Frontiers in Aging Neuroscience

wprowadzenie

obecne zmiany demograficzne w społeczeństwach zachodnich, obejmujące zarówno względny, jak i bezwzględny wzrost liczby osób starszych, wywołały rosnące zainteresowanie naukowe kwestiami geriatrycznymi. W tym kontekście koncepcje udanego starzenia się stają się coraz ważniejsze. Kilka badań wykazało, że ćwiczenia fizyczne mogą odgrywać kluczową rolę w zdrowym starzeniu się oraz w zapobieganiu pogorszeniu funkcji poznawczych i chorobom neurodegeneracyjnym (Colcombe et al., 2006; Erickson et al., 2011). Ostatnie recenzje podsumowujące badania epidemiologiczne, przekrojowe i interwencyjne wspierają aktywność fizyczną jako korzystną metodę indukowania neuroplastyczności w późnej dorosłości(Gregory et al., 2012; Voelcker-Rehage and Niemann, 2013; Bamadis et al., 2014). Erickson et al. (2012) doszli do wniosku, że wyższe wydolności kardiorespiratory i tlenowej aktywności fizycznej poziomy są związane z większych objętości substancji szarej w regionach przedczołowych i hipokampu. Jednak nie tylko sprawność sercowo-naczyniowa, ale także ćwiczenia koordynacyjne (Niemann et al., 2014) i treningu poznawczego (Bamadis et al., 2014) wykazano, że indukuje plastyczność istoty szarej i wzmacnia funkcje poznawcze u osób starszych.

badania na zwierzętach sugerują, że połączenie ćwiczeń fizycznych z wzbogaceniem sensorycznym ma najsilniejszy wpływ na genezę nowych neuronów—głównie w hipokampie—i że tylko ta kombinacja zapewnia trwałe przetrwanie nowo narodzonych komórek (Kempermann et al., 1997; van Praag et al., 2005). Kattenstroth et al. (2013) zasugerowali, że „zajęcia taneczne powinny być traktowane jako ekwiwalent wzbogaconych warunków środowiskowych dla ludzi, ponieważ zapewniają one jednostce zwiększone wymagania sensoryczne, motoryczne i poznawcze.”Pomimo tego zachęcającego stwierdzenia, badania badające wpływ treningu tanecznego na strukturę lub funkcję mózgu są rzadkie. Po 6-miesięcznej interwencji tanecznej, Kattenstroth et al. (2010) odnotowano znaczną poprawę wydajności poznawczej, dotykowej i motorycznej u uczestniczących seniorów. Wyniki prospektywnego badania z udziałem 469 osób w wieku powyżej 75 lat w medianie okresu obserwacji wynoszącej 5,1 roku wykazały, że taniec wiąże się ze znacznie zmniejszonym ryzykiem otępienia (Verghese et al., 2003). Jednak Hüfner et al. (2011) donoszą o zmniejszonej objętości w kilku regionach mózgu, w tym w przedniej formacji hipokampa i częściach parieto-wyspiarskiej kory przedsionkowej u profesjonalnych tancerzy i slacklinerów w porównaniu z nieprofesjonalistami. To odkrycie może wskazywać, że intensywny i powtarzalny trening tych samych umiejętności motorycznych prowadzi w kontekście specjalizacji do zmniejszenia objętości niektórych regionów mózgu. W tym badaniu zaprojektowaliśmy specjalny program szkolenia tańca, który stale wymagał od uczestników uczenia się nowych wzorców ruchu (Müller et al., 2016). Aby ocenić konkretne korzyści płynące z tej interwencji, porównaliśmy nasz nowo zaprojektowany program tańca z aktywną, a nie bierną grupą kontrolną, która wzięła udział w konwencjonalnym programie Zdrowia sport fitness, w którym uczestnicy Zwykle wykonywali powtarzalne ćwiczenia fizyczne, takie jak jazda na rowerze rowerowym. Ponadto, ponieważ interesowała nas dynamika czasowa interwencji, oceniliśmy wpływ na strukturę i funkcjonowanie mózgu po 6 i 18 miesiącach treningu. W ten sposób staraliśmy się ocenić, czy warto rozszerzać interwencje, ponieważ niektóre regiony mózgu mogą wymagać więcej treningu niż inne, lub czy istnieje limit, po którym więcej treningów staje się szkodliwe. Wreszcie, w poszukiwaniu potencjalnego mechanizmu leżącego u podstaw neuroplastyczności, zmierzyliśmy poziom BDNF we krwi obwodowej. Kilka badań sugerowało, że BDNF Promuje różnicowanie nowych neuronów i synaps (Huang and Reichardt, 2001; Lessmann and Brigadski, 2009; Park and Poo, 2013; Edelmann et al., 2014). W związku z tym zaproponowano, że BDNF jest mediatorem neuroplastyczności dorosłych (Flöel et al., 2010).

materiały i metody

uczestnicy I projekt eksperymentalny

badanie zostało zaprojektowane jako 18-miesięczna interwencja kontrolowana. Studium zostało zatwierdzone przez Komisję Etyki Uniwersytetu Otto-von-Guericke w Magdeburgu, a wszystkie przedmioty podpisały pisemną deklarację i nie otrzymywały zapłaty za swój udział. Do badania przesiewono sześćdziesiąt dwie zdrowe osoby w podeszłym wieku (63-80 lat) rekrutowane za pośrednictwem ogłoszeń w lokalnych gazetach. Kryteria wykluczenia to klaustrofobia, szumy uszne, metalowe implanty, Tatuaże, cukrzyca, depresja (Beck-Depression Inventory, BDI-II > 13), deficyty poznawcze (Mini-badanie stanu psychicznego, MMSE < 27), choroby neurologiczne i regularne ćwiczenia (≥1 h/tydzień). Na podstawie tych kryteriów wykluczono 10 osób. Pozostałych 52 uczestników zostało losowo przydzielonych do grupy tanecznej lub sportowej za pomocą strony internetowej www.randomization.com i kontrolowanie wieku, statusu MMSE i sprawności fizycznej. Oceny przeprowadzono na początku badania, po 6 i po 18 miesiącach treningu (rycina 1). Dwudziestu dwóch uczestników wykonało całą interwencję i wszystkie pomiary. Tabela 1 zawiera szczegółowe dane demograficzne dla tych uczestników. Nie stwierdzono różnic w danych demograficznych.

rysunek 1
www.frontiersin.org

Rysunek 1. Schemat rekrutacji uczestników.

tabela 1
www.frontiersin.org

Tabela 1. Dane demograficzne uczestników na poziomie wyjściowym.

interwencje

interwencje zostały podzielone na dwa okresy. W pierwszym okresie badani trenowali dwa razy w tygodniu w 90-minutowych sesjach przez 6 miesięcy. Ze względów praktycznych (dostępność uczestników i trenerów) drugi 12-miesięczny okres interwencji obejmował zmniejszoną częstotliwość szkoleń raz w tygodniu. Oba programy interwencyjne były wykonywane w kontekście grupowym z muzyką do kontroli interakcji psychospołecznych. Obciążenie warunkowe zbadano, rejestrując wartości pulsu podczas sesji treningowych i obliczając Indywidualne tętno treningowe zgodnie z Karvonen et al. (1957) z współczynnikiem 0,6 dla intensywnego treningu wytrzymałościowego. W związku z tym oba programy szkoleniowe były porównywalne pod względem intensywności, czasu trwania i częstotliwości. Oba były nadzorowane przez doświadczonych instruktorów.

grupa taneczna

uczestnicy grupy tanecznej wzięli udział w nowo zaprojektowanym programie szkoleniowym, w którym byli stale proszeni o naukę nowych sekwencji ruchowych. Choreografie te wymagały koordynacji różnych części ciała (np. nóg, rąk, tułowia) w przestrzeni w różnych warunkach obciążenia (obciążenie fizyczne, precyzja, sytuacja i presja czasu). Badani musieli uczyć się choreografii na pamięć, nakładając tym samym wysokie wymagania także na pamięć. Program składał się z pięciu różnych gatunków (line dance, jazz dance, rock ” n ” roll i square dance), które były zmieniane po każdej czwartej sesji. W trakcie interwencji zwiększono wymagania koordynacyjne i presję czasową poprzez wprowadzenie bardziej złożonych ruchów tanecznych i choreografii oraz zwiększenie uderzeń na minutę w muzyce.

Grupa sportowa

uczestnicy grupy sportowej ukończyli konwencjonalny program treningu siłowo-wytrzymałościowego z głównie powtarzalnymi ćwiczeniami i niskimi wymaganiami w zakresie koordynacji całego ciała i pamięci. Każda sesja składała się z 20-minutowego treningu wytrzymałościowego, siłowo-wytrzymałościowego i elastycznego. Trening wytrzymałościowy został przeprowadzony na ergometrach rowerowych. W jednostce siłowo-wytrzymałościowej wykonywano naprzemienne ruchy (np. loki bicepsów, przysiady, przysiady), ale unikano złożonych ruchów całego ciała, aby utrzymać niskie wymagania koordynacyjne. Jednostka elastyczności składała się głównie z ćwiczeń rozciągających.

ocena wyników

wydolność sercowo-naczyniowa

oceniano za pomocą testu sprawności fizycznej 130 (PWC 130). PWC 130 to moc wyjściowa (mierzona w watach), którą pacjent jest w stanie osiągnąć na rowerze rowerowym przy tętnie 130 uderzeń na minutę. Do obliczeń wykorzystaliśmy tętno spoczynkowe i względną wydolność fizyczną .

testy neuropsychologiczne

na badanych wykonano obszerny zestaw testów neuropsychologicznych. Do celów niniejszego badania przedstawiono jedynie wyniki testu słownej pamięci krótko-i długoterminowej” VLMT „(adaptowana niemiecka wersja” Rey Auditory Verbal Learning Test”; Helmstaedter i Durwen, 1990) oraz testu uwagi (Test of Attentional Performance (Tap); Zimmermann i fimm, 2002).

BDNF

próbki krwi na czczo pobrano w godzinach porannych oceny neuropsychologicznej. Na podstawie próbek krwi stężenia BDNF w osoczu oznaczono za pomocą sandwich ELISA (BDNF DuoSets; R&D Systems, Wiesbaden, Niemcy), jak opisano wcześniej (Schega et al., 2016).

MRI

obrazy MR zostały uzyskane na 3 Tesli Siemens MAGNETOM Verio (Syngo MR B17) przy użyciu 32-kanałowej cewki głowicy. Sekwencje MPRAGE o wysokiej rozdzielczości ważone T1 uzyskano za pomocą przygotowanego do namagnesowania 3D protokołu rapid gradient echo imaging (224 plastry strzałkowe, rozmiar woksela: 0,8 × 0,8 × 0,8 mm3, TR: 2500 ms, TE: 3,47 ms, TI: 1100 ms, kąt odbicia: 7°). Obrazy MR analizowano za pomocą morfometrii opartej na wokselach (VBM) zaimplementowanej w SPM 12 (Welcome Department of Cognitive Neurology, Londyn, Wielka Brytania). VBM jest bezstronną techniką całego mózgu do analizy regionalnej objętości istoty szarej i zmian w tkankach (Ashburner and Friston, 2000).

wstępne przetwarzanie obejmowało segmentację materii szarej, tworzenie szablonów przez DARTELA, normalizację przestrzenną do znormalizowanej przestrzeni Montreal Neurological Institute (MNI) i wygładzanie jądrem Gaussa o pełnej szerokości 8 mm przy maksimum połowie (FWHM).

do analizy różnic w zmianach objętości materii szarej między grupami zastosowano pełny projekt czynnikowy z grupą czynników (taniec, sport) i czasem (0, 6 i 18 miesięcy). W przypadku znaczących oddziaływań grupowych × czasowych, post hoc t-testy pomiędzy kolejnymi parami punktów czasowych (0 vs. 6; 0 vs. 18; 6 vs. 18 miesięcy) obliczano oddzielnie dla każdej grupy. Dla wszystkich analiz zastosowano próg p < 0,001 (nieskorygowany).

wyniki

prezentacja wyników ma następującą strukturę. Najpierw szukaliśmy ogólnego efektu interwencji (czynnik czasu), a następnie szukaliśmy różnicowych efektów obu interwencji (Grupa interakcji × czas); wreszcie, bardziej szczegółową analizę dynamiki czasowej przeprowadzono za pomocą porównań par post hoc.

wydolność sercowo-naczyniowa

wydolność sercowo-naczyniowa mierzona metodą PWC 130 (Tabela 2, względna wydolność fizyczna) nie różniła się między grupami na początku badania. Ponadto wynik PWC 130 nie wzrósł znacząco w trakcie żadnej z interwencji.

tabela 2
www.frontiersin.org

Tabela 2. Środki i (SD)dla sprawności, funkcjonowania poznawczego, poziomu BDNF w osoczu i całkowitej objętości istoty szarej w grupach treningowych podczas interwencji.

testy neuropsychologiczne

zaobserwowano znaczący główny efekt czasu dla werbalnej pamięci krótkotrwałej (wczesne przypominanie VLMT; F(2,19) = 6,438, P = 0,004, η2 = 0,253), werbalnej długotrwałej wolnej pamięci (późne przypominanie VLMT; F(2,19) = 3,387, P = 0,049, η2 = 0,244), werbalnej długiej pamięci-rozpoznawanie terminów (rozpoznawanie vlmt; f(2,19) = 5,352, P = 0,009, η2 = 0,220) i czas reakcji uwagi (subtelna elastyczność; f(2,19) = 19,156, p< 0,001, η2 = 0,489). Nie pojawiły się znaczące interakcje czasowe × grupowe.

porównania par Post hoc wykazały znaczącą poprawę w stosunku do wartości wyjściowych do 18 miesięcy i od 6 do 18 miesięcy we wszystkich trzech podkategoriach VLMT w obu grupach. Jeśli chodzi o czas reakcji TAP, w obu grupach zaobserwowano znaczną poprawę w porównaniu wartości wyjściowych z danymi z 18 miesięcy.

BDNF

stężenia BDNF w osoczu były analizowane w próbkach krwi przed rozpoczęciem treningu oraz 6 miesięcy i 18 miesięcy po rozpoczęciu treningu. Bezwzględne stężenia BDNF w osoczu przedstawiono w tabeli 2. Wewnątrzosobnicze zmiany poziomu BDNF ujawniły znaczny wzrost grupy tanecznej, podczas gdy wewnątrzosobniczy poziom BDNF pozostał stały po 6 miesiącach treningu w grupie sportowej. Po 18 miesiącach w żadnej grupie nie wystąpiły dalsze zmiany w BDNF (rycina 2).

rysunek 2
www.frontiersin.org

Rysunek 2. Wewnątrzosobnicze zmiany stężenia BDNF w osoczu po interwencji. Stężenia BDNF w osoczu były analizowane w próbkach krwi uczestników treningu tanecznego lub sportowego przed rozpoczęciem treningu, po 6 miesiącach treningu i po 18 miesiącach treningu. Względny wzrost stężenia BDNF określono ilościowo. Poziom BDNF znacznie wzrósł w grupie tanecznej po 6 miesiącach treningu (Mann-Whitney U-test, p < 0,004) i spadł prawie do wartości wyjściowej wstępnej obróbki po 18 miesiącach treningu tanecznego. W grupie sportowej nie stwierdzono zmian w całym cyklu czasowym (Test Friedmana, p = 0,319), natomiast w grupie tanecznej zaobserwowano istotną zmianę w całym cyklu czasowym (Test Friedmana, p = 0,028). Działki: minimum, 25. percentyl, mediana, 75. percentyl. * p ≤ 0,05.

MRI

w lewym zakręcie przedśrodkowym i prawym parahippocampalu zaobserwowano istotną interakcję grupową i czasową. Post hoc t-testy pomiędzy danymi wyjściowymi i 6-miesięcznymi wykazały znaczny wzrost objętości istoty szarej w lewym zakręcie przedśrodkowym tylko tancerzy. W porównaniu danych wyjściowych i 18-miesięcznych, oprócz zakrętu przedśrodkowego, tancerze wykazali znaczny wzrost objętości istoty szarej w prawym zakręcie parahippocampal, co było również jedyną znaczącą zmianą odstępu od 6 do 18 miesięcy. Tak więc wzrost objętości zakrętu przedśrodkowego pojawił się po 6 miesiącach i pozostał stabilny przez pozostały okres treningu tanecznego, podczas gdy zmiana zakrętu parahippocampalnego nastąpiła tylko podczas późniejszego okresu treningu (ryc. 3).

Rysunek 3
www.frontiersin.org

Rysunek 3. Czas przez Analizę interakcji grupowych, testowanie większych zmian głośności w tańcu w porównaniu z grupą sportową. Znaczny wzrost masy szarej stwierdzono w zakręcie przedśrodkowym (Montreal Neurological Institute (MNI) – współrzędne: x = -16; y = -18; z = 77) i w zakręcie parahippocampal (MNI-współrzędne: x = 34; y = -26; z = -20). Wykresy pudełkowe pokazują względne zmiany szarości w szczytowym wokselu. * p ≤ 0,05.

dyskusja

w tym badaniu porównaliśmy wpływ uczestnictwa w programie tanecznym lub konwencjonalnym programie sportowym na funkcjonowanie mózgu i objętość u zdrowych seniorów. Program taneczny był nowo zaprojektowaną interwencją, która wymagała ciągłego uczenia się nowych choreografii tanecznych. Konwencjonalny program sportowy koncentrował się głównie na powtarzalnych ćwiczeniach motorycznych. Jako główne odkrycie zauważyliśmy, że po 6 miesiącach treningu, wolumeny w lewym zakręcie przedśrodkowym tancerzy wzrosły bardziej niż w grupie sportowej. Po kolejnych 12 miesiącach treningu zaobserwowano dodatkowy wzrost głośności w prawym zakręcie parahippocampalnym tancerzy. Poziom BDNF wzrósł w ciągu pierwszych 6 miesięcy treningu tanecznego i powrócił do wartości sprzed leczenia po 18 miesiącach. W grupie sportów konwencjonalnych podobny wzrost BDNF nie był oczywisty. Ponieważ poziom sprawności sercowo-naczyniowej w trakcie interwencji pozostawał stały w obu grupach, obserwowanych efektów nie można przypisać poprawie sprawności fizycznej, ale wydaje się być związany ze specyficznymi cechami programu tanecznego. Te cechy obejmowały wymóg ciągłego uczenia się nowych choreografii (np. pamięci), integrowania informacji wieloczujnikowych, koordynowania całego ciała i nawigacji w przestrzeni.

zmiany w mózgu

zakręt przedśrodkowy jest niezbędny do kontroli dobrowolnych funkcji motorycznych. Wzrost objętości szarej materii w zakręcie przedśrodkowym w grupie tanecznej może być zatem oparty na złożonych i ciągle zmieniających się wzorcach ruchowych, które tancerze musieli wykonać. Ruchy te wymagały jednoczesnej koordynacji kilku części ciała w różnych kierunkach i dostosowania do różnych rytmów muzyki (policentrycznych i polirytmicznych). Reflecting on these complex coordination requirements, Brown et al. (2006) donoszą o aktywacjach wywołanych tańcem w skorupie, pierwotnej korze ruchowej i uzupełniającym obszarze motorycznym (SMA), jak pokazano przez PET. Inne badania wykazały związek między potrzebami koordynacji (np równoważenia, żonglerka)i neuroplastyczności w regionie precentral (Boyke et al., 2008; Taubert et al., 2010). Stąd też związany z tańcem wzrost wolumenu w tej dziedzinie był zgodny z oczekiwaniami opartymi na literaturze.

zakręt parahippocampalny jest częścią zewnętrznego łuku układu limbicznego i odgrywa ważną rolę w pamięci roboczej i pobieraniu pamięci epizodycznej (Pantel et al., 2003). Według Bliss i Lomo (1973), zakręt parahippocampal stanowi interfejs między pamięcią a empiryczną świadomością teraźniejszości, ponieważ jest połączony przez przewód perforacyjny zarówno z regionami płata czołowego, które są związane z pamięcią roboczą, jak i z hipokampem, centralną strukturą w kodowaniu pamięci epizodycznej i nawigacji przestrzennej. Wiele badań VBM donosiło o związanej z wiekiem utracie objętości w regionach parahippocampal(Tisserand et al., 2002). Ponadto, Echávarri et al. (2011) sugerują, że atrofia parahippocampal jest wczesnym biomarkerem AD. Obserwacja, że angażowanie się w program tańca przez dłuższy okres może indukować procesy neuroplastyczne w tym kluczowym obszarze pamięci, dlatego szczególnie zachęcająca w zakresie opracowywania strategii prewencyjnych.

temporalna dynamika istoty szarej plastyczność mózgu

obserwowany wzrost objętości w dwóch regionach mózgu rozwijał się w różnym czasie. Taniec doprowadził do wzrostu objętości w obszarach motorycznych po 6 miesiącach(patrz także Rehfeld et al., 2016), która utrzymywała się na stałym poziomie przez kolejne 12 miesięcy. Związany z tańcem wzrost objętości zakrętu parahippocampal pojawił się później i był obserwowany tylko w danych z 18 miesięcy. Różna dynamika czasowa w ewolucji dwóch regionów mózgu może być związana z różnicami w podstawowych mechanizmach komórkowych. Badania na zwierzętach sugerują, że angiogeneza i tworzenie nowych dendrytów (Thomas et al., 2012) występują szybko, podczas gdy zmiany w neuropil występują znacznie wolniej (Black et al., 1990). U ludzi, gwałtowny wzrost objętości istoty szarej w regionach przedczołowych zaobserwowano po zaledwie 2 tygodniach uczenia motorycznego u młodszych dorosłych (Taubert i wsp ., 2010). Aby wywołać neuroplastyczność w hipokampie, zaleca się dłuższe okresy treningu (Erickson et al., 2012; Niemann et al., 2014).

Co ciekawe, wyżej wymienione zwiększenie objętości z naszego badania są w przeciwieństwie do wyników Hänggi et al. (2010), który ujawnił, że profesjonalni tancerze baletowi zmniejszyli objętość istoty szarej w lewej korze przedmotorowej, SMA, skorupie i górnym zakręcie czołowym oraz wyniki Hüfner et al. (2011), które zgłaszają zmniejszoną objętość w kilku regionach mózgu, w tym przedni hipokamp u profesjonalnych tancerzy i slacklinerów w porównaniu z nieprofesjonalistami. Jednak badania te były przekrojowymi badaniami obserwacyjnymi, które porównywały mózgi profesjonalnych tancerzy do mózgów nieprofesjonalnych. Ponadto nasza grupa taneczna składała się z starych nowicjuszy. Wykazano, że uczenie się nowej umiejętności najpierw prowadzi do rekrutacji dodatkowych zasobów neuronowych. Później, gdy umiejętność staje się bardziej automatyczna, potrzeba mniej zasobów neuronalnych, co może prowadzić do zmniejszenia objętości u osób z wieloletnim doświadczeniem. Na podstawie tych warunków początkowych (nowicjusze, starsi dorośli)i naszego specjalnie zaprojektowanego programu treningu tańca, który wymagał stale nowego uczenia się wzorców ruchowych, możliwe jest, że efekty specjalizacji indukowane zmniejszenie objętości, jak donosi Hänggi et al. (2010) nie obserwuje się.

ogólnie uważa się, że trening motoryczny początkowo indukuje wzrost objętości mózgu. Jednak długotrwały trening prowadzi do automatyzacji, Co może mieć odwrotny wpływ na objętość kory, ponieważ po pełnym ustaleniu zdolności motorycznych potrzebna jest mniejsza Kontrola kory (Taube, 2008). Dlatego nasz program treningu tańca został specjalnie zaprojektowany, aby uniknąć takiej automatyzacji, Co może wyjaśniać, dlaczego przynajmniej w ciągu 18 miesięcy nie zaobserwowano zmniejszenia objętości kory mózgowej w naszym badaniu.

funkcje poznawcze również wykazywały nieliniowy rozwój, przy czym pamięć werbalna zwiększała się dopiero w drugim okresie treningowym. Jeśli chodzi o wydajność uwagi, znaczna poprawa była obserwowalna po zaledwie 6 miesiącach w obu grupach(Rehfeld et al., 2016). Wyniki te potwierdzają wcześniejsze raporty dotyczące korzystnego wpływu interwencji fizycznych na testy neuropsychologiczne (Bamadis et al., 2014). Jednak w danych dotyczących zdolności poznawczych, w przeciwieństwie do danych dotyczących mózgu, nie pojawiły się żadne różnice grupowe. Inni zgłaszali lepsze efekty połączonego treningu poznawczego i fizycznego w przeciwieństwie do pojedynczych interwencji (Oswald et al., 2006). Rozszerzymy nasze interwencje, aby sprawdzić, czy różnice grupowe w poznawaniu mogą pojawić się jeszcze później.

podstawowe komórkowe i molekularne mechanizmy plastyczności istoty szarej

chociaż VBM jest modalnością obrazowania, która ujawnia zmiany objętości w mózgu, technika ta nie pozwala na wnioski przyczynowe dotyczące leżących u podstaw procesów neurofizjologicznych. Neurogeneza, synaptogeneza i angiogeneza to tylko niektóre z mechanizmów, które zostały zasugerowane jako podstawa zmian objętości mózgu(Zatorre et al., 2012). Jako mediatory wpływu sprawności sercowo-naczyniowej na mózg badane są czynniki wzrostu, takie jak BDNF, insulinopodobny czynnik wzrostu (IGF) i czynnik wzrostu nerwów (NGF) (Kirk-Sanchez and McGough, 2014). Jednak w naszym badaniu, w przeciwieństwie do poprzednich (Erickson et al., 2011; Maass et al., 2015), nie stwierdzono różnic w sprawności sercowo-naczyniowej między grupami, a poziom sprawności nie zmienił się podczas interwencji. Ta ostatnia obserwacja była prawdopodobnie związana z naszą kontrolą indywidualnej częstotliwości serca, którą staraliśmy się utrzymać w strefie tlenowej. Jednak zmiany BDNF były również związane z aktywnością fizyczną, interakcją społeczną i pozytywnym stresem (Mattson, 2008), a nie we wszystkich badaniach zaobserwowano wzrost BDNF po treningu sercowo-naczyniowym (Vital et al., 2014). Wreszcie, badania na zwierzętach zasugerowały, że koordynacja, ale nie Trening wytrzymałościowy indukuje synaptogenezę i zmiany glejowe(Black et al., 1990). Łącznie wymienione dodatkowe czynniki, które napędzają wydzielanie BDNF, mogły mieć większe znaczenie podczas tańca niż podczas ćwiczeń fitness, wyjaśniając tym samym, dlaczego tylko tancerze wykazywali wzrost BDNF w pierwszych 6 miesiącach. Obserwacja, że stężenie BDNF powróciło do wartości wyjściowych w ciągu następnych 12 miesięcy, podczas gdy wzrost objętości był jednocześnie obserwowany w zakręcie parahippocampalnym, wskazuje jednak, że muszą istnieć inne czynniki wpływające na plastyczność dorosłego mózgu niż te reprezentowane przez stężenie BDNF we krwi obwodowej.

w odniesieniu do neurobiologicznych mechanizmów plastyczności indukowanej wysiłkiem również koncepcja rezerwy mózgu (Satz et al., 2011). Koncepcja rezerwy mózgu opisuje indywidualne różnice w zwiększonej wyjściowej adaptacyjnej neuroplastyczności, które zapewniają większą dynamiczną zdolność do przebudowy obwodów korowych do różnych stresorów (Barulli and Stern, 2013; Freret et al., 2015).

perspektywy

wyniki naszych badań sugerują, że długotrwała interwencja taneczna może być lepsza od powtarzalnych ćwiczeń fizycznych w indukowaniu neuroplastyczności w starzejącym się ludzkim mózgu. Zakładamy, że ta przewaga jest związana z multimodalnym charakterem tańca, który łączy w sobie wyzwania fizyczne, poznawcze i koordynacyjne. Według naszej wiedzy, jest to pierwsze podłużne, randomizowane badanie, które zaleca programy tańca jako środek zapobiegający szarej istocie i pogorszeniu funkcji poznawczych u osób starszych. Potrzebne są dalsze badania w celu dokładniejszego wyjaśnienia dynamiki czasowej i leżących u podstaw neurobiologicznych mechanizmów neuroplastyczności wywołanej tańcem oraz tego, czy interwencja ta rzeczywiście może zmniejszyć ryzyko chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera.

wkład autora

PM zaprojektował i wykonał badania, przeanalizował dane, napisał artykuł. KR zaprojektował i przeprowadził badania. MS przeanalizował dane. AH i VL zaprojektowali badania. MD: zbieranie danych, Zmiana artykułu. TB i JK zaprojektowały badania, przeanalizowały dane. NGM zaprojektował badania, napisał artykuł.

Oświadczenie o konflikcie interesów

autorzy oświadczają, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek relacji handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

Ashburner J., and Friston, K. J. (2000). Morfometria oparta na wokselach-metody. Neuroimage 11, 805-821. doi: 10.1006 / nimg.2000.0582

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Bamadis, P. D., Vivas, A. B., Styliadis, C., Frantzidis, M., Klados, M., Schlee, W., et al. (2014). Przegląd interwencji fizycznych i poznawczych w starzeniu. Neurosci. Biobehav. Rev. 44, 206-220. doi: 10.1016 / j.neubiorev.2014.03.019

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Barulli, D., and Stern, Y. (2013). Wydajność, pojemność, kompensacja, utrzymanie, plastyczność: pojawiające się koncepcje w rezerwie cognitice. Trendy Cogn. Sci. 17, 502–509. doi: 10.1016 / j.Tiki.2013.08.012

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Black, J. E., Isaacs, K. R., Anderson, B. J., Alcantara, A. A., and Greenough, W. T. (1990). Uczenie się powoduje synaptogenezę, podczas gdy aktywność ruchowa powoduje angiogenezę w korze móżdżkowej dorosłych szczurów. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 87, 5568-5572. doi: 10.1073 / pnas.87.14.5568

PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar

Bliss, T. V., and Lomo, T. (1973). Długotrwałe nasilenie transmisji synaptycznej w zębacie bezigłowego królika po stymulacji ścieżki perforacji. J. Fizjol. 232, 331–356. doi: 10.1113 / jphysiol.1973.sp010273

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst/Google Scholar

Boyke, J., Driemeyer, J., Gaser, C., Büchel, C., and May, A. (2008). Zmiany struktury mózgu wywołane treningiem u osób starszych. J. Neurosci. 28, 7031–7035. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.0742-08.2008

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Brown, S., Martinez, M., and Parsons, M. (2006). Neuronalne podstawy ludzkiego tańca. Mózg. Cortex 16, 1157-1167. doi: 10.1093/cercor/bhj057

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst/Google Scholar

Colcombe, S. J., Erickson, K. I., Scalf, P. E., Kim, J. S., Prakash, R., McAuley, E., et al. (2006). Trening aerobowy zwiększa objętość mózgu u starzejących się ludzi. J. Gerontol. A. Biol. Sci. Med. Sci. 61, 1166–1170. doi: 10.1093 / gerona / 61.11.1166

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Echávarri, C., Aalten, P., Uyling, H. B. M., Jacobs, H. I. L., Visser, P. J., Gronenschild, M., et al. (2011). Atrofia w zakręcie parahippocampalnym jako wczesny biomarker choroby Alzheimera. Struktura Mózgu. Funct. 215, 265–271. doi: 10.1007 / s00429-010-0283-8

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Edelmann, E., Lessmann, V., and Brigadski, T. (2014). Zwroty Pre – i postsynaptyczne w sekrecji BDNF i działanie w plastyczności synaptycznej. Neurofarmakologia 76, 610-627. doi: 10.1016 / j.neurofarm.2013.05.043

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Erickson, K. I., Voss, M. W., Prakash, R. S., Basak, C., Szabo, A., Chaddock, L., et al. (2011). Trening ćwiczeń zwiększa rozmiar hipokampa i poprawia pamięć. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 108, 3017-3022. doi: 10.1073 / pnas.1015950108

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Erickson, K. I., Weinstein, A. M., and Lopez, O. L. (2012). Aktywność fizyczna, plastyczność mózgu i choroba Alzheimera. Arch. Med. Res. 43, 615-621. doi: 10.1016 / j. arcmed.2012.09.008

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Flöel, A., Ruscheweyh, R., Krüger, K., Willemer, C., Winter, B., Völker, K., et al. (2010). Aktywność fizyczna i funkcje pamięci: czy neurotrofiny i objętość mózgowej istoty szarej są brakującym ogniwem? Neuroimage 49, 2756-2763. doi: 10.1016 / j.neuroimage.2009.10.043

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Freret, T., Gaudreau, P., Schumann-Bard, P., Billard, J. M., and Popa-Wagner, A. (2015). Mechanizmy leżące u podstaw neuroprotekcyjnego działania rezerwy mózgu na depresję późną. J. Neural. Transm. (Wiedeń) 122, S55-S61. doi: 10.1007 / s00702-013-1154-2

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Gregory, S. M., Parker, B., and Thompson, P. D. (2012). Aktywność fizyczna, funkcje poznawcze i zdrowie mózgu: jaka jest rola treningu wysiłkowego w zapobieganiu demencji? Brain Sci. 2, 684–708. doi: 10.3390/brainsci2040684

PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar

Hänggi, J., Koeneke, S., Bezzola, L., and Jäncke, L. (2010). Neuroplastyczność strukturalna w sieci sensorimotorycznej profesjonalnych tancerek baletowych. Hum. MAPP Mózgu. 31, 1196–1206. doi: 10.1002 / hbm.20928

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Helmstaedter, C., and Durwen, H. F. (1990). Werbalny test uczenia się i retencji. Przydatne i zróżnicowane narzędzie do oceny wydajności pamięci werbalnej. Schweiz. Arch. Neurol. Psychiatr. (1985) 141, 21–30.

PubMed Abstract | Google Scholar

Huang, E. J., and Reichardt, L. F. (2001). Neurotrofiny: role w rozwoju i funkcji neuronów. Annu. Ks. Neurosci. 24, 677–736. doi: 10.1146 / annurev.neuro.24.1.677

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Hüfner, K., Binetti, C., Hamilton, D. A., Stephan, T., Flanagin, V. L., Linn, J., et al. (2011). Plastyczność strukturalna i funkcjonalna formacji hipokampa u profesjonalnych tancerzy i slacklinerów. Hippocampus 21, 855-865. doi: 10.1002 / hipo.20801

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Karvonen, M. J., Kentala, E., and Mustala, O. (1957). Wpływ treningu na tętno: badanie podłużne. Ann. Med. Exp. Biol. Fenn. 35, 307–315.

PubMed Streszczenie/Google Scholar

Kattenstroth, J. C., Kalisch, T., Holt, S., Tegethoff, M., and Dinse, H. R. (2013). Sześć miesięcy interwencji tanecznej poprawia sprawność posturalną, czuciowo-ruchową i poznawczą u osób starszych bez wpływu na funkcje sercowo-oddechowe. Przód. Starzenie Się Neurosci. 5:5. doi: 10.3389 / fnagi.2013.00005

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Kattenstroth, J. C., Kolankowska, I., Kalisch, T., and Dinse, H. R. (2010). Doskonała sprawność sensoryczna, motoryczna i poznawcza u osób starszych z wieloletnimi zajęciami tanecznymi. Przód. Starzenie Się Neurosci. 2:31. doi: 10.3389 / fnagi.2010.00031

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Kempermann, G., Kuhn, H. G., and Gage, F. H. (1997). Więcej neuronów hipokampa u dorosłych myszy żyjących w wzbogaconym środowisku. Natura. 386, 493–495. DOI: 10.1038/386493a0

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst/Google Scholar

Kirk-Sanchez, N. J., and McGough, E. L. (2014). Ćwiczenia fizyczne i sprawność poznawcza u osób starszych: aktualne perspektywy. Clin. Interv. Starzejąca się 9, 51-62. doi: 10.2147 / CIA.S39506

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Lessmann, V., and Brigadski, T. (2009). Mechanizmy, lokalizacje i kinetyka synaptycznego wydzielania BDNF: aktualizacja. Neurosci. Res. 65, 11-22. doi: 10.1016 / j.neures.2009.06.004

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Maass, A., Düzel, S., Goerke, M., Becke, A., Sobieray, U., Neumann, K., et al. (2015). Relationship between peripheral IGF-1, VEGF and BDNF levels and exercise-related changes in memory, hippocampal perfusion and volumes in older adults. Neuroimage 131, 142–154. doi: 10.1016/j.neuroimage.2015.10.084

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Mattson, M. P. (2008). Glutamate and neurotrophic factors in neuronal plasticity and disease. Ann. N Y Acad. Sci. 1144, 97–112. doi: 10.1196/annals.1418.005

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Müller, P., Rehfeld, K., Lüders, A., Schmicker, M., Hökelmann, A., Kaufmann, J., et al. (2016). Ma wpływ na szary rdzeń zdrowych osób starszych, ćwicząc taniec i ćwiczenia sportowe dla zdrowia. Sportwiss. 46, 213-222. doi: 10.1007 / s12662-016-0411-6

Pełny tekst krzyżówki/Google Scholar

Niemann, S., Godde, B. I Voelker-Rehage, S. (2014). Not only cardiovascular, but also coordinative exercise increases hippocampal volume in older adults. Front. Aging Neurosci. 6:170. doi: 10.3389/fnagi.2014.00170

PubMed Streszczenie | Pełny tekst krzyżówki/Naukowiec Google

Oswald, UD, Gunzelmann, T., Rupprecht, R., and Hagen, B. (2006). Zróżnicowane efekty pojedynczego a połączonego treningu poznawczego i fizycznego ze starszymi osobami dorosłymi: badanie SimA w perspektywie 5-letniej. Eur. J. Starzejewski 3, 179-192. doi: 10.1007 / s10433-006-0035-z

CrossRef Full Text / Google Scholar

Pantel, J., Kratz, B., Essig, M., and Schröde, J. (2003). Deficyty objętości Parahippocampal u osób z towarzyszącym starzeniu spadkiem poznawczym. Am. J. Psychiatria 160, 379-382. doi: 10.1176 / appiajp.160.2.379

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Park, H., and Poo, M. M. (2013). Neurotrofina Regulacja rozwoju i funkcji układu nerwowego. Nat. Ks. Neurosci. 14, 7–23. doi: 10.1038/nrn3379

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Rehfeld, K., Hökelmann, A., Kaufmann, J., and Müller, N. G. (2016). „Effects of a dance vs. a fitness training on brain plasticity, balance performance and attention in healthy seniores: a new approach with SPM 12 for pairwise longitudinal group comparison,” in Proceeding-International Conference of Sports and Neuroscience (Magdeburg), 127-138.

Satz, P., Cole, M. A., Hardy, D. J., and Rassovsky, Y. (2011). Mózg i rezerwa poznawcza: mediator (s) i konstrukt ważności, krytyka. J. Clin. Exp. Neuropsychol. 33, 121–130. doi: 10.1080/13803395.2010.493151

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst/Google Scholar

Schega, L., Peter, B., Brigadski, T., Leßmann, V., Isermann, B., Hamacher, D., et al. (2016). Wpływ przerywanego niedotlenienia normobarycznego na wydolność tlenową i funkcje poznawcze u osób starszych. J. Sci. Med. Sport 19, 941-945. doi: 10.1016 / j.jsams.2016.02.012

PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar

Taube, W. (2008). Adaptacje neurofizjologiczne w odpowiedzi na trening równowagi. Dtsch. Z. Sportmed. 63, 273–277. doi: 10.5960 / dzsm.2012.030

CrossRef Pełny tekst / Google Scholar

Taubert, M., Draganski, B., Anwander, A., Müller, K., Horstmann, A., Villringer, A., et al. (2010). Dynamiczne właściwości struktury mózgu człowieka: uczenie się zmian związanych z obszarami korowymi i powiązanymi połączeniami światłowodowymi. J. Neurosci. 30, 11670–11677. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.2567-10.2010

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Thomas, A. G., Dennis, A., Bandettini, P. A., and Johansen-Berg, H. (2012). Wpływ aktywności tlenowej na strukturę mózgu. Przód. Psychol. 3:86. doi: 10.3389 / fpsyg.2012.00086

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Tisserand, D. J., Pruessner, J. C., Sanz Arigita, E. J., van Boxtel, M. P., Evans, A. C., Jolles, J., et al. (2002). Regionalne objętości kory czołowej zmniejszają się w różnym stopniu w procesie starzenia: badanie MRI w celu porównania metod objętościowych i morfometrii opartej na wokselach. Neuroimage 17, 657-669. doi: 10.1016/s1053-8119(02)91173-0

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst/Google Scholar

van Praag, H., Shubert, T., Zhao, C., and Gage, F. H. (2005). Ćwiczenia zwiększają uczenie się i neurogenezę hipokampa u starszych myszy. J. Neurosci. 25, 8680–8685. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1731-05.2005

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Verghese, J., Lipton, R. B., Katz, M. J., Hall, C. B., Dervy, C. A., Kuslansky, G., et al. (2003). Zajęcia rekreacyjne i ryzyko demencji u osób starszych. N. Engl. J. Med. 348, 2508–2516. doi: 10.1056/NEJMoa022252

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst/Google Scholar

Vital, T. M., Stein, A. M., de Melo Coelho, F. G., Arantes, F. J., Teodorov, E., Santos-Galduróz, R. F., et al. (2014). Ćwiczenia fizyczne i czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) u osób starszych: przegląd systematyczny. Arch. Gerontol. Geriatr. 59, 234–239. doi: 10.1016 / j.archger.2014.04.011

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Voelcker-Rehage, C., and Niemann, C. (2013). Strukturalne i funkcjonalne zmiany w mózgu związane z różnymi rodzajami aktywności fizycznej w całym okresie życia. Neurosci. Biobehav. Rev. 37, 2268-2295. doi: 10.1016 / j.neubiorev.2013.01.028

PubMed Streszczenie | CrossRef Pełny tekst | Google Scholar

Zatorre, R. J., Fields, R. D., and Johansen-Berg, H. (2012). Plastyczność w szarości i bieli: neuroobrazowanie zmian w strukturze mózgu podczas uczenia się. Nat. Neurosci. 15, 528–536. doi: 10.1038 / nn.3045

opublikowany streszczenie / Pełny tekst krzyżówki / Naukowiec Google

Zimmermann, P., i fimm, B. (2002). Bateria testowa do sprawdzania uwagi (TAP), Wersja 1.7, podręcznik—Część 1. Suslen: Psytest.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.