在神经科学和认知科学领域中,人类认知广泛定义为大脑功能的组成部分,包括信息处理,记忆,注意力,感知,语言和执行功能与决策(DM)(DM)以及对行为的启动或抑制。在体育和运动心理学的背景下,研究人员对休闲时间的增加(PA)的可能好处以及急性和慢性运动在认知功能的各个方面的表现,从婴儿到老年人。该条目的重点是人类老年人认知功能。还讨论了运动训练和休闲时间PA对磁共振成像(MRI)衍生的大脑结构和功能的测量,与健康的老年人的认知表现以及认知能力下降和痴呆症的风险增加的措施有关。
健康成年人的急性和慢性运动
单一运动的表现可改善健康的年轻人的认知表现。但是,运动的类型,持续时间和强度很重要,并且在运动过程中以及运动结束后的认知表现的时机。此外,某些类型的认知功能比其他类型的改善。在锻炼过程中,复杂的认知任务可能会发生认知功能的障碍,尤其是在锻炼期间,与固定循环相比,在锻炼过程中也可能更需要认知要求。但是,涉及快速DM或需要快速反应时间(RT)的简单任务以及在锻炼过程中进行认知改善的证据,并且在学习良好的任务中可以进行,因此可以在没有太多思考或计划的情况下执行。锻炼结束后,认知表现的改善,尤其是涉及信息处理,记忆编码和记忆检索的任务,在前15分钟内发生,然后在此后消散。假定在恢复期间的生理唤醒增强会导致这些影响。急性运动的这些影响是否在健康的老年人或认知障碍的人中也发生。
运动,体育锻炼和老年人认知
在健康的老年人中,呼吸呼吸症的适应性和运动训练期(急性回合除外)与更好的认知功能有关。这些效果对于涉及信息处理和执行控制的认知任务是最大的,例如双重任务期间的注意力和绩效,在不同类型的任务,DM和响应抑制之间有效切换。
有证据表明,运动对认知功能的有益影响在患阿尔茨海默氏病的遗传风险的人中,这是痴呆症最常见的原因。载脂蛋白E(APOE)等位基因状态与阿尔茨海默氏病(以及心血管疾病)的风险有关,其处理胆固醇。与APOE-E4等位基因的非驾驶员相比,拥有一两个副蛋白 - EPSILON4(APOE-E4)等位基因的一副副蛋白 - EPSILON4(APOE-E4)将未来认知能力下降的风险增加到10倍。但是,参与中等水平的休闲时间PA大大降低了APOE-E4等位基因载体未来认知下降的风险,等于非驾驶员的风险(其他变体是最常见的E3等位基因,以及保护性和较不常见的E2等位基因)。
关于这些有益影响是否扩展到现有认知障碍的效果的信息很少。被诊断出患有阿尔茨海默氏病的早期阶段的人被称为轻度认知障碍,可能会受益于他们没有运动的一天来执行语义流利任务的能力(例如,在30秒内命名尽可能多的动物或水果),但不在涉及情节记忆的任务中(例如,学习清单单词,然后能够在执行其他任务后稍后再记住该列表,而无需任何提醒)。但是,这些效果尚未在大型样本中复制或显示。
磁共振成像以测量大脑功能和大脑结构
MRI是一种可以在研究中用于评估脑功能和大脑结构的工具。可以使用多种MRI模式(称为多模式MR成像)评估个体组之间的差异或干预措施(例如运动)对脑功能的影响。功能磁共振成像(fMRI)是最常用的模态,取决于血氧水平依赖性(BOLD)信号 - 源自氧合和去氧和去氧的血红蛋白的差异,以反映神经细胞中的氧化代谢。粗体信号是间接但经过验证的相对神经元激活的估计值。可以使用称为动脉自旋标记的MRI技术来测量脑血流的绝对速率,并可以估计使用放射性对比剂(例如,Gadolinium)脑血体积。关于大脑的结构信息,例如脑脑室的体积,白质和大脑的脑脊液室,也可以使用MRI获得。可以使用称为扩散张量成像(也是扩散加权成像)的MRI技术来测量脑白质纤维道的结构完整性,该技术评估了水分子的扩散特征,在健康的人中,该特征在健康的人中被约束至沿着沿着健康的人的扩散性沿着扩散的范围。完整的髓鞘白质纤维束。最后,MR光谱法可用于测量单个体素(小三维脑组织)中某些代谢产物或神经递质功能的浓度。在运动和运动心理学的背景下使用MRI很有吸引力;但是,谨慎的谨慎是对运动对可能独立但可能出现的基本MRI信号的生理影响知之甚少,但可能是神经元射击或脑血流动的改变。
体育活动和运动对多模式磁共振成像结果的影响
在成熟发育过程中突触连接和大脑体积的强大生长后,大脑的体积逐渐从30岁的年龄逐渐减少到死亡。大脑体积的这种下降导致与年龄相关的认知能力下降,但在阿尔茨海默氏病,帕金森氏病和亨廷顿氏病等神经退行性疾病中脑萎缩加速了。有积极的证据表明,可修改的生活方式行为(例如PA)可能有助于保存脑组织并促进神经或认知储备,并可能维持认知能力到老年。
使用MRI检查大脑的结构体积,几项研究表明,PA和心肺适应性的好处是保留大脑体积的方法。运动对脑体积的最大影响已显示在海马,这是一个对所有学习和记忆过程至关重要的内侧颞叶脑区域。这个地区是阿尔茨海默氏病神经病理学的早期目标。自我报告更加身体活跃的人,以及具有更大心肺健康的人,在其他几个大脑区域(包括顶叶,额叶,前额叶和亚属皮质)中,大脑体积往往更大。重要的是,运动训练可能导致健康老年人海马体积增加。这种运动训练效果在海马的前部似乎更强,众所周知,这在阿尔茨海默氏病中显示出更严重的萎缩。在健康的,完整的老年人中,患有阿尔茨海默氏病的遗传风险增加的老年人,自我报告的PA水平更高可降低未来认知能力下降的风险,并有助于在18个月内保留(但不会增加)海马体积。但是,尚不清楚休闲时间PA是否会导致阿尔茨海默氏病诊断的发生率降低。在先前被诊断出患有早期阿尔茨海默氏病的患者中,呼吸呼吸症的适应性更大,大脑体积较大。但是,目前尚不清楚运动训练是否有助于在被诊断出患有阿尔茨海默氏病的老年人中随着时间的流逝保留脑组织量,或者这些作用是否转化为疾病进展的减慢。
功能磁共振成像实验的证据表明,在执行控制和语义记忆任务期间,PA和心肺适应性与增强的神经激活模式有关。例如,在一项研究中,健康的老年人在扫描过程中完成了一项侧翼任务,其中包括指示中央目标箭头的方向,指向侧翼箭头(>>>>>>)或不一致的方向(>> <>)>)与目标的方向。此任务涉及注意力和视觉信息处理以及在更困难的不一致条件下对运动反应的抑制。患有更大心肺健康的老年人以及完成了6个月的步行运动干预(分别与较少的健康和伸展运动控制组相比)的其他成年人显示,在执行控制中涉及的领域激活了更大的激活,包括右中间回流和上壁叶叶和前扣带回皮层中的激活较小,该区域因意外冲突和对注意力控制过程的适应而激活。在另一项研究中,老年人完成了一项著名的歧视任务。在此任务中,参与者制作一个正确的食指按钮,以表明名称是出名的(例如,弗兰克·辛纳屈(Frank Sinatra)),右中指按钮按下表明名称不出名(例如,丽贝卡·霍尔(Rebecca Hall))。老年人,即使是认知障碍的老年人,精度约为90%,都可以很好地执行任务。分析中仅包括正确的试验,以消除与记忆性能错误有关的激活。在对大脑激活响应的分析中,计算一个“著名”减“不熟悉”度量标准,以消除与两个名称条件的常见感觉和运动方面有关的大脑激活,从而提供了与语义记忆有关的激活的度量 retrieval. Greater levels of self-reported PA were associated with a greater spatial extent and a greater intensity of neural activation in several brain regions involved in semantic memory. Furthermore, these effects were much greater in the more physically active participants who possessed a genetic risk for Alzheimer’s disease with the APOE-e4 allele. Larger effects of PA on brain amyloid levels, measured using positron emission tomography, have also been reported in APOE-e4 allele carriers. Accumulation of amyloid plaque in the brain is a hallmark feature of Alzheimer’s disease, and the early accumulation of brain amyloid is greater in APOE-e4 allele carriers, even prior to any symptoms of memory loss. Physically active APOE-e4 allele carriers showed substantially lower brain amyloid than those who were less physically active, levels that were similar to those who did not possess the genetic risk factor. Thus, exercise and PA may help preserve brain volume in regions involved in memory and executive function and may help preserve the ability to activate these regions to perform cognitive tasks. These effects are hypothesized to provide a cognitive or neural reserve that may provide protection against potential neural insults or neuropathological processes. Despite a genetic disposition to develop Alzheimer’s disease in APOE-e4 allele carriers, PA may promote cognitive resilience and the ability to maintain intact cognitive function and functional independence with age.
运动诱导的血管生成和神经发生
使用动物模型,已经对PA对脑功能的影响的神经生理机制(S)已得到很好的表征。最著名的发现是,运动在海马中诱导神经发生,新神经细胞的出生和生长。啮齿动物的运动会增加脑衍生的神经营养因子(BDNF)和海马和齿状回的BDNF信使RNA。假设这些运动引起的神经营养作用有助于记忆运动的助记符益处。神经发生的一个重要伴随是血管生成,新血管或毛细血管的出生和生长,运动已显示出在啮齿动物运动皮层中诱导血管生成。运动的神经源性和血管生成作用是耦合的,并且可能结合起来影响认知功能。在年轻健康的成年人中,运动训练LED齿状回的脑血容量增加,在小鼠中也观察到这种作用以及海马神经发生的标志物。重要的是,这些效果与改善的记忆性能有关。
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