Простий тест на силу хвату дозволяє оцінити, наскільки сильна ваша робоча пам'ять

Сила м'язів достовірно пов'язана з когнітивними функціями, проте про її вплив на робочу пам'ять відомо небагато.

Сила хвата знижується в міру старіння когнітивних функцій

Сила хвата є важливим показником когнітивних здібностей, можливо, тому що і те, й інше пов'язане з тими самими нейронними шляхами. М'язова сила та когнітивні функції знижуються з віком. Спочатку м'язова маса зменшується приблизно на 3-8% за десятиліття, починаючи приблизно з 30-60 років, після чого спостерігається різкіше зниження.

Максимальна м'язова сила у віці 40 років у середньому приблизно на 16% нижча, ніж у молодих дорослих. Починаючи з 60 років, різниця становить близько 41%.

У Китаї деменція часто визначається легким когнітивним порушенням, яке зустрічається приблизно у 12 % (60–69 років), 19 % (70–79 років), 24 % (80–89 років) і 33 % (≥90 років). Відповідні показники деменції становлять приблизно 3% (60–69 років), 8% (70–79 років), 14% (80–89 років) та 31% (≥90 років).

Робоча пам'ять відіграє центральну роль виконавчих функціях мозку. Вона зберігає та обробляє інформацію. Як правило, згодом вона зменшується, переломний момент настає у 60 років. Значна втрата робочої пам'яті підвищує ризик деменції.

Префронтальна кора мозку грає вирішальну роль робочої пам'яті. Більш ранні дослідження за участю людей похилого віку показали, що короткострокові фізичні вправи пов'язані з поліпшенням гемодинаміки в цій галузі мозку, що потенційно частково пояснює кореляцію з поліпшенням когнітивних функцій.

Інші дослідження припускають, що сила м'язів також може впливати на когнітивні функції у цій віковій групі. Однак жодне дослідження не було спеціально присвячене вивченню впливу сили м'язів на когнітивні функції вищого порядку порівняно із загальними когнітивними здібностями.

Тестування сили та пам'яті у дорослих старше 80 років

Метою цього дослідження було виявлення взаємозв'язків між м'язовою силою та активацією робочої пам'яті/префронтальної кори головного мозку у людей похилого віку з використанням завдання N-back та функціональної близькоінфрачервоної спектроскопії (fNIRS) відповідно.

У тесті N-back учасникам необхідно швидко і точно визначити, чи збігається число, що відображається в даний момент з числом, показаним на 0, 1 або 2 кроки раніше, тим самим змінюючи навантаження на робочу пам'ять.

fNIRS - це неінвазивний метод, що побічно відображає зміни коркової гемодинаміки. Вимірюючи розсіювання та поглинання інфрачервоного світла природними хромофорами, такими як оксигенований гемоглобін, він збирає біохімічну інформацію, що забезпечує непряму візуалізацію нейронної активації в області, що цікавить. Цей метод заснований на кореляції між активністю мозку та змінами мозкового кровотоку.

У дослідженні взяли участь 192 людей похилого віку, набраних з будинків для людей похилого віку та громадських центрів у Шанхаї та Сучжоу, з яких 164 були включені в остаточний аналіз. Середній вік учасників становив 81,3 роки.

Під час першого візиту оцінювалися їхні загальні когнітивні функції та м'язова сила. Остання вимірювалася за допомогою нормалізованої сили хвата та 30-секундних вправ на прес (що відбивають силу верхньої та нижньої частин тіла відповідно). Під час другого візиту проводилися тест N-back та fNIRS.

Для вивчення кожного з оцінюваних результатів було побудовано чотири ієрархічні регресійні моделі. Модель 0 включала вік, стать та загальну когнітивну працездатність (оцінка за шкалою MoCA). Моделі 1–3 додатково враховували фізичну активність (оцінка за шкалою IPAQ) та кількість років освіти. Додавання нормалізованої сили хвата та/або нормалізованих показників виконання вправ на прес дозволило визначити, чи передбачає м'язова сила незалежно працездатність робочої пам'яті та активацію префронтальної кори головного мозку крім віку та вихідного рівня когнітивних здібностей.

Сила хвата демонструє незалежні когнітивні зв'язки

Нормалізована сила хвата була унікальним чином пов'язана з показниками робочої пам'яті та активацією префронтальної кори головного мозку.

Робоча пам'ять

Зі збільшенням сили хвата час реакції у тесті N-back скоротився.

Вправи на прес показали слабшу кореляцію з робочою пам'яттю. При одночасному включенні обох показників лише сила хвата показала значний зв'язок із робочою пам'яттю. Сила хвата може більш точно відображати ефективність робочої пам'яті, оскільки обидва показники залежать від контролю з боку центральної нервової системи.

Точність прогнозування була найвищою під час виконання завдань пам'ять із високим навантаженням. Для обох показників сили відмінності у поведінкових показниках, як правило, не були значущими на найнижчому етапі виконання завдання, хоча регіональні асоціації між силою хвату та активацією дорсолатеральної префронтальної кори все ще можна було виявити навіть на етапі 0-back.

Дослідники дійшли висновку, що сила хвата може служити потенційним фізіологічним маркером робочої пам'яті та пов'язаної з нею активації префронтальної кори. Зв'язок між вправами на прес і робочою пам'яттю, ймовірно, обумовлений тими ж фізіологічними характеристиками, що й сила хвата.

Активація префронтальної кори

Збільшення сили хвата (але не збільшення сили присідань) також корелювало з вищою активацією префронтальної кори. Проте у відповідях спостерігалася чітка функціональна ієрархія.

Сила хвата найбільше сильно корелювала з активацією префронтальної кори в лівій дорсолатеральній області (всі учасники були правшами), потім у вентролатеральній і, нарешті, фронтополярній областях. Аналогічні, але слабкіші закономірності спостерігалися праворуч.

Дослідники пояснюють це функціональним градієнтом, який відбиває різну ефективність нейроваскулярного зв'язку в префронтальній корі. Зокрема, дорсолатеральна префронтальна кора, яка відповідає за робочу пам'ять, потребує швидких та надійних гемодинамічних реакцій.

М'язова сила може бути пов'язана з ефективнішими гемодинамічних реакцій. Передбачуване підвищення ефективності нейроваскулярного зв'язку при більшій м'язовій силі може пояснити, чому активація цього підрегіону кори головного мозку тісно пов'язана з м'язовою силою. Однак автори зазначають, що велика активація може також відображати компенсаторне залучення, а не просто підвищення ефективності нейронного зв'язку, тому функціональна інтерпретація залишається попередньою.

Модуляція когнітивного навантаження

Когнітивне навантаження впливало на результати. Загалом взаємозв'язки були найбільш вираженими при більш високих навантаженнях. Хоча деякі префронтальні підрегіони, особливо вентролатеральна і фронтополярна області, показали слабкий або нульовий зв'язок на етапі 0-back, дорсолатеральна префронтальна кора все ж таки продемонструвала зв'язок з нормалізованою силою хвата навіть при найнижчому навантаженні.

Це узгоджується з ранніми дослідженнями, що показали нелінійний характер гемодинамічних реакцій. При мінімальному навантаженні церебральна авторегуляція може адекватно задовольняти збільшені метаболічні потреби мозку. У міру збільшення когнітивного навантаження потрібен сильніший нейроваскулярний зв'язок. На цьому етапі у людей з більш високим гемодинамічним резервом, який може бути пов'язаний з більшою м'язовою силою, спостерігатиметься сильніша кореляція між активацією мозку та силою м'язового стискування.

Це підтверджує гіпотезу про двонаправлені шляхи зв'язку між м'язовою силою та станом цереброваскулярної системи, опосередкованих механічними та хімічними сигналами, при цьому вищі когнітивні області, такі як префронтальна кора, особливо чутливі до дефіциту.

Слабка кореляція між результатами виконання вправ на прес та робочою пам'яттю може мати кілька пояснень. По-перше, тест на прес вимагає сили м'язів нижніх кінцівок, а також інших факторів, таких як рівновага, координація та сила волі, які знижують його здатність послідовно відбивати робочу пам'ять.

У цьому дослідженні брали участь переважно люди у віці вісімдесяти років. Низька фізична сила та відсутність варіативності між окремими вимірами також можуть пояснити негативні результати. У майбутніх дослідженнях слід використовувати точніші та чутливіші методи вимірювання.

Обмеження

До обмежень дослідження відносяться потенційні фактори, що впливають на результати, такі як хронічні захворювання, які могли вплинути як на м'язову силу, так і на когнітивні показники. Крім того, відносно неспецифічні методи, що використовуються для визначення областей інтересу у префронтальній корі головного мозку в аналізі fNIRS, знижують впевненість у точній локалізації патернів активації.

У вибірку переважно входили дуже літні люди у віці 80 років, набрані з будинків для людей похилого віку та громадських центрів, що може обмежувати застосовність результатів до молодших або різноманітних груп населення. Нарешті, оскільки дослідження мало поперечний характер, не можна виключити можливість зворотного причинно-наслідкового зв'язку, і причинно-наслідкові зв'язки між м'язовою силою та когнітивними функціями встановити неможливо.

Сила хвата може свідчити про стійкість мозку

Рівень активації префронтальної кори головного мозку у людей похилого віку більш тісно корелює з нормалізованою силою хвата, ніж з нормалізованою силою присідань за 30 секунд. Цей взаємозв'язок демонструє чітку функціональну залежність від різних підрегіонів префронтальної кори і також модулюється складністю завдання.

Це підкреслює, що стандартизована сила хвата може бути ключовим біомаркером, пов'язаним із взаємозв'язком фізичного та психічного здоров'я, що може допомогти у розробці програм силових тренувань, спрямованих на збереження когнітивного здоров'я.