Migliorare la forma fisica del cervello - Comprendere la connessione cervello-esercizio

Neuroplasticità era un termine relativamente sconosciuto fino agli anni '70, quando gli scienziati iniziarono ad accettare l'idea che il nostro cervello non fosse un organo fisiologicamente statico, fissandosi poco dopo la nascita con circa 100 miliardi di neuroni (cellule nervose) (1, 2). Negli ultimi 15-20 anni, questo campo di studio si è ampliato notevolmente grazie alla scoperta di vari composti in grado di cambiare sia la struttura che la funzione del cervello per tutta la vita e come ciascuno di essi sia influenzato positivamente dall'esercizio, dall'attività fisica e persino dagli esercizi mentali (3, 4 ).

Forse la storia di successo più impressionante che collega l'esercizio al miglioramento della funzione cerebrale è il Learning Readiness Physical Education Program, fondato come programma Zero Hour PE presso la Naperville Central High School di Chicago negli anni '90 (5). Lo scopo originale del programma era esaminare se allenarsi prima della scuola avrebbe migliorato la capacità di apprendimento di uno studente in classe. Dall'inizio del programma e attraverso la sua evoluzione, gli studenti di questo distretto scolastico sono ora tra i più in forma e i più intelligenti della nazione.

In effetti, gli studenti dell'ottavo anno di questo distretto hanno sovraperformato la media nazionale degli Stati Uniti sul Trends in International Math and Science Study (TIMMS), battendo anche molti studenti in Cina, Giappone e Singapore che tradizionalmente hanno superato gli studenti americani. Quindi che sta succedendo?

Daniel Lieberman, un paleoantropologo dell'Università di Harvard, ha svolto ricerche sull'evoluzione umana e ha dimostrato come il nostro cervello e il nostro cranio si siano evoluti nel tempo per preservare la nostra sopravvivenza come specie (6). Il nostro bisogno di pensare, elaborare, elaborare strategie, cacciare in team e funzionare e comunicare all'interno di gruppi sociali ha stimolato la crescita in varie regioni del nostro cervello e migliorato la nostra funzione cerebrale complessiva. Questa crescita del nostro cervello, in particolare regioni specifiche come il lobo frontale che è collegato al pensiero cosciente, al processo decisionale, alla pianificazione, al giudizio, all'analisi e all'inibizione, continua nella nostra era moderna.

Il nostro cervello può anche subire perdite e contrarsi sotto forma di diminuzione dell'efficienza mentale e declino della memoria con l'avanzare dell'età. In effetti, la perdita di memoria è citata come un disturbo cognitivo primario negli anziani. Si stima che circa il 10% degli adulti di età superiore ai 65 anni abbia una qualche forma di deterioramento cognitivo e questa statistica aumenta a circa il 50% degli adulti di età superiore agli 80 anni (7). Sebbene questo declino sia generalmente attribuito a perdite fisiologiche complessive all'interno delle nostre cellule cerebrali, il potenziale impatto della malattia (p. Es., L'Alzheimer), una mancanza generale di uso del cervello o l'effetto della depressione o dei farmaci, i principali fattori di rischio biologico associati a questi declini includere:

• Stress ossidativo: il nostro cervello utilizza circa il 20% dell'apporto di ossigeno del corpo e nel tempo l'accumulo di radicali liberi può provocare danni al DNA e ai lipidi essenziali all'interno del cervello che innesca la morte neuronale.
• Gli agenti infiammatori si accumulano nel cervello. Generalmente, vengono filtrati dalla nostra barriera ematoencefalica (BBB), una sottile rete capillare che separa il flusso sanguigno cerebrale dalla circolazione sistemica. Con l'invecchiamento, sperimentiamo una minore filtrazione di molti agenti infiammatori (ad esempio, citochine come l'interleuchina-1 beta) che possono distruggere i neuroni e inibire la neurogenesi (la crescita di nuovi neuroni).
• Livelli elevati di omocisteina, un aminoacido naturale che si trova nel plasma, promuove l'aterosclerosi all'interno dei vasi, riducendo così il flusso sanguigno cerebrale, la memoria e il volume cerebrale complessivo.
• Squilibri ormonali e perdite ormonali all'interno del corpo - ormoni steroidei chiave come estrogeni, testosterone e deidroepiandrosterone (DHEA) aiutano collettivamente a preservare le capacità cognitive ma diminuiscono con l'invecchiamento.
• Declino della salute cerebrovascolare: vasi sanguigni sani e livelli elevati di colesterolo HDL facilitano il flusso sanguigno nelle regioni del cervello come la materia grigia.
• Ipertensione: i piccoli capillari all'interno del cervello sono suscettibili ai danni causati da una pressione sanguigna cronicamente elevata.
• Diabete e insulino-resistenza: l'iperglicemia e l'incapacità di utilizzare il glucosio sono state collegate a livelli inferiori di fattori di crescita neuronali, diminuzione del volume cerebrale e maggiore incidenza di demenza.
• Lo stress e l'ansia innescano livelli maggiori e sostenuti di cortisolo che possono danneggiare il tessuto cerebrale (discusso più avanti in questo articolo).

Molti di questi fattori scatenanti del declino cognitivo sono inevitabili, ma possiamo rallentare, fermare o persino invertire queste diminuzioni legate all'età? La risposta è sì, e si continua a scoprire un elenco sempre crescente di composti che insieme portano a una migliore salute e funzione del cervello. È interessante notare che questi composti sembrano essere più importanti in alcune regioni del cervello rispetto ad altre. Ad esempio, l'ippocampo, una regione del cervello coinvolta nella conversione di informazioni a breve termine in conoscenza a lungo termine, perde la sua massa e capacità con l'avanzare dell'età, ma è significativamente influenzato dall'aumento dei livelli di alcuni di questi composti (2, 8- 10).

• Fattore neurotropico derivato dal cervello (BDNF) è forse il più importante in quanto stimola la neurogenesi e aumenta la lunghezza, lo spessore e la densità dei dendriti (terminazioni nervose), migliorando la connettività nervosa, specialmente nell'ippocampo. BDNF rafforza e pulisce le sinapsi (giunzioni tra due nervi), migliora l'efficienza sinaptica e aumenta la mappatura sinaptica (connettività tra neuroni e nuovi circuiti per compensare i circuiti persi). (Scopri di più su BDNF ed esercizio.)
• Fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF) aiuta a costruire nuovi capillari all'interno del cervello, migliorando la fornitura di ossigeno e glucosio alle varie regioni del nostro cervello.
• Fattore di crescita dei fibroblasti-2 (FGF-2) stimola la crescita del tessuto cerebrale migliorando l'efficienza sinaptica e i neuroni di affinità possono condividere l'uno con l'altro per facilitare l'apprendimento e la ritenzione.
• Fattore di crescita insulino-simile-1 (IGF-1), prodotto all'interno delle cellule muscolari, viene spinto nel cervello e aiuta ad aumentare l'assorbimento del glucosio nelle cellule, fornendo così il carburante necessario al BDNF.

Allora come facciamo a innescare aumenti di questi composti? Una buona maggioranza della ricerca si è concentrata sul effetti dell'esercizio on increasing levels of these compounds (10). Low-to-moderate intensities of cardio stimulate increases BDNF, but little increases in IGF-1. By comparison, moderate-to-vigorous intensities of cardio (> 65% of VO₂max) aumenta i livelli di BDNF, VEGF, FGF-2, IGF-1 e persino l'ormone della crescita umano (HGH) che contribuisce alla costruzione della massa cerebrale. L'allenamento di resistenza eseguito due volte a settimana mostra anche aumenti di BDNF, VEGF, FGF-2, IGF-1 e HGH. L'esercizio quotidiano rispetto a quello a giorni alterni comporta un aumento maggiore del BDNF (150% contro 124%), ma i livelli diventano uguali dopo circa quattro settimane di allenamento (10). L'esercizio migliora anche l'efficienza del nostro BBB e promuove un maggiore equilibrio tra molti dei neurotrasmettitori del nostro cervello come serotonina, dopamina, norepinefrina, glutammato e GABA, che influenzeranno positivamente l'umore e la cognizione.

Sebbene molte ricerche puntino a 30 minuti di esercizio, due o tre volte a settimana, John Ratey, autore di Scintilla e Una guida per l'utente al cervello (3, 11), cita che solo da otto a dodici minuti al giorno di esercizio che evoca sudore e respiro affannoso (cioè, circa il 60% della frequenza cardiaca massima o superiore) è sufficiente per dimostrare un aumento di molti di questi composti come il BDNF . Inoltre, l'inclusione di schemi trasversali laterali (XLP) (cioè movimento che attraversa il corpo o che coinvolge gli arti controlaterali) aiuta a rafforzare il corpo calloso, che è essenzialmente la colla che collega gli emisferi cerebrali sinistro e destro e facilita la comunicazione interemisferica.

Per espandere la versatilità di qualsiasi programma di potenziamento del cervello che potresti cercare di implementare, valuta la possibilità di incorporare esercizi mentali nei tuoi programmi (potrebbero anche offrire una gradita pausa dall'affaticamento fisico):

• Gli esercizi mentali, indipendennte dal fatto che vengano eseguiti utilizzando un'applicazione mobile per le funzioni cerebrali (ad es.Luminosità) o manualmente, possono anche stimolare l'aumento di alcuni composti di costruzione del cervello. L'idea è di (a) sfidare il tuo cervello a completare le attività in modi non convenzionali o (b) completare le attività incorporando più regioni del cervello contemporaneamente:
• Intervallo di cifre all'indietro: contare i numeri all'indietro in intervalli prestabiliti (ad esempio, intervalli di 7 da 100) il più rapidamente possibile.
• Incantesimo delle parole all'indietro: scrivi le parole al contrario e ad alta voce (senza scrivere) e aumenta progressivamente la lunghezza e la sfida delle parole (ad esempio, mondo, ospedale, responsabilità).
• Giochi informativi in ​​sequenza - in cui viene scritta una sequenza di nomi (ad esempio, Fred, Stacy, Richard, Stanley, Ida, Edward) dopo di che l'individuo viene sfidato a completare varie attività a memoria:
  • Recita al contrario
  • Disponi in ordine alfabetico
  • Disponi in base alla lunghezza della parola
• Sfide di attività: completare una sequenza di attività e continuare a eseguire ciascuna attività finché non deve essere sostituita da un'altra attività. (Nota, più attività verbali o fisiche possono essere eseguite contemporaneamente.) Dopo aver completato tutte le attività, alle persone viene chiesto di ricordare un'attività specifica (ad esempio, qual è stata la 3^rd compito?). Questa domanda può essere posta immediante o in una fase successiva della sessionee.
  • Contare all'indietro da 10
  • Agita le mani sopra la testa
  • Marzo in atto
  • Schiocca le dita
  • Recita l'alfabeto al contrario
  • Batti i piedi

Stress e cortisolo: Purtroppo, molti di noi vivono una vita psicologica cronica fatica e livelli elevati e prolungati di cortisolo sono considerati la norma. Questi livelli sostenuti di cortisolo danneggiano le cellule all'interno dell'ippocampo coinvolte nell'apprendimento a breve termine e nella memoria a lungo termine. In definitiva, questo può danneggiare e ridurre l'ippocampo a causa degli attacchi dei radicali liberi che distruggono e accorciano i dendriti, diminuiscono i livelli di BDNF, riducono la neurogenesi e aumentano l'atrofia neurale. In questo caso, l'amigdala, una regione che sovrintende a gran parte delle nostre emozioni, può iniziare a esercitare un maggiore controllo sull'apprendimento e sull'ippocampo, il che aumenta i nostri livelli di stress emotivo, favorendo l'aumento del cortisolo e così va questo circolo vizioso.

Inoltre, livelli elevati di cortisolo possono anche impedire la nostra transizione alla fase 4 del sonno (delta o sonno profondo) durante la notte, una fase importante del sonno in cui il cervello di solito converte l'apprendimento a breve termine in memoria a lungo termine e dove i livelli di HGH aiutano a costruire e riparare i tessuti (p. es., massa cerebrale). Il cortisolo può anche inibire diretnte il rilascio di HGH dalla ghiandola pituitaria stimolando il rilascio di somatostatina, un ormone inibitore dell'ormone della crescita, dall'ipotalamo. Sembra, quindi, che qualsiasi tentativo di potenziamento del cervello, attraverso l'esercizio fisico e mentale, o anche entrambi, possa essere quasi inutile senza alcune efficaci modalità di coping dello stress.

Cibo per la mente: Esistono alimenti che possono aumentare le nostre capacità intellettuali? Sebbene i ricercatori non possano fare tale affermazione in modo inequivocabile, alcuni alimenti sembrano promuovere alcuni potenziali benefici:

• Gli antiossidanti, come i polifenoli presenti nel tè verde e negli antociani (pigmenti rossi, viola o blu presenti nei fiori, frutti, foglie, steli e radici come bacche scure, cavoli rossi e melanzane), possono rivelarsi efficaci nel combattere i radicali liberi.
• Gli oli di pesce (1.200 mg di acido eicosapentaenoico, 200 mg di acido docosaesaenoico) sembrano ridurre i tassi di declino cognitivo e i rischi di sviluppare la demenza.
• Acido folico (800 mg) e vitamina B₆ e B₁₂ (in misura minore) può ridurre i livelli di omocisteina nel nostro sangue.
• Un consumo moderato di caffeina può aiutare a preservare il nostro BBB e forse anche a ridurre i livelli plasmatici di beta-amiloide, una struttura proteica associata alla malattia di Alzheimer.
• Fonti sane e dosaggi di glucosio, che fornisce carburante al cervello anche se deve essere considerata anche la risposta all'insulina. Poiché l'insulina è responsabile dell'assorbimento dei nutrienti (compresi gli amminoacidi) nelle cellule e considerando il fatto che le cellule muscolari non si preoccupano molto del triptofano, i picchi di insulina possono provocare un aumento del triptofano che entra nel cervello. Questo a sua volta può aumentare la produzione di serotonina. Tuttavia, si ritiene che l'inclusione di aminoacidi a catena ramificata durante il giorno competa con il triptofano e riduca la quantità che passa attraverso il BBB, riducendo essenzialmente l'effetto che induce la fatica del triptofano e contribuendo a mantenere il cervello concentrato e vigile (12).

In conclusione, sebbene siamo ben consapevoli della connessione mente-corpo dell'esercizio, la ricerca a supporto dei benefici di potenziamento del cervello dell'esercizio continua ad espandersi man mano che scopriamo nuovi composti che migliorano la struttura e la funzione cerebrale generale. Perché non considerare di espandere i tuoi servizi e programmi per affrontare, o forse anche enfatizzare (per alcuni), i domini psico-emotivi critici che sono spesso trascurati con la programmazione tradizionale. Ricorda, tuttavia, che un programma mente-corpo efficace può essere buono solo quanto i meccanismi per affrontare lo stress inclusi, quindi non allenarti duramente, allenati in modo intelligente.

Riferimenti:

1. Pascual-Leone A, Amedi A, Fregni F e Merabet LB, (2005). La corteccia cerebrale umana di plastica. Revisione annuale delle neuroscienze, 28: 377 - 401.
2. Shaw C e McEachern J (editori), (2001). Verso una teoria della neuroplasticità. Londra, Inghilterra: Psychology Press.
3. Ratey JJ e Hagerman E, (2008). La nuova scienza rivoluzionaria dell'esercizio e del cervello. New York, NY. Little, Brown and Company.
4. Bramble1 DM e Lieberman DE, (2004). Corsa di resistenza e l'evoluzione di Homo. Natura, 432: 345 - 352.
5. Sparking Life. Potenzia il tuo cervello attraverso l'esercizio. www.sparkinglife.org. Estratto settembre 2014.
6. Lieberman DE, (2011). L'evoluzione della testa umana. Cambridge, MA: Harvard University Press.
7. Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie (2011). Deterioramento cognitivo. http://www.cdc.gov/aging/cognitive_impairment/cogImp_poilicy_final. Estratto settembre 2014.
8. Huang EJ e Reichardt LF, (2001). Neurotrofine: ruoli nello sviluppo e nella funzione neuronale. Revisione annuale delle neuroscienze, 24: 677 - 736.
9. Cotman CW e Berchtold NC, (2002). Esercizio: un intervento comporntale per migliorare la salute e la plasticità del cervello. Tendenze nelle neuroscienze, 25 (6): 295-301.
10. Erickson KI, Voss MW, Prakash RS, Basak C, Szabo A, Chaddock L, Kim JS, Heo S, Alves H, White SM, Wojcicki TR, Mailey E, Vieira VJ, Martin SA, Pence BD, Woods JA, McAuley E e Kramer AF, (2011). L'allenamento fisico aumenta le dimensioni dell'ippocampo e migliora la memoria. Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti d'America, 108 (7): 3017-3022.
11. Ratey, JJ (2001). Una guida per l'utente al cervello. New York, NY, Random House, Inc.
12. Davis JM, (1995). Carboidrati, aminoacidi a catena ramificata e resistenza: l'ipotesi centrale della fatica. Giornale internazionale di nutrizione sportiva, 5: S29 - 38.