《Frontiers in Psychology》：Muscle and mind: rewiring cognitive-motor recovery through exercise-responsive neurophysiology in neurological populations
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在神经康复中，运动常被用于改善活动能力，但其影响可通过相互作用的外周、中枢及行为通路延伸至认知领域。本叙述性综述综合了骨骼肌活动如何募集外周生物标志物及系统层面交互作用的证据，这些作用唯有转化为行为学相关的认知-运动整合（CMI）时才具有临床意义。研究人员探讨
在神经康复中，运动常被用于改善活动能力，但其影响可通过相互作用的外周、中枢及行为通路延伸至认知领域。本叙述性综述综合了骨骼肌活动如何募集外周生物标志物及系统层面交互作用的证据，这些作用唯有转化为行为学相关的认知-运动整合（CMI）时才具有临床意义。研究人员探讨了神经营养、代谢、免疫、血管及内分泌信号传导通路，随后分析了突触可塑性、代谢适应、神经血管耦合、白质完整性及功能网络重组的中枢转化机制。核心论点为：认知获益不能仅由生物标志物的变化推断得出。当生物学通路的激活与注意需求性运动、双任务控制、步态自动化、基于错误的适应及情境敏感性学习相结合时，运动最有可能支持功能恢复。针对卒中、帕金森病（PD）、多发性硬化症（MS）及创伤性脑损伤（TBI）的研究揭示了运动获益的异质性，这种异质性可能由病灶拓扑结构、炎症活动度、疲劳程度、自主神经稳定性、用药状态、基线体能及运动耐受性共同塑造，这些因素会改变特定外部训练处方所产生的内部生物学剂量。虚拟现实、机器人技术、可穿戴传感及非侵入性脑刺激可通过调节任务复杂性、显著性、重复次数、反馈及生态学监测来增强这一框架，但必须服务于明确的机制目标。现有证据支持运动作为神经康复中具有生物学及行为学意义的辅助手段，但反对统一化的处方及对生物标志物的过度直接解读。下一代试验应将运动处方、机制读数、技术赋能评估及生态学效度的认知-运动结局整合于同一转化逻辑中。全篇将CMI视为运动应答性生物学是否被募集至适应性功能的“行为学检验”，而非作为训练后的附加概念。
1 引言
神经康复长期将运动恢复与认知恢复进行实用性的区分，但这种分离在生物学与行为学上并不完整。日常功能依赖于感知、注意、预测、动作选择与错误监测向适应性运动的持续转化。本研究将认知-运动整合（CMI）操作性地定义为协调认知控制过程与运动执行的能力，使目标导向运动在变化的环境与内部需求下保持准确、可适应且具有情境敏感性。CMI不同于双任务干扰、认知姿势控制、刻意运动控制或单纯的运动自动化，它关注的是认知与动作在不同情境下的灵活耦合。这种区分具有临床重要性，因为步态减慢、姿势不稳、自动化受损、注意力分配障碍及执行功能效率下降常共存于神经系统疾病中，认知功能障碍会损害活动能力、平衡、运动学习、安全性及社会参与度，而运动损伤又会反过来增加认知负荷。运动在此框架中具有独特地位：收缩的骨骼肌不仅是运动指令的接收者，更是释放肌因子与代谢信使、调节炎症与内分泌张力、参与血管调节并可能影响神经营养支持的“信号器官”。但这些信号的临床相关性取决于它们是否转化为中枢生理状态并被募集到具有行为学意义的练习中。因此，运动应被理解为一种生物学暴露，当其与学习相关的运动结合时可能支持CMI，而非单纯的肌肉与步态训练工具。此外，疾病背景会重塑运动的意义：卒中涉及病灶时机、血管储备、远隔抑制及任务特异性再学习；PD涉及多巴胺敏感的额纹状体功能障碍、自动化受损、线索依赖及用药状态效应；MS叠加炎症活动、脱髓鞘、热敏感、疲劳及波动性残疾；TBI则包含损伤异质性、自主神经不稳定、睡眠障碍、头痛、前庭眼动症状及用力耐受限制。相同的外部工作量在不同患者中可产生不同的内部生物学及认知-运动需求。本综述旨在构建一个整合模型，连接运动应答性外周介质、中枢神经生理转化及神经康复中的CMI行为表达，并以卒中、PD、MS和TBI为重点阐释认知获益的真实性与异质性。
2 方法
本文采用叙述性综述设计，因其核心问题是整合性的而非单纯聚合性的，旨在连接运动神经科学、神经康复、运动科学与认知医学等不同领域的生物学、神经生理学、行为与临床证据。文献检索覆盖PubMed/MEDLINE、PsycINFO、Embase、Scopus，更新至2026年3月16日，检索词簇涵盖运动与康复、认知与CMI、临床人群及机制领域相关术语。纳入标准优先考虑近期系统评价、荟萃分析、随机对照试验、前瞻性干预研究、机制性人体实验及里程碑式转化研究，临床前工作仅在能实质性加强机制解释时被纳入。图表制作使用Gemini 3.1 Pro辅助，但所有科学内容与论证均由作者独立审核与批准。
3 外周生物介质连接运动与认知恢复
3.1 肌因子、神经营养因子与代谢信使
骨骼肌在运动中作为信号器官释放肌因子与代谢信使，这些介质应被视为协调中继而非孤立分子。在CMI框架下，它们不是认知恢复的独立原因，而是构成内部生物学剂量的组成部分，可能提高或降低患者参与认知需求性运动、耐受错误、更新行动计划及巩固任务相关练习的可能性。脑源性神经营养因子（BDNF）是最受关注的介质，支持突触维持、树突重构、长时程增强及活动依赖性学习。然而，外周BDNF并非中枢修复的直接读数，其血清或血浆浓度可来自血小板、血管内皮、免疫细胞等多组织来源。FNDC5-鸢尾素轴在实验研究中显示可支持海马BDNF表达与记忆相关适应，但在人类中的解读仍受限于检测特异性、组织来源及疾病特异性生物学。胰岛素样生长因子1（IGF-1）提供了内分泌途径，可穿过血脑屏障并与BDNF相关信号、突触调节及代谢适应相互作用，其在卒中、PD、MS及TBI中的相关性需结合学习任务需求解读。乳酸不仅是无氧代谢副产物，更是可运输的燃料与信号分子，通过单羧酸转运体穿过血脑屏障，与氧化还原状态、沉默调节蛋白1（SIRT1）依赖通路及BDNF相关信号相互作用。乳酸的转化价值在于标记具有代谢意义的内部挑战，但高水平乳酸本身并不等同于获益，尤其在存在疲劳、自主神经紊乱或热敏感的疾病人群中。阈值概念在此指特定运动暴露产生足够内部负荷以激活目标通路的生理学临界点，需通过心率、自觉用力程度、乳酸（若适用）、症状反应、运动质量及运动后恢复等多指标综合评估，而非单一生物标志物截断值。
3.2 免疫、血管与内分泌中继
运动还可重塑免疫、血管及内分泌环境。免疫效应需精确描述：规律运动可调节外周免疫张力，改变循环细胞因子平衡，在某些背景下减少慢性低度炎症信号，增加抗炎介质，但中枢神经炎症变化在人类中较难直接证明。血管生物学是另一主要中继，收缩活动增加心输出量与剪切应力，支持内皮一氧化氮信号传导，可增加运动期间脑血流量并影响动脉僵硬度、脑血管反应性及相关区域灌注。内分泌与代谢背景进一步塑造该中继，运动敏感性的胰岛素作用、底物利用、酮体可用性及线粒体韧性变化可能影响认知需求性运动的能量成本。这些中继并不直接产生CMI，而是决定CMI训练是否在生物学上可耐受、认知上可持续及能否发生迁移。
4 运动相关信号的中枢神经生理转化
4.1 突触可塑性、神经发生相关信号与代谢适应
外周信号唯有转化为改变认知或CMI的中枢变化时才具有神经康复意义。核心机制包括突触可塑性、细胞能量学、神经发生相关信号、神经血管支持及网络效率。突触可塑性仍是多数运动-认知模型的核心，经颅磁刺激研究显示单次有氧运动可促进人类类似长时程增强的运动皮质可塑性，但这仅提供了外周运动暴露、中枢兴奋性与学习相关练习之间的可测量桥梁。成人神经发生相关信号应与突触可塑性及海马生理区分，运动与人类海马体积、灌注及记忆相关功能的关联已有报道，但直接因果推断仍有限。中枢转化还依赖于能量学，认知需求性行为可能因受损回路、血管储备下降、疲劳、自主神经调节紊乱或底物处理缺陷而增加神经募集成本。
4.2 神经血管耦合、网络重组与系统水平认知
神经血管耦合指局部血管反应匹配区域神经代谢需求的能力，其与功能性连接相关但不等同。疾病特异性解读至关重要：卒中中需考虑局灶血管损伤、病灶区域、侧支储备及病灶周围灌注；MS中血管与炎症变化与脱髓鞘、疲劳及处理速度限制相互作用；PD中需结合多巴胺敏感的基底节-皮质及额纹状体网络；TBI中则需关注弥漫网络破坏、脑血管调节改变及症状诱发。大尺度网络重组是另一通路，运动与心肺适能可关联功能性连接、灰质保存及网络效率的改变。白质与髓鞘敏感机制在MS及弥漫损伤状态中尤为重要，但扩散成像标记并非脱髓鞘、轴突修复、水肿或炎症的特异性指标。扩散与连接性测量应被视为通信准备度标记，需行为学确认才能判断其是否真正支持CMI。
5 认知-运动整合作为运动诱导可塑性的行为表达
5.1 自动化、注意分配与双任务控制
CMI是生物学准备转化为功能意义的“行为学层面”。自动性有氧训练可改善血管与全身生物学，但CMI特异性恢复需要启动的神经状态被募集到需要协调、干扰管理、预测、抑制与更新的任务中。增加的认知负荷会改变相同运动暴露的内部剂量，双任务干预并非简单叠加认知分心，而是经过修饰的生物学与行为学暴露。自动化控制的丧失是许多神经系统疾病的特征，此时移动能力与认知恢复无法截然分开，均依赖于患者在竞争需求下分配注意与稳定运动的能力。
5.2 生态学表现、适应与学习
基于错误的适应与前庭感觉预测提供了生物学与行为的另一桥梁。运动质量依赖于预期后果、检测不匹配、更新内部模型及稳定后续尝试，这些操作对疲劳、分心及疾病相关减慢高度敏感。具体CMI任务的选择应具有机制目的，例如记忆负荷行走适用于路线规划受限，抑制负荷转弯任务适用于冲动迈步或冻结风险。任务特异性应在研究中明确报告，说明次要任务加载的是持续注意、抑制、工作记忆、言语流畅、视觉空间扫描还是定势转换，否则不同双任务训练可能代表完全不同的生物学-行为学暴露。
6 神经系统疾病人群的疾病特异性表达
6.1 卒中
卒中后认知损害常见且持久，与活动能力、自我照护及社会参与密切相关。运动可同时募集血管反应性、神经营养信号、情绪、睡眠、耐力及运动再学习。行为学丰富的运动尤其相关，双任务与认知负荷干预可通过要求大脑在运动过程中分配注意、更新计划、管理干扰及纠正错误来放大获益。卒中特异性CMI范式应锚定于受累网络与功能限制，例如忽视患者需强制环境扫描与避障的步行或伸手任务，执行减慢患者需分级反应选择或步态中的定势转换。
6.2 帕金森病
PD的认知损害可早期涉及执行功能、注意、定势转换、视觉空间处理及自动化降低。运动可能影响多巴胺敏感回路、额纹状体效率、神经营养信号、步态自动化及线索反应。临床证据总体积极但混合，药物状态与自动化失败尤为重要。PD特异性CMI策略应聚焦于自动化控制失败及需要募集代偿性认知策略而不超载注意，例如节律听觉线索、视觉踏步目标、带反应抑制的转身任务及冻结相关注意控制。
6.3 多发性硬化症
MS以炎症活动、脱髓鞘、疲劳、热敏感及病灶分布多变为主。认知损害常累及处理速度、注意、工作记忆及双任务能力。CMI在MS中应围绕疲劳敏感性处理而非最大任务难度，结合平衡或步态练习与处理速度、分散注意或工作记忆需求，同时监测热敏感、自觉疲劳、会话间恢复及次日症状负担。
6.4 创伤性脑损伤
TBI的损伤严重度、慢性期、症状谱、睡眠质量、自主神经稳定性、头痛负担、前庭眼动症状及用力耐受差异极大。CMI应以分级暴露于认知-运动需求的方式引入，从症状限制性有氧训练开始，逐步增加低负荷注意或反应选择任务，最后进展至分散注意、前庭眼动复杂性或真实世界导航，且需确保症状返回基线。
7 技术赋能与个性化康复启示
7.1 运动处方、内部负荷与时机
运动处方需超越安全与运动目标，使生物学通路激活与行为需求对齐。有氧运动与多组分训练在卒中中有助于血管储备与再学习，PD中需侧重步态-认知与线索化程序，MS中需疲劳敏感的有氧、平衡及多组分方案，TBI中则以分级症状限制性有氧暴露为核心。内部负荷应作为生物学构念而非单纯外部工作量，强度需在不压倒自主神经控制、诱发症状、降低运动质量或削弱学习机会的前提下激活目标通路。
7.2 双任务训练、VR、机器人、可穿戴设备与NIBS的多模态整合
各项技术应服务于明确的转化目的：双任务训练强化认知-运动需求与干扰管理；虚拟现实操纵感觉复杂性、显著性、奖赏与情境变异性；机器人技术可扩展重复次数、辅助力度与测量精度；可穿戴设备捕捉生态学活动、步态变异与症状波动；非侵入性脑刺激可在主动训练期间偏置选定网络。技术选择需匹配疾病机制与临床问题，避免成为装饰性附加。
8 讨论
8.1 为何令人信服的生物学常转化为微弱或不一致的认知获益
外周生物标志物增加本身不足以推断神经恢复，需建立从外周反应到中枢转化再到疾病适宜性CMI行为的通路链接证据。异质性是效应微弱的主要原因之一，包括运动类型异质与患者群体异质。此外，不同层面的变化发生在不同时间尺度，急性反应与长期功能获益的测量时点错位可能导致误判。生物标志物应作为机制锚点，而非替代临床结局的代理终点。
8.2 下一代研究应测量的内容
下一代研究应围绕整合机制试验设计，明确拟激活的通路、定义生理学意义上的运动剂量，并选择匹配机制的结局指标。测量时机需精确，结合急性生物标志物、中间结局（如TMS兴奋性、脑灌注、网络动力学、任务脑电图）与长期行为学结局。结局生态学应贴近日常生活，纳入双任务步行、适应性平衡任务、上肢CMI测试及传感器衍生的行为数据。生物标志物议程应有纪律地扩展，每个候选标记都需预先绑定假设通路、采样窗口、中枢读数与行为终点。
9 结论
运动不应再被视为神经康复中的外周干预，而是一种可重塑受损或病变大脑学习、适应及协调认知与运动之生物学条件的暴露。外周介质、血管与免疫中继、中枢可塑性及系统水平重组均支持这一观点，但其临床价值取决于向有意义CMI的转化。认知获益具有合理性且有时可测量，但呈异质性与情境依赖性。临床实践中，认知与运动恢复应作为同一适应系统的交互维度进行训练；研究层面则需在同一试验逻辑内连接运动处方、机制读数、技术赋能监测及生态学效度的认知-运动结局。从肌肉到心智的最强路径是整合的、疾病敏感的和行为学精确的。
