Buduj mięśnie, buduj mózg

Ciało zostało zaprojektowane do pchania, a kiedy pchamy nasze ciała, pchamy również nasze mózgi. Nauka i pamięć ewoluowały zgodnie z funkcjami motorycznymi, które pozwoliły naszym przodkom na tropienie jedzenia. Jeśli chodzi o nasze mózgi, jeśli się nie poruszamy, nie ma potrzeby uczenia się czegokolwiek.

W badaniu zaburzeń deficytu wysiłkowego i uwagi (ADHD lub ADD) dowiedzieliśmy się, że ćwiczenia poprawiają naukę na trzech poziomach: optymalizuje twój sposób myślenia, do poprawa czujności, uwagii motywacja. Przygotowuje i zachęca komórki nerwowe do wiązania się, co jest komórkową podstawą do uczenia się nowych informacji. I pobudza rozwój nowych komórek nerwowych z komórek macierzystych w hipokampie, obszarze mózgu związanym z pamięcią i uczeniem się.

Kilka postępowych szkół eksperymentowało z ćwiczeniami, aby dowiedzieć się, czy ćwiczenie przed zajęciami poprawia zdolność czytania dziecka i jego wyniki w innych przedmiotach. Zgadnij co? To robi.

Wiemy teraz, że mózg jest elastyczny lub plastyczny, w języku neurobiologów - więcej Play-Doh niż porcelany. Jest to elastyczny organ, który można formować przez wkład w taki sam sposób, jak mięsień można rzeźbić, podnosząc sztangę. Im częściej go używasz, tym staje się silniejszy i bardziej elastyczny.

Daleki od przewodowości, jak kiedyś wyobrażali to sobie naukowcy, Mózg ADHD jest ciągle okablowany. Jestem tutaj, aby nauczyć cię, jak być własnym elektrykiem.

[Weź to na zewnątrz! Leczenie ADHD za pomocą ćwiczeń]

Ćwiczenie: lek na mózg?

Chodzi o komunikację. Mózg składa się ze stu miliardów neuronów różnego typu, które rozmawiają ze sobą za pomocą setek różnych substancji chemicznych, aby rządzić naszymi myślami i działaniami. Każda komórka mózgowa może otrzymać dane wejściowe od stu tysięcy innych przed wystrzeleniem własnego sygnału. Skrzyżowaniem między gałęziami komórek jest synapsa, i tutaj guma styka się z drogą. Działa to tak, że sygnał elektryczny strzela do aksonu, gałęzi wychodzącej, aż do niego dociera do synapsy, gdzie neuroprzekaźnik przenosi wiadomość przez szczelinę synaptyczną w substancji chemicznej Formularz. Z drugiej strony, w dendrycie lub gałęzi odbiorczej, neuroprzekaźnik podłącza się do receptora - jak klucz do zamka - a to otwiera kanały jonowe w błonie komórkowej, aby z powrotem przekształcić sygnał Elektryczność.

Około 80 procent sygnałów w mózgu jest realizowanych przez dwa neuroprzekaźniki, które równoważą się nawzajem efekt: Glutaminian pobudza aktywność, aby rozpocząć kaskadę sygnalizacyjną, a kwas gamma-aminomasłowy (GABA) hamuje czynność. Gdy glutaminian dostarcza sygnał między dwoma neuronami, które jeszcze się nie odzywały, aktywność pobudza pompę. Im częściej połączenie jest aktywowane, tym silniejsza staje się atrakcja. Jak mówi przysłowie, neurony, które strzelają razem, łączą się ze sobą. Co czyni glutaminian kluczowym składnikiem uczenia się.

Psychiatria koncentruje się bardziej na grupie neuroprzekaźników, które działają jako regulatory - procesu sygnalizacyjnego i wszystkiego, co robi mózg. Są to serotonina, noradrenalina i dopamina. I chociaż wytwarzające je neurony stanowią tylko jeden procent stu miliardów komórek mózgu, neuroprzekaźniki wywierają potężny wpływ. Mogą poinstruować neuron, aby wytworzył więcej glutaminianu, lub mogą uczynić neuron bardziej wydajnym lub zmienić wrażliwość jego receptorów. Mogą obniżyć „szum” w mózgu lub odwrotnie, wzmocnić te sygnały.

Mówię ludziom, że bieganie jest jak trochę prozacu i trochę Ritalin ponieważ, podobnie jak leki, ćwiczenia podnoszą te neuroprzekaźniki. Jest to przydatna metafora, aby przejść do sedna, ale głębsze wytłumaczenie jest takie, że ćwiczenie równoważy neuroprzekaźniki - wraz z resztą neurochemikaliów w mózgu.

[Ćwiczenia i sen: lepsze terapie mózgu, których potrzebuje Twoje dziecko]

Jak mózg uczy się i tworzy wspomnienia

Choć neuroprzekaźniki są tak fundamentalne, istnieje inna klasa cząsteczek głównych, które w ciągu ostatnich 15 lat radykalnie zmieniły nasze rozumienie połączeń w mózgu. Mówię o rodzinie białek zwanych „czynnikami”, z których najbardziej znaczącym jest czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego (BDNF). Podczas gdy neuroprzekaźniki wykonują sygnalizację, neurotrofiny, takie jak BDNF, budują i utrzymują samą infrastrukturę.

Gdy naukowcy odkryli, że BDNF jest obecny w hipokampie, obszarze mózgu związane z pamięcią i uczeniem się, postanowili sprawdzić, czy był to niezbędny składnik proces. Uczenie się wymaga wzmocnienia powinowactwa między neuronami poprzez dynamiczny mechanizm zwany wzmocnieniem długoterminowym (LTP). Kiedy mózg jest wezwany do pobierania informacji, zapotrzebowanie naturalnie powoduje aktywność między neuronami. Im większa aktywność, tym silniejsza staje się atrakcja i tym łatwiej jest sygnał do strzału i nawiązać połączenie.

Powiedz, że uczysz się francuskiego słowa. Za pierwszym razem, gdy go słyszysz, komórki nerwowe rekrutowane do nowego obwodu wysyłają między sobą sygnał glutaminianowy. Jeśli nigdy więcej nie powtórzysz tego słowa, przyciąganie między zaangażowanymi synapsami zmniejsza się, osłabiając sygnał. Zapomniałeś.

Odkrycie, które zaskoczyło badaczy pamięci - i przyniosło Ericowi Kandelowi neurobiologowi z Columbia University udział Nagroda Nobla z 2000 r. - polega na tym, że wielokrotna aktywacja lub ćwiczenie powoduje, że same synapsy puchną i stają się silniejsze znajomości. Neuron jest jak drzewo, które zamiast liści ma synapsy wzdłuż swoich gałęzi dendrytycznych. W końcu wyrastają nowe gałęzie, zapewniając więcej synaps w celu dalszego zestalenia połączeń. Zmiany te nazywane są plastycznością synaptyczną, gdzie BDNF zajmuje centralne miejsce.

Na początku naukowcy odkryli, że jeśli posypią BDNF neuronami na płytce Petriego, komórki automatycznie wykiełkują nowe gałęzie, wytwarzając taki sam wzrost strukturalny wymagany do uczenia się. Nazywam BDNF Miracle-Gro mózgiem. BDNF wiąże się również z receptorami w synapsie, uwalniając przepływ jonów, aby zwiększyć napięcie i natychmiast poprawić siłę sygnału. Wewnątrz komórki BDNF aktywuje geny, które wymagają wytwarzania większej ilości BDNF, a także serotoniny i białek, które budują synapsy. BDNF kieruje ruchem i konstruuje również drogi. Ogólnie poprawia funkcję neuronów, zachęca do ich wzrostu oraz wzmacnia je i chroni przed naturalnym procesem śmierci komórki

Im więcej ćwiczysz, tym lepsze funkcje mózgu

Jak więc mózg zwiększa podaż BDNF? Ćwiczenie. W 1995 roku prowadziłem badania nad moją książką, Przewodnik użytkownika po mózgu, kiedy natknąłem się na jednostronicowy artykuł w czasopiśmie Natura na temat ćwiczeń i BDNF u myszy. Nie było prawie więcej niż kolumnę tekstu, a jednak wszystko mówiło. Według autora badania Carl Cotman, dyrektor Instytut Starzenia Mózgu i Demencji na University of California-Irvine ćwiczenia wydawały się unosić Miracle-Gro, czyli BDNF, w całym mózgu.

Pokazując, że ćwiczenie to pobudza główną cząsteczkę procesu uczenia się, BDNF, Cotman narzucił biologiczne połączenie między ruchem a funkcją poznawczą. Założył eksperyment, aby zmierzyć poziomy BDNF w mózgach myszy, które się sprawdzają.

W przeciwieństwie do ludzi gryzonie wydają się lubić aktywność fizyczną, a myszy Cotmana biegały kilka kilometrów w ciągu nocy. Kiedy ich mózgom wstrzyknięto cząsteczkę wiążącą się z BDNF i zeskanowano, nie tylko skany gryzonie wykazują wzrost BDNF w stosunku do kontroli, ale im dalej biegnie każda mysz, tym wyższe poziomy byli.

Gdy historie o BDNF i ćwiczeniach rozwijały się razem, stało się jasne, że cząsteczka nie była ważna tylko dla przetrwania neuronów, ale także dla ich wzrostu (kiełkowania nowych gałęzi), a zatem dla uczenie się. Cotman to pokazał ćwiczenia pomagają mózgowi się uczyć.

„Jedną z najważniejszych cech ćwiczeń fizycznych, która czasem nie jest doceniana w badaniach, jest poprawa tempa uczenia się i myślę, że to fajny komunikat do domu” - mówi Cotman. „Ponieważ sugeruje to, że jeśli jesteś w dobrej formie, możesz być w stanie uczyć się i funkcjonować wydajniej”.

Rzeczywiście, w badaniu z 2007 roku niemieccy naukowcy odkryli, że ludzie uczą się słów słownych o 20 procent szybciej po ćwiczeniach niż przed ćwiczeniami, a tempo uczenia się korelowało bezpośrednio z poziomami BDNF. Oprócz tego osoby z odmianą genu, która pozbawia je wystarczających poziomów BDNF, częściej mają niedobory uczenia się. Bez tak zwanego Miracle-Gro mózg zamyka się na świat.

Co nie znaczy, że bieganie zmieni cię w geniusz. „Nie można po prostu wstrzykiwać BDNF i być mądrzejszym” - zauważa Cotman. „Ucząc się, musisz reagować na coś w inny sposób. Ale coś musi tam być. ”I bez wątpienia to, co to jest, ma znaczenie.

Odkrywanie siły, by zmienić swój mózg

Naukowcy aż do Ramón y Cajal - który zdobył nagrodę Nobla w 1906 roku za zaproponowanie, że centralny układ nerwowy składa się z poszczególne neurony, które komunikują się na tak zwanych „polaryzacyjnych połączeniach” - teoretyzowały, że uczenie się wiąże się ze zmianami w synapsach. Mimo uznania większość naukowców go nie kupiła. Psycholog Donald Hebb natknął się na pierwszą wskazówkę dowodową.

W tamtych czasach zasady laboratoryjne były luźne i najwyraźniej Hebb pomyślał, że byłoby dobrze, gdyby przyniósł do domu jakieś szczury laboratoryjne jako tymczasowe zwierzęta domowe dla swoich dzieci. Układ okazał się korzystny dla obu stron: kiedy wrócił szczury do laboratorium, Hebb zauważył, że w porównaniu z rówieśnikami w klatkach, osiągnęli doskonałe wyniki w testach uczenia się. Nowe doświadczenie związane z obsługą i zabawą w jakiś sposób poprawiło ich zdolność uczenia się, co Hebb zinterpretował jako oznaczające, że zmieniło to ich mózg. W swoim cenionym podręczniku z 1949 r. Organizacja zachowania: teoria neuropsychologicznaopisał to zjawisko jako „plastyczność zależną od zastosowania”. Teoria polegała na tym, że synapsy zmieniają się pod wpływem stymulacji uczenia się.

Praca Hebba łączy się z ćwiczeniami, ponieważ aktywność fizyczna liczy się jako nowe doświadczenie, przynajmniej jeśli chodzi o mózg. W latach 60. grupa psychologów z Berkeley sformalizowała eksperymentalny model o nazwie „wzbogacanie środowiska” jako sposób na przetestowanie plastyczności zależnej od zastosowania. Zamiast zabrać gryzonie do domu, naukowcy wyposażyli swoje klatki w zabawki, przeszkody, ukryte jedzenie i koła do biegania. Pogrupowali także zwierzęta, aby mogli towarzysko i bawić się.

To jednak nie był tylko pokój i miłość, a ostatecznie mózg gryzoni został rozcięty. Testy laboratoryjne wykazały, że żyjąc w środowisku o większej liczbie bodźców zmysłowych i społecznych, zmieniły strukturę i funkcję mózgu. Szczury radziły sobie lepiej w zadaniach związanych z nauką, a ich mózgi ważyły ​​więcej w porównaniu z samcami przebywającymi samotnie w nagich klatkach.

W przełomowym badaniu na początku lat 70. neurobiolog William Greenough użył mikroskopu elektronowego, aby wykazać, że wzbogacenie środowiska spowodowało, że neurony wykiełkowały nowe dendryty. Rozgałęzienia spowodowane stymulacją środowiska do nauki, ćwiczeń i kontaktów społecznych spowodowały, że synapsy tworzą więcej połączeń, a połączenia te miały grubsze osłonki mielinowe.

Teraz wiemy, że taki wzrost wymaga BDNF. Ta przebudowa synaps ma ogromny wpływ na zdolność obwodów do przetwarzania informacji, co jest bardzo dobrą wiadomością. Oznacza to, że masz moc zmiany mózgu. Wszystko, co musisz zrobić, to zasznurować buty do biegania.

Jak hodować i pielęgnować nowe neurony

Przez większą część XX wieku dogmaty naukowe utrzymywały, że mózg jest na stałe połączony gdy zostanie w pełni rozwinięty w okresie dojrzewania - co oznacza, że ​​rodzimy się ze wszystkimi neuronami, które zamierzamy otrzymać. Możemy stracić neurony tylko w miarę życia.

Zgadnij co? Neurony odrastają - o tysiące - w procesie zwanym neurogenezą. Dzielą się i rozmnażają jak komórki w pozostałej części ciała. Neurony rodzą się jako puste komórki macierzyste i przechodzą proces rozwojowy, w którym muszą znaleźć coś do zrobienia, aby przeżyć. Większość z nich nie. Podłączenie do nowo powstałej komórki zajmuje około 28 dni. Jeśli nie używamy nowonarodzonych neuronów, tracimy je. Ćwiczenia spawnują neurony, a wzbogacanie środowiska pomaga tym komórkom przetrwać.

Pierwszy solidny związek między neurogenezą a uczeniem pochodzi od Freda Gage'a, neuronaukowego Instytutu Salk i jego kolegi Henriette van Praag. Wykorzystali basen wielkości gryzoni wypełniony nieprzezroczystą wodą, aby ukryć platformę tuż pod powierzchnią w jednym kwadrancie. Myszy nie lubią wody, więc eksperyment miał na celu sprawdzenie, jak dobrze pamiętają z wcześniejszego zanurzenia lokalizację platformy - drogę ucieczki. Porównując nieaktywne myszy z innymi, które uderzyły w koło jezdne przez cztery kilometry w nocy, wyniki pokazały, że biegacze pamiętali, gdzie szybciej znaleźć bezpieczeństwo. Siedzący osiedlili się, zanim się zorientowali.

Po wycięciu myszy aktywne myszy miały dwukrotnie więcej nowych komórek macierzystych w hipokampie niż nieaktywne. Mówiąc ogólnie o tym, co znaleźli, Gage mówi: „Istnieje znacząca korelacja między całkowitą liczbą komórek a zdolnością [myszy] do wykonania złożonego zadania. A jeśli zablokujesz neurogenezę, myszy nie będą w stanie przypomnieć sobie informacji. ”

Chociaż wszystkie te badania zostały przeprowadzone na gryzoniach, możesz zobaczyć, jak może się to odnosić do postępowych szkół, które ćwiczą uczniów przed rozpoczęciem zajęć: Klasa gimnastyczna zapewnia mózgowi odpowiednie narzędzia do nauki, a stymulacja w klasach dzieci zachęca nowo rozwijające się komórki do podłączenia się do sieci, gdzie stają się cennymi członkami sygnalizacji społeczność. Neurony otrzymują misję. I wydaje się, że komórki odradzane podczas ćwiczeń są lepiej przygotowane do wywołania tego procesu.

Ktoś na bieg?

[Bezpłatne pobieranie: Przewodnik po alternatywnym leczeniu ADHD]

John Ratey, M.D., jest członkiem ADDitude Panel przeglądu medycznego ADHD.

---

Inteligentne ćwiczenia poprawiające mózg ADHD

• Zrób aktywność tlenowa regularnie - jogging, jazda na rowerze, uprawianie sportu polegającego na sprincie lub bieganiu. Ćwiczenia aerobowe podnoszą neuroprzekaźniki, tworzą nowe naczynia krwionośne, które wpływają na czynniki wzrostu i spawnują nowe komórki w mózgu. Odkryło to jedno małe, ale solidne naukowo badanie z Japonii jogging 30 minut tylko dwa lub trzy razy w tygodniu przez 12 tygodni ulepszona funkcja wykonawcza.

• Ćwicz także umiejętności - wspinaczka, joga, karate, pilates, gimnastyka, łyżwiarstwo figurowe. Złożone działania wzmacniają i rozszerzają sieci mózgu. Im bardziej złożone ruchy, tym bardziej złożone połączenia synaptyczne. Bonus: te nowe, silniejsze sieci są rekrutowane, aby pomóc Ci myśleć i uczyć się.

• Jeszcze lepiej, zrób czynność który łączy aktywność aerobową z aktywnością umiejętności. Dobrym przykładem jest tenis - opodatkuje on układ sercowo-naczyniowy i mózg.

• Przećwicz ćwiczenie umiejętności, w którym sparujesz się z inną osobą - na przykład ucząc się tanga, walca lub ogrodzenia. Uczysz się nowego ruchu, a także musisz dostosowywać się do ruchów partnera, co dodatkowo wymaga uwagi i oceny. To wykładniczo zwiększa złożoność aktywności, która zwiększa infrastrukturę mózgu. Dodaj zabawny i towarzyski aspekt aktywności, a aktywujesz mózg i mięśnie w całym systemie.

---

Fragment z Iskra, przez JOHN J. RATEY, M.D.i Eric Hagerman. Copyright © 2008 John J. Ratey, M.D. Przedruk za zgodą Little, Brown and Company, New York, N.Y. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Zaktualizowano 19 czerwca 2019 r