研究目的:体育运动对不同人群大脑功能和结构具有促进作用,而相关的生理和脑机制也在不同水平得到解释。镜像神经元(mirrorneurons,MN)是一种特殊神经元,它不仅在个体执行特定动作时放电,在个体观察其他同类执行相同或相似动作时也兴奋放电。分布在不同脑区的镜像神经元构成了镜像神经元系统(mirrorneuronssystem,MNS),该系统提供了"观察—执行匹配机制",在动作理解、动作模仿、运动想象起关键作用,而这三个神经生理学过程又极大地促进动作学习的进程。我们实验室之前的研究表明,中等强度运动对餐具摆放任务的MNS动作理解功能有积极作用。然而,尚不清楚心肺适能(cardiovascular fitness)是否会调节中等强度运动对MNS的激活。为此,本研究采用功能性近红外光谱(f NIRS)探讨心肺适能在中等强度运动对MNS影响中的调节作用。我们提出3研究假设:(1)中等强度运动会改善MNS的激活;(2)心肺适能在中等强度运动对MNS的影响中起调节作用;(3)MNS激活存在心肺适能的个体差异研究方法:实验对象为36名大学生(男生20名,女生16名),年龄为20.6±1.5岁。所有受试者需要来是实验室测试3次。第1次为最大摄氧量测试,采用心肺功能测试系统(Jaeger-Masterscreen-CPX,德国)测试受试者的最大摄氧量,以此确定受试者的心肺适能,并根据美国运动医学学院[ACSM]指南标准分为高、中、低三个水平。第2和第3次是采用餐具摆放任务来测试MNS激活水平。其中一次为实验条件(EXP),另一次为对照条件(CTRL)。EXP要求受试者完成中等强度运动后再执行餐具摆放任务,而CTRL不需要完成中等强度运动,仅执行餐具摆放任务。EXP和CTRL采用平衡设计来消除顺序效应。餐具摆放任务包括动作执行和动作观察两个任务,首先要求受试者按照一定顺序和规则摆放餐具(动作执行),接着要求受试者观察主试者摆放餐具(动作观察)。采用f NIRS系统(NIRSport,美国)监测在EXP和CTRL下,受试者在执行餐具摆放两个任务中含氧血红蛋白(Oxy-Hb)的变化。f NIRS系统由8个光源和8个探测器组成,形成14个通道,覆盖左半球的大部分MNS区域,具体包括IFG(BA44/45)、PMC(BA6)、IPL(BA40)和SPL(BA7)四个感兴趣脑区(ROIs)。中等强度运动要求受试者在功率自行车上进行25分钟,包括5分钟热身,15分钟执行约65%VO2max的中等强度运动和5分钟恢复。研究结果:在动作观察任务中,对Δ[Oxy-Hb]进行2(实验条件:EXP,CTRL)×3(心肺适能:高,中,低)进行重复测量方差分析。结果显示,实验条件主效应显著(F(1,141)=24.72,P<0.001,η2=0.15);心肺适能主效应显著(F(2,141)=3.95,P<0.05,η2=0.05);实验条件×心肺适能的交互作用显著(F(2,141)=4.56,P<0.05,η2=0.06)。简单效应检验结果显示,中等强度运动显著增加了高心肺适能个体(F(1,132)=14.95,P<0.001,η2=0.09)和低水平心肺适能个体(F(1,132)=16.87,P<0.001,η2=0.11)的Oxy-Hb。然而,却没有显著增加中等心肺适能个体的Oxy-Hb。接着采用配对样本t检验,发现高心肺适能个体在PMC、IPL和SPL三个ROIs得到激活,低心肺适能个体在IFG和PMC两个ROIs得到激活,而中等心肺适能个体在所有ROIs均未得到激活(P>0.05)。说明心肺适能在中等强度运动对MNS的影响中起调节作用。接下来,本研究将EXP的前测,以及CTRL前后测的Oxy-Hb水平整合为一个数据集,由于这些数据未受运动干预的影响,故称之为静息态的MNS激活水平;而将EXP的后测的Oxy-Hb水平整合为另一个数据集,称之为运动后的MNS激活水平。采用单因素方差分析考察动作观察任务中静息态的Oxy-Hb是否存在心肺适能的个体差异。结果显示,静息态的Oxy-Hb不存在心肺适能的个体差异,表明静息态的MNS激活不受心肺适能水平的影响。采用2(实验条件:EXP,CTRL)×2(任务:动作观察,动作执行)重复测量分析不同实验条件下动作观察和动作执行之间静息态Oxy-Hb的差异。结果显示:餐具摆放任务的主效应显著,(F(1,427)=17.80,P<0.001,η2=0.04),但其他主效应和交互作用不显著。说明动作执行的Oxy-Hb激活水平高于动作观察Oxy-Hb激活水平。最后,采用重复测量方差分析分析了EXP运动后测Oxy-Hb。结果显示,餐具摆放任务的主效应,心肺适能主效应,以及两者的交互作用均不显著。这些结果表明,中等强度运动能够显著增加动作观察的运动后的MNS激活水平,使其达到动作执行的MNS激活水平。研究结论:(1)在静息态下,动作执行的MNS激活水平高于动作观察MNS激活水平,然而25分钟的中等强度运动能够显著增加动作观察的MNS激活水平,使其达到动作执行的MNS激活水平。(2)心肺适能在中等强度运动对MNS的影响中起调节作用,具体而言,中等强度运动有助于提升高和低心肺适能个体的MNS激活水平,但不能提升中等心肺适能个体的MNS激活水平。(3)静息态的MNS激活不存在心肺适能的个体差异,即MNS激活不受心肺适能水平的影响。