加州大学柏克莱分校（University of California, Berkeley）、杜克大学（Duke University）和北卡罗莱纳大学教堂山分校（ University of North Carolina at Chapel Hill）的新研究显示，从事单一球季的高中美式足球就可能足以引起大脑结构的微观变化。
此研究是 11 月《疾病神经生物学》（Neurobiology of Disease）杂志的封面故事，是第一个探究运动如何影响青少年大脑的研究。
研究人员在足球赛季季前和季后，使用一种新型磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技术，扫描 16 名 15~17 岁高中球员的脑部。他们发现大脑前部和后部的灰质（grey matter）结构发生重大变化。灰质是中枢神经系统大量神经元聚集的部位，神经元之间有许多化学突触为通信途径，是处理资讯的地方，容易发生结构变化。所有实验的参与者均戴着头盔，且没有人头部受到构成脑震荡的冲击。
“显然，即使在短时间，重复性的动作也能引起大脑变化。”加州大学柏克莱分校电气工程和计算机科学教授 Chunlei Liu 说。“青少年阶段是大脑还在发育的时期，尚未完全成熟，因此有许多关键的生物发育仍在进行。目前尚不清楚观察到的变化如何影响大脑未来的成熟和发育。”
科学家的隐忧
在头上轻轻敲打一下可能没什么好担心的，但越来越多证据表明，对头颅的重复撞击，像是打曲棍球或美式足球的过程所累积的撞击，或是军事战斗受到的爆炸伤害，都可能导致长期认知下降和增加神经系统疾病的风险，即使这些撞击都不致导致脑震荡。
过去十年间，研究人员发现，数量惊人的退役士兵及职业美式足球运动员，都表现出一种新发现的神经退行性疾病，称为慢性创伤性脑病变（chronic traumatic encephalopathy，CTE），特征是大脑会累积致病性的 tau 蛋白。虽然目前还未彻底理解此病，但知道的是 CTE 会导致情绪障碍、认知能力下降，最终让患者有移动障碍。CTE 的明确诊断只能透过验尸时检查大脑 tau 蛋白进行。
这些发现引发对重复撞击头部是否会对青少年造成脑损伤，以及是否有机会早期察觉这些变化的隐忧。
“有很多新出现的证据表明，参加冲撞性高的运动项目可造成大脑改变，分子层级上，我们可观察到与帕金森氏症（Parkinson’s disease）、失智症（dementia）等神经退行性疾病相关的致病蛋白积累。”Liu 表示。“我们想知道致病蛋白的积累何时开始？这种情况发生的时间有多早？”
大脑的白质与灰质
大脑由白质与灰质构成，白质负责在不同大脑区域之间来回传递讯息，灰质是神经元紧密聚集的部位，使大脑产生特有的皱纹。最近的磁共振成像表明，打一两季高中足球会削弱主要存于大脑内部的白质。Liu 和团队想知道重复的头部撞击是否也会影响大脑灰质。
研究人员使用称为扩散峰度磁振造影技术（diffusion kurtosis imaging，DKI）的新型 MRI 来检查构成灰质的复杂神经缠结。他们发现，足球赛季结束后，球员大脑灰质组织发生了变化，这些变化与安装在球员头盔内的加速度感测器（accelerometer）测得的头部撞击次数和位置有关。
这些变化集中在大脑皮层的前部和后部，也就是负责记忆、注意力和认知的部位，也发生于中心位置的视丘（thalamus）和壳核（putamen），它们负责传递感觉讯息和协调肢体运动。
▲ 磁共振成像（MRI）脑部扫描显示，单一球季高中足球比赛就可以引起年轻球员大脑灰质的微观变化。 这些变化位于大脑的前部和后部，也就是最容易发生撞击的部位，也可能发生在大脑深处。（Source：加州大学柏克莱分校）
“虽然我们的研究还未观察到该变化导致的后果，但有新的证据表明这种变化长期之下有害。”Liu 说。
研究人员表示，学生的认知功能在整个赛季并未发生明显变化，目前尚不清楚大脑这些变化是否为永久性。
“年轻球员的大脑微观结构仍在迅速发展，这可能会抵销头部撞击造成的变化。”加州大学柏克莱分校电子工程与计算机科学系博士后研究员、也是该研究的第一作者 Nan-Ji Gong 表示。
然而，研究人员仍然提醒从事冲撞运动的青少年要小心谨慎，需监测自己的大脑结构和认知能力。
“考虑到美式足球和其他能影响大脑的运动在青少年间如此普及，我认为探究在什么年龄之后大脑最能承担这些后果，相当重要且合理。”Liu 说。
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（首图来源：Flickr/K.M. Klemencic CC BY 2.0）
