豐富環境因子對大腦認知功能之影響

當過去研究已經證實運動的效果，研究者便想了解是否從事何種運動皆能產

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生相同的效果。過去 Schmidt 及 Wrisberg(2008)將運動類型依其特性分為開放性 及閉鎖性，開放性運動面臨較多的策略及挑戰，也會接觸到許多不可預測因子，

運動本身的環境性質較為豐富(如桌球、羽球)；而閉鎖性運動通常為一般的有氧 運動，重複進行某些固定的動作及行為(跑步)。因此研究者詴圖了解開放性運動 所面臨的豐富環境，是否足以彌補老年人認知能力於年齡退化上的不足。

過去研究探討外在環境因子會間接影響大腦認知功能，在動物研究發現透過 外在環境因子刺激會在神經結構上增生神經元樹突、膠質細胞、以及神經微血 管，進而增進神經功能並減緩其老化(Rosenzweig & Bennett, 1996)；Gomez-Pinilla 及 Kesslak (1998)在老鼠的動物實驗中將老鼠分為一般活動組、學習活動組及安 靜組進行 Morris 水上迷宮(Morris water maze)，一種空間記憶的作業(spatial memory task)，並觀察三組在海馬迴(HCP), 小腦(CB), 大腦皮質尾側 (CCX), 前 額葉皮質尾側 (FCX)以及中央皮質尾側 (MCX)等六區下鹼性纖維母細胞生長因 子(bFGF)及纖細胞成長因子-2(FGF-2)的濃度。研究發現學習活動組的老鼠所分 泌的腦內因子如 bFGF 及 FGF-2 較另外兩組多，尤其在海馬迴這個區塊。

Klintsova、Dicksonb、Yoshidab 及 Greenough(2004)將老鼠分為三組，特技組 (acrobatic motor skill learning condition, AC )，活動組(motor activity condition, MC) 以及控制組(inactive social-only control, SC)。研究將在七天及十四天進行 BDNF 及其接受器(receptor)TrkB 蛋白質(TrkB protein)於小腦分子層及運動皮質上濃度 的觀察。結果發現，在小腦分子層上前七天 AC 組及 MC 組的 BDNF 濃度皆有 上升；但到 14 天後只剩 AC 組的還有上升，而 MC 組的沒有；TrkB 蛋白質兩組 前七天與 BDNF 一樣皆有上升，然而後來便降回控制組水平。在運動皮質上，

AC 在 14 天後 BDNF 跟 TrkB 蛋白質都有顯著上升，而 MC 只有 BDNF 上升，

TrkB 蛋白質卻沒有。這個研究也顯示了策略性的學習運動與一般的有氧運動在 神經生理上的結果是有所不同的，尤其在大腦分泌 TrkB 蛋白質的部份。Cao 等 人(2010)將老鼠分別放在豐富環境刺激的籠子與單純環境的籠子進行比較，結果

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發現即便單純籠子的老鼠身體活動量較豐富環境組高，但腦組織中 BDNF 的濃 度提升幅度依然低於豐富環境中的老鼠。Zhu 等人(2011)在老鼠實驗中，將 64 隻老鼠分成四組，以手術控制分為有血栓組、有血栓加豐富環境組、無血栓組以 及無血栓加豐富環境組於手術完後 28 天進行 Morris 水上迷宮，結果發現給予老 鼠豐富環境(enrich environment, EE)可以使老鼠的腦血栓有回復效果，使其原本 受到腦血栓所降低的認知表現被回復。此外，該研究也發現控制組放入豐富環境 一樣有增進認知表現的效果，研究者更進一步用 fMRI 發現控制組及腦血栓組中 EE 組老鼠之腦部結構也有回復改善的現象，大腦中磷酸化 CREB(pCREB)、突 觸蛋白以及微管蛋白 2(MAP2)的密度也在豐富環境組看到的增長，這也證明了這 些認知上的進步是有生理基礎上的改善。這項研究的發現顯示出將動物放在一個 豐富刺激的環境中對其認知功能及認知可塑性是有正面影響的，且不論是疾病組 或是控制組都一樣有增進的效果。從動物的研究中我們可以發現，策略性的環境 或運動對大腦生理上的幫助都是顯而易見的，也因此本研究將豐富環境用於探討 人類認知功能的研究於以下討論。

反觀策略性的開放環境對人類的效果，過去研究也在不同層面上有所發現。

Whalley, Deary, Appleton 以及 Starr(2004)對此現象分析發現人生年輕階段若身體 活動較多、生活形式較為動態、教育水準較高、職業工作較為複雜，會增加老年 階段時大腦認知儲備(cognitive reserve)及工作記憶(working memory)的容量，使大 腦有更多容量可以儲存訊息，以降低老年癡呆症的機率。Gajewski 等人(2010)將 修車廠的工作人員 91 人分為青年組(平均年齡為 18-30，共 45 人)及老年組(平均 年齡為 48-58，共 46 人)，依其工作性質將工作分為複雜作業(年輕人 22，老年人 23)及單純作業(23 年輕人，23 老年人)進行作業轉換的表現比較。結果發現較複 雜作業的工作人員無論是在老年組或年輕組皆有較好的表現，且在腦波也有較好 的呈現。Anderson-Hanley 等人(2012)探討不同運動環境對於提升 BDNF 之效果 差異，該研究將 79 位老年人分別進行 12 週的介入，每週 3 次、每次 40 分鐘且

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達到 60%HRR 的虛擬實境腳踏車運動與一般環境腳踏車運動，結果發現二種情 境下的腳踏車運動皆能增加 BDNF 濃度，但虛擬實境腳踏車運動增加 BDNF 的 程度又顯著高於一般環境腳踏車運動。這些研究可以支持上述的老鼠研究，讓我 們推論複雜的環境下也能對人類產生較好的行為及腦波上的反應結果。

因此，本研究假設如果老年人能接受更多外在環境的刺激與學習訓練，較常 進行複雜思考並嘗詴解決問題，能夠強化神經元突觸的聯結、增加神經元數量、

增長大腦工作記憶容量以及強化認知可塑性，以增進認知功能的表現。而本研究 所著重的開放性運動正充滿了許多外在的不可預測性、策略性及競爭性，或許足 以在生理上帶來上述所言的改善。

第四節 身體活動中作業轉換與事件關聯電位腦波及轉換成本的關係