《Brain and Behavior》：Music and Exercise in Concert: Uncovering Synergistic Mechanisms for Enhancing Brain Health and Cognitive Resilience—A Narrative Review
编辑推荐：
目的：作为认知、情绪和社会福祉的基石，大脑健康正面临衰老、神经退行性疾病和久坐生活方式日益严峻的威胁。非药物干预因其良好的安全性及广泛实施的潜力而受到越来越多的关注。本综述旨在探讨音乐和运动对大脑健康的单独效应及协同效应。
方法：本叙述性综述整合了通过PubM
目的：作为认知、情绪和社会福祉的基石，大脑健康正面临衰老、神经退行性疾病和久坐生活方式日益严峻的威胁。非药物干预因其良好的安全性及广泛实施的潜力而受到越来越多的关注。本综述旨在探讨音乐和运动对大脑健康的单独效应及协同效应。
方法：本叙述性综述整合了通过PubMed和Web of Science检索到的与音乐、运动或身体活动及大脑健康相关的文献，并对潜在的神经生物学机制及可能的联合效应进行了概念驱动的综合阐述。
发现：音乐通过奖赏和情绪网络调节神经递质和神经振荡，而运动则通过改善能量代谢、神经营养信号传导和脑血管功能来增强神经可塑性。它们潜在的协同相互作用可能源于音乐对运动所诱发的神经化学和代谢状态进行时间性构建和调节的能力。联合干预可能通过减轻神经炎症和氧化应激进一步增强突触可塑性和网络整合。它们可能在认知、情绪和运动控制方面提供超越任一单独干预的额外益处。舞蹈作为音乐与运动整合的典型形式，可激活多感觉和社会网络，并已在阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、抑郁症和自闭症中显示出潜在益处。
结论：音乐和运动可能通过趋同且可能相互作用的机制（包括神经可塑性、代谢调节和神经炎症调控）共同作用，形成一个整合的大脑健康框架。舞蹈作为音乐-运动整合的典范，通过调动多感觉和社会情感网络，凸显了其在促进大脑功能方面的转化潜力。
1 引言
全球人口老龄化导致认知障碍、情绪障碍和神经退行性疾病的发病率持续上升，对生活质量和社会的整体福祉构成严重威胁。尽管针对脑部疾病的药物治疗不断进步，但其有效性、安全性和可及性仍存在局限，因此开发安全、低成本且适用广泛的非药物干预已成为神经科学的研究重点。当代数字环境可能进一步挑战认知韧性，持续的数字干扰和媒体多任务处理会碎片化持续注意力，并减少连续思考的机会，这凸显了开发易获取且有效的非药物策略以支持大脑健康的紧迫性。
在各类非药物干预中，身体锻炼、基于音乐的干预和舞蹈因其可行性和对大脑健康的多方面益处而受到特别关注。研究表明，运动通过上调脑源性神经营养因子（BDNF）、增强神经可塑性及强化脑网络功能和代谢效率，改善认知功能和情绪调节。类似地，音乐能够激活前额叶皮层、边缘系统和奖赏通路，上调多巴胺和催产素等神经递质，并增强情绪、记忆和注意力。除被动聆听和器乐训练外，唱歌已成为一种老年人可参与的主动性音乐干预形式，主动唱歌与痴呆症患者的认知功能改善和生活满意度提高相关。唱歌涉及听觉感知、发声-运动控制、语言处理、记忆提取和情绪表达，并可能通过加强听觉-运动整合和支持白质完整性来促进神经可塑性。
越来越多的研究探索了将运动与音乐干预相结合的可能性。例如，将音乐治疗整合到家庭运动项目中，可营造更具情感支持性的康复环境，从而降低中风患者的抑郁风险。此外，在癌症、创伤性脑损伤、失眠和痴呆等疾病中，音乐干预可减轻疾病相关的焦虑、抑郁和应激反应。这些心理症状是运动干预效果的关键决定因素。在此背景下，音乐可能作为情境促进因素，放大运动对大脑功能的积极影响。
尽管运动与音乐干预的益处已有充分文献记载，但针对其神经重叠和协同效应的系统综述与整合分析仍然有限。对于认知障碍、抑郁症和帕金森病（PD）等神经系统疾病，目前尚不清楚联合干预是否优于单一模式干预，也不清楚其机制是否存在相互作用。因此，本文利用神经科学的最新进展，考察音乐和身体锻炼对大脑健康的独立效应及潜在协同机制，特别关注涉及神经可塑性、神经递质调节、能量代谢、脑网络功能和神经炎症的通路。此外，通过考察舞蹈这一音乐-运动融合干预的典型形式，探讨其在脑健康中的潜在应用，并概述关键问题与未来研究方向。
2 音乐与大脑功能
音乐是多维感觉刺激，涉及多个脑区的处理，包括杏仁核、伏隔核、海马体、脑岛、扣带回和眶额皮层。神经影像学研究表明，基于音乐的神经康复可增强前额叶皮层和右侧额下回的结构连接性和执行功能，同时促进灰质可塑性和神经整合。在新生儿重症监护中，音乐干预通过优化声学刺激和促进极早产儿的脑微结构发育，显示出神经保护作用。此外，被动音乐聆听作为一种简单、低成本的认知功能支持方法在中老年人群中受到越来越多研究关注。近期证据表明，短暂聆听莫扎特音乐可能改善年轻人和老年人的视觉空间工作记忆。然而，被动音乐聆听的认知效应在不同研究中并不一致，可能随音乐片段特征、任务要求、个人音乐偏好和先前音乐经验而变化。
从神经角度看，音乐的核心成分是旋律、和声与节奏。旋律处理主要涉及听觉皮层、前额叶皮层和颞上回；和声识别涉及前额叶和听觉联合皮层；节奏则同时由听觉和运动系统处理。预测编码模型已成为理解音乐感知的关键框架：大脑并非被动接收音乐刺激，而是基于先前经验生成预测，主动推断即将到来的旋律、节奏或和声，并通过与输入进行比较持续更新预测。神经共振理论描述了音乐与神经振荡之间的动态耦合，音乐通过同步神经振荡增强网络稳定性与灵活性。脑电图（EEG）研究表明，音乐聆听显著增加delta和theta波之间的同步性。长期音乐训练不仅增强对节奏同步的神经适应性，还诱导大脑深刻的结构和功能可塑性。
更重要的是，音乐强烈激活多巴胺能奖赏系统，促进愉悦和动机。当音乐满足或违背听众预期时，奖赏系统在不同阶段被激活，产生不同程度的愉悦感。除多巴胺外，催产素和睾酮也参与音乐诱导的社会信任、亲密感和学习动机的神经调控。
3 运动与大脑功能
运动通过增强神经营养信号传导、突触连接性和神经发生，以及减少神经炎症和氧化应激来发挥益处。这些效应通过一个层级生理级联介导：从急性代谢重塑开始，延伸至神经化学和血管适应，最终达到全身性的跨器官通讯和表观遗传调控。运动诱导的内源性代谢物是这一级联的关键表现，这些小分子可穿过血脑屏障调节神经元代谢、信号通路和炎症状态。乳酸曾是厌氧糖酵解的副产物，现在被认为是具有多效性神经活性的关键信号分子。乳酸不仅可穿过血脑屏障提供神经元能量底物，还能激活去乙酰化酶1（SIRT1）信号通路，促进海马BDNF表达，增强神经可塑性和记忆形成。酮体特别是β-羟基丁酸（BHB），在长时间耐力运动或低碳水饮食期间作为关键能量底物，并通过抑制组蛋白去乙酰化酶发挥表观遗传效应。犬尿氨酸在过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1-α（PGC-1α）诱导下转化为神经保护代谢物犬尿喹啉酸，从而减少神经炎症。
运动还系统优化大脑的物流支持系统。运动可改善脑血管功能，上调单羧酸转运蛋白和葡萄糖转运蛋白，增加脑毛细血管密度，增强血脑屏障功能。同时，运动高效调节神经递质系统，显著增加多巴胺、血清素和去甲肾上腺素的合成与释放。运动的益处远超大脑本身，通过多个器官-大脑轴协调调节脑健康。例如，骨骼肌分泌的β-氨基异丁酸（BAIBA）调节肝脏脂肪酸氧化，促进白色脂肪褐变；肠道微生物短链脂肪酸（SCFAs）穿过血脑屏障调节神经营养因子表达；运动诱导的肝脏S-腺苷甲硫氨酸（SAM）合成可能通过恢复N6-甲基腺苷（m6A）甲基化增强中枢神经系统功能。
不同的运动模式会产生不同的代谢反应。低至中等强度的有氧运动更依赖氧化代谢，长期有氧运动改善脑氧合和胰岛素敏感性。传统抗阻运动更依赖磷酸原和糖酵解通路。高强度间歇训练包含大量无氧贡献。运动时间也影响代谢调节效率，在生理活跃期进行运动可显著增强脂肪酸氧化、葡萄糖代谢和三羧酸（TCA）循环活性。
4 音乐与运动干预的趋同与交互机制
音乐和运动均显著增强大脑神经可塑性。在神经递质层面，两者都参与多巴胺能奖赏系统。音乐激活伏隔核和尾状核，诱导多巴胺释放；有氧运动通过增强奖赏系统内的多巴胺能信号缓解抑郁和动机缺陷。运动还可增加感知音乐愉悦感，说明运动相关的唤醒和情感变化可能调节音乐奖赏。音乐和运动均可促进血清素和催产素释放，促进情绪稳定和社会联系。在EEG信号同步方面，音乐和运动干预增强alpha和theta频段同步性，音乐与运动结合时，任务期间额叶theta同步化进一步增强。在神经保护方面，音乐和运动可能在氧化应激和炎症调节通路上趋同。有氧运动增强抗氧化酶活性，音乐干预通过抑制核因子κB（NF-κB）信号、激活Nrf2信号通路发挥抗炎和抗氧化潜力。
5 潜在协同效应：证据与假说
音乐和运动干预的结合可能增强alpha和theta频段同步化，加强额叶与运动区域之间的功能连接。音乐独特地调节运动过程中的感知和注意力：音乐通过减少皮层theta活动、限制体感区域间信息交换并激活左侧额下回等执行相关区域，抑制疲劳相关信号进入意识处理。音乐可能通过外部构建时间模式、调节情感状态并将注意力从疲劳信号中转移，促进运动期间注意力和动机资源的高效分配。联合干预的疗效不仅取决于运动模式，还取决于个体音乐偏好和节奏复杂性。音乐唤起的自传体记忆对认知恢复具有独特价值。音乐干预剂量需谨慎考虑，音量超过60分贝时可能作为噪声刺激，加重情绪失调和记忆障碍。
6 舞蹈作为大脑健康的整合干预
舞蹈需要节奏、动作、情感和社会互动的持续整合，代表一种复杂的多模态干预。长期舞蹈训练与颞上回、扣带皮层和脑岛等区域灰质体积增加相关。舞蹈激活多种感觉输入，在多层面增强大脑可塑性。在高危AD和轻度认知障碍（MCI）个体中，三个月有氧舞蹈干预与海马体积增加和记忆表现改善相关。对PD患者，舞蹈干预可改善运动表现、平衡、自尊和生活质量。舞蹈的一个显著特征是涉及社会认知神经系统的参与，舞蹈需要协调运动和对音乐节奏的人际调谐，涉及前额叶和枕叶皮层以及镜像神经元系统，支持共情和社会认知。舞蹈通过整合听觉、视觉、运动和社-情绪信息，调动认知、情感、运动控制、内感受和社会处理的分布式神经网络，可能上调BDNF、增强突触可塑性、促进神经振荡同步化并招募奖赏-动机回路。
7 局限性与未来方向
关于音乐和运动联合干预的研究仍处于起步阶段。首先，实证研究数量有限，特别是大样本、长期随机对照试验。其次，现有研究主要涉及行为或症状改善，缺乏神经生物学机制的直接证据。大多数现有研究未采用全因子设计，无法确定观察到的联合效应是简单相加还是统计上的超相加。干预方案的异质性限制了结果的一致性和可比性：音乐类型、节奏、音量和个性化程度以及运动模式、强度、频率和持续时间的变化都可能影响干预结果的可重复性。该领域缺乏定义和报告联合干预剂量的标准化框架。个体差异也未得到充分关注，年龄、性别、基线认知状态和基因型对干预反应的调节作用尚未系统评估。
未来研究应推进以下方向：进行多中心、跨人群、大样本临床试验，整合标准化方案与功能成像和代谢组学等多模态技术；通过整合生物标志物、遗传特征和生活方式因素开发个性化音乐-运动干预；加强长期随访和转化研究以评估可持续性和可及性；利用动物模型和类脑器官推进机制导向的基础研究。
8 结论
音乐和运动作为广泛可及的非药物干预，对大脑健康具有显著和多效性的益处，包括神经可塑性、神经递质调节、能量代谢和炎症控制。它们的联合应用可能为认知和情绪结果提供额外益处，尽管现有证据不足以确定这些效应是相加的还是真正超相加的。舞蹈作为音乐-运动整合的范式，通过节奏、运动和情绪的多模态整合激活广泛的脑网络，增强认知和情绪调节，在临床和康复实践中展现出独特价值。基于其安全性、可及性和广泛益处，以舞蹈为代表的整合性音乐-运动方案可能成为有前景的治疗工具，并可作为促进不同社区人群大脑健康的可行公共卫生策略。
