儘管經常有報道稱 регулярные 鍛鍊有益於成人大腦，但對於學齡兒童來說，“頭腦簡單，四肢發達”的觀念仍然存在。明星四分衛與數學競賽冠軍形成鮮明對比。畢竟，這兩種型別似乎需要截然不同的才能：體能與智力。讓孩子們跑來跑去或扔球，充其量似乎與真正的學習工作無關，往壞處說，還會分散注意力。
家長、教師和教育政策制定者將體育運動與學術研究對立起來，即使他們宣揚鍛鍊是肥胖和不良健康的解藥。從學前班開始，教師就鼓勵孩子們靜坐而不是跑動。許多學校削減了體育課，以便為語數外騰出空間。當學生在標準化考試中的成績對家長、政治家或教育系統中的其他利益相關者變得至關重要時，教育工作者可能會感到壓力，引導學生走向學術追求，遠離體育運動。
但越來越多的證據強烈表明，這種想法是錯誤的。花時間在戶外玩耍或參加運動隊可以幫助孩子們集中注意力，提高他們在課堂上的表現。最近的研究已將學生的認知能力與身體素質指標聯絡起來，例如有氧能力——心臟、肺和血管應對劇烈運動的能力——以及身體質量指數 (BMI)，這是一個將體重與身高聯絡起來的指標。更重要的是，讓孩子們參加鍛鍊計劃似乎有助於他們在學業上取得優異成績。研究人員還在揭示鍛鍊如何透過促進腦細胞之間新連線的形成來擴充套件思維。
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從敏捷到能力
在成年人中， регулярные 有氧運動與智力能力的提高有關，並且隨著時間的推移，認知能力下降的速度較慢，痴呆症的風險降低 [參見 Christopher Hertzog、Arthur F. Kramer、Robert S. Wilson 和 Ulman Lindenberger 合著的“健康的身體，健康的心靈？”；大眾科學·思維，2009 年 7 月/8 月]。發展心理學家長期以來一直認為，在幼兒中，身體發育與智力發育之間存在聯絡。在生命早期，敏捷性帶來能力：透過操作電燈開關和拉鍊等物體，兩到五歲的兒童會發展出現實世界的知識庫。例如，一個用積木搭建或使用簡單工具的孩子會獲得有關物理基本定律的經驗：當積木堆放歪斜時，她瞭解到，她的塔會倒塌；如果他鬆開錘子，他就會發現，它會瘀傷他的腳。
但是，儘管操作玩具和工具的認知益處是眾所周知的，但直到過去十年，科學家們才開始揭示更劇烈的體育活動與兒童智力之間的聯絡。2008 年，伊利諾伊大學的心理學家查爾斯·H·希爾曼和他的同事們檢查了 20 世紀 90 年代以來有關鍛鍊和認知的研究結果。他們的綜述包括大約十幾項針對兒童和青少年的調查，其中大多數調查顯示，更高的有氧健身水平（但不是肌肉力量或柔韌性）與標準化考試和學校的更好表現相關。換句話說，年輕人身體越健康，他就越有可能取得好成績——這種聯絡從小學一直延續到大學。
例如，在 2007 年，同樣在伊利諾伊大學的教育研究員達拉·M·卡斯特利領導的一個團隊透過測量每個孩子的 BMI 並給他們每個人進行跑步測試和肌肉力量測試來評估 259 名三年級和五年級學生的身體素質。研究人員發現，孩子在數學和閱讀測試中的平均表現與他們的有氧能力直接相關，即他們可以跑的距離。
為了加強身體素質和學業素質之間的聯絡，瑞典哥德堡大學的神經科學家漢斯-喬格·庫恩和他的同事們最近發現了年輕人的有氧能力與智商之間的關係。在 2009 年 11 月發表的一項研究中，科學家們回顧了超過一百萬名男性在 18 歲參軍時參加的體能和智力測試的成績。結果再次表明，心血管健康（但不是肌肉力量）與整體智力相關。在仔細查閱其他國家資料庫後，研究人員發現，18 歲時身體健康與日後更高的學業成就相關。
2010 年 5 月，加州大學洛杉磯分校的生理學家克里斯蒂安·羅伯茨和他的同事們報告了更多支援有氧運動和學業成功齊頭並進的觀點的證據。研究人員透過計時他們在加利福尼亞州學校就讀的 1,989 名五年級、七年級和九年級學生跑（或走）一英里的速度並測量他們的 BMI 來測試他們的運動能力；然後，研究人員將這些體能指標與學生的標準化考試成績相關聯。他們發現，跑步/步行時間超過加利福尼亞州標準或 BMI 高於國家指導方針的學生，在數學、閱讀和語言測試中的得分低於身體素質較高的學生，即使在父母教育背景相似的孩子中也是如此。
閱讀、寫作和橄欖球
無論身體素質和學業成績之間的相關性有多強，它們並不一定意味著鍛鍊會導致認知能力的提高。它們可能只是表明，鼓勵孩子鍛鍊的父母也是在學業上鞭策孩子的父母。擁有參與度高的父母，而不是運動能力，可以解釋這些孩子的學業能力。
為了確定鍛鍊是否對推理能力有直接影響，研究人員進行了所謂的干預研究，他們在兒童的日常生活中增加體育運動，並評估其對學習、記憶和注意力能力的影響。許多此類研究表明，額外的體育鍛煉可以提高考試成績和學校表現。2008 年，佐治亞大學的運動機能學家菲利普·D·湯波羅夫斯基和他的同事們調查了 12 個研究小組的結果，這些研究小組招募了學童參加持續 20 天到 6 個月的鍛鍊計劃。湯波羅夫斯基的團隊得出結論，讓孩子們多動可以提高智力，增強創造力和計劃能力，並提高數學和閱讀能力（基於這些特徵和技能的標準衡量標準）。
在 2008 年對 17 項研究（其中 7 項涉及讓孩子們多鍛鍊）的綜述中，魁北克大學的健康科學家弗朗索瓦·特魯多和多倫多大學的羅伊·J·謝潑德得出結論，在學校課程中每天預留最多一小時的體育活動不會影響學業成績。相反，他們指出，儘管更多的鍛鍊會佔用閱讀、寫作和算術的時間，但通常會提高學校的表現。
一些研究人員認為，鍛鍊可能主要透過提高一組特定的認知功能來有益於學業表現。其中許多功能屬於執行功能範疇，即計劃和指導行動的能力。在課堂環境中，執行技能可以幫助學生集中注意力，決定何時做筆記或提問，並組織他們的家庭作業。參加體育運動也被認為可以擴充套件工作記憶——在頭腦中保持數字和單詞等專案足夠長的時間以進行心理操作的能力。研究表明，鍛鍊對感知技能（如物體識別、語言流利度和視覺化和心理操作物體或空間的能力）的影響較小，或者在某些情況下根本沒有影響。
孩子們可能必須跨越一定的努力門檻，然後才能從鍛鍊中獲得認知益處。例如，在 2007 年，同樣在佐治亞州的臨床健康心理學家凱瑟琳·L·戴維斯與湯波羅夫斯基及其同事一起，隨機分配了 94 名年齡在 7 歲至 11 歲之間的超重兒童，讓他們每週五天不進行鍛鍊、鍛鍊 20 分鐘或鍛鍊 40 分鐘的有氧運動，例如跑步和跳繩。在這個計劃進行 15 周之前和之後，孩子們參加了一項標準化測試，該測試衡量他們計劃、集中注意力和處理資訊的能力。參加 40 分鐘計劃的孩子在計劃部分有了顯著提高，但分配到 20 分鐘鍛鍊的孩子——與那些被要求什麼都不做的孩子一樣——在任何測量方面都沒有提高。
科學家們尚不清楚多少和哪種有氧運動——團隊運動、跑步或騎腳踏車——對智力發展的影響最大。研究在他們衡量或要求的運動型別上差異很大，並且可能是任何讓心臟跳動的活動都符合條件。在某些情況下——那些涉及有組織的運動的情況下——練習團隊合作和比賽策略可能解釋了鍛鍊對執行功能的一些影響。一般來說，在身體和認知方面都處於表現量表低端的孩子比那些在課堂和體育館都相當有能力的孩子更有機會從鍛鍊中受益。
除了 регулярные 鍛鍊外，短暫的運動也可以提高孩子們的注意力。2006 年，東卡羅來納大學的教育研究員馬修·T·馬哈爾和他的同事們報告說，他們給 243 名北卡羅來納州三年級和四年級學生每天在學校進行 10 到 20 分鐘的活動休息。老師們要求孩子們站起來玩涉及拍手、跳躍、跺腳或其他動作的活力遊戲。訓練有素的評估員在這些練習開始前、期間和結束後觀察了孩子們，持續了 4 到 8 周，測量了他們的在任務行為——注意老師、參與課堂討論等等。研究人員發現，透過參加該計劃，孩子們在學術指導期間保持在任務狀態的時間平均比以前增加了 8%。最容易分心的學生的注意力持續時間提高了 20%。因此，不僅身體素質的持久變化可以提高表現，而且僅僅讓孩子們在學日期間有機會活動一下就可以提高他們的學習能力。
大腦構建鍛鍊
儘管科學家們仍然不完全清楚為什麼鍛鍊有益於大腦，但動物研究暗示，體育活動可能會促進大腦區域神經元的生長，這些區域對記憶和執行功能很重要。早在 20 世紀 70 年代的研究就表明，在配有玩具、樹枝攀爬和其他物體以刺激其身體和智力的大籠子裡飼養的老鼠，比在狹小、空曠的籠子裡飼養的動物發育出更厚的大腦皮層，大腦皮層是處理高階推理和決策（以及許多其他功能）的大腦區域。與在狹小、空曠的籠子裡飼養的動物相比，這些表現出大腦變化的老鼠在記憶任務中表現更好。然而，這些研究中的齧齒動物受益於身體消耗和精神刺激，因此尚不清楚哪種因素促成了認知變化——或者是否兩種因素都促成了認知變化。
最近，科學家們開始發現可能促進精神健康改善的特定腦化學物質。巴爾的摩國家老齡研究所的神經科學家亨麗埃特·範·普拉格和她的同事們以及其他研究團隊發現，鍛鍊會增加關鍵蛋白質的量，這些蛋白質有助於構建小鼠大腦學習和記憶的基礎設施。這些分子包括血管內皮生長因子 (VEGF)，它為血管生長提供燃料；以及腦源性神經營養因子 (BDNF)，它促進稱為軸突的神經元長延伸的發展，軸突將一個細胞連線到下一個細胞。這種生物學結構可以建立或加強交換和處理資訊的大型腦網路。
具體來說，體育活動可能會促使海馬體中稱為齒狀回的部分進行構建。海馬體通常被比作大腦中的一個交換機，它為記憶服務，將思想聯絡在一起，使其留在腦海中 [參見安東尼·格林的“建立聯絡”；大眾科學·思維，2010 年 7 月/8 月]。在 2008 年發表的一項研究中，上海大學的神經生物學家樓書傑和他的同事們透過讓五週大的幼鼠在其籠子裡的滾輪上奔跑來訓練它們。（一隻健康的老鼠每天可以輕鬆跑幾英里。）一週後，這些老鼠齒狀回中的腦細胞比未奔跑的齧齒動物的相應腦區域含有更高水平的 VEGF、BDNF 和其他促進神經元生長的分子。然而，過度跑步被證明會適得其反：在一週每天滾輪旋轉數小時後，海馬體中神經生長因子的濃度下降。因此，與更溫和的體育活動相比，極端形式的鍛鍊可能在智力上刺激性較小。
一些證據表明，在人類的有氧運動後，神經生長因子也會升高。2008 年，香港大學的精神病學家辛迪·勞和她的同事們發現，一次 15 分鐘的踏步運動增加了 16 名志願者的血清 BDNF 水平。（這些水平通常在神經元生長和重建也受到阻礙的抑鬱症等精神綜合徵中降低，這表明血清水平與大腦中的水平相對應。）然而，就像在老鼠身上一樣，大量的劇烈運動可能會產生相反的效果。在 2008 年的另一項小型研究中，日本九州大學的流行病學家熊谷修三和他的同事們記錄了 12 名每週進行超過 16 小時的距離跑或網球等活動超過三年的人與 14 名久坐不動的人相比，BDNF 濃度降低。
當然，並非每個孩子都能成為明星運動員，為了在學校取得成功，許多孩子必須選擇做作業而不是在院子裡跑幾個小時。但是，家長應該鼓勵孩子們在他們忙碌的一天中擠出一些時間進行鍛鍊。教育工作者應該認識到，體育教育不僅是為了鍛鍊身體，也是為了構建大腦，應該將其置於課程的中心位置。如果老師們希望他們的學生集中注意力，他們應該考慮讓孩子們在學日期間 регулярные 跳躍、跺腳和彎曲身體。大多數孩子天生就喜歡運動，所以所有成年人要做的就是讓開路。