Gli effetti dell'esercizio acuto ad intervalli ad alta intensità sulle dinamiche temporali della memoria di lavoro e dell'attività di ritardo controlaterale Parte 1

Astratto

La presente indagine ha esaminato gli effetti acuti dell'esercizio ad intervalli ad alta intensità (HIIE) sui cambiamenti temporali negli indici comportamentali e neuroelettrici della memoria di lavoro. Giovani adulti (n = 22) hanno eseguito un compito di rilevamento del cambiamento della memoria di lavoro visiva di dimensioni equiprobabili da 2- a 5-set di punti mentre l'attività di ritardo controlaterale (CDA) e i componenti ERP N2pc sono stati valutati in tre periodi consecutivi ( 40-min, 54-min e 68-min) dopo tre sessioni separate controbilanciate di 9-min di riposo seduto, aerobica HIIE (intervalli su tapis roulant di corsa a intensità moderata e alta /periodi di camminata) e HIIE-aerobico/resistenza (intervalli di riposo e ginnastica ritmica a peso corporeo).

Negli ultimi anni, con il miglioramento del tenore di vita e dell'alfabetizzazione culturale delle persone, sempre più persone hanno iniziato a prestare attenzione all'importanza della salute fisica e dell'esercizio mentale. L'esercizio a intervalli ad alta intensità è una nuova forma di esercizio molto popolare tra le persone. E la ricerca mostra che l’esercizio a intervalli ad alta intensità può non solo migliorare la salute fisica ma anche migliorare la memoria.

L'esercizio a intervalli ad alta intensità si riferisce all'esecuzione di esercizi ad alta intensità in un breve periodo, come uno sprint, salire rapidamente le scale, ecc., e poi fermarsi a riposare prima di eseguire il ciclo successivo di esercizio, che può essere eseguito più volte. Questo tipo di esercizio è in netto contrasto con il tradizionale esercizio aerobico a lungo termine e può aumentare in modo più efficace il livello metabolico del corpo.

Gli studi hanno scoperto che l'esercizio a intervalli ad alta intensità può promuovere la sintesi proteica nei muscoli del corpo umano, aumentare il numero di mitocondri nel corpo e quindi migliorare la capacità metabolica del corpo. Inoltre, l’esercizio intermittente può stimolare l’ippocampo nel cervello e promuovere la generazione e la connessione dei neuroni, migliorando così la memoria.

Per gli adolescenti e gli anziani, i benefici dell’esercizio a intervalli ad alta intensità sono ancora più pronunciati. Gli adolescenti attraversano un periodo critico dello sviluppo fisico e intellettuale. Un adeguato esercizio a intervalli ad alta intensità può aiutarli a rafforzare la forza fisica, costruire una buona postura, migliorare la funzione fisica e la concentrazione, ridurre l'affaticamento e rendere più facile mantenere un atteggiamento felice. Quando gli anziani eseguono esercizi intermittenti ad alta intensità, possono aumentare il consumo calorico, ridurre il contenuto di grassi, accelerare il metabolismo e mantenere una condizione fisica sana. Si può vedere che dobbiamo migliorare la nostra memoria. La Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria perché la Cistanche deserticola è un materiale medicinale tradizionale cinese con molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia della carne macinata deriva dai vari principi attivi che contiene, tra cui acidi, polisaccaridi, flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono favorire la salute del cervello in vari modi.

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I risultati del comportamento hanno rivelato una maggiore4-accuratezza del punto per l'HIIE-aerobico/resistenza rispetto al riposo seduto solo a 40-min, il mantenimento di 5-precisione del punto nel tempo per l'HIIE-aerobico rispetto all'HIIE-aerobico/ resistenza e riposo seduto e maggiore stabilità temporale nelle prestazioni di precisione complessiva (ovvero, correlazione interclasse tra valutazioni temporalmente adiacenti) per entrambe le condizioni HIIE rispetto al riposo seduto. I risultati CDA e N2pc non hanno rivelato alcun cambiamento nell'ampiezza nel tempo e tra HIIE-aerobico, HIIE-aerobico/resistenza e riposo seduto.

Tuttavia, è stata osservata una maggiore stabilità temporale nell'ampiezza della CDA per l'HIIE aerobico rispetto al riposo seduto. Questi risultati suggeriscono che brevi periodi di HIIE possono servire come modalità efficace per miglioramenti e stabilizzazione temporale del comportamento con alcune prove di stabilizzazione degli indici neuroelettrici della capacità di memoria di lavoro. Insieme, questi dati suggeriscono in generale che brevi periodi acuti di esercizio fisico possono facilitare miglioramenti nelle operazioni mentali sottostanti responsabili della stabilità temporale nelle funzioni cognitive e neurocognitive.

PAROLE CHIAVE

Attività di ritardo controlaterale, ERP, esercizio fisico, memoria di lavoro, giovani adulti.

1| INTRODUZIONE

Single bouts of exercise have a positive effect on cognitive function with meta-analyses revealing potential moderators for optimal cognitive performance gains including the time window for cognitive assessment following exercise (11- to 20-min), type (continuous aerobic), intensity (light-to-moderate), and duration of exercise (>20-min) (Chang et al., 2012; Etnier et al., 1997; Lambourne e Tomporowski, 2010; Ludyga et al., 2016; McMorris e Hale, 2012; Verburgh et al., 2014).

Tuttavia, questi dati sono complicati da prove recenti che rivelano miglioramenti cognitivi simili dopo brevi periodi (9-min) di esercizi ad intervalli ad alta intensità (HIIE; Kao et al., 2017; Moreau& Chou, 2019), con ulteriori prove che rivelano miglioramenti della memoria 24-ora dopo la cessazione dell'esercizio fisico (Sng et al., 2018).

Questi recenti risultati suggeriscono che lo stato attuale della letteratura è lungi dall'identificare una relazione dose-risposta per i risultati cognitivi complessivi (Pontifex et al., 2019) ed evidenziano la necessità di esplorare ulteriormente tali moderatori e i loro effetti sulle prestazioni cognitive dopo l'esercizio acuto. pertanto, la presente indagine cerca di chiarire ulteriormente la modalità di esercizio (cioè HIIE) e i tempi della valutazione cognitiva valutando gli effetti di diverse modalità HIIE sulle dinamiche temporali del controllo cognitivo e della funzione cerebrale dopo l'esercizio acuto nei giovani adulti.

1.1|Controllo cognitivo ed ERP

Il controllo cognitivo rappresenta una raccolta di operazioni mentali dirette a un obiettivo che sono responsabili del coordinamento dell'elaborazione dall'alto verso il basso (Botvinick et al., 2001; Norman & Shallice, 1986; Rogers & Monsell, 1995) inclusi processi unificati ma distinti di memoria di lavoro, controllo inibitorio e cognitivo. flessibilità (Miyake et al., 2000). Il controllo cognitivo può essere ulteriormente valutato utilizzando tecniche psicofisiologiche tra cui l'elettroencefalografia (EEG; somma delle fluttuazioni di voltaggio originate dalla fessura postsinaptica misurata sul cuoio capelluto) e i potenziali legati agli eventi (ERP; attività EEG media bloccata nel tempo per eventi ambientali).

Gli ERP forniscono misure in millisecondi delle operazioni mentali che comprendono un evento che potrebbe non essere evidente solo con i risultati comportamentali (Luck, 2014). Metodi ERP efficaci richiedono un gran numero di prove per stabilizzare una componente ERP di interesse (Huffmeijer et al., 2014). Pertanto, le indagini ERP, compresi gli studi sugli esercizi acuti (Hillman et al., 2009; Kamijo et al., 2009; Kao et al., 2017,2018; O'Leary et al., 2011; Pontifex et al., 2013; Scudderet al., 2012) - implementare valutazioni cognitive prolungate di cui viene poi calcolata la media durante l'intervallo di test. Questo metodo "istantaneo" prolungato può essere problematico per le indagini sugli esercizi acuti, dati i risultati contrastanti riguardanti il ​​decorso temporale per il ritorno ai valori di base e le prove che rivelano fluttuazioni nella cognizione con cambiamenti momento per momento nelle risorse mentali per il compito (Haroush et al., 2010 ; Kane et al., 2017).

Pertanto, la media tra più valutazioni prolungate può solo catturare una rappresentazione finita dell’elaborazione cognitiva in corso, limitando forse la nostra comprensione delle fluttuazioni temporali negli indici comportamentali e neurali che sono influenzati dall’esercizio acuto. Pertanto, potrebbe essere vantaggioso valutare più punti temporali su un periodo prolungato nel cervello e il comportamento dopo un esercizio acuto. Questo nuovo approccio può fornire ulteriori informazioni sugli effetti dell’esercizio acuto sulla stabilità delle operazioni mentali nel tempo. Pertanto, la presente indagine ha cercato di utilizzare metodi ERP per valutare le dinamiche temporali del controllo cognitivo, in particolare della memoria di lavoro, e della funzione neurocognitiva seguendo diverse modalità di HIIE acuto.

1.2|Memoria di lavoro, attività di rilevamento del cambiamento e attività di ritardo controlaterale

La memoria di lavoro è un sistema cognitivo sfaccettato che è responsabile di mantenere attive le informazioni al servizio dell'aggiornamento e della manipolazione di tali informazioni (Baddeley & Hitch, 1974; Cowan, 1999; Kane & Engle, 2002). Tendenze recenti hanno cercato di valutare i limiti di capacità delle rappresentazioni mentali attive utilizzando un compito di rilevamento dei cambiamenti della memoria visiva (Luck & Vogel, 2013; Luria et al., 2016).

Questo compito richiede che gli individui ricordino quanti più elementi possibili in una serie occupata (ad esempio, gruppi di singoli quadrati in numero compreso tra 2 e 8 quadrati) e quindi, dopo un breve intervallo di memorizzazione, ricordino se qualche elemento nella serie occupata è cambiato (ad esempio, colore, orientamento). Questo compito consente di misurare le differenze individuali nei limiti di capacità per un numero di elementi conservati nella memoria di lavoro visiva caratterizzata dal livello in cui le prestazioni sul compito non cambiano più con l'aumento della dimensione dell'insieme (asintoto).

È interessante notare che queste misure della capacità di memoria di lavoro sono correlate positivamente con ampie misure della funzione cognitiva e rappresentano un indicatore di differenza individuale unico per l'intelligenza fluida globale, rappresentando il 43% della varianza complessiva sulle misure della batteria cognitiva (Fukuda et al., 2010). Quindi, la capacità della memoria di lavoro ha implicazioni diffuse per l’efficace funzione cognitiva in altri domini.

Per quanto riguarda la presente indagine, la ricerca che utilizza l'attività di rilevamento delle modifiche rivela un'elevata affidabilità test-retest (Dai et al., 2019) anche dopo 1,5 anni tra le sessioni di test (Johnson et al., 2013) con ulteriori prove che dimostrano una variabilità stabile all'interno dei soggetti nelle prestazioni in 30 giorni consecutivi anche quando si è esperti nel compito (Xu et al., 2018). Nel loro insieme, il compito di rilevamento del cambiamento è adatto per la presente indagine per valutare le alterazioni nella stabilità della memoria di lavoro in seguito all'esercizio acuto, data la natura robusta dei modelli di stabilizzazione osservati per questa misura.

Il compito di rilevamento del cambiamento sta guadagnando popolarità nella ricerca di neuroimaging dato che il comportamento risulta nell'attivazione parallela neurale durante il periodo di ritenzione ritardata sia negli studi sui primati a neurone singolo (Miller et al., 1991) che, più recentemente, nelle indagini ERP (Luck & Vogel, 2013). L'attività neurale ERP, identificata come attività di ritardo controlaterale (CDA), è rappresentata come un'onda lenta negativa sui siti degli elettrodi posteriori che sono controlaterali agli elementi ricordati che iniziano ~ 400 ms dopo l'inizio dello stimolo.

Una nuova ricerca ha dimostrato che l'ampiezza del CDA aumenta con un numero crescente di elementi da ricordare fino a quando non vengono raggiunte limitazioni nella capacità (cioè asintoto) con ulteriori prove che dimostrano forti correlazioni positive di maggiore ampiezza con migliori prestazioni nel compito di rilevamento del cambiamento (Vogel et al., 2005; Vogel & Machizawa, 2004). Pertanto, è ampiamente accettato che l'ampiezza CDA rappresenti un indice dei limiti di capacità della memoria di lavoro durante ciascuna prova. Ad oggi, la maggior parte delle indagini ERP che valutano gli effetti acuti dell'esercizio si sono concentrate principalmente sulla componente P3 (associata all'allocazione delle risorse attenzionali e alla tempistica delle richieste cognitive) con risultati che rivelano miglioramenti nel comportamento attentivo e alterazioni nell'ampiezza P3 dopo l'esercizio (Kao et al., 2020).

È interessante notare che le alterazioni nella memoria di lavoro possono essere facilitate dai processi attenzionali responsabili della memoria di lavoro efficace. Sebbene una discussione dettagliata di questo approccio esuli dallo scopo della presente indagine, vale la pena notare che il CDA è preceduto dall'attivazione negativa controlaterale (cioè N2pc). che inizia circa 200 ms dopo l'inizio dello stimolo ed è ampiamente utilizzato come indice di attenzione visuo-spaziale. Dato che la ricerca precedente rivela miglioramenti negli aspetti dell'elaborazione dell'attenzione e dei relativi componenti ERP (P3) dopo l'esercizio acuto, i cambiamenti nell'N2pc in seguito all'HIIE acuto possono influenzare i risultati del CDA.

Pertanto, la presente indagine cerca di estendere i risultati precedenti incorporando un compito che è adatto per generare risposte neuroelettriche strettamente legate alla capacità di memoria di lavoro, studiando anche N2pc per determinare se i processi di attenzione spaziale sono influenzati da HIIE acuto e, a sua volta, eventualmente confondere i risultati della CDA. .

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