Влияние видов спорта на когнитивное развитие исполнительных функций подростков

Исполнительные функции (ИФ) организма человека, представляющие собой совокупность когнитивных процессов высшего порядка, отвечают за ингибиторный контроль, рабочую память и когнитивную гибкость, проходят критическую стадию созревания в детстве и подростковом возрасте, способствуя успеваемости, социальной адаптации и укреплению психического здоровья. Хотя физические упражнения в настоящее время широко признаны, как средство улучшения когнитивных функций, но всё большее количество данных свидетельствует о том, что тип двигательной активности имеет значение: виды спорта с открытыми навыками (например, баскетбол, бадминтон), выполняемые в непредсказуемой, заданной внешним темпом среде, требующей быстрой связи восприятия и действия, могут отличаться от видов спорта с закрытыми навыками (например, бег, плавание), выполняемых в самостоятельно выбранном темпе, в стабильных условиях, по своим когнитивным результатам.

Детство и подростковый возраст — это периоды выраженного созревания исполнительных функций (ИФ), в течение которых префронтальная кора и связанные с ней сети очень чувствительны к воздействию окружающей среды. Поэтому выявление изменяемых факторов образа жизни, которые способствуют развитию ИФ, является приоритетной задачей для когнитивной нейронауки и образовательной практики. Клинически важным примером является синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), которым сейчас страдает почти каждый третий ребёнок на планете.

По сравнению с типично развивающимися сверстниками, дети и подростки с СДВГ демонстрируют выраженный дефицит тормозящего контроля и рабочей памяти, связанный с изменённой фронто-стриатальной функцией, что делает эту группу как приоритетной целью для вмешательства, так и информативной моделью для изучения взаимосвязи между физическими упражнениями и исполнительными функциями. Значительное внимание учёных привлекают регулярные физические упражнения. Важно отметить, что когнитивная отдача от упражнений зависит не только от интенсивности и продолжительности, но и от типа задействованных двигательных навыков.

Виды спорта обычно классифицируются по континууму «открытый-закрытый» на основе предсказуемости окружающей действительности. Данная таксономия предоставляет полезную основу для изучения того, как различные двигательные требования соотносятся с когнитивными результатами. В настоящее время существует множество исследований, указывающих на то, что физическая активность благотворно влияет на исполнительные функции детей, однако величина и даже направление этих эффектов варьируются в зависимости от того вида спорта, которым занимается ребёнок.

Разновидность спортивных состязаний с открытыми навыками приводят к большему улучшению исполнительных функций, поскольку они предъявляют постоянные перцептивно-когнитивно-моторные требования. Тогда как другие обнаруживают избирательные преимущества упражнений на развитие закрытых навыков в отношении конкретных субкомпонентов, таких как рабочая память и регуляция симптомов СДВГ.

Поскольку таксономия открытых и закрытых навыков лишь недавно стала предметом внимания в нейробиологии развития когнитивных способностей, приоритет отдавался оригинальным исследованиям, рандомизированным контролируемым исследованиям, систематическим обзорам и метаанализам, опубликованным в научных изданиях за предыдущие 5 лет. Но последние исследования, проводимые с задействованием новейших технологий захвата движения и изучения мозговой активности, с последующим анализом результатов целой сетью серверов современного центра обработки данных, выявили противоречивые результаты, что вызвало активные дебаты в профессиональной среде. Именно это обстоятельство подчёркивает необходимость уточнения когнитивных, нейронных механизмов и зависимости «доза-эффект» при дифференцированном влиянии спортивных упражнений на развивающийся организм.

Как правило, у молодых спортсменов, выполняющих задачи с открытыми навыками, наблюдается превосходство в контроле тормозных функций во время конфликтных задач, что указывает на более эффективную нейронную обработку помех. Упражнения на развитие закрытых навыков могут иметь особую ценность для рабочей памяти. Например, аэробные упражнения с преобладанием закрытых навыков имели наибольшую вероятность быть оптимальными для этого типа когнитивных функций. А тренировки по дзюдо улучшили объём рабочей памяти у детей с СДВГ и усилили контралатеральную активность задержки, что указывает на более эффективные процессы поддержания информации. Однако эта закономерность не является универсальной.

Мультимодальные упражнения, сочетающие в себе как открытые, так и закрытые компоненты, представляются наиболее эффективными для развития когнитивной гибкости. Дети 8–12 лет, занимающиеся командными видами спорта, по результатам комплексного теста на исполнительные функции превосходили спортсменов, занимающихся в собственном темпе и тех, кто вообще ничем не занимается. При этом наиболее выраженные преимущества наблюдались в отношении когнитивной гибкости, что, вероятно, отражает постоянные требования к принятию решений и переключению стратегий в командной игре.

Острая и хроническая физическая нагрузка действуют посредством частично различных механизмов. Однократная 10-минутная игра в бадминтон (открытый уровень) улучшила результаты теста Струпа без увеличения активации префронтальной коры, что указывает на повышение нейронной эффективности, тогда как эквивалентная беговая тренировка (закрытый уровень) не дала такого острого эффекта. Долгосрочные занятия демонстрируют более тонкие закономерности - лёгкая атлетика улучшает семантическую беглость, тогда как гандбол улучшает ингибиторный контроль. Долгосрочные эффекты зависят от соответствия между видом спорта и целевым субкомпонентом исполнительных функций - восемь недель упражнений с открытыми или закрытыми навыками снижали субпороговую депрессию у девочек-подростков, при этом упражнения с закрытыми навыками приводили к более устойчивому улучшению когнитивной гибкости и рабочей памяти.

Данные функциональной ближнеинфракрасной спектроскопии (fNIRS) подтверждают гипотезу нейронной эффективности: хотя активная игра в бадминтон улучшила результаты теста электрофизиологических потенциалов, активация префронтальной коры не отличалась от активации при быстром беге - это подразумевает, что лучшие поведенческие показатели достигались при сопоставимых или меньших нейронных затратах.

На структурном уровне анализ показывает, что участие в организованных спортивных мероприятиях, независимо от их вида, связано с большим объёмом подкоркового серого вещества и целостностью белого вещества, а также с когнитивными преимуществами, при этом не наблюдается чёткого контраста между командными и индивидуальными результатами. На молекулярном уровне физические упражнения действуют через экзеркины — биоактивные молекулы, высвобождающиеся во время физической активности, включая нейротрофический фактор мозга (BDNF) и катепсин «B», которые модулируют синаптическую пластичность и нейрогенез у взрослых.

При сравнении юношей фехтовальщиков (открытый уровень) и пловцов (закрытый), для первых было отмечено повышение уровня катепсина «B» с усилением реакции на острую физическую нагрузку. А вот исходный уровень BDNF не различался между этими группами. Таким образом, преимущества видов спорта с открытыми навыками могут частично объясняться когнитивно сложной нейропластичностью, вызванной нагрузкой, а не только аэробной адаптацией.

У детей с нормальным развитием долгосрочные занятия спортом умеренной интенсивности приводят к значительному улучшению рабочей памяти, благотворно влияя на все три субкомпонента исполнительных функций. При СДВГ оптимальное улучшение тормозного контроля достигается при длительных открытых упражнениях продолжительностью 60 минут за сеанс, дважды в неделю. Наиболее эффективными для рабочей памяти представляются открытые тренировочные программы продолжительностью 6–10 недель, в то время как занятия длительностью 75–120 минут максимизируют прирост когнитивной гибкости. Когнитивные преимущества проявляются при продолжительности сеансов более 30 минут, но могут стабилизироваться, что указывает на нелнейную зависимость доза-эффект.

В видах спорта с открытыми стратегическими навыками (например, баскетбол, футбол) требуют большей тактической гибкости в принятии решений, чем виды спорта с перехватом инициативы (например, бадминтон, большой теннис, пинг-понг), обеспечивая больший выигрыш в ингибиторном контроле. В рамках структуры действий последовательные навыки (например, различные виды боевых искусств, художественная и спортивная гимнастика) превосходят непрерывные навыки по показателям контроля торможения и гибкости разума. А последовательные комбинации занятий, сочетающие стимулирование открытых и закрытых навыков (по очереди) обеспечивают наибольшую общую выгоду от использования спортивных нагрузок для детей с СДВГ.