Stimuler la forme physique du cerveau - Comprendre la connexion cerveau-exercice

Neuroplasticité était un terme relativement inconnu jusqu'aux années 1970, lorsque les scientifiques ont commencé à accepter l'idée que notre cerveau n'est pas un organe physiologiquement statique, se fixant peu de temps après la naissance avec environ 100 milliards de neurones (cellules nerveuses) (1, 2). Au cours des 15 à 20 dernières années, ce domaine d'étude s'est considérablement élargi compte tenu de la découverte de divers composés capables de modifier à la fois la structure et la fonction du cerveau tout au long de la vie et comment chacun est positivement influencé par l'exercice, l'activité physique et même les exercices mentaux (3, 4 ).

Le programme d'éducation physique de préparation à l'apprentissage, fondé sous le nom de programme Zero Hour PE à la Naperville Central High School de Chicago dans les années 1990 (5), est peut-être la réussite la impressionnante reliant l'exercice à une fonction cérébrale améliorée. L’objectif initial du programme était d’examiner si un entraînement avant l’école améliorerait la capacité d’apprentissage de l’élève en classe. Depuis la création du programme et grâce à son évolution, les élèves de ce district scolaire se classent désormais parmi les en forme et les intelligents du pays.

En fait, les élèves de huitième de ce district ont surclassé la moyenne nationale américaine dans le cadre des Trends in International Math and Science Study (TIMMS), battant même de nombreux étudiants en Chine, au Japon et à Singapour, qui ont traditionnellement surclassé les étudiants américains. Alors, quoi de neuf?

Daniel Lieberman, paléoanthropologue à l'Université de Harvard, a étudié l'évolution humaine et a démontré comment notre cerveau et notre crâne ont évolué au fil du temps afin de préserver notre survie en tant qu'espèce (6). Notre besoin de penser, de traiter, d'élaborer des stratégies, de chasser en équipe, de fonctionner et de communiquer au sein des groupes sociaux a stimulé la croissance dans diverses régions de notre cerveau et amélioré notre fonction cérébrale globale. Cette croissance de notre cerveau, en particulier des régions spécifiques comme le lobe frontal qui est connecté à la pensée consciente, à la prise de décision, à la planification, au jugement, à l'analyse et à l'inhibition, se poursuit dans notre ère moderne.

Notre cerveau peut également subir des pertes et rétrécir sous la forme d'une diminution de l'efficacité mentale et du déclin de la mémoire à mesure que nous vieillissons. En fait, la perte de mémoire est citée comme une plainte cognitive principale chez les personnes âgées. On es qu'environ 10% des adultes de de 65 ans ont une forme de déficience cognitive et cette statistique augmente à environ 50% des adultes de de 80 ans (7). Bien que ce déclin soit généralement attribué à des pertes physiologiques globales dans nos cellules cérébrales, à l'impact potentiel de la maladie (p. Ex., La maladie d'Alzheimer), à un manque général d'utilisation du cerveau ou à l'effet de la dépression ou des médicaments, les principaux facteurs de risque biologiques associés à ces baisses comprendre:

• Stress oxydatif - notre cerveau utilise environ 20% de l’apport d’oxygène du corps et au fil du temps, l’accumulation de radicaux libres peut endommager l’ADN et les lipides essentiels du cerveau, ce qui déclenche la mort neuronale.
• Les agents inflammatoires s'accumulent dans le cerveau. Généralement, ils sont filtrés par notre barrière hémato-encéphalique (BHE), un fin réseau capillaire séparant le flux sanguin cérébral de la circulation systémique. Avec le vieillissement, nous constatons moins de filtration de nombreux agents inflammatoires (par exemple, les cytokines comme l'interleukine-1 bêta) qui peuvent détruire les neurones et inhiber la neurogenèse (la croissance de nouveaux neurones).
• Des niveaux élevés d'homocystéine, un acide aminé naturel présent dans le plasma, favorise l'athérosclérose dans les vaisseaux, réduisant ainsi le flux sanguin cérébral, la mémoire et le volume cérébral global.
• Déséquilibres hormonaux et pertes hormonales dans le corps - les hormones stéroïdes clés comme les œstrogènes, la testostérone et la déhydroépiandrostérone (DHEA) aident collectivement à préserver les capacités cognitives mais diminuent avec le vieillissement.
• Baisse de la santé cérébrovasculaire - des vaisseaux sanguins sains et des niveaux élevés de cholestérol HDL facilitent la circulation sanguine dans les régions du cerveau comme la matière grise.
• Hypertension - les petits capillaires dans le cerveau sont sensibles aux dommages causés par une pression artérielle chronique élevée.
• Diabète et résistance à l'insuline - l'hyperglycémie et l'incapacité à utiliser le glucose ont été associées à des niveaux inférieurs de facteurs de croissance neuronaux, à une diminution du volume cérébral et à une incidence élevée de démence.
• Le stress et l'anxiété déclenchent des niveaux soutenus de cortisol qui peuvent endommager les tissus cérébraux (discutés loin dans cet article).

Bon nombre de ces déclencheurs du déclin cognitif sont inévitables, mais pouvons-nous ralentir, arrêter ou même inverser ces baisses liées à l'âge? La réponse est oui, et une liste sans cesse croissante de composés continue d'être découverte qui, collectivement, conduisent à une amélioration de la santé et du fonctionnement du cerveau. Fait intéressant, ces composés semblent être importants dans certaines régions du cerveau par rapport à d'autres. Par exemple, l'hippocampe, une région du cerveau impliquée dans la conversion d'informations à court terme en connaissances à long terme, perd sa masse et sa capacité à mesure que nous vieillissons, mais est significativement affectée par l'augmentation des niveaux de certains de ces composés (2, 8- dix).

• Facteur neurotrope dérivé du cerveau (BDNF) est peut-être le important car il stimule la neurogenèse et augmente la longueur, l'épaisseur et la densité des dendrites (terminaisons nerveuses), ce qui améliore la connectivité nerveuse, en particulier dans l'hippocampe. Le BDNF renforce et nettoie les synapses (jonctions entre deux nerfs), améliore l'efficacité synaptique et augmente la cartographie synaptique (connectivité entre les neurones et les nouveaux circuits pour compenser les circuits perdus). (En savoir sur le BDNF et l'exercice.)
• Facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) aide à construire de nouveaux capillaires dans le cerveau, améliorant l'apport d'oxygène et de glucose aux différentes régions de notre cerveau.
• Facteur de croissance des fibroblastes-2 (FGF-2) stimule la croissance du tissu cérébral en améliorant l'efficacité synaptique et les neurones d'affinité peuvent se partager pour faciliter l'apprentissage et la rétention.
• Facteur de croissance analogue à l'insuline-1 (IGF-1), fabriqué dans les cellules musculaires, il est poussé dans le cerveau et aide à augmenter l'absorption du glucose dans les cellules, fournissant ainsi le carburant nécessaire au BDNF.

Alors, comment déclencher une augmentation de ces composés? Une bonne majorité des recherches se sont concentrées sur effets de l'exercice on increasing levels of these compounds (10). Low-to-moderate intensities of cardio stimulate increases BDNF, but little increases in IGF-1. By comparison, moderate-to-vigorous intensities of cardio (> 65% of VO₂max) augmente les niveaux de BDNF, VEGF, FGF-2, IGF-1 et même l'hormone de croissance humaine (HGH) qui contribue à la construction de la masse cérébrale. L'entraînement en résistance effectué deux fois par semaine démontre également des augmentations de BDNF, VEGF, FGF-2, IGF-1 et HGH. L'exercice quotidien par rapport à un jour sur deux entraîne une augmentation importante du BDNF (150% contre 124%), mais les niveaux deviennent égaux après environ quatre semaines d'entraînement (10). L'exercice améliore également l'efficacité de notre BBB et favorise un grand équilibre entre de nombreux neurotransmetteurs de notre cerveau comme la sérotonine, la dopamine, la noradrénaline, le glutamate et le GABA, qui affecteront positivement les humeurs et la cognition.

Bien que de nombreuses recherches indiquent 30 minutes d'exercice, deux à trois fois par semaine, John Ratey, auteur de Étincelle et Un guide de l'utilisateur sur le cerveau (3, 11), cite que seulement huit à douze minutes par jour d'exercice qui évoque une transpiration et une respiration laborieuse (c'est-à-dire environ 60% de la fréquence cardiaque maximale ou ) sont suffisantes pour démontrer une augmentation de ieurs de ces composés comme le BDNF . De , l'inclusion de motifs latéraux croisés (XLP) (c'est-à-dire, mouvement traversant le corps ou impliquant des membres controlatéraux) aide à renforcer le corps calleux, qui est essentiellement la colle qui relie les hémisphères cérébraux gauche et droit et facilite la communication interhémisphérique.

Pour étendre la polyvalence de tous les programmes de stimulation cérébrale que vous pourriez chercher à mettre en œuvre, envisagez d'incorporer des exercices mentaux dans vos programmes (ils pourraient également offrir une pause bienvenue de la fatigue physique):

• Les exercices mentaux, qu'ils soient effectués à l'aide d'une application mobile de la fonction cérébrale (par exemple, Luminosité) ou manuellement, peuvent également stimuler l'augmentation de certains composés de construction du cerveau. L'idée est de (a) mettre votre cerveau au défi d'accomplir des tâches de manière non conventionnelle ou (b) d'accomplir des tâches en incorporant simultanément ieurs régions du cerveau:
• Backward Digit Span - compter les nombres vers l'arrière dans des intervalles définis (par exemple, des intervalles de 7 à 100) aussi rapidement que possible.
• Épeler les mots à l'envers - épelez les mots à l'envers et à voix haute (pas d'écriture), et augmentez progressivement la longueur et le défi des mots (par exemple, monde, hôpital, responsabilité).
• Jeux d'information séquencés - où une séquence de noms (par exemple, Fred, Stacy, Richard, Stanley, Ida, Edward) est écrite après quoi l'individu est mis au défi d'accomplir diverses tâches de mémoire:
  • Réciter à l'envers
  • Organiser par ordre alphabétique
  • Organiser par longueur de mot
• Défis de tâches - terminer une séquence de tâches et continuer à exécuter chaque tâche jusqu'à ce qu'elle doive être remplacée par une autre tâche. (Notez que ieurs tâches verbales ou physiques peuvent être exécutées simultanément.) Une fois toutes les tâches terminées, les personnes sont invitées à se souvenir d'une tâche spécifique (par exemple, quelle était la 3^rd tâche?). Cette question peut être posée immédiant ou à un stade ultérieur de la session.
  • Comptez à rebours à partir de 10
  • Agitez les mains au-dessus de votre tête
  • Mars en place
  • Claquez vos doigts
  • Récitez l'alphabet à l'envers
  • Tappe du pied

Stress et cortisol: Malheureusement, nous sommes nombreux à vivre une vie où stress et des niveaux élevés et soutenus de cortisol sont considérés comme la norme. Ces niveaux soutenus de cortisol altèrent les cellules de l'hippocampe impliquées dans l'apprentissage à court terme et la mémoire à long terme. En fin de compte, cela peut endommager et rétrécir l'hippocampe en raison d'attaques de radicaux libres qui détruisent et raccourcissent les dendrites, diminuent les niveaux de BDNF, réduisent la neurogenèse et augmentent l'atrophie neurale. Dans ce cas, l'amygdale, une région qui supervise une grande partie de nos émotions, peut commencer à exercer de contrôle sur l'apprentissage et sur l'hippocampe, ce qui augmente nos niveaux de stress émotionnel, favorise l'augmentation du cortisol, et ainsi de suite ce cercle vicieux.

De , des niveaux élevés de cortisol peuvent également entraver notre transition vers le sommeil de stade 4 (delta ou sommeil profond) la nuit, une phase importante du sommeil où le cerveau convertit généralement l'apprentissage à court terme en mémoire à long terme, et où les niveaux de HGH aident à construire. et réparer les tissus (par exemple, la masse cérébrale). Le cortisol peut également inhiber direcnt la libération de HGH par l'hypophyse en stimulant la libération de somatostatine, une hormone inhibitrice de l'hormone de croissance, de l'hypothalamus. Il semble, par conséquent, que toute tentative de stimulation cérébrale, que ce soit par l'exercice mental et physique, ou même les deux, puisse être presque futile sans certaines modalités efficaces d'adaptation au stress.

Nourriture du cerveau: Existe-t-il des aliments qui peuvent stimuler notre cerveau? Bien que les chercheurs ne puissent pas faire cette affirmation sans équivoque, certains aliments semblent promouvoir certains avantages potentiels:

• Les antioxydants, comme les polyphénols présents dans le thé vert et les anthocyanes (pigments rouges, violets ou bleus trouvés dans les fleurs, les fruits, les feuilles, les tiges et les racines comme les baies noires, le chou rouge et l'aubergine), peuvent s'avérer efficaces pour lutter contre les radicaux libres.
• Les huiles de poisson (1 200 mg d'acide eicosapentaénoïque, 200 mg d'acide docosahexaénoïque) semblent réduire les taux de déclin cognitif et les risques de développer une démence.
• Acide folique (800 mg) et vitamine B₆ et B₁₂ (dans une moindre mesure) peut réduire les niveaux d'homocystéine dans notre sang.
• Des apports modérés de caféine peuvent aider à préserver notre BBB et peut-être aussi à réduire les niveaux d’amyloïde-bêta plasmatique, une structure protéique associée à la maladie d’Alzheimer.
• Des sources et des dosages sains de glucose, qui alimente le cerveau par la réponse insulinique, doivent également être pris en compte. Parce que l'insuline est responsable de l'absorption des nutriments (y compris les acides aminés) dans les cellules et compte tenu du fait que les cellules musculaires ne se soucient pas beaucoup du tryptophane, les poussées d'insuline peuvent entraîner une augmentation du tryptophane dans le cerveau. Cela peut à son tour augmenter la production de sérotonine. Cependant, on pense que l'inclusion d'acides aminés à chaîne ramifiée tout au long de la journée concurrencerait le tryptophane et réduirait la quantité passant par le BBB - réduisant essentiellement l'effet induisant la fatigue du tryptophane et aidant à garder le cerveau concentré et alerte (12).

Pour terminer, bien que nous soyons bien conscients du lien entre l’esprit et le corps de l’exercice, les recherches soutenant les bienfaits de l’exercice pour stimuler le cerveau continuent de se développer au fur et à mesure que nous découvrons de nouveaux composés qui améliorent la structure et le fonctionnement globaux du cerveau. Pourquoi ne pas envisager d'élargir vos services et programmes pour aborder, ou peut-être même souligner (pour certains), les domaines psycho-émotionnels critiques qui sont souvent négligés dans les programmes traditionnels. Rappelez-vous cependant qu’un programme corps-esprit efficace ne peut être aussi efficace que les mécanismes de gestion du stress inclus, alors ne vous entraînez pas durement, entraînez-vous intelligemment.

Les références:

1. Pascual-Leone A, Amedi A, Fregni F et Merabet LB, (2005). Le cortex du cerveau humain en plastique. Revue annuelle des neurosciences, 28: 377 - 401.
2. Shaw C et McEachern J (éditeurs), (2001). Vers une théorie de la neuroplasticité. Londres, Angleterre: Psychology Press.
3. Ratey JJ et Hagerman E, (2008). La nouvelle science révolutionnaire de l'exercice et du cerveau. New York, État de New York. Little, Brown et compagnie.
4. Bramble1 DM et Lieberman DE, (2004). Course d'endurance et évolution d'Homo. La nature, 432: 345 - 352.
5. Sparking Life. Alimentez votre cerveau grâce à l'exercice. www.sparkinglife.org. Récupéré en septembre 2014.
6. Lieberman DE, (2011). L'évolution de la tête humaine. Cambridge, MA: Harvard University Press.
7. Centres de contrôle et de prévention des maladies (2011). Déficience cognitive. http://www.cdc.gov/aging/cognitive_impairment/cogImp_poilicy_final. Récupéré en septembre 2014.
8. Huang EJ et Reichardt LF, (2001). Neurotrophines: rôles dans le développement et la fonction neuronale. Revue annuelle des neurosciences, 24: 677 - 736.
9. Cotman CW et Berchtold NC, (2002). Exercice: une intervention comporntale pour améliorer la santé cérébrale et la plasticité. Tendances en neurosciences, 25 (6): 295 - 301.
10. Erickson KI, Voss MW, Prakash RS, Basak C, Szabo A, Chaddock L, Kim JS, Heo S, Alves H, White SM, Wojcicki TR, Mailey E, Vieira VJ, Martin SA, Pence BD, Woods JA, McAuley E , et Kramer AF, (2011). L'entraînement physique augmente la taille de l'hippocampe et améliore la mémoire. Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique, 108 (7): 3017 - 3022.
11. Ratey, JJ (2001). Un guide de l'utilisateur sur le cerveau. New York, NY, Random House, Inc.
12. Davis JM, (1995). Glucides, acides aminés à chaîne ramifiée et endurance: l'hypothèse centrale de la fatigue. Journal international de la nutrition sportive, 5: S29 - 38.