Trening øker hjernekraften – nevrovitenskapsmenn vet ikke hvordan

Min nevrovitenskapsmann far var alltid rask til å innrømme at til tross for tiår med hjerneforskning, visste han fortsatt ikke hvordan visse livsstilsvalg og daglige vaner forbedret eller reduserte kognitive prestasjoner.

Som en kollegial idrettsutøver lærte far anekdotisk at trening og en god natts søvn hjalp ham til å tenke bedre og tilrettelagt topp ytelse på eksamener. Men senere, etter endt medisinsk skole, utførte han dyreforsøk designet for å finne ut hvordan ting er trening og søvn påvirket spesifikke hjernefunksjoner, reiste forskningen hans ofte flere nye spørsmål enn den besvarte.

Ny menneskelig forskning (Williams et al., 2023) om hvordan moderat intensitet aerobic trening og søvnmangel påvirker kognitiv ytelse svarer på noen spørsmål, men sår også tvil om en utbredt oppfatning at økte oksygennivåer i prefrontal cortex under cardio er den viktigste drivkraften for treningsutløste forbedringer i utøvende funksjon. Dette i pressen Fysiologi og atferd papir ble gjort tilgjengelig på nett 17. november.

20 minutter med kardio er nok til å øke kognitiv ytelse

Denne todelte studien fikk deltakerne til å utføre kognitive tester som vurderte ulike eksekutive funksjoner under forskjellige forhold, inkludert å ikke få nok søvn og trene kardio i et hypoksisk kammer med svært lite oksygen som etterlignet forhold i høye høyder.

Som forventet ble treningen bedre kognisjon i nesten alle situasjoner. Interessant nok kan små doser (20 minutter ved moderat intensitet) av aerob trening kompensere for lavere score på kognitive oppgaver på grunn av mangel på søvn.

Selv om økt oksygen i prefrontal cortex var assosiert med bedre kognitiv ytelse for de fleste, selv når folk opplevde akutt hypoksi og hjernen deres sultet på oksygen mens de gjorde aerob aktivitet med moderat intensitet, gjorde mange det fortsatt bedre med kognitive oppgaver enn om de hadde sittet fortsatt. "Uavhengig av søvn eller hypoksisk status, forbedres eksekutive funksjoner under et akutt anfall med moderat intensitet," forklarer forfatterne.

Cerebral oksygenering fra kardio er ikke nødvendig for å øke utøvende funksjoner

Omtrent som en ny oppdagelse i min fars laboratorium ofte avdekket nye ukjente, den siste (2023) studien av Williams et al. viser at bare 20 minutters trening kan øke kognitiv ytelse selv etter en dårlig natts søvn, men den forskningsresultater tyder også på at økt cerebral oksygenering under cardio ikke er den eneste måten trening øker hjernen på makt.

Denne hypoksi-studien legger til økende bevis som tyder på at, i motsetning til populær tro, treningsindusert kortikal oksygenering alene forklarer ikke hvorfor aerob aktivitet med moderat intensitet forbedrer executive funksjon.

"En potensiell hypotese for hvorfor trening forbedrer kognitiv ytelse er relatert til økningen i cerebral blodstrøm og oksygenering; våre funn tyder imidlertid på at selv når trening utføres i et miljø med lave nivåer av oksygen, var deltakerne fortsatt i stand til å utføre kognitive oppgaver bedre enn i hvile under de samme forholdene," forklarte Thomas Williams i en november 2023 nyhetsmelding.

I sin nylige artikkel understreker Williams og medforfattere at selv om prefrontal cortex (PFC) ofte vurderes den primære hjerneregionen knyttet til eksekutiv funksjon, er solid kognitiv ytelse ikke bare avhengig av PFC. Snarere sier de at optimalisering av eksekutive funksjoner er "produktet av en rekke koordinerte prosesser bredt fordelt over kortikale og subkortikale hjerneregioner, sammenkoblet gjennom en serie komplekse nevrale nettverk."

Selv om hypoksi reduserer oksygenering av prefrontal cortex under aerob aktivitet, sier forskerne spekulerer i at andre hjerneregioner kan kompensere når frontallappene ikke får nok oksygen. Når det er sagt, er nevroforskere ikke helt sikre på hvordan forskjellige hjerneregioner kompenserer for kortikal deoksygenering når noen som driver med cardio opplever akutt hypoksi.

Williams et al.s siste funn samsvarer med en annen nylig menneskelig studie (Moriarity et al., 2019), som fant at selv om aerob trening med moderat intensitet økte prefrontal oksygenering, å ha mer oksygen i kortikale hjerneområder var ikke nødvendigvis assosiert med forbedret kognitiv opptreden.

Faktisk fant forskerne at trening med høyere intensitet (som leverte mer oksygen til hjernens frontallapper) var assosiert med lavere prosesseringshastigheter og en reduksjon i flytende intelligens prøveresultater.

Cardio styrker cerebro-cerebellar kretsløp

Annen forskning på hvordan trening øker hjernekraften tyder på at moderat til kraftig fysisk aktivitet (MVPA) forbedrer funksjonell tilkobling mellom frontallappene og lillehjernen. Å gjøre nevrale kretser mellom kortikale og subkortikale områder mer robuste kan hjelpe hele hjernen til å samarbeide for å koordinere tankeprosesser bedre.

Utover kortikal oksygenering, forbedret funksjonell tilkobling mellom cerebellum og cerebrum kan bidra til å forklare hvordan rytmisk aerob trening forbedrer eksekutive funksjoner uavhengig av hypoksi status. (Se "Cerebro-Cerebellar Circuits minner oss på: Å vite er ikke nok")

For noen år siden, forskere (Li et al., 2019) fant ut at 30 minutter med aerobic trening endret rollen til lillehjernens høyre hjernehalvdel ved behandling av enkle utøvende oppgaver. Som Lin Li og medforfattere forklarer, "Det er sannsynlig at akutt trening kan endre mønsteret av funksjonell tilkobling mellom cerebellar løkker og kognisjonsrelaterte områder av den prefrontale cortex, og derved ytterligere forbedre ytelsen til eksekutiv funksjon etter trening."

Ta med hjem-melding: Mer forskning er nødvendig

Inntil nylig var det allment antatt at økt oksygenering av prefrontal cortex var den primære måten moderat intensitet aerobic aktivitet forbedret kognitiv ytelse. Berg av bevis tyder på at økende oksygen til frontallappene via cardio øker hjernekraften. De siste (2023) funnene antyder imidlertid også at cerebral oksygenering alene ikke forklarer hvorfor trening forbedrer eksekutive funksjoner.

Mer nevrovitenskapelig forskning er nødvendig for å identifisere alle treningsrelaterte nevrale mekanismer - fra oksygenering av prefrontal cortex til forbedret cerebro-cerebellar funksjonell tilkobling - som kan øke hjernen makt. Forhåpentligvis vil fremtidige studier belyse rollen kortikale og subkortikale regioner, slik som lillehjernen, spiller i treningsrelaterte økninger i kognitiv ytelse.