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1995年，当时我正在为自己的新书《大脑使用指南》（ A User's Guide to the Brain ）收集资料，碰巧发现《自然》杂志上有一篇关于“老鼠运动和BDNF”的论文。尽管篇幅还没有一篇专栏文章长，但它说明了一切，即运动使整个大脑的优质营养肥料变多了。
这个研究的设计者卡尔·科特曼（Karl Cotman）是加州大学欧文分校脑部衰老与老年痴呆研究所负责人。“我原以为运动皮质、小脑、感觉皮质这些大脑的运动感觉区域会发生较大的变化，或许连基底核都会略有变化，因为它们都与运动有关，”他回忆说，“可是当我们冲洗出首批脑成像胶片时，变化却出现在海马中。这个重要发现的意义在于，海马是大脑中极易受到退行性疾病影响但又是学习必需的区域。在我看来，那一瞬间彻底改变了整个游戏规则。”
这个消息绝对出乎我的意料。根据多年来从很多患者身上看到及了解到的运动对神经递质的影响，我始终对外提倡利用运动治疗ADHD和其他心理疾病。但这项研究有所不同，通过证明运动激活学习过程的主控分子，科特曼确定了运动和认知功能之间存在一个直接的生物学联系。这样，科特曼开拓了通往神经科学—运动学研究的道路。
科特曼是在BDNF准确位置被发现不久之后进行这项研究的，当时并没有证据显示BDNF与运动有任何关系。此后不久，科特曼指导了这项研究，而他的假说完全是一种新的创举。他刚完成一项关于老化的长期研究，想要弄清那些保持头脑最佳状态的人是否有什么相似之处。4年时间里，通过对认知功能衰退极少的人进行研究，科特曼发现了3个因素：教育、自我效能（self-efficacy）
和运动。前两者并不怎么令人惊讶，让科特曼好奇的是最后一个因素。“我开始想，到底发生了什么呢？”他说，“原先的假设是，运动对大脑没有影响。但我猜想，在某种程度上它必定和大脑有关系。”
假如那时候你问是什么可变因素构成了整个大脑健康的基础，那么大多数科学家可能会回答是BDNF。科特曼说，“因为它们在某种程度上家喻户晓”，每个人都知道它们可以帮助培养皿中的神经元活得更长。虽然变化有点儿太快，但如果科特曼把运动和BDNF联系到一起，那么对于“为什么在老化研究中发现了运动因素”，至少他会有一个貌似合理的解释。
科特曼设计了一个实验，测量运动中的老鼠大脑BDNF水平的前提是它们是自愿运动的。如果强迫老鼠在跑步机上跑步的话，他担心同行可能会认为实验结果源于老鼠所承受的压力。不过这不是问题：他可以利用转轮。从这点看这个研究领域是全新的，光是寻找让学校审核用于实验的老鼠设备，就够痛苦的——科特曼必须为这些可能符合实验协议的不锈钢转轮付出每个1 000美元的费用。“我记得自己一边签购货单一边想，真是麻烦啊！我只希望它不会失灵。”他开玩笑道。最糟糕的是，科特曼所有的博士后研究生都不愿意参与这项研究，所以在找到一个物理治疗法专业并喜欢这个实验构想的学生之前，科特曼只得请硕士研究生来进行实验。
与人类不同，啮齿目动物似乎生来就喜欢运动，科特曼的老鼠一个晚上能跑几千米。老鼠被分成四组：一组跑两个晚上，另外两组分别跑四个晚上和七个晚上，还有一组是不参与转轮跑步的对照组。实验中，研究者先给老鼠注入一种能与大脑内BDNF相结合的分子，再对它们进行脑扫描，结果发现，运动组老鼠大脑内BDNF增加幅度超过对照组，而且每只老鼠跑得越久，大脑内的BDNF水平就越高。当科特曼看到这些结果——海马上出现BDNF陡增时，他简直难以相信。“我当时说，‘不，伙计们，我们肯定出错了！海马活跃性增强了。我们必须重新做这个实验，这太不可思议了。’”之后，他们重做了这个实验，但还是得到了同样的结果。
BDNF和运动产生同步变化的事实，逐渐证明了BDNF不仅对神经细胞的存活很重要，而且对神经细胞的生长（发出新的分支）也很重要，因此它对学习也很重要。艾罗·卡斯特伦和哥伦比亚大学坎德尔实验室的苏珊·帕特森（Susan Patterson）共同发现，通过让老鼠学习刺激长时程增强效应，它们脑内的BDNF水平就会相应提高。研究者观察老鼠的大脑，发现缺乏BDNF的老鼠失去了长时程增强的能力；反之，直接把BDNF注射到老鼠大脑内，则能促进长时程增强效应。神经外科学家戈麦斯·皮尼利亚（Gomez Pinilla）曾在科特曼那做博士后研究，他证实，如果让老鼠大脑内的BDNF无法正常工作，那么水池中的这类老鼠就难以找到水下暗藏的平台而逃脱。这一切概括起来便成了“运动有助于大脑学习”的可靠证据。
“运动最显著的一个特征是，它能提高学习效率，但有时候人们在研究中会忽略这一点。所以，我认为这绝对是一个非常棒的重要信息，”科特曼说，“因为它意味着， 如果身体健康，你就能更有效地学习和工作 。”
实际上，在2007年的一项人类研究中，德国研究人员发现，人们在运动后学习词汇的速度比运动前提高了20%，学习速度和BDNF水平有直接关系。同理，那些因基因变异导致BDNF缺失的人，更有可能缺乏学习能力。没有优质的营养肥料，大脑就关闭了自身通往世界的大门。
德国研究人员发现，人们在运动后学习词汇的速度比运动前提高了20%，学习速度和BDNF水平有直接关系。
精神病学勉强接受了这个观点：运动可以创造一个有助于学习的环境，从而有助于改善我们的心理状态。不过科特曼的工作为证实“运动能够增强学习的细胞机器”打下了基础。BDNF为突触提供工具以接受、处理、关联、记住信息，并把它放入相关背景中加以理解。这并不意味着，跑1 600米就会让你变成天才。“仅仅靠注射BDNF绝不可能让你变得聪明，”科特曼指出，“学习时，你可以一种不同的方式做出反应，而反应的对象早已经存在了。”
毫无疑问，关键在于这样东西是什么。