Наконец, факторы роста фибробластов играют ключевую роль в процессе нейрогенеза. Они стимулируют регенерацию и рост тканей в организме, а находясь в мозге, участвуют в процессе долгосрочной потенциации (Ratey, 2008).
В совокупности эти восстанавливающие факторы предотвращают разрушительное воздействие хронического стресса, контролируют уровень гормона стресса кортизола, а также повышают выработку регулирующих нейромедиаторов (серотонина, дофамина и норадреналина), благодаря чему человек сохраняет спокойствие и позитивный настрой и чувствует себя полным энергии. Кроме того, доказано, что физические упражнения стимулируют некоторые генетические процессы, укрепляющие здоровье, долговечность и иммунологические функции мозга. Вызванная физическими упражнениями транскрипция – генетический процесс биосинтеза молекул РНК на соответствующих участках ДНК – помогает обеспечивать свойство нейропластичности головного мозга, включая стимулирование выработки белка BDNF, который способствует улучшению памяти, а также процессу нейрогенеза в гиппокампе.
Когда во время физических упражнений увеличивается циркуляция крови, запасы белка BDNF, скопившиеся возле синапсов, освобождаются. Во время физических упражнений ИФР-1, VEGF и FGF-2 проникают через гематоэнцефалический барьер, через сеть капилляров, а также через слой защитных клеток, предотвращающих, например, проникновение в клетки бактерий. Эти три белка взаимодействуют с BDNF для стимулирования на молекулярном уровне процессов, отвечающих за обучение и запоминание.
Стволовые клетки способны дифференцироваться в нейроны и клетки глии в ходе процесса, который активизируется благодаря физическим упражнениям. Тем не менее одни лишь физические нагрузки не обеспечат поддержку новых нейронов. Как показывают результаты исследований, для этого необходима также интеллектуальная среда. Иными словами, для сохранения функциональности новых нейронов требуется сочетать умственную деятельность с физическими нагрузками. Вероятно, поэтому некоторые профессиональные спортсмены отличаются интеллектом, а некоторые им не блещут.
Доказано, что физические упражнения, особенно при выполнении их в новой, стимулирующей обстановке, способствуют процессу нейрогенеза. Обучение чему-то новому – важное условие, так как развитие новых нейронов происходит в области гиппокампа, отвечающего за функции обучения (памяти). Таким образом, физические упражнения и обучение чему-то новому в совокупности стимулируют нейрогенез. Благодаря физическим упражнениям новые нейроны образуются, а благодаря обучению они выживают. Поэтому наиболее эффективными можно назвать физические упражнения, при которых происходит повышение активности сердечно-сосудистой системы и обучение какому-то новому навыку.
Самых лучших результатов добивается человек, который добровольно и осознанно решает регулярно заниматься спортом. В этом случае он не испытывает стресса, а в его мозге продуцируются тэта-волны, появляющиеся, когда мозг сосредоточен на одном источнике информации. Тэта-ритм не продуцируется, когда человек ест, пьет или автоматически выполняет какие-то действия. Занятия спортом – это не то, что человек выполняет механически, в силу привычки; это осознанное решение. Так как за процесс принятия решений отвечает лобная доля, активация этой области головного мозга – основная часть процесса нейрогенеза. Иными словами, невозможно научиться чему-то новому, если не приложить к этому усилий и не сосредоточить на этом внимание.
Подведем итоги сказанному: существуют убедительные доказательства, что физические упражнения стимулируют процесс обучения. Однако этот эффект проявляется после занятия физическими упражнениями, потому что во время интенсивных упражнений кровь отливает от префронтальной коры, чтобы помочь организму справиться с физической нагрузкой. Так как префронтальная кора – центр исполнительных функций мозга, без ее участия процесс обучения невозможен. После завершения физических упражнений кровь вновь приливает к префронтальной коре, а человек получает повышенную способность к концентрации. Так что, как советовал Джон Рэти, не стоит готовиться к поступлению на юридический факультет, не отрываясь от эллиптического тренажера в спортзале. Для максимального результата начните штудировать учебную литературу после того, как позанимаетесь спортом.
Можно ли включить физические упражнения в школьную программу, чтобы помочь ученикам повысить свои когнитивные навыки? Один из подобных примеров – эксперимент в городе Нейпервилле к западу от Чикаго. Там в школьную образовательную программу включили физическую подготовку, чтобы улучшить академическую успеваемость и социальное поведение школьников. Когда ученики восьмого класса приняли участие в Международном мониторинговом исследовании качества школьного математического и естественно-научного образования TIMSS (в выполнении этого международного теста участвовали 230 тысяч школьников из разных стран мира), они заняли первое место по результатам в секции естественно-научного образования и шестое в секции математики (после Сингапура, Кореи, Тайваня, Гонконга и Японии). Для понимания контекста учтите тот факт, что 50 % школьников из перечисленных азиатских стран обычно занимают верхние строчки международных образовательных рейтингов, в то время как в США этого уровня достигают только 7 % учеников. Таким образом, для США результаты школьников из Нейпервилла были значительно выше средних.
Результаты эксперимента обусловлены многими факторами. Одним из них может быть то, что только в 6 % классов старшей школы в США проводятся уроки физической культуры или занятия в спортзале. Другим фактором может быть то, что американские школьники проводят в среднем пять часов в день перед экраном телевизора, монитора компьютера или мобильного устройства. Положительное влияние физических упражнений на процесс обучения привлекло внимание департаментов образования некоторых штатов. Согласно данным департамента образования Калифорнии, школьники с более высокими показателями уровня физической подготовки также имеют более высокие результаты тестов, кроме того, физические упражнения в целом оказывают положительное влияние на память учеников, концентрацию и поведение в классе.
Физические упражнения можно считать эффективным лекарством, в то время как недостаток физической активности негативно сказывается на состоянии здоровья. Доказательства разнообразного положительного влияния физических упражнений на здоровье собираются уже в течение более чем полувека.
Согласно результатам исследований, физические упражнения снижают риск возникновения воспалительных процессов в организме. Например, в ходе обширного исследования, в котором изучили истории болезней 13 478 человек в возрасте старше 20 лет, выяснилось, что физические упражнения снижают уровень С-реактивного белка (CRP) белка плазмы крови, концентрация которого повышается при воспалении. Была выявлена зависимость: чем больше физическая нагрузка, тем ниже уровень CRP. Только у 8 % людей, активно занимающихся спортом, уровень CRP был повышен, в то время как число людей, не занимающихся спортом, но имеющих повышенный уровень CRP, составило 21 %. Положительный эффект от физической нагрузки на организм проявляется в любом возрасте. Опрос 800 мужчин и женщин в возрасте 70–75 лет показал, что как умеренные, так и интенсивные физические нагрузки коррелируют с низким уровнем CRP.