儿童学习的大秘密：执行功能发展和神经发育相关营养素
重要提示：
母亲和婴儿在生命初期1000天内的最佳营养是其终生健康的基础。
我们坚信母乳喂养是婴儿最好的喂养方式。母乳为婴儿提供了理想、均衡的饮食并可以保护宝宝防止疾病。
孕期和产后的健康饮食有助于建立孕期健康所需的营养储备，准备并维持母乳喂养。
要改变不母乳喂养的决定是很困难的，而且会带来社会和经济上的影响。不必要的增加部分奶瓶喂养或添加其它食品和饮料，会对母乳喂养带来不良影响。
如果母亲选择不母乳喂养，重要的是传达上述信息并提供正确的冲调方法指导，强调未经煮沸的水、未经消毒的奶瓶或不恰当的浓度，会导致婴儿生病。
执行功能（EF，Executive Function）是指一种以目标为导向的自上而下的神经认知过程1。简单来说就是将思想付诸行动的能力。执行功能包含3个核心要点：抑制性控制，工作记忆，以及认知灵活性。
执行功能在儿童的行为，认知，情绪控制，和社交技巧等诸多方面起着重要的作用。引人注目的是，执行功能能够用以预测学龄期儿童的学习成绩。一项纳入85名一年级学生的横断面研究发现，工作记忆与数学成绩存在正相关性（p<0.01）。另外，工作记忆和抑制性控制都有助于阅读/写作成绩（p<0.01, p<0.05）2。另一项纳入18项研究的meta分析表明，认知灵活性与数学成绩和阅读成绩显著相关（p<0.01）3。因此，研究执行功能如何发展，以及其发展过程中影响因素是非常有必要的。下面跟随我们一起来探寻儿童学习的秘密吧。
01
神经系统发展过程
与执行功能发展紧密相关
执行功能的发展可以从儿童早期一直延续到青少年时期。这一过程与大脑神经结构和额叶神经网络的发展成熟密不可分。大脑额叶大量参与“高阶”执行功能的控制和协调，包括计划，发展部署，问题解决，和专注力等1，这是因为与大脑的其他区域相比，额叶区域的神经连接非常丰富。当然，执行功能的实施不仅仅依靠前额区域，还取决于前额与其他大脑区域的结构性和功能性连接程度。整个儿童时期，与执行功能发展相关的大脑神经发展进程包括：髓鞘化，突触形成和突触修剪。
图1：髓鞘化、突触形成、突触修剪示意图4
02
儿童时期执行功能发展的影响因素
由于执行功能的发展与大脑神经发展密切相关，而大脑神经发展受到多种环境因素的影响。其中，营养支持是最容易被干预的一项因素。大脑神经发展是一个非常消耗能量的过程，例如髓鞘化的发展和维持需要涉及到脂质，蛋白质，以及多种微量元素的营养支持5。其中涉及关键营养素包括：铁，ω-3多不饱和脂肪酸（ω-3PUFAs），锌，碘，维生素B12和叶酸，复合微量元素补充剂。
铁
相关机制：铁是髓鞘形成和突触形成所必需的重要营养素。另外，铁还支持其他神经生理过程，包括神经递质合成，细胞分裂和氧化代谢。一项动物模型研究显示，生命早期发生缺铁性贫血会降低蛋白脂质蛋白和髓鞘碱性蛋白，两者是髓鞘形成的关键物质。另外，铁缺乏可能会改变多巴胺能神经传递，后者在执行功能的发展中起到重要作用1。
研究进展：幼儿期铁缺乏对学龄儿童执行功能发展的有害作用似乎已经确立。一项印度随机对照（RCT）研究发现，与安慰剂组相比，对12-16岁青春期儿童进行为期6个月的铁强化营养干预，能够提高其执行功能表现6。此外，一项随访长达10年的研究发现，儿童早期患有缺铁性贫血与反应时间迟缓和抑制性控制能力较差有关1。另一项随访长达19年的研究结果也表明，缺铁性贫血患儿的工作记忆，计划，和抑制性控制等执行功能相关测试表现较差1。
图2：进行铁强化珍珠稷干预6个月后，干预组和对照组
在go/no-go快速反应分类任务中的表现差异（p<0.01）6
ω-3PUFAs
相关机制：ω-3PUFAs是脑部发育的必需膳食营养素，其在髓鞘化，突触形成，以及神经元细胞膜完整性等方面发挥核心作用。大脑中含有大量脂类物质，而中枢神经系统的正常运作高度依赖于细胞膜中独特的脂类成分维持。其中DHA是中枢神经系统中数量最多的ω-3多不饱和脂肪酸，其可调节突触膜的流动性，通透性和粘度以及调节神经递质传递，基因表达和酶活性等。所有这些功能均与维持突触功能和神经元存活的信号通路的激活密切相关1。在大脑皮层灰质中，含有DHA的磷脂占比高达30%-40%。
研究进展：多项观察性研究发现ω-3PUFAs水平与儿童执行功能发展相关。一项纳入307例儿童的横断面研究结果表明，通过DCCS测试（反应儿童执行功能的标准测试）的儿童体内DHA水平显著高于未通过测试的儿童（p<0.048）7。另一项横断面研究发现，ω-3PUFAs摄入量较高以及膳食中ω-6与ω-3比例偏低的儿童的空间规划相关能力测试的表现更好（p<0.05）8。但是，大部分RCT研究结果并不支持上述观点。仅有一篇RCT研究发现ω-3PUFAs补充剂有助于学龄期儿童多种认知功能发展，包括推理，工作记忆，以及抑制性控制等9。
图3：DCCS测试通过组和失败组中全血DHA水平差异（p<0.048）7
锌
相关机制：锌在大脑神经发展中扮演重要角色，包括神经发生，神经元迁移，突触形成和神经递质调节，以及在基因表达，DNA转录和翻译以及蛋白质合成中均发挥重要作用1。
研究进展：目前有关于锌补充对儿童执行功能表现的研究较少。一项在中国开展的RCT研究发现，锌+其他复合微量元素补充剂能够显著提高学龄期儿童的专注力，抑制性控制，概念提取和推理多项执行功能相关能力表现10。另外，一项横断面研究结果也表明，血液中锌的水平与瑞文推理测验（用以评估新概念提取和抽象思想的能力）的良好成绩存在相关性11。
图4：瑞文推理测验表现与血浆锌浓度的关系（p<0.05）11
碘
相关机制：碘是甲状腺激素，甲状腺素和三碘甲状腺素合成必需的营养素。尽管对于甲状腺相关激素影响大脑功能的精确作用机制了解甚少，但已知它们会影响髓鞘形成，突触形成，突触可塑性，细胞迁移和分化，树突结构和转录调控等过程1。
研究进展：妊娠期和婴儿早期碘摄入与大脑神经发展的关系已经确立，然而碘与学龄期儿童执行功能的相关性研究较为缺乏。多数研究仍然集中在碘缺乏与儿童智商的相关性。一项在碘缺乏儿童中开展的RCT研究，在每天服用400毫克碘化油，连续服用24周后，干预组的瑞文推理测验成绩明显高于干预前的成绩（p<0.0001），并且明显高于安慰剂组（p<0.0001）12。另一项在新西兰开展的RCT研究同样表明，在干预组进行碘补充剂干预28周后，推理能力测试成绩明显优于干预前和安慰剂组（p<0.05）13。
图5：进行400毫克口服碘化油干预24周后，干预组和对照组在瑞文推理测验中的表现差异（p<0.0001）12
维生素B12和叶酸
相关机制：维生素B12和叶酸在大脑发展中起到重要作用，并且两者在代谢过程中存在相互作用。维生素B12和叶酸缺乏会扰乱髓鞘化进程，并且引发炎症。并且，由于在脂代谢中的关键作用，维生素B12缺乏还会导致神经纤维变性和不可逆的脑损伤。除此之外，维生素B也是合成神经递质酶的辅助因子，因此会影响整个儿童时期和青春期的认知功能1。
研究进展：多项观察性研究结果表明维生素B12和叶酸与学龄期认知功能存在相关性。一项纳入5365例儿童和青少年的横断面研究显示，血液中叶酸水平与复杂认知表现存在正相关性14。一项在瑞士开展的横断面研究结果也表明叶酸摄入量与学习成绩存在正相关性。此外，一项在荷兰开展的横断面研究，旨在观察儿童时期素食饮食习惯对青春期认知功能影响，研究结果发现，维生素B12缺乏会影响瑞文推理测验成绩15。
图6：区块设计测试表现与血浆叶酸浓度的关系（p<0.05）14
小结
执行功能对于儿童在学校和今后的人生中收获成功起着至关重要的作用。而学龄期是执行功能相关大脑结构成熟进程的干预机遇期。营养是影响执行功能以及大脑神经发展的重要因素之一，特别是具有神经生理作用的关键营养素。基于目前的证据表明，铁，ω-3PUFAs，锌，碘，维生素B12和叶酸等营养素与大脑神经发展密切相关，且与学龄期儿童执行功能发展存在正相关的趋势关系。鉴于目前所积累证据的数量和质量依然有限，期望后续能够开展纳入人群更广，研究设计更加完善的RCT研究以夯实目前所得结论。
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