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