XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

В данной работе рассмотрено влияние занятий физической культурой и физических нагрузок в целом на когнитивные способности головного мозга человека. Нарушение мозгового кровообращения зачастую наблюдается у школьников и студентов, которые ведут малоподвижный сидячий образ жизни. Ухудшенное кровообращение приводит снижению возбудимости нервных центров коры головного мозга, и, как следствие, понижению умственной работоспособности. Такая реакция организма на низкую физическую активность должна учитываться при составлении рабочей программы по физической культуре в школах, ВУЗах и других учебных заведения [5].

Взаимосвязь между физическими нагрузками и когнитивными способностями позволяет раскрыть такая наука, как когнитивистика. Когнитивистика - междисциплинарное научное направление, объединяющее теорию познания, когнитивную психологию, нейрофизиологию, когнитивную лингвистику, невербальную коммуникацию и теорию искусственного интеллекта. Данная наука объясняет устройство головного мозга и принципы его работы, а также способы воздействия на логическое и интеллектуальное мышление [3].

Одним из результативных способов воздействия на мозг является физическая активность, так как согласно результатам многочисленных исследований, когнитивные показатели (умение анализировать информацию, умение импровизировать, умение решать проблемы, умение думать абстрактно, долгосрочная память, внимание, оперативная реакция) выше у людей, регулярно занимающихся каким-либо видом спорта, чем у ведущих неактивный образ жизни [1].

Для эффективного функционирования мозг нуждается в постоянном поступлении импульсов от разных систем организма, которые состоят почти на половину из мышц. В мозг поступает большое количество нервных импульсов, обогащающих его и помогающих поддерживать работоспособное состояние, процесс поступление импульсов происходит благодаря активной работе мышц. Нервная импульсация, поддерживающая головной мозг в необходимом рабочем тонусе, создается в результате мышечных сокращений.

По современным научным представлениям физическая активность влияет на следующие компоненты:

1.Эффективность связей нейронов посредством нейротрансмиттеров. Это особые химические вещества, высвобождающиеся при взаимодействии нейронов друг с другом во время процесса потребления новой информации (допамин, серотонин, норадреналин). Физические нагрузки позволяют сохранять необходимый баланс нейротрансмиттеров в головном мозге: повышают уровень нейротрансмиттеров (там, где наблюдается их недостаток), а там, где нейротрансмиттеров слишком много происходит понижение их уровня. Это обеспечивает способность к эмоциональному самоконтролю, наличие мотивации и концентрации, а также влияет на такие физиологические факторы как сон, вес и питание [1].

2. Рост нервных клеток и формирование новых синапсов путем синтеза нейротрофина BDNF (brain-derived neurotrophic factor, нейротрофический фактор мозга), стимулирующего рост и развитие нейронов. Было замечено, что и у животных и у человека уровень BDNF резко возрастает при физических упражнениях, что со скачком BDNF происходит прирост гиппокампа и улучшение когнитивных функций [2].

3. Образование новых нейронных связей в мозжечке, использующихся впоследствии для выполнения когнитивных функций головного мозга. Создание и укрепление новый нейронных связей напрямую влияет на процесс обучения.

4. Стимуляцию нейрогенеза. Нейрогенез — это многоступенчатый процесс образования новых нервных клеток в зрелой центральной нервной системе (ЦНС), являющийся ее адаптивной функцией. Нейротрофин BDNF способствует процессу нейрогенеза, а также позволяет нейронным клеткам головного мозга оставаться здоровыми и молодыми. Данный белок влияет на процесс увеличения количества дендритов, принимающих информацию [1].

Рассмотрим отделы головного мозга, которые активно работают в процессе физической деятельности:

Префронтальная кора головного мозга. Отдел коры больших полушарий головного мозга, вовлеченный в планирование сложного когнитивного поведения, поддерживающий мыслительную деятельность и моторную активность организма. Также префронтальная кора отвечает за концентрацию, коммуникативные навыки, управление эмоциями и самоконтроль.

Мозжечок. До проведения более подробных и точных научных исследований по поводу влияние физической активности на когнитивные способности, ученые считали, что при физических нагрузках активно работает только мозжечок. Данный отдел отвечает за координацию движений, регуляцию равновесия и мышечного тонуса, именно благодаря работе мозжечка мы можем заниматься спортом.

Учеными было доказано, что регулярные физические нагрузки увеличивают объём гиппокампа (область мозга, которая отвечает за кратковременную и долгосрочную память), а также объемы и медиальной и префронтальной височной коры (отвечающие за мышление и память).

Почему же при умеренных физических нагрузках понижается уровень стресса, улучшается память и увеличиваются некоторые области мозга?

Эмоции и уровень стресса. Нейромедиаторные молекулы, синтезирующиеся в мозге, действуют на нейроны различных нервных центров, именно благодаря им возникает чувство эйфории после физической нагрузки. Данные молекулы (эндоканнабиноиды) выполняют различные функции: регуляция аппетита, влияние на эмоции и память. В результате выработки эндоканнабиноидов понижается уровень стресса, а также ощущается подъем настроения [2].

Существуют и другие антистрессовые механизмы, активизирующиеся при занятии спортом. Как известно, в результате стрессов и депрессий происходит атрофия нейронов и синапсов (ослабевание и разрушение связей между нервными клетками и также отсутствие появления новых связей). В результате чего происходит уменьшение разнообразий нервных цепочек, что сказывается на когнитивных способностях. Благодаря исследованиям ученых из университета Джорджия (США) было доказано, что у крыс, ведущих активный образ жизни, интенсивно формируются новые клеточные контакты и связи, позволяя нейронам успешно сопротивляться стрессовому эффекту. Данный процесс происходит за счет нейропептида-галанина, уровень которого повышается после физических нагрузок [2].

Так как при стрессе обычно страдают все стороны когнитивной деятельности (интеллект, память и внимание), снижение его уровня ведет к стабилизации когнитивных функций и процессов.

Когнитивные функции и увеличение некоторых зон мозга.

Благодаря физическим нагрузкам происходит улучшение кровоснабжения в мозге (за счет увеличения притока крови к мозгу), и он начинает работать эффективнее. В 2013 году были опубликованы результаты исследований из Техасского университета в Далласе (США): в работе утверждалось, что при физических упражнениях происходит стимуляция кровоснабжения гиппокампа и задней поясной коры. В данных отделах мозга повышается нейронная активность и улучшается обмен веществ. Участники эксперимента, регулярно занимавшиеся физическими упражнениями, лучше проходили тесты, определяющие когнитивные показатели (тесты на память).

Однако не только кровь влияет на рост и развитие клеток. Нейротрофин BDNF –активен в таких отделах головного мозга, как гиппокамп, кора и передний мозг (область, отвечающая за память и обучение). Отмечается, что и у животных и у человека уровень BDNF резко возрастает при физических упражнениях, что со скачком BDNF происходит прирост гиппокампа и улучшение когнитивных функций. А эксперименты на мышах показали: уровень сигнального белка остаётся высоким ещё в течение нескольких дней после «фитнеса» [2].

Таким образом, благодаря большому количеству исследований в сфере когнитивных способностей можно сделать вывод о пользе и эффективности физических нагрузок и их положительном влиянии на когнитивные функции головного мозга человека. Также стоит отметить, что для достижения оптимального эффекта на когнитивные способности необходимо заниматься на протяжении 4 месяцев по 30 минут 2-3 раза в неделю. Однако эффект от упражнений уходит сразу после прекращения занятий, поэтому умеренные физические нагрузки должны являться регулярными.

В результате физической активности в головном мозге происходит увеличение и укрепление нейронных связей, которые помогают разным областям мозга передавать друг другу данные, тем самым обеспечивая жизненно важные для нас процессы: управлениями движениями собственного тела, формирование памяти, продуцирование и понимание речи, восприятие новой информации [4]. Физические упражнения также оказывают положительное влияние на эмоциональное состояние человека, которое играет немаловажную роль в функционировании когнитивных процессов.

Список литературы

Андросенко, В. В. Влияние физической активности на когнитивные функции мозга / В. В. Андросенко, Е. С. Солодилова. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 7 (297). — С. 270-271. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42416494& (дата обращения: 16.12.2020).

Стасевич К. Физическая активность и мозг. В сборнике: Наука и жизнь, 2017. С. 38-40. // URL: https://www.nkj.ru/archive/articles/32066/ (дата обращения: 17.12.2020).

Алексеева В.Е. ВЛИЯНИЕ ЗАНЯТИЯМИ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРОЙ И СПОРТОМ НА КОГНИТИВНЫЕ СПОСОБНОСТИ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА // Материалы XI Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» URL: <a href="http://scienceforum.ru/2019/article/2018015948">http://scienceforum.ru/2019/article/2018015948</a> (дата обращения: 16.12.2020).

Как спорт влияет на мозг? — [Электронный ресурс]. – URL: http://www.page.maple4.ru/inoe/stati/interesnoe/871-kak-sport-vliyaet-na-mozg.html (дата обращения: 16.12.2020).

Сарвилина В.П., Савельева О.В. Влияние бега на когнитивные способности учащихся // Скиф. 2019. №5-1 (33). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-bega-na-kognitivnye-sposobnosti-uchaschihsya (дата обращения: 12.01.2021).