早稻田大學研究生院體育科學研究科博士生内藤隆和早稻田大學體育科學學術院的石井香織教授、岡浩一朗教授等人組成的研究團隊，使用「fNIRS」（功能性近紅外線光譜技術）測量了41名兒童（小學5年級至國中3年級學生，平均年齡12.1歲）在進行7種輕微運動時大腦額葉部分的腦血流量變化。結果發現，在進行雙手握合向上拉緊伸等單調的伸展運動時，腦血流量並沒有明顯增加，但在坐在椅子上扭轉身體、做手指操和單腳站立等具有一定身體負荷和認知負荷的輕微運動中，腦血流量明顯增加。
圖1本實驗中使用的低強度運動類型和方法（供圖：早稻田大學）
圖2每種運動類對應的前額葉皮層腦血流量（PFC）增加區域的百分比（供圖：早稻田大學）
研究團隊期待這一發現可用於「開發提高兒童的認知功能，人人都能輕鬆參與的短時間低強度運動專案」。該研究成果於7月6日發表在自然出版集團的線上綜合科學雜誌《Scientific Reports》上。
既往的諸多研究發現，運動對高階認知功能即執行功能有積極的影響，其終極因數包括增加腦血流量、改變大腦結構和提高神經效率等。在進行中高強度的有氧運動期間和運動結束後不久，腦血流量會增加。
然而，此前還很少有研究調查低強度運動時的腦血流量變化，尤其是沒有以兒童爲物件的研究。既往研究都是針對騎腳踏車、跑步等單一運動專案進行的，還沒有研究探討不同運動專案對腦血流量的影響。
世界衛生組織（WHO）和各國的指導方針都建議兒童每天進行60分鐘以上的中高強度體育活動。然而，事實上，世界80%以上的兒童未達到這一建議值。
另外，近年來有報導稱，增加站立交談、伸展和慢走等低強度的身體活動有利於改善兒童的肥胖指標和心血管健康，人們越來越關注更容易參與的低強度身體活動和運動所帶來的益處。
因此，早稻田大學的研究團隊此次從便於在學校和家庭等教育場所實務的角度出發，重點研究了無需特殊道具即可當場輕鬆進行的低強度運動，並調查了這些運動對負責執行功能的大腦前額葉皮層血流量的影響。
實驗中使用了上肢伸展、肩部伸展、手指觸摸肩部轉動、上身扭轉、搓手、拇指-小指操（一隻手伸展拇指，另一隻手伸展小指，左右手交替重複）和單腳站立平衡這7種類型的運動。
由於頭部傾斜和行程會影響fNIRS的測量值，因此以儘量減量頭部行程的運動專案爲物件，而身體向前或向後彎曲的運動專案並不包括在内。
7種低強度運動專案以每個動作10秒和20秒這兩種模式進行。在每個模式中，每個專案都進行兩次運動，中間休息10秒，然後在進入下一個專案時，中間休息30秒。並且，研究人員使用安裝在受試者前腦部的fNIRS，在每個專案休息時（運動開始前0～5秒）以及運動時，測量了顯示腦血流量的指標氧化血紅素。
在測量後的數據分析中，將前額葉皮層分爲左、中、右三個區域，並計算每個區域的腦血流量變化。結果顯示，在單調的上肢伸展和肩部伸展中，休息時和運動時沒有明顯變化。
然而，隨着身體負荷和認知負荷的增加，如手指觸摸肩部轉動、上身扭轉、搓手、拇指-小指操和單腳站立平衡的運動中，一個或多個區域的腦血流量比休息時有明顯增加。另外，每個動作10秒和20秒之間的比較未顯示出顯著差異。
這些結果表明，即使是短時間且低強度的運動，在伴有一定的身體、認知負荷類型的運動中，也會激活前額葉，增加腦血流量。然而，這實際上是否與提高執行功能有關，還有待進一步驗證。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Scientific Reports
論文：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
