Нейробиологам давно известно, что аэробные упражнения, такие как ходьба, плавание, бег или езда на велосипеде, в значительной степени полезны для здоровья мозга. Теперь новое исследование, проведенное доцентом Аги Бурзински из лаборатории BRAiN при Университете штата Колорадо, предоставляет некоторые из первых доказательств того, что белое вещество, которое соединяет и передает сигналы между нейронами, также может меняться к лучшему в ответ на аэробные упражнения, давая импульс развитию воспоминания участников.
Исследование, опубликованное в NeuroImage 24 июня, показало, что области мозга, наиболее уязвимые к старению, также были областями, которые больше всего выиграли от аэробных упражнений, что свидетельствует о том, что регулярные аэробные упражнения являются эффективной стратегией снижения риска когнитивного спада в мире. где ожидается, что заболеваемость деменцией будет удваиваться каждые 20 лет по мере старения населения.
Белое вещество против. серое вещество
Белое вещество обычно рассматривается как пассивная ткань мозга, которая уступает место своему активному аналогу серого вещества, где живут мощные нейроны. Если нейроны – это клетки мозга, которые генерируют сигналы и электрические импульсы, то аксоны в белом веществе – это проводники, которые передают эти сигналы между нейронами.
Белое вещество в основном состоит из проводки аксонов мозга; он получил свой "белый" тезка из-за жирных белков и липидов, которые покрывают волокна аксонов. Изоляция, обеспечиваемая этими белками и липидами, помогает увеличить скорость, с которой сигналы могут передаваться из одной области мозга в другую.
Хотя нейродегенерация часто связана с потерей нейронов с возрастом и, следовательно, с потерей серого вещества, старение белого вещества также может ухудшить когнитивное здоровье. Уменьшение волокон аксонов, а также поражения и микрокровоизлияния связаны с возрастным дефицитом функции мозга; таким образом, меры по предотвращению старения белого вещества также важны для профилактики болезни Альцгеймера и других деменций.
Тест на физическую нагрузку
В последнем исследовании Буржинской ее команда собрала выборку из 180 пожилых людей, которые были здоровы, но, по общему признанию, неактивны – идеальная группа для изучения при разработке базовых показателей того, насколько эффективными могут быть упражнения.
"Мы решили включить здоровых участников, чтобы мы могли сначала понять, что «нормальнее» для здорового старения, и в дальнейшем применять эти знания в других группах населения, таких как люди с деменцией," сказала Андреа Мендес Кольменарес, аспирантка Буржинской и первый автор исследования.
Затем участники были случайным образом разделены на группы, которые встречались три раза в неделю в течение шести месяцев. Одна группа ходила около 40 минут на каждом занятии. Другая группа взяла уроки танцев, которые в течение шести месяцев становились все сложнее. И последняя группа, которая выступала в качестве контроля для исследования, ограничивалась упражнениями на равновесие и растяжку, которые преднамеренно были направлены на поддержание низкой частоты сердечных сокращений.
Каждый участник прошел серию магнитно-резонансной томографии, когнитивных и кардиореспираторных тестов до и после вмешательства, чтобы оценить влияние физической активности на мозг.
Передовые методы
Чтобы измерить изменение белого вещества с течением времени, команда использовала метод, называемый соотношением T1w / T2w, который включал МРТ-сканирование мозга участников.
При проведении МРТ чаще всего исследователи и врачи смотрят на изображения, взвешенные по T1 и T2. Это черные, белые и серые изображения мозга, которые часто можно увидеть в медицинских сериалах по телевизору, когда мозг персонажа поврежден. На изображении, взвешенном по T1, белое вещество мозга кажется белым, а серое вещество – серым, но на изображении, взвешенном по T2, цвета инвертированы. Именно окраска помогает исследователям идентифицировать изменения в анатомии мозга, такие как опухоли, атрофия или, в данном случае, изменения белого вещества.
Поскольку изображения T1-w и T2-w широко доступны в большинстве исследований, команда решила объединить изображения, чтобы создать соотношение, чтобы повысить контраст, который относится к белому веществу мозга. Используя алгоритмы и расширенную статистику, команда смогла извлечь значения, которые показывают, как конкретные области белого вещества изменились в течение шестимесячного вмешательства.
Мендес Кольменарес также использовал другие показатели белого вещества, используя более распространенный метод диффузно-взвешенной визуализации и изучая объем мозга и поражения на нем. В совокупности использованные метрики привели к одному из наиболее полных на сегодняшний день исследований белого вещества.
Повышенное белое вещество
Используя технику соотношения T1w / T2w, команда обнаружила, что у участников в группах ходьбы и танцев увеличилось белое вещество после шести месяцев аэробных упражнений.
Другими словами, физическая активность положительно повлияла на белое вещество мозга, но особенно в областях, наиболее уязвимых к старению, таких как мозолистое тело и цингулюм, которые наделяют важные когнитивные способности, такие как память и исполнительные функции.
Кроме того, пешеходная группа испытала дополнительное преимущество в виде улучшения эпизодической памяти после вмешательства и была более способна вспоминать воспоминания из своей жизни.
"Это может быть связано с тем, что в группе ходьбы было больше людей по сравнению с группой танцев, но у нас есть веские основания полагать, что это может быть потому, что в группе ходьбы был более сильный аэробный компонент, как будто они и их сердца работали усерднее," Мендес Кольменарес сказал.
Таким образом, занятия, которые действительно повышают частоту сердечных сокращений, могут быть лучше подготовлены для борьбы с некоторыми побочными эффектами старения мозга.
Однако обратное верно для действий, которые не столь интенсивны: участники исследования группы, которые ограничивались упражнениями низкой интенсивности, такими как растяжка или уравновешивающие позы, испытали нормальное, медленное снижение сигнала белого вещества в течение шести месяцев. и никаких изменений эпизодической памяти.
Немного имеет большое значение
Взятые вместе, результаты подтверждают рекомендации общественного здравоохранения в отношении регулярных умеренных и высоких физических нагрузок, в частности, 150 минут физической активности в неделю, по данным Американской кардиологической ассоциации и других организаций здравоохранения.
Кроме того, результаты подтверждают идею о том, что белое вещество "пластик" и может измениться в результате опыта или вмешательства, даже в краткосрочной перспективе – некоторые положительные новости для тех, кто, возможно, хочет добавить больше упражнений в свой образ жизни.
"Тот факт, что мы смогли показать результаты в белом веществе в клинических испытаниях всего за шесть месяцев, означает, что вам не нужно тренироваться всю свою жизнь, чтобы показать некоторые изменения в вашем мозгу," Мендес Кольменарес сказал.
Мендес Кольменарес добавила, что она надеется, что это исследование проложит путь для индивидуальных рекомендаций в будущем, которые адаптируют упражнения к тому, что лучше всего подходит для каждого человека, на основе их собственной биологии и физиологии.
"Мы надеемся, что это может продвинуть вперед область старения белого вещества и деменции таким образом, чтобы больше рекомендаций по немедикаментозному лечению и изменению образа жизни можно было лучше направить людям, которые стареют нормально, и людям с некоторыми нарушениями, чтобы люди могли жить самостоятельно дольше и с лучшим познанием," она сказала.
В дальнейшем лаборатория BRAiN Lab Бурзинской углубляется в другие, более продвинутые методы исследования белого вещества, чтобы помочь проверить результаты и лучше понять механизмы, контролирующие изменения белого вещества в головном мозге.
И, как это принято в науке, теперь другим исследователям предстоит проверить результаты группы и посмотреть, смогут ли они воспроизвести аналогичные результаты.