Effetti sperimentali dell'esercizio acuto nell'attenuazione dell'interferenza della memoria: considerazioni sul sesso biologico

per ulteriori informazioni:Ali.ma@wecistanche.com

Lauren Johnson 1, Lindsay Crawford 1, Liye Zou 2 e Paul D. Loprinzi1,*

1 esercizio eMemoriaLaboratorio, Dipartimento di Salute, Scienze Motorie e Management del Tempo Libero,

L'Università del Mississippi, Oxford, MS 38677, USA

2 Shenzhen Key Laboratory of Affective and Social Cognitive Science, College of Psychology and Sociology,

Università di Shenzhen, Shenzhen 518060, Cina

* Correspondence: pdloprin@olemiss.edu; Tel: plus 1-662-915-5561; Fax: plus 1-662-915-5525

Ricevuto: 2 maggio 2019; Accettato: 28 giugno 2019; Pubblicato:2 luglio 2019

Riassunto: Contesto e obiettivi: L'obiettivo di questo esperimento era di valutare gli effetti dell'esercizio acuto sumemoriainterferenza e determinare se questa potenziale relazione è moderata dal sesso. Materiali e metodi: è stato condotto un esperimento controllato randomizzato (N=40), che ha coinvolto giovani maschi adulti (n=20) e femmine (n =20) che hanno completato due visite controbilanciate (esercizio e nessun esercizio ). La visita di esercizio prevedeva un esercizio acuto (15 min), di intensità moderata, di esercizio su tapis roulant, mentre la visita di controllo prevedeva un compito da seduto abbinato nel tempo.Memorial'interferenza, inclusa sia l'interferenza proattiva che l'interferenza retroattiva, ha comportato il completamento di una prova multiplamemoriacompito. Risultati: in un'ANOVA fattoriale con il risultato di essere la lista B, c'era un effetto principale per la condizione （F（1,38）=5.75, P=0.02,n²p=0 .13）, ma non vi è stato alcun effetto principale per il sesso（F（1,38）= 1.39, P=0.24, n²p=0.04） o per l'interazione sesso per condizione （F（1,38）=1.44, P=0.23, n²p=0.04）.

Conclusione∶In conclusione, l'esercizio acuto di intensità moderata è stato efficace nell'attenuare una proattivitàeffetto di interferenza della memoria. Questo effetto non è stato moderato dal sesso biologico.

Parole chiave: cognizione; codifica; apprendimento; memoria; attività fisica

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1. Introduzione

Nel campo della neurofisiologia, la ricerca emergente dimostra che l'esercizio acuto (un singolo periodo di esercizio) può migliorare gli episodi a breve e lungo terminememoriafunzione (richiamo retrospettivo di un evento in un contesto spaziotemporale) [1-3]; abbiamo discusso approfonditamente i dettagli meccanicistici di questo effetto altrove [4-7]. Una nuova linea di indagine, tuttavia, è se l'esercizio acuto può attenuare un effetto di interferenza della memoria.Memorial'interferenza è spesso classificata in interferenza della memoria proattiva e retroattiva. L'interferenza proattiva implica uno stimolo precedente che interferisce con l'acquisizione e la ritenzione degli stimoli successivi. Ad esempio, l'apprendimento di parole dall'elenco A può interferire con il richiamo dell'apprendimento di un secondo elenco (ad esempio, elenco B). L'interferenza retroattiva, tuttavia, comporta uno stimolo successivo che interferisce con il richiamo di stimoli precedentemente codificati. Ad esempio, dopo aver appreso parole dall'elenco A e quindi dall'elenco B, la codifica dell'elenco B potrebbe interferire con il successivo recupero dell'elenco A.

Oltre a valutare gli effetti dell'esercizio acuto su episodicomemoriafunzione, il nostro laboratorio è interessato ad esaminare se l'esercizio acuto può attenuare una funzione cognitiva (vs. procedurale [8])effetto di interferenza della memoria. Al momento in cui scrivo, solo quattro esperimenti pubblicati hanno valutato questa possibilità, che è arrivata dal nostro laboratorio [9-11]. Nel primo esperimento su questo argomento, abbiamo impiegato uno studio tra soggetti a sei gruppi. In questo studio, tre gruppi si sono concentrati su

interferenza proattiva e tre gruppi sull'interferenza retroattiva. All'interno di ciascuno dei tre gruppi di interferenza proattiva, un gruppo si è esercitato e si è anche impegnato in amemoriacompito progettato per indurre un'interferenza proattiva, un altro gruppo è passato attraverso il paradigma dell'interferenza proattiva ma non si è esercitato e, infine, un altro gruppo non si è esercitato e ha completato un compito di memoria senza un protocollo di interferenza proattiva. Un approccio simile a tre gruppi è stato implementato per i tre gruppi di interferenza retroattiva. In questo studio sperimentale a sei gruppi, abbiamo fornito alcune prove suggestive, sebbene deboli, che l'esercizio acuto di intensità moderata può attenuare un effetto di interferenza retroattiva [11]. Nel nostro secondo esperimento, abbiamo impiegato un compito di apprendimento verbale multi-tribale che prevedeva l'apprendimento di due elenchi di parole separati (Elenchi A e B). All'interno di questo studio, abbiamo implementato gruppi che si sono impegnati in un periodo di esercizio di intensità moderata o ad alta intensità poco prima del compito di apprendimento. In questo esperimento tra soggetti, abbiamo fornito prove suggestive, anche se deboli, che l'esercizio acuto, in particolare l'esercizio ad alta intensità, attenuava la proattivitàmemoriainterferenza [9]. Infine, impiegando un disegno all'interno della materia, utilizzando anche un compito di apprendimento multi-tribale, abbiamo fornito alcune prove che suggeriscono che l'esercizio acuto di intensità moderata può attenuare un effetto di interferenza proattiva[10]. Più recentemente, abbiamo implementato un paradigma AB/AC per la valutazionememoriainterferenza e sebbene l'esercizio acuto ad alta intensità sia aumentato episodicomemoriafunzione, l'esercizio acuto non ha attenuato l'interferenza della memoria [12].

Il presente esperimento estende questi quattro esperimenti precedenti valutando in modo specifico se esiste un effetto specifico del sesso dell'esercizio acuto sull'attenuazione di uneffetto di interferenza della memoria. Come abbiamo ampiamente dettagliato altrove[13], un tale effetto è plausibile, poiché esiste un chiaro effetto specifico del sesso sulla funzione di memoria. Cioè, le femmine tendono a superare i maschi in quasi tutti i compiti di memoria, ad eccezione dei compiti di memoria basati sullo spazio [13]. Tuttavia, i maschi possono avere una maggiore risposta neurotropica indotta dall'esercizio che può mediare miglioramenti nella funzione della memoria[13]. Per estendere questa linea di indagine emergente (es. esercizio e interferenza della memoria) e per affrontare questo potenziale effetto specifico del sesso, lo scopo di questo studio era valutare se il potenziale effetto di attenuazione dell'esercizio acuto sull'interferenza della memoria è moderato da fattori biologici sesso. Non avevamo ipotesi specifiche [14] su un potenziale effetto sesso-specifico, dato che il sesso biologico sembra avere un effetto differenziale sumemoriafunzione e la risposta indotta dall'esercizio ai mediatori molecolari della funzione di memoria.

2. Metodi

2.1.Progettazione dello studio

È stato impiegato un intervento controllato randomizzato. Sia i maschi che le femmine hanno completato due visite di laboratorio controbilanciate, con una visita che prevedeva un periodo di 15 minuti di esercizio prima delmemoriacompito. La visita di controllo si è impegnata in un compito da seduto abbinato nel tempo. Ogni visita all'interno del soggetto si è verificata all'incirca alla stessa ora del giorno (± 2 ore) e si è verificata almeno 24 ore dopo la prima visita. Questo studio è stato approvato dal comitato etico dell'Università del Mississippi(#18-123; approvato il 5 giugno 2018). Tutti i partecipanti hanno fornito il consenso scritto prima della partecipazione allo studio.

2.2.Partecipanti

In totale sono stati reclutati 40 partecipanti (20 maschi e 20 femmine). Ciò si basa su un'analisi della potenza che indica che sarebbe necessaria una dimensione del campione di 20 per una potenza sufficiente (d, 0,90; probabilità di errore a due code, 0,05;1- probabilità di errore, 0,80; rapporto di allocazione, 1). Il nostro campione valutato di 40 (n=20 per gruppo) è in linea con (e il doppio delle dimensioni di alcuni studi correlati[10,15]) altri esperimenti correlati [3,{18}}]. Il reclutamento è avvenuto attraverso un approccio di campionamento non probabilistico basato sulla convenienza (annuncio in aula e passaparola). I partecipanti includevano studenti universitari e laureati di età compresa tra i 18 ei 35 anni. Questo documento è un'analisi secondaria di un precedente documento incentrato su prove di apprendimento individuali (ma non proattive o retroattivememoriainterferenza) [18].

Inoltre, e identico ad altri studi [19], i partecipanti sono stati esclusi se:

Autodichiarato come fumatore quotidiano [20,21]. Autodichiarata incinta [22]. Esercitato entro 5 h dal test [23].

Caffeina consumata entro 3 ore dal test [24].

Ha avuto una commozione cerebrale o un trauma cranico negli ultimi 30 giorni [25]. Ha preso marijuana o altre droghe illegali negli ultimi 30 giorni [26].

Were considered a daily alcohol user(>30drinks/month forwomen;and>60bevande/mese per gli uomini)[27].

2.3.Protocollo di esercizio

L'allenamento prevedeva l'esercizio su un tapis roulant per 15 min. I partecipanti si sono allenati a circa il 70% della loro frequenza cardiaca massima stimata (220-età), che corrisponde a un esercizio di intensità moderata[28]. Abbiamo precedentemente dimostrato che questa intensità è sufficiente per aumentarememoriafunzione [1-3,15]. Questa frequenza cardiaca target è stata raggiunta manipolando la velocità/inclinazione durante l'allenamento per rimanere entro 5 battiti al minuto della frequenza cardiaca target,

Immediatamente dopo l'esercizio, i partecipanti si sono riposati in posizione seduta per 5 min. Durante questo periodo di riposo, hanno giocato a un gioco online di Sudoku (descritto di seguito) per prevenire la noia. Dopo questo periodo di riposo, hanno iniziato ilmemoriavalutazione, come di seguito descritto. Abbiamo prove sperimentali che giocare a Sudoku non migliora o miglioramemoriafunzione [29].

2.4.Protocollo di controllo

Per la visita di controllo, e in modo simile ad altri studi [30], i partecipanti hanno completato un Sudoku di livello medio, somministrato online, per 20 minuti.

2.5.Valutazione della memoria

Identico al nostro lavoro sperimentale correlato [3,15,17],memoriaè stato valutato utilizzando il Rey Auditory Verbal Learning Test (RAVLT)[31] standardizzato. I partecipanti hanno ascoltato e ricordato immediatamente una registrazione di un elenco di 15 parole (Elenco A) cinque volte di seguito (Prove 1-5). Ciascun elenco di parole è stato registrato a una velocità di circa 1 parola al secondo. Ai partecipanti è stato poi chiesto di ascoltare e ricordare immediatamente un elenco di 15 nuove parole (Lista B). In seguito, i partecipanti hanno ricordato quante più parole possibile dalla Lista A. Vedere la figura 1 per uno schema di questo protocollo.

Identico al nostro altro lavoro sperimentale sumemoriainterferenza [9,10], performance (numero di parole correttamente ricordate) sulla Lista B è stato il risultato di interesse per proactivememoriainterferenza. Inoltre, abbiamo anche valutato il rendimento dell'elenco di prova1-B (vale a dire, il numero di parole richiamate per la prova1 meno il numero di parole richiamate per l'elenco B) come un'altra metrica dimemoriainterferenza, l'interferenza retroattiva è stata valutata confrontando il richiamo immediato dell'elenco A dopo l'elenco B (ovvero, prova6 dell'elenco A) e il richiamo dello studio 5 per l'elenco A (vale a dire, elenco A studio 6-elenco A studio5). Pertanto, le misure di esito includevano il numero di parole richiamate per la prova 1 (elenco A), la prova 5 (elenco A), la prova 6 (elenco A) e l'elenco B.

2.6. Valutazioni aggiuntive

Sono state inoltre valutate varie valutazioni demografiche (ad es., indice di massa corporea (BMI)) e comportamentali (ad es., attività fisica abituale). Come misura del comportamento abituale dell'attività fisica, i partecipanti hanno completato il questionario sui segni vitali dell'attività fisica per valutare il tempo trascorso alla settimana in attività fisica da moderata a vigorosa (MVPA)[32]. Questo questionario MVPA pone ai partecipanti due domande, vale a dire il numero di giorni alla settimana in cui si impegnano in MVPA e la quantità di tempo al giorno in cui si impegnano in MVPA. In particolare, è stato chiesto loro: "In media, quanti giorni alla settimana fai esercizio da moderato a faticoso" e "In media, quanti minuti fai esercizio a questo livello"? L'impegno settimanale in MVPA è stato calcolato in base al prodotto di queste due risposte (cioè giorni*minuti). Altezza/peso (BMI; kg/m) sono stati misurati per fornire le caratteristiche antropometriche del campione. Infine, prima e al termine delle condizioni di esercizio e di controllo, è stata valutata la frequenza cardiaca (monitor Polar con fascia toracica, modello F1).

Figura 1. Schema delmemoriaprotocollo di valutazione.

2.7. Analisi statistica

Tutte le analisi statistiche sono state calcolate in JASP (v. 0.9.1). A 2 (sesso; maschio contro femmina) × 2 (condizione; esercizio contro controllo) è stato calcolato ANOVA per valutare se il sesso biologico ha moderato i potenziali effetti dell'esercizio acuto sumemoriainterferenza. Sono stati impiegati test post-hoc corretti per Bonferroni quando si sono verificati effetti principali o di interazione. La significatività statistica è stata fissata a un'alfa di 0.05.

3. Risultati

Caratteristiche del partecipante. La tabella 1 mostra le caratteristiche demografiche e comportamentali del campione. I partecipanti, in media, avevano 20,8 (0,9) anni di età. Non ci sono state differenze significative di BMI (P {5}}.98) o di etnia razziale (P=0.11) tra i due sessi. Tuttavia, i maschi (224 min/settimana) erano significativamente (P=0.006) più attivi rispetto alle femmine (107,4 min/settimana di attività fisica da moderata a vigorosa)

Risposte fisiologiche dall'esercizio. La tabella 2 mostra le risposte all'esercizio. La frequenza cardiaca era significativamente (P <{1}}.001) più="" alta="" all'endpoint="" dell'esercizio="" rispetto="" al="" basale="" sia="" per="" i="" maschi="" che="" per="" le="" femmine.="" cioè,="" in="" entrambi="" i="" sessi,="" la="" frequenza="" cardiaca="" è="" aumentata="" di="" circa="" 45="" battiti="" al="" minuto="" dal="" riposo="" alla="" fine="">

ProattiviMemoriaInterferenza. La tabella 3 mostra ilmemoriapunteggi nelle condizioni sperimentali e per sesso. I dati individuali per l'Elenco B sono mostrati nella Figura 2, mentre i dati individuali per i risultati della Prova 1 - Elenco B sono mostrati nella Figura 3.

Tabella 3.Memoriapunteggi nelle condizioni sperimentali per sesso.

In un'ANOVA 2 × 2 con il risultato di List B, c'era un effetto principale per la condizione (F(1,38)=5.75, P=0.02, n2p=0.13), ma non vi è stato alcun effetto principale per il sesso (F(1,38)=1.39, P=0.24, n2p=0.04) e nessuna interazione sesso per condizione (F(1,38)=1.44, P=0.23, n2p=0.04). I test post-hoc hanno indicato una differenza statisticamente significativa corretta da Bonferroni nell'elenco B tra esercizio (6,2 ± 2,0) e condizioni di controllo (5,5 ± 1,9) (t=2.39, P=0.02).

Allo stesso modo, in un'ANOVA 2 × 2 con il risultato di essere Trial 1 - List B, non c'era alcun effetto principale per il sesso (F(1,38)=1.90, P { {7}}.17, n2p=0.05) e nessuna interazione sesso per condizione (F(1,38)=2.26, P=0.14, n2p {{19 }}.06), ma c'era un effetto principale per la condizione (F(1,38)=5.60, P=0.02, n2p=0.12) e questo l'effetto principale non è stato alterato durante il controllo per MVPA (F(1,38)=4.29, P=0.04, n2p=0.11). I test post-hoc hanno indicato una differenza statisticamente significativa corretta da Bonferroni nell'elenco B dello studio 1 - tra esercizio (0,25 ± 1,78) e condizioni di controllo (1,08 ± 1,7) (t=2.32, P {{52 }}.02).

Sebbene non abbiamo osservato un effetto principale per il sesso (F(1,38)=1.90, P=0.17, n2p=0.05) o condizione per interazione sessuale (F (1,38)=2.26, P=0.14, n2p=0.06) per la Prova 1 – Elenco B, in un 2 (maschio, femmina) × 2 (Prova 1 esercizio, controllo Prova 1) ANOVA, si è verificato un effetto principale sul sesso per la Prova 1 (F(1,38)=2.26, P=0.01, n2p=0. 15).

Interferenza memoria retroattiva. La tabella 3 mostra anche i punteggi della memoria retroattiva (Trial 6; Trial 5; e Trial 6 – Trial 5).

In un'ANOVA 2 × 2 con il risultato di Prova 6 – Prova 5, non c'era alcun effetto principale per la condizione (F(1,38)=0.16, P=0.69, n2p {{ 11}}.004), nessun effetto principale per il sesso (F(1,38)=1.43, P=0.23, n2p=0.04) e nessun sesso per interazione della condizione (F(1,38)=0.31, P=0.58, n2p=0.008).

4. Discussione

La motivazione di questo studio era duplice: (1) una ricerca molto limitata ha valutato gli effetti dell'esercizio sumemoriainterferenza e (2) nessuno studio ha valutato se esiste un effetto specifico del sesso di questa potenziale relazione. In quanto tale, lo scopo di questo studio era di valutare gli effetti dell'esercizio acuto sull'attenuazione di amemoriaeffetto di interferenza e se il sesso biologico moderi questa potenziale relazione. Il presente studio fornisce prove sperimentali che l'esercizio acuto, di intensità moderata e di breve durata attenua la proattivitàmemoriainterferenza. Tuttavia, non abbiamo osservato prove che il sesso biologico moderi questo effetto. In linea con altri lavori [13], abbiamo, tuttavia, dimostrato un effetto principale per il sesso per la prova 1, suggerendo un effetto superiore femminile sulla memoria a breve termine.

Per quanto riguarda la nostra associazione osservata dell'esercizio acuto nella riduzione di un effetto di interferenza proattiva, lavori recenti dimostrano che la corteccia prefrontale, che viene attivata tramite l'esercizio acuto [33], svolge un ruolo importante nel ridurre al minimo un effetto di interferenza proattiva tramite la codifica e il recupero meccanismi. Ad esempio, la corteccia prefrontale facilita la separazione del pattern nel giro dentato e, a sua volta, aiuta a ridurre al minimo un effetto di interferenza proattiva [34]. In particolare, il BDNF sembra essere necessario per il consolidamento di memorie separate da pattern nel giro dentato [35]. Dato il brevissimo periodo tra le prove di apprendimento, è probabile che BDNF non abbia svolto alcun ruolo nel consolidamento della memoria nel presente studio. Tuttavia, oltre amemoriaconsolidamento, BDNF può influenzarememoriain altri modi, come facilitare il rilascio di neurotrasmettitori [36], che, in definitiva, può facilitare l'acquisizione delmemoriatraccia.

Nel presente esperimento, abbiamo osservato l'evidenza che l'esercizio acuto attenuava un proattivomemoriaeffetto di interferenza, ma non ha attenuato un effetto di interferenza retroattivo. Tipicamente, si pensa che l'interferenza proattiva sia correlata all'integrità della funzione esecutiva, con processi di controllo esecutivo pensati per ridurre al minimo gli effetti dell'interferenza proattiva [37]. La corteccia prefrontale gioca un ruolo critico nel controllo esecutivo e l'esercizio acuto ha dimostrato di migliorare i processi di controllo esecutivo [38,39]. L'interferenza retroattiva, d'altra parte, può essere più suscettibile all'integrità della traccia di memoria e influenzata dai processi di consolidamento [40]. Forse il nostro periodo di ritardo relativamente breve (cioè la lunghezza necessaria per completare l'elenco B) non è stato abbastanza lungo per consolidare completamente la memoria (elenco A) e, quindi, ha impedito un effetto di attenuazione indotto dall'esercizio dell'interferenza della memoria retroattiva. Sebbene l'esercizio speculativo, forse acuto, abbia avuto un effetto maggiore sull'interferenza proattiva, rispetto all'interferenza retroattiva, attraverso la sua influenza sul controllo esecutivo (attraverso l'inibizione della Lista A) e le influenze legate all'attenzione sumemoriacodifica (in particolare Lista B). Questa è un'area matura per la ricerca futura. In precedenza abbiamo discusso l'importanza della temporalità dell'esercizio sulla funzione della memoria episodica [3,15,17,41,42] e forse gioca anche un ruolo importante nell'interferenza retroattiva. Ad esempio, se l'interferenza retrospettiva è soggetta a processi di consolidamento, se l'esercizio acuto si verifica durante la fase di consolidamento, ciò può aiutare ad attenuare un effetto di interferenza retroattivo. Relativamente, abbiamo recentemente dimostrato che quando l'esercizio si verifica durante la fase di consolidamento, questo aiuta a stabilizzare la funzione della memoria [43].

Questo lavoro ha importanti implicazioni cliniche.Memoriala funzione gioca un ruolo critico nel funzionamento quotidiano. L'interferenza della memoria ha un profondo effetto sull'influenzamemoriaritenzione e, come tale, identificare i fattori che attenuanomemorial'interferenza è uno sforzo utile. Il presente esperimento fornisce prove suggestive che un attacco acuto di esercizio di intensità moderata può aiutare ad attenuare un effetto di interferenza della memoria proattiva. Il lavoro futuro dovrebbe valutare se l'esercizio cronico ha un effetto simile.

5. Conclusioni

In conclusione, i nostri risultati sperimentali forniscono prove suggestive che un attacco acuto di esercizio di intensità moderata può attenuare un proattivoeffetto di interferenza della memoria. Questo effetto non sembra essere guidato dal sesso biologico, nonostante le femmine dimostrino una maggiore a breve terminememoriarispetto ai maschi.

Contributi dell'autore: Gli autori LJ, LC, LZ e PL sono stati coinvolti nel fornire feedback sul manoscritto. L'autore LJ ha raccolto i dati. L'autore PL ha concettualizzato lo studio, analizzato i dati e preparato la bozza originale del manoscritto.

Conflitti di interesse: Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.

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