В одном из ранних исследований, чтобы продемонстрировать, как мозг реагирует на физические нагрузки, людей просили тренироваться в течение года 3 дня в неделю по 40 минут. Через несколько недель их попросили ходить с умеренной скоростью – от 60 % до 75 % от максимальной частоты сердечных сокращений – до конца исследования. Обратите внимание, что до начала исследования это была неактивная группа: они не тренировались более 30 минут в течение предыдущих 6 месяцев. Можно сказать, что это были люди, которые вели сидячий образ жизни.

Примерно в середине исследования, а затем через год ученые использовали нейровизуализацию для определения изменений, связанных с мозгом. То, что они обнаружили, было замечательным: по сравнению с контрольной группой, которая только занималась растяжкой, те, кто занимался быстрой ходьбой, буквально увеличили свой мозг с помощью тренировок. В частности, гиппокамп участников вырос, что по существу покрыло ожидаемое снижение объема этого участка на 1–2% в течение этого времени. Важно отметить, что контрольная группа продемонстрировала это типичное ежегодное снижение объема гиппокампа, что указывает на то, что физические упражнения оказали сильное воздействие на испытуемых, которые проходили «лечение».

Более поздние исследования подтвердили первоначальные результаты. Например, в одном испытании группе людей, которые ранее вели сидячий образ жизни, предлагалось ходить, бегать трусцой или заниматься на велотренажере по 30–60 минут за раз 3 дня в неделю в течение 6 месяцев. Тренеры, работавшие с участниками, постепенно увеличивали частоту сердечных сокращений до 80 % от максимальной, так что они были довольно настойчивы. По завершении исследования по сравнению с контрольной группой, которая только занималась растяжкой и тонизированием мышц, у участников, которые активно тренировались, значительно улучшились навыки мышления на глобальном уровне (включая укрепление памяти, увеличение скорости обработки данных и улучшение исполнительных функций). Кроме того, чем сильнее улучшалась физическая форма во время исследования, тем больше становился гиппокамп. Эти данные показывают, что физические упражнения – это фантастический способ повысить нейропластичность, то есть способность мозга изменяться в ответ на стимуляцию или активность.

Помимо формирования новых нейронов и роста отдельных мозговых структур, мы также наблюдаем мощное воздействие физических упражнений на различные нейрохимические вещества в мозге. Одним из вопросов, привлекших внимание, является то, как нейропротекторные факторы, такие как нейротрофический фактор головного мозга (BDNF), реагируют на физические нагрузки. BDNF является важным соединением в мозге за счет участия в поддержании здоровья миллиардов нейронов. Действительно, BDNF помогает новым нейронам развиваться, а существующим – лучше общаться. Исследования также показывают, что это вещество тесно связано с нашей способностью фокусировать внимание, учиться и запоминать новую информацию.

Одна из интересных особенностей BDNF заключается в том, что физические упражнения способствуют его выработке в мозге тремя способами. Во-первых, единичные упражнения повышают уровень BDNF, и это увеличение связано с улучшением многих когнитивных навыков, включая память и исполнительные функции. Также, по-видимому, единичная тренировка оказывает более позитивное воздействие на уровень BDNF у людей, находящихся в хорошей физической форме. Кроме того, у людей, которые постоянно занимаются спортом, наблюдается более высокая концентрация этого нейротрофина в состоянии покоя. Все эти наблюдения показывают, что физические упражнения оказывают мощное воздействие на мозг на уровне структур вплоть до основных химических элементов.

В последнее время в нейробиологии изучается вопрос о том, как маркеры воспаления в организме влияют на структуру и функции мозга. Воспаление возникает после острых травм, что является нормальной биологической реакцией. Однако хроническое воспаление в организме и головном мозге может привести к более серьезным медицинским проблемам. Некоторые исследования даже выявили связь между воспалением и болезнью Альцгеймера. К счастью, есть доказательства того, что высокий уровень подготовки и частота физических упражнений уменьшают воспаление, и это снижение связано с улучшением когнитивных функций. Физическая активность также помогает поддерживать и развивать сосудистую систему мозга – сосуды, которые несут поддерживающую жизнь, богатую кислородом кровь ко всем уголкам мозга.

Физические упражнения также снижают вероятность развития болезни Альцгеймера и других форм деменции. Фактически отсутствие физической активности является «модифицируемым фактором риска», который ассоциируется с большим количеством случаев болезни Альцгеймера в США, чем любой другой фактор, который мы потенциально можем контролировать (например, диабет, ожирение, курение и высокое артериальное давление). Помимо снижения риска развития деменции на общем уровне, ключевым открытием в науке является то, что эта вероятность становится тем ниже, чем больше видов физической активности присутствует в жизни человека. Другими словами, если вы занимаетесь кросс-тренингом[5], ваш мозг только выигрывает! Исследования, подтверждающие защитное воздействие физических упражнений на профилактику деменции, убедительны, и мы обсудим более подробную информацию позже в этой главе.

Виды и интенсивность физических упражнений и здоровье мозга

Какие виды тренировок лучше всего? По сути, практически любая форма упражнений или физической активности полезна для мозга. Наиболее часто изучаемыми типами физических упражнений являются ходьба и бег трусцой, вероятно, потому, что они легче поддаются количественной оценке в научных экспериментах. Исследования влияния ходьбы на мозг в целом показывают, что не нужно бегать трусцой, становиться спринтером или марафонцем, чтобы вырастить нейроны в важных областях мозга.

Исследование, проведенное несколько лет назад, изучало влияние низкоинтенсивной ходьбы – просто регулярной ежедневной ходьбы – на размер гиппокампа, участка мозга, критически важного для памяти. Группе пожилых людей предложили в течение недели носить устройство, которое считало количество шагов за день и отслеживало периоды непрерывной активности, длившиеся не менее 10 минут. Участники также подверглись сканированию мозга, чтобы увидеть, были ли уровни активности связаны с размером нескольких различных областей мозга.

Результаты исследования показали, что каждые 1000 шагов в день немного увеличивали гиппокамп испытуемых. Аналогичная картина наблюдалась и при каждом 10-минутном интервале дополнительной ходьбы. Опять же, большее количество упражнений соответствовало большему размеру гиппокампа, хотя время, затраченное на упражнения, было менее впечатляющим показателем, чем общее количество сделанных шагов. Эти выводы подтвердились после учета таких факторов, как возраст, уровень образования и сердечно-сосудистые заболевания, которые могут влиять на результаты в этих типах исследований. Любопытно, что эти открытия применимы к женщинам, но не к мужчинам. Некоторые эксперименты, подобные этому, показали, что физические упражнения могут оказывать более сильное воздействие на женский мозг.