尽管经常有报道称 регулярные 锻炼有益于成人大脑，但对于学龄儿童来说，“头脑简单，四肢发达”的观念仍然存在。明星四分卫与数学竞赛冠军形成鲜明对比。毕竟，这两种类型似乎需要截然不同的才能：体能与智力。让孩子们跑来跑去或扔球，充其量似乎与真正的学习工作无关，往坏处说，还会分散注意力。
家长、教师和教育政策制定者将体育运动与学术研究对立起来，即使他们宣扬锻炼是肥胖和不良健康的解药。从学前班开始，教师就鼓励孩子们静坐而不是跑动。许多学校削减了体育课，以便为语数外腾出空间。当学生在标准化考试中的成绩对家长、政治家或教育系统中的其他利益相关者变得至关重要时，教育工作者可能会感到压力，引导学生走向学术追求，远离体育运动。
但越来越多的证据强烈表明，这种想法是错误的。花时间在户外玩耍或参加运动队可以帮助孩子们集中注意力，提高他们在课堂上的表现。最近的研究已将学生的认知能力与身体素质指标联系起来，例如有氧能力——心脏、肺和血管应对剧烈运动的能力——以及身体质量指数 (BMI)，这是一个将体重与身高联系起来的指标。更重要的是，让孩子们参加锻炼计划似乎有助于他们在学业上取得优异成绩。研究人员还在揭示锻炼如何通过促进脑细胞之间新连接的形成来扩展思维。
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从敏捷到能力
在成年人中， регулярные 有氧运动与智力能力的提高有关，并且随着时间的推移，认知能力下降的速度较慢，痴呆症的风险降低 [参见 Christopher Hertzog、Arthur F. Kramer、Robert S. Wilson 和 Ulman Lindenberger 合著的“健康的身体，健康的心灵？”；大众科学·思维，2009 年 7 月/8 月]。发展心理学家长期以来一直认为，在幼儿中，身体发育与智力发育之间存在联系。在生命早期，敏捷性带来能力：通过操作电灯开关和拉链等物体，两到五岁的儿童会发展出现实世界的知识库。例如，一个用积木搭建或使用简单工具的孩子会获得有关物理基本定律的经验：当积木堆放歪斜时，她了解到，她的塔会倒塌；如果他松开锤子，他就会发现，它会瘀伤他的脚。
但是，尽管操作玩具和工具的认知益处是众所周知的，但直到过去十年，科学家们才开始揭示更剧烈的体育活动与儿童智力之间的联系。2008 年，伊利诺伊大学的心理学家查尔斯·H·希尔曼和他的同事们检查了 20 世纪 90 年代以来有关锻炼和认知的研究结果。他们的综述包括大约十几项针对儿童和青少年的调查，其中大多数调查显示，更高的有氧健身水平（但不是肌肉力量或柔韧性）与标准化考试和学校的更好表现相关。换句话说，年轻人身体越健康，他就越有可能取得好成绩——这种联系从小学一直延续到大学。
例如，在 2007 年，同样在伊利诺伊大学的教育研究员达拉·M·卡斯特利领导的一个团队通过测量每个孩子的 BMI 并给他们每个人进行跑步测试和肌肉力量测试来评估 259 名三年级和五年级学生的身体素质。研究人员发现，孩子在数学和阅读测试中的平均表现与他们的有氧能力直接相关，即他们可以跑的距离。
为了加强身体素质和学业素质之间的联系，瑞典哥德堡大学的神经科学家汉斯-乔格·库恩和他的同事们最近发现了年轻人的有氧能力与智商之间的关系。在 2009 年 11 月发表的一项研究中，科学家们回顾了超过一百万名男性在 18 岁参军时参加的体能和智力测试的成绩。结果再次表明，心血管健康（但不是肌肉力量）与整体智力相关。在仔细查阅其他国家数据库后，研究人员发现，18 岁时身体健康与日后更高的学业成就相关。
2010 年 5 月，加州大学洛杉矶分校的生理学家克里斯蒂安·罗伯茨和他的同事们报告了更多支持有氧运动和学业成功齐头并进的观点的证据。研究人员通过计时他们在加利福尼亚州学校就读的 1,989 名五年级、七年级和九年级学生跑（或走）一英里的速度并测量他们的 BMI 来测试他们的运动能力；然后，研究人员将这些体能指标与学生的标准化考试成绩相关联。他们发现，跑步/步行时间超过加利福尼亚州标准或 BMI 高于国家指导方针的学生，在数学、阅读和语言测试中的得分低于身体素质较高的学生，即使在父母教育背景相似的孩子中也是如此。
阅读、写作和橄榄球
无论身体素质和学业成绩之间的相关性有多强，它们并不一定意味着锻炼会导致认知能力的提高。它们可能只是表明，鼓励孩子锻炼的父母也是在学业上鞭策孩子的父母。拥有参与度高的父母，而不是运动能力，可以解释这些孩子的学业能力。
为了确定锻炼是否对推理能力有直接影响，研究人员进行了所谓的干预研究，他们在儿童的日常生活中增加体育运动，并评估其对学习、记忆和注意力能力的影响。许多此类研究表明，额外的体育锻炼可以提高考试成绩和学校表现。2008 年，佐治亚大学的运动机能学家菲利普·D·汤波罗夫斯基和他的同事们调查了 12 个研究小组的结果，这些研究小组招募了学童参加持续 20 天到 6 个月的锻炼计划。汤波罗夫斯基的团队得出结论，让孩子们多动可以提高智力，增强创造力和计划能力，并提高数学和阅读能力（基于这些特征和技能的标准衡量标准）。
在 2008 年对 17 项研究（其中 7 项涉及让孩子们多锻炼）的综述中，魁北克大学的健康科学家弗朗索瓦·特鲁多和多伦多大学的罗伊·J·谢泼德得出结论，在学校课程中每天预留最多一小时的体育活动不会影响学业成绩。相反，他们指出，尽管更多的锻炼会占用阅读、写作和算术的时间，但通常会提高学校的表现。
一些研究人员认为，锻炼可能主要通过提高一组特定的认知功能来有益于学业表现。其中许多功能属于执行功能范畴，即计划和指导行动的能力。在课堂环境中，执行技能可以帮助学生集中注意力，决定何时做笔记或提问，并组织他们的家庭作业。参加体育运动也被认为可以扩展工作记忆——在头脑中保持数字和单词等项目足够长的时间以进行心理操作的能力。研究表明，锻炼对感知技能（如物体识别、语言流利度和可视化和心理操作物体或空间的能力）的影响较小，或者在某些情况下根本没有影响。
孩子们可能必须跨越一定的努力门槛，然后才能从锻炼中获得认知益处。例如，在 2007 年，同样在佐治亚州的临床健康心理学家凯瑟琳·L·戴维斯与汤波罗夫斯基及其同事一起，随机分配了 94 名年龄在 7 岁至 11 岁之间的超重儿童，让他们每周五天不进行锻炼、锻炼 20 分钟或锻炼 40 分钟的有氧运动，例如跑步和跳绳。在这个计划进行 15 周之前和之后，孩子们参加了一项标准化测试，该测试衡量他们计划、集中注意力和处理信息的能力。参加 40 分钟计划的孩子在计划部分有了显著提高，但分配到 20 分钟锻炼的孩子——与那些被要求什么都不做的孩子一样——在任何测量方面都没有提高。
科学家们尚不清楚多少和哪种有氧运动——团队运动、跑步或骑自行车——对智力发展的影响最大。研究在他们衡量或要求的运动类型上差异很大，并且可能是任何让心脏跳动的活动都符合条件。在某些情况下——那些涉及有组织的运动的情况下——练习团队合作和比赛策略可能解释了锻炼对执行功能的一些影响。一般来说，在身体和认知方面都处于表现量表低端的孩子比那些在课堂和体育馆都相当有能力的孩子更有机会从锻炼中受益。
除了 регулярные 锻炼外，短暂的运动也可以提高孩子们的注意力。2006 年，东卡罗来纳大学的教育研究员马修·T·马哈尔和他的同事们报告说，他们给 243 名北卡罗来纳州三年级和四年级学生每天在学校进行 10 到 20 分钟的活动休息。老师们要求孩子们站起来玩涉及拍手、跳跃、跺脚或其他动作的活力游戏。训练有素的评估员在这些练习开始前、期间和结束后观察了孩子们，持续了 4 到 8 周，测量了他们的在任务行为——注意老师、参与课堂讨论等等。研究人员发现，通过参加该计划，孩子们在学术指导期间保持在任务状态的时间平均比以前增加了 8%。最容易分心的学生的注意力持续时间提高了 20%。因此，不仅身体素质的持久变化可以提高表现，而且仅仅让孩子们在学日期间有机会活动一下就可以提高他们的学习能力。
大脑构建锻炼
尽管科学家们仍然不完全清楚为什么锻炼有益于大脑，但动物研究暗示，体育活动可能会促进大脑区域神经元的生长，这些区域对记忆和执行功能很重要。早在 20 世纪 70 年代的研究就表明，在配有玩具、树枝攀爬和其他物体以刺激其身体和智力的大笼子里饲养的老鼠，比在狭小、空旷的笼子里饲养的动物发育出更厚的大脑皮层，大脑皮层是处理高级推理和决策（以及许多其他功能）的大脑区域。与在狭小、空旷的笼子里饲养的动物相比，这些表现出大脑变化的老鼠在记忆任务中表现更好。然而，这些研究中的啮齿动物受益于身体消耗和精神刺激，因此尚不清楚哪种因素促成了认知变化——或者是否两种因素都促成了认知变化。
最近，科学家们开始发现可能促进精神健康改善的特定脑化学物质。巴尔的摩国家老龄研究所的神经科学家亨丽埃特·范·普拉格和她的同事们以及其他研究团队发现，锻炼会增加关键蛋白质的量，这些蛋白质有助于构建小鼠大脑学习和记忆的基础设施。这些分子包括血管内皮生长因子 (VEGF)，它为血管生长提供燃料；以及脑源性神经营养因子 (BDNF)，它促进称为轴突的神经元长延伸的发展，轴突将一个细胞连接到下一个细胞。这种生物学结构可以创建或加强交换和处理信息的大型脑网络。
具体来说，体育活动可能会促使海马体中称为齿状回的部分进行构建。海马体通常被比作大脑中的一个交换机，它为记忆服务，将思想联系在一起，使其留在脑海中 [参见安东尼·格林的“建立联系”；大众科学·思维，2010 年 7 月/8 月]。在 2008 年发表的一项研究中，上海大学的神经生物学家楼书杰和他的同事们通过让五周大的幼鼠在其笼子里的滚轮上奔跑来训练它们。（一只健康的老鼠每天可以轻松跑几英里。）一周后，这些老鼠齿状回中的脑细胞比未奔跑的啮齿动物的相应脑区域含有更高水平的 VEGF、BDNF 和其他促进神经元生长的分子。然而，过度跑步被证明会适得其反：在一周每天滚轮旋转数小时后，海马体中神经生长因子的浓度下降。因此，与更温和的体育活动相比，极端形式的锻炼可能在智力上刺激性较小。
一些证据表明，在人类的有氧运动后，神经生长因子也会升高。2008 年，香港大学的精神病学家辛迪·劳和她的同事们发现，一次 15 分钟的踏步运动增加了 16 名志愿者的血清 BDNF 水平。（这些水平通常在神经元生长和重建也受到阻碍的抑郁症等精神综合征中降低，这表明血清水平与大脑中的水平相对应。）然而，就像在老鼠身上一样，大量的剧烈运动可能会产生相反的效果。在 2008 年的另一项小型研究中，日本九州大学的流行病学家熊谷修三和他的同事们记录了 12 名每周进行超过 16 小时的距离跑或网球等活动超过三年的人与 14 名久坐不动的人相比，BDNF 浓度降低。
当然，并非每个孩子都能成为明星运动员，为了在学校取得成功，许多孩子必须选择做作业而不是在院子里跑几个小时。但是，家长应该鼓励孩子们在他们忙碌的一天中挤出一些时间进行锻炼。教育工作者应该认识到，体育教育不仅是为了锻炼身体，也是为了构建大脑，应该将其置于课程的中心位置。如果老师们希望他们的学生集中注意力，他们应该考虑让孩子们在学日期间 регулярные 跳跃、跺脚和弯曲身体。大多数孩子天生就喜欢运动，所以所有成年人要做的就是让开路。