综述：一项关于运动训练对运动员大脑皮层兴奋性影响的研究：基于经颅磁刺激（TMS）测量的荟萃分析

《Frontiers in Psychology》：A study on the effects of exercise training on cortical excitability in athletes: a meta-analysis based on TMS measurements

皮质兴奋性增强与运动训练的神经机制研究显示，系统综述纳入8项研究（245例），经颅磁刺激（TMS）评估发现运动训练显著提升皮层兴奋性（SMD=-1.2，p<0.01），异质性较高（I2=71%）。亚组分析表明，对抗性运动（如跆拳道、拳击）和中期训练（4-8周）效果更显著（p<0.05，I2=0%）。研究证实运动诱导的神经可塑性是提升运动表现的重要途径，建议优化训练周期与类型设计。

　　本研究聚焦于运动训练对运动员大脑皮层兴奋性的影响，旨在通过科学证据优化训练方案并提升运动表现。运动训练不仅有助于身体素质的提升，还可能引发大脑神经系统的适应性变化，其中皮层兴奋性的增强被认为是一个重要的神经可塑性表现。皮层兴奋性是指大脑皮层神经元对刺激的反应能力，这种反应能力受到兴奋性神经递质与抑制性神经递质之间平衡的影响。研究通过系统综述和元分析的方法，评估了不同运动类型和训练时长对皮层兴奋性的具体影响，发现运动训练在一定程度上显著提升了运动员的皮层兴奋性，但这种提升在不同运动类型中存在差异。

研究采用PRISMA指南进行系统文献检索，覆盖了PubMed、Web of Science、Embase和Cochrane Library等数据库，时间范围截止至2025年5月1日。纳入的文献包括随机对照试验（RCTs）和准实验研究，研究对象为具有系统训练经验的运动员，且未患有神经系统疾病或其他重大健康问题。所有研究均使用经颅磁刺激（TMS）技术来评估皮层兴奋性指标，这为研究提供了可靠的技术手段。研究还采用Cochrane风险偏倚工具对纳入研究的质量进行了评估，并通过RevMan 5.4软件进行元分析，使用标准化均数差（SMD）作为效应量，采用随机效应模型分析异质性。敏感性分析则通过Stata 18.0进行，以验证结果的稳健性。

最终纳入的文献共8篇，涉及245名参与者。整体分析结果显示，运动训练显著增强了运动员的皮层兴奋性（SMD = -1.2，95% CI = -1.75至-1.65，p < 0.01），但研究间异质性较高（I2 = 71%）。这一异质性可能源于干预方式、样本特征或测量方法的不同。进一步的亚组分析显示，战斗类运动和耐力类运动在运动训练后皮层兴奋性提升具有统计学意义（p < 0.05），而技术战术类运动则未达到显著水平（p = 0.06）。这表明不同运动类型对皮层兴奋性的影响存在差异。此外，根据训练时长划分的亚组分析也显示，长期、中期和短期训练均对皮层兴奋性产生显著影响（p < 0.05），但中期训练表现出最低的异质性（I2 = 0%），说明中期训练方案在设计、强度控制和神经适应性方面相对一致，从而获得了更稳定和可重复的结果。

从运动类型的角度来看，战斗类运动如跆拳道、空手道等，因其高强度、爆发性特征，可能更有利于激活运动神经环路，增强突触连接，从而显著提升皮层兴奋性。这些运动通常要求快速反应、协调性和精确动作控制，因此对神经系统的刺激更为强烈。相比之下，耐力类运动如赛艇、长跑等，更强调持续的有氧负荷和节奏性动作，其对皮层兴奋性的提升可能更多依赖于代谢和神经化学机制，如增加脑血流、提升谷氨酸能传递效率以及上调神经营养因子如BDNF。技术战术类运动如排球、篮球等，主要依赖于精确动作控制和策略性决策，因此其对皮层兴奋性的提升可能不如战斗类或耐力类运动显著。此外，这类运动的训练强度通常较低，可能导致对神经兴奋性的提升有限。

从训练时长的角度来看，短期训练虽然也能提升皮层兴奋性，但由于训练周期较短，研究结果的异质性较高，可能受到单次训练负荷、频率以及参与者基线状态的影响。中期训练则显示出较为一致的效果，这可能是因为训练强度和频率的控制更为合理，从而促进了稳定的神经适应性变化。长期训练虽然同样有效，但其结果的不一致性可能源于累积训练量、负荷递进以及参与者依从性等因素。这些发现强调了在制定训练方案时，需要考虑运动类型和训练时长对皮层兴奋性的具体影响，以实现更有效的神经可塑性训练。

研究还通过发表偏倚分析验证了结果的可靠性。从漏斗图来看，尽管存在部分数据点分布较为分散，但整体分布较为对称，且Egger检验和Begg检验的p值均大于0.05，表明本研究的元分析结果受发表偏倚影响较小。此外，敏感性分析显示，即使排除个别研究，整体效应量和置信区间均未发生显著变化，进一步确认了结果的稳健性。

从神经生物学机制的角度来看，运动训练引发的皮层兴奋性增强涉及多个层面和机制。首先，运动训练可能通过增强谷氨酸能系统的活性，如NMDA受体介导的钙离子内流，促进长时程增强（LTP）的形成，从而提升神经元的兴奋性。与此同时，GABA能系统则通过调节抑制性神经递质的释放，维持兴奋与抑制之间的动态平衡，这种平衡对运动控制和学习至关重要。其次，运动训练还可能引发结构层面的神经可塑性变化，如增加神经元的树突棘密度、促进突触重塑以及增强白质纤维的连接性，这些结构变化为功能性的神经适应提供了基础。此外，运动训练还可能上调多种神经营养因子，如BDNF、IGF-1和VEGF，这些因子通过促进突触可塑性、神经元存活和血管生成，进一步增强了皮层的适应能力。

然而，本研究也存在一定的局限性。首先，纳入的研究在方法学上存在一定的不一致性，部分研究未详细报告诸如线圈定位、刺激强度校准或控制混杂因素等关键信息，这可能影响结果的准确性和可比性。其次，研究中部分研究未能充分控制已知可能影响皮层兴奋性的混杂变量，如昼夜节律、咖啡因摄入、运动前的体力活动状态以及肌肉激活水平等，这些因素可能削弱研究结果的内部效度，并导致研究间异质性增加。此外，研究中缺乏标准化的数据收集和分析流程，这在一定程度上限制了研究结果的推广性。近年来，TMS研究领域已逐渐认识到方法学一致性的重要性，并提出了标准化的框架和工具包，如Brain Electrophysiology Recording and Stimulation（BEST）工具箱，以及TMS-EEG指南和国际共识推荐的TMS方法标准。这些框架和工具可以有效减少研究间的异质性，提高跨研究的可比性。因此，未来在体育和运动科学领域开展的TMS研究应优先采用这些已被验证的标准化方法和工具，以提升研究质量，增强结果的可重复性和临床应用价值。

尽管本研究主要依赖标准化均数差（SMD）来汇总效应量，但仅以统计学显著性来解释结果可能忽略了其在临床和实际应用中的重要性。已有研究表明，运动诱发的皮层兴奋性变化通常以运动诱发电位（MEP）幅度的20–30%为临界值，这一变化被认为是神经生理学上的显著增强，反映了真正的皮层脊髓通路兴奋性提升。而幅度变化低于这一范围可能部分来源于测量误差或个体状态的波动。同样，静息运动阈值（rMT）的降低，如减少5–10%的刺激强度，通常被视为皮层兴奋性增强的指标，且超过正常昼夜波动范围。因此，本研究中的观察结果不仅应从统计学角度进行评估，还应结合这些参考阈值，以判断其在运动神经调控和技能表现提升中的实际价值。未来的研究应优先采用这种双重解释框架，以增强神经生理学发现的转化价值。

从实际应用角度来看，TMS作为一种非侵入性的神经生理学工具，展现出监测运动训练引发的皮层兴奋性变化的潜力。然而，目前尚缺乏足够的证据支持其作为标准化运动表现评估工具的使用。现有研究主要关注TMS衍生指标与皮层兴奋性变化之间的关系，但增强的皮层兴奋性可能还与心血管功能、反应速度和运动表现之间存在协同作用。例如，VO? max和心率变异性（HRV）作为衡量运动能力和恢复状态的常用指标，已被认为可能与神经可塑性存在潜在联系。虽然本研究中未直接报告这些心血管指标，但已有文献表明，TMS测量的皮层兴奋性增强可能与这些指标的改善共同作用，从而提升整体运动表现。因此，未来的研究应采用多模式监测方法，将TMS指标与VO? max、HRV以及运动专项表现指标相结合，以构建更全面的神经生理-行为模型，并探索基于这些模型的运动表现预测工具或个性化训练优化方案。

综上所述，本研究揭示了运动训练对运动员皮层兴奋性的显著增强作用，特别是在战斗类和耐力类运动中。这一发现为理解运动训练对神经可塑性的影响提供了重要的科学依据，并突显了TMS在监测神经适应性方面的有效性。然而，未来的研究仍需进一步探索不同训练方式与神经机制之间的具体关系，以推动运动训练的科学化和个性化发展。此外，研究方法的标准化和多指标整合分析将是提升研究质量和应用价值的关键方向。通过持续优化研究设计和数据收集方法，结合神经生理学、心血管功能和运动表现等多维度指标，有望更全面地揭示运动训练对神经系统和运动能力的综合影响，为运动员训练提供更加科学和精准的指导。