Steigerung der Gehirnfitness - Verständnis des Zusammenhangs zwischen Gehirn und Übung

Neuroplastizität war ein relativ unbekannter Begriff, bis Wissenschaftler in den 1970er Jahren begannen, die Vorstellung zu akzeptieren, dass unser Gehirn kein physiologisch statisches Organ ist und kurz nach der Geburt mit ungefähr 100 Milliarden Neuronen (Nervenzellen) fixiert wurde (1, 2). In den letzten 15 bis 20 Jahren hat sich dieses Forschungsgebiet dramatisch erweitert, da verschiedene Verbindungen entdeckt wurden, die sowohl die Struktur als auch die Funktion des Gehirns im Laufe des Lebens verändern können und wie sich jede durch Bewegung, körperliche Aktivität und sogar mentale Übungen positiv auswirkt (3, 4) ).

Die vielleicht beeindruckendste Erfolgsgeschichte, die Bewegung mit verbesserter Gehirnfunktion verbindet, ist das Lernbereitschafts-Sportprogramm, das in den 1990er Jahren als Zero Hour PE-Programm an der Naperville Central High School in Chicago gegründet wurde (5). Der ursprüngliche Zweck des Programms bestand darin, zu untersuchen, ob das Training vor der Schule die Lernfähigkeit eines Schülers im Klassenzimmer verbessern würde. Seit Beginn des Programms und während seiner Entwicklung zählen die Schüler in diesem Schulbezirk zu den fittesten und klügsten des Landes.

Tatsächlich haben die Achtklässler dieses Bezirks den nationalen Durchschnitt der USA in Bezug auf die Trends im internationalen Mathematik- und Naturwissenschaftsstudium (TIMMS) übertroffen und sogar viele Studenten in China, Japan und Singapur geschlagen, die traditionell die amerikanischen Studenten übertroffen haben. Also, was ist los?

Daniel Lieberman, Paläoanthropologe an der Harvard University, hat die menschliche Evolution erforscht und gezeigt, wie sich unser Gehirn und unser Schädel im Laufe der Zeit entwickelt haben, um unser Überleben als Spezies zu erhalten (6). Unser Bedürfnis zu denken, zu verarbeiten, zu strategisieren, in Teams zu jagen und innerhalb sozialer Gruppen zu funktionieren und zu kommunizieren, hat das Wachstum in verschiedenen Regionen unseres Gehirns vorangetrieben und unsere gesamte Gehirnfunktion verbessert. Dieses Wachstum unseres Gehirns, insbesondere bestimmter Regionen wie des Frontallappens, der mit bewusstem Denken, Entscheidungsfindung, Planung, Beurteilung, Analyse und Hemmung verbunden ist, setzt sich in unserer modernen Ära fort.

Unser Gehirn kann auch Verluste erleiden und schrumpfen, wenn die geistige Leistungsfähigkeit abnimmt und das Gedächtnis mit zunehmendem Alter abnimmt. Tatsächlich wird Gedächtnisverlust als primäre kognitive Beschwerde bei älteren Erwachsenen angeführt. Es wird geschätzt, dass ungefähr 10% der Erwachsenen über 65 Jahre irgendeine Form von kognitiver Beeinträchtigung aufweisen und diese Statistik auf ungefähr 50% der Erwachsenen über 80 Jahre ansteigt (7). Obwohl dieser Rückgang im Allgemeinen auf physiologische Gesamtverluste in unseren Gehirnzellen zurückzuführen ist, sind die möglichen Auswirkungen von Krankheiten (z. B. Alzheimer), ein allgemeiner Mangel an Gehirnnutzung oder die Wirkung von Depressionen oder Medikamenten die wichtigsten biologischen Risikofaktoren, die mit diesen Rückgängen verbunden sind einschließen:

• Oxidativer Stress - unser Gehirn verbraucht ungefähr 20% der Sauerstoffversorgung des Körpers. Im Laufe der Zeit kann die Ansammlung von freien Radikalen zu einer Schädigung der DNA und der essentiellen Lipide im Gehirn führen, die den neuronalen Tod auslösen.
• Entzündungserreger reichern sich im Gehirn an. Im Allgemeinen werden sie durch unsere Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​herausgefiltert, ein feines Kapillarnetzwerk, das den zerebralen Blutfluss vom systemischen Kreislauf trennt. Mit zunehmendem Alter erfahren wir eine geringere Filtration vieler Entzündungserreger (z. B. Zytokine wie Interleukin-1 beta), die Neuronen zerstören und die Neurogenese (das Wachstum neuer Neuronen) hemmen können.
• Erhöhte Homocysteinspiegel, eine natürlich vorkommende Aminosäure im Plasma, fördern die Atherosklerose in den Gefäßen und verringern dadurch den zerebralen Blutfluss, das Gedächtnis und das gesamte Gehirnvolumen.
• Hormonelle Ungleichgewichte und hormonelle Verluste im Körper - wichtige Steroidhormone wie Östrogen, Testosteron und Dehydroepiandrosteron (DHEA) tragen gemeinsam dazu bei, die kognitiven Fähigkeiten zu erhalten, nehmen jedoch mit zunehmendem Alter ab.
• Abnehmende zerebrovaskuläre Gesundheit - gesunde Blutgefäße und erhöhte HDL-Cholesterinspiegel erleichtern den Blutfluss in die Regionen des Gehirns wie die graue Substanz.
• Hypertonie - kleine Kapillaren im Gehirn sind anfällig für Schäden durch chronisch erhöhten Blutdruck.
• Diabetes und Insulinresistenz - Hyperglykämie und die Unfähigkeit, Glukose zu nutzen, wurden mit geringeren neuronalen Wachstumsfaktoren, verringertem Gehirnvolumen und höherer Inzidenz von Demenz in Verbindung gebracht.
• Stress und Angst lösen einen anhaltenden Cortisolspiegel aus, der das Gehirngewebe schädigen kann (weiter unten in diesem Artikel beschrieben).

Viele dieser Auslöser für einen kognitiven Rückgang sind unvermeidlich, aber können wir diese altersbedingten Abnahmen verlangsamen, stoppen oder sogar umkehren? Die Antwort lautet ja, und es wird weiterhin eine ständig wachsende Liste von Verbindungen entdeckt, die gemeinsam zu einer Verbesserung der Gesundheit und Funktion des Gehirns führen. Interessanterweise scheinen diese Verbindungen in einigen Regionen des Gehirns wichtiger zu sein als in anderen. Beispielsweise verliert der Hippocampus, eine Region des Gehirns, die an der Umwandlung von Kurzzeitinformationen in Langzeitwissen beteiligt ist, mit zunehmendem Alter seine Masse und Kapazität, wird jedoch durch erhöhte Konzentrationen einiger dieser Verbindungen erheblich beeinflusst (2, 8- 10).

• Vom Gehirn abgeleiteter neurotroper Faktor (BDNF) ist vielleicht das wichtigste, da es die Neurogenese stimuliert und die Länge, Dicke und Dichte des Dendriten (Nervenende) erhöht, was die Nervenkonnektivität verbessert, insbesondere im Hippocampus. BDNF stärkt und reinigt Synapsen (Verbindungen zwischen zwei Nerven), verbessert die synaptische Effizienz und erhöht die synaptische Zuordnung (Konnektivität zwischen Neuronen und neuen Schaltkreisen, um verlorene Schaltkreise auszugleichen). (Erfahren Sie mehr über BDNF und Bewegung.)
• Vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF) Hilft beim Aufbau neuer Kapillaren im Gehirn und verbessert die Sauerstoff- und Glukoseabgabe an die verschiedenen Regionen unseres Gehirns.
• Fibroblasten-Wachstumsfaktor-2 (FGF-2) stimuliert das Wachstum des Gehirngewebes durch Verbesserung der synaptischen Effizienz und die Affinitätsneuronen können sich gegenseitig teilen, um das Lernen und die Retention zu erleichtern.
• Insulinähnlicher Wachstumsfaktor 1 (IGF-1)Es wird in Muskelzellen hergestellt und in das Gehirn gedrückt. Es erhöht die Glukoseaufnahme in die Zellen und liefert so den von BDNF benötigten Kraftstoff.

Wie lösen wir also Erhöhungen dieser Verbindungen aus? Ein Großteil der Forschung hat sich auf die Auswirkungen von Bewegung 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) erhöht die Spiegel von BDNF, VEGF, FGF-2, IGF-1 und sogar menschlichem Wachstumshormon (HGH), das zum Aufbau der Gehirnmasse beiträgt. Das zweimal wöchentlich durchgeführte Krafttraining zeigt auch einen Anstieg von BDNF, VEGF, FGF-2, IGF-1 und HGH. Tägliches Training im Vergleich zu wechselnden Tagen führt zu einem stärkeren Anstieg des BDNF (150% gegenüber 124%), aber die Werte werden nach etwa vier Wochen Training gleich (10). Sport verbessert auch die Effizienz unserer BHS und fördert ein besseres Gleichgewicht zwischen vielen Neurotransmittern unseres Gehirns wie Serotonin, Dopamin, Noradrenalin, Glutamat und GABA, was sich positiv auf die Stimmung und die Wahrnehmung auswirkt.

Obwohl viel Forschung auf 30 Minuten Training hinweist, zwei- bis dreimal pro Woche, John Ratey, Autor von Funke und Ein Benutzerhandbuch zum Gehirn (3, 11) zitiert, dass nur acht bis zwölf Minuten Training pro Tag, die Schweiß und Atemnot hervorrufen (dh ungefähr 60% der maximalen Herzfrequenz oder höher), ausreichen, um einen Anstieg vieler dieser Verbindungen wie BDNF nachzuweisen . Darüber hinaus trägt die Einbeziehung kreuzseitiger Muster (XLP) (d. H. Bewegung, die sich über den Körper kreuzt oder kontralaterale Gliedmaßen einbezieht) zur Stärkung des Corpus Callosum bei, der im Wesentlichen der Klebstoff ist, der die linke und rechte Gehirnhälfte verbindet und die interhemisphärische Kommunikation erleichtert.

Um die Vielseitigkeit aller Programme zur Steigerung des Gehirns zu erweitern, die Sie möglicherweise implementieren möchten, sollten Sie mentale Übungen in Ihre Programme aufnehmen (sie bieten möglicherweise auch eine willkommene Pause von körperlicher Müdigkeit):

• Mentale Übungen können, unabhängig davon, ob sie unter Verwendung einer mobilen Gehirnfunktionsanwendung (z. B. Luminosity) oder manuell durchgeführt werden, auch die Zunahme einiger gehirnbildender Verbindungen stimulieren. Die Idee ist, (a) Ihr Gehirn herauszufordern, Aufgaben auf nicht konventionelle Weise zu erledigen, oder (b) Aufgaben zu erledigen, indem mehrere Regionen des Gehirns gleichzeitig einbezogen werden:
• Rückwärtsstellenspanne - Zählen von Zahlen in festgelegten Intervallen (z. B. Intervallen von 7 von 100) so schnell wie möglich rückwärts.
• Rückwärtswortschreibung - buchstabieren Sie Wörter rückwärts und laut (kein Schreiben) und erhöhen Sie schrittweise die Länge und Herausforderung der Wörter (z. B. Welt, Krankenhaus, Verantwortung).
• Sequenzierte Informationsspiele - bei denen eine Folge von Namen (z. B. Fred, Stacy, Richard, Stanley, Ida, Edward) aufgeschrieben wird, wonach die Person aufgefbestellent wird, verschiedene Aufgaben aus dem Gedächtnis zu erledigen:
  • Rückwärts rezitieren
  • Alphabetisch anordnen
  • Nach Wortlänge anordnen
• Aufgabenherausforderungen - Erledigen Sie eine Abfolge von Aufgaben und führen Sie jede Aufgabe weiter aus, bis sie durch eine andere Aufgabe ersetzt werden muss. (Beachten Sie, dass mehrere verbale oder physische Aufgaben gleichzeitig ausgeführt werden können.) Nach Abschluss aller Aufgaben werden Einzelpersonen aufgefordert, eine bestimmte Aufgabe abzurufen (z. B. die 3)^rd Aufgabe?). Diese Frage kann sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt in der Sitzung gestellt werden.
  • Von 10 rückwärts zählen
  • Winken Sie mit den Händen über Ihrem Kopf
  • März an Ort und Stelle
  • Schnipse deine Finger
  • Rezitiere das Alphabet rückwärts
  • Stampft mit euren Füßen

Stress und Cortisol: Leider leben viele von uns ein chronisch psychisches Leben Stress und anhaltende, erhöhte Cortisolspiegel werden als die Norm angesehen. Diese anhaltenden Cortisolspiegel beeinträchtigen die Zellen im Hippocampus, die mit dem Kurzzeitlernen und dem Langzeitgedächtnis verbunden sind. Letztendlich kann dies den Hippocampus aufgrund von Angriffen durch freie Radikale schädigen und verkleinern, die Dendriten zerstören und verkürzen, den BDNF-Spiegel senken, die Neurogenese verringern und die neurale Atrophie erhöhen. In diesem Fall kann die Amygdala, eine Region, die einen Großteil unserer Emotionen überwacht, beginnen, mehr Kontrolle über das Lernen und den Hippocampus auszuüben, was unseren emotionalen Stress erhöht und das Cortisol erhöht, und so geht dieser Teufelskreis weiter.

Darüber hinaus können erhöhte Cortisolspiegel auch unseren Übergang zum Schlaf im Stadium 4 (Delta oder Tiefschlaf) in der Nacht behindern, einer wichtigen Schlafphase, in der das Gehirn normalerweise Kurzzeitlernen in Langzeitgedächtnis umwandelt und in der HGH-Spiegel zum Aufbau beitragen und Gewebe reparieren (z. B. Gehirnmasse). Cortisol kann auch die HGH-Freisetzung aus der Hypophyse direkt hemmen, indem es die Freisetzung von Somatostatin, einem Wachstumshormon hemmenden Hormon, aus dem Hypothalamus stimuliert. Es scheint daher, dass alle Versuche, das Gehirn zu stärken, entweder durch geistige und körperliche Betätigung oder sogar durch beides, ohne einige wirksame Modalitäten zur Stressbewältigung fast vergeblich sind.

Gehirnnahrung: Gibt es Lebensmittel, die unsere Gehirnleistung steigern können? Obwohl Forscher diese Behauptung nicht eindeutig aufstellen können, scheinen bestimmte Lebensmittel einige potenzielle Vorteile zu fördern:

• Antioxidantien wie Polyphenole in grünem Tee und Anthocyanen (rote, violette oder blaue Pigmente in Blüten, Früchten, Blättern, Stielen und Wurzeln wie dunklen Beeren, Rotkohl und Auberginen) können sich bei der Bekämpfung freier Radikale als wirksam erweisen.
• Fischöle (1.200 mg Eicosapentaensäure, 200 mg Docosahexaensäure) scheinen die Rate des kognitiven Rückgangs und das Risiko einer Demenz zu verringern.
• Folsäure (800 mg) und Vitamin B.₆ und B₁₂ (in geringerem Maße) kann den Homocysteinspiegel in unserem Blut senken.
• Eine mäßige Aufnahme von Koffein kann dazu beitragen, unsere BHS zu erhalten und möglicherweise auch den Plasma-Amyloid-Beta-Spiegel zu senken, eine Proteinstruktur, die mit der Alzheimer-Krankheit assoziiert ist.
• Gesunde Quellen und Dosierungen von Glukose, die das Gehirn mit Kraftstoff versorgt, obwohl auch die Insulinreaktion berücksichtigt werden muss. Da Insulin für die Nährstoffaufnahme (einschließlich Aminosäuren) in Zellen verantwortlich ist und die Tatsache berücksichtigt, dass Muskelzellen Tryptophan nicht besonders interessieren, können Insulinschwankungen dazu führen, dass vermehrt Tryptophan in das Gehirn gelangt. Dies kann wiederum die Serotoninproduktion erhöhen. Es wird jedoch angenommen, dass der Einschluss von verzweigtkettigen Aminosäuren im Laufe des Tages mit Tryptophan konkurriert und die durch die BHS fließende Menge verringert - was im Wesentlichen die ermüdungsinduzierende Wirkung von Tryptophan verringert und dazu beiträgt, das Gehirn fokussiert und wachsam zu halten (12).

Obwohl wir uns der Verbindung von Körper und Geist zwischen Körper und Geist bewusst sind, wächst die Forschung, die die gehirnfördernden Vorteile von Bewegung unterstützt, weiter, während wir neue Verbindungen entdecken, die die gesamte Struktur und Funktion des Gehirns verbessern. Warum nicht erwägen, Ihre Dienste und Programme zu erweitern, um die kritischen psycho-emotionalen Bereiche, die bei der traditionellen Programmierung häufig vernachlässigt werden, anzusprechen oder (für einige) sogar hervorzuheben? Denken Sie jedoch daran, dass ein effektives Geist-Körper-Programm möglicherweise nur so gut ist wie die enthaltenen Mechanismen zur Stressbewältigung. Trainieren Sie also nicht nur hart, sondern auch intelligent.

Verweise:

1. Pascual-Leone A, Amedi A, Fregni F und Merabet LB (2005). Die plastische menschliche Hirnrinde. Jahresrückblick Neurowissenschaften28, 377–401.
2. Shaw C und McEachern J (Herausgeber), (2001). Auf dem Weg zu einer Theorie der Neuroplastizität. London, England: Psychology Press.
3. Ratey JJ und Hagerman E (2008). Die revolutionäre neue Wissenschaft von Bewegung und Gehirn. New York, NY. Little, Brown und Company.
4. Bramble1 DM und Lieberman DE (2004). Ausdauersport und die Entwicklung des Homo. Natur, 432: 345–352.
5. Leben funkeln. Stärken Sie Ihr Gehirn durch Bewegung. www.sparkinglife.org. Abgerufen im September 2014.
6. Lieberman DE, (2011). Die Evolution des menschlichen Kopfes. Cambridge, MA: Harvard University Press.
7. Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (2011). Kognitive Beeinträchtigung. http://www.cdc.gov/aging/cognitive_impairment/cogImp_poilicy_final. Abgerufen im September 2014.
8. Huang EJ und Reichardt LF (2001). Neurotrophine: Rollen in der neuronalen Entwicklung und Funktion. Jahresrückblick Neurowissenschaften24, 677-736.
9. Cotman CW und Berchtold NC (2002). Übung: eine Verhaltensintervention zur Verbesserung der Gehirngesundheit und Plastizität. Trends in den Neurowissenschaften25 (6), 295-301.
10. Erickson KI, Voss MW, Prakash RS, Basak C., Szabo A., Chaddock L., Kim J. S., Heo S., Alves H., White SM, Wojcicki TR, Mailey E., Vieira V. J., Martin SA, Pence BD, Woods JA, McAuley E. und Kramer AF (2011). Bewegungstraining vergrößert den Hippocampus und verbessert das Gedächtnis. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Vereinigten Staaten von Amerika, 108 (7): 3017 - 3022.
11. Ratey, JJ (2001). Ein Benutzerhandbuch zum Gehirn. New York, NY, Random House, Inc.
12. Davis JM (1995). Kohlenhydrate, verzweigtkettige Aminosäuren und Ausdauer: die zentrale Ermüdungshypothese. Internationale Zeitschrift für Sporternährung5: S29-38.