Как спорт помогает улучшить когнитивные функции мозга

Как спорт помогает улучшить когнитивные функции мозга

После умеренной физической активности мы чувствуем прилив сил. Так происходит, в частности, из-за улучшения кровотока, повышения уровня глюкозы в крови и количества некоторых нейромедиаторов в мозге. Однако, как показывают исследования, любительский спорт связан не только с мобилизацией ресурсов организма, но и с улучшением когнитивных способностей. Для каких возрастов и состояний здоровья справедлива такая корреляция, как часто нужно заниматься спортом, чтобы увидеть результат, и какие механизмы лежат в основе этого процесса? Разбираемся вместе с Центром нейронаук в образовании ИТМО, команда которого недавно запустила проект по разработке и внедрению методов для улучшения психологического благополучия студентов университета.

Ученые предложили ряд механизмов, объясняющих эту связь. Например, исследователи предполагают , что может происходить трансфер когнитивных навыков — процесс, при котором тренировка одной способности (например, моторных функций) приводит к тренировке других способностей (например, пространственных). Есть и физиологические объяснения. В частности, увеличение притока крови к головному мозгу, стимуляция синаптической пластичности или нейрогенеза в гиппокампе — зоне мозга, связанной с памятью, пространственными способностями и другими когнитивными процессами. Другие исследования указывают на повышение выработки особого белка — нейротрофического фактора мозга (brain derived neurotrophic factor, BDNF), необходимого для жизни и роста нейронов. Также в результате занятий спортом могут укрепляться связи в двигательно-когнитивной сети : повышается эффективность передачи сигналов между частями мозга, отвечающими за выполнение как моторных задач, так и когнитивных операций.

Связанные вопросы и ответы:

Какие типы спорта особенно полезны для мозга

Но почему всё это происходит? Почему благодаря физической активности исчезает стресс, улучшается память, увеличиваются какие-то области мозга? Здесь есть несколько объяснений. Начнём с эмоций и стресса.

Считается, что чувство эйфории, возникающее после длительной физической нагрузки, появляется благодаря эндоканнабиноидам — нейромедиаторным молекулам, которые синтезируются в мозге и действуют на нейроны различных нервных центров. У эндоканнабиноидов много функций: они участвуют в регуляции аппетита, влияют на память, обучение и эмоции и, кроме того, служат своеобразным внутренним обезболивающим, к которому мозг прибегает в самых разных случаях. Физические упражнения стимулируют выброс нейромедиаторов, снижающих тревожность и вызывающих лёгкое чувство радости.

Но есть и другие антистрессовые механизмы, которые включаются при занятиях спортом. Известно, что стресс и депрессия вызывают атрофию нейронов и синапсов: связи между нервными клетками слабеют и рвутся, а новые не образуются. Нервная клетка становится «неконтактной» и ненужной, общее разнообразие нервных цепочек уменьшается, а уменьшение числа нервных контуров в свою очередь сказывается на когнитивных способностях и на умении находить выход из трудных ситуаций. Два года назад исследователи из университета Джорджии (США) показали, что у крыс, которые ведут активный образ жизни, нейроны успешно сопротивляются стрессовому эффекту, сохраняя способность формировать всё новые и новые клеточные контакты. И происходит это благодаря нейропептиду галанину, уровень которого заметно увеличивается после физических упражнений и увеличивается как раз в зонах мозга, отвечающих за борьбу со стрессом. Антистрессовый эффект «фитнеса», обеспеченный галанином, проявлялся и в поведении крыс: животные, несмотря на неприятные обстоятельства, которые им устраивали в эксперименте, были активны и любопытны — иными словами, не очень переживали из-за неприятностей и не тонули в стрессе.

В чем заключается связь между физической активностью и когнитивными функциями мозга

Ученые из Гарвардского университета утверждают , что пробежка или спортивная ходьба значительно снижает риск развития депрессии почти на 30%, а при легкой форме этого заболевания физическая активность помогает убрать многие симптомы.

«Наше исследование показало, что любой вид движения может способствовать предотвращению депрессии. Станьте мастером кроссфита только для того, чтобы увидеть пользу. Даже ходьба, растяжка, подъем по лестнице, мытье посуды положительно сказывается на вашем настроении», — заявил автор этого исследования, клинический и научный сотрудник Гарвардской школы общественного здравоохранения им. Т. Х. Чана Кармель Чой.

Не зря при нервных расстройствах или для борьбы с паническими атаками пациентам рекомендуют регулярные занятия спортом. Вы даже сами наверняка замечали, что после тренировок у вас улучшается настроение.

Все это происходит из-за того, что во время физической активности увеличивается выработка дофамина (нейромедиатор, гормон счастья), серотонина (нейромедиатор, играющий ключевую роль в регуляции настроения, циклов сна и бодрствования) и эндорфинов (группа химических соединений, дающих чувство радости и действующих как болеутоляющее).

Благодаря физической активности вырабатываются и эндоканнабиноиды (нейромедиаторные молекулы, которые воздействуют на нейроны различных нервных центров). Именно они вызывают у человека эйфорию и снижают уровень тревожности.

Регулярные занятия также положительно влияют на сон.

Как спорт может помочь улучшить память и концентрацию

Любая физическая работа, так или иначе, будет отвлекать вас от «копания» в своих мыслях, а это уже большой плюс для расслабления. Сосредоточенность на движениях и своих спортивных достижениях действительно может помочь побороть стрессы самостоятельно. И к тому же двигательная активность будет способствовать укреплению связей между нейронами, чтобы избежать проявлений депрессии в будущем. Что же поможет побороть стресс ? Физическая нагрузка какого плана будет наиболее полезной?

Бег и ходьба

Это именно те виды физических нагрузок, которые показали наилучшие результаты в борьбе с депрессией в исследованиях Нью-Йоркского Департамента психической гигиены. Слишком интенсивные занятия, такие как интервальный или функциональный тренинг, кроссфит или силовые нагрузки вряд ли дали бы такой результат. Организм и без нагрузки уже достаточно истощен депрессией, а слишком большие напряжения могут повергнуть и тело, и мозг в еще больший стресс. А вот бег или ходьба, обычная прогулка быстрым шагом, даже в течение 20-30 минут действительно помогут расслабиться. Эти кардионагрузки, если они будут регулярными, тренируют дыхательную и сердечно-сосудистую систему, развивают физическую выносливость, а также насыщают мозг кислородом.

Плавание

Нельзя не упомянуть о плавании. Само нахождение в воде уже способно подарить полный релакс: расслабляется опорно-двигательный аппарат, снимается напряжение с позвоночника, всех суставов и мышц, наступает «гидроневесомость», когда вы чувствуете невероятную легкость во всем теле. Помимо этого, нахождение в воде позволяет расслабиться и мозгу — на уровне инстинктов, ведь тело ребёнка в утробе матери все 9 месяцев тоже находится в воде. В бассейне вас уже окутывает чувство защищенности и спокойствия. Ну а активное плавание заставит работать все мышцы тела и приведет формы в порядок. Не обязательно сразу же работать на износ, достаточно поплавать в свое удовольствие или выполнить несколько эффективных упражнений из курса аквааэробики в воде.

Йога

Ну и, конечно же, мы не могли не сказать о йоге — любая асана (поза) уже будет действовать расслабляюще. Вся суть йоги заключается в том, чтобы найти гармонию между физическим телом и внутренним духом, а потому классы йоги будут идеальными, если вы постоянно находитесь в напряжении и не можете расслабиться. Направлений у йоги множество, начать лучше с классической хатха-йоги, чтобы познать азы этой философии. А если вам хочется чего-то более динамичного, есть силовая йога (с включением в программу силовых упражнений), фит-йога (более динамичная с элементами фитнеса), танцевальная йога (танцевальные па), флай-йога (йога на полотнах) и даже йога в воде.

Есть ли научные доказательства, подтверждающие пользу спорта для мозга

Хорошая физическая форма – защита от множества заболеваний, включая деменцию. Регулярные упражнения на свежем воздухе способны не только отсрочить появление негативных изменений в работе мозга, которые часто происходят с возрастом, но и улучшить его функционирование. Ученые утверждают, что у лиц с признаками деменции регулярная умеренная физическая активность (достаточно интенсивная, чтобы сбить спокойное дыхание) улучшает скорость и остроту мысли, а также увеличивает фактический объем тканей мозга. Это заключение опирается на ряд исследований.

Например, канадские ученые утверждают, что проследили интересную закономерность: у людей, проходящих за неделю в пеших прогулках не менее шести миль (примерно десять километров), снижаются темпы возрастной потери массы мозга. В начале многолетнего исследования его авторы обратились к тремстам испытуемым с просьбой записывать, какое расстояние они преодолевают во время регулярных прогулок. Через девять лет после начала наблюдения было произведено сканирование мозга с оценкой его объема. Еще через четыре года участники выполнили тесты для оценки состояния когнитивных функций. Так было обнаружено, что люди, проходившие около 10–15 км в неделю, в старости были менее подвержены заболеваниям мозга, вызванным возрастным уменьшением его объема, в частности болезни Альцгеймера . Риск развития деменции снижался заметно – примерно в два раза.

Еще одно подтверждение пользы правильно организованной физической активности в борьбе против старческой деменции получено американскими учеными. Они обследовали пожилых людей в возрасте от 60 до 75 лет, совершавших пешие прогулки в быстром темпе по 45 минут в день три раза в неделю, и обнаружили, что такая зарядка позволила улучшить не только физическую, но также интеллектуальную форму. Положительные изменения оказались заметными даже на фоне результатов контрольной группы, участники которой занимались в закрытом помещении растяжкой и выполняли упражнения для общего повышения тонуса. В связи с этим особенно подчеркивается важность для пожилых людей аэробных упражнений и практик, которые активируют клеточные процессы в мозге и вызывают рост объема серого вещества.

Интересное наблюдение сделали ученые из Чикаго в ходе наблюдения за группой из 970 пациентов преклонного возраста (средний возраст – 80 лет). Оказалось, что у пожилых людей с развитой мускулатурой риск развития умеренных когнитивных расстройств и возникновения болезни Альцгеймера примерно на 60% ниже, чем у их сверстников . Исследователи не дают однозначной интерпретации полученным результатам. По одной трактовке, у когнитивных расстройств и у ослабления мышц есть общая причина – например, повреждение митохондрий, участвующих в процессах энергообразования в клетках. От снижения производимой энергии могут страдать и мышцы, и мозг. По другой версии, проблемы со здоровьем (например, инсульт или расстройства нервной системы) приводят к ослаблению мышц, и потому деградация мышц может рассматриваться как потенциальный симптом развивающейся болезни Альцгеймера. Еще одно предположение строится на мнении, что физическая активность как часть здорового образа жизни позволяет человеку дольше сохранять здоровый мозг. Так или иначе, многие эксперты подчеркивают, что хорошая физическая форма – важное условие нормальной работы мозга.

Какие процессы происходят в мозге во время физических упражнений

Исследование пришло к выводу, что 60 минут физической активности, проводимой ежедневно после школы, полезно не только для физического здоровья детей, но также способно благотворно влиять на их когнитивные функции. 

Исследовательская группа, возглавляемая профессором Charles Hillman из США, опубликовала результаты своего исследования в журнале Pediatrics. Департамент здравоохранения и социальных служб США рекомендует детям и подросткам в возрасте 6-17 лет заниматься активными физическими упражнениями не менее 60 минут в день. Однако прошлогодний опрос старшеклассников показал, что только 29% выполняют эту рекомендацию. 

Многочисленные проведенные ранее исследования показали, что регулярные физические нагрузки в детском и подростковом возрасте имеют многочисленные преимущества для здоровья, как немедленные, так и отсроченные. Они способствуют формированию здоровых костей и мышц, помогают контролировать вес и даже нормализуют концентрацию холестерина в крови и артериальное давление. 

Процессы, происходящие в мозге во время физических упражнений

Когда мы занимаемся физическими упражнениями, наши мозги испытывают изменения, которые могут улучшить наши когнитивные функции. Вот некоторые из процессов, которые происходят в мозге:

• Выработка новых нейронов: Физические упражнения стимулируют рост новых нейронов в коре головного мозга, что может улучшить нашу способность к обучению и памяти.
• Повышение кровообращения: Физические упражнения вызывают увеличение кровообращения в мозге, что обеспечивает доставку кислорода и питательных веществ к клеткам.
• Выработка нейротрансмиттеров: Физические упражнения стимулируют выработку нейротрансмиттеров, таких как серотонин и дофамин, которые играют важную роль в регуляции настроения и эмоционального состояния.
• Увеличение активности коры головного мозга: Физические упражнения вызывают увеличение активности коры головного мозга, что может улучшить наши когнитивные функции, такие как внимание, память и решающая способность.

Таким образом, регулярные физические упражнения могут улучшить наш мозг, а также наше физическое здоровье, что является важным фактором для нашего общего благополучия.

Однако в последнее время все чаще стали появляться исследования, показывающие положительное влияние физической активности на функции детского мозга. В исследовании 2012 года, например, авторы обнаружили, что всего 20 минут физических упражнений в день могут повысить успеваемость у детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивности ( СДВГ ). А в прошлом году исследование ученых из Королевского колледжа Лондона показало, что регулярные физические упражнения способны улучшать когнитивные способности детей в дальнейшей жизни.  В своем последнем исследовании, профессор Хиллман и его команда обнаружили, что дети, принимавшие участие в активных физических упражнениях после школы, длившихся не менее одного часа, продемонстрировали значительное улучшение концентрации внимания, лучшую работоспособность на уроках и большую гибкость при переключении с одной познавательной задачи на другую, по сравнению с детьми, ежедневная физическая активность которых была незначительной. В этом исследовании принимал участие 221 ребенок в возрасте 7-9 лет, исследование продолжалось 9 месяцев. Половина детей были рандомизированы в тренировочную группу, а вторая половина - составила группу контроля. Дети из первой группы были обязаны участвовать в специально организованных занятиях физкультурой, с умеренной или интенсивной физической нагрузкой, которые длились не менее 60 минут, ежедневно после школы. «Дети, которые участвовали в групповых упражнениях, получили конкретные стандартизированные нагрузки, специально разработанные для них», - говорит профессор Хиллман. Дети из первой группы носили сердечные мониторы и шагомеры во время проведения физических упражнений, и обе группы детей прошли визуализирующие исследования головного мозга и тестирование когнитивных функций в начале и в конце исследования.  Исследователи обнаружили, что дети из первой группы показали значительно лучшие навыки блокирования отвлекающих факторов и фокусирования на поставленных задачах, по сравнению с контрольной группой. Кроме того, у этих детей была отмечена лучшая «когнитивная гибкость» - способность переключаться между интеллектуальными задачами без ущерба в точности и скорости выполнения этих задач. «Дети в группе вмешательства имели двукратное увеличение точности выполнения познавательных задач, по сравнению с группой контроля», - добавляет профессор Хиллман. «Кроме того, мы обнаружили положительные изменения функции мозга, которые связаны с распределением внимания во время выполнения познавательных задач, а также с увеличением скорости когнитивных функций, в группе вмешательства», - добавил он. Однако профессор Хиллман отмечает, что улучшение когнитивных функций у детей в рамках проводимого ими исследования может быть связано не только с «чистым» эффектом от физических нагрузок: Дело в том, что дети являются социальными существами; они занимаются физической активностью только в социальной среде, - говорит он. «Главная причина, по которой дети участвовали в разработанной нами программе физических нагрузок - потому что они находили это очень веселым и интересным занятием, а также заводили там новых друзей. Эти факторы сами по себе могли положительно влиять на детей».  Источник .

Влияет ли регулярная тренировка на умственное здоровье человека

Исследования показывают, что медитативные виды физической активности, такие как йога и тай-чи, способствуют снятию стресса и улучшению психического благополучия. Йога, например, сочетает в себе элементы физических упражнений, дыхательных практик и медитации, что помогает расслабить тело и ум.

Тай-чи. Это медленный и плавный вид гимнастики, который помогает глубокому расслаблению и сосредоточенности, а также улучшает координацию и равновесие. Обе практики также считаются эффективными методами снижения уровня тревожности и улучшения концентрации благодаря их воздействию на нервную систему и на психологическое состояние участвующих.

Йога и тай-чи. Включают в себя специальные дыхательные техники. Они помогают улучшить кислородное питание тканей, снизить артериальное давление и обеспечить глубокое расслабление организма. Упражнения в медитативных практиках стимулируют выделение эндорфинов и серотонина — гормонов счастья и удовлетворения.

Фото: istockphoto.com/Kobus Louw

Медитация. Медитативные виды физической активности способствуют развитию навыков осознанности, что позволяет сосредоточиться на текущем моменте, уменьшить внутреннее раздражение, научиться управлять своими эмоциями и переживать стрессовые ситуации более спокойно и эффективно.

Регулярные занятия йогой или тай-чи способствуют укреплению мышц, улучшению гибкости и координации движений, что, в свою очередь, может повысить уверенность в себе и улучшить общее самочувствие.