Как прокачать мозг, прокачивая тело, и что конкретно для этого делать с точки зрения нейробиологии

Когда мы тренируемся, мозг воспринимает это как стресс. Но уже точно научно доказано, что спорт влияет на организм и мозг положительно. Тысячи экспериментов подтверждают, что физические нагрузки благотворно влияют на память, интеллект, обработку информации и даже самоконтроль. 

Рис. 1. Анатомические сравнения человека и шимпанзе, H. erectus и A. afarensis

Рис. 1. Анатомические сравнения человека и шимпанзе, H. erectus и A. afarensis

 

Чтобы начать говорить о смысле спорта в человеческой жизни и его влиянии на мозг, нужно начать с самых азов – с эволюции. Ученые полагают, что она одарила нас длинными ногами, узкой грудной клеткой и большими ягодичными мышцами для того, чтобы мы могли бегать. (рис. 1) Такую новую эволюционную гипотезу в 2004 году выдвинули ученые Даниэль Либерман и Деннис Брамбл после своих исследований. Они также отметили, что эти особенности, предположительно связанные с бегом, появились раньше, чем начал увеличиваться мозг. [1]

В 2014 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине разделили Джон О’Киф и супруги Мэй-Бритт и Эдвард Мозеры за открытие системы клеток в мозге, которая определяет положение в пространстве. Джон О’Киф открыл существование «клеток места», которые находятся в гиппокампе. Эти клетки активируются тогда, когда человек находится в определенном месте. А супруги Мозеры продолжили исследование О’Кифа, расширили его, и нашли новый компонент системы ориентации – «клетки координатной сетки» в энторинальной коре. Так совокупность исследований доказала возможность мозга создавать «карты местности». [2]

Рис. 2. Разные клетки системы навигации: «клетки места» в гиппокампе (а), «клетки направления» в субикулуме (б), «клетки координатной сетки» в энторинальной коре (в).

Рис. 2. Разные клетки системы навигации: «клетки места» в гиппокампе (а), «клетки направления» в субикулуме (б), «клетки координатной сетки» в энторинальной коре (в).

 

Представители комитета назвали эту систему «внутренней GPS». (рис. 2) Это укрепило мнение, что некоторые интеллектуальные особенности, связанные с памятью, развивались чтобы наши предки могли запоминать и строить в голове карту местности, пока бегают, добывая еду. Ведь те, кто знают, куда бежать, выживают лучше, чем те, кто не знают. 

Исследований про влияние движения на мозг очень много. Все они приходят к одному выводу: каким-то образом, активная физическая деятельность связана с интеллектом. В том, что спорт все-таки влияет на мозг, ученые уверены. И даже перестали вести дискуссии на эту тему. Что же происходит с мозгом, когда человек занимается спортом?

Начнем с того, что лежит на поверхности. Когда человек увеличивает физическую активность, телу нужно больше энергии, глюкозы и кислорода. Оно увеличивает частоту сердечных сокращений и глубину дыхания. Что приводит к улучшению кровоснабжения, которое доставляет все питательные вещества не только в мышцы, но и в мозг. Это кажется вполне очевидным, но до определенного момента. 

Рис. 3. Место раздвоения сонной артерии на внутреннюю и внешнюю

Рис. 3. Место раздвоения сонной артерии на внутреннюю и внешнюю

 

В шее есть сонная артерия. На пару сантиметров ниже челюстной кости – там, где мы обычно измеряем пульс – она делится еще на две артерии. Одна обогащает мозг и называется внутренней, а вторая – поверхность головы, она – внешняя. (рис. 3) Команда ученых из Японии провела эксперимент. Он показал, что чем сильнее аэробная нагрузка, тем выше процент от максимального потребления организмом кислорода, и следовательно – тем больше крови попадает в сонную артерию. При этом мозг обогащается только если процент от максимального потребления кислорода не переваливает за 60%. А если нагрузка слишком высока, и организм начинает потреблять кислород около 80% от максимального – начинает обогащаться уже голова.

Так наш организм, на определенном этапе нагрузок, делает все, чтобы мозг не перегрелся – перестает в него пускать разгоряченную кровь. В процессе слишком сильных нагрузок крови в него попадает примерно столько же, сколько в состоянии покоя. [3]

Чтобы посчитать свой уровень максимального потребления кислорода нужно идти в специальную лабораторию. Поэтому решили, что в степени аэробных нагрузок можно ориентироваться на частоту сердечных сокращений. Чтобы узнать свой максимальный уровень ЧСС, или пульс, нужно из 220 вычесть ваш возраст. Или воспользоваться табличкой (рис.4):

Рис. 4. Расчет ЧСС в зависимости от возраста и типов нагрузок

Рис. 4. Расчет ЧСС в зависимости от возраста и типов нагрузок

 

Тренируясь так, чтобы пульс не превышал 80% от этого значения, вы продолжите снабжать мозг кровью. После превышения – никакой пользы уже не будет.

Ученые также считают, что при постоянных тренировках мозг в целом начинает обогащаться кислородом больше. Это объясняется двумя причинами. Первая – сердце. С каждой тренировкой оно становится сильнее и начинает за один удар перегонять больше крови. А вторая – сосуды. Некоторые эксперименты на мышах показывают, что в процессе тренировок растут новые сосуды, которые это кровоснабжение обеспечивают. [4]

Еще одна важная вещь в вопросах влияния спорта на мозг – нейропластичность. Она говорит, что мозг может как утрачивать нейронные связи из-за каких-то факторов, так и восстанавливать их под действием внешних воздействий. Чем больше человечество изучает эту сферу, тем лучше понимает, как устроен мозг, и что нужно делать для его прокачки и замедления старения.

Проводя испытания на мышах, ученые доказали, что при обучении чему-то новому у них в мозге вырастают новые нейронные клетки. [5] В случае с человеком – это не так просто исследовать. Совершенно точно известно, что при освоении новых навыков у человека растут синапсы, и лишь предположительно – могут появляться новые нейронные клетки. Но ученые не останавливаются. В обзоре многих исследований на тему влияния физической активности на мозг  приведено множество примеров, которые доказывают, что серое вещество благодаря нагрузкам увеличивается. [6] 

Одно из таких исследований – эксперимент с 59 пожилыми людьми. Все испытуемые, до начала эксперимента, вели сидячий образ жизни. Их разделили на две группы – тех, которые делали аэробные упражнения в пределах 50% и впоследствии – 70% от максимального пульса; и тех, которые делали тонизирующие упражнения на мышцы без повышения пульса. Период исследования – полгода.  Ученые выяснили, что аэробные упражнения приводят к увеличению серого вещества в передней поясной коре, дополнительной моторной области, правой нижней и верхней височной извилинах – то есть во всем мозге, частями которого мы ежедневно пользуемся. Тонические упражнения к таким результатам не привели. [7]

Рис. 5. Снижение кровоснабжения некоторых отделов мозга

Рис. 5. Снижение кровоснабжения некоторых отделов мозга

 

Есть и обратное исследование. Другую группу людей в возрасте от 50 до 80 лет, которые постоянно занимались бегом на протяжении чуть ли не всей жизни, попросили на 10 дней прекратить бегать. Исследование показало, что эффект, даже от длительных тренировок, быстро уходит. Кровоснабжение мозга у этих людей даже за 10 дней снизилось. (рис. 5) Как и кровоснабжение гиппокампа, который влияет на память. [8]

И здесь важно будет сказать, что упражнения улучшают память только если синтезируется BDNF. [9] Только вот причину его синтеза ученые так и не обнаружили. Почему он повышается после тренировки – пока не известно. Может быть, это связано с кровоснабжением, запросом нейронных клеток, или есть еще какая-то интересная причина – мир пока не знает. 

Но совершенно точно, уже основываясь на том, что исследовано, можно утверждать: спорт влияет на мозг. Высокая интенсивность нагрузки – не так важна, важно – следить за пульсом и не достигать 80% от максимального. Регулярные тренировки намного больше влияют на мозг, чем одноразовые. Как минимум, 15-минутная прогулка в день, немного увеличивающая пульс, продлевает срок вашей жизни примерно на три года по сравнению с теми, кто 15 минут в вашем возрасте не ходит. [10] (рис. 6) При этом, чем люди старше – тем важнее двигаться. До конца жизни. Потому что как только человек перестает – все положительные эффекты для мозга заканчиваются. Помимо этого, вероятнее всего, такой эффект на мозг оказывают именно аэробные нагрузки. С силовыми – пока непонятно и смутно. Не доказано, что они повышают BDNF или снабжают мозг кровью. 

Рис. 6. Зависимость снижения смертности от ежедневной физической активности 

Рис. 6. Зависимость снижения смертности от ежедневной физической активности 

 

Человек эволюционировал в условиях, при которых ему нужно было двигаться. Необходимо для выживания. Те условия, в которых человечество находится сейчас – с точки зрения эволюции – неправильные. Слишком много доступной еды, которую теперь не нужно добывать перебежками, сниженная физическая активность и многие другие «удобства» нашего мира, приводят ко многим причинам смертей, входящих в топ-10 в развитых странах. 

Наши ежедневные усилия, наша воля и решения, которые мы принимаем, влияют в совокупности на то, будет ли у нас дополнительных 30 лет жизни, или нет. Ее продолжительность теперь не зависит от хищника, выпрыгнувшего из кустов. Теперь все зависит только от наших усилий и самоконтроля. 

 

P.S.

Проводили одно исследование – смотрели, как бег влияет на рост новых нейронных клеток у мышей. Сначала их разделили на две группы – контрольную, которые не бегали, и ту, где мышки бегали. Так они жили десять дней. После этого периода каждую группу разделили еще на две – рассадили в разные клетки. Одни из них были оснащены разными интересными предметами – лабиринтами, колесами, дорожками, хитрыми поилками, ловушками и т.д., а других – в обычные скучные клетки: 4 решетки по бокам, одна сверху, и опилки на полу. 

Так у ученых получилось 4 группы животных: 

  1. Те, что бегали и жили потом в интересных условиях;
  2. Те, что бегали и жили в скучных условиях;
  3. Те, что не бегали и жили в интересных условиях;
  4. И те, что не бегали и жили в скучных условиях.

Открытие ученых было в том, что эти вещи сработали аддитивно, то есть суммарно: когда мыши бегали, у них появлялись новые нейронные клетки, и затем эти нейронные клетки особенно хорошо выживали, если они могли пригодиться. Например, чтобы бегать по большой и интересной клетке. [5]

Так что ответ на вопрос что нужно сделать с телом, чтобы поумнеть, прост: бегать. Бегать и окружить себя интересной средой обитания. 

 

Источники:

  1. https://barefootrunning.fas.harvard.edu/Nature2004_EnduranceRunningandtheEvolutionofHomo.pdf
  2. https://biomolecula.ru/articles/gps-v-nashem-mozge-nobelevskaia-premiia-po-fiziologii-i-meditsine-2014
  3. https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1113/jphysiol.2010.204461
  4. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19212941/
  5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2858601/
  6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4094356/
  7. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17167157/
  8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4974847/
  9. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1460-9568.2004.03720.x
  10. https://www.researchgate.net/publication/51576019
  11. https://page.maple4.ru/inoe/stati/interesnoe/871-kak-sport-vliyaet-na-mozg.html

Фото: 

  1. https://telegra.ph/file/325bc5ac9ad767a1afcd5.jpg
  2. https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.118.312669
  3. https://avatars.mds.yandex.net/get-zen_doc/2816669/pub_5eb1400e13284a1c24118b38_5eb1416b6cedb24024834dac/scale_1200