Wie Gehirneffizienz, Dopamin und Fitness miteinander verflochten sind

Forscher in Japan haben einen neuen und relativ einfachen Weg gefunden, um festzustellen, ob der Zusammenhang zwischen höherer aerober Fitness und effizienteren Exekutivfunktionen durch die Aktivität im Dopaminsystem des Gehirns vermittelt wird. Diese Studie (Kuwamizu et al., 2021) wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Medizin & Wissenschaft in Sport & Bewegung .

Für diese Studie untersuchte ein Team von Wissenschaftlern der Universität Tsukuba unter der Leitung des Erstautors Ryuta Kuwamizu und des leitenden Autors Hideaki Soya anhand von Messungen der spontanen Augenblinzelrate (sEBR), ob ein höheres Maß an kardiorespiratorischer Fitness, ein erhöhter sEBR und eine effizientere neuronale Aktivität vorliegen im präfrontalen Kortex sind miteinander verbunden.

Akkumulierende Hinweise deuten darauf hin, dass die spontane Augenzwinkernrate ein nicht-invasiver Marker für die zentrale Dopaminfunktion ist. Ein höherer sEBR sagt eine robustere Dopaminfunktion voraus (Jongkees & Colzato, 2016). Frühere Untersuchungen haben auch gezeigt, dass mäßige bis kräftige körperliche Aktivität (MVPA) und hochintensives Intervalltraining (HIIT) die Dopaminfreisetzung in zahlreichen Hirnregionen stimulieren.

Obwohl mehrere neuronale Mechanismen (z. B. BDNF, Neurogenese, synaptische Plastizität) und verschiedene Neurotransmitter (z. B. Endocannabinoide, Serotonin) die gehirnfördernden Vorteile körperlicher Aktivität beeinflussen, ist bekannt, dass MVPA- und HIIT-Workouts den Dopaminspiegel erhöhen und dies, wenn dies der Fall ist Für die Neuromodulation von Aerobic-Übungen ist das dopaminerge System von größter Bedeutung (Heijnen et al., 2016).

Für die kürzlich durchgeführte Studie der Universität Tsukuba bestand das Ziel von Soya Lab darin, festzustellen, ob sEBR ein wirksamer Marker für die Verfolgung von durch körperliche Betätigung verursachten Veränderungen der neuronalen Effizienz ist, die frühere Studien mit dem Dopaminsystem des Gehirns in Verbindung bringen.

"Das dopaminerge System ist sowohl mit der Exekutivfunktion als auch mit motiviertem Verhalten verbunden, einschließlich körperlicher Aktivität", erklärt Kuwamizu in einer Pressemitteilung vom 1. Februar. "Wir haben sEBR als nicht-invasives Maß für die Funktion des dopaminergen Systems verwendet, um zu testen, ob es das fehlende Bindeglied zwischen aerober Fitness und kognitiver Funktion sein könnte."

Um diese Hypothese zu testen, ließen die Forscher eine Kohorte von 35 gesunden jungen Männern (18-24 Jahre) in Verbindung mit sEBR-Bewertungen einer aeroben Fitnessbewertung unterziehen. Sie führten auch eine Stroop-Aufgabe durch, um exekutive Funktionen zu messen. Während der Farbwort-Stroop-Aufgabe wurde die kortikale Aktivität im präfrontalen Kortex (DLPFC) unter Verwendung der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) überwacht. Korrelationsanalysen zeigten unter anderem, dass "ein höherer sEBR mit einer höheren neuronalen Effizienz des l-DLPFC korreliert war".

"Wie erwartet fanden wir signifikante Korrelationen zwischen aerober Fitness, kognitiver Funktion und sEBR", bemerkte Soya. "Als wir diese Beziehungen weiter untersuchten, stellten wir fest, dass der Zusammenhang zwischen höherer aerober Fitness und verbesserter kognitiver Funktion teilweise durch dopaminerge Regulation vermittelt wurde."

"Obwohl frühere Studien gezeigt haben, dass aerobe Fitness und kognitive Funktion miteinander korrelieren, ist dies die erste, die eine neuromodulatorische Grundlage für diesen Zusammenhang beim Menschen bietet", fügte Kuwamizu hinzu. "Unsere Daten zeigen, dass Dopamin eine wesentliche Rolle bei der Verknüpfung von aerober Fitness und Kognition spielt."

"Diese Ergebnisse zeigen, dass der sEBR die Assoziation zwischen aerober Fitness und exekutiver Funktion durch präfrontale neuronale Effizienz vermittelt, was eindeutig die Hypothese stützt, dass die dopaminerge Funktion des Gehirns zumindest teilweise die fehlende Verbindung zwischen aerober Fitness und exekutiver Funktion verbindet." Die Autoren schließen.

Bryant J. Jongkees und Lorenza S. Colzato. "Spontane Augenblinzelrate als Prädiktor für die Dopamin-bezogene kognitive Funktion - Eine Überprüfung." Neuroscience & Biobehavioral Reviews (Erstveröffentlichung online: 16. Dezember 2016) DOI: 10.1016 / j.neubiorev.2016.08.020

Saskia Heijnen, Bernhard Hommel, Armin Kibele und Lorenza S. Colzato. "Neuromodulation von Aerobic-Übungen - Ein Rückblick." Grenzen in der Psychologie (Erstveröffentlichung: 07. Januar 2016) DOI: 10.3389 / fpsyg.2015.01890

Tzu-Wei Lin und Yu-Min Kuo. "Übung Vorteile Gehirnfunktion: Die Monoamin-Verbindung." Gehirnwissenschaften (Erstveröffentlichung online: 13. Januar 2013) DOI: 10.3390 / brainsci3010039