Die Gehirne von Läufern können größere Konnektivität entwickeln

Quelle: Andrea Danti / Shutterstock

Ausdauerlauf kann die Struktur und die funktionelle Konnektivität des Gehirns auf eine Weise verändern, die der Ausübung komplexer Aufgaben wie dem Spielen eines Musikinstruments entspricht, heißt es in einer neuen Studie der University of Arizona (UA). Die Ergebnisse wurden gestern in der Zeitschrift Frontiers in Human Neuroscience veröffentlicht.

Diese bahnbrechende Studie nutzte eine erweiterte funktionelle Magnetresonanztomographie (fcMRI), um verschiedene Wege aufzuzeigen, auf denen die Gehirne von Ausdauerläufern unterschiedliche funktionelle Konnektivität im Ruhezustand zeigen, als ihre eher sitzenden Kollegen.

Für diese Studie arbeitete David Raichlen, ein Laufexperte und Associate Professor für Anthropologie an der UA, mit dem Psychologie- und Neurowissenschaftsprofessor Gene Alexander zusammen, der Gehirnalterung und Alzheimer-Krankheit erforscht.

Die UA-Forscher verglichen Gehirn-Scans von jungen Erwachsenen (Alter 18-25) mit Langlauf-Läufern mit jungen Erwachsenen, die sich über ein Jahr lang nicht mit mäßiger bis starker körperlicher Aktivität (MVPA) beschäftigt hatten.

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Auf der ganzen Linie zeigten Läufer eine größere funktionale Konnektivität zwischen verschiedenen Gehirnregionen, einschließlich des präfrontalen Cortex (PFC), der an fortgeschrittenen kognitiven Funktionen wie Planung, Entscheidungsfindung und der Fähigkeit beteiligt ist, Ihre Aufmerksamkeit auf verschiedene Aufgaben zu lenken.

Frühere Studien haben gezeigt, dass Aktivitäten, die eine fein abgestimmte motorische Kontrolle erfordern, wie das Spielen eines Musikinstruments oder höhere Ebenen der Hand-Augen-Koordination, wie Golf spielen, die Struktur und Funktion des Gehirns verändern können. Bis jetzt haben jedoch nur wenige Studien den Einfluss von sich wiederholenden aeroben Aktivitäten, wie Laufen, auf die Struktur und Konnektivität des Gehirns untersucht.

Die Ergebnisse von Raichlen und Alexander legen nahe, dass sowohl fein abgestimmte komplexe motorische Aktivitäten als auch Ausdauertraining ähnliche Gehirnveränderungen fördern können. In einer Stellungnahme zu UA sagte Raichlen: "Diese Aktivitäten, die Menschen als repetitiv betrachten, beinhalten viele komplexe kognitive Funktionen – wie Planung und Entscheidungsfindung -, die Auswirkungen auf das Gehirn haben können."

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Genauer gesagt, die Forscher fanden heraus, dass Ausdauertraining mehrere kognitive Handlungen, einschließlich Multi-Tasking, Planung, Inhibition, Überwachung und Aufmerksamkeits-Switching, involviert. Für diese Studie untersuchten die Forscher die Konnektivität in drei Ruhezustandsnetzwerken, die solche exekutiven Funktionen mit der motorischen Kontrolle verbinden: das Standard-Modus-Netzwerk (DMN), das Frontoparietal-Netzwerk (FPN) und das Motor-Netzwerk (MN).

Für alle Teilnehmer in der Laufgruppe gab es signifikante Zusammenhänge zwischen Gehirnkonnektivität, selbstberichteten körperlichen Aktivitäten und Schätzungen der maximalen aeroben Kapazität. Dies legt eine Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen dem Engagement im Ausdauerlauf und der Stärke der Gehirnkonnektivität nahe.

Die funktionale Konnektivität nimmt mit zunehmendem Alter oft ab. Die Verschlechterung der funktionellen Konnektivität ist bei Patienten mit Alzheimer oder anderen neurodegenerativen Erkrankungen ausgeprägter. Erkenntnisse, die Forscher über die Wahl des Lebensstils gewinnen, die die funktionale Konnektivität optimieren, indem sie die Gehirne gesunder junger Erwachsener untersuchen, könnten weitreichende Auswirkungen auf mögliche Interventionen haben, die auf altersbedingten kognitiven Verfall abzielen. Alexander sagte in einer Erklärung,

"Eine der Schlüsselfragen, die diese Ergebnisse aufwerfen, ist, ob das, was wir bei jungen Erwachsenen sehen – in Bezug auf die Konnektivitätsunterschiede – einige Vorteile im späteren Leben mit sich bringt. Die Bereiche des Gehirns, in denen wir mehr Konnektivität in den Läufern sahen, sind auch die Bereiche, die mit zunehmendem Alter betroffen sind. Es stellt sich also die Frage, ob eine aktive Rolle als junger Erwachsener möglicherweise von Vorteil sein könnte Alterung und Krankheit. "

Musikalisches Training fördert Gehirnveränderungen, die die Exekutivfunktion verbessern

Dieses Bild zeigt eine funktionelle MRT-Bildgebung während des mentalen Aufgabenwechsels: Die Felder A und B zeigen die Gehirnaktivierung bei musikalisch trainierten bzw. untrainierten Kindern. Panel C zeigt Hirnareale, die in musikalischer Hinsicht aktiver sind als musikalisch ungeschulte Kinder.

Quelle: Laboratories of Kognitive Neurowissenschaften, Boston Children's Hospital, mit Genehmigung verwendet

Die komplexe Aufgabe, ein Musikinstrument zu spielen, erfordert fein abgestimmte motorische Kontrolle und Kognition. Eine Studie aus dem Boston Children's Hospital aus dem Jahr 2014 fand eine mögliche Verbindung zwischen musikalischem Training und verbesserter exekutiver Funktion bei Kindern und Erwachsenen. (Exekutivfunktionen sind die kognitiven Prozesse auf hoher Ebene, die es uns ermöglichen, Informationen schnell zu verarbeiten und zu speichern, unser Verhalten zu regulieren, gute Entscheidungen zu treffen, Probleme zu lösen, sich auf veränderte mentale Anforderungen einzustellen usw.).

Dies war eine der ersten Studien, die untersuchten, wie durch das musikalische Training ausgelöste Veränderungen des Gehirns die exekutiven Funktionen beeinflussen. In einer Pressemitteilung erklärte die leitende Forscherin Nadine Gaab von den Laboratories of Cognitive Neuroscience bei Boston Children's:

"Da die exekutive Arbeitsweise ein starker Prädiktor für akademische Leistungen ist, sogar mehr als der IQ, glauben wir, dass unsere Ergebnisse starke pädagogische Implikationen haben. Während viele Schulen Musikprogramme kürzen und mehr und mehr Zeit für die Testvorbereitung aufwenden, legen unsere Ergebnisse nahe, dass musikalische Ausbildung tatsächlich dazu beitragen kann, Kinder für eine bessere akademische Zukunft aufzustellen. "

Eine andere Studie der Universität von Vermont (UVM) aus dem Jahr 2014 fand heraus, dass Musiktraining Kindern helfen könnte, ihre Aufmerksamkeit zu konzentrieren, ihre Emotionen zu kontrollieren und ihre Angst zu verringern, indem sie die graue Substanz der Großhirnrinde auffüllen. Mithilfe der MRI-Bildgebung im Gehirn fanden die Forscher heraus, dass das musikalische Training eine Vielzahl von Hirnarealen veränderte.

Interessanterweise wurde festgestellt, dass Veränderungen der Hirnstruktur auch Bereiche des Gehirns beeinflussen, die das Verhalten regulieren. Die Forscher entdeckten, dass der musikalische Hintergrund eines Kindes mit der kortikalen Dicke in Gehirnbereichen korreliert, die eine entscheidende Rolle bei der hemmenden Kontrolle spielen, sowie bei Aspekten der emotionalen Verarbeitung.

Wenn Kinder altern, verändert sich die Hirnrinde typischerweise in der Dicke. Nach Analyse der Bildgebungsdaten kamen die UVM-Forscher zu dem Schluss, dass eine Verdickung oder Ausdünnung in bestimmten Bereichen des Kortex mit dem Auftreten von Angstzuständen, Depressionen, Aufmerksamkeitsproblemen, Aggression und Verhaltenskontrollproblemen korreliert.

Läufer und Musiker zeigen verbesserte Brain Connectivity

Die neueste Studie der Universität von Arizona kommt zu dem Schluss, dass ähnliche Gehirnveränderungen durch die präzisen, fein abgestimmten motorischen Fähigkeiten, die mit dem Spielen eines Musikinstruments einhergehen, und durch die scheinbar repetitive Wirkung anhaltender aerober motorischer Verhaltensweisen, wie Ausdauerlauf, erreicht werden.

Zukünftige Studien werden sich darauf konzentrieren, herauszufinden, wie die durch Training oder induzierte Neuroplastizität bei jungen Erwachsenen die kognitive Funktion kurz- und langfristig verbessern kann. Regelmäßige körperliche Aktivität und musikalisches Training scheinen die Fähigkeit zu teilen, eine größere Gehirnkonnektivität und eine bessere kognitive Funktion über die menschliche Lebensspanne hinweg zu fördern. Bleiben Sie dran für mehr bahnbrechende Forschung zu diesem spannenden Thema!