چرا مغز انسان به ورزش نياز دارد

خلاصه‌اي از مقاله‌ي پيش رو:

• ورزش به‌ويژه همگام با پيري، اثرات مثبتي روي مغز دارد.
• اين موضوع كه چرا فعاليت جسمي روي مغز اثر مي‌گذارد، چندان مشخص نيست.
• رويدادهاي مهم تاريخ تكامل انسان، شايد ارتباط بين ورزش و عملكرد مغز را ايجاد كرده باشند.
• ورزش‌هايي كه ازانديشه متخصصين شناختي چالش‌برانگيزتر هستند، نسبت‌به فعاليت‌هاي جسمي كه به عملكرد شناختي كمتري نياز دارند، مزيت بيشتري براي مغز به همراه دارند.

در دهه‌ي ۱۹۹۰، پژوهشگران در زمينه‌ي رشد مغز بينش جديدي به دست آوردند. دهه‌ها، چنين تصور مي‌شد كه نورون جديدي در مغز بالغ توليد نمي‌شود و در هنگام بزرگسالي و افزايش سن، مغز شروع به از دست دادن نورون‌هاي خود مي‌كند. اما شواهدي درحال ظهور بود كه نشان مي‌داد مغز بالغ مي‌تواند نورون‌هاي جديدي توليد كند. دانشمندان در آزمايش برجسته‌اي كه روي موش‌ها انجام دادند، دريافتند كه دويدن روي يك چرخ منجر به توليد نورون‌هاي جديدي در هيپوكامپ مي‌شود. هيپوكامپ ساختاري در مغز است كه با حافظه ارتباط دارد. از آن زمان، مطالعات ديگر نشان داده‌اند كه ورزش به خصوص با افزايش سن، روي مغز انسان نيز تاثير مثبتي دارد و ممكن است حتي بتواند به كاهش خطر ابتلا به بيماري آلزايمر و ديگر بيماري‌هاي تخريب‌كننده‌ي عصب كمك كند. اما اين پژوهش‌ها موجب ايجاد سوال مهمي شدند: چرا اصلا ورزش روي مغز تاثير مي‌گذارد؟

فعاليت جسمي عملكرد بسياري از دستگاه‌هاي زيستي بدن را بهبود مي‌بخشد اما اين اثرات معمولا با عملكرد عضله‌اي بهتر مرتبط هستند. براي مثال، وقتي قدم مي‌زنيد يا مي‌دويد، ماهيچه‌هاي شما اكسيژن بيشتري مي‌خواهند و با گذشت زمان، سيستم قلبي‌عروقي شما با افزايش اندازه‌ي قلب و ايجاد عروق خوني جديد به اين نياز پاسخ مي‌دهد. تغييرات قلبي‌عروقي در درجه‌ي اول پاسخي به چالش بدني ناشي ورزش است كه مي‌تواند موجب تقويت استقامت شود. اما كدام چالش ورزش موجب ايجاد پاسخ در مغز مي‌شود؟

پاسخ به اين سوال نيازمند آن است كه ما درمورد انديشه متخصصينات خود از ورزش بازانديشي كنيم. مردم اغلب پياده‌روي و دويدن را فعاليت‌هايي درانديشه متخصصين مي‌گيرند كه در آن ذهن انسان درگير نيست. اما پژوهش‌هاي انجام‌شده در دهه‌ي گذشته نشان مي‌دهد كه اين تصور عاميانه درست نيست بلكه به‌انديشه متخصصين مي‌رسد كه ورزش به همان‌ اندازه كه يك فعاليت بدني است، يك فعاليت شناختي نيز باشد.

درحقيقت، ارتباط بين فعاليت بدني و سلامت مغز شايد به چندين ميليون‌ سال پيش از زمان پيدايش صفات برجسته در بشر بازگردد. اگر ما بتوانيم اين موضوع را بهتر درك كنيم كه چرا و چگونه ورزش مغز را درگير مي‌كند، شايد بتوانيم از مسيرهاي فيزيولوژيكي مرتبط استفاده كنيم تا روال‌هاي جديد ورزشي را ايجاد كنيم كه موجب تقويت عملكرد شناختي افراد مسن شوند؛ كاري كه برخي از پژوهشگران شروع به انجام آن كرده‌اند.

براي كشف اين موضوع كه چرا ورزش براي مغز مفيد است، ابتدا بايد به اين مساله توجه كنيم كه كداميك از جنبه‌هاي ساختاري و شناختي مغز، بيشتر دربرابر ورزش پاسخ مي‌دهد.

هنگامي كه پژوهشگران موسسه‌ي مطالعات زيست‌شناسي سالك در كاليفرنيا در دهه‌ي ۱۹۹۰ نشان دادند كه دويدن موجب افزايش تولد نورون‌هاي جديد در هيپوكامپ موش‌ها مي‌شود، آن‌ها خاطرنشان كردند كه اين فرايند با توليد پروتئيني كه فاكتور نورون‌زايي مشتق‌شده از مغز (BDNF) ناميده مي‌شود، همبسته است. پروتئين BDNF در سرتاسر بدن و در مغز توليد مي‌شود و هم رشد و هم ماندگاري نورون‌هاي در حال رشد را تقويت مي‌كند.

گروه سالك و پژوهشگران ديگر نشان دادند كه عصب‌زايي (نوروژنز) ناشي از ورزش با بهبود عملكرد وظايف مرتبط با حافظه در موش‌ها همراه است. نتايج اين مطالعات قابل‌توجه بود زيرا آتروفي (تحليل) هيپوكامپ با بروز اشكالات حافظه در جريان پيري سالم انسان ارتباط گسترده‌اي دارد و تا حد بيشتري در افراد دچار بيماري‌هاي تخريب‌كننده‌ي عصب مانند آلزايمر رخ مي‌دهد.

يافته‌هاي مربوط به مطالعات انجام‌شده روي جوندگان بينشي مقدماتي درمورد اين موضوع كه ورزش چگونه با اين زوال مقابله مي‌كند، فراهم آورد. در ادامه‌ي اين پژوهش‌ها، پژوهشگران مجموعه‌اي از مطالعه‌ها را انجام دادند كه نشان مي‌داد در انسان‌ها نيز، درست مانند جوندگان، ورزش‌هاي هوازي منجر به توليد BDNF و تقويت ساختار (اندازه و ارتباطات) مناطق كليدي مغز ازجمله هيپوكامپ مي‌شود. در يك كارآزمايي تصادفي كه در دانشگاه ايلينوي انجام شد، نشان داده شد كه ۱۲ ماه ورزش هوازي منجر به افزايش در سطوح BDNF، افزايش در اندازه‌ي هيپوكامپ و بهبود حافظه در افراد مسن مي‌شود.

پژوهشگران ديگر نيز در مطالعات مشاهده‌اي مختلف ارتباطاتي را بين ورزش و هيپوكامپ نشان دادند. در مطالعه‌اي كه در آن بيش از اطلاعات بيش از ۷ هزار فرد ميان‌سال و مسن‌تر بريتانيايي استفاده شده بود و در سال جاري در مجله‌ي Brain Imaging and Behavior منتشر شد، نشان داده شد افرادي كه زمان بيشتري را صرف انجام فعاليت‌هاي بدني متوسط تا شديد مي‌كنند، داراي حجم بزرگ‌تري از هيپوكامپ هستند.

اگرچه هنوز نمي‌توان گفت كه آيا اين اثرات در انسان با عصب‌زايي يا ديگر اشكال انعطاف‌پذيري مغز مانند افزايش ارتباطات بين نورون‌هاي موجود، مرتبط است يا نه، به‌طور كلي نتايج حاصل از پژوهش‌هاي مختلف نشان مي‌دهند كه ورزش اثر مثبتي روي هيپوكامپ مغز و عملكرد شناختي دارد.

پژوهشگران همچنين ارتباطات آشكاري را بين ورزش هوازي و مزايايي براي ديگر قسمت‌هاي مغز ازجمله گسترش قشر پيش‌پيشاني كه درست پشت پيشاني قرار دارد، نشان داده‌اند. چنين تقويت‌هايي در اين منطقه از مغز، با عملكردهاي شناختي اجرايي بهتر كه شامل جنبه‌هايي از برنامه‌ريزي، توانايي‌هايي تصميم‌گيري و عملكرد چندوظيفه‌اي مرتبط است كه اين جنبه‌ها نيز همچون حافظه همگام با پيري سالم روبه زوال مي‌رود و در حضور آلزايمر بيشتر دچار اختلال مي‌شود.

دانشمندان گمان مي‌كنند كه افزايش ارتباطات ميان نورون‌هاي موجود، به‌جاي ايجاد نورون‌هاي جديد، مسئول اثرات مفيد ورزش روي قشر پيش‌پيشاني و مناطق ديگر مغز كه در خارج هيپوكامپ قرار دارند، است.

با ظهور شواهد رو به افزايشي كه نشان مي‌دادند ورزش هوازي مي‌تواند به‌خصوص در افراد مسن‌تر موجب تقويت سلامت مغز شود، گام بعدي كشف اين موضوع بود كه فعاليت‌هاي بدني چه چالش‌هاي شناختي را ايجاد مي‌كنند كه موجب آغاز اين واكنش سازشي در مغز مي‌شود. برخي پژوهشگران به اين فكر افتادند كه مطالعه رابطه‌ي تكاملي بين مغز و بدن شايد نقطه‌ي خوبي براي آغاز مطالعه اين موضوع باشد.

انسان‌تباران (گروهي كه شامل انسان‌هاي امروزي و خويشاوندان نزديك منقرض‌شده‌ي ما مي‌شوند) درحدود ۶ تا ۷ ميليون سال پيش از تباري كه منتهي به نزديك‌ترين خويشاوندان ما، شامپانزه‌ها و بونوبوها مي‌شود، جدا شدند. در آن زمان، در انسان‌تباران سازگاري‌هاي رفتاري و آناتوميكي تكامل پيدا كرد كه ما را از ديگر نخستي‌ها متمايز كرد. به‌عقيده‌ي پژوهشگران، دو مورد از اين تغييرات تكاملي ورزش را به شيوه‌هايي با عملكرد مغز گره داد كه انسان‌هاي امروزي مي‌توانند از آن استفاده كنند.

نخست، راه رفتن اجداد ما از راه رفتن روي چهار پا به راه رفتن به حالت ايستاده يا راه رفتن روي پاهاي عقبي تغيير پيدا كرد. اين موقعيت بدني دوپايي به اين معنا است كه مواقعي وجود دارد كه در آن بدن به‌جاي دو پا يا تعداد بيشتري از اندام‌ها، به‌طور متزلزل روي يك پا به حالت تعادل درمي‌آيد. براي انجام اين كار، مغز بايد اطلاعات زيادي را با هم هماهنگ كند و در اين فرايند، تنظيماتي براي فعاليت عضله در سرتاسر بدن انجام دهد تا تعادل بدن را حفظ كند. هنگام هماهنگي اين اعمال، ما بايد همچنين موانع محيطي اطراف خود را ببينيم. به‌عبارت ديگر، فقط به‌همين خاطر كه دوپا هستيم، مغز ما ازانديشه متخصصين شناختي نسبت‌به اجداد چهار پاي ما بيشتر به چالش كشيده مي‌شود.

دوم، روش زندگي انسان‌تباران تغيير يافت و سطح بالاتري از فعاليت هوازي را دربرگرفت. شواهد فسيلي نشان مي‌دهند كه در مراحل اوليه‌ي تكامل انسان، اجداد ما احتمالا كپي‌هاي دوپاي نسبتا بي‌تحركي بودند كه عمدتا از گياهان تغذيه مي‌كردند. اگرچه درحدود دو ميليون سال پيش، وقتي در اثر تغييرات اقليمي زيستگاه‌ها خشك‌تر شدند، حداقل گروهي از انسان‌هاي اجدادي ما روش جديدي براي تهيه‌ي غذا پيدا كردند و آن شكار جانوران و جمع‌آوري غذاهاي گياهي بود. شكار و جمع‌آوري غذا به‌مدت تقريبا دو مليون سال روش غالب انسان‌ها در تامين غذا بود تا اينكه در حدود ده هزار سال پيش كشاورزي و گله‌داري ابداع شد.

پژوهشگران نشان داده‌اند كه به‌علت فواصل طولاني كه اين انسان‌ها بايد در جستجوي غذا و شكار طي مي‌كردند، فعاليت هوازي آن‌ها بيشتر از فعاليت هوازي كپي‌هاي ديگر بود. اين تنها جسم آن‌ها نبود كه درگير فعاليت مي‌شد، بلكه به همكاري مغز آن‌ها نيز نياز بود. وقتي شكارچي‌گردآورندگان از محل اوليه‌ي خود فاصله مي‌گرفتند، بايد محيط پيرامون خود را مطالعه مي‌كردند تا مطمئن شوند كه كجا هستند. اين نوع جهت‌يابي مكاني به هيپوكامپ متكي است؛ همان منطقه از مغز كه ورزش تاثير مثبتي روي آن دارد و همگام با پيري تحليل مي‌رود. علاوه‌بر‌اين، آن‌ها بايد با استفاده از اطلاعات حسي حاصل از سيستم‌هاي بينايي و شنيداري خود، محيط را براي يافتن نشانه‌هاي غذا جستجو مي‌كردند. آن‌ها بايد مي‌دانستند كه قبلا كجا بودند و نيز چه زماني برخي از غذاهاي خاص در دسترس است.

مغز از اطلاعات حاصل از حافظه‌ي كوتاه‌مدت و بلندمدت استفاده مي‌كند و به فرد اين امكان را مي‌دهد كه تصميم‌گيري كرده و مسيرهاي خود را برنامه‌ريزي كند؛ وظايف شناختي كه به‌وسيله‌ي مناطقي از مغز نظير هيپوكامپ و قشر پيش‌پيشاني حمايت مي‌شود.

اگرچه هر حيوان چراكننده‌اي بايد جهت‌يابي كند و بداند كه كجا مي‌تواند غذا را پيدا كند، شكارچي‌گردآورندگان بايد اين عملكردها را به‌سرعت و در جريان مسيرهاي طولاني انجام مي‌دادند. در سرعت زياد، عملكرد چندوظيفه‌اي دشوارتر مي‌شود و به پردازش سريع‌تر اطلاعات نياز است.

از انديشه متخصصينات تكاملي، براي حداكثر شدن موفقيت در يافتن غذا، منطقي است كه مغز آماده‌ي پاسخگويي به انواع مختلف چالش‌ها در جريان و پس از جمع‌آوري غذا باشد اما منابع فيزيولوژيكي مورد نياز براي ايجاد و حفظ چنين مغزي (شامل منابعي كه از تولد و بقاي نورون‌هاي جديدي حمايت مي‌كند)، انرژي‌بر است. بنابراين، اگر به‌طور منظم از اين سيستم استفاده نكنيم، احتمالا آن مزايا را از دست خواهيم داد. اين انديشه متخصصينات تكاملي درمورد ورزش و مغز در سال ۲۰۱۷ در مجله‌ي Trends in Neurosciences تشريح شده است.

در جامعه‌ي امروزي ما ديگر نيازي نداريم كه براي يافتن غذا به‌منظور بقاي خود به فعاليت‌هاي بدني هوازي بپردازيم. شايد تحليل مغز و زوال شناختي همراه با آن كه معمولا در هنگام پيري رخ مي‌دهد، تاحدي مربوط به عادات كم‌تحركي ما باشد. البته ورزش كردن به سادگي ممكن است از تحليل مغز ممانعت نكند. درواقع، مدل پژوهشگران نشان مي‌دهد حتي افرادي كه فعاليت‌هاي هوازي زيادي انجام مي‌دهند، شايد نياز باشد درمورد روال‌هاي ورزشي خود تجديدانديشه متخصصين كنند. شايد نوع ورزش ما به گونه‌اي نباشد كه از مزيت كامل مكانيسم‌هاي تكامل‌يافته‌ي مرتبط با حفظ عملكرد مغز برخوردار شويم.

فعاليت‌هاي بدني همراه با عملكرد شناختي ممكن است با بهره‌برداري از مسيرهاي فيزيولوژيكي بين بدن و مغز كه حين عملكرد چندوظيفگي براي يافتن غذا در اجداد شكارچي‌گردآورنده‌ي ما به وجود آمده است، موجب افزايش انعطاف‌پذيري عصبي شود

درمورد روش‌هايي كه بسياري از ما به ورزش هوازي مي‌پردازيم، فكر كنيد. در بيشتر موارد، ما به سالن‌هاي ورزشي مي‌رويم و از دستگاه‌هاي ثابت ورزشي استفاده مي‌كنيم؛ فعاليت‌هايي كه چالش‌هاي شناختي خاصي را به همراه ندارند. از اين گذشته، اين دستگاه‌ها داراي تنظيماتي هستند كه طي استفاده از آن‌ها ما حتي دچار چالش‌هاي مرتبط با حفظ تعادل و تنظيم سرعت نمي‌شويم. چالش‌هاي مذكور نمونه‌هايي از چالش‌هاي ذاتي همبسته‌با فعاليت در محيط‌هاي متغير است.

اجداد ما در جهاني غير قابل پيش‌بيني تكامل پيدا كردند. چه مي‌شود اگر بتوانيم روال‌هاي ورزشي خود را به طريقي تغيير دهيم كه شامل چالش‌هاي شناختي شود كه شكارچي‌گردآورندگان با آن رو‌به‌رو مي‌شدند؟ اگر بتوانيم اثرات ورزش را با گنجاندن فعاليتي كه نياز به عملكرد شناختي دارد، تقويت كنيم، شايد بتوانيم اثربخشي رژيم‌هاي ورزشي را كه هدف آن‌ها تقويت شناخت در دوران پيري است، افزايش دهيم و حتي ممكن است بتوانيم باعث تغيير مسير بيماري‌هاي تخريب‌كننده‌ي عصب مانند بيماري آلزايمر شويم.

پژوهش‌هاي زيادي نشان مي‌دهند ورزشي كه تحريك‌كننده‌ي عملكرد شناختي باشد، نسبت‌به ورزشي كه شامل چنين تقاضاي شناختي نيست، مزيت بيشتري براي مغز دارد. براي مثال، پژوهشگران مركز درمان‌هاي ترميمي درسدن آلمان اين احتمال را با مقايسه‌ي رشد و ماندگاري نورون‌هاي جديد در هيپوكامپ موش‌ها پس از ورزش تنها يا پس از ورزش همراه با دسترسي به محيط غني از وظايف شناختي، مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها يك اثر افزايشي را مشاهده كردند: ورزش به‌تنهايي براي هيپوكامپ خوب بود اما تركيب فعاليت بدني با انجام وظايف شناختي در محيطي تحريك‌كننده اثر بهتري داشت و منجر به توليد نورون‌هاي جديد بيشتري مي‌شد. به انديشه متخصصين مي‌رسد استفاده از مغز در جريان و پس از ورزش موحب افزايش بقاي نورون‌ها شود.

برخي پژوهشگران درحال انجام اين نوع پژوهش‌ها روي انسان‌ها هستند و نتايج دلگرم‌كننده‌اي به دست آورده‌اند. به‌عنوان مثال، پژوهشگران درحال مطالعه تركيب ورزش و چالش‌هاي شناختي در افرادي هستند كه درحال تجربه‌ي زوال شناختي قابل‌توجهي هستند. پژوهشگران كالج يونين در نيويورك ورزش همزمان با مداخلات شناختي را در افراد دچار اختلال شناختي خفيف كه وضعيتي مرتبط با افزايش خطر ابتلا به آلزايمر است، مورد آزمايش قرار داده‌اند.

مطمئنا قبل از اينكه نتيجه‌گيري‌هاي محكمي داشته باشيم، بايد پژوهش‌هاي بيشتري در چنين جوامعي انجام شود اما نتايج حاصل‌شده تاكنون نشان مي‌دهد افرادي كه دچار قدري زوال شناختي شده‌اند، ممكن است از ورزش هنگام بازي كردن يك بازي ويدئويي كه ذهن را به كار مي‌گيرد، سود ببرند. پژوهشگران در مطالعات انجام‌شده روي افراد بزرگ‌سال سالم، نيز نشان داده‌اند كه انجام همزمان ورزش و يك بازي ويدئويي چالش‌برانگيز از انديشه متخصصين شناختي، نسبت‌به ورزش تنها موجب افزايش بيشتري در BDNF مي‌شود. اين يافته‌ها اين ايده را بيشتر تقويت مي‌كنند كه BDNF در ايجاد مزاياي مرتبط با ورزش در مغز نقش مهمي دارد.

پژوهشگران در پژوهشي ديگر بازي را طراحي كرده‌اند كه به‌طور خاص جنبه‌هاي شناختي را كه همراه پيري رو به زوال مي‌رود و نيز جنبه‌هايي را كه هنگام جستجو براي غذا مهم بوده‌اند، به چالش بكشاند. در اين بازي، بازيكنان درحالي كه به دوچرخه‌سواري مشغول بودند، بايد موقعيت‌يابي نيز انجام مي‌دادند و در همين حين وظايف حافظه و توجه را كه به آن‌ها واگذار شده بود، كامل مي‌كردند. پژوهشگران ديگري نيز براي ارزيابي پتانسيل اين رويكرد براي تقويت عملكرد شناختي در افراد سالخورده‌ي سالم، درحال مطالعه‌ي گروهي از ورزشكاران هستند كه حين ورزش به انجام يك بازي ويدئويي نيز مشغولند. آن‌ها عملكرد اين گروه را با گروهي از ورزشكاران كه بدون بازي مشغول ورزش هستند، مقايسه مي‌كنند. در اين مطالعه گروهي از افراد نيز به‌عنوان گروه كنترل فقط به تماشاي ويدئوهايي از طبيعت مشغولند. نتايجي كه تاكنون حاصل شده است، اميدواركننده بوده است. بسياري از پژوهشگران نيز درحال آزمايش تركيب‌هايي از ورزش و وظايف شناختي هستند. درآينده‌ي نزديك، ما احتمالا ايده‌ي بهتري در اين مورد خواهيم داشت كه چگونه مي‌توان ورزش و عملكرد شناختي را به بهترين نحو با هم تركيب كرد تا موجب تقويت عملكرد شناختي هم در افراد سالم و هم در افراد بيماري كه دچار زوال شناختي هستند، شد.

هنوز موضوعات زيادي وجود دارد كه بايد كشف شود. اگرچه هنوز بسيار زود است كه نسخه‌هاي خاصي براي تركيب ورزش و وظايف شناختي تجويز كنيم، مي‌توانيم با اطمينان بگوييم كه ورزش نقش كليدي در حفظ عملكرد مغز همگام با افزايش سن و پيري دارد. طبق توصيه‌هاي وزرات بهداشت و خدمات انساني آمريكا، افراد بايد حداقل به‌مدت ۱۵۰ دقيقه در هفته ورزش‌هاي هوازي با شدت متوسط انجام دهند يا حداقل ۷۵ دقيقه در هفته ورزش‌هاي هوازي شديد انجام دهند (يا تركيب معادلي از هر دو). انجام اين حد از ورزش يا بيشتر براي بدن سودمند است و ممكن است سلامت مغز را نيز بهبود بخشد. كارآزمايي‌هاي باليني اطلاعات بيشتري را درمورد اثربخشي ورزش همراه با چالش شناختي در اختيار ما قرار خواهند داد؛ مثلا اين كه چه انواعي از فعاليت‌هاي ذهني و بدني بيش از همه اثر دارند و شدت و مدت زمان بهينه‌ي ورزش براي تقويت شناخت چه اندازه است. پژوهشگران با توجه به شواهد حاضر معتقدند كه با ادامه‌ي پژوهش‌هاي دقيق بتوانند مسيرهاي فيزيولوژيكي ارتباط‌دهنده‌ي مغز و بدن را مورد هدف قرار داده و از اين ظرفيت سازشي تكامل‌يافته‌ي مغز براي ايجاد انعطاف‌پذيري القاشده به‌وسيله‌ي ورزش در هنگام پيري استفاده كنند.