《Frontiers in Public Health》：Effects of exergaming on brain health in aging: a scoping review of current evidence
背景：全球人口的快速老龄化增加了对引人入胜、可扩展干预措施的需求，以支持老龄化人群的大脑健康。运动游戏（exergaming），它将体力活动与基于游戏的认知需求相结合，在这方面显示出潜力。目的：本范围综述旨在绘制和综合现有关于老年人运动游戏相关的电生理、功能、结构和分子（脑源性神经营养因子，BDNF）标记的证据，并确定现有比较研究是否表明其益处超越或等同于传统运动。方法：本综述作为一项范围综述进行，并按照系统综述和荟萃分析优先报告的条目：范围综述扩展版（PRISMA-ScR）报告。研究人员检索了PubMed、Scopus、Web of Science和PsycINFO，时间从建库至2025年10月20日。两名独立评审员筛选记录并提取数据，分歧由第三名评审员解决。结果：研究人员纳入了22项研究（17项随机对照试验和5项非随机对照试验）。在电生理学方面，八项研究报告了事件相关电位（ERP）成分和θ/α节律功率的变化。在功能方面，几项研究报告了任务相关前额叶激活减少或静息态连接改变，尽管这些变化可能反映神经效率、运动自动化、任务熟悉化或这些过程的组合。在结构方面，三项磁共振成像（MRI）研究中有两项报告了选定区域的灰质体积增加或体积下降减缓。在分子水平，七项研究测量了外周BDNF，但与传统运动相比的组间优势并不一致。结论：当前证据表明，运动游戏可能与老年人多个大脑健康标记的有利变化相关，包括神经电活动、任务相关和静息态脑功能、选定结构指标以及外周BDNF。然而，证据仍为初步，因为研究在人群、干预内容、剂量、对照和结局测量上差异显著。因此，关于认知-运动协同作用以及连接BDNF、脑结构、功能效率和认知的因果路径的主张应被解释为未来研究的假设，而非既定结论。可比效应应被解释为基于游戏的干预可以保留运动相关益处，而非证明游戏本身增加了独特的神经生物学效应。总体而言，当前证据更支持可比性和潜在实施价值，而非游戏的独特神经生物学优势。
1 引言
全球人口老龄化的快速增长正在深刻重塑公共卫生和社会经济格局。世界卫生组织（WHO）最新估计，到2030年，全球六分之一的人将年满60岁。在WHO框架中，大脑健康（brain health）指整个生命周期中认知、感觉、社会情感、行为和运动领域的大脑功能。该定义对老年人尤其相关，因为衰老相关变化发生在神经解剖、神经生理和神经功能水平，这些变化可能导致认知、运动和日常功能受损。
传统的单一模式运动干预，如单独的有氧、阻力或平衡训练，可有益于晚年认知，但其效果可能因干预对认知、知觉和运动控制需求的参与程度而异。运动游戏（exergaming），通常理解为需要身体运动的技术支持游戏，可能提供一个结构化环境，其中体力活动与注意力、视觉空间处理、快速决策、工作记忆更新和基于反馈的学习相结合。因此，运动游戏最好被视为一种综合的运动-认知训练形式，而非简单地在运动上叠加游戏层。由于运动本身可影响大脑相关结局，游戏元素的任何贡献必须作为超越充分匹配体力活动的增量效应进行评估。
运动游戏的理论依据是，同时的运动和认知参与可能创造丰富的训练需求，这些需求与神经可塑性适应相关。然而，这种整合是否产生超越匹配身体运动的真正协同效应仍不确定，因为许多现有研究将运动游戏与常规护理或单一主动对照进行比较，而非采用分离认知游戏组件的析因设计。因此，本综述使用术语“认知-运动耦合”（cognitive-motor coupling）作为机制性假设，并区分此假设与超越传统运动的直接优势证据。
相应地，本范围综述的主要目标是绘制关于运动游戏与老年人多维大脑健康标记的现有证据。具体而言，研究人员将结局分为分子、结构、功能、神经电和行为水平，并检查现有研究是否提供相对于传统运动可比或更优效应的证据。研究人员进一步区分可比效应与增量益处，因为与单独运动的等效性不能确立游戏特有的神经生物学机制。
2 方法
2.1 检索策略
本综述设计为范围综述，因为该领域包含异质性人群、干预类型、对照、研究设计和大脑相关结局。综述遵循既定范围综述方法学，并按PRISMA-ScR报告。检索了四个电子数据库：PubMed、Scopus、Web of Science和PsycINFO。检索覆盖截至2025年10月20日的所有记录。检索结合了受控词汇（如PubMed中的MeSH术语）和与运动游戏/主动视频游戏/虚拟现实游戏、老年人和大脑相关结局相关的自由文本术语。PubMed检索策略总结于表1，完整数据库特定检索字符串见补充表S1。
2.2 纳入标准
纳入标准遵循范围综述推荐的人口-概念-背景（PCC）框架。人口：纳入涉及老年人或临床老年人群的研究。概念：干预需满足运动游戏或主动视频游戏的标准，即需要主动身体运动（超越简单手指运动）的技术支持游戏。符合条件的系统包括商用平台如Nintendo Wii、Xbox Kinect和舞蹈垫系统，以及定制开发的虚拟骑行、平衡、踏步、拳击或运动相关游戏。背景：对护理环境或沉浸程度无限制。对照包括常规护理、无干预、传统运动、平衡训练、阻力/拉伸运动或运动-认知双任务训练。结局包括通过脑电图/事件相关电位（EEG/ERP）、功能性近红外光谱（fNIRS）、功能性磁共振成像（fMRI）、MRI或外周脑源性神经营养因子（BDNF）评估获取的大脑相关测量，以及当这些标记同报时记录的认知结局。研究排除标准：仅使用手柄控制的久坐游戏、非运动虚拟现实暴露、无体力活动的认知或棋盘游戏、无经验性结局数据的方案、会议摘要、综述、荟萃分析、海报和非英文出版物。
2.3 研究选择
电子数据库检索后，两名研究人员独立使用三步流程筛选检索结果。首先，使用参考文献管理软件（Endnote 20）移除重复记录。其次，根据纳入标准评估标题和摘要。若仅凭标题和摘要信息无法决定资格，则第三步进行全文筛选。若研究人员间对研究资格存在分歧，则咨询第三名研究人员以达成最终决定。识别、筛选和选择过程如图1所示，并在第3.1节中详细描述。
2.4 数据提取
以下数据被提取到标准化数据表中：出版物（作者/年份）、参与者特征（样本、样本量、年龄）、实验组干预方法、对照组干预方法、干预方案（强度、持续时间、频率、单次时长）及结局（认知任务、脑成像工具、测量工具、神经因子）。若研究在不同时间点报告结果，则提取最终时间点的干预后评估结果。数据由两名评审员独立提取，任何分歧通过与第三名评审员讨论解决。
由于目标是绘制现有证据的范围、特征和知识空白，而非估计汇总效应量，因此未进行正式偏倚风险评估。该决定与范围综述方法学一致，但在解释结论强度时考虑了缺乏关键评价，并在局限性中予以承认。
为评估运动游戏对老年人多维大脑健康指标的影响，数据以描述性方式而非荟萃分析方式综合。首先，按生物学水平绘制结局：分子标记、脑结构、脑功能、神经电活动和行为认知。其次，每个水平内的研究按效应方向和对照类型分类。第三，区分显示超越传统运动优势的证据与显示可比效应或仅组内变化的证据。第四，当发现异质性时，检查潜在变异来源，包括人群、运动模式、认知需求、沉浸水平、干预剂量、运动强度、对照和测量时机。可比性证据被保守解释为维持运动相关益处，而非证明游戏特有的附加效应。
3 结果
3.1 研究选择
完整研究选择过程如图1所示。共识别出2,221条记录。移除重复后，剩余2,004条记录。经标题、摘要和全文筛选，22项研究符合纳入标准。根据结局测量，纳入研究被分为四个子组：（1）神经电活动，（2）脑功能，（3）脑结构，和（4）脑源性神经营养因子。最终集合包括17项随机对照试验和5项非随机对照试验。
3.2 研究选择与特征
15项研究涉及认知健康老年人，3项涉及痴呆或轻度认知障碍（MCI）个体，1项涉及2型糖尿病老年人，3项涉及帕金森病（PD）个体。所有明确识别平台或游戏类型的研究均被归类为非沉浸式运动游戏。在这些研究中，游戏视觉通过电视、投影仪或电脑屏幕呈现，用户处于真实环境。无研究使用头戴式显示器（如Oculus Rift、HTC Vive）提供完全沉浸式体验。即使描述为虚拟现实骑行（如Anderson-Hanley团队的研究）也使用大屏幕显示虚拟场景，因此被归类为非沉浸式或半沉浸式虚拟现实。关于商用与定制系统，两种类型均有代表。商用平台主要包括现成设备如Xbox 360 Kinect和Dance Dance Revolution舞蹈垫。定制系统包括Mueller团队开发的“Puzzle & Fox”及踏步/平衡游戏，以及Anderson-Hanley团队使用的虚拟自行车Exer-tour/Exer-score。值得注意的是，22项研究中有12项未提供足够平台或游戏细节以确定其沉浸程度或商用状态。这种不完整报告表明未来研究应提供平台名称、游戏类型、沉浸程度及系统为商用或定制的详细信息。对照组干预包括常规护理、传统有氧运动、平衡训练、阻力与拉伸运动及运动-认知双任务训练。七项研究报告了运动强度。所有研究均报告了干预方案，包括持续时间、频率和单次时长。六项研究在脑成像期间使用了常见认知任务（Flanker测试、注意力任务、闭眼任务、情绪记忆任务和运动想象）。两项研究将运动游戏本身作为成像期间的认知任务。三项研究将步行作为成像任务，其余研究未在成像期间使用同步任务。四项研究测量了事件相关电位（ERP），四项报告了脑电图（EEG）发现，四项使用磁共振成像（MRI），其中两项使用功能性MRI（fMRI），四项使用功能性近红外光谱（fNIRS）。七项研究测量了BDNF水平，均使用酶联免疫吸附试验（ELISA）试剂盒。具体细节见表2和表3。
3.3 主要发现
关于运动游戏干预与老年人脑健康的主要发现如下，按脑成像模态和BDNF变化组织。
（1）运动游戏与神经电活动
八项研究报告了运动游戏干预与老年人神经电活动的关系。两项事件相关电位（ERP）研究报告运动游戏干预改善了神经生理测量，表现为认知相关成分的振幅增加和潜伏期缩短。一项研究发现运动游戏相比传统有氧运动有显著变化，而另一项未发现组间差异。一项在痴呆队列中比较12周运动游戏与传统有氧运动的研究发现，运动游戏显著增加了额叶和顶叶区域的N2振幅并缩短了N2潜伏期，同时在Eriksen Flanker测试的一致和不一致试次中，额顶叶区域的P3b振幅增加，表明运动游戏对选择性注意和工作记忆的影响大于传统有氧运动。另一项研究涉及26名久坐健康老年女性，分配至运动游戏组、快走组或对照组。运动游戏组和步行组进行每周三次、每次30分钟的中等强度运动，持续3个月，对照组保持久坐生活方式。所有参与者在干预前后进行Flanker任务。与对照组相比，运动游戏和快走均缩短了N2和P3潜伏期，表明运动游戏在改善老年人抑制控制方面与快走同样有效。这种模式支持可比性而非游戏特异性优势，除非运动剂量、认知挑战和动机暴露被明确匹配和分离。
相反，三项研究发现运动游戏干预与不同脑区特定频段功率降低相关。一项比较单次运动游戏与无附加认知成分运动的研究发现，两组在Stroop任务中刺激呈现后320-700ms内Cz电极的EEG振幅均显著增加。在注意力任务中，一项比较24次平衡型运动游戏与传统平衡训练的健康老年人研究发现，运动游戏组前额叶区域的相对θ功率较低。另一项比较运动游戏与运动-认知双任务训练的研究发现，两组在Cz和C3通道的晚期伴随负变化（CNV）和α/β事件相关去同步化（ERD）均减少。
三项EEG研究发现运动游戏干预对频段功率的差异化影响。一项针对轻度认知障碍（MCI）个体的研究，分配至运动游戏组或关节活动度训练组，发现单次运动游戏显著增加了δ和θ功率。6周干预后，运动游戏组α、δ和θ功率进一步增加，而关节活动度组无显著变化。另一项研究对21名老年人进行12次运动游戏，并在六个时间点采集EEG数据。额叶θ功率在运动游戏过程中逐渐增加，与行为表现逐步改善平行。进一步研究发现，运动游戏显著增加了额叶θ功率，相比之下非游戏场景训练则无此效果。在运动游戏期间，右顶叶α功率谱密度从无游戏到低难度和高难度游戏条件增加，而左顶叶α功率降低。在高难度运动游戏条件下，仅在右侧半球观察到α功率增加。这些发现表明EEG反应可能取决于游戏模式下的任务特定需求。
（2）运动游戏与脑功能
六项研究调查了运动游戏干预与老年人脑功能的关系。其中三项研究未观察到脑功能指标的显著组间差异。一项比较运动游戏与联合运动-认知干预的研究发现，在复杂任务中脑激活无显著组间差异，但两个干预组在行为认知测试中均显示更大改善。另一项研究报告运动游戏和传统中等强度平衡训练均调节了参与姿势控制的运动感觉皮层激活。在动作观察（AO）及动作观察联合运动想象（AOMI）条件下，与运动知觉相关的感觉皮层激活增加，表明视觉系统参与老年人自动姿势控制。一项比较36次运动游戏与常规身体锻炼的研究显示，两组在认知任务期间前额叶激活均降低。这些零组间差异表明运动游戏可产生与主动对照相似的功能变化，但并未分离游戏组件的附加效应。
另外三项研究报道了干预后任务相关激活降低，其中两项表明这种趋势在运动游戏后可能更明显。在帕金森病（PD）患者中，6周的运动游戏骑行和常规骑行均减少了步行时的前额叶激活。运动游戏组在双任务和障碍物行走条件下，特别是在右前额叶区域，显示出更大的激活降低，表明步态自动化增强和认知依赖减少。一项比较运动游戏与平衡训练的研究显示，两种干预均显著降低了快速步行时的双侧前额叶氧合水平。然而，运动游戏组在30秒步行测试结束时左前额叶氧合水平下降更明显，且该变化与执行功能改善相关。一项静息态fMRI研究发现，6周每天30分钟的运动游戏改变了区域同质性（ReHo），降低了后扣带回的ReHo，增加了扣带回、颞叶、顶叶和枕叶的ReHo。纹状体-丘脑连接的变化也与执行功能改善相关。即使运动游戏看起来更有利，这些差异也应谨慎解释，除非对照控制了有氧负荷、运动复杂性、反馈和参与度。
（3）运动游戏与脑结构
纳入了三项基于MRI的研究，调查运动游戏对老年人脑形态的影响。两项研究观察到运动游戏后特定脑区体积增加。一项针对帕金森病（PD）老年人的6周干预研究发现，运动游戏显著增加了左侧海马亚区CA1、CA4/齿状回和下托的体积，其中PD患者齿状回体积增加比健康老年人更明显。另一项使用Nintendo Wii的研究发现，干预组额叶和后扣带回区域灰质体积增加，而纹状体体积保持稳定。相比之下，对照组纹状体体积下降。一项研究发现，与常规护理相比，48次30-40分钟运动游戏后全脑或区域体积无显著增加，尽管执行功能有明显改善。由于大多数结构研究未包含剂量匹配的运动和非游戏认知对照，它们无法确定结构变化是否反映游戏特异性效应。
（4）运动游戏与BDNF
七项研究调查了运动游戏干预对老年人脑源性神经营养因子（BDNF）水平的影响。三项研究报告了有利于运动游戏或运动游戏联合运动相对于对照条件的BDNF变化。一项6周干预发现运动游戏增加了帕金森病（PD）患者和健康老年人的血清BDNF水平。另一项研究观察到12次Xbox 360 Kinect训练后唾液BDNF增加。一项针对老年女性的研究发现，拳击运动游戏联合低强度有氧运动在认知表现和BDNF方面比单独低强度有氧运动产生更大改善。然而，这种比较也可能反映干预强度、新颖性或参与度的差异，而非游戏的独立效应。
其他四项研究表明运动游戏和传统运动均可能影响BDNF，但优势不一致。一项12周平衡训练研究报告运动游戏和传统平衡组血清BDNF均增加，但仅传统平衡组具有统计学显著性。一项为期3个月的社区试验报告，相较于传统骑行，动感单车（cybercycling）后BDNF增加更大，而两项研究发现运动游戏与常规运动之间无显著组间差异。总体而言，这些发现支持外周BDNF作为一个相关但异质性的标记，并非运动游戏在生物学上优于传统运动的确定性证据。因此，运动游戏和运动条件下相似的BDNF反应本身并不表明游戏元素带来了额外的神经生物学益处。
4 讨论
本范围综述绘制了运动游戏与老年人神经电、功能、结构、分子和行为水平大脑相关标记的证据。总体而言，许多纳入研究报告了运动游戏后有利的组内变化，包括事件相关电位（ERP）成分和脑电图（EEG）节律的调节、前额叶激活或静息态连接的改变、选定脑区体积的增加或保留以及外周脑源性神经营养因子（BDNF）的增加。然而，证据尚未确立运动游戏能产生超越匹配身体运动的真正认知-运动协同效应。几项研究显示出与传统运动可比的效果，仅部分研究报告了有利于运动游戏的优势。因此，研究人员将解释从因果或协同结论修正为更谨慎的证据图谱：运动游戏是一种有前景的、引人入胜的运动-认知训练形式，但其独特的活性成分仍有待分离。与传统运动的等效性不应被解释为游戏组件带来的增量神经生物学益处。它可能表明基于游戏的干预保留了运动益处，同时可能改善动机、享受、依从性和持续参与。
术语“大脑健康”（brain health）也在本次修订中得到细化。纳入的结局不应被解释为单一构念的可互换指标。外周BDNF反映与神经营养信号相关的分子标记，MRI体积反映长期尺度的结构适应，功能性近红外光谱（fNIRS）/功能性磁共振成像（fMRI）测量反映任务相关或静息态功能组织，而脑电图（EEG）/事件相关电位（ERP）测量反映快速神经电处理。这些水平可能互补，但基于当前证据无法排列成确定的因果序列。因此，修订后的综合将它们视为可能汇聚于认知和运动行为的不同适应水平，而非全球大脑健康改善的等效证明。
运动游戏后前额叶激活降低尤其需要谨慎解释。在一些研究中，步行或复杂运动任务期间较低的前额叶氧合或激活可能符合神经效率改善，尤其是在伴随稳定或改善的行为表现时。然而，在运动相关范式中，相同模式也可能反映更大的运动自动化、对意识执行控制依赖减少或任务熟悉化。这些解释并非互斥，但暗示不同机制。因此，激活降低应结合任务、行为表现和对照条件进行解释，而非直接视为认知效率改善的证据。
行为学发现为解释神经生物学结局提供了重要锚点。报告认知结局的研究通常显示运动游戏后改善，特别是在执行功能、注意力或记忆相关任务方面。然而，由于许多研究样本量小、随访期短，且对照未完全匹配运动剂量、认知负荷、新颖性或享受度，当前证据无法确定改善来自体力消耗、认知参与、基于游戏的动机、重复任务练习还是其组合。未来研究应使用可分离这些组分的设计，例如运动仅、认知仅、联合运动-认知训练和运动游戏条件的析因比较。因此，当神经生物学结局可比较时，运动游戏仍可能作为行为或依从性相关策略有价值，即使未证明增量脑机制。
一个合理的机制模型是，运动游戏可能通过重复的运动-认知需求参与分子、功能、结构和行为适应。体力活动可能促进神经营养和血管反应，包括BDNF上调，而基于游戏的需求可能将注意力、视觉空间处理、决策和反馈学习导向特定神经回路。然而，该模型仍是推理性的。所综述的研究在不同样本中测量不同机制，很少同时评估分子、结构、功能和行为结局。因此，从BDNF到结构可塑性到功能效率再到认知的提议路径应作为未来纵向和中介基础研究的框架，而非已证明的因果链。该模型应作为假设生成框架阅读，而非作为游戏层本身已被证明驱动额外神经可塑性变化的证据。
未来的机制研究应结合匹配的主动对照组、多模态评估和充分随访。理想情况下，应在同一参与者中测量运动强度、认知负荷、享受度、依从性、神经营养标记、脑激活/连接、脑结构和认知。此类设计将阐明运动游戏是否具有超越传统运动的独特效应，以及BDNF、脑结构和功能激活的变化是否介导认知结局。为测试游戏特异性机制，未来试验应确保运动剂量被仔细匹配，并分离认知挑战、反馈、新颖性和动机设计的增量贡献。
5 方法学局限性
本综述揭示的矛盾发现主要源于三个维度的异质性：干预方案、人群特征和研究方法学。这些共同定义了当前证据的局限性和边界。
首先，干预方案的异质性是主要不确定性来源。现有研究中使用的运动游戏在运动需求（骑行、舞蹈、平衡、踏步、拳击）、认知需求（注意力、抑制、视觉空间导航、记忆更新、决策）、沉浸水平、反馈结构、社会背景、运动强度和剂量上差异显著。这些干预特征可能招募部分不同的神经回路。例如，平衡游戏可能强调感觉运动整合和姿势控制，舞蹈游戏可能结合节奏、序列和视觉运动协调，虚拟骑行可能强调有氧负荷和空间导航。未来综述和试验应按照其主动运动和认知成分对运动游戏进行分类，而非将游戏本身的存在视为关键机制。这一区分很重要，因为游戏组件可能主要改善动机和依从性，而非直接增强超越剂量匹配运动的神经可塑性。
其次，人群异质性可能影响发现。衰老本身是一个高度异质的过程。具有认知风险（如轻度认知障碍，MCI）或神经退行性疾病（如帕金森病，PD）的个体，其大脑可能处于代偿或可塑性准备状态，可能对运动游戏等丰富干预反应更敏感。这一可能性由报告海马体积增长的研究所暗示。此外，基线体能、遗传背景和其他个体因素可能调节对干预的生物学和行为反应。
第三，测量和设计的局限性限制了因果解释。（1）大多数研究测量了外周脑源性神经营养因子（BDNF），而外周与中枢BDNF的关系尚不完全清楚。（2）大多数研究仅采用前后测量，未捕捉运动游戏期间的实时神经动力学。（3）一些对照，如常规护理，无法分离运动、认知、新颖性、享受度和反馈的独立贡献。（4）本综述的方案未前瞻性注册，现已被承认为局限性。（5）由于设计为范围综述，未进行正式偏倚风险评估。该决定与范围综述的绘图目的一致，但限制了关于干预效果的结论强度。（6）不能排除发表偏倚，特别是该领域包含许多小型探索性试验，可能优先报告阳性发现。特别地，很少有研究设计为通过匹配运动剂量而仅操纵认知游戏或动机组件来测试增量益处。
6 结论
当前证据表明，运动游戏（exergaming）是一种有前景的老年人运动-认知干预，可能与神经电活动、任务相关或静息态脑功能、选定脑结构测量、外周脑源性神经营养因子（BDNF）和认知表现的有利变化相关。然而，证据基础仍为初步且异质。前额叶激活降低可能指示神经效率、运动自动化或任务熟悉化，取决于具体情境，而连接BDNF、结构可塑性、功能激活和认知的提议路径应被视为假设而非已证明的机制。未来试验应使用更大样本、预先注册方案、更好匹配的主动对照、详细干预报告和多模态纵向评估，以识别运动游戏的活性成分和长期效应。因此，与传统运动可比性的发现不应被解释为游戏特异性机制的证据。证明增量益处需要剂量匹配的设计，以分离身体运动效应与基于游戏的认知和动机组分。
