早稻田大学研究生院体育科学研究科博士生内藤隆和早稻田大学体育科学学术院的石井香织教授、冈浩一朗教授等人组成的研究团队，使用“fNIRS”（功能性近红外光谱技术）测量了41名儿童（小学5年级至初中3年级学生，平均年龄12.1岁）在进行7种轻微运动时大脑额叶部分的脑血流量变化。结果发现，在进行双手握合向上拉伸等单调的伸展运动时，脑血流量并没有明显增加，但在坐在椅子上扭转身体、做手指操和单脚站立等具有一定身体负荷和认知负荷的轻微运动中，脑血流量明显增加。
图1本实验中使用的低强度运动类型和方法（供图：早稻田大学）
图2每种运动类对应的前额叶皮层脑血流量（PFC）增加区域的百分比（供图：早稻田大学）
研究团队期待这一发现可用于“开发提高儿童的认知功能，人人都能轻松参与的短时间低强度运动项目”。该研究成果于7月6日发表在自然出版集团的在线综合科学杂志《Scientific Reports》上。
既往的诸多研究发现，运动对高阶认知功能即执行功能有积极的影响，其原因包括增加脑血流量、改变大脑结构和提高神经效率等。在进行中高强度的有氧运动期间和运动结束后不久，脑血流量会增加。
然而，此前还很少有研究调查低强度运动时的脑血流量变化，尤其是没有以儿童为对象的研究。既往研究都是针对骑自行车、跑步等单一运动项目进行的，还没有研究探讨不同运动项目对脑血流量的影响。
世界卫生组织（WHO）和各国的指导方针都建议儿童每天进行60分钟以上的中高强度体育活动。然而，事实上，世界80%以上的儿童未达到这一建议值。
另外，近年来有报道称，增加站立交谈、伸展和慢走等低强度的身体活动有利于改善儿童的肥胖指标和心血管健康，人们越来越关注更容易参与的低强度身体活动和运动所带来的益处。
因此，早稻田大学的研究团队此次从便于在学校和家庭等教育场所实践的角度出发，重点研究了无需特殊道具即可当场轻松进行的低强度运动，并调查了这些运动对负责执行功能的大脑前额叶皮层血流量的影响。
实验中使用了上肢伸展、肩部伸展、手指触摸肩部转动、上身扭转、搓手、拇指-小指操（一只手伸展拇指，另一只手伸展小指，左右手交替重复）和单脚站立平衡这7种类型的运动。
由于头部倾斜和移动会影响fNIRS的测量值，因此以尽量减少头部移动的运动项目为对象，而身体向前或向后弯曲的运动项目并不包括在内。
7种低强度运动项目以每个动作10秒和20秒这两种模式进行。在每个模式中，每个项目都进行两次运动，中间休息10秒，然后在进入下一个项目时，中间休息30秒。并且，研究人员使用安装在受试者前脑部的fNIRS，在每个项目休息时（运动开始前0～5秒）以及运动时，测量了显示脑血流量的指标氧化血红蛋白。
在测量后的数据分析中，将前额叶皮层分为左、中、右三个区域，并计算每个区域的脑血流量变化。结果显示，在单调的上肢伸展和肩部伸展中，休息时和运动时没有明显变化。
然而，随着身体负荷和认知负荷的增加，如手指触摸肩部转动、上身扭转、搓手、拇指-小指操和单脚站立平衡的运动中，一个或多个区域的脑血流量比休息时有明显增加。另外，每个动作10秒和20秒之间的比较未显示出显著差异。
这些结果表明，即使是短时间且低强度的运动，在伴有一定的身体、认知负荷类型的运动中，也会激活前额叶，增加脑血流量。然而，这实际上是否与提高执行功能有关，还有待进一步验证。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Scientific Reports
论文：Hemodynamics of short-duration light-intensity physical exercise in the prefrontal cortex of children: a functional near-infrared spectroscopy study
URL：https://doi.org/10.1038/s41598-024-66598-6
