舞蹈在诱导大脑可塑性方面优于重复体育锻炼

动物研究表明，体力活动和感官丰富的结合对成人神经可塑性的影响是最大的，也是唯一持续的。舞蹈被认为是这种联合干预的人类同义词，因为它对身体和认知功能都有要求。在目前的探索性研究中，我们设计了一个特别具有挑战性的舞蹈项目，在这个项目中，我们的老年参与者必须不断学习新的和越来越困难的编舞。这项为期六个月的计划与强度相当的传统健身训练进行了比较。对38名参与者(63-80岁)进行了广泛的前/后评估，包括一般认知、注意力、记忆力、姿势和心肺功能、神经营养因子，以及-最关键的-结构磁共振成像(最关键的是使用探索性分析)。为了分析MRI数据，采用了一种新的基于体素的形态测量(VBM)方法，该方法专为成对纵向分组比较而设计。这两种干预措施都在相同程度上增加了身体健康。对大脑体积的影响明显不同：与传统健身活动相比，跳舞导致更多大脑区域的体积增加更大，包括扣带皮层、脑岛、胼胝体和感觉运动皮质。只有跳舞与血浆BDNF水平升高有关。在认知方面，两组在注意力和空间记忆方面都有所改善，但没有出现显著的组间差异。后一项发现可能表明，认知益处可能会在大脑结构变化发生后和之后发展。目前的结果推荐我们富有挑战性的舞蹈计划，作为抵消衰老对大脑有害影响的有效措施。

衰老与大脑体积的减少有关，主要是在前额叶和颞叶皮质。另一方面，像枕叶皮质这样的区域在整个生命周期中表现出相对较少的变化[1，2]。这些变化同时影响灰质[2，3]和白质[4]。皮质体积的减少(即萎缩)主要不是由神经元的丧失引起的，而是由于与年龄相关的细胞萎缩和突触密度降低[2，5]。在白质中，衰老会产生轴突偏转，导致神经元传递缺陷。同样，最大的偏转发生在前额叶皮质[6]，并且与工作记忆和执行功能障碍有关[7]。

然而，这些与年龄相关的变化并不是不可避免的。在过去的几年里，人们已经清楚地看到，老化的大脑具有神经可塑性。这增加了抵消衰老对大脑有害影响的可能性。这方面的大多数研究都调查了身体健康对大脑老化的影响。例如，Colcombe等人。(2006)报告说，与无氧伸展计划相比，6个月的有氧训练导致老年受试者大脑多个部位的体积显著增加[8]。其他人发现海马体的体积和灌注量与老年人的身体健康水平有关[9，10，11]，海马体是巩固记忆的关键大脑区域。有人认为这种成人神经可塑性是由BDNF介导的，BDNF是一种在人类血液中也发现的神经营养因子[12，13]。BDNF是一种重要的生长因子，在中枢神经系统中支持多种功能，包括突触可塑性[14，15，16，17，18]。已有研究表明，运动后脑组织释放BDNF是循环BDNF的来源[19，20]。不同的研究小组已经调查了由于体育锻炼而导致的循环BDNF水平的增加[21]，而且似乎取决于运动强度和训练的类型[22，23，24]。Erickson et al.。例如，2011年的一项研究表明，在参加一年有氧训练的老年人中，海马体积的增加与血清BDNF的体积增加有关。动物研究表明，体育锻炼和丰富感官相结合对神经可塑性的影响最大[25，26]。此外，只有这种结合才能保证新生神经元长期存活[26]。对于人类来说，舞蹈被认为是这种综合训练的同义词，因为它涉及到感觉、运动和认知方面的挑战[27，28]。据我们所知，到目前为止，只有三项已发表的研究评估了跳舞对大脑的可能影响[29，30，31]。然而，这些研究是横断面观察性研究，比较了专业舞者和非专业舞者的大脑。有了这样的研究，有一种不可避免的可能性，那就是生活方式因素而不是那些感兴趣的因素导致了观察到的差异。此外，专业舞蹈很难与未受过训练的健康老年人相提并论。因此，在目前的研究中，我们认为

由于纵向图像配准中的系统偏差最近成为一个问题，我们在SPM12中使用了一种相对较新的VBM方法。该方法是专门为纵向研究中的分析而开发的[35]。它抵消了不对称处理带来的偏见，在不对称处理中，对象内的图像处理通常将一个时间点与其他时间点区别对待。使用这种新的方法，可以直接比较一种干预与另一种干预(舞蹈与运动)对灰质和白质结构的影响[36]。

如前所述，使用夹心ELISA系统(BDNF DuoSets；R&；D Systems，威斯巴登，德国)测定BDNF血清和血浆水平[40，41]。早上在禁食条件下采集血样。

我们应用了大量的认知测试，调查了注意力(警觉性、Go/Nogo、分散注意力、灵活性)[42]、加工速度(连线测试)[43]、词语流畅性[44]、短期记忆和工作记忆(韦氏记忆量表的前后数字跨度)[45]、言语情景记忆(言语学习和记忆任务)[46]和视觉空间记忆(Rey-Osterrieth-Complex-Figure Test)[47]。

我们使用自行车测功机上的体力工作能力130测试(PWC130)来评估与耐力相关的体能。该测试反映了次极量运动时的心率与运动负荷之间的线性关系，并与最大摄氧量高度相关[48]。

在预处理之前，检查所有结构图像的伪影，并将中心点放置在前连合上。每个受试者的基线和后期测量的T1加权图像被用来进行成对的纵向配准。第二步包括对所有平均图像进行灰质和白质的分割以及脑脊液的分割。为了测量灰质和白质的体积变化，每个受试者的平均图像都被用灰质和白质的3-D分割地图伪装起来。随后，使用Dartel(通过扩展李代数的微分解剖配准)[36]的空间归一化被应用于标准化的MNI空间。使用8 mm半高宽各向同性高斯核对归一化后的分割图像进行平滑。对于每个受试者，都创建了显示灰质和白质体积变化的归一化和平滑图像。因为我们对群体差异特别感兴趣，所以我们只调查了每个个体的平均图像，就像以前的研究一样[37]。对独立样本进行t检验的分组分析比较了两个干预组之间灰质和白质的体积变化。将年龄、性别和颅内体积等协变量纳入分析。计算两组对齐的t-对比度(体育舞蹈；体育舞蹈)。与之前的纵向研究一样[38，39]，我们将p<；0.001(未校正)的阈值应用于整个大脑，灰质和白质的最小簇大小为50体素。

使用SPSS(SPSS22Inc./IBM)对认知和身体数据进行探索性分析。干预效果采用重复测量方差分析，以群体(舞蹈、运动)为被试间因素，时间(前、后)为被试内因素。

为了评估舞蹈组和运动组之间的基线差异，我们使用基于体素的形态计量学分析了灰色和白色物质的体积。两样本t检验显示没有显著的组间差异。两组的灰度值(p=.340)和白质体积(p=.497)基线值相似，没有差异。

干预后，与SG组相比，DG组在多个额叶和颞叶皮质区域，包括扣带回和内侧皮质、左侧辅助运动区、左侧中央前回、左侧额叶内侧回、左侧脑岛、左侧颞上回和左侧中央后回的体积明显增大。图2中的红色区域概述了这些大脑区域。与跳舞的人相比，来自SG的参与者在枕部和小脑区域显示出更大的音量增加。这些区域包括初级视皮层、左侧舌回、右侧梭形回、右侧颞极和小脑右侧叶。图2中的蓝色区域概述了这些大脑区域。对比舞蹈和体育舞蹈的相应MNI坐标和特异值在S2表中列出。

来自DG的参与者显示胼胝体的主干和压部的体积增加更大。在右侧和左侧额叶和右侧顶叶白质中也观察到体积增加。这些区域如图3所示。在右颞叶和右枕叶白质中，SG比舞蹈者表现出更大的体积增加。有关MNI坐标和对比舞蹈>；体育和体育>；舞蹈的具体值的更多信息在S3表中给出。

BDNF血清值无干预作用，舞蹈训练后血浆BDNF值升高。这被时间x群相互作用所证实，其中F(1，35)=4，3；p=0.046；η2=115.。虽然舞蹈组开始时血浆BDNF水平较低，但t检验没有显示基线时组间的显著差异(S4表)。为了排除个体间差异，我们计算了干预后BDNF水平的个体内变化。同样，DG参与者的血浆BDNF水平明显高于SG参与者(图4)。

从图中可以明显看出，与对照组相比，干预组脑源性神经营养因子水平的增加显著增加(Mann-Whitney‘s U-test，p<；0.018)。

我们发现时间对声音提示的警觉性有主效应(F(1，37)=9，48；p=0.004；η2=218)，但没有时间x组交互作用。视觉空间记忆在两次训练后都有改善，表现为即刻(F(1，37)=38，04；p<；.001；η2=，54)和延迟回忆(F(1，37)=28，37；p<；.001；η2=，455)的主效应。然而，没有显著的组间x时间交互作用(所有p值>；0.6)。其他认知功能在两组中都没有改变(所有p值均为0.28)。有关详细信息，请参阅S5、S6和S7表。

经过6个月的训练，两组的有氧能力都有所提高，PWC130测试的时间主效应显著(F(1，32)=11，4；p=0.002；η2=275)。没有出现组内差异。

这项研究考察了需要不断学习新编排的特殊设计的舞蹈训练计划与以重复练习为主的传统运动性健身训练对健康老年人大脑结构和功能的影响。我们使用了一种新的基于体素的形态计量学方法，该方法专为两两纵向分组比较而设计。两组都提高了他们的健康水平。然而，由于没有群体差异，观察到的大脑可塑性差异不能简单地归因于身体健康，而必须反映干预计划的特定组成部分。

一般说来，跳舞比运动控制程序引起更广泛的灰质增加。训练后，舞蹈者的前扣带回、内侧扣带回、左侧辅助运动区、左侧中央前回、左额内侧回、左侧颞上回、左侧岛叶和左侧中央后回的灰质体积均有增加。

前扣带回和额叶内侧回主要与工作记忆有关[49，50]。这些区域也构成了执行功能、认知控制和注意力调节的基础。此外，扣带回也是边缘系统的一部分，负责在长期记忆中存储新信息，以及检索存储的信息[50]。在脑岛中，工作记忆和注意力的网络重叠并有可能相互作用[51，52]。跳舞对注意力和记忆力都有要求。我们的舞蹈节目的目的是通过不断地与新的动作序列对抗，使舞者处于不断的学习过程中。他们必须全神贯注地跟随教练的动作，以便在几个压力条件下保持、恢复和表演编舞。由于流派或舞蹈风格每隔一周就会改变一次，所以不会出现单调的情况。相反，这种方法对注意力和记忆过程提出了很高的要求，特别是工作记忆[53]。这些认知功能通常是与年龄相关的退化的基础，这使得结果在预防潜力方面特别有希望。

舞蹈训练后，运动和体感区域的音量也有所增加。其中包括中央前回和辅助运动区。这些区域在马达系统内具有预处理和执行功能[54，55]。同样，这些区域音量的增加可以归因于舞蹈动作模式的复杂性。同时使用不同的身体部位来配合不同的节奏，可以促进整个身体的协调。此外，音乐节奏的变化导致局部(分段)和全身动作的执行具有动态和时间上的可变性。跳舞也增加了中央后回的体积。在这个区域，躯体感觉纤维结束，它们传递来自本体感觉器官的信息，如神经肌肉纺锤体、关节和肌腱感受器。除了健身项目，我们的舞蹈项目还包括多种舞步和不断变换的平衡和规则转弯。因此，可以假设训练了身体运动知觉以及身体和身体节段在空间中的位置和位置的感知。这种对大脑皮层的反馈(重新传入)是调整和改进运动过程所必需的。

此外，颞上回显示灰质体积增大。

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