的循证依据,世界卫生组织(WHO)提出,每周2~3次规律性的中高强度(每次15分钟左右)运动,可以对包括大脑在内的多脏器健康产生长期受益。在“健康中国2030”规划中,明确提出了“运动处方”的概念。而如何针对每个人的实际情况,制定科学合理的个性化运动处方,是推广运动干预的一个重大挑战。针对这一问题,我们课题组近年来聚焦“运动因子”,即机体在运动后释放的一类细胞因子或代谢物等分子。通过分析这些运动因子和记忆功能的机制,我们有望在不久的未来,通过定量评估机体内不同运动因子的水平,预测或是评估运动干预的脑健康功效,进而指导个体调整运动方案和强度,从而实现科学运动,促进记忆力的发展。

(作者分别系中国科学院院士、暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院院长,暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院副研究员)


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2023-02-20 10:22
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