运动对学习记忆能力影响的主要机制

运动对学习记忆能力影响的主要机制（综述）

四叶竹园

在大脑领域，人类一直有着许许多多解不开的谜团。但我们从来没有放弃探索。学习与记忆是大脑的一项基本功能。以至于我们对学习与记忆能力的研究也随着科技和时代的发展日益更新。而且有研究表明海马结构广泛参与学习记忆, 尤其是短期和近期记忆过程[1]。运动可以对海马产生影响从而可以改善学习记忆障碍。人类对脑-身体活动之间的关联探究可追溯到古希腊时代,而对体育运动和脑认知之间的科学探究开始于上世纪30年代,并在过去的二三十年间得到了繁荣的发展[2]。因此，我将综合现有的研究报道，探讨运动对学习记忆能力的影响的主要机制。

1，运动增强对海马区作用提高学习记忆能力

1957年,米尔纳、潘菲尔德和斯科特维尔观察了海马在记忆中的作用,他们初步观察了两侧海马损伤病人记忆的丧失情况。大量研究己证明海马与学习记忆特别是空间认知功能有关,尤其CA3区被认为与空间辨别性学习记忆活动的关系尤

为密切[3]。解剖学角度来看,长时记忆的机制与海马突触形态、功能以及突触间联系的建立、突触的可塑性变化密切相关。海马内胆碱能系统、单胺能系统、氨基酸系统与学习记忆密切相关。

海马结构内丰富的表达N-甲基-D-天门冬氨酸受体（NMDAR）及α-氨基-3-羟-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（AMPAR）。他们是哺乳动物CNS内两种重要的兴奋性神经递质受体。NMDA受体是由NR1和至少一种NR2 亚基构成的生理活性复合体。AMPA 受体是由4种不同的亚单位(GluR1-4)组成的四聚体或五聚体。有研究表明：运动可激活脑内海马等与学习记忆相关部位的NMDA受体,并可增加其亚基基因表达,进一步增强NMDA受体功能,激活后产生LTP。而此时，海马NR1、NR2A和NR2BmRNA 表达水平显著性增加[4]。资料表明[5]LTP可能是学习记忆的神经基础,特别在运动学习过程中对新的神经回路的形成起着重要作用。

进一步的追寻得知：NR1mRNA 的表达的调控受到cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）的调控，而运动可增强CREB活性和基因表达。CREB可被脑源性神经营养因子（BDNF）作用的信号通路激活[6][7]。脑源性神经营养因（BDNF）是CREB调节的靶基因，还为BDNF启动子的激活转录因子补体所调控,通过诱导增强转录因子CREB 的磷酸化从而使海马中BDNF的表达[8]。所以，运动可以增加BDNF的表达，以至于可以增加突触后NMDA受体激活而产生LTP,增强学习记忆能力。

谷氨酸对中枢神经系统所有神经元均有兴奋作用,作用快而强,并引起神经

元去极化,产生兴奋性突触后电位(EPSP)。研究表明,突触后长时程增强(LTP)产生与谷氨酸有关, Glu释放后通过激活NMDA 受体,诱导LTP的形成,从而对学习记忆行为进行调节。并且，运动能增加大脑内的谷氨酸含量[9]。则运动可以通过对谷氨酸的影响对学习记忆能力。

还有研究表示，海马内突触致密组织中CaMKⅡ在运动提高学习记忆能力过程中有重要的作用,从而保证了突触信号传递的有效进行,学习记忆能力得到提高[10]。

2，运动通过改善脑组织抗氧化能力促进学习记忆

正常情况下,机体存在一个自由基清除系统,其中包括中超氧化物歧化（SOD）、过氧化氢酶、谷胱甘肽(GSH) 及谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)、维生素E 等。在脑内最重要的预防机制是SOD、GSH系统, SOD能使O2进一步生成H2O2,在GSH-Px的作用下可使H2O2分解成水。当两者减少或活力低下时,自由基被清除减少,数量相对增多,导致生物膜受损,自由基脂质过氧化。自由基脂质过氧化(LPO)是多不饱和脂肪酸受自由基作用后形成的, 丙二醛（MDA）是LPO的代谢产物,其含量可反映脂质过氧化程度[11]。

研究发现，运动组大鼠SOD、GSH-Px活性升高，MDA含量下降。表明衰老伴随着脑组织抗氧化能力的下降，而运动能在一定程度上减弱氧化应激，提高脑的康养活能力，可能是运动延缓脑衰老的生化机制[12]。亚硝酸钠模型小鼠的学习记

忆障碍，在对它的研究中，得到运动训练提高了此小鼠脑组织中SOD活力，降低MDA含量，改善亚硝酸钠所致的海马区组织形态的改变。运动训练对亚硝酸钠所致学习记忆障碍善作用，其作用机制可能与提高机体自由基清除能力，降低自由基水平有关[13]。

3，运动对其他方面的作用影响学习记忆

3,1 长期进行有氧运动可以通过对大鼠血浆和不同脑区中内阿片肽递质的水平产生影响,进而影响动物学习记忆的形成[14]。

3,2 生长相关蛋白(growth-associated protein,GAP-43)是神经元特异性蛋白，与神经发育、轴突再生和突触重建密切相关。运动训练可以通过GAP-43 的表达上调而促进神经功能的恢复[15]。

3,3 中等强度运动能促使大鼠大脑海马CA3 区椎体细胞树突棘数目明显增多,说明长期适宜的体育运动能通过增加神经细胞之间的联系而提高学习与记忆能

力[16]。

3,4 乙酰胆碱是脑内的重要神经递质，是学习记忆的生化基础，而AChE 则可分解释放入突触间隙的乙酰胆碱，影响突触传递和学习记忆活动[17]。

3,5 在运动诱导下，海马内IGF-1水平升高，海马内的IGF—l和BDNF通过其受体激活p-CAMKlI和p-MAPK II信号级联，进而增加突触索一1，突触素一1又可以促进Glu释放，增强突触问的信息传递，使成长时程记忆增强[18]。

不同的运动量对于学习记忆能力的影响是也是不同的。在适宜的运动量范围内，对亚硝酸钠模型小鼠进行高、中、低运动量训练后，实验结果显示，不同程度改善了亚硝酸钠模型小鼠脑组织海马CA3区神经细胞病理改变，正常细胞数目显著增加，且与运动量有相关性，高运动量对亚硝酸钠模型小鼠脑组织海马CA3区神经细胞病理改变作用最明显,相同面积内正常细胞数目最多[19]。则适宜的运动可以改善学习记忆障碍，提高学习记忆能力。对于过度的运动，有研究表明，高原环境重度疲劳可致大鼠海马神经元损伤，神经元凋亡数目增多，从而加重学