Физическая нагрузка полезна для когнитивных функций

«Больше двух десятилетий мы показывали, что однократная доза физической нагрузки полезна для когнитивных функций, — говорит Чарльз Хиллман, заслуженный профессор и директор Института когнитивного и мозгового здоровья в Северо-Восточном университете. — Это первая попытка напрямую понять механизм, который лежит в основе этой связи у детей».

Работа добавляет аргументов в пользу того, что детям нужны возможности для физической активности ради физического и психического здоровья. А понимание механизма, связывающего нагрузку и мозг, открывает путь к тому, как максимизировать пользу для когнитивного здоровья.

Ученые давно связывают регулярные упражнения с полезными изменениями функции и структуры мозга, включая улучшенный рост и выживание нейронов, которые принимают, передают и обрабатывают информацию. Лаборатория Хиллмана также показала, что короткие эпизоды нагрузки — «острая» нагрузка — повышают сосредоточенность и улучшают мышление. Но за 20 минут структуру мозга не изменить, отмечает он. Так что же дает мозгу этот дополнительный импульс?

Хиллман и его коллеги предположили, что роль может играть норадреналиновая система голубого пятна (LC-NE system). Она берет начало в стволе мозга и является главным источником норадреналина, химического вещества, стоящего за реакцией «бей или беги», для центральной нервной системы.

Предыдущие исследования указывали на связь острой нагрузки с изменениями альфа-амилазы слюны (sAA) — фермента, который среди прочего сигнализирует, что мозг вырабатывает норадреналин. И sAA, и гормон стресса кортизол связывали с успеваемостью детей. Наконец, систему LC-NE связывали с вниманием — базовой когнитивной функцией, которая позволяет сосредотачиваться.

«В расслабленном состоянии вы распределяете внимание широко, — объясняет Хиллман. — Но когда что-то захватывает внимание и настораживает вас, вы фокусируетесь, как в случае «бей или беги», и решаете, стоит ли тратить на это время и силы».

Но никто не соединял эти отдельные кусочки в единую картину. «У нас накапливались фрагменты, но не все они были связаны между собой», — говорит Хиллман. Чтобы проверить, может ли sAA быть звеном между острой нагрузкой и улучшенной работой мозга, исследователи измеряли мозговую активность и уровень sAA у 104 детей 9–10 лет до, во время и после разных вмешательств и теста. Вмешательства включали активный стресс-тест — 20 минут быстрой ходьбы на беговой дорожке; «психосоциальный» стресс-тест с математикой и публичным выступлением; и контрольное условие — отдых сидя.

Способность подавлять реакцию и активно игнорировать посторонние отвлекающие стимулы оценивали компьютерными когнитивными тестами. Мозговую активность регистрировали электроэнцефалографической шапочкой со встроенными датчиками до и после каждого вмешательства, а sAA собирали семь раз в ходе каждого испытания.

Оказалось, что sAA слегка повышалась сразу после нагрузки, а затем опускалась ниже исходного уровня — в отличие от условий отдыха и психосоциального стресса. «Логично, что нагрузка разгоняет эту быструю систему «бей или беги», — говорит Бертран. — Но после упражнений мы видим перенастройку стресс-системы обратно к исходной точке, а возможно, и еще более глубокое успокоение».

По данным исследования, изменения sAA после нагрузки делали детей более последовательными и чуть более точными в когнитивных тестах, то есть фокус становился стабильнее. Кортизол, напротив, повышался только в ответ на психосоциальный стрессор, а не на нагрузку. Более высокий уровень этого гормона стресса делал детей менее восприимчивыми к изменениям sAA и ее когнитивным преимуществам. «Если вы приходите с низким кортизолом, менее напряженные, вы показываете большую модуляцию мозговой функции, — говорит Хиллман. — Если система уже перегружена стрессом, добавлять стресс не обязательно полезно».

Хиллман отмечает, что исследование не включало взрослых, но не видит причин, почему система LC-NE у взрослых должна заметно отличаться от детской. Например, главный вопрос: у вас 20 минут до важного теста — пойти прогуляться или повторить материал? «Эти данные могут подсказать, что перед этим полезно выйти и подвигаться — при условии, что информация уже усвоена», — говорит Хиллман. «Отсюда же следует, — продолжает Рейн, также работающая на кафедре медицинских наук, — что если вы не готовы и уже сильно напряжены, прогулка может не помочь».