White matter plasticity in healthy older adults: The effects of aerobic exercise

到目前为止，临床试验还未能证明使用弥散磁共振成像进行有氧运动对成人白质的好处。

白质变性导致的皮质“断开”被认为是健康衰老患者认知能力下降的主要机制之一(Bartzokis等，2004)，可能先于阿尔茨海默病的灰质病理(Nasrabadyetal.，2018)。确定白质恶化是可逆的还是可塑的是至关重要的。一般认为白质不参与成人神经可塑性；然而，对啮齿动物的研究表明，少突胶质细胞分化的经验依赖性变化（McKenzie等人，2014年；Simon等人，2011年）、髓鞘化（Chorghay等人，2018年；2020年加藤等人，2020年）和轴突直径（博宾斯基等人，2011年），这与运动和认知能力的改善相关（Fialds和Bukalo，2020年；桑帕约-巴普蒂斯塔等人，2013年）。

到目前为止，几乎没有证据表明成年人具有这种可塑性。很少有DTI研究报告健康年轻人运动训练（Lakhana等，2016年）和老年人认知训练.（deLange等，2018年；Lovden等，2010年）。白质很少被认为是干预阿尔茨海默病和相关痴呆症的干预目标.

为了研究有氧运动效果对大脑的影响，研究团队招募了180名健康但缺乏运动的老年人。在为期6个月的试验中，受试者随机分为三组，每周进行三次训练。步行组每次进行约40分钟的步行运动。舞蹈组参加一个难度逐渐递增的舞蹈课程。对照组为了保持低心率，训练仅限于平衡和伸展运动。

在6个月后，步行组和舞蹈组受试者的脑白质均有所增加。即有氧运动对大脑白质有积极影响，尤其是在最容易衰老的区域，比如胼胝体和扣带。这些区域负责大脑重要的认知能力，如记忆和执行功能。

此外，步行组获得了情景记忆改善的额外益处，更能回忆起人生中的记忆。研究人员推测，除了可能因步行组人数更多外，更大的可能是因为步行组的有氧运动强度更大。

相反，仅进行了低强度运动的对照组，在6个月内随年龄增长，经历了正常、缓慢的白质指标下降，情景记忆也没有变化。

研究人员建议，人们应该定期进行中强度的体育活动，最好保证每周至少150分钟的有氧运动。

研究结果进一步证实了脑白质的可塑性，即使在短期内，也能够因干预训练改变。

The Central Mechanisms of Resistance Training and Its Effects on Cognitive Function.

doi: 10.1007/s40279-021-01535-5.

Roles of physical exercise in neurodegeneration: reversal of epigenetic clock.

doi: 10.1186/s40035-021-00254-1.

表观遗传学，通过防御，是指一组在不改变基因组[18]的情况下决定细胞表型的遗传机制和现象。

经过10周的自愿轮训练，在转基因APP/PS1小鼠模型的海马中，AD的两个主要病理生物标志物，聚集的Aβ和磷酸化的Tau蛋白显著减少。此外，经过跑步训练的AD小鼠的空间记忆得到改善，神经元丢失[88]减少

Forgot to Exercise? Exercise Derived Circulating Myokines in Alzheimer's disease: A Perspective.

doi: 10.3389/fneur.2021.649452.

Multiple Roles in Neuroprotection for the Exercise Derived Myokine Irisin.

doi: 10.3389/fnagi.2021.649929.

Lourenco et al. (2019). Exercise-linked FNDC5/irisin rescues synaptic plasticity and memory defects in Alzheimer's models. Nature medicine, 25(1), 165–175. https://doi.org/10.1038/s41591-018-0275-4 直到不久前，刊登在《自然医学》杂志上的一项研究结果为我们展示了这背后的原因，揭示出了现象背后的机制。巴西里约热内卢联邦大学的Mychael Lourenco等开展的这项研究发现：运动诱导肌肉产生的一种膜结合前体蛋白- III型纤维连接蛋白域蛋白5（fibronectin type III domain-containing protein 5，FNDC5），裂解为鸢尾素（irisin）后释放入血，能够调节AD模型小鼠的突触功能、改善记忆，而且在人类中也存在相应的机制。

在这项研究中，研究人员让AD小鼠每天游泳，发现这能提高脑内FNDC5/鸢尾素的水平，预防AβO导致的突触损伤和记忆障碍。令人惊讶的是，当脑内的FNDC5/鸢尾素被抑制后，运动对记忆的好处也就消失了。更有意思的是，当外周的FNDC5/鸢尾素得到补充后，就足以提供这样的好处了。相反，在外周用抗体来中和FNDC5/鸢尾素则会抵消运动的保护作用，损害突触可塑性、降低记忆力。这些结果说明：运动诱导出的外周激素能够到达脑部，预防AβO导致的突触损害和记忆障碍。

功能连接（FC）网络的年龄相关的下降已经有了很好的记录，特别是在默认模式网络(DMN)16-20。此外，与年龄相关的FC下降可能具有功能意义；DMN内的FC越弱与较差的执行功能、较慢的处理速度17和较差的记忆性能有关20,21。运动可能会减轻DMN内与年龄相关的FC下降。例如，翁等人。40人发现，老年人在30min的运动后立即显示出海马体和内侧前额叶皮层之间的FC增加，Voss等人。19篇报道称，在行走干预6个月后，后扣带皮层和额叶内侧皮层、后扣带皮层和颞中回之间的FC增加。重要的是，Voss等人。19人发现运动对老年人的一系列认知测量没有任何益处，这表明运动可能有能力减轻与年龄相关的FC中断，特别是对于DMN内的大脑区域，但可能并不总是影响行为。

5天的高强度间歇运动与熟练的内隐序列任务运动练习将促进运动学习，（2）增强老年人大脑区域显示年龄相关中断的FC。与我们的frst预测相反，我们发现运动组在运动学习方面没有优势；休息组和运动组都表现出了运动学习。然而，为了支持我们的第二个假设，运动组显示了小脑、额顶叶和背侧注意网络中的静息状态FC增加。此外，基于种子的分析显示，运动组的边缘系统和小脑之间，以及小脑和颞中回之间的FC增强。在运动组中，FC在容易出现衰老下降的网络和大脑区域被发现增强，特别是在小脑，这表明运动与运动练习相结合可能导致支持运动和认知功能的网络的保护缺陷。总的来说，这些结果可能对运动在减少与年龄相关的FC中断和帮助老年人健康老龄化方面的应用有意义。

When your brain looks older than expected: combined lifestyle risk and BrainAGE.

doi:10.1007/s00429-020-02184-6.

高度复杂、多变量的生活方式行为是否可以在1000名BRAINS老年人队列中部分预测大脑衰老的减速或加速(反映在BrainAGE评分中)(Caspers等。2014)。在这里，BrainAGE允许直接量化一种更危险的生活方式可以预测大脑老化的变化，因此，它是否可能是神经认知改变的潜在土壤(McDonough和Allen2019)。

在“正常”老年老年人样本中，较高的身体活动与大脑老化减速（大脑得分较低）有关。

The Contribution of Physical Exercise to Brain Resilience.

doi:10.3389/fnbeh.2020.626769.

怀孕期间的跑步机跑步促进了成年后代的认知功能（习惯行为和空间学习）(GomesdaSilvaetal.，2016)，表明出生前后的运动可能增加成年后代的大脑功能。因此，积极的早期生活经历，如妊娠期的体育锻炼，可能会持续给后代，因此可能在提高生活后期的大脑弹性中发挥重要作用。

尽管Rehfeld等人的一项研究表明，由步行、慢跑或骑自行车等传统体育训练引起的心肺健身已被广泛报道可以促进大脑的可塑性。 Rehfeld et al. (2018) 的研究表明，与老年人的重复运动相比，舞蹈训练能产生更大的脑容量。舞蹈练习诱导大脑可塑性(TeixiraMachado等，2018)。

减少氧化应激和Aβ评分与使用6周三种运动（有氧运动、联合运动和有氧+抵抗）的更好的工作记忆相关(Ozbeyli，2017)。

健康受试者应该进行有氧和厌氧运动，中等强度，每周至少三次和认知障碍，锻炼较短的时间和更高的频率来获得更好的认知结果(Sandesetal.，2019)。

Study protocol of a randomized intervention study to explore effects of a pure physical training and a mind-body exercise on cognitive executive function in independent living adults age 65-85.

doi: 10.1007/s40520-020-01633-w.

参与者将被随机分配到三组中的一组(力量训练，身心训练，或对照组)。两个积极组的参与者将参加为期12周的干预。对照组继续日常生活。评估将包括NIH工具箱的三种执行功能，并在基线、干预后和3个月随访时进行。主要结果是认知执行功能表现的改变。次要结果包括坚持，锻炼的自我效能，抑郁症状，专注和享受。

讨论和结论:如果成功，干预措施可以为老年人提供低成本的策略，以保持认知活力，并有可能影响当前的锻炼指南。

温和的身心干预比传统锻炼计划更好的坚持[43]

费尔登克雷斯小组使用意识粗糙运动(ATM)课程，基于公开的书籍或音频材料。自动取款机的课程包括坐、站立或行走的动作。参与者将探索脚在站立和行走过程中是如何承载体重的，并意识到身体的不同区域是如何促进转移运动[58,59,67,68]的。

Ullmann G, Williams HG (2016) The Feldenkrais Method® can enhance cognitive function in independent living older adults: a case-series. J Bodyw Mov Ther 20:512–517

Multicomponent Training Prevents Memory Deficit Related to Amyloid-β Protein-Induced Neurotoxicity.

doi: 10.3233/JAD-210424.

目的:验证多组分运动训练对预防Aβ神经毒性相关的认知记忆障碍的作用。

方法:对Wistar大鼠进行多组分训练(包括有氧、无氧运动和认知运动)，然后向海马内注入淀粉样蛋白β肽。

结果:我们发现，长期的多成分训练可以防止海马中淀粉样蛋白-β相关的神经毒性。它降低海马脂质过氧化，恢复抗氧化能力，增加谷胱甘肽水平，最终防止识别记忆缺陷。

Association Between Greater Cerebellar Network Connectivity and Improved Phonemic Fluency Performance After Exercise Training in Older Adults

本研究探讨了ET对老年人流畅性任务反应模式的影响及其与小脑连接的关系。从目前的分析中，有两个主要的发现。首先，12周的步行干预显著提高了心肺健康(vo2峰值增加约9%)，以及各组间语音流畅性任务中产生的单词的频率和开关。ET还与语义流畅性任务中，平均开关和集群大小显著增加相关，这是HC特有的。其次，在认知健康的老年人中，et诱导的小脑FC的增加与语音流畅性任务中词汇特征的改善之间存在显著关联。相比之下，这种关系在MCI患者中没有被发现。

Effect of four different forms of high intensity training on BDNF response to Wingate and Graded Exercise Test.

doi: 10.1038/s41598-021-88069-y.

四种不同高强度训练模式(高强度功能训练(shift)、高强度间歇训练(HIIT)、高强度力量训练(HIPT)、高强度耐力训练(HIET)对脑源性神经营养因子(BDNF)静息浓度的影响。

在九周的时间里，他们每周完成三次运动，每次一小时。

高强度功能训练(HIFT)在过去几年中获得了重要的意义40。HIFT是多模态训练，包括多关节运动，创造与日常运动一致的运动模式，通常称为“功能性运动”，参与整个运动链。他们的动作是在有限的时间内调整个人的能力，或有限的重复，主要目标是针对不同的熟练领域——心肺耐力、肌肉力量、速度、协调或厌氧能力、敏捷性、存在性40-43。

高强度间歇训练(HIIT)包括短强度的工作元素交替和低强度恢复期。根据布赫海特和劳尔森44，HIIT可以包括重复短（<45)到长(2-4分钟)的高但不是最大强度运动，或短(≤10）重复短跑序列[RSS]或长（20-30秒，短跑间隔）全面冲刺，其间穿插着恢复期。这些长度的训练结合起来创建总共5-40分钟的训练课程。锻炼的时间主要取决于参与者当前的熟练度水平和训练的强度。HIIT的主要目标是改善心肺和代谢功能，以及整体的身体表现。

高强度功率训练(HIPT)是更流行的HIIT的一种变体，它通过使用不同的多关节运动来结合高强度阻力训练，并集中于高功率输出。在这种类型的训练中，没有延迟的恢复期，包括下蹲，僵硬、干净，抓举和头顶按压。HIPT的主要目标是塑造骨骼肌质量，但它也可以作为心肺熟练度和身体组成的刺激物45,46。

高强度耐力训练(HIET)是一种强度为85-100%的耐力训练类型。这种训练的时间与其强度成正比。考虑到运动员的年龄和身体健康度，HIET可以持续几分钟到几个小时，它被认为是一种持续的锻炼形式。当强度约为85%vo2max(~90%HRmax)时，可以观察到最佳的心肺缺陷。持续的耐力训练可以通过长、慢距离(LSD)、长、高距离(LHD)或可变强度来实现。LSD训练的特点是在延长的距离或持续时间内保持低到中等强度的持续速度。心率变化范围为60-80%的HRmax(~140-160bpm)。LSD方法的目标是通过脂肪质量的利用来最大化能量消耗和减少体重。LHD法的Te强度较高，HRmax在85%~95%HRmax之间。这种训练的量很低。高强度耐力训练的主要目标是通过有效提高个体的最大吸氧量来塑造心肺度。

Ten-year resistance training background modulates somatosensory P3 cognitive brain resonse in older men: A magnetoencephalograpy study.

doi: 10.1016/j.exger.2021.111312.

在老年人中进行的短期抵抗训练干预表明对更大的P3波幅的调节，但这种关联尚未通过纵向研究设计进行研究。在一项独特的研究设计中，我们调查了脑磁图记录的P3 (P3m)，研究对象为9名具有准监督式阻力训练背景的10年男性(平均年龄77.7岁)和8名年龄相近(平均年龄77.5岁)没有训练背景的对照组。

在额颞和顶叶传感器组中，P3m的半球活动在两组之间存在差异。在320-390毫秒的时间窗口内，锻炼组的右脑额叶和顶叶区域的激活强于左脑。对照组左额颞叶感觉器组的激活比右额颞叶感觉器组的激活更强。控制组在右侧时间传感器组的潜伏期也比运动组短。

Cognitive benefits of exercise interventions: an fMRI activation likelihood estimation meta-analysis.

对干预持续时间的亚组分析显示，较短的运动干预引起了与额顶叶和默认模式网络相连的区域的变化，而表现出较长干预效应的区域与额顶叶和背侧注意网络相连。我们的研究结果表明，体育锻炼的干预导致主要位于楔前叶的功能激活模式的变化，并与额顶叶、背侧注意和默认模式网络相关。

运动引起的左顶叶认知相关功能激活的显著变化，主要包括楔前叶(69.7%)，并扩散到下顶叶(27.3%)和上顶叶(3%)。楔前叶在一系列高度整合的心理过程中起着关键作用，从基本的认知过程到应激状态下的行为调节控制(Cavanna 2006;Zhao et al. 2020)。楔前叶的整合功能进一步反映在这些区域的功能连通性上，其中包括与参与感觉运动和认知过程的网络(如执行功能、情景记忆、视觉空间加工)的可分离互动(LJ 2006)。Sporns和Bullmore提出楔前叶通过连接顶叶和前额叶区域(“小世界网络”中枢)在额顶叶网络中发挥关键作用，这为上述认知任务中的激活提供了解释(Bullmore 2009)。此外，楔前叶是一个大脑区域，常见于轻度认知障碍和阿尔茨海默病早期患者(Jacobs et al. 2012)。根据这一观察，我们的研究结果表明，定期体育锻炼可以是防止认知能力下降的一种有价值的方法(Alty等，2020;Bherer et al. 2013;Kivipelto etal . 2018)通过对楔前叶的影响增强额顶叶控制网络的功能整合。

激活的次级区域与背侧注意网络和额顶叶网络相连接，功能特征显示在包括注意和执行功能在内的核心认知领域有很强的参与。额顶叶网络是与多种大脑网络共享连接的功能中枢，在调节认知控制中发挥着重要作用(Power etal . 2013)。此外，额顶叶网络与其他脑网络(尤其是默认模式网络)的耦合程度与流体智力(如问题解决/执行功能和视觉空间能力)和整体认知能力呈正相关(Cole etal . 2015;Sheffield et al. 2015)，这与我们对整体认知的整体分析结果一致(将所有认知成分汇集在一起进行整体分析)。以顶内沟和额眼域为中心的背侧注意网络参与自上而下的注意控制以及感觉-运动信息整合，支持多个更高层次的认知领域(Fox etal . 2006)。

年龄：在老年组中，识别出的子区域与执行功能有关，包括工作记忆、空间认知和心理旋转。在之前的行为层面的荟萃分析研究(Chen et al. 2020b;Falck等人2019;Northey et al. 2018)。

训练持续时间：短期运动干预主要在枕叶、顶叶和边缘区诱发变化，高峰区/次区通常与外显记忆有关，而长期的训练方案会引起顶叶激活的变化。对于长期组，激活的簇位于顶叶，峰值区域与空间处理、推理和工作记忆有关。对于长期锻炼，在分子和细胞水平(如脑源性神经营养因子)(Hotting et al. 2016)、结构水平(如额叶和海马区灰质体积增加)(Chaddock-Heyman et al. 2014)和行为水平(如:执行功能的改善)(Fernandes等人2017年;Kramer et al. 2005)。

在这种情况下，行为数据表明，协同运动比纯有氧运动带来更大的益处(Chen et al. 2020a;Ludyga等人，2020年)。因此，进一步研究潜在的神经过程(例如，功能性大脑激活模式)似乎是一个有希望的领域。关于运动强度，来自行为数据的证据并不是唯一的。在体育训练研究中，没有观察到运动强度的明显影响(Ludyga et al. 2020)，而在急性运动研究中，运动强度的缓和作用被清楚地证明了，高强度的运动在更大程度上改善了认知表现(Chang et al. 2012;Oberste et al. 2019)。因此，有必要进行进一步的研究，以调查由适度运动类型和运动强度引起的行为发现的差异是否反映在与认知相关的脑功能激活模式的改变上。

Associations between physical activity types and multi-domain cognitive decline in older adults from the Three-city cohort

在这个年龄超过72岁的社区居住参与者的前瞻性队列中，TMTB（执行功能）和IST（语言流畅性）随着时间的推移而显著下降，报告中度或高水平家庭/转运相关PA的参与者速度较。在基线和多调整模型中，两个PA亚得分（家庭/交通和休闲/体育活动）也与更好的TMTA、IST和FCSRT（“自由回忆”）得分呈正相关。在随访期间，执行TMTB所需的时间增加每年几乎缩短了1秒，而IST中生成的单词数量的下降比高水平家庭/交通活动组每年减少了大约0.2个单词。8年随访。

Effect of aerobic exercise on amyloid accumulation in preclinical Alzheimer’s: A 1-year randomized controlled trial.

52周有监督的有氧运动项目对认知正常老年人淀粉样蛋白积累、认知能力和脑容量的影响，通过淀粉样蛋白PET成像测量大脑淀粉样蛋白水平升高或低于阈值。共有117名缺乏活动的老年人(平均年龄72.9[7.7])被随机分配，他们的大脑淀粉样蛋白水平升高(n = 79)或低于阈值(n = 38)，其中110名参与者完成了研究。在训练有素的运动专家的监督和监测下进行运动。在基线和第52周随访时，我们对大脑淀粉样蛋白进行了18F-AV45 PET成像，并对全脑和海马体积进行了解剖MRI检查。在基线、第26周和第52周进行神经心理学测试，以评估执行功能、言语记忆和视觉空间认知领域。在基线和第52周进行心肺健康测试，以评估对运动的反应。有氧运动组显著改善了心肺健康(11% vs. 1%对照组)，但与对照组相比，淀粉样蛋白、脑容量或认知能力的变化指标没有差异。

Physical Activity and Trajectory of Cognitive Change in Older Persons: Mayo Clinic Study of Aging

关于老年人身体活动(PA)和认知轨迹之间的联系知之甚少。研究PA与记忆、语言、注意力、视觉空间技能和整体认知的变化之间的联系，以及性别或载脂蛋白E (APOE)ɛ4状态的潜在影响。

方法:来自基于人群的梅奥老年临床研究(Mayo Clinic study of Aging)的纵向研究，包括2060名认知功能未受损、年龄≥70岁的男性和女性。中年(50-65岁)和晚年(去年)PA的参与度是通过问卷进行评估的。神经心理测试每15个月进行一次(平均随访5.8年)。

与无PA对照组相比，低强度中年PA与记忆功能下降较少相关。高强度的晚年PA与语言、注意力和整体认知下降较少相关。载脂蛋白eɛ4的携带没有调节PA和认知之间的关联。

Impact of an Intervention with Wii Video Games on the Autonomy of Activities of Daily Living and Psychological-Cognitive Components in the Institutionalized Elderly

蒙泰罗等人。在与WiiFit®游戏机[19]合作后，制度化老年人的语义记忆和执行功能有了适度的改善。另一方面，圣塔玛利亚等人。在使用WiiFit®游戏机[20]的15次测试后，老年人获得了动态平衡和注意力的改善。

Monteiro, R.; Da Silva, L.; De Tarso, P.; Pinheiro, M.; Rodrigues, E.; Mendes, A.; Lage, M.; Engedal, K. Acute effects of exergames on cognitive function of institutionalized older persons: A single-blinded, randomized and controlled pilot study. Aging Clin. Exp. Res. 2017, 387–394.

Santamaría, K.G.; Fonseca, A.S.; Moncada Jiménez, J.; Solano Mora, L.C. Balance, attention and concentration improvements following an exergame training program in elderly. Retos 2017, 33, 102–105.

游戏使用一种四方型类似鱼鳞状的控制器，或者说控制板。玩家需要站在板上依照屏幕上的操作提示保持平。可以在板上练习瑜伽功或跳动感舞蹈操，看来是一款为家庭主妇和女士们设计的健身游戏，相信光是这个卖点就够任天堂卖上几百万套游戏了。

该设备已被证明对制度化的老年人有效，通过增加他们的注意力和记忆水平，降低他们的抑郁、焦虑和冷漠水平，因此，增加他们的adl表现，基础的和工具的。此外，认知和心理状态与基本和工具性adl的表现之间存在关系，因此提高认知水平，减少心理症状可以促进adl的最佳表现。

Aerobic exercise, cardiorespiratory fitness, and the human hippocampus

表明身体活动在促进整个生命周期的海马结构和功能方面具有很好的作用。