Простой тест на силу хвата позволяет оценить, насколько сильна ваша рабочая память
Сила мышц достоверно связана с когнитивными функциями, однако о ее влиянии на рабочую память известно немного.
Сила хвата снижается по мере старения когнитивных функций
Сила хвата является важным показателем когнитивных способностей, возможно, потому что и то, и другое связано с одними и теми же нейронными путями. Мышечная сила и когнитивные функции снижаются с возрастом. Первоначально мышечная масса уменьшается примерно на 3–8% за десятилетие, начиная примерно с 30–60 лет, после чего наблюдается более резкое снижение.
Максимальная мышечная сила в возрасте 40 лет в среднем примерно на 16 % ниже, чем у молодых взрослых. Начиная с 60 лет, разница составляет около 41 %.
В Китае деменция часто определяется по легкому когнитивному нарушению, которое встречается примерно у 12 % (60–69 лет), 19 % (70–79 лет), 24 % (80–89 лет) и 33 % (≥90 лет). Соответствующие показатели деменции составляют примерно 3 % (60–69 лет), 8 % (70–79 лет), 14 % (80–89 лет) и 31 % (≥90 лет).
Рабочая память играет центральную роль в исполнительных функциях мозга. Она хранит и обрабатывает информацию. Как правило, со временем она уменьшается, переломный момент наступает в 60 лет. Значительная потеря рабочей памяти повышает риск развития деменции.
Префронтальная кора головного мозга играет решающую роль в рабочей памяти. Более ранние исследования с участием пожилых людей показали, что краткосрочные физические упражнения связаны с улучшением гемодинамики в этой области мозга, что потенциально частично объясняет корреляцию с улучшением когнитивных функций.
Другие исследования предполагают, что сила мышц также может влиять на когнитивные функции в этой возрастной группе. Однако ни одно исследование не было специально посвящено изучению влияния силы мышц на когнитивные функции высшего порядка в сравнении с общими когнитивными способностями.
Тестирование силы и памяти у взрослых старше 80 лет
Целью настоящего исследования было выявление взаимосвязей между мышечной силой и активацией рабочей памяти/префронтальной коры головного мозга у пожилых людей с использованием задачи N-back и функциональной ближнеинфракрасной спектроскопии ( fNIRS ) соответственно.
В тесте N-back участникам необходимо быстро и точно определить, совпадает ли отображаемое в данный момент число с числом, показанным на 0, 1 или 2 шага ранее, тем самым изменяя нагрузку на рабочую память.
fNIRS — это неинвазивный метод, косвенно отражающий изменения корковой гемодинамики. Измеряя рассеяние и поглощение инфракрасного света природными хромофорами, такими как оксигенированный гемоглобин, он собирает биохимическую информацию, обеспечивающую косвенную визуализацию нейронной активации в интересующей области. Этот метод основан на корреляции между активностью мозга и изменениями мозгового кровотока.
В исследовании приняли участие 192 пожилых человека, набранных из домов престарелых и общественных центров в Шанхае и Сучжоу, из которых 164 были включены в окончательный анализ. Средний возраст участников составил 81,3 года.
Во время первого визита оценивались их общие когнитивные функции и мышечная сила. Последняя измерялась с помощью нормализованной силы хвата и 30-секундных упражнений на пресс (отражающих силу верхней и нижней частей тела соответственно). Во время второго визита проводились тест N-back и fNIRS .
Для изучения каждого из оцениваемых результатов были построены четыре иерархические регрессионные модели. Модель 0 включала возраст, пол и общую когнитивную работоспособность ( оценка по шкале MoCA ). Модели 1–3 дополнительно учитывали физическую активность ( оценка по шкале IPAQ ) и количество лет образования. Добавление нормализованной силы хвата и/или нормализованных показателей выполнения упражнений на пресс позволило определить, предсказывает ли мышечная сила независимо работоспособность рабочей памяти и активацию префронтальной коры головного мозга помимо возраста и исходного уровня когнитивных способностей.
Сила хвата демонстрирует независимые когнитивные связи
Нормализованная сила хвата была уникальным образом связана с показателями рабочей памяти и активацией префронтальной коры головного мозга.
Рабочая память
С увеличением силы хвата время реакции в тесте N-back сократилось.
Упражнения на пресс показали более слабую корреляцию с рабочей памятью. При одновременном включении обоих показателей только сила хвата показала значимую связь с рабочей памятью. Сила хвата может более точно отражать эффективность рабочей памяти, поскольку оба показателя зависят от контроля со стороны центральной нервной системы .
Точность прогнозирования была наиболее высокой при выполнении задач на память с высокой нагрузкой. Для обоих показателей силы различия в поведенческих показателях, как правило, не были значимыми на самом низком этапе выполнения задачи, хотя региональные ассоциации между силой хвата и активацией дорсолатеральной префронтальной коры все еще можно было обнаружить даже на этапе 0-back.
Исследователи пришли к выводу, что сила хвата может служить потенциальным физиологическим маркером рабочей памяти и связанной с ней активации префронтальной коры. Связь между упражнениями на пресс и рабочей памятью, вероятно, обусловлена теми же физиологическими характеристиками, что и сила хвата.
Активация префронтальной коры
Увеличение силы хвата (но не увеличение силы приседаний) также коррелировало с более высокой активацией префронтальной коры. Однако в ответах наблюдалась четкая функциональная иерархия.
Сила хвата наиболее сильно коррелировала с активацией префронтальной коры в левой дорсолатеральной области (все участники были правшами), затем в вентролатеральной и, наконец, фронтополярной областях. Аналогичные, но более слабые закономерности наблюдались и на правой стороне.
Исследователи объясняют это функциональным градиентом, отражающим различную эффективность нейроваскулярной связи в префронтальной коре. В частности, дорсолатеральная префронтальная кора, отвечающая за рабочую память, требует быстрых и надежных гемодинамических реакций.
Мышечная сила может быть связана с более эффективными гемодинамическими реакциями. Предполагаемое повышение эффективности нейроваскулярной связи при большей мышечной силе может объяснить, почему активация этого подрегиона коры головного мозга наиболее тесно связана с мышечной силой. Однако авторы отмечают, что большая активация может также отражать компенсаторное вовлечение, а не просто повышение эффективности нейронной связи, и поэтому функциональная интерпретация остается предварительной.
Модуляция когнитивной нагрузки
Когнитивная нагрузка влияла на результаты. В целом, взаимосвязи были наиболее выраженными при более высоких нагрузках. Хотя некоторые префронтальные подрегионы, особенно вентролатеральная и фронтополярная области, показали слабую или нулевую связь на этапе 0-back, дорсолатеральная префронтальная кора все же продемонстрировала обнаруживаемую связь с нормализованной силой хвата даже при самой низкой нагрузке.
Это согласуется с более ранними исследованиями, показавшими нелинейный характер гемодинамических реакций. При минимальной нагрузке церебральная ауторегуляция может адекватно удовлетворять возросшие метаболические потребности мозга. По мере увеличения когнитивной нагрузки требуется более сильная нейроваскулярная связь. На этом этапе у людей с более высоким гемодинамическим резервом, который может быть связан с большей мышечной силой, будет наблюдаться более сильная корреляция между активацией мозга и силой мышечного сжатия.
Это подтверждает гипотезу о двунаправленных путях связи между мышечной силой и состоянием цереброваскулярной системы, опосредованных механическими и химическими сигналами, при этом высшие когнитивные области, такие как префронтальная кора, особенно чувствительны к дефициту.
Слабая корреляция между результатами выполнения упражнений на пресс и рабочей памятью может иметь несколько объяснений. Во-первых, тест на пресс требует силы мышц нижних конечностей, а также других факторов, таких как равновесие, координация и сила воли, которые снижают его способность последовательно отражать рабочую память.
В данном исследовании участвовали преимущественно люди в возрасте восьмидесяти лет. Низкая физическая сила и отсутствие вариативности между отдельными измерениями также могут объяснить отрицательные результаты. В будущих исследованиях следует использовать более точные и чувствительные методы измерения.
Ограничения
К ограничениям исследования относятся потенциальные факторы, влияющие на результаты, такие как хронические заболевания, которые могли повлиять как на мышечную силу, так и на когнитивные показатели. Кроме того, относительно неспецифичные методы, используемые для определения областей интереса в префронтальной коре головного мозга в анализе fNIRS , снижают уверенность в точной локализации паттернов активации.
В выборку преимущественно входили очень пожилые люди в возрасте 80 лет, набранные из домов престарелых и общественных центров, что может ограничивать применимость результатов к более молодым или более разнообразным группам населения. Наконец, поскольку исследование носило поперечный характер, нельзя исключить возможность обратной причинно-следственной связи, и причинно-следственные связи между мышечной силой и когнитивными функциями установить невозможно.
Сила хвата может свидетельствовать об устойчивости мозга
Уровень активации префронтальной коры головного мозга у пожилых людей более тесно коррелирует с нормализованной силой хвата, чем с нормализованной силой приседаний за 30 секунд. Эта взаимосвязь демонстрирует четкую функциональную зависимость от различных подрегионов префронтальной коры и также модулируется сложностью задачи.
Это подчеркивает, что стандартизированная сила хвата может быть ключевым биомаркером, связанным с взаимосвязью физического и психического здоровья, что может помочь в разработке программ силовых тренировок, направленных на сохранение когнитивного здоровья.