第七章 成長中的大腦
為了充分發揮孩子們的潛力,應該讓他們多運動
凱瑟琳,戴維斯
國際學生能力評量計畫(Program for International Student Assessment, PISA)是一個國際通用的測試計畫,專門用於比較不同國家十五歲學生的學習能力。
2013年12月,PISA公布的最新測試結果,對瑞典來說是個出人意料的消息。因為瑞典學生的表現不僅比前幾名的韓國、新加坡、香港等地學生落後很多,與其他經濟合作暨發展組織國家的學生相比,也低於平均,並且在北歐鄰國中排名墊底。瑞典學生的數學、閱讀、科學的水準都處於特別差的狀態。最糟糕的是,我們的發展還背道而馳-----瑞典是排名下降最多的國家。
此後,瑞典國內發生激烈辯論,許多人似乎對如何扭轉這種局面很有想法。但在我看來,應該減少對教學方法和班級規模的關注,而是讓學生多活動一這才是能對兒童的記憶和學習能力產生巨大影響的變因。現在的孩子們,根本沒有得到足夠的體育教育。
影響兒童學習水準的,不僅是課堂上所教授的内容。研究結果清楚顯示,運動能增曾強兒童和青少年的學習能力。校園的體育活動比足球場或體育館裡的比賽重要多了。體育課可不是為了贏球,或讓孩子們擅長某種運動,而是為了提高他們學習數學和英語的能力!
更多堂體育課,更高的數學成績
最有說服力的科學證據顯現,運動可以提高兒童基礎教育三要素(閱讀、寫作、算術)方面的學業成績。這些學生並非來自美國常春藤盟校,而是瑞典南部斯堪尼省的本克弗盧(Bunkeflo)科學家在這觀察了同一所學校裡,兩個班級小學生參加體育活動的情況。一班是實驗組,另一班是對照組,他們被要求每週在體育館參加兩次規定好的體育課程。而除了參加體育運動,基本上這兩個班的孩子在各方面的條件都相當:都住在同一地區、就讀同一所學校、學習相同的科目。
接下來發生了什麼事?身為初學者,那些每天去上體育課的孩子,體育成績比其他人要高。這是當然的。但是,令人出乎意料的是他們在數學、瑞典語、英語方面的表現也更好,而且他們還沒有接受任何相關的額外輔導。
這種影響持續了很多年。九年級畢業時,運動班的孩子中,拿到好成績的人數比對照班多。這些影響在男孩中特別明顯。通常,女生的成績會比男生好,但在參加體育課的孩子中,這種性別差異卻不太明顯。
除了運動,沒有其他方法能達到這種成果。
除了斯堪尼省,在其他地區的研究中也看到類似的現象。美國科學家在觀察250名三年級和五年級的小學生時,也注意到這一點。在這項研究裡,他們採用一種測量技術,將心血管健康、肌肉力量、敏捷性也考慮在內,以便全方面評估受試者的身體健康情況。當然,他們也測試了孩子們在學業上的表現。
此項研究的結果也很明確:身體健康的孩子,在數學和閱讀理解方面表現更好,也就是「越健康,成績越高」。超重兒童的情況則相反:體重越重,考試成績就越差。人們曾普遍認為,超重兒童更具有學術頭腦,而活躍的兒童都腦袋空空一這點已被證明毫無根據。
單單從250名美國學生和斯堪尼省的兩班學生就得出結論,是否太片面了?在美國內布拉斯加州,有將近12000名兒童接受測試,結果顯示,身體更健康的兒童,在數學和英語方面的成績要好於那些不怎麼健康的兒童。然而,美國主要的超重健康問題,此時並沒有改變測試結果。超重兒童的得分並沒有比正常體重兒童低。
那麼,運動如何讓孩子們的數學和語言能力變得更好?正如第五章〈跑出好記性》提到的,運動使成年人的海馬迴(記憶和情緒控制中心)進一步成長,而兒童的海馬迴似乎也因運動而生長。
以磁振造影檢查十歲兒童的大腦時,發現身體健康的孩子大腦裡,最重要區域之一的海馬迴體積也更大。這些變化與健康兒童在記憶測試中表現得更好,有著密切關係。因此,可以說健康的身體狀況,會得到更大的海馬迴和更好的記憶測試結果。
更重要的是,在簡單的記憶測試中,差別不是太明顯。但是測試越複雜,孩子的身體狀況好壞會造成越大的差異,身體好的孩子表現更佳。
運動一次就見效
正如運動能對成年人的大腦產生即時的影響,它對兒童的大腦也會迅速產生強烈的作用。
讓九歲的孩子運動二十分鐘,他們的閱讀能力明顯變得更好。沒想到這麼短時間的運動,竟然改變了孩子們的學習能力!目前尚不確定這種情況發生的原因,但我們確信,兒童的注意力在運動後會立即得到改善。因此,我們可以假設,注意力在提高學習能力上發揮著重要作用。就像要研究改善成年人的健康狀況,需要一定的最少運動量,我們也研究了如何透過最短時間的運動改善兒童的注意力。結果相當令人驚訝!
讓青少年慢跑十二分鐘後,他們的閱讀理解和視覺注意力都有所改善,並持續了將近一個小時。事實上,只需要活動四分鐘(是的,你沒看錯),就可以提高專注和警覺的能力,讓十歲的孩子也不分心。
運動能改善的不僅是兒童的注意力和記憶力。我們現在已經知道,四歲至十八歲且常運動的孩子,幾乎所有認知能力都因運動而有所增強。處理多重任務、工作記憶、注意力
等一切都可能變得更好,就連決策能力(即執行力)也是如此。
執行力聽起來似乎只是公司董事需要具備的特質。然而,即使是孩子也需要有主動性和決策能力。因為就連他們被手機等事情分心時,也需要能夠計畫、組織、專注於自己現在所做的事情,阻止自己被感受到的每一種衝動所支配。因此,這樣說並不輕率一想讓孩子們取得良好的學業成績,執行力是必要的。
壓力較少的孩子
童年時期參加體育活動,確實會對後來的人生帶來正面的影響,而且不僅限於學業上的成功和必要的執行力。孩子們同時對壓力也會變得不那麼敏感。
科學家研究了二五八名芬蘭的二年級小學生,以了解他們對壓力的反應,以及在壓力面前表現出的脆弱性與運動程度之間,是否有相關性。直接問九歲兒童平時的運動強度,通常不能得到可靠的答案,所以他們替每個孩子都配備了計步器。他們透過模仿日常出現的壓力,來測試孩子的抗壓程度,例如在做算術題時規定時限或在公開場合做報告一這些對兒童和成年人來說,通常都被視為高壓任務。
事實證明,運動與抗壓力有很明顯的關連。
沒走路的孩子對壓力表現出強烈的反應,但這些每天走很多路的孩子卻表現得更平靜,皮質醇的濃度也並不像久坐的孩子那樣,會在算術和演講的高壓情境下上升許多。皮質醇濃度保持穩定,是強而有力的證據,表示運動的孩子更能適應壓力。
如果你閱讀這些研究時感到內次,特別是你的孩子對健身房或運動不感興趣,並且沉迷於電腦。我完全能理解你的心情。但該如何讓他們動起來?一個還不錯的出發點是:讓孩子們選擇自己喜歡做的事情。美國的科學家試圖採用這種策略,讓缺乏運動又常久坐的超重小學生,放學後持續地聚在一起活動身體。為了讓孩子們運動,科學家讓孩子們選擇自己喜歡的活動一什麼類型的體育活動都可以。有些孩子選擇跑步,有些孩子選擇跳繩,還有一些孩子選擇打球。結果,這些孩子們的數學成績在沒有額外補習的情況下就自動提高了。而且運動量越大,成績的進步就越明顯。
有些孩子才運動二十分鐘,數學程度就提高了。但進步最多的孩子至少運動了四十分鐘,並且心率也明確達到每分鐘150次的最佳水準。
這些運動所帶來的正面影響,並不僅體現在提高數學程度。研究人員對超重孩子的大腦進行磁振造影檢查,他們都是原本不喜歡運動,被要求參加這個活動的孩子。結果檢測圖像顯示,負責抽象思考、注意力、計畫的前額葉皮質活躍度已經上升。
該研究的作者以無法量化、難以表格化呈現的方式,總結此發現:「為了充分發揮孩子們的潛力,應該讓他們多運動。」
短期與長期影響
當我們把所有證據都放在一起看,就可以發現運動對兒童大腦的短期或長期影響都很明顯。透過一次運動,孩子的注意力時間長度、強度和閱讀理解能力都可以提高,而且效果會在持續若干小時後再慢慢滅弱。而讓孩子們規律運動幾個月的話,更將長期受益。這點跟成年人獲得的效果是一樣的。
同樣地,孩子們選擇什麼運動並不重要,跑步、比賽、打網球或足球,對孩子們來說都有同樣正面的作用,關鍵是提高心率。因此,重點不在於孩子們以哪種方式活動身體,而是要「動起來」。
從大腦發育的角度來看,年齡會影響運動帶來的效果嗎?我們目前還不知道詳細情況,但許多線索都透露,小學生從體育活動中獲益更多。
運動可以加強孩子大腦的不同區域
現在,我們知道運動如何增強成年人的大腦,也知道孩子的大腦會因體育活動而有所改變。此外,更知道大腦本身是如何變化的。
大腦中有灰質和白質兩部分,其中灰質也稱大腦皮質,在大腦的最外層。它的厚度僅有幾公分,而且也不是灰色的,反而更接近粉色,因為這一部分有許多為大腦提供血液的血管。人類的複雜思考活動都發生在這裡,大腦所接收的資訊也分門別類儲存於此。即使它只占大腦體積的40%左右,其能量需求卻是大腦總能量需求的90%以上。因為這樣獨特的能量消耗,人們覺得灰質是「奇蹟」的發生地。
灰質下方是白質,能在大腦的不同區域之間傳遞資訊。白質由神經細胞的長突出物組成,也稱為軸突,讓腦細胞可以透過它們相互通信。如果把灰質當成電腦,白質則是連接電腦的電線,傳遞信號到各電腦。
白質的蒼白色,是因為神經細胞具有絕緣體性質的髓鞘,裡頭含有大量脂肪,而髓鞘能改善腦細胞之間的訊息傳導。
灰質和白質對我們的身體機能都至關重要。的確,灰質負擔了大腦中多數繁重的工作,但如果白質裡的軸突不能發揮作用並傳遞信號,大腦將無法正常運作。這也滿合理的,畢竟所有零件都連接正常,電腦才能運轉。
對經常參加體育活動的孩子來說,灰質和白質哪部分變化較大?答案是:都一樣!人們首先在海馬迴中發現灰質的生長(海馬迴也是灰質的一部分)。然而,運動也能強化白質。經常運動的兒童,其大腦的白質會像灰質一樣,變得更厚更緊實。這基本上表示:白質變得更有效率了。站在科學的角度,這稱為「大腦白質完整性」(white matter integrity)回到那個把白質比做電線,連接多部電腦的例子。在經常運動的兒童大腦中,這樣的連結運轉得更好,也就是說:大腦不同區域之間能更
有效地交流資訊,使整個大腦運轉更順暢。
灰質當然是認知能力不可或缺的一部分,但白質似乎也一樣重要。事實上,白質與學習成績有著特殊的關連。科學家用一種特殊的磁振「擴散張量影像」(Diffusion Tensor Imaging, DTI)檢測小學生的大腦,結果顯示大腦左側的白質與數學能力有關。我們不能確定,強化白質是否就一定能讓孩子在學校有更好的表現,但仍然有充分的理由相信,這麼做對學習有所幫助。
好在運動對白質(大腦的電路系統)產生的益處不僅限於兒童,任何年齡的人,似乎都能從運動中讓白質獲得不少好處。年長者的白質狀況,就與其運動的積極性有很密切的關係。對白質影響最大的不是劇烈運動,而是日常活動。只要不是天天坐著就好,沒有必要為了健腦而去跑馬拉松。
思維敏捷靠雙腳!
站立式辦公桌目前在辦公場所變得很受歡迎。對於大多數人來說,選擇站著辦公的最大理由是,可以在工作的同時燃燒額外的卡路里。確實,站立比坐著多消耗了差不多兩倍的熱量,但是站著辦公對燃燒卡路里的幫助,遠遠不如對大腦的影響。無論你是在學校還是在辦公室,站立的主要好處就是一讓大腦運轉更好。
科學家用一系列的認知實驗測試七年級學生的學習能力。在學校開始使用站立式課桌後,學生們表現出更集中的注意力、更好的工作記憶和執行力。這些測試囊括獲得好成績所必備的素質,例如閱讀理解、記憶知識、按部就班解決問題。站立式課桌讓測試結果出現顯著差異,學生的認知水準平均提升了10%。
當然,科學家們並不滿足於這些認知測試的結果。他們還透過磁振造影掃描學生們的大腦。(我猜,你現在已經注意到這類研究的一貫模式:先進行心理測試,然後進行磁振造影掃描,以了解大腦如何運作)
測試結果甚至看起來很熟悉:那些進行掃描前一直站著的孩子,其大腦額葉的活動恰好有所增加,這些區域對於工作記憶和執行力非常重要。科學家們在站著上課的孩子身上,觀察到類似的結果-----額葉的活動強度增加,代表擁有更好的工作記憶和注意力。這點和在跑步、走路、活動身體的成人和兒童身上看到的一樣。
結論很簡單:思維敏捷靠雙腳!在學校,站著上課的孩子能擁有更集中的注意力、更優質的學習力。
讓肌肉與頭腦並存
就在幾年前,還沒有多少人相信,運動居然可以如此大幅度地改變兒童或成年人的大腦。但我們現在已經了解,運動能幫助我們的抗壓力更強,還會改善記憶力、變得更有創意且更專注。這些都是認知或心理層面的能力,而智力是同時衡量所有認知能力的標準。如果四處走動可以增強認知能力,那麼運動應該就會提高我們的智商。
是這樣嗎?運動能讓我們更聰明嗎?如果是這樣,那就太完美了。早在一九六。年代,科學家們就開始研究運動是否可以提高智商。但事實證明,這研究說來容易,要實行卻很難。困難點在於,我們不知道是先有雞還是先有蛋。也就是說:若結果顯示身體健康的人也非常聰明,就無法知道這是因為運動讓他們更聰明,還是聰明人更願意運動。
幸好,一百多萬名瑞典男性替這一謎題提供了重要的解決線索。直到幾年前,所有年滿十八歲的瑞典男性都必須服兵役(編按:瑞典國防部於2010年廢除義務兵役制,但七年後因兵力短缺等因素,再次恢復義務兵役制)。在剛入伍的幾天內,科學家們對新兵進行了一系列測試。
科學家透過讓新兵騎自行車來測試耐力,而踏板的阻力會在測試過程中不斷增加。我自己也親身體驗這項測試,而且記得它非常難,下車後我幾乎站不起來。自行車的測試結束時,緊接著是肌力測試、心理評估,並以智力測驗收尾。
在二十六年裡,有超過120萬名十八歲的年輕人完成這些測試。
最近發表的結果顯示,運動和智商有著非常明確的相關性:平均而言,健康的年輕人更聰明。那些在健康測試中表現良好的人,智力測驗的得分也比那些不太健康的新兵來得更高。
運動能讓我們變得聰明嗎?
到底是運動讓這幫年輕人變得更聰明?還是聰明的新兵運動起來比其他人更有效?為了回答這個問題,科學家們研究了一組同卵雙胞胎。畢竟,要說哪個因素最能解釋你的智商,那就是你父母的智商,因為在很大程度上,智力與遺傳有關。而同卵雙胞胎的基因完全一樣,並且通常在同一環境下成長,所以智力測試的得分通常會差不多。
在參與研究的數百萬名軍人中,總共有一四三二對同卵雙胞胎。其中有幾對雙胞胎一個身體健康,另一個卻不怎麼健康。身為同卵雙胞胎,他們應該有相似的智商,但結果卻並非如此。因為身體比較好的那一位,智力測試中的得分通常比不那麼健康的那位高。因此,身體健康與否和智力測驗獲得的結果相關,即使在同卵雙胞胎中也是如此。
整體來說,所有證據都指向同樣的結論:我們如果運動,就會變得更聰明!不過,耐人深思的是,只有「長時間運動」才能提高智力測驗的得分,那些肌肉發達的新兵,測試結果並沒有比較好。
智力測驗測量如詞彙理解、數學和邏輯推理、解讀立體圖形的能力,這些都與身體的健康程度成正相關,特別是邏輯和詞彙理解的相關性最強。
今天,我們知道大腦的海馬迴和額葉,對邏輯思維和詞彙理解特別重要,而這種強烈的相關性,與運動對這兩個區域的強烈作用有關。賺更多、更快樂的成年生活看來,軍人的研究資訊對科學家來說是座真正的金礦,讓他們可以從中尋找各種有趣的相關性。
例如,他們發現十八歲時的身體健康狀況較佳,會有較高的教育成就,而且四十歲左右時的工作薪資也更高。身體健康的年輕男性,也比較不會憂鬱,罹患臨床憂鬱症機率也較低,因為紀錄顯示他們在年齡增長後,企圖或出現自殺行為的機率也較低。不光是沒有精神障礙,身體健康對大腦也有其他顯著的積極影響。像是健康的十八歲年輕人,往後罹患癲癇或失智症的風險也都比較小。
「他們能擁有這些,全因十八歲時身體健康」並非是我想表達的。而是你十八歲時的身體狀況,對自己三、四十歲時的人生很重要。為何總是知易行難?
我在閱讀這些科學論文時花了很多時間,但有時看到這種類型的研究時,卻很難保持興趣繼續閱讀下去,彷彿我無法消化它們一樣。可能因為這些研究的結果好到很像假的一一孩子們每天僅僅運動十五分鐘,就可以提高閱讀理解力和算術能力,不需要接受任何課外補習!
如果你和我有一樣的感覺,請再堅持一會兒,仔細想想剛剛讀到的內容-----「孩子的大腦會因為運動而運轉得更好」,讓這樣令人難以置信的想法漸漸滲透進你的大腦。
就像你的肌肉會因舉重而增加,經常運動的孩子,大腦裡的灰質和白質功能也會因此有所強化。運動可以讓兒童和成年人變得更聰明嗎?
可以的!這是鼓勵孩子放下平板電腦和手機,參加體育活動的最佳理由,因為哪有父母不希望孩子變得更聰明,擁有更強健的大腦?
你是否對本章所闡述的研究結果吃驚不已?其實我也是。實際上,我也非常驚訝運動的功效原來如此強大,所以不得不把這些文章多讀了幾次,以確保自己的理解是正確的。
我們應該問問自己,為什麼沒人知道這項研究?要解說原因,只須一個字-----「錢」。就如同《真正的快樂藥丸》一章中,針對運動對憂鬱症的影響所探討的。
如果有種藥物,甚至是保健品,能達到這樣的功效,早就被義無反顧地推向市場,每個人也或多或少聽過這種藥。奇怪又有點可惜的是,並非所有人都知道兒童和成年人的大腦會這樣從運動中獲益。
與藥品、保健品、電腦遊戲、認知訓練方法不同,戶外玩耍、步行、跑步等體育活動是免費的。運動透過一系列的正面影響,使我們的身心獲得「買一送一」的收益,這可是世界上任何保健品都比不上的效果。
快樂處方箋 開給兒童和青少年的絕佳妙方
提高心率似乎對大腦特別有幫助。嘗試進行讓心跳達到每分鐘約150次的運動,看看效果如何。
運動要達到一定的強度。目標不一定是健身,所以玩遊戲也同樣能有幫助。成年人應該注意,重點不在於孩子該做些什麼,而是他們統統「動起來」!
為了獲得最佳效果,孩子們最好活動三十分鐘以上。
短時間、高強度的運動很重要。兒童和青少年活動十二分鐘後,閱讀理解力和注意力就會提高。哪怕只活動短短四分鐘,只要達到慢跑的強度,注意力就會更集中。因此,最重要的是動起來,即使只動幾分鐘。
一次持續十至四十分鐘,中間若有短暫休息,能在短時間內提高記憶力、閱讀理解力,以及注意力的時間。
每週活動幾次身體,這樣持續兩、三個月,就會產生持久的效果,例如獲得更強的算術能力、更高的創造力和更好的執行力(計畫、主動性、注意力、衝動控制)。