Byg dine muskler, bygg din hjerne

Kroppen blev designet til at skubbes, og når vi skubber på vores kroppe, skubber vi også vores hjerner. Læring og hukommelse udviklede sig i samspil med de motoriske funktioner, der gjorde det muligt for vores forfædre at spore mad. Hvad vores hjerner angår, er der ikke noget reelt behov for at lære noget, hvis vi ikke bevæger os.

Ved forskning i trænings- og opmærksomhedsunderskridelsessygdom (ADHD eller ADD), har vi lært, at øvelse forbedrer læring på tre niveauer: Det optimerer dit tankesæt, ved forbedre årvågenhed, opmærksomhedog motivation. Det forbereder og opmuntrer nerveceller til at binde hinanden, hvilket er det cellulære grundlag for at lære ny information. Og det tilskynder til udvikling af nye nerveceller fra stamceller i hippocampus, et område i hjernen relateret til hukommelse og læring.

Flere progressive skoler har eksperimenteret med træning for at finde ud af, om det at træne før klassen øger et barns læseværdighed og hendes præstation i andre fag. Gæt hvad? Det gør det.

Vi ved nu, at hjernen er fleksibel eller plastisk i forhold til neurovidenskabsfolk - mere Play-Doh end porcelæn. Det er et tilpasningsdygtigt organ, der kan støbes af input på omtrent samme måde som en muskel kan formes ved at løfte vægtstænger. Jo mere du bruger det, jo stærkere og mere fleksibelt bliver det.

Langt fra at være fastnet, som forskere engang forestillede sig det, ADHD hjerne kabelforbindes konstant. Jeg er her for at lære dig at være din egen elektriker.

[Tag det udenfor! Behandling af ADHD med træning]

Træning: Et lægemiddel mod din hjerne?

Det handler om kommunikation. Hjernen består af hundrede milliarder neuroner af forskellige typer, der chatter med hinanden ved hjælp af hundreder af forskellige kemikalier for at styre vores tanker og handlinger. Hver hjernecelle modtager muligvis input fra hundrede tusinde andre, før de fyrer sit eget signal ud. Krydset mellem cellegrene er synapsen, og det er her gummiet møder vejen. Den måde, det fungerer på, er, at et elektrisk signal skyder ned akson, den udgående gren, indtil den når synapsen, hvor en neurotransmitter bærer beskeden på tværs af det synaptiske hul i kemisk form. På den anden side, ved dendrit eller modtagende gren, tilsluttes neurotransmitteren til en receptor - som en nøgle ind i en lås - og dette åbner ionkanaler i cellemembranen for at vende signalet tilbage til elektricitet.

Cirka 80 procent af signalerne i hjernen udføres af to neurotransmittere, der balanserer hinandens effekt: Glutamat opløser aktivitet for at begynde signaleringskaskaden, og gamma-aminobutyric acid (GABA) klemmer ned på aktivitet. Når glutamat leverer et signal mellem to neuroner, der ikke har talt før, primes aktiviteten pumpen. Jo oftere forbindelsen aktiveres, jo stærkere bliver tiltrækningen. Som det siges, trådes neuroner, der skyder sammen, sammen. Hvilket gør glutamat til en afgørende ingrediens i læring.

Psykiatri fokuserer mere på en gruppe af neurotransmittere, der fungerer som regulatorer - af signalprocessen og alt det andet hjernen gør. Disse er serotonin, norepinephrin og dopamin. Og selvom neuronerne, der producerer dem, kun tegner sig for en procent af hjernens hundrede milliarder celler, har disse neurotransmittere en stærk indflydelse. De kan instruere en neuron til at gøre mere glutamat, eller de kan muligvis gøre neuronet mere effektiv eller ændre følsomheden af ​​dens receptorer. De kan sænke "støj" i hjernen eller omvendt forstærke disse signaler.

Jeg fortæller folk, at det at tage et løb er som at tage en lille smule af Prozac og en lille smule af Ritalin fordi øvelse, ligesom lægemidlerne, løfter disse neurotransmittorer. Det er en praktisk metafor at få poenget over, men den dybere forklaring er, at træning balancerer neurotransmittere - sammen med resten af ​​neurokemikalierne i hjernen.

[Træning og søvn: Jo bedre hjerneterapi, dit barn har brug for]

Hvordan hjernen lærer og skaber minder

Så grundlæggende som neurotransmitterne er, er der en anden klasse af mastermolekyler, der i løbet af de sidste 15 år dramatisk har ændret vores forståelse af forbindelser i hjernen. Jeg taler om en familie med proteiner, der kaldes "faktorer", hvoraf den mest fremtrædende er den hjerneafledte neurotrofiske faktor (BDNF). Mens neurotransmittere udfører signalering, bygger og vedligeholder neurotrophiner, såsom BDNF, selve infrastrukturen.

Når det først blev klart for forskere, at BDNF var til stede i hippocampus, området af hjernen relateret til hukommelse og læring, forsøgte de at teste, om det var en nødvendig ingrediens i behandle. Læring kræver styrkelse af affiniteten mellem neuroner gennem en dynamisk mekanisme kaldet langvarig potentiering (LTP). Når hjernen opfordres til at indtage information, forårsager efterspørgslen naturligvis aktivitet mellem neuroner. Jo mere aktivitet, jo stærkere attraktionen bliver, og jo lettere er det for signalet at skyde og oprette forbindelsen.

Sig, at du lærer et fransk ord. Første gang du hører det, rekrutterer nerveceller til et nyt kredsløb et glutamatsignal mellem hinanden. Hvis du aldrig øver på ordet igen, mindskes tiltrækningen mellem de involverede synapser, hvilket svækker signalet. Du glemmer.

Opdagelsen, der forbløffede hukommelsesforskere - og fik Columbia University neurovidenskabsmand Eric Kandel en del af 2000 Nobelpris - er, at gentagen aktivering eller praksis får synapserne til at svulme op og blive stærkere forbindelser. En neuron er som et træ, der i stedet for blade har synapser langs dens dendritiske grene. Til sidst spirer nye grene, hvilket giver flere synapser til yderligere at størkne forbindelserne. Disse ændringer kaldes synaptisk plasticitet, og det er her BDNF tager centrum.

Tidligt fandt forskere ud, at hvis de drysede BDNF på neuroner i en petriskål, spirede cellerne automatisk nye grene og producerede den samme strukturelle vækst, der var nødvendig til læring. Jeg kalder BDNF Miracle-Gro for hjernen. BDNF binder også til receptorer ved synapsen og løsner strømmen af ​​ioner for at øge spændingen og øjeblikkeligt forbedre signalstyrken. Inde i cellen aktiverer BDNF gener, der kræver produktion af mere BDNF, samt serotonin og proteiner, der bygger op synapserne. BDNF leder også trafik og ingeniører veje. Samlet set forbedrer det neuronernes funktion, tilskynder deres vækst og styrker og beskytter dem mod den naturlige celledødsproces

Jo mere din kropsøvelser er, des bedre er dine hjernefunktioner

Så hvordan øger hjernen sin forsyning med BDNF? Dyrke motion. I 1995 gjorde jeg research til min bog, En brugervejledning til hjernen, da jeg stødte på en artikel på én side i tidsskriftet Natur om træning og BDNF hos mus. Der var knap mere end en tekstsøjle, men alligevel sagde det alt. Ifølge undersøgelsens forfatter, Carl Cotman, direktør for Institut for hjerne aldring og demens på University of California-Irvine så motion ud til at løfte Miracle-Gro eller BDNF i hele hjernen.

Ved at vise denne øvelse gnister mastermolekylet i læringsprocessen, BDNF, spikrede Cotman ned en biologisk forbindelse mellem bevægelse og kognitiv funktion. Han satte op et eksperiment for at måle niveauerne af BDNF i hjernen til mus, der fungerer.

I modsætning til mennesker synes gnavere at nyde fysisk aktivitet, og Cotmans mus løb flere kilometer om natten. Da deres hjerner blev injiceret med et molekyle, der binder til BDNF og scannede, gjorde ikke kun scanningerne fra løbende gnavere viser en stigning i BDNF i forhold til kontroller, men jo længere hver mus løb, jo højere er niveauerne var.

Da historierne om BDNF og træning udviklede sig sammen, blev det klart, at molekylet ikke var vigtigt kun til neurons overlevelse, men også for deres vækst (spirende nye grene) og dermed for læring. Cotman viste det øvelse hjælper hjernen med at lære.

”Et af de fremtrædende træk ved træning, som undertiden ikke værdsættes i studier, er en forbedring af indlæringshastigheden, og jeg synes, det er en sej hjemmebesked,” siger Cotman. ”Fordi det antyder, at hvis du er i god form, kan du muligvis lære og fungere mere effektivt.”

I en undersøgelse fra 2007 fandt tyske forskere faktisk, at folk lærer ordforråd 20 procent hurtigere efter træning, end de gjorde før træning, og at læringshastigheden korrelerede direkte med niveauer af BDNF. Sammen med det er det mere sandsynligt, at folk med en genvariation, der frarøver dem tilstrækkelige BDNF-niveauer, har indlæringsmangler. Uden den såkaldte Miracle-Gro lukker hjernen sig for verden.

Hvilket ikke skal sige, at at gå et løb vil gøre dig til et geni. ”Du kan ikke bare injicere BDNF og være smartere,” påpeger Cotman. ”Med læring skal du reagere på noget på en anden måde. Men noget skal være der. ” Og uden spørgsmål, hvad der er noget, der betyder noget.

Opdage kraften til at ændre din hjerne

Forskere helt tilbage til Ramón y Cajal - som vandt Nobelprisen i 1906 for at foreslå, at centralnervesystemet var sammensat af individuelle neuroner, der kommunikerer på det, han kaldte ”polariserede kryds” - har teoretiseret, at læring involverer ændringer i synapserne. På trods af anerkendelserne købte de fleste forskere det ikke. Det tog psykolog Donald Hebb at snuble over det første antydning af bevis.

Laboratoriereglerne var løse i disse dage, og tilsyneladende troede Hebb, at det ville være fint, hvis han bragte nogle lab-rotter hjem som midlertidige kæledyr til sine børn. Arrangementet viste sig at være gensidigt fordelagtigt: Da han vendte tilbage rotterne til laboratoriet, bemærkede Hebb, at de sammenlignet med deres burbundne kammerater, udmærkede sig med læringstest. Den nye oplevelse af at blive håndteret og leget med en eller anden måde forbedrede deres indlæringsevne, hvilket Hebb fortolkede til at betyde, at det ændrede deres hjerner. I sin anerkendte lærebog fra 1949 Organiseringen af ​​adfærd: En neuropsykologisk teori, han beskrev fænomenet som "brugsafhængig plasticitet." Teorien var, at synapserne arrangerer sig selv under stimulering af læring.

Hebbs arbejde binder sig sammen med motion, fordi fysisk aktivitet tæller som en ny oplevelse, i det mindste hvad hjernen angår. I 1960'erne formaliserede en gruppe psykologer ved Berkeley en eksperimentel model kaldet ”miljøberigelse” som en måde at teste brugsafhængig plasticitet. I stedet for at tage gnavere hjem, udstyrede forskerne deres bure med legetøj, forhindringer, skjult mad og løbende hjul. De grupperede også dyrene sammen, så de kunne socialisere og lege.

Det var dog ikke all fred og kærlighed, og til sidst blev gnavernes hjerner dissekeret. At bo i et miljø med mere sensoriske og sociale stimuli, laboratorietestene viste, ændrede strukturen og funktionen i hjernen. Rotterne klarede sig bedre til læringsopgaver, og deres hjerner vejet mere sammenlignet med dem, der var alene inde i bare bure.

I en seminalundersøgelse, i begyndelsen af ​​1970'erne, anvendte neurovidenskabsmand William Greenough et elektronmikroskop for at vise, at miljøberigelse gjorde, at neuronerne spirede nye dendritter. Forgreningen forårsaget af miljøstimulering af læring, træning og social kontakt fik synapserne til at danne flere forbindelser, og disse forbindelser havde tykkere myelinskeder.

Nu ved vi, at sådan vækst kræver BDNF. Denne ombygning af synapser har en enorm indflydelse på kredsløbets evne til at behandle information, hvilket er meget gode nyheder. Hvad det betyder er, at du har magten til at ændre din hjerne. Alt hvad du skal gøre er at snøre dine løbesko.

Sådan dyrkes og plejes nye neuroner

I den bedre del af det tyvende århundrede mente videnskabelig dogme, at hjernen var fastnet engang var den fuldt udviklet i ungdomsårene - hvilket betyder, at vi er født med alle de neuroner, vi skal til få. Vi kan kun miste neuroner, når livet går videre.

Gæt hvad? Neuroner vokser tilbage - af tusinder - gennem en proces kaldet neurogenese. De deler sig og formerer sig som celler i resten af ​​kroppen. Neuroner fødes som tomme skiferstamceller, og de gennemgår en udviklingsproces, hvor de er nødt til at finde noget at gøre for at overleve. De fleste af dem ikke. Det tager cirka 28 dage for en ny celle at tilslutte et netværk. Hvis vi ikke bruger de nyfødte neuroner, mister vi dem. Træning gyder neuroner, og den miljømæssige berigelse hjælper disse celler med at overleve.

Den første solide forbindelse mellem neurogenese og læring kom fra Fred Gage, en neurovidenskabsmand fra Salk Institute, og hans kollega Henriette van Praag. De brugte en pool med gnaver-størrelse fyldt med uigennemsigtigt vand for at skjule en platform lige under overfladen i en kvadrant. Mus kan ikke lide vand, så eksperimentet var designet til at teste, hvor godt de huskede, fra en tidligere dukkert, placeringen af ​​platformen - deres flugtvej. Når man sammenligner inaktive mus med andre, der ramte kørehjulet i fire kilometer om natten, viste resultaterne, at løberne huskede, hvor de hurtigere kunne finde sikkerhed. De stillesiddende fløj, før de regnede ud.

Da musene blev dissekeret, havde de aktive mus dobbelt så mange nye stamceller i hippocampus som de inaktive. Gage siger generelt om, hvad de fandt, og siger: ”Der er en betydelig sammenhæng mellem det samlede antal celler og [en muses] evne til at udføre en kompleks opgave. Og hvis du blokerer for neurogenese, kan mus ikke huske oplysninger. ”

Selvom al denne forskning er blevet udført i gnavere, kan du se, hvordan det kan relateres til de progressive skoler, der træner eleverne, før klassen begynder: Gymnastiksalen giver hjernen med de rigtige værktøjer til at lære og stimulering i børneklasserne tilskynder de nyudviklede celler til at tilslutte netværket, hvor de bliver værdifulde medlemmer af signalering fællesskab. Neuronerne får en mission. Og det ser ud til, at celler, der spawns under træning, er bedre rustet til at udløse denne proces.

Er der nogen der kører?

[Gratis download: Din guide til alternativ ADHD-behandling]

John Ratey, M.D., er medlem af ADDitude ADHD Medical Review Panel.

---

Smarte øvelser til forbedring af ADHD-hjerner

• Lav en aerob aktivitet regelmæssigt - jogging, ridning på en cykel, spille en sport, der involverer sprint eller løb. Aerob træning løfter neurotransmittere, skaber nye blodkar, der pumper vækstfaktorer og gyder nye celler i hjernen. En lille, men videnskabeligt forsvarlig undersøgelse fra Japan fandt det løbe 30 minutter bare to eller tre gange om ugen i 12 uger forbedret udøvende funktion.

• Lav også en dygtighedsaktivitet - klatring, yoga, karate, Pilates, gymnastik, kunstskøjteløb. Komplekse aktiviteter styrker og udvider hjernens netværk. Jo mere komplekse bevægelser, jo mere komplekse er de synaptiske forbindelser. Bonus: Disse nye, stærkere netværk ansættes for at hjælpe dig med at tænke og lære.

• Bedre endnu, gør en aktivitet der kombinerer aerob aktivitet med en færdighedsaktivitet. Tennis er et godt eksempel - det beskatter både det kardiovaskulære system og hjernen.

• Øv en færdighedsaktivitet, hvor du er parret med en anden person - lærer at fx tango eller vals eller hegn. Du lærer en ny bevægelse og skal også tilpasse dig din partners bevægelser og stille yderligere krav til din opmærksomhed og dømmekraft. Dette øger eksponentielt kompleksiteten af ​​aktiviteten, der beeber op i hjernens infrastruktur. Tilføj det sjove og sociale aspekt af aktiviteten, så aktiverer du hjernen og musklerne i hele systemet.

---

Uddrag fra Gnist, ved JOHN J. RATEY, M.D., og Eric Hagerman. Copyright © 2008 af John J. Ratey, M.D. Genoptrykt med tilladelse fra Little, Brown og Company, New York, N.Y. Alle rettigheder forbeholdes.

Opdateret 19. juni 2019