Одна быстрая прогулка удивительным образом меняет активность мозга

Новое исследование изучает, как однократная умеренная физическая нагрузка влияет на активность мозга и умственную работоспособность у молодых и пожилых людей. Результаты исследования опубликованы в Journal of Magnetic Resonance Imaging.

Даже одна быстрая прогулка может изменить процессы в мозге, но эти изменения не всегда легко понять. Изменения в мозговой активности также могут происходить из-за того, что человек повторяет одну и ту же умственную задачу и лучше с ней знакомится.

Это создает проблему для экспериментов, связанных с физическими упражнениями. Если активность мозга изменяется после тренировки, исследователям необходимо выяснить, вызвали ли эти изменения сами упражнения или же тренировка также сыграла свою роль.

В новом эксперименте Национального института передовых промышленных наук и технологий (AIST) эти эффекты были разделены путем сравнения ходьбы и сидения у молодых и пожилых людей.

Команда сосредоточилась на когнитивной гибкости, то есть на способности переключаться с одного правила на другое при изменении ситуации. Это часть исполнительных функций, умственного контроля, необходимого для управления вниманием и достижения целей.

Повторение задачи может ускорить работу мозга и изменить необходимый уровень мозговой активности. Если игнорировать этот эффект тренировки, часть изменений может быть ошибочно связана с физическими упражнениями.

В анализ были включены 16 молодых людей со средним возрастом 25 лет и 19 пожилых людей со средним возрастом 62 года. Пожилые люди были в целом здоровы и прошли обследование на наличие нескольких серьезных заболеваний. Каждый участник выполнял как физическую, так и сидячую часть занятия в разные дни. Визиты проходили в одно и то же время суток с интервалом не менее 48 часов.

В ходе тренировки участники выполняли пятиминутную разминку, после чего в течение 30 минут ходили на беговой дорожке. Скорость и уклон регулировались таким образом, чтобы частота сердечных сокращений оставалась в пределах 50-70 процентов от максимально допустимой для данного возраста величины.

Молодые люди ходили быстрее, но обе возрастные группы демонстрировали примерно одинаковый уровень физической активности по сравнению с прогнозируемой максимальной частотой сердечных сокращений.

До и после ходьбы или сидения участники выполняли умственное задание внутри сканера функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Этот метод сканирования отслеживает изменения уровня кислорода в крови, связанные с активностью головного мозга.

Участники рассматривали цветные фигуры. Иногда они оценивали форму, иногда цвет, а иногда им приходилось переключаться между этими двумя правилами. Каждому пациенту проводили три сканирования во время каждого визита: до сеанса, примерно через 15 минут после него и примерно через 45 минут после него.

В ходе обоих визитов каждый участник выполнил шесть 16-минутных сеансов сканирования заданий. Участники также тренировались выполнять задание в течение как минимум 10 минут перед первым сканированием каждый день. Даже после этой тренировки реакция их мозга продолжала меняться по мере повторения задания.

У пожилых людей наблюдалась более обширная активность головного мозга при переключении между правилами, чем у молодых. Повышенная активность наблюдалась в нескольких областях, отвечающих за внимание, контроль, движение и обработку информации.

Пожилые люди несколько медленнее или точнее справлялись с основными задачами. Однако дополнительное время реакции, вызванное именно изменением правил, не показало существенных различий между возрастными группами.

Авторы предполагают, что у пожилых людей для поддержания работоспособности может быть задействовано больше областей мозга. Тем не менее, более высокая активность мозга не всегда означает лучшую его работу.

По мере того, как участники повторяли задание, активность мозга снижалась в нескольких областях. К ним относятся часть левой лобной области, часть левой зрительной области в задней части мозга и часть правого мозжечка.

Ни в одном из отделов мозга не наблюдалось явного повышения активности при повторении. В то же время, пожилые люди быстрее переключались между правилами, тогда как у молодых людей подобного явного улучшения не наблюдалось.

У пожилых людей более быстрая реакция была связана с более низкой активностью мозга в нескольких областях. Это говорит о том, что практика могла помочь мозгу более эффективно справляться с задачей.

Часть этого эффекта, по-видимому, сохранялась и между визитами. Активность мозга была ниже, когда участники вернулись к выполнению задания на второй экспериментальный день.

При ходьбе наблюдалась другая картина. В правой дорсолатеральной префронтальной коре, лобной области мозга, отвечающей за умственный контроль и переключение правил, активность снижалась после ходьбы у молодых взрослых, но оставалась практически неизменной у пожилых людей.

Анализ активности всего мозга также показал, что активность в правой постцентральной извилине и обеих верхних теменных долях оставалась более стабильной после ходьбы. Эти области участвуют в обработке сенсорной информации и переключении внимания во время выполнения задачи.

После выполнения задания в сидячем положении активность в этих областях снижалась по мере его повторения. Таким образом, ходьба, по-видимому, уменьшала это снижение в нескольких конкретных областях мозга.

Однако это не привело к явному улучшению результатов. Ходьба не привела к значительному улучшению времени реакции или снижению количества ошибок по сравнению с сидением ни в одной из возрастных групп.

Результаты показывают, что одна умеренная прогулка может изменить характер мозговой активности во время выполнения сложной умственной задачи. Они не доказывают, что одна прогулка немедленно улучшает исполнительные функции. Сигнал фМРТ требует тщательной интерпретации, поскольку он измеряет изменения уровня кислорода в крови, а не непосредственно электрическую активность клеток головного мозга.

Физические упражнения также изменяют работу сердца, дыхание, кровоток и доставку кислорода. Поэтому некоторые изменения, наблюдаемые после ходьбы, могут отражать как изменения кровотока, так и изменения нейронной активности. В данной работе не удалось разделить эти эффекты.

Это показывает, почему более высокая активность мозга не всегда означает лучшее выполнение задачи. Более низкая активность иногда сопровождалась более быстрым выполнением задания, в то время как ходьба сохраняла активность, не улучшая результаты выполнения задачи.

Эксперимент был небольшим и проверял только один тип умственной задачи. Он также проверял только один вид физических упражнений — умеренную ходьбу на беговой дорожке. 16-минутные сеансы выполнения заданий создали сильный эффект тренировки, который мог скрыть менее выраженный эффект от физической нагрузки. Интенсивность физической нагрузки оценивалась по возрасту, а не измерялась с помощью полного теста на физическую нагрузку для каждого человека.

Исследовательская группа не измеряла регулярную физическую активность или сон, и оба фактора могли повлиять на результаты. Группа здоровых пожилых людей не представляет всех пожилых людей. Самый очевидный вывод заключается в том, что повторение умственной задачи может существенно изменить как активность мозга, так и ее эффективность.

Физические упражнения также могут влиять на активность мозга, но в данном случае эти изменения ограничивались определенными областями и не привели к явному улучшению результатов. Даже однократная прогулка может изменить реакцию мозга на выполнение задачи еще до появления каких-либо поведенческих преимуществ, но для понимания значения этих изменений необходимы более масштабные исследования.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний