Bygg dina muskler, bygg din hjärna

Kroppen var designad för att skjutas, och när vi trycker på våra kroppar, trycker vi också våra hjärnor. Lärande och minne utvecklades i överensstämmelse med de motoriska funktionerna som gjorde det möjligt för våra förfäder att spåra upp mat. När det gäller våra hjärnor, om vi inte rör oss, finns det inget verkligt behov av att lära sig någonting.

Vid undersökning av träning och uppmärksamhetsbrist (ADHD eller ADD), har vi lärt oss att träning förbättrar lärandet på tre nivåer: Det optimerar ditt tankesätt, genom förbättra vakenhet, uppmärksamhetoch motivation. Det förbereder och uppmuntrar nervceller att binda till varandra, vilket är den cellulära grunden för att lära sig ny information. Och det stimulerar utvecklingen av nya nervceller från stamceller i hippocampus, ett område i hjärnan relaterat till minne och lärande.

Flera progressiva skolor har experimenterat med träning för att ta reda på om träning före klassen ökar barns läsförmåga och hennes prestanda i andra ämnen. Gissa vad? Det gör det.

Vi vet nu att hjärnan är flexibel, eller plast, i parlance av neurovetenskapsmän - mer Play-Doh än porslin. Det är ett anpassningsbart organ som kan formas genom inmatning på ungefär samma sätt som en muskel kan formas genom att lyfta skivstång. Ju mer du använder den, desto starkare och mer flexibel blir den.

Långt ifrån att vara kabelbundet, som forskare en gång föreställde det, ADHD-hjärna återuppbyggs hela tiden. Jag är här för att lära dig hur du kan vara din egen elektriker.

[Ta det utanför! Behandla ADHD med träning]

Övning: Ett läkemedel mot din hjärna?

Det handlar om kommunikation. Hjärnan består av hundra miljarder nervceller av olika slag som pratar med varandra genom hundratals olika kemikalier för att styra våra tankar och handlingar. Varje hjärncell kan få input från hundratusen andra innan de avfyrar sin egen signal. Korsningen mellan cellgrenarna är synapsen, och det är här som gummiet möter vägen. Så det fungerar är att en elektrisk signal skjuter ner axon, den utgående grenen, tills den når synapsen, där en neurotransmitter bär meddelandet över det synaptiska gapet i kemiska form. På andra sidan, vid dendriten eller den mottagande grenen, ansluts neurotransmittern till en receptor - som en nyckel i ett lås - och detta öppnar jonkanaler i cellmembranet för att förvandla signalen till elektricitet.

Cirka 80 procent av signaleringen i hjärnan utförs av två neurotransmittorer som balanserar varandras effekt: Glutamat väcker upp aktiviteten för att påbörja signaleringskaskaden, och gamma-aminobutyric acid (GABA) klämmer fast vid aktivitet. När glutamat levererar en signal mellan två nervceller som inte har talat förut, primes aktiviteten pumpen. Ju oftare anslutningen aktiveras, desto starkare blir attraktionen. Som sagt, neuroner som skjuter ihop tråden ihop. Vilket gör glutamat till en avgörande ingrediens i inlärningen.

Psykiatri fokuserar mer på en grupp neurotransmittorer som fungerar som regulatorer - på signalprocessen och på allt annat hjärnan gör. Dessa är serotonin, noradrenalin och dopamin. Och även om neuronerna som producerar dem endast står för en procent av hjärnans hundra miljarder celler, har dessa neurotransmittorer ett starkt inflytande. De kan instruera en neuron att göra mer glutamat, eller de kan göra neuronet mer effektivt eller ändra känsligheten hos dess receptorer. De kan sänka "bruset" i hjärnan eller omvänt förstärka dessa signaler.

Jag säger till folk att det är som att ta lite Prozac och lite Ritalin eftersom, som läkemedlen, ökar motion dessa neurotransmittorer. Det är en praktisk metafor att få fram poängen, men den djupare förklaringen är att träning balanserar neurotransmittorer - tillsammans med resten av neurokemikalierna i hjärnan.

[Träning och sömn: Bättre hjärnterapier som ditt barn behöver]

Hur hjärnan lär sig och skapar minnen

Så grundläggande som neurotransmittorerna är, det finns en annan klass av mästermolekyler som under de senaste 15 åren dramatiskt har förändrat vår förståelse av anslutningar i hjärnan. Jag talar om en familj av proteiner som kallas "faktorer", varav den mest framträdande är den hjärnhärledda neurotrofiska faktorn (BDNF). Medan neurotransmittorer utför signalering, bygger och underhåller neurotrofiner, såsom BDNF, själva infrastrukturen.

En gång blev det tydligt för forskare att BDNF var närvarande i hippocampus, hjärnområdet relaterade till minne och lärande, satte de sig ut för att testa om det var en nödvändig ingrediens i bearbeta. Lärande kräver att man stärker affiniteten mellan neuroner genom en dynamisk mekanism som kallas långvarig potentiering (LTP). När hjärnan uppmanas att ta in information orsakar efterfrågan naturligtvis aktivitet mellan neuroner. Ju mer aktivitet, desto starkare blir attraktionen och desto lättare är det för signalen att avfyra och göra anslutningen.

Säg att du lär dig ett franskt ord. Första gången du hör det, nervceller rekryterade för en ny krets avfyrar en glutamatsignal mellan varandra. Om du aldrig övar ordet igen, minskar attraktionen mellan de inblandade synapserna och försvagar signalen. Du glömmer.

Upptäckten som förvånade minnesforskare - och fick Columbia University neurovetenskapsmannen Eric Kandel en del av 2000 Nobelpris - är att upprepad aktivering, eller praxis, får synapserna att svälla och bli starkare anslutningar. En neuron är som ett träd som istället för löv har synapser längs sina dendritiska grenar. Så småningom växer nya grenar, vilket ger fler synapser för att ytterligare stelna anslutningarna. Dessa förändringar kallas synaptisk plasticitet, som är där BDNF tar centrum.

Tidigt fann forskare att om de sprutade BDNF på neuroner i en petriskål, grodde cellerna automatiskt ut nya grenar och producerade samma strukturella tillväxt som krävs för att lära sig. Jag kallar BDNF Miracle-Gro för hjärnan. BDNF binder också till receptorer vid synapsen, lossar flödet av joner för att öka spänningen och omedelbart förbättra signalstyrkan. Inuti cellen aktiverar BDNF gener som kräver produktion av mer BDNF, såväl som serotonin och proteiner som bygger upp synapserna. BDNF leder också trafik och ingenjörer vägarna. Sammantaget förbättrar det neuronernas funktion, uppmuntrar deras tillväxt och stärker och skyddar dem mot den naturliga processen för celldöd

Ju mer din kropp övar, desto bättre är dina hjärnfunktioner

Så hur förstärker hjärnan sitt utbud av BDNF? Övning. 1995 forskade jag för min bok, En användarhandbok för hjärnan, när jag stötte på en artikel på en sida i tidskriften Natur om träning och BDNF i möss. Det fanns knappt mer än en kolumn med text, men det sa allt. Enligt studiens författare, Carl Cotman, chef för Institutet för hjärnåldring och demens vid University of California-Irvine verkade motion öka Miracle-Gro, eller BDNF, genom hela hjärnan.

Genom att visa att övningen gnistor mastermolekylen i inlärningsprocessen, spikade Cotman ner en biologisk koppling mellan rörelse och kognitiv funktion. Han inrättade ett experiment för att mäta nivåerna av BDNF i hjärnan hos möss som fungerar.

Till skillnad från människor verkar gnagare njuta av fysisk aktivitet och Cotmans möss sprang flera kilometer per natt. När deras hjärnor injicerades med en molekyl som binder till BDNF och skannades gjorde inte bara körgnagare visar en ökning av BDNF över kontrollerna, men ju längre varje mus sprang, desto högre nivåer var.

När berättelserna om BDNF och träning utvecklades tillsammans blev det tydligt att molekylen inte var viktig bara för att överleva neuroner men också för deras tillväxt (spira nya grenar) och därmed för inlärning. Cotman visade det träning hjälper hjärnan att lära sig.

"En av de framträdande funktionerna i träning, som ibland inte uppskattas i studier, är en förbättring av lärandegraden, och jag tycker att det är ett coolt hemtrevligt meddelande," säger Cotman. "Eftersom det tyder på att om du är i god form kan du kunna lära dig och fungera mer effektivt."

I en studie från 2007 fann tyska forskare faktiskt att folk lär sig ordförråd 20 procent snabbare efter träning än de gjorde innan träning, och att lärandegraden korrelerade direkt med nivåer av BDNF. Tillsammans med det är det mer sannolikt att personer med en genvariation som berövar dem tillräckliga BDNF-nivåer har inlärningsbrister. Utan den så kallade Miracle-Gro stänger hjärnan sig för världen.

Vilket inte säger att det går att göra ett geni. "Du kan inte bara injicera BDNF och vara smartare", påpekar Cotman. ”Med lärande måste du svara på något på ett annat sätt. Men något måste vara där. ” Och utan tvekan, vad det här är viktigt.

Upptäck kraften att ändra din hjärna

Forskare hela vägen tillbaka till Ramón y Cajal - som vann Nobelpriset 1906 för att ha föreslagit att det centrala nervsystemet bestod av enskilda neuroner som kommunicerar vid vad han kallade ”polariserade korsningar” - har teoretiserat att lärande innebär förändringar vid synapserna. Trots utmärkelserna köpte de flesta forskare det inte. Det tog psykolog Donald Hebb att snubbla på det första antalet bevis.

Laboratoriereglerna var lösa under dessa dagar, och tydligen tyckte Hebb att det skulle vara bra om han tog hem några lab-råttor som tillfälliga husdjur för sina barn. Arrangemanget visade sig vara ömsesidigt fördelaktigt: När han återvände råttorna till labbet märkte Hebb att de, jämfört med deras burbundna kamrater, utmärkte sig i lärande test. Den nya upplevelsen av att hanteras och leksakas på något sätt förbättrade deras inlärningsförmåga, vilket Hebb tolkade så att det förändrade deras hjärnor. I sin hyllade lärobok 1949 Organisationen för beteende: en neuropsykologisk teori, han beskrev fenomenet som "användningsberoende plasticitet." Teorin var att synapserna ordnar sig själva under stimulering av lärande.

Hebbs arbete binds till träning eftersom fysisk aktivitet räknas som en ny erfarenhet, åtminstone vad hjärnan beträffar. På 1960-talet formaliserade en grupp psykologer vid Berkeley en experimentell modell som kallas ”miljöberikning” som ett sätt att testa användningsberoende plastisitet. I stället för att ta gnagare hem, utrustade forskarna sina burar med leksaker, hinder, dold mat och springhjul. De grupperade också djuren så att de kunde umgås och leka.

Det var dock inte all fred och kärlek och så småningom blev gnagarnas hjärnor dissekerade. Att leva i en miljö med mer sensoriska och sociala stimuli, labbtesterna visade, förändrade hjärnans struktur och funktion. Råttorna klarade sig bättre med inlärningsuppgifterna, och deras hjärnor vägde mer jämfört med dem som var ensamma inuti bara korgar.

I en seminalstudie, i början av 1970-talet, använde neurovetenskapsmannen William Greenough ett elektronmikroskop för att visa att miljöberikningen fick neuronerna att spira nya dendriter. Förgreningen orsakad av miljöstimulering av lärande, träning och social kontakt fick synapserna att bilda fler förbindelser, och dessa förbindelser hade tjockare myelinhöljer.

Nu vet vi att en sådan tillväxt kräver BDNF. Denna ombyggnad av synapserna har en enorm inverkan på kretsarnas förmåga att bearbeta information, vilket är mycket goda nyheter. Vad det betyder är att du har makt att förändra din hjärna. Allt du behöver göra är att snöra dina löparskor.

Hur man växer och odlar nya neuroner

För den bättre delen av det tjugonde århundradet ansåg den vetenskapliga dogmen att hjärnan var fastkopplad när den väl utvecklats i tonåren - vilket betyder att vi är födda med alla nervceller vi ska skaffa sig. Vi kan bara förlora nervceller när livet fortsätter.

Gissa vad? Neuroner växer tillbaka - av tusentals - genom en process som kallas neurogenes. De delar sig och sprider sig som celler i resten av kroppen. Neuroner föds som tomma skiffer stamceller, och de genomgår en utvecklingsprocess där de behöver hitta något att göra för att överleva. De flesta av dem inte. Det tar ungefär 28 dagar för en ny cell att ansluta till ett nätverk. Om vi ​​inte använder de nyfödda neuronerna förlorar vi dem. Motion spawns neuroner, och miljöberikningen hjälper dessa celler att överleva.

Den första solida länken mellan neurogenes och inlärning kom från Fred Gage, neurovetenskapsman vid Salk Institute, och hans kollega Henriette van Praag. De använde en pool med gnagarstorlek fylld med ogenomskinligt vatten för att dölja en plattform precis under ytan i en kvadrant. Möss gillar inte vatten, så experimentet utformades för att testa hur väl de kom ihåg, från ett tidigare dopp, platsen för plattformen - deras flyktväg. När man jämför inaktiva möss med andra som träffade körhjulet fyra kilometer per natt, visade resultaten att löparna kom ihåg var de skulle hitta säkerhet snabbare. De stillasittande flumrade innan de räknade ut det.

När mössen dissekerades hade de aktiva mössen dubbelt så många nya stamceller i hippocampus som de inaktiva. Gage talar generellt om vad de hittade och säger: ”Det finns ett betydande samband mellan det totala antalet celler och [en mus] förmåga att utföra en komplex uppgift. Och om du blockerar neurogenes kan möss inte komma ihåg information. "

Även om all denna forskning har gjorts i gnagare, kan du se hur det kan relatera till de progressiva skolor som utövar elever innan lektionen börjar: Gymklass ger hjärnan med de rätta verktygen för att lära sig, och stimuleringen i barnklasserna uppmuntrar de nyutvecklade cellerna att ansluta till nätverket, där de blir värdefulla medlemmar i signalering gemenskap. Neuronerna får ett uppdrag. Och det verkar som att celler som skapats under träning är bättre utrustade för att gnista denna process.

Någon för en körning?

[Gratis nedladdning: Din guide till alternativ ADHD-behandling]

John Ratey, M.D., är medlem i ADDitude ADHD Medical Review Panel.

---

Smarta övningar för att förbättra ADHD-hjärnor

• Gör en aerob aktivitet regelbundet - jogga, cykla, spela en sport som involverar sprint eller löpning. Aerob träning höjer neurotransmittorer, skapar nya blodkärl som rör in tillväxtfaktorer och spawns nya celler i hjärnan. En liten men vetenskapligt sund studie från Japan fann att joggning 30 minuter bara två eller tre gånger i veckan i 12 veckor förbättrade verkställande funktionen.

• Gör en skicklighetsaktivitet också - bergsklättring, yoga, karate, Pilates, gymnastik, konståkning. Komplexa aktiviteter stärker och utökar hjärnans nätverk. Ju mer komplexa rörelser, desto mer komplexa synaptiska anslutningar. Bonus: Dessa nya, starkare nätverk rekryteras för att hjälpa dig att tänka och lära dig.

• Ännu bättre, gör en aktivitet som kombinerar aerob aktivitet med en färdighetsaktivitet. Tennis är ett bra exempel - det beskattar både hjärt-kärlsystemet och hjärnan.

• Öva en skicklighetsaktivitet där du är ihopkopplad med en annan person - till exempel att lära dig att tango eller vals eller stänga. Du lär dig en ny rörelse och måste också anpassa dig till din partners rörelser och ställa ytterligare krav på din uppmärksamhet och bedömning. Detta ökar exponentiellt komplexiteten i aktiviteten, som ökar hjärnans infrastruktur. Lägg till den roliga och sociala aspekten av aktiviteten, så aktiverar du hjärnan och musklerna i hela systemet.

---

Utdrag ur Gnista, förbi JOHN J. RATEY, M.D.och Eric Hagerman. Copyright © 2008 av John J. Ratey, M.D. Tryckt ut med tillstånd från Little, Brown och Company, New York, N.Y. Alla rättigheter förbehållna.

Uppdaterad 19 juni 2019