Bygg musklene dine, bygg hjernen din

Kroppen ble designet for å bli dyttet, og når vi skyver på kroppene våre, presser vi også hjernen vår. Læring og hukommelse utviklet seg i samsvar med de motoriske funksjonene som gjorde det mulig for våre forfedre å spore opp mat. For hjernen vår er det ikke noe behov for å lære noe hvis vi ikke beveger oss.

I å forske på trening og oppmerksomhetsmangel (ADHD eller ADD), har vi lært at trening forbedrer læring på tre nivåer: Det optimaliserer tankesettet ditt, etter forbedre årvåkenhet, oppmerksomhet, og motivasjon. Det forbereder og oppmuntrer nerveceller til å binde seg til hverandre, som er det cellulære grunnlaget for å lære ny informasjon. Og det ansporer utviklingen av nye nerveceller fra stamceller i hippocampus, et område i hjernen relatert til minne og læring.

Flere progressive skoler har eksperimentert med trening for å finne ut om å trene før klassen øker et barns leseevne og hennes prestasjoner i andre fag. Gjett hva? Det gjør det.

Vi vet nå at hjernen er fleksibel, eller plastisk, i parlance av nevrovitenskapsmenn - mer Play-Doh enn porselen. Det er et tilpasningsdyktig organ som kan støpes av input på omtrent samme måte som en muskel kan formes ved å løfte vektstenger. Jo mer du bruker den, jo sterkere og mer fleksibel blir den.

Langt fra å være fastkablet, slik forskere en gang så for seg det, ADHD hjerne blir kontinuerlig koblet til. Jeg er her for å lære deg hvordan du kan være din egen elektriker.

[Ta det utenfor! Behandling av ADHD med trening]

Trening: Et stoff mot hjernen din?

Det handler om kommunikasjon. Hjernen består av hundre milliarder nevroner av forskjellige typer som chatter med hverandre ved hjelp av hundrevis av forskjellige kjemikalier, for å styre våre tanker og handlinger. Hver hjernecelle kan motta innspill fra hundre tusen andre før de avfyrer sitt eget signal. Krysset mellom cellegrener er synapsen, og det er her gummien møter veien. Måten det fungerer på er at et elektrisk signal skyter ned aksonet, den utgående grenen, helt til det når synapsen, der en nevrotransmitter bærer meldingen over det synaptiske gapet i kjemisk danne. På den andre siden, ved dendritt eller mottakende gren, plugges nevrotransmitteren inn i en reseptor - som en nøkkel i en lås - og dette åpner ionekanaler i cellemembranen for å gjøre signalet tilbake til elektrisitet.

Cirka 80 prosent av signaliseringen i hjernen utføres av to nevrotransmittere som balanserer hverandres effekt: Glutamat opprører aktivitet for å begynne signaleringskaskaden, og gamma-aminobutyric acid (GABA) klemmes ned på aktivitet. Når glutamat leverer et signal mellom to nevroner som ikke har talt før, blir aktiviteten pumpet opp. Jo oftere koblingen aktiveres, jo sterkere blir tiltrekningen. Som det sies, trer nevroner som skyter sammen sammen. Noe som gjør glutamat til en avgjørende ingrediens i læring.

Psykiatri fokuserer mer på en gruppe nevrotransmittere som fungerer som regulatorer - på signalprosessen og på alt annet hjernen gjør. Dette er serotonin, noradrenalin og dopamin. Selv om nevronene som produserer dem bare utgjør en prosent av hjernens hundre milliarder celler, har disse nevrotransmitterne en sterk innflytelse. De kan instruere et nevron å gjøre mer glutamat, eller de kan gjøre nevronet mer effektivt eller endre følsomheten til reseptorene. De kan senke "støyen" i hjernen, eller omvendt, forsterke disse signalene.

Jeg sier til folk at det å gå en tur er som å ta litt Prozac og litt Ritalin fordi trening, som medisinene, løfter disse nevrotransmitterne. Det er en praktisk metafor å få poenget over, men den dypere forklaringen er at trening balanserer nevrotransmittere - sammen med resten av nevrokjemikaliene i hjernen.

[Trening og søvn: Jo bedre hjerneterapi barnet ditt trenger]

Hvordan hjernen lærer og lager minner

Så grunnleggende som nevrotransmitterne er, er det en annen klasse mestermolekyler som de siste 15 årene har endret vår forståelse av forbindelser i hjernen dramatisk. Jeg snakker om en familie med proteiner kalt "faktorer", hvorav den mest fremtredende er hjerneavledet nevrotrofisk faktor (BDNF). Mens nevrotransmittere utfører signalering, bygger og vedlikeholder nevrotrofiner, som BDNF, selve infrastrukturen.

En gang det ble klart for forskere at BDNF var til stede i hippocampus, området av hjernen relatert til minne og læring, forsøkte de å teste om det var en nødvendig ingrediens i prosess. Læring krever styrking av affiniteten mellom nevroner gjennom en dynamisk mekanisme som kalles langvarig potensiering (LTP). Når hjernen blir bedt om å ta inn informasjon, forårsaker etterspørselen naturlig aktivitet mellom nevroner. Jo mer aktivitet, desto sterkere blir tiltrekningen, og desto lettere er det for signalet å skyte og lage forbindelsen.

Si at du lærer et fransk ord. Første gang du hører det, rekrutterer nerveceller til en ny krets et glutamatsignal mellom hverandre. Hvis du aldri øver på ordet igjen, vil tiltrekningen mellom de involverte synapene bli mindre, og svekket signalet. Du glemmer.

Oppdagelsen som overrasket minneforskere - og fikk universitets nevrovitenskapsmann Eric Kandel en del av Nobelprisen 2000 - er at gjentatt aktivering eller praksis får synapene til å svulme opp og bli sterkere tilkoblinger. En nevron er som et tre som i stedet for blader har synapser langs dens dendritiske grener. Etter hvert spirer nye grener, noe som gir flere synapser for å styrke forbindelsene ytterligere. Disse endringene kalles synaptisk plastisitet, som er der BDNF tar sentrum.

Tidligere fant forskere at hvis de strødde BDNF på nevroner i en petriskål, spiret cellene automatisk nye grener og produserte den samme strukturelle veksten som var nødvendig for å lære. Jeg kaller BDNF Miracle-Gro for hjernen. BDNF binder seg også til reseptorer ved synapsen, løsner strømmen av ioner for å øke spenningen og umiddelbart forbedre signalstyrken. Inne i cellen aktiverer BDNF gener som krever produksjon av mer BDNF, i tillegg til serotonin og proteiner som bygger opp synapsen. BDNF leder også trafikk og ingeniører veiene. Samlet forbedrer det funksjonen til nevroner, oppmuntrer deres vekst og styrker og beskytter dem mot den naturlige prosessen med celledød

Jo mer kroppen din trener, desto bedre er hjernefunksjonene dine

Så hvordan øker hjernen sin tilførsel av BDNF? Trening. I 1995 forsket jeg på boka mi, En brukerhåndbok for hjernen, da jeg kom over en en sides artikkel i journalen Natur om trening og BDNF hos mus. Det var knapt mer enn en kolonne med tekst, men den sa alt. I følge studiens forfatter, Carl Cotman, direktør for Institutt for hjerne aldring og demens ved University of California-Irvine så ut til at trening løftet Miracle-Gro, eller BDNF, gjennom hele hjernen.

Ved å vise at øvelsen gnister mestermolekylet i læringsprosessen, BDNF, spikret Cotman ned en biologisk forbindelse mellom bevegelse og kognitiv funksjon. Han satte opp et eksperiment for å måle nivåene av BDNF i hjernen til mus som trener.

I motsetning til mennesker ser det ut som om gnagere liker fysisk aktivitet, og Cotmans mus løp flere kilometer om natten. Når hjernen deres ble injisert med et molekyl som binder seg til BDNF og skannet, gjorde ikke bare skannene til løpende gnagere viser en økning i BDNF over kontroller, men jo lenger hver mus løp, jo høyere er nivåene var.

Etter hvert som historiene om BDNF og trening utviklet seg sammen, ble det klart at molekylet ikke var viktig bare for å overleve neuroner, men også for deres vekst (spirende nye grener) og dermed for lærer. Cotman viste det trening hjelper hjernen til å lære.

"Et av de fremtredende trekkene ved trening, som noen ganger ikke blir satt pris på i studier, er en forbedring av læringsfrekvensen, og jeg synes det er en kul hjemmeddelelse," sier Cotman. "Fordi det antyder at hvis du er i god form, kan du være i stand til å lære og fungere mer effektivt."

I en studie fra 2007 fant tyske forskere faktisk at folk lærer seg ordforråd 20 prosent raskere etter trening enn de gjorde før trening, og at læringshastigheten korrelerte direkte med nivåer av BDNF. Sammen med det er det mer sannsynlig at personer med en genvariasjon som frarøver dem tilstrekkelige BDNF-nivåer, har læringsmangel. Uten den såkalte Miracle-Gro, lukker hjernen seg for verden.

Noe som ikke sier at det å gjøre et løp vil gjøre deg til et geni. "Du kan ikke bare injisere BDNF og være smartere," påpeker Cotman. “Med læring må du svare på noe på en annen måte. Men noe må være der. ”Og uten spørsmål, hva det er av betydning.

Oppdage kraften til å endre hjernen din

Forskere helt tilbake til Ramón y Cajal - som vant Nobelprisen i 1906 for å ha foreslått at sentralnervesystemet var sammensatt av individuelle nevroner som kommuniserer på det han kalte “polariserte kryss” - har teoretisert at læring innebærer endringer i synapsen. Til tross for utmerkelsene, kjøpte de fleste forskere det ikke. Det tok psykolog Donald Hebb å snuble over det første antydningen av bevis.

Laboratoriereglene var løse i disse dager, og tilsynelatende trodde Hebb at det ville være bra om han fikk med seg noen lab-rotter som midlertidige kjæledyr for barna sine. Arrangementet viste seg å være gjensidig fordelaktig: Da han returnerte rottene til laboratoriet, la Hebb merke til at de sammenlignet med burene som var bundet av bur, utmerket seg i læringsprøver. Den nye opplevelsen av å bli håndtert og leke med på en eller annen måte forbedret læringsevnen deres, noe Hebb tolket til å bety at det endret hjernen deres. I sin anerkjente lærebok fra 1949, Organiseringen av atferd: En nevropsykologisk teori, beskrev han fenomenet som "bruksavhengig plastisitet." Teorien var at synapene omorganiserer seg under stimulering av læring.

Hebbs arbeid binder seg sammen med trening fordi fysisk aktivitet teller som en ny opplevelse, i det minste for så vidt hjernen angår. På 1960-tallet formaliserte en gruppe psykologer ved Berkeley en eksperimentell modell kalt “miljøberikelse” som en måte å teste bruksavhengig plastisitet på. I stedet for å ta gnagere hjem, utstyrte forskerne burene sine med leker, hindringer, skjult mat og løpehjul. De grupperte også dyrene sammen, slik at de kunne sosialisere seg og leke.

Det var imidlertid ikke all fred og kjærlighet, og etter hvert ble gnagernes hjerner dissekert. Å bo i et miljø med mer sensoriske og sosiale stimuli, laboratorietestene viste, endret strukturen og funksjonen til hjernen. Rottene klarte seg bedre med læringsoppgaver, og hjernen deres veide mer sammenlignet med de som ble alene plassert i nakne bur.

I en seminal studie, på begynnelsen av 1970-tallet, brukte nevrovitenskapsmannen William Greenough et elektronmikroskop for å vise at miljøberikelse gjorde at nevronene spirer nye dendritter. Forgreningen forårsaket av miljøstimulering av læring, trening og sosial kontakt fikk synapene til å danne flere forbindelser, og disse forbindelsene hadde tykkere myelinskjeder.

Nå vet vi at slik vekst krever BDNF. Denne ombyggingen av synapser har stor innvirkning på kretsenes evne til å behandle informasjon, noe som er veldig gode nyheter. Det det betyr er at du har makt til å forandre hjernen din. Alt du trenger å gjøre er å snøre joggeskoene dine.

Hvordan vokse og pleie nye nevroner

For den bedre delen av det tjuende århundre mente vitenskapelig dogme at hjernen var fastkablet en gang den var ferdig utviklet i ungdomstiden - noe som betyr at vi er født med alle nevronene vi skal til få. Vi kan bare miste nevroner når livet går.

Gjett hva? Nevroner vokser tilbake - av tusenvis - gjennom en prosess som kalles neurogenese. De deler seg og forplanter seg som celler i resten av kroppen. Nevroner er født som blank-skifer stamceller, og de gjennomgår en utviklingsprosess der de trenger å finne noe å gjøre for å overleve. De fleste av dem ikke. Det tar omtrent 28 dager for en ny celle å plugge seg inn i et nettverk. Hvis vi ikke bruker de nyfødte nevronene, mister vi dem. Trening gyter nevroner, og miljøberikelsen hjelper disse cellene til å overleve.

Den første solide koblingen mellom nevrogenese og læring kom fra Fred Gage, en nevrovitenskapsmann ved Salk Institute, og hans kollega Henriette van Praag. De brukte et basseng av gnagerstørrelse fylt med ugjennomsiktig vann for å skjule en plattform rett under overflaten i en kvadrant. Mus liker ikke vann, så eksperimentet ble designet for å teste hvor godt de husket, fra en tidligere dukkert, plasseringen av plattformen - deres rømningsvei. Når man sammenligner inaktive mus med andre som slo løpehjulet i fire kilometer om natten, viste resultatene at løperne husket hvor de skulle finne sikkerhet raskere. De stillesittende fløt før de fant ut av det.

Da musene ble dissekert, hadde de aktive musene dobbelt så mange nye stamceller i hippocampus som de inaktive. Når han snakker generelt om hva de fant, sier Gage: "Det er en betydelig sammenheng mellom det totale antallet celler og [en muses] evne til å utføre en kompleks oppgave. Og hvis du blokkerer neurogenese, kan mus ikke huske informasjon. "

Selv om all denne forskningen er gjort i gnagere, kan du se hvordan den kan forholde seg til de progressive skolene som trener elever før klassen begynner: Gymklasse gir hjernen med de riktige verktøyene for å lære, og stimuleringen i barneklassene oppfordrer de nyutviklede cellene til å koble seg inn i nettverket, der de blir verdifulle medlemmer av signaliseringen samfunnet. Nevronene får et oppdrag. Og det ser ut til at celler som gyte under trening er bedre rustet til å utløse denne prosessen.

Noen for en løpetur?

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

John Ratey, M.D., er medlem av ADDitude ADHD medisinsk gjennomgangspanel.

---

Smarte øvelser for å forbedre ADHD-hjernen

• Gjør en aerob aktivitet regelmessig - jogge, sykle, spille en sport som innebærer sprinting eller løping. Aerob trening løfter nevrotransmittere, lager nye blodkar som piper inn vekstfaktorer og gyter nye celler i hjernen. En liten, men vitenskapelig forsvarlig studie fra Japan fant det ut jogge 30 minutter bare to eller tre ganger i uken i 12 uker forbedret lederfunksjonen.

• Gjør en ferdighetsaktivitet, også - fjellklatring, yoga, karate, Pilates, gymnastikk, kunstløp. Komplekse aktiviteter styrker og utvider hjernens nettverk. Jo mer komplekse bevegelser, jo mer komplekse er de synaptiske forbindelsene. Bonus: Disse nye, sterkere nettverkene blir rekruttert for å hjelpe deg med å tenke og lære.

• Bedre ennå, gjør en aktivitet som kombinerer aerob aktivitet med en ferdighetsaktivitet. Tennis er et godt eksempel - det beskatter både det kardiovaskulære systemet og hjernen.

• Øv deg på en ferdighetsaktivitet der du er sammenkoblet med en annen person - for eksempel å lære å tango eller vals, eller å gjerde. Du lærer en ny bevegelse og må også tilpasse deg partnerens bevegelser og stille ytterligere krav til oppmerksomheten og vurderingen din. Dette øker eksponentielt kompleksiteten til aktiviteten, som beefs opp hjernens infrastruktur. Legg til det morsomme og sosiale aspektet ved aktiviteten, så aktiverer du hjernen og musklene i hele systemet.

---

Utdrag fra Gnist, av JOHN J. RATEY, M.D., og Eric Hagerman. Copyright © 2008 av John J. Ratey, M.D. Trykt på nytt med tillatelse fra Little, Brown og Company, New York, N.Y. Alle rettigheter forbeholdt.

Oppdatert 19. juni 2019