Fysisk aktivitet påverkar inte bara kroppen utan även det mentala. Nu försöker forskare kartlägga vad som händer i hjärnan när vi tränar och bättre förstå effekterna av fysisk träning på hjärnan och dess funktioner.
Människans överlevnad har i urminnes tider varit direkt beroende av vår förmåga att vara fysiskt aktiva. I modern tid har forskning visat hur konditionsträning bidrar till att minska risken för hjärt- och kärlsjukdomar, diabetes och andra sjukdomar som påverkar kroppen.
Forskning om fysisk aktivitet och kognitiv funktion
Det finns idag flera exempel på forskning som visat positiva effekter av fysisk aktivitet på olika kognitiva funktioner.
I en stor svensk studie där man undersökte mönstringsdata från över en miljon personer fann man exempelvis att bättre kondition vid mönstringen predicerade en bättre problemlösningsförmåga 10 till 36 år senare (1).
Att vara fysiskt aktiv i medelåldern har också visat sig skydda mot kognitiv nedsättning och demens vid äldre åldrar (2). Interventionsstudier på äldre människor över 65 år som inte redan tränar har visat att sex till tolv månaders konditionsträning kan vara tillräckligt för att påverka en rad viktiga kognitiva funktioner, inklusive minnesförmågan (3,4,5).
Både vi och andra har visat att en förbättring i konditionsförmågan hos så väl yngre (7) som äldre människor (4,5) kan bidra till ökade volymer i ett område i hjärnan som är kritisk för minnesfunktion och som är särskilt utsatt vid demenssjukdomar, nämligen hippocampus.
I försöksdjur har det visat sig att nya nervceller och blodkärl bildas i hippocampus av aerobisk träning (8,9) och det är sannolikt vad vi har kunnat se även hos människor. Även om mycket lite forskning finns på just barn vad gäller träning så finns ändå indikationer på att hjärnans utveckling skulle kunna utvecklas positivt.
Exempelvis har man sett att barn i nio till tioårsåldern med högre aerobisk kapacitet hade större volymer i striatum och dessutom bättre exekutiv kontroll, en viktig kognitiv funktion som är under stor utveckling under dessa år (10).
De senaste två årtionden har studier även börjat påvisa effekter av konditionsträning på hjärnan och funktioner som är beroende av hjärnan, till exempel minnesfunktioner och välmående.
Det är tydligt att fysisk aktivitet inte enbart påverkar kroppen, utan även det mentala. Detta samband är däremot komplext och vår förståelse för hur fysisk aktivitet påverkar hjärnan och kognitiva funktioner är fortfarande mycket begränsad.
Trots att det finns en mängd studier som visar på ett samband mellan träning och kognition så finns det även en mängd studier som inte har visat på något samband (6). Framförallt råder stor osäkerhet rörande vilka funktioner som påverkas, om effekter av träning är specifika för en viss funktion eller om den har mer generella effekter.
Hjärnans plasticitet påverkas av konditionsträning
Plasticitet kan beskrivas som hjärnans livslånga förmåga att förändras som respons på förändringar i en människas miljö för att hjärnfunktionen skall fungera bättre. När vi utför konditionsträning, så kallad aerobisk träning eller pulsträning, frigörs en mängd tillväxtfaktorer som i sin tur kan påverka hjärnans plasticitet.
När man talar om plasticitet och träning så brukar man tänka i termer av positiva plastiska förändringar, till exempel att hjärnan skapar nya kopplingar mellan nervceller, reparerar skador eller förändrar nivåer av diverse signalsubstanser för att förbättra funktionen.
Det är just frågor som relaterar till hjärnans plasticitet som vi och andra nu försöker förstå bättre. Vad är det som händer i kroppen när vi utför konditionsträning och vilka är de faktorer som förklarar träningens positiva effekter på den kognitiva funktionen?
Läs också:
PHIBRA-projektet
För att bättre förstå effekterna av fysisk träning på hjärnan och dess minnesfunktioner hos äldre individer skapades projektet PHIBRA (PHysical Influences on BRain in Aging).
Förklaringar av ord och begrepp
Episodiskt minne: Minne för händelser, eller så kallade episoder, vilket delvis kan mätas genom att be personer lägga ord på minnet.
Exekutiv funktion: En sorts kontrollprocess som kan styra andra kognitiva funktioner och som är viktig för att rikta uppmärksamheten, hanteringen av information, planering och initiering av målmedvetet beteende.
Dopamin: En signalsubstans som påverkar hjärnans funktion genom att binda till dopaminreceptorer som finns på vissa neuron i hjärnan. Dessa dopaminreceptorer finns utspridda i hjärnan men har en särskilt hög koncentration i de basala ganglierna. I Parkinson’s sjukdom försvinner dopaminneuron i de basala ganglierna med följden att både motorik, kognitiv funktion och välmående påverkas negativt.
Hippocampus: Ett område som sitter djupt inne i tinningsloben och är kritisk för episodisminnet. En person som fått hippocampus borttagen drabbas av anterograd amnesi, dvs. en oförmåga att komma ihåg något som skett efter förlusten av hippocampus.
Basala ganglierna: En grupp strukturer djupt inne i hjärnan som bland annat är viktig för att initiera frivilliga rörelser.
Striatum: Ett område som tillhör de basala ganglierna och som utöver att vara viktig för motorik även är viktig för exekutiva funktioner, samt för limbiska funktioner såsom motivation och välmående.
Frivilliga försökspersoner blev lottade till två olika tränarledda grupper (5,11). En grupp fick utföra individuellt anpassad pulsbaserad konditionsträning tre gånger i veckan under sex månader. Den andra gruppen fick utgöra den aktiva kontrollgruppen som genomförde lågintensiv cirkelträning med diverse övningar med fokus på styrka, balans, och smidighet under lika lång tid.
Både före och efter träningsperioden mättes deltagarnas syreupptagningsförmåga, hjärnstruktur och blodflöde, samt delar av hjärnans dopaminsystem. Dessutom användes ett stort kognitivt batteri som mätte en rad kognitiva funktioner.
Vi kom fram till att konditionsträning påverkade deltagarnas kognitiva funktion generellt sett. Vi såg ingen effekt på enskilda test utan det var först när vi slog samman testerna som mätte episodminne, exekutiva funktioner och mental snabbhet som en effekt visade sig.
Konditionsträning påverkade deltagarnas kognitiva funktion
Detta mönster skulle kunna förklara varför resultat varit blandade i tidigare studier som använt ett smalare batteri tester och mätte färre kognitiva funktioner. Det kan mycket väl vara så att olika funktioner påverkas av träning hos olika individer, exempelvis för att de plastiska resurser som ökar av träningen interagerar med den form av kognitiv stimulans som en person får i sin miljö.
Syreupptagningsförmågan viktig
Vi kunde inte se några skillnader mellan konditions- och cirkelträningsgrupperna i våra mått på hjärnan. Däremot visade det sig att syreupptagningsförmågan var viktig, oberoende av grupp. De deltagare som hade en bättre kondition vid studiens början hade en tjockare hjärnbark i främre hjärnområden som är viktiga för en människas förmåga att planera och processa information.
Dessutom hade de fler tillgängliga dopaminreceptorer i en struktur som kallas för striatum, även det ett område som är viktig för just den kognitiva funktionen, men även för belöningssystemet och motorisk funktion.
När vi följde upp mätningarna efter sex månader kunde vi se att de personer som förbättrat sin syreupptagningsförmåga mer än andra även hade relativa ökningar av både hippocampus volym (5), samt förändrad funktionell koppling till både främre och bakre områden som är viktiga för kognitiv funktion (11).
Andra populära artiklar:
Vi såg dessutom att en förbättrad syreupptagningsförmåga var associerat med relativa ökningar av hjärnans dopaminnivåer. Intressant nog så kunde vi koppla denna ökning av dopamin till förbättrat arbetsminne.
Trots att vi inte fann gruppskillnader i våra mätningar på hjärnan visade ändå projektet att en förändrad syreupptagningsförmåga, oberoende av grupp, påverkar hjärnans plasticitet i form av ökade volymer, förändrade funktionella kopplingar, samt förändrade nivåer av signalsubstansen dopamin.
Andra former av träning
Även om den största delen forskning har gjorts med just konditionsträning så har man funnit liknande effekter på hjärnan och kognitiv funktion av styrketräning och koordinationsträning (12,13). Hur lika eller olika effekterna av olika typer av träning faktiskt är kan vi ännu inte svara på men det är tydligt att fysisk aktivitet kan påverka en människas hjärna och hjärnfunktion.
Forskningen framåt bör ha som fokus att förstå individuella skillnader i respons på olika former och intensitet på träning. Denna kunskap skulle kunna bidra till individanpassade rekommendationer beroende på vilken funktion man skulle vilja påverka.
Obs!
Denna artikel är några år gammal. Det kan finnas nyare forskning i ämnet. Använd gärna vår sökfunktion. På centrumforidrottsforskning.se finns även en översikt av de studier CIF finansierar.
Referenser
1. Åberg, M. A. I. et al. Cardiovascular fitness is associated with cognition in young adulthood. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 106, 20906–20911 (2009).
2. Sofi, F. et al. Physical activity and risk of cognitive decline: a meta-analysis of prospective studies. J. Intern. Med. 269, 107–17 (2011).
3. Kramer, A. F. et al. Ageing, fitness and neurocognitive function. Nature 400, 418–419 (1999).
4. Erickson, K. I. et al. Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 108, 3017–22 (2011).
5. Jonasson, L. S. et al. Aerobic exercise intervention, cognitive performance, and brain structure: Results from the Physical Influences on Brain in Aging (PHIBRA) Study. Front. Aging Neurosci. 8, 1–15 (2017).
6. Young, J., Angevaren, M., Rusted, J. & Tabet, N. Aerobic exercise to improve cognitive function in older people without known cognitive impairment ( Review ). Cohrane Database Syst. Rev. 1–145 (2015). doi:10.1002/14651858.CD005381.pub4.
7. Thomas, A. G. et al. Multi-modal characterization of rapid anterior hippocampal volume increase associated with aerobic exercise. Neuroimage 131, 162–170 (2016).
8. van Praag, H., Kempermann, G. & Gage, F. H. Running increases cell proliferation and neurogenesis in the adult mouse dentate gyrus. Nat. Neurosci. 2, 266–70 (1999).
9. Swain, R. A. et al. Prolonged exercise induces angiogenesis and increases cerebral blood volume in primary motor cortex of the rat. Neuroscience 117, 1037–1046 (2003).
10. Chaddock, L. et al. Basal ganglia volume is associated with aerobic fitness in preadolescent children. Dev. Neurosci. 32, 249–56 (2010).
11. Flodin, P., Jonasson, L. S., Riklund, K., Nyberg, L. & Boraxbekk, C. J. Does aerobic exercise influence intrinsic brain activity? An aerobic exercise intervention among healthy old adults. Front. Aging Neurosci. 9, (2017).
12. Niemann, C., Godde, B. & Voelcker-Rehage, C. Not only cardiovascular, but also coordinative exercise increases hippocampal volume in older adults. Front. Aging Neurosci. 6, 1–24 (2014).
13. Liu-Ambrose, T. & Donaldson, M. G. Exercise and cognition in older adults: is there a role for resistance training programmes? Br. J. Sports Med. 43, 25–7 (2009).
