運動如何改造我們的大腦，換句話說，運動是怎麼改造我們大腦的？
提出這個問題的前提是，你已接受或者至少是認識到運動是可以改造大腦的。想要回答清楚這個問題，我們可以先看一下，運動與我們大腦的關係。
我們一直在運動
我們人類走了很久，也走了很遠。當我們祖先所居住的熱帶雨林開始不斷萎縮，當地的糧食供應不足時，他們被迫開始了四處遷徙，去尋找更多的綠色植物，去採摘更多的野果，那時的他們和其他動物沒什麼兩樣，都是靠天喫飯，腦袋沒有像我們現在這麼智慧，四肢並沒有比其他動物發達。可以說在當時的生物界裏，並不是很出色。就像在《讓大腦自由》裏描述的，我們的祖先們並沒有在三維樹木環境中爬上爬下的大量複雜技巧，面對着越來越乾旱的氣候，只能開始在乾旱的二維大草原上走來走去尋找食物。
據著名人類學家理查德·蘭厄姆（Richard Wrangham）解釋，那時候成年男子每天大約走10～20千米，婦女則走大約一半的距離。
人類祖先在不斷運動過程中面臨着很多問題，有時可能是食物短缺問題，有時可能是生死存亡問題，可以說我們的大腦就是在不斷解決這些問題的過程中得到了進化的。
“科學家估計，當時人類每天活動覆蓋的地面距離爲12英里，這意味着我們神奇的大腦是在人類不斷解決問題的過程中，而不是在懶洋洋地躺着的過程中進化的。” --約翰·梅迪納《讓大腦自由》
在《人類簡史》中，我們知道大約在200萬年前，我們的直接祖先——智人，開始了以每年25英里左右的速度向外遷徙，以擴大領地範圍。大約10萬年前他們已經出現在東非，大約在7萬年前智人開始從非洲出擊，遷移到其他地區，不久他們的領地就到了歐洲和東亞，大約在45000年前，我們的祖先抵達了從未有人類居住的澳大利亞大陸，大約在1.2萬年前到達阿根廷。
我們的祖先–智人，在完全沒有地圖以及工具的幫助下，穿越了河流、沙漠、叢林、山脈；在沒有輪子、冶金技術的條件下造出了遠洋航行的船隻，然後利用最原始的導航技能，一路顛簸穿越了太平洋。考慮到我們祖先當時的生產力和生產工具以及當時居住的環境，可以說這可是一個非常了不起的壯舉。
我們難以想象在這一路上，他們遇到了多少新奇事物，遭受了多少傷害，經歷了各種奇怪的疾病，這一路他們沒有其他特殊的工具來幫他們走出舊的家園，走向新的領地，只能靠走或跑—運動。
我們有理由相信，我們人類的大腦的進化就是發生在人類的不斷運動中。
“鑑於在整個動物界中人類相對柔弱的特點(我們甚至沒有足夠的體毛來抵禦夜晚輕度的寒冷), 這些數據告訴我們, 人類是以極高的身體形態成長起來的，否則我們根本就存活不下來。這些數據還告訴我們，人類的大腦，在永恆的運動中成爲世界上最強大的大腦。” --約翰·梅迪納《讓大腦自由》
運動爲什麼能改造大腦
在介紹運動爲什麼可以改造大腦前，我們先介紹一項來自美國加州教育部(CDE)的研究。CDE把學習成果的標準考試分數和體能測試（Fitness Gram）記錄[插圖]分數關聯在一起。體能測試包括六個方面：有氧能力、人體脂肪比重、腹部的力量與耐力、軀幹的力量和柔韌性、上身的力量以及整體柔韌性。如果學生某一方面達到最低要求，就能獲得1分。因此體能測試的滿分爲6分。值得注意的是，它並不是評估一個學生的體能程度如何，而只是看他在每個方面是否符合要求。換而言之，這是一個及格與不及格的測試。
在過去五年，CDE的調研結果表明，體能成績好的學生考試成績也同樣好。
精神生理學家查爾斯·希爾曼（CharlesHillman）對216名3~5年級學生進行了一次個人版本的CDE研究，結果同樣發現體能和學習之間的關聯性，而且發現體重指數和有氧健身間與學習成績的關聯關係尤爲明顯。
在認知能力測試中，學生戴着一個嵌有電極的類似泳帽的東西(腦電帽)，帽子上面的電極用來測定腦電波活動。腦電圖（EEG）顯示，體能好的學生大腦更活躍。這一結果表明，在完成一項指定的任務時，我們的大腦會讓更多神經元參與到注意力上來。
上述的實驗和結果來自於《運動改造大腦》。
我們的大腦由1000億個類型各異的神經元(神經細胞)組成，神經元之間的信息傳遞是通過數百種不同類型的化學物質來完成的，神經元之間通過傳遞信息來控制我們每個人的思想和行爲。
我們大腦中神經元的信息傳遞有着一套自己的工作機制，它們靠着這套機制，不停的將電信號從神經元的軸突傳到到突觸，然後通過神經遞質穿過神經元間隙，傳遞到下一個神經元的樹突。
“神經元的工作機制是:一種電信號沿着一個神經元向外伸展的分支—軸突(axon)，一直傳導到達突觸。在那裏，一種神經遞質攜帶化學信號穿過突觸間隙。另一端，在下一個神經元的樹突(dendrite)或接收分支上，神經遞質與那裏的特異性受體相結合，就像一把鑰匙插進一把鎖，由此打開了這個神經元細胞膜上的通道，並將這種信號轉化爲電流。如果這個神經元接收的電流負荷累計超過一定的閾值，那麼它會發射出一束神經衝動信號，並沿着自己的軸突傳導出去，重複上述整個過程。”
–約翰·梅迪納《讓大腦自由》
常見的神經遞質包括：
穀氨酸鹽（glutamate）刺激神經衝動，開始一連串的信號傳導；γ氨基丁酸（GABA）則抑制衝動。
血清素（serotonin），一種抑制性神經遞質，最早於血清中發現，在腦皮層質及神經突觸內含量很高。血清素能增強記憶力，保護神經元免受“興奮神經毒素”的損害。
去甲腎上腺素是一種神經遞質，科學家認爲它會增強那些影響注意力、認知力、動機以及覺醒狀態的信號。
多巴胺被視爲是影響學習能力、獎勵系統（滿足感）、注意力和運動的神經遞質，有時候它在大腦的不同部位會起到截然相反的作用。哌甲酯（Methylphenidate）（又叫利他林[Ritalin]）通過增加有鎮靜作用的多巴胺，來減輕注意力缺陷多動障礙（ADHD）。
— 約翰·瑞迪（John Ratey）、埃裏克·哈格曼《運動改造大腦》
在《運動改造大腦》中，作者舉了一個例子，長跑1600米與服用極小劑量的百憂解(一種血清素藥物)和極小劑量的利他林(通過增加有鎮靜作用的多巴胺，來減輕注意力缺陷多動障礙（ADHD）)的效果一樣，這可以說明，運動也像這類藥物一樣可以提高神經遞質的水平。換句話說，運動可以使大腦中的神經遞質和其他化學物質之間達到平衡。
還有一類被泛稱爲因子的蛋白質家族的分子像神經遞質一樣，改變着神經細胞之前的互相聯繫，比如腦源性神經營養因子(brain derived neurotrophic factor，簡稱BDNF)。神經遞質執行信息傳遞，而像BDNF這樣的神經營養物質則建立和保養神經細胞迴路，即大腦自身的基本結構。
BDNF和運動產生同步變化，也就是運動可以增加BDNF水平。
加州大學歐文分校（Universityof California, Irvine）腦部衰老與老年癡呆研究所（Institutefor Brain Aging and Dementia）主任卡爾·科特曼（Karl Cotman）設計了一項實驗。
在這項實驗裏，實驗動物–老鼠被分成四組：一組跑兩個晚上，另外兩組分別跑四個晚上和七個晚上，還有一組是不參與轉輪跑步的對照組。實驗中，研究者先給老鼠注入一種能與大腦內BDNF相結合的分子，再對它們進行掃描，結果發現，運動組老鼠大腦內BDNF增加幅度超過對照組，而且每隻老鼠跑得越久，大腦內的BDNF水平就越高。
而其他科學家比如艾羅·卡斯特倫和哥倫比亞大學坎德爾實驗室的蘇珊·帕特森（Susan Patterson）共同發現，通過讓老鼠學習刺激長時程增強效應（LTP），它們腦內BDNF水平就會相應提高。研究者觀察老鼠的大腦，發現缺乏BDNF的老鼠失去了LTP的能力；反之，直接把BDNF注射到老鼠大腦內，則能促進LTP。神經外科學家戈麥斯·皮尼利亞（Gomez Pinilla）證實，如果讓老鼠大腦內的BDNF無法正常工作，那麼水池中的老鼠就難以找到水下暗藏的平臺而逃脫。
這些實驗的結論爲“運動有助於大腦學習”提供了可靠證據。
換句話說這些實驗證實了運動有助於提高BDNF的水平，而BDNF不僅對神經細胞的存活很重要，而且對神經細胞的生長（發出新的分支）也很重要。
所以科特曼總結“運動最顯著的一個特徵是，它能提高學習效率”。
當我們明白了運動有助於改造我們大腦的來龍去脈後，我們下一步要做的是什麼呢？
當然是行動起來啦—疫情在家，拒絕躺牀，開始運動！