在探討身體活動對於認知影響的研究，神經電生理測量相較於行為測量有較高的敏 感度，能夠提供關於神經資源投入的多寡以及神經處理刺激的分布與時間方面的資訊。
大量研究使用神經電生理系統在認知的研究上，包括事件關聯電位、功能性核磁共振造 影、正子斷層造影 (Positron Emission Tomography, PET)、擴散張量磁振造影等工具來了 解大腦的活動狀態，使得對於認知處理有了更深層的了解。
兒童時期大腦透過灰質數量的減少與白質數量的增加 (Sowell, Thompson, Holmes, Jernigan, & Toga, 1999)、大腦血管新陳代謝效率化 (Chugani, Phelps, & Mazziotta, 1987)、
21 neurotrophic factor, BDNF)、胰島素生長因子 (insulin-like growth factor, IGF) 與細胞的增 殖與分化 (Vaynman & Gomez-Pinilla, 2005)。
過去有相當多的動物實驗，透過活動量的操弄來研究腦部發展的情形，Black 等 (1990) 就發現相較於有氧運動訓練 (跑步機) 的大鼠，接受複雜動作技巧訓練的大鼠在 小腦部位有較高的突觸密度。另外，Kesslak, So, Choi, Cotman, 與 Gomez-Pinilla (1998) 則發現相較於單純接受游泳訓練的大鼠，與接受游泳訓練同時增加認知訓練 (水迷宮) 的大鼠在海馬迴 (對空間訊息處理與學習扮演重要角色)(Silvers, Tokunaga, Berry, White,
& Matthews, 2003) 與小腦有較高的纖維母細胞生長因子表現，且對細胞修復及血管新 生扮演重要角色，表示可能有較佳的神經與血管新生，有利於神經細胞的代謝。近期動 物研究，Wang, Guo, Myers, Heintz, 與 Holschneider (2015) 則發現相較於接受單純有氧 運動訓練的大鼠，接受複雜有氧運動訓練 (需躲避障礙物與隨時針對環境進行調整) 的 大鼠，在其運動中或安靜狀態時，前邊緣系統 (prelimbic system)，包含內側、背外側、
背內側前額葉以及前扣帶迴，皆與執行功能及動作控制有關 (Narayanan, Horst, &
Laubach, 2006)，有較高的活化 (以腦血流變化表示)，前邊緣系統與小腦、動作皮質以及 感覺動作皮質的功能性連結 (functional connectivity) 亦有較高的表現。
運動對於兒童神經生理的相關研究，Chang, Tsai, Chen, 與 Hung (2013) 發現規律的 足球訓練,不論強度為何，都能增加兒童在執行反應抑制相關作業時的 P3 振幅並縮短 P3 潛時。同時，高體適能的孩童在大腦頂葉區 (parietal cortices) 呈現較短的 P3 潛伏時間，
即顯示體適能與增進神經認知處理過程速度有關，由此可見，擁有較佳的動作協調能力 或從事規律協調性運動，有助於兒童對於外在訊息刺激處理的提升進而促進認知表現。
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過去研究也表示，P3 潛時代表對於刺激訊息的評估或處理的速度，潛時愈短表示能較快 針對訊息刺激做評估及分類 (Verleger, 1997)；P3 振幅代表對外在訊息刺激所投入的注 意力資源，較大的 P3 振幅表示能將較多的注意力資源投入至當下的訊息處理歷程 (Polich, 2007)。然而，在高空間解析度的相關研究，Wassenberg 等 (2005) 就以大型的橫 斷實驗，探討 5 至 6 歲兒童體適能與認知功能之間的關係，發現具體的認知能力與運動 表現是正向的平行發展，也能從腦結構中發現，例如基底節、額葉皮層與多巴胺傳輸等 生理變化。近年來，Chaddock‐Heyman 等 (2014) 也回顧體育運動、有氧適能與認知之 間關係，結果發現，較高水平的身體活動與有氧適能發現有益大腦結構、認知功能。且
錯誤關聯負向 (error-related negativity error-related negativity, ERN) 的振幅也會降低，
ERN 振幅降低和較佳行為反應之整合有關，由這些研究可歸納出身體活動的介入
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學習時的主要營養物質來源 (Castrén, Berninger, Leingärtner, & Lindholm, 1998)。神 經生長營養物質的分泌多寡，可能直接關係著大腦神經細胞的生長存活、功能維持，
和調適能力 (Gómez-Pinilla, So, & Kesslak, 1998)。神經系統間的特異蛋白分子在神 經細胞損傷時也可促進細胞之修復重建，這些特異蛋白分子通常被稱為神經營養因 子 (neurotrophic factors, NFs)、神經生長因子 (Neural growth factors, NGF)、或神經 細胞誘向 (營養) 因子 (neuronotrophic factors, NTFs)(韓濟生，1996)，大腦的發育、
老化速度，可能都與這類 NTfs 的合成分泌有關 (石恒星、洪聰敏，2006)。相關研
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究發現神經生長營養物質的分泌合成，和神經元樹突、突觸的分枝成長密度有關 (Poo, 2001; Wang, Xie, & Lu, 1995)。大腦神經的可塑性，主要分子機轉是大腦神經 會因學習、身體活動、感官刺激等增加輸出輸入的活動，而分泌相關神經營養物質 BDNF (Wang et al., 1995)。因此 BDNF 為大腦從事記憶、學習的主要營養物質來源 (Castrén et al., 1998)。Gómez-Pinilla 等 (1998) 將健康的老鼠分為運動且活動型態較 複雜需思考、運動但運動型態不需思考與不運動三組，結果發現，有運動的兩組老 鼠，大腦某些區域如海馬迴的神經營養因子顯著增加，但運動型態較複雜的老鼠，
卻能夠分泌更多的神經營養因子，由此實驗結果顯示出，具有學習刺激的身體活動 是誘發 BDNF 分泌，及調節神經細胞功能維持與生長存活的重要因子 (Gómez‐
Pinilla, Ying, Opazo, Roy, & Edgerton, 2001)。在人體研究上，身體活動對於刺激成人 海馬迴神經細胞增生以及個體認知功能的改善也已被證實有顯著的效果 (Van Praag, Kempermann, & Gage, 1999)。由上述的探討可知，運動既可增進大腦神經營 養物質的分泌，且增加神經元結構的成長與彼此的連結，促進大腦功能運作，對於 孩童在認知學習上，相信是有所助益的。
四、 神經傳導物質之改變
運動可以誘發神經營養物質的釋放，刺激神經樹突的增生以及強化神經之連 結。然而在神經訊息的傳遞過程當中，樹突與樹突之間，有個小小的空隙，稱為突 觸縫 (synaptic cleft)。當帶電的電脈衝到達樹突的尖端時，就會被轉換到神經傳導 物質裡面，經由神經傳導物質的傳遞，將神經訊息繼續往下一個神經元傳遞。因此， 生正面影響 (Nibuya, Nestler, & Duman, 1996)，也是促進大腦認知功能的重要原因。
Chaouloff (1989) 從相關研究分析運動與大腦單胺類化合物的關係，發現許多研究
25 (Colcombe et al., 2004)。而從運動的心理作用層面分析，許多研究均支持運動有降 低焦慮、降低壓力反應、提高正面情緒、促進自尊的心理效用 (Landers & Arent,
26 出運動對大腦認知反應功能的真正影響作用。事件關聯電位 (event related potential,ERP) 是經由內在事件 (例如：時間點估計) 或外在事件 (例如：視覺、聽覺及體感覺) 所誘發 (evoked) 的 腦 電 位 波 形 變 化 ， 可 用 來 探 討 大 腦 處 理 認 知 過 程 的 狀 況 (Cacioppo &
Tassinary, 1990)。由於 ERP 只計算反應時間中之中樞神經運作期，不計算周圍肌肉執行 收縮動作時間，因此是觀察中樞訊息處理過程的時間變化與神經資源投入的絕佳測量方 法選擇。
事件關聯電位 (ERP) 是腦波時間面分析的主要方式 (洪聰敏，1998)。ERP 資料的 判讀是經由測量時間面某波段的最大振幅 (amplitude) 或潛伏時間 (latency) 來推測大 腦在訊息處理過程中各階段的功能表現。研究人員為突破反應時間在訊息處理研究上的 限制，運用心生理學 (psychophysiology) 的研究方法，將事件關聯電位應用在運動心理 學領域中 (Zani & Rossi, 1991)，除可知接直攻腦部活動及客觀量化資料外，並可從時間