Регулярная физическая активность положительно влияет на развитие мозговых цепей у детей, показало исследование Детской больницы Бостона с использованием данных нейровизуализации почти 6000 подростков раннего возраста. Исследователи обнаружили, что любая физическая активность связана с более эффективно организованными, гибкими и надежными мозговыми сетями. Чем больше физических нагрузок, тем больше "соответствовать" мозг.
Результаты были опубликованы в Cerebral Cortex 14 мая.
"Не имело значения, какими физическими упражнениями занимались дети – имело значение только то, что они были активными," говорит Катерина Стамулис, доктор философии.D., главный исследователь исследования и директор Лаборатории вычислительной неврологии Детского отделения Бостона. "Активный образ жизни несколько раз в неделю в течение не менее 60 минут оказал положительное влияние на работу мозга."
В частности, Стамулис и ее ученики, Скайлар Брукс и Шон Паркс, обнаружили положительное влияние на цепи во многих областях мозга. Эти схемы играют фундаментальную роль в когнитивной функции и поддерживают внимание, сенсорную обработку, двигательную функцию, память, принятие решений и исполнительный контроль. Регулярная физическая активность также частично компенсирует влияние нездорового индекса массы тела (ИМТ), который был связан с пагубным воздействием на те же схемы мозга.
Использование больших данных
При поддержке National Science Foundation’s Harnessing the Data Revolution и BRAIN Initiative исследователи использовали данные долгосрочного исследования когнитивного развития мозга подростков (ABCD), спонсируемого Национальным институтом здравоохранения. Они проанализировали данные функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) у 5955 детей в возрасте 9 и 10 лет и сравнили эти данные с данными о физической активности и ИМТ, используя передовые вычислительные методы, разработанные в сотрудничестве с кластером высокопроизводительных вычислений Гарвардской медицинской школы.
"Ранний подростковый возраст – очень важный период в развитии мозга," отмечает Стамулис. "Это связано с множеством изменений в функциональных цепях мозга, особенно в тех, которые поддерживают процессы более высокого уровня, такие как принятие решений и исполнительный контроль. Аномальные изменения в этих областях могут привести к рискованному поведению и дефициту когнитивных функций, которые могут сопровождать людей на протяжении всей их жизни."
Измерение функциональной организации мозга
Функциональные данные МРТ были записаны в состоянии покоя, когда дети не выполняли никаких явных когнитивных задач. Это позволяет анализировать "коннектом"- архитектура мозговых связей, которая определяет, насколько эффективно мозг функционирует и насколько легко он может адаптироваться к изменениям в окружающей среде, независимо от конкретных задач.
Команда скорректировала данные по возрасту, гестационному возрасту при рождении, статусу полового созревания, полу, расе и семейному доходу. Показатели физической активности и участия в спорте были основаны на опросах молодежи и родителей, собранных в рамках исследования ABCD.
Анализ показал, что физическая активность была связана с положительными свойствами сети в масштабах всего мозга, отражающими эффективность коннектома, надежность и кластеризацию в сообщества областей мозга. На эти же свойства отрицательно повлиял высокий ИМТ. Физическая активность также положительно влияла на локальную организацию мозга; нездоровый ИМТ оказал неблагоприятное воздействие на некоторые из тех же областей.
"Основываясь на наших результатах, мы думаем, что физическая активность влияет на организацию мозга напрямую, но также косвенно за счет снижения ИМТ, тем самым смягчая ее негативные последствия," Стамулис говорит.
Оптимальная функциональная структура мозга состоит из небольших участков или "узлы" которые имеют хорошие внутренние связи и отправляют информацию в другие части мозга через сильные, но относительно немногочисленные, дальнодействующие связи, объясняет Стамулис.
"Эта организация оптимизирует эффективность обработки и передачи информации, которая все еще развивается в подростковом возрасте и может быть изменена рядом факторов риска," она говорит. "Наши результаты показывают, что физическая активность оказывает защитное влияние на этот процесс оптимизации во всех областях мозга."