Известно, что физическая активность влияет на структуру и функции мозга. При этом есть данные, что мозг спортсменов отличается от мозга здоровых людей, ведущих малоподвижный образ жизни.

Физические упражнения могут влиять на метаболизм в мозге. Предполагается, что эти изменения в метаболизме мозга отражают изменения в активности специфических нейромедиаторов, таких как гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и глутамат. ГАМК является важным тормозным нейромедиатором нервной системы, а глутамат представляет собой возбуждающий нейротрансмиттер. Проводились исследования с помощью магнитно-резонансной спектроскопии, которые показали, что после аэробных упражнений повышается концентрация ГАМК и глутамата (Maddock et al., 2016) в мозге. Авторы показали это для добровольцев сразу после физической активности. Но при этом также были продемонстрированы предварительные доказательства того, что более высокая физическая активность на предыдущей неделе приводит к более высокому уровню глутамата в состоянии покоя.
Сами авторы исследования связывают результаты с возможным терапевтическим использованием физических упражнений при нервно-психических расстройствах, так как известно, что уровень глутамата и ГАМК в мозге снижается во время эпизодов глубокой депрессии и часто нормализуется в связи с выздоровлением. Но в целом глутамат участвует во множестве высших функций, включая память, обучение и внимание (Traynelis et al., 2010). И физиологическая роль глутамата распространяется на понимание и использование языка, так как нарушение передачи сигналов с помощью глутаматергической системы способствуют развитию нейродегенеративных заболеваний и речевых расстройств (Li W. et al., 2020). В свою очередь успешное устное чтение реальных слов связано с повышенной концентрацией ГАМК в языковой системе высшего порядка, тогда как чтение незнакомых псевдослов с этим не связано (Krishnamurthy L. C. et al., 2019).

В другом исследовании авторы изучали влияние аэробных упражнений на уровень N-ацетиласпартата (NAA), второй по концентрации молекулы в мозге, с помощью магнитно-резонансной спектроскопии (Erickson et al., 2012). Аэробные упражнения выполняются длительное время при умеренной нагрузке в условиях повышенного потребления кислорода мышцами. NAA участвует в балансе жидкости в мозге и его уровень снижается при различных мозговых патологиях от инсульта до болезни Альцгеймера. Авторы исследовали уровни NAA и когнитивные способности у 137 пожилых людей от 58 до 80 лет без когнитивных нарушений.

Было обнаружено, что более высокий уровень физической активности компенсирует возрастное снижение NAA. Был сделан вывод, что аэробные упражнения и физическая активность эффективны для сдерживания снижения жизнеспособности нейронов, которое происходит в пожилом возрасте. При этом большее количество NAA коррелировало с большим объемом рабочей памяти. Авторы обнаружили эту корреляцию исходя из теста Векслера, проведенного для добровольцев. В этом тесте экспериментатор зачитывал вслух серию чисел с интервалом одно число в секунду. После того, как экспериментатор завершал ряд чисел, участник устно повторял одни и те же числа либо дословно (прямой ход), либо в обратном порядке предъявления (обратный ход). И было обнаружено, что более низкие уровни NAA были связаны с худшей производительностью рабочей памяти при выполнении задания назад по диапазону цифр. В целом NAA может использоваться в качестве маркера жизнеспособности и плотности нейронов. Поэтому, например, в другом исследовании было показано, что пациенты с субъективным снижением когнитивных функций плюс показали значительное снижение значений N-ацетиласпартата (Yang Z. et al., 2021).
Кроме того, есть ряд статей описывающих влияние физических упражнений на объем серого вещества мозга. Вполне закономерным оказалось, что у профессиональных спортсменов, например, спортсменов-дзюдоистов (Jacini et al., 2009) и гимнасток мирового класса (Huang et al., 2015) были обнаружены более высокие объемы серого вещества в нескольких областях лобной, теменной, затылочной и височной долей. Аналогичные исследования проводились и для других видов спорта от балетных танцев до альпинизма – всегда находились определенные изменения. То есть человек, профессионально занимающийся какой-то определенной деятельностью меняет свой мозг, чтобы добиться высоких результатов.
Тем не менее при сравнении концентрации серого вещества мозга у пожилых людей, всю жизнь занимающихся спортом, и пожилых людей, ведущих малоподвижный образ жизни, также выявили определенные различия, говорящие о пользе спорта (Tseng et al., 2013). Исследование проводилось на 12 бывших спортсменах и 12 малоподвижных пожилых людях с помощью МРТ и тестов на когнитивные функции. Было показано, что первая группа имела более высокие концентрации серого и белого веществ в областях мозга, связанных со зрительно-пространственными функциями, контролем движения и рабочей памятью. При проведение стандартных тестов когнитивных функций (тест Векслера, тест создания маршрутов, Калифорнийский тест и др.) добровольцы из первой группы оказались более способными в задачах по беглости письма и категоризации вещей.

Исследования физических нагрузок также свидетельствуют и о положительном влиянии на гиппокамп. В последних обзорах, описывающих предыдущие исследования про влияния физических нагрузок на гиппокамп, делается вывод, что различные упражнения (непрерывная тренировка умеренной интенсивности, тренировка с отягощением) потенциально могут увеличить объем гиппокампа, тем самым благоприятно влияя на структуры и функции гиппокампа на протяжении всей жизни (Feter N. et al., 2018; Aghjayan S. L. et al, 2021).

Активно изучалось влияние физических нагрузок на концентрацию внимания, преимущественно на детской популяции, как имеющей наибольшие сложности с этим. Например, в США исследовалось влияние 4-недельных ежедневных 6-минутных перерывов с скоординированной двусторонней физической активностью (CBPA) на внимание и концентрацию у детей школьного возраста, находящихся на уроке (Buchele Harris H. et al, 2018). Учащиеся одновременно повторяли CBPA, записанную на видео. Примерами двигательных движений было создание восьмерок путем одновременного парного движения рук в одном и том же направлении, изменения направления и движения рук в противоположных направлениях. Всего было 116 пятиклассников из двух начальных школ. Использовался тест внимания d2, который заключается в поиске буквы «d» в строке букв. Был сделан вывод, что ежедневные скоординированные двусторонние физические упражнения улучшают внимание и концентрацию у пятиклассников в течение четырех недель, по сравнению с теми детьми, кто такие упражнения не выполнял.

Если же говорить про влияния сидячего образа жизни на когнитивные функции, то в двух последних обзорах статей на данную тематику авторы не обнаружили достоверного различий с активными людьми (Magnon et al., 2018; Dillon et al., 2022). В первой статье проверялись 13 исследований, во второй – 53, причем суммарная выборка по всем исследованиям составила больше 83 тыс участников. Это говорит о достаточной серьезности такого вывода.
Таким образом, можно заключить, что сидячий образ жизни не влияет на наши когнитивные способности (можно вспомнить Стивена Хокинга, мышление которого не изменилось после того, как он оказался прикован к инвалидному креслу). Однако, физическая активность определенно влияет на структуру и функции мозга, меняя его метаболизм и увеличивая объем серого вещества и гиппокампа.

Спорт и мозг