Вплив переривчастих вправ високої інтенсивності на поліпшення активації мозку у виконанні складних функціональних завдань
DOI:
https://doi.org/10.17309/tmfv.2021.1.05Ключові слова:
HIIE, fNIRS, префронтальна кора, кольоровий тест Stroop, пізнанняАнотація
Кілька досліджень нейровізуалізації вивчали вплив різних типів та комбінації вправ на активацію мозку, пов’язані з когнітивним тестуванням, але жодне з цих досліджень не вивчало роль високоінтенсивних інтермітуючих вправ (HIIE) у зміні активації кори від простих до складних когнітивних завдань.
Метою цього дослідження було з'ясувати, чи відіграє роль HIIE в модуляції виконавчих функцій, пов'язаних з інгібуючим контролем, що виражається змінами в активації префронтальної кори (PFC).
Матеріали і методи. У дослідженні взяли участь 40 здорових дорослих людей віком від 18 до 30 років. Вони були випадковим чином розділені на групу HIIE (n = 20) та контрольну (n = 20) групу. Група HIIE виконувала 4 * 4 хв вправ високої інтенсивності на велоергометрі з 3 хвилинами активного відновлення, тоді як контрольна група не виконувала вправ. Префронтальну гемодинаміку (окси- та дезоксигемоглобін) оцінювали за допомогою функціональної ближньої інфрачервоної спектроскопії (fNIRS) під час кольорового тесту Stroop (CWST) на двох сеансах: перед сеансом та після сеансу (через 1 тиждень після сеансу).
Результати. Результати вказують на значну різницю в показниках CWST, яка співпала зі значною різницею в гемодинаміці PFC між конгруентними та складними невідповідними завданнями у групі HIIE. Під час інконгруентного завдання у відповідь на гострий HIIE спостерігалася більша активація правої лобово-полярної області, лівої вентролатеральної префронтальної кори та лівої лобово-полярної області.
Висновки. HIIE відіграє роль у зміні активації мозку під час більш складного завдання, пов’язаного з втручаннями.
Завантаження
Дані завантаження ще не доступні.
Посилання
Hyodo, K., Dan, I., Suwabe, K., Kyutoku, Y., Yamada, Y., Akahori, M., Byun, K., Kato, M., & Soya, H. (2012). Acute moderate exercise enhances compensatory brain activation in older adults. Neurobiology of Aging, 33(11), 2621-2632.
https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2011.12.022
Chang, Y. K., Labban, J. D., Gapin, J. I., & Etnier, J. L. (2012). The effects of acute exercise on cognitive performance: a meta-analysis. Brain research, 1453, 87-101. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2012.02.068
Bediz, C. S., Oniz, A., Guducu, C., Ural Demirci, E., Ogut, H., Gunay, E., Cetinkaya, C., & Ozgoren, M. (2016). Acute Supramaximal Exercise Increases the Brain Oxygenation in Relation to Cognitive Workload. Frontiers in Human Neuroscience, 10, 174. https://doi.org/10.3389/fnhum.2016.00174
Hashimoto, T., Tsukamoto, H., Takenaka, S., Olesen, N. D., Petersen, L. G., Sørensen, H., Nielsen, H. B., Secher, N. H., & Ogoh, S. (2018). Maintained exercise-enhanced brain executive function related to cerebral lactate metabolism in men. The FASEB Journal, 32(3), 1417-1427. https://doi.org/10.1096/fj.201700381RR
Tsukamoto, H., Suga, T., Takenaka, S., Tanaka, D., Takeuchi, T., Hamaoka, T., Isaka, T., & Hashimoto, T. (2016). Greater impact of acute high-intensity interval exercise on post-exercise executive function compared to moderate-intensity continuous exercise. Physiology and Behavior, 155, 224-230. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2015.12.021
Tsukamoto, H., Takenaka, S., Suga, T., Tanaka, D., Takeuchi, T., Hamaoka, T., Isaka, T., & Hashimoto, T. (2017). Effect of Exercise Intensity and Duration on Postexercise Executive Function. Medicine and Science in Sports and Exercise, 49(4), 774-784. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000001155
Tsujii, T., Komatsu, K., & Sakatani, K. (2013). Acute effects of physical exercise on prefrontal cortex activity in older adults: a functional near-infrared spectroscopy study. In Oxygen transport to tissue XXXIV (pp. 293-298). Springer, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4989-8_41
Yanagisawa, H., Dan, I., Tsuzuki, D., Kato, M., Okamoto, M., Kyutoku, Y., & Soya, H. (2010). Acute moderate exercise elicits increased dorsolateral prefrontal activation and improves cognitive performance with Stroop test. NeuroImage, 50(4), 1702-1710. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2009.12.023
Martinsen, S., Flodin, P., Berrebi, J., Löfgren, M., Bileviciute-Ljungar, I., Mannerkorpi, K., Ingvar, M., Fransson, P., & Kosek, E. (2018). The role of long-term physical exercise on performance and brain activation during the Stroop colour word task in fibromyalgia patients. Clinical Physiology and Functional Imaging, 38(3), 508-516. https://doi.org/10.1111/cpf.12449
Scarpina, F., & Tagini, S. (2017). The stroopcolor and word test. Frontiers in psychology, 8, 557. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2017.00557
Floden, D., Vallesi, A., & Stuss, D. T. (2011). Task context and frontal lobe activation in the Stroop task. Journal of Cognitive Neuroscience, 23(4), 867-879. https://doi.org/10.1162/jocn.2010.21492
Moriguchi, Y., & Hiraki, K. (2013). Prefrontal cortex and executive function in young children: a review of NIRS studies. Frontiers in human neuroscience, 7, 867. https://doi.org/10.3389/fnhum.2013.00867
Byun, K., Hyodo, K., Suwabe, K., Ochi, G., Sakairi, Y., Kato, M., Dan, I., & Soya, H. (2014). Positive effect of acute mild exercise on executive function via arousal-related prefrontal activations: An fNIRS study. NeuroImage, 98, 336-345. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2014.04.067
Dalsgaard, M. K., Ide, K., Cai, Y., Quistorff, B., & Secher, N. H. (2002). The intent to exercise influences the cerebral O2/carbohydrate uptake ratio in humans. The Journal of physiology, 540(2), 681-689.during exercise. Sports Med., 37, 765-782. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2001.013062
Endo, K., Matsukawa, K., Liang, N., Nakatsuka, C., Tsuchimochi, H., Okamura, H., & Hamaoka, T. (2013). Dynamic exercise improves cognitive function in association with increased prefrontal oxygenation. The Journal of Physiological Sciences, 63(4), 287-298. https://doi.org/10.1007/s12576-013-0267-6
Cooper, C. J. (1973). Anatomical and physiological mechanisms of arousal, with special reference to the effects of exercise. Ergonomics, 16(5), 601-609. https://doi.org/10.1080/00140137308924551
Helgerud, J., Høydal, K., Wang, E., Karlsen, T., Berg, P., Bjerkaas, M., & Hoff, J. (2007). Aerobic high-intensity intervals improve V˙ O2max more than moderate training. Medicine and Science in Sports and Exercise, 39(4), 665-671. https://doi.org/10.1249/mss.0b013e3180304570
Kravitz, L. (2014). ACSM information on High Intensity Intermittent Training. Retrieved from https://www.acsm.org/docs/default-source/files-for-resource-library/high-intensity-interval-training.pdf?sfvrsn=b0f72be62
Burn, N., & Niven, A. (2019). Why do they do (h) it? Using self-determination theory to understand why people start and continue to do high-intensity interval training group exercise classes. International Journal of Sport and Exercise Psychology, 17(5), 537-551. https://doi.org/10.1080/1612197X.2017.1421682
Kujach, S., Byun, K., Hyodo, K., Suwabe, K., Fukuie, T., Laskowski, R., Dan, I., & Soya, H. (2018). A transferable high-intensity intermittent exercise improves executive performance in association with dorsolateral prefrontal activation in young adults. NeuroImage, 169, 117-125. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.12.003
Fox, K. C., Nijeboer, S., Solomonova, E., Domhoff, G. W., & Christoff, K. (2013). Dreaming as mind wandering: evidence from functional neuroimaging and first-person content reports. Frontiers in human neuroscience, 7, 412. https://doi.org/10.3389/fnhum.2013.00412
McArdle, W. D., Katch, F. I., & Katch, V. L. (2010). Exercise physiology: nutrition, energy, and human performance. Lippincott Williams & Wilkins
Kalia, V., Vishwanath, K., Knauft, K., Vellen, B. V. D., Luebbe, A., & Williams, A. (2018). Acute Stress Attenuates Cognitive Flexibility in Males Only: An fNIRS Examination. Frontiers in psychology, 9, 2084. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2018.02084
Tak, S., & Ye, J. C. (2014). Statistical analysis of fNIRS data: a comprehensive review. Neuroimage, 85, 72-91. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.06.016
Jahani, S., Fantana, A. L., Harper, D., Ellison, J. M., Boas, D. A., Forester, B. P., & Yücel, M. A. (2017). FNIRS can robustly measure brain activity during memory encoding and retrieval in healthy subjects. Scientific Reports, 7(1), 9533. https://doi.org/10.1038/s41598-017-09868-w
Cope, M., & Delpy, D. T. (1988). System for long-term measurement of cerebral blood and tissue oxygenation on newborn infants by near infra-red transillumination. Medical and Biological Engineering and Computing, 26(3), 289-294. https://doi.org/10.1007/BF02447083
Lambrick, D., Stoner, L., Grigg, R., & Faulkner, J. (2016). Effects of continuous and intermittent exercise on executive function in children aged 8–10 years. Psychophysiology, 53(9), 1335-1342. https://doi.org/10.1111/psyp.12688
Herold, F., Wiegel, P., Scholkmann, F., & Müller, N. (2018). Applications of Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) Neuroimaging in Exercise–Cognition Science: A Systematic, Methodology-Focused Review. Journal of clinical medicine, 7(12), 466. https://doi.org/10.3390/jcm7120466
Seidel, O., Carius, D., Roediger, J., Rumpf, S., & Ragert, P. (2019). Changes in neurovascular coupling during cycling exercise measured by multi-distance fNIRS: a comparison between endurance athletes and physically active controls. Experimental brain research, 237(11), 2957-2972. https://doi.org/10.1007/s00221-019-05646-4
Basso, J. C., & Suzuki, W. A. (2017). The effects of acute exercise on mood, cognition, neurophysiology, and neurochemical pathways: A review. Brain Plasticity, 2(2), 127-152. https://doi.org/10.3233/BPL-160040
Bae, S., & Masaki, H. (2019). Effects of acute aerobic exercise on cognitive flexibility required during task-switching paradigm. Frontiers in human neuroscience, 13, 260. https://doi.org/10.3389/fnhum.2019.00260
Querido, J. S., & Sheel, A. W. (2007). Regulation of cerebral blood flow during exercise. Sports medicine, 37(9), 765-782. https://doi.org/10.2165/00007256-200737090-00002
Pontifex, M. B., Hillman, C. H., & Polich, J. (2009b). Age, physical fitness, and attention: P3a and P3b. Psychophysiology, 46, 379-387. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.2008.00782.x
https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2011.12.022
Chang, Y. K., Labban, J. D., Gapin, J. I., & Etnier, J. L. (2012). The effects of acute exercise on cognitive performance: a meta-analysis. Brain research, 1453, 87-101. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2012.02.068
Bediz, C. S., Oniz, A., Guducu, C., Ural Demirci, E., Ogut, H., Gunay, E., Cetinkaya, C., & Ozgoren, M. (2016). Acute Supramaximal Exercise Increases the Brain Oxygenation in Relation to Cognitive Workload. Frontiers in Human Neuroscience, 10, 174. https://doi.org/10.3389/fnhum.2016.00174
Hashimoto, T., Tsukamoto, H., Takenaka, S., Olesen, N. D., Petersen, L. G., Sørensen, H., Nielsen, H. B., Secher, N. H., & Ogoh, S. (2018). Maintained exercise-enhanced brain executive function related to cerebral lactate metabolism in men. The FASEB Journal, 32(3), 1417-1427. https://doi.org/10.1096/fj.201700381RR
Tsukamoto, H., Suga, T., Takenaka, S., Tanaka, D., Takeuchi, T., Hamaoka, T., Isaka, T., & Hashimoto, T. (2016). Greater impact of acute high-intensity interval exercise on post-exercise executive function compared to moderate-intensity continuous exercise. Physiology and Behavior, 155, 224-230. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2015.12.021
Tsukamoto, H., Takenaka, S., Suga, T., Tanaka, D., Takeuchi, T., Hamaoka, T., Isaka, T., & Hashimoto, T. (2017). Effect of Exercise Intensity and Duration on Postexercise Executive Function. Medicine and Science in Sports and Exercise, 49(4), 774-784. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000001155
Tsujii, T., Komatsu, K., & Sakatani, K. (2013). Acute effects of physical exercise on prefrontal cortex activity in older adults: a functional near-infrared spectroscopy study. In Oxygen transport to tissue XXXIV (pp. 293-298). Springer, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4989-8_41
Yanagisawa, H., Dan, I., Tsuzuki, D., Kato, M., Okamoto, M., Kyutoku, Y., & Soya, H. (2010). Acute moderate exercise elicits increased dorsolateral prefrontal activation and improves cognitive performance with Stroop test. NeuroImage, 50(4), 1702-1710. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2009.12.023
Martinsen, S., Flodin, P., Berrebi, J., Löfgren, M., Bileviciute-Ljungar, I., Mannerkorpi, K., Ingvar, M., Fransson, P., & Kosek, E. (2018). The role of long-term physical exercise on performance and brain activation during the Stroop colour word task in fibromyalgia patients. Clinical Physiology and Functional Imaging, 38(3), 508-516. https://doi.org/10.1111/cpf.12449
Scarpina, F., & Tagini, S. (2017). The stroopcolor and word test. Frontiers in psychology, 8, 557. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2017.00557
Floden, D., Vallesi, A., & Stuss, D. T. (2011). Task context and frontal lobe activation in the Stroop task. Journal of Cognitive Neuroscience, 23(4), 867-879. https://doi.org/10.1162/jocn.2010.21492
Moriguchi, Y., & Hiraki, K. (2013). Prefrontal cortex and executive function in young children: a review of NIRS studies. Frontiers in human neuroscience, 7, 867. https://doi.org/10.3389/fnhum.2013.00867
Byun, K., Hyodo, K., Suwabe, K., Ochi, G., Sakairi, Y., Kato, M., Dan, I., & Soya, H. (2014). Positive effect of acute mild exercise on executive function via arousal-related prefrontal activations: An fNIRS study. NeuroImage, 98, 336-345. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2014.04.067
Dalsgaard, M. K., Ide, K., Cai, Y., Quistorff, B., & Secher, N. H. (2002). The intent to exercise influences the cerebral O2/carbohydrate uptake ratio in humans. The Journal of physiology, 540(2), 681-689.during exercise. Sports Med., 37, 765-782. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2001.013062
Endo, K., Matsukawa, K., Liang, N., Nakatsuka, C., Tsuchimochi, H., Okamura, H., & Hamaoka, T. (2013). Dynamic exercise improves cognitive function in association with increased prefrontal oxygenation. The Journal of Physiological Sciences, 63(4), 287-298. https://doi.org/10.1007/s12576-013-0267-6
Cooper, C. J. (1973). Anatomical and physiological mechanisms of arousal, with special reference to the effects of exercise. Ergonomics, 16(5), 601-609. https://doi.org/10.1080/00140137308924551
Helgerud, J., Høydal, K., Wang, E., Karlsen, T., Berg, P., Bjerkaas, M., & Hoff, J. (2007). Aerobic high-intensity intervals improve V˙ O2max more than moderate training. Medicine and Science in Sports and Exercise, 39(4), 665-671. https://doi.org/10.1249/mss.0b013e3180304570
Kravitz, L. (2014). ACSM information on High Intensity Intermittent Training. Retrieved from https://www.acsm.org/docs/default-source/files-for-resource-library/high-intensity-interval-training.pdf?sfvrsn=b0f72be62
Burn, N., & Niven, A. (2019). Why do they do (h) it? Using self-determination theory to understand why people start and continue to do high-intensity interval training group exercise classes. International Journal of Sport and Exercise Psychology, 17(5), 537-551. https://doi.org/10.1080/1612197X.2017.1421682
Kujach, S., Byun, K., Hyodo, K., Suwabe, K., Fukuie, T., Laskowski, R., Dan, I., & Soya, H. (2018). A transferable high-intensity intermittent exercise improves executive performance in association with dorsolateral prefrontal activation in young adults. NeuroImage, 169, 117-125. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.12.003
Fox, K. C., Nijeboer, S., Solomonova, E., Domhoff, G. W., & Christoff, K. (2013). Dreaming as mind wandering: evidence from functional neuroimaging and first-person content reports. Frontiers in human neuroscience, 7, 412. https://doi.org/10.3389/fnhum.2013.00412
McArdle, W. D., Katch, F. I., & Katch, V. L. (2010). Exercise physiology: nutrition, energy, and human performance. Lippincott Williams & Wilkins
Kalia, V., Vishwanath, K., Knauft, K., Vellen, B. V. D., Luebbe, A., & Williams, A. (2018). Acute Stress Attenuates Cognitive Flexibility in Males Only: An fNIRS Examination. Frontiers in psychology, 9, 2084. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2018.02084
Tak, S., & Ye, J. C. (2014). Statistical analysis of fNIRS data: a comprehensive review. Neuroimage, 85, 72-91. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.06.016
Jahani, S., Fantana, A. L., Harper, D., Ellison, J. M., Boas, D. A., Forester, B. P., & Yücel, M. A. (2017). FNIRS can robustly measure brain activity during memory encoding and retrieval in healthy subjects. Scientific Reports, 7(1), 9533. https://doi.org/10.1038/s41598-017-09868-w
Cope, M., & Delpy, D. T. (1988). System for long-term measurement of cerebral blood and tissue oxygenation on newborn infants by near infra-red transillumination. Medical and Biological Engineering and Computing, 26(3), 289-294. https://doi.org/10.1007/BF02447083
Lambrick, D., Stoner, L., Grigg, R., & Faulkner, J. (2016). Effects of continuous and intermittent exercise on executive function in children aged 8–10 years. Psychophysiology, 53(9), 1335-1342. https://doi.org/10.1111/psyp.12688
Herold, F., Wiegel, P., Scholkmann, F., & Müller, N. (2018). Applications of Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) Neuroimaging in Exercise–Cognition Science: A Systematic, Methodology-Focused Review. Journal of clinical medicine, 7(12), 466. https://doi.org/10.3390/jcm7120466
Seidel, O., Carius, D., Roediger, J., Rumpf, S., & Ragert, P. (2019). Changes in neurovascular coupling during cycling exercise measured by multi-distance fNIRS: a comparison between endurance athletes and physically active controls. Experimental brain research, 237(11), 2957-2972. https://doi.org/10.1007/s00221-019-05646-4
Basso, J. C., & Suzuki, W. A. (2017). The effects of acute exercise on mood, cognition, neurophysiology, and neurochemical pathways: A review. Brain Plasticity, 2(2), 127-152. https://doi.org/10.3233/BPL-160040
Bae, S., & Masaki, H. (2019). Effects of acute aerobic exercise on cognitive flexibility required during task-switching paradigm. Frontiers in human neuroscience, 13, 260. https://doi.org/10.3389/fnhum.2019.00260
Querido, J. S., & Sheel, A. W. (2007). Regulation of cerebral blood flow during exercise. Sports medicine, 37(9), 765-782. https://doi.org/10.2165/00007256-200737090-00002
Pontifex, M. B., Hillman, C. H., & Polich, J. (2009b). Age, physical fitness, and attention: P3a and P3b. Psychophysiology, 46, 379-387. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.2008.00782.x
Downloads
Опубліковано
2021-03-25
Як цитувати
Shenoy, S., Khandekar, P., & Sathe, A. (2021). Вплив переривчастих вправ високої інтенсивності на поліпшення активації мозку у виконанні складних функціональних завдань. Теорія та методика фізичного виховання, 21(1), 36–42. https://doi.org/10.17309/tmfv.2021.1.05
Номер
Розділ
Оригінальні наукові статті
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
