- Исследование показывает, что 20 минут умеренной езды на велосипеде повышают активность мозга в гиппокампе, регионе, важном для обучения и памяти.
- Эта повышенная активность гиппокампа может способствовать консолидации памяти, потенциально помогая мозгу обрабатывать и хранить информацию.
- Более высокая интенсивность упражнений была связана с более сильной мозговой активностью, что позволяет предположить, что уровень упражнений может влиять на величину реакции мозга, связанной с памятью.
Существует множество различных стратегий и методов, которые помогают сохранить или улучшить память человека. Зачастую многие из этих методов направлены на поддержание активности мозга.
Эти занятия по тренировке мозга часто направлены на стимуляцию определенных областей мозга, участвующих в памяти, таких как гиппокамп. В частности, гиппокамп играет важную роль в консолидации памяти — процессе, посредством которого вновь сформированные воспоминания превращаются в долговременные воспоминания.
Ранее нейробиологи задокументировали «волны» мозговой активности, связанные с памятью, у мышей и крыс. Однако им не удалось подтвердить эту связь на людях.
Новое исследование, опубликованное в журнале Brain Communications, предполагает, что короткие сеансы физических упражнений могут изменить активность человеческого мозга, вызывая волны «ряби», которые могут помочь мозгу более эффективно обрабатывать и хранить информацию.
Эти результаты являются одними из первых прямых доказательств, объясняющих, как физические упражнения улучшают когнитивные способности человека на нейронном уровне.
Упражнения вызывают «волны памяти» в мозгу
Исследователям давно известно, что физическая активность связана с улучшением памяти и других когнитивных функций. Однако из-за трудностей с записью активности человеческого мозга большая часть предыдущих данных получена из поведенческих исследований или методов косвенной визуализации.
Однако в этом исследовании исследователи напрямую регистрировали активность мозга с помощью внутричерепной электроэнцефалографии (иЭЭГ). Этот метод, обычно используемый для мониторинга тяжелой эпилепсии, включает в себя имплантацию электродов в мозг для наблюдения за нервными сигналами с высокой точностью.
Соведущий автор Хуан Рамирес-Вильегас, доктор философии, научный сотрудник Института нейронаук Аликанте Испанского исследовательского совета и Университета Мигеля Эрнандеса в Эльче, поговорил с Медицинские новости сегодня о преимуществах этой технологии.
«Эти электроды могут записывать электрические сигналы, производимые группами нейронов, которые активны вместе. Это позволяет нам обнаруживать короткие события скоординированной нейронной активности, такие как пульсации, которые, как считается, играют важную роль в памяти», — сказал Рамирес-Вильегас.
«Поскольку эти записи напрямую фиксируют электрическую активность мозга, они обеспечивают уровень детализации, недоступный при сканировании мозга. Они позволяют нам наблюдать быструю динамику нейронных цепей в реальном времени, давая нам гораздо более четкое представление о том, как мозг обрабатывает информацию», — добавил он.
Что включало исследование
Команда изучила 14 участников в возрасте от 17 до 50 лет, которым имплантировали электроды в рамках лечения эпилепсии. 14 человек завершили 20-минутную тренировку на велотренажере в удобном темпе.
Исследователи выбрали этот протокол, поскольку он был коротким и возможным для реализации в клинических условиях. Затем команда измерила активность мозга до и после тренировки.
После тренировки исследовательская группа заметила значительное увеличение высокочастотной пульсационной активности, возникающей в гиппокампе. Затем эти пульсации распространяются на другие области мозга, участвующие в обработке и воспроизведении информации.
«Пульсации — это очень короткие всплески высокосинхронизированной электрической активности в центре памяти мозга, гиппокампе», — объяснил нам Рамирес-Вильегас.
«Известно, что у животных они играют ключевую роль в стабилизации воспоминаний после пережитого. Вы можете думать о них как о моментах, когда мозг быстро «просматривает» информацию, помогая преобразовать недавний опыт в устойчивые воспоминания», — проиллюстрировал он.
Почему рябь важна для памяти
События пульсации описывают короткие всплески синхронизированной нейронной активности. Исследователи предполагают, что эти пульсации можно сравнить с высокоскоростной передачей данных.
Эксперты полагают, что эти пульсации помогают мозгу консолидировать и восстанавливать воспоминания. Ранее ученые наблюдали эти сигналы у грызунов.
Однако до сих пор доказательства пульсирующей активности у людей были ограничены.
Новые записи показывают, что физическая активность увеличивает как частоту пульсаций в гиппокампе, так и их синхронизацию с другими сетями мозга, что предполагает более тесную связь между областями, участвующими в обработке памяти.
«Самым удивительным открытием было не только то, что мы наблюдали измеримые изменения в пульсирующей активности гиппокампа. Но также и то, что упражнения также влияют на корковые структуры», — сказал Рамирес-Вильегас.
«Более того, удивительно, как после сеанса интенсивных упражнений связь между гиппокампом и корой усиливается, и этот феномен, как полагают, тесно связан с обработкой памяти. Это говорит о том, что даже краткий период физической активности может влиять на нервную динамику, связанную с обучением и памятью», — отметил он.
Кроме того, исследование также показало, что более высокая частота сердечных сокращений во время тренировки была связана с более сильной пульсационной активностью после нее. Это указывает на то, что интенсивность упражнений может влиять на величину нейронного ответа.
«Мы обнаружили, что участники, которые достигли более высокой частоты пульса во время упражнений, как правило, впоследствии демонстрировали более сильную пульсирующую активность. Это говорит о том, что интенсивность физической активности может влиять на то, насколько сильно реагируют цепи памяти мозга».
– Хуан Рамирес-Вильегас, доктор философии
Последствия для обучения и здоровья мозга
Результаты показывают, что даже короткая тренировка может временно улучшить способность мозга кодировать или запоминать информацию.
Исследователи предполагают, что всплеск пульсирующей активности может представлять собой нейронный механизм, лежащий в основе хорошо известных когнитивных преимуществ физических упражнений.
Рамирес-Вильегас отметил, что это говорит нам о том, как мозг обрабатывает воспоминания: «Пульсирующая активность в гиппокампе считается маркером нейронной обработки, связанной с памятью. Когда пульсационная активность увеличивается, гиппокамп может более активно обмениваться информацией с другими областями мозга».
«Наши результаты позволяют предположить, что физические упражнения усиливают нервные процессы, которые помогают стабилизировать или организовать воспоминания», — сказал он.
Предыдущие исследования показали, что регулярная физическая активность может улучшить память в разных возрастных группах и может помочь
«Уже известно, что физическая активность поддерживает здоровье мозга на протяжении всей жизни. Наши результаты предполагают потенциальный нейрофизиологический механизм, посредством которого упражнения могут принести пользу схемам, связанным с памятью», — добавил Рамирес-Вильегас.
«Понимание этих механизмов может в конечном итоге помочь разработать стратегии, направленные на сохранение когнитивных функций», — отметил исследователь.
Ограничения и следующие шаги
Хотя результаты обнадеживают, исследовательская группа предупреждает, что в исследовании участвовала небольшая группа участников, страдающих эпилепсией. Таким образом, результаты могут не полностью отражать население в целом.
Однако наблюдаемые закономерности соответствовали закономерностям, полученным в исследованиях с использованием функциональной МРТ у здоровых взрослых, что позволяет предположить, что эффекты, вероятно, выходят за пределы этой группы.
Рамирес-Вильегас рассказал МНТ что следующим важным шагом будет прямая связь этих нейронных изменений с сохранением памяти:
«Будущие исследования будут сочетать нейронные записи с поведенческими тестами, чтобы увидеть, приводят ли изменения в пульсирующей активности к измеримым улучшениям в обучении или запоминании. Это поможет прояснить, как упражнения влияют на системы памяти мозга».
Хотя необходимы дополнительные исследования, эти результаты подтверждают растущее количество доказательств того, что даже краткие периоды физической активности могут помочь подготовить мозг к обучению и когнитивным функциям.