Упражнения так же полезны для вашего мозга, как и для вашего тела, и исследователи только начинают понимать, почему
Люди эволюционировали, чтобы двигаться. Наши тела, включая мозг, были настроены на выносливость на протяжении тысячелетий преследования и преследования добычи. «Мы разработали это сейчас в нашей жизни», - говорит Чарльз Хиллман, профессор психологии Северо-Восточного университета, десятилетиями изучавший связь между упражнениями и познанием. Ущерб, который наносит нашему телу относительно новый сидячий образ жизни, очевиден: впервые в истории США ожидается, что молодые поколения будут жить более короткой и нездоровой жизнью, чем их родители.
Хотя множество способов, которыми упражнения могут формировать наши тела, хорошо известны, исследователи давно подозревали, что то же самое можно сказать и о мозге. По словам Ричарда Мэддока, профессора психиатрии Калифорнийского университета в Дэвисе, на изучение влияния упражнений на внимание, память и зрительную чувствительность были потрачены десятилетия исследований. «Существует постоянное открытие, что мозг работает лучше после упражнений», - говорит Мэддок. Но почему это было сложнее понять.
«Немногие исследования действительно смотрели на то, что на самом деле происходит в мозгу во время движения», - говорит Том Баллок, постдок из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Только недавно технологии предоставили ученым инструменты, позволяющие сосредоточиться на действующих механизмах. Похоже, что аэробные упражнения приводят к изменениям как структуры мозга, так и его работы, что в совокупности способствует обучению детей, дает взрослым преимущество в когнитивных задачах и защищает от когнитивных нарушений, которые часто возникают с возрастом.
Здесь мы точно опишем, что, как мы знаем, происходит в вашей голове, когда у вас учащается пульс.
Мозговые волны получают импульс
Ваш мозг становится намного более активным во время упражнений, «возможно, более активным, чем когда-либо», - говорит Мэддок. Один из способов взаимодействия нейронов - электрические импульсы, и иногда целые сети нейронов срабатывают в унисон, как группа футбольных фанатов, поющих вместе во время игры. Эти синхронизированные импульсы в просторечии известны как мозговые волны. Различные виды мозговых волн, характеризующиеся количеством колебаний в секунду, связаны с психическим состоянием и настроением человека. Волны с более низкой частотой возникают, когда мы работаем на автопилоте: например, чистим зубы, водим машину или спим. Более высокочастотные волны, известные как бета-волны, возникают, когда мы бодрствуем и умственно заняты, и связаны с вниманием, памятью и обработкой информации.
Используя такие инструменты, как электроэнцефалограмма (ЭЭГ), которые улавливают эти электрические импульсы, исследователи обнаружили, что аэробные упражнения вызывают сдвиг амплитуды и частоты мозговых волн. Другими словами, большее количество бета-волн означает, что люди, выполняющие упражнения, могут быть в более активном состоянии. «Когда человек находится в движении, мозг работает по-другому, - говорит Мэддок.
Вы становитесь более чувствительными к окружающему миру
Во время упражнений мозг становится более восприимчивым к поступающей информации, что приводит к заметным изменениям зрения. Том Баллок и Барри Гисбрехт, профессор психологии и наук о мозге Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, работают в одной из немногих лабораторий, которым удалось измерить влияние аэробной активности на зрительную кору во время упражнений. Баллок говорит, что ему потребовалось четыре года, чтобы выяснить, как последовательно и надежно записывать ЭЭГ, когда объект находится в движении.
Зрительная кора головного мозга сконструирована таким образом, чтобы сосредоточить внимание на важных особенностях окружающей среды - таких, которые могут указывать, например, на присутствие хищника или жертвы, - и отфильтровывать менее важные фоновые шумы. В этом году Баллок и Гисбрехт обнаружили, что езда на велосипеде низкой интенсивности усиливает эту способность к избирательности, поэтому мозг может лучше определять конкретные особенности во время упражнений.
Ученые также провели когнитивные тесты сразу после тренировки - например, измерили порог слияния мерцания (скорость, с которой мигающий свет начинает выглядеть так, как будто он постоянно светится), и обнаружили то же самое: после тренировки чувства обостряются и, следовательно, могут обнаружить мигание с большей частотой, чем перед тренировкой.
В совокупности эти результаты показывают, что «люди видят более четко и сразу после тренировки», - говорит Мэддок. «Они могут делать более тонкие визуальные различия; их восприятие острее ».
Ваш мозг поддерживает магазины нейротрансмиттеров
Польза от упражнений для вашего мозга может начаться, как только ваша частота сердечных сокращений начнет расти. Если хотите, представьте себе, что вы садитесь на свой велосипед для утренней поездки и крутите педали в жестком, но устойчивом зажиме. Ваше дыхание становится учащенным и тяжелым, так как ваши легкие изо всех сил пытаются удовлетворить потребность в кислороде движущегося тела. Ваша частота сердечных сокращений увеличивается, поскольку он перекачивает насыщенную кислородом кровь по телу и в мозг. И примерно так же, как ваши мышцы требуют больше энергии во время упражнений, мозг начинает поглощать глюкозу или другие углеводы, когда тело находится в движении.
«В прошлом никто не знал, что мозг делает со всем этим топливом», - говорит Мэддок. Так продолжалось до прошлого года, когда он и его коллеги опубликовали новое исследование в Journal of Neuroscience. Они обнаружили, что мозг использует часть этого топлива для создания большего количества нейротрансмиттеров, химических веществ, которые передают сообщения по нервной системе. Мэддок и его коллеги использовали МРТ для измерения уровней нейротрансмиттеров у испытуемых после тренировки на велотренажере и обнаружили, что уровни глутамата и ГАМК - двух наиболее распространенных нейротрансмиттеров в мозге - увеличились. Мозг может «пополнять запасы основных ингредиентов», - говорит Мэддок. «Возможно, чтобы справиться с длительным периодом охоты, например, или бегства, или бегства, или войны». Другими словами, упражнения могут пополнить мозг необходимыми нейротрансмиттерами, которые необходимы ему для оптимальной работы.
Этот процесс может быть причиной того, что упражнения помогают облегчить депрессию. Команда Мэддока обнаружила, что во время активности уровень глутамата повышается в той же области мозга, где ранее было обнаружено, что запасы нейромедиатора низкие у пациентов с депрессией.
Ваш мозг становится моложе
В мозгу спортсмена происходит несколько вещей, из-за которых орган выглядит моложе. Во-первых, исследования как на животных, так и на людях показывают, что упражнения вызывают выработку факторов роста, которые питают новые нейроны и помогают существующим клеткам выжить. Будущим нервным клеткам также требуется больше питательных веществ по мере их роста, и исследования на животных показывают, что упражнения способствуют высвобождению других факторов роста, которые способствуют росту кровеносных сосудов, которые могут доставлять эти питательные вещества. По крайней мере, одно исследование на людях показало, что у активных людей, как правило, больше и более здоровых кровеносных сосудов или, по словам авторов, «мозг выглядит моложе».
Эти структурные изменения в головном мозге обычно развиваются не менее нескольких недель, но приводят к долгосрочным улучшениям в областях мозга, связанных с когнитивными задачами, такими как рабочая память. «Многие исследования показывают, что аэробные упражнения увеличивают нейрогенез, например, в гиппокампе», - говорит Гисбрехт. «Гиппокамп действительно важен для памяти».
Помимо этого, исследования показывают, что у стареющих людей, занимающихся спортом, увеличивается объем серого вещества в областях, связанных с общим интеллектом и исполнительными функциями, которые включают все, от внимания до планирования и навыков решения проблем. Исследования также показывают, что здоровые взрослые имеют более здоровое белое вещество - супермагистрали, соединяющие различные области серого вещества - в базальных ганглиях, критически важных для равновесия и координации областях.
Возникают новые связи между нейронами
Со временем упражнения меняют как количество нейронов в мозгу, так и то, как они общаются. Например, исследование, проведенное в Университете Аризоны в 2016 году, показало, что у бегунов по пересеченной местности увеличилась взаимосвязь между частями мозга, отвечающими за память, внимание, принятие решений, многозадачность и обработку сенсорной информации - те же самые области, которые имеют тенденцию пострадают сильнее всего по сравнению со здоровыми, но малоподвижными людьми. Сети, которые срабатывают вместе, когда вы бежите, координируя свой маршрут, следя за трафиком, пытаясь не споткнуться о камни и поддерживая свой темп - усиливайте их по мере их использования, так что даже в состоянии покоя бегуны имеют тенденцию иметь большую связь между мозгами регионы. Это тот вид связи, который развивают музыканты, водители такси и другие профессиональные эксперты. В то же время у бегунов ухудшилась связь с областью мозга, которая обычно связана с блужданием разума, что указывает на то, что у бегунов может быть повышенная концентрация внимания или навыки концентрации.
Итак, магия ли упражнений?
Хиллман предупреждает, что на данный момент тренирующиеся должны реалистично относиться к тому, что аэробные упражнения могут повлиять на мозг. «Не стоит ожидать увеличения своего IQ или чего-то подобного», - говорит он. «Мы говорим о небольших или умеренных эффектах, которые потенциально полезны для улучшения когнитивных функций и здоровья мозга».
Но Буллок и Гисбрехт видят будущее, в котором врачи будут прописывать упражнения вместо лекарств. «Упражнения - это потенциальное профилактическое средство против некоторых аспектов возрастного когнитивного снижения», - говорит Гисбрехт. «Когда вы думаете о том факте, что у нас стареющая демография и высокая распространенность депрессии, возможно, существуют более простые методы лечения, такие как упражнения».