Strategie wspierające pamięć od lat koncentrują się głównie na treningu umysłowym. Wiele metod polega na stymulowaniu obszarów mózgu odpowiedzialnych za zapamiętywanie i przetwarzanie informacji. Szczególną rolę odgrywa hipokamp – struktura mózgu, która uczestniczy w procesie konsolidacji pamięci, czyli przekształcaniu nowych doświadczeń w trwałe wspomnienia.
20 minut ćwiczeń poprawia pamięć?
Nowe badanie sugeruje jednak, że równie istotnym czynnikiem może być aktywność fizyczna. Analiza opublikowana w czasopiśmie naukowym „Brain Communications” wskazuje, że krótka sesja wysiłku może zmieniać sposób działania sieci neuronalnych odpowiedzialnych za pamięć.Naukowcy obserwowali aktywność mózgu w trakcie i po wysiłku fizycznym, aby sprawdzić, czy ruch wpływa na procesy zapamiętywania na poziomie neurofizjologicznym. Wyniki wskazują, że nawet krótka aktywność może wywoływać zmiany w pracy hipokampa.
Aktywność fizyczna a pamięć mózgu
Badacze od dawna wiedzą, że aktywność fizyczna wiąże się z lepszym funkcjonowaniem poznawczym. Dotychczas większość dowodów pochodziła jednak z badań behawioralnych lub metod obrazowania mózgu, które nie pozwalały dokładnie obserwować sygnałów neuronalnych. W nowym badaniu wykorzystano technikę elektroencefalografii śródczaszkowej. Metoda ta polega na umieszczeniu elektrod w mózgu i pozwala rejestrować aktywność elektryczną neuronów z bardzo dużą dokładnością. Zwykle stosuje się ją u pacjentów z ciężką padaczką w celu monitorowania pracy mózgu.
„Elektrody te mogą rejestrować sygnały elektryczne wytwarzane przez grupy neuronów aktywnych jednocześnie. Dzięki temu możemy wykrywać krótkie epizody skoordynowanej aktywności neuronalnej, takie jak fale ripple, które uważa się za istotne dla pamięci” – mówi Juan Ramirez-Villegas, naukowiec w Instytucie Neurobiologii w Alicante. Badacz podkreśla, że bezpośredni zapis aktywności mózgu pozwala obserwować dynamikę sieci neuronalnych w czasie rzeczywistym. „Ponieważ te rejestracje bezpośrednio uchwytują aktywność elektryczną mózgu, zapewniają poziom szczegółowości, którego nie dają skany mózgu. Pozwalają obserwować szybkie zmiany w obwodach neuronalnych i znacznie lepiej zrozumieć, jak mózg przetwarza informacje” – dodaje Ramirez-Villegas.
Krótki trening a funkcje poznawcze
Zespół badaczy przeanalizował dane 14 uczestników w wieku od 17 do 50 lat. Wszystkie osoby miały wcześniej wszczepione elektrody w mózgu w ramach leczenia padaczki. Uczestnicy wykonali 20-minutową sesję jazdy na rowerze stacjonarnym w umiarkowanym tempie. Protokół został zaprojektowany tak, aby był krótki i możliwy do zastosowania w warunkach klinicznych. Naukowcy zmierzyli aktywność mózgu przed rozpoczęciem ćwiczeń oraz bezpośrednio po ich zakończeniu. Analiza wykazała wyraźny wzrost aktywności tzw. fal ripple w hipokampie po zakończeniu wysiłku fizycznego. „Fale ripple to bardzo krótkie epizody silnie zsynchronizowanej aktywności elektrycznej w centrum pamięci mózgu, czyli w hipokampie” – wyjaśnia elspert. Badacz porównuje ten proces do szybkiego przeglądu informacji przez mózg. „Można je traktować jako momenty, w których mózg szybko „przegląda” informacje, pomagając przekształcić świeże doświadczenia w trwałe wspomnienia” – dodaje.
Fale ripple w mózgu. Dlaczego są ważne dla pamięci
Fale ripple to krótkie epizody zsynchronizowanej aktywności neuronalnej. Naukowcy porównują je do bardzo szybkich transferów danych między obszarami mózgu. W badaniach na zwierzętach obserwowano je wcześniej u myszy i szczurów. U ludzi dowody na ich występowanie były dotychczas ograniczone. Nowe pomiary pokazują, że aktywność fizyczna zwiększa zarówno częstotliwość występowania fal ripple w hipokampie, jak i ich synchronizację z innymi sieciami mózgowymi. Oznacza to silniejszą komunikację między obszarami odpowiedzialnymi za przetwarzanie informacji i pamięć. „Najbardziej zaskakujące było nie tylko to, że zaobserwowaliśmy mierzalne zmiany w aktywności fal ripple w hipokampie. Zaskakujące było również to, że ćwiczenia wpływają także na struktury korowe mózgu” – mówi Ramirez-Villegas. „Co więcej, po krótkiej sesji wysiłku komunikacja między hipokampem a korą mózgową wydaje się wzmacniać. Zjawisko to uważa się za silnie związane z przetwarzaniem pamięci. Sugeruje to, że nawet krótka aktywność fizyczna może wpływać na dynamikę neuronalną odpowiedzialną za uczenie się i zapamiętywanie” – dodaje badacz.
Intensywność wysiłku fizycznego a reakcja mózgu
Analiza danych wykazała również zależność między intensywnością wysiłku a reakcją mózgu. Osoby, u których w trakcie ćwiczeń tętno było wyższe, wykazywały po zakończeniu treningu silniejszą aktywność fal ripple. „Stwierdziliśmy, że uczestnicy, którzy osiągali wyższe tętno podczas ćwiczeń, wykazywali później silniejszą aktywność fal ripple. Sugeruje to, że intensywność aktywności fizycznej może wpływać na siłę reakcji obwodów pamięci w mózgu” – mówi Ramirez-Villegas.
Aktywność fizyczna a funkcje poznawcze. Co oznaczają wyniki badań
Wyniki badania sugerują, że nawet krótki trening może tymczasowo poprawiać zdolność mózgu do zapamiętywania informacji. Naukowcy wskazują, że wzrost aktywności fal ripple może być mechanizmem neuronalnym odpowiadającym za obserwowane wcześniej korzyści poznawcze wynikające z ruchu. „Aktywność fal ripple w hipokampie uznaje się za marker procesów neuronalnych związanych z pamięcią. Kiedy aktywność tych fal wzrasta, hipokamp może intensywniej wymieniać informacje z innymi obszarami mózgu” – mówi naukowiec i podkreśla również, że zrozumienie tych mechanizmów może mieć znaczenie dla przyszłych strategii ochrony funkcji poznawczych. „Nasze wyniki sugerują, że ćwiczenia mogą wzmacniać procesy neuronalne pomagające stabilizować i organizować wspomnienia” – dodaje.
Ograniczenia badania i dalsze kierunki analiz
Autorzy badania podkreślają, że analiza objęła niewielką grupę uczestników – 14 osób z padaczką. Z tego powodu wyniki nie muszą w pełni odzwierciedlać reakcji całej populacji. Jednocześnie zaobserwowane wzorce aktywności były zgodne z wcześniejszymi wynikami badań obrazowych mózgu prowadzonych u zdrowych dorosłych. Kolejnym krokiem w badaniach będzie sprawdzenie, czy zmiany aktywności fal ripple bezpośrednio przekładają się na poprawę zapamiętywania. „Przyszłe badania połączą rejestrację aktywności neuronalnej z testami behawioralnymi. Pozwoli to sprawdzić, czy zmiany w aktywności fal ripple rzeczywiście prowadzą do mierzalnej poprawy uczenia się i zapamiętywania” – mówi Ramirez-Villegas.
Choć potrzebne są dalsze analizy, obecne wyniki wzmacniają rosnącą liczbę dowodów wskazujących, że nawet krótka aktywność fizyczna może przygotować mózg do skuteczniejszego uczenia się i przetwarzania informacji.
