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