Future
February 18, 2019

Дальше бежишь, умнее будешь. Как физические нагрузки развивают интеллект

Ученые смогли определить, как именно спорт влияет на ум человека на молекулярном уровне

Кадр из фильма «Форрест Гамп».

Paramount Pictures

В здоровом теле – здоровый дух, а также развитый ум. Гипотеза, что физические нагрузки улучшают когнитивные способности человека, находит все больше доказательств в исследованиях ученых. Более того, спорт может не только развивать мозг здорового человека, но и предотвращать развитие нейродегенеративных заболеваний (в том числе деменции и болезни Альцгеймера), а также помогать при депрессии и в целом улучшать настроение.

Разного вида упражнения по-разному сказываются на работе мозга. Мы рассмотрели последние научные исследования о связи между тренировками и развитием мозга и попытались разобраться, какие из них могут улучшить ваши когнитивные способности и, главное, почему. Долгое время ученые, видя положительное влияние спорта на интеллект, не могли до конца разобраться, в чем именно причина такого благотворного влияния. В этом месяце в журнале eLife была опубликована совместная работа ученых из США и Ливана, которая наконец пролила свет на эти механизмы.

Еще в феврале этого года исследование финских ученых показало, что в мозге крыс, которые бегали, наблюдался повышенный нейрогенез, стимулируемый нейротрофическим фактором мозга (BDNF). BDNF способен снижать депрессию и беспокойство у крыс, и благодаря этому белку, помимо увеличения количества нейронов, у них также улучшается проводимость синапсов – и это способствует повышению функциональности мозга. Ученые заметили, что именно BDNF более активно генерируется в организме в случае физических нагрузок, и попытались выяснить, из-за чего это происходит.

Крысы в опыте финских ученых были разделены на три группы: первая имела доступ к колесу, в котором звери в итоге пробегали примерно по нескольку миль в день. Вторая занималась упражнениями на сопротивление, то есть забиралась на стенку с небольшими грузами на хвостиках. Третья группа проходила через высокоинтенсивный интервальный тренинг (ВИТ), а четвертая не занималась никакими физическими нагрузками. Наивысший уровень нейрогенеза наблюдали у тех крыс, которые бегали. В гиппокампе (область головного мозга, отвечающая за обработку и долгосрочное хранение информации) появилось значительно больше новых нервных клеток, чем у тех крыс, которые не занимались физическими нагрузками вообще. После ВИТ количество новых нейронов в мозге подопытных крыс увеличилось лишь ненамного (хотя все равно сильнее, чем у сидячих зверей), а мозг тех зверей, которые делали упражнения на сопротивление, вообще не показал видимых изменений.

Тогда ученые предположили, что благодаря бегу на длинные дистанции в организме животного выделяется больше нейротрофического фактора мозга, отвечающего за нейрогенез, но четкого механизма этой связи не выявили. Они обнаружили, что чем большую дистанцию бегало животное, тем больше в его мозге образовывалось нервных клеток. При этом упражнения с утяжелением не показывали большого влияния на уровень выделения белка BDNF, хотя и способствовали увеличению мышечной массы, а высокоинтенсивный интервальный тренинг, как считают ученые, вообще является стрессорным фактором в отличие от того же бега. А стресс только снижает нейрогенез в гиппокампе.

Недавнее же исследование пролило свет на то, что именно влияет на выработку BDNF в результате длительных беговых тренировок. На этот раз ученые сравнивали две группы мышей: одна жила месяц в клетках с колесами для бега, а вторая – без них. Мыши из первой группы пробегали по нескольку миль в день.

Ученые внимательно ⁠рассматривали ⁠ген в ДНК мышей, отвечающий за выделение нейротрофического фактора мозга. ⁠Оказалось, что он гораздо более ⁠активен у животных-бегунов, чем у сидячих. Опыты показали, что у тех мышей, ⁠которые занимались бегом, такие ферменты, ⁠как деацетилазы гистонов, служащие ингибиторами BDNF, прекращали мешать ⁠формированию этого белка. Ученые предположили, что в результате бега в организме животных вырабатывалось особое вещество, которое само было ингибитором для этих ферментов. Им оказался β-гидроксибутират D-конфигурации (DBHB).

Чем большую дистанцию бегало животное, тем больше в его мозге образовывалось нейронов

Так как длительные тренировки требуют большего потребления энергии организмом, они часто приводят к повышенному образованию кетонов, которые играют роль дополнительного источника энергии для мозга. В случае с человеком для этого необходима интенсивная физическая активность в течение как минимум часа, и следует помнить, что не каждый способен вынести такую нагрузку. Кетоновые тела DBHB являются метаболитами и вырабатываются в печени, откуда вместе с кровью попадают в мозг (а именно в гиппокамп). Там они, как уже было сказано, не дают деацетилазам гистонов блокировать выработку нейротрофического фактора. В результате его уровень повышается, а с ним улучшается и работа мозга.

Так как исследования проводились на мышах, а не на людях, пока не до конца понятно, точно ли так все происходит и в нашем случае. Однако ученые напоминают, что у человека также замечается рост выработки BDNF и образование кетонов в результате тренировок. Как пишут авторы исследования, в целом это открытие может дать начало новым методам лечения нейродегенеративных расстройств, в том числе болезни Альцгеймера.

Ученые и раньше высказывали предположения, что физическая активность может помочь в преодолении деменции и болезни Альцгеймера. В августе прошлого года ученые из Иллинойского университета опубликовали результаты своего исследования о влиянии тренировок на умственные способности пожилых людей. Участникам в возрасте от 60 до 80 лет были выданы приборы, измеряющие аэробные возможности организма. Эти приборы они носили в течение недели, чтобы засечь все физические нагрузки, которым они подвергались за этот период. До и после эксперимента мозг каждого участника подвергался обследованию, и в результате оказалось, что у тех, в чьей жизни присутствовала легкая физическая активность (light physical activity), а также нагрузки от умеренных до интенсивных (moderate-to-vigorous physical activity), состояние областей мозга, отвечающих за когнитивные способности и память, было в лучшей форме.

Открытие может дать начало новым методам лечения нейродегенеративных расстройств

Другое исследование американских ученых, вышедшее тогда же, рассматривало, как тренировки влияют на умственные способности людей в возрасте от 70 до 89 лет с риском инвалидности, но пока способных пройти хотя бы 400 метров. Целый год участия либо в оздоровительной образовательной программе (включавшей в себя семинары и занятия на растяжку верхних конечностей), либо в программе физических упражнений умеренной интенсивности (таких как ходьба, упражнения с сопротивлением, растяжка) не дал никаких улучшений когнитивным способностям участников. Однако, как замечает New York Times в своей статье на эту тему, здесь была и положительная сторона. У пожилых людей не было замечено снижения умственных способностей, хотя в их возрасте оно было бы ожидаемо. Это означает, что тренировки действительно могли оказывать на их мозг положительное действие.

Уберечь от Альцгеймера и в целом улучшить работу мозга может и такой вид физической активности, как йога, – этот вывод недавно сделали ученые из Калифорнийского университета. Для участия в своем исследовании они пригласили около 30 взрослых людей, которые испытывали проблемы с памятью и у которых были диагностированы умеренные когнитивные нарушения (начинающаяся деменция). Одна группа участников должна была по часу в неделю заниматься тренировками умственных способностей, а также ежедневно по 15 минут делать упражнения на развитие памяти. Вторая группа пошла на курс йоги (он включал в себя физические и дыхательные упражнения, а также медитацию), который проходил один час в неделю, и должна была медитировать по 15 минут в день.

Программа обеих групп длилась 12 недель, после чего участники прошли функциональную магнитно-резонансную томографию в состоянии покоя и тест на когнитивные способности. Все они показали улучшение результатов, а сканирование мозга выявило лучшее сообщение между областями мозга. Те, кто практиковал йогу и медитацию, гораздо лучше справлялись с заданиями на зрительно-пространственную память, и между теми частями их мозга, которые отвечали за внимание и многозадачность, наблюдалось большее взаимодействие.

Вдобавок ко всему по окончании тренинга «йоги» оказались менее склонны к депрессии, чем другая группа. Здесь хочется заметить, что, помимо улучшения когнитивных способностей, тот же бег действительно улучшает эмоциональный фон. Как выяснили в прошлом году ученые из Гейдельбергского университета, все дело в эндоканнабиноидах – нейромедиаторах, синтезируемых в организме, которые активируют каннабиноидные рецепторы и по своему эффекту похожи на марихуану. Правда, тогда исследование проводилось снова на мышах.

Анастасия Зырянова Редактор Republic