Influence of Physical Loads on Cognitive Functions and Bioelectric Activity of the Brain in Athletes of Various Specializations

N. A. Ovchinnikova; Овчинникова Н. А.; E. V. Medvedeva; Медведева Е. В.; G. S. Ezhova; Ежова Г. С.; S. G. Krivoshchekov; Кривощеков С. Г.; L. V. Kapilevich; Капилевич Л. В.

doi:10.31857/S0131164622600938

Влияние физических нагрузок на когнитивные функции и биоэлектрическую активность головного мозга у спортсменов различных специализаций

Авторы: Овчинникова Н.А.¹, Медведева Е.В.², Ежова Г.С.², Кривощеков С.Г.³, Капилевич Л.В.²^,1
Учреждения:
1. Национальный исследовательский Томский политехнический университет
2. Национальный исследовательский Томский государственный университет
3. ФГБНУ “Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины”
Выпуск: Том 49, № 5 (2023)
Страницы: 61-73
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0131-1646/article/view/139842
DOI: https://doi.org/10.31857/S0131164622600938
EDN: https://elibrary.ru/XOQKAJ
ID: 139842

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методами психофизиологического тестирования и электроэнцефалографии (ЭЭГ) было изучено влияние физических нагрузок на когнитивные функции (в частности, в тесте способности к принятию решений) и биоэлектрическую активность головного мозга (в частности, мощность амплитуды ЭЭГ в β- и ∆-диапазоне) у спортсменов различных специализаций. Показано, что при выполнении психологических тестов до нагрузки спортсмены, занимающиеся циклическими видами нагрузки, демонстрируют результаты лучше, чем тяжелоатлеты – у них выше скорость научения, выше процент правильных ответов, меньше время отклика и большая скорость переключения внимания. Результаты психологических тестов до нагрузки у контрольной группы были ниже, чем у легкоатлетов, но выше, чем у тяжелоатлетов. Предъявляемая однократно физическая нагрузка циклического характера не оказывала влияния на результаты теста Iowa Gambling Task (IGT) у нетренированных волонтеров и у тяжелоатлетов, но способствовала улучшению результатов тестирования у спортсменов, тренирующихся в циклических видах спорта – увеличивались скорость научения и процент правильных ответов. При выполнении когнитивной пробы у спортсменов отмечается усиление мощности спектров ∆ (а у тяжелоатлетов – и θ)-диапазона в большей степени, чем в контроле. В отличие от контрольной группы, физическая нагрузка у спортсменов чаще способствует снижению мощности спектров ЭЭГ, особенно в β- и ∆-диапазонах. Выявленные различия в результатах психофизиологических тестов у спортсменов различных специализаций и нетренированных волонтеров в значительной степени определяются особенностями функциональной активности различных отделов коры, что находит свое отражение в характеристиках паттернов биоэлектрической активности мозга.

Ключевые слова

спортивные тренировки, когнитивные способности, электроэнцефалография.

Список литературы

Овчинникова Н.А., Капилевич Л.В. Аэробные нагрузки как фактор развития когнитивных способностей в подростковом возрасте // Теория и практика физической культуры. 2020. № 11. С. 50.
Perrey S., Besson P. Studying brain activity in sports performance: contributions and issues // Progr. Brain Res. 2018. V. 240. P. 247.
Гультяева В.В., Зинченко М.И., Урюмцев Д.Ю. и др. Физическая нагрузка при лечении депрессии. Часть 1. Физиологические механизмы // Журн. неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2019. Т. 119. № 7. С. 112. Gultyaeva V.V., Zinchenko M.I., Uryumtsev D.Y. et al. [Exercise for depression treatment. Physiological mechanisms] // Zh. Nevrol. Psikhiatr. Im. S.S. Korsakova. 2019. V. 119. № 7. P. 112.
Головин М.С., Балиоз Н.В., Кривощеков С.Г., Айзман Р.И. Изменение ЭЭГ показателей у студентов, занимающихся спортом, после однократной и продолжительной низкочастотной аудиовизуальной стимуляции // Вестник Новосибирского государственного педагогического университета. 2016. Т. 6. № 1. С. 131. Golovin M.S., Balioz N.V., Krivoshchekov S.G., Aizman R.I. [Change of the students’ EEG parameters engaging in athletics, after single and multiple low-frequency audiovisual stimulation] // Novosibirsk State Pedagogical University Bulletin. 2016. V. 6. № 1. P. 131.
Черапкина Л.П., Тристан В.Г. Особенности биоэлектрической активности головного мозга спортсменов // Вестник ЮУрГУ. Образование, здравоохранение, физическая культура. 2011. № 39. С. 27.
Del Percio C., Infarinato F., Marzano N. et al. Reactivity of alpha rhythms to eyes opening is lower in athletes then non- athletes: a high-resolution EEG study // Int. J. Psychophysiol. 2011. V. 82. № 3. P. 240.
Антипова О.С., Харитонова Л.Г. Психофизиологические особенности спортсменов, занимающихся циклическими и ациклическими видами спорта // Физкультурное образование Сибири. 2014. № 1 (31). С. 73.
Michelle W., Weng T.B., Burzynska A.Z. et al. Fitness, but not physical activity, is related to functional integrity of brain networks associated with aging // NeuroImage. 2016. V. 131. P. 113.
Ruscheweyh R., Willemer C., Krüger K. et al. Physical activity and memory functions: An interventional study // Neurobiol. Aging. 2011. V. 32. № 7. P. 1304.
Crick F., Koch C. Are we aware of neural activity in primary visual cortex? // Nature. 1995. V. 375. № 6527. P. 121.
Овчинникова Н.А., Южанин Э.Ф., Медведева Е.В., Капилевич Л.В. Характеристики биоэлектрической активности головного мозга у спортсменов при сочетании когнитивной и физических нагрузок // Человек. Спорт. Медицина. 2021. Т. 21. № 3. С. 64. Ovchinnikova N.A., Yuzanin E.F., Medvedeva E.V., Kapilevich L.V. [Bioelectrical activity of the brain in athletes under cognitive and physical load] // Human. Sport. Medicine. 2021. V. 21. № 3. P. 64.
Кабачкова А.В., Фомченко В.В., Фролова Ю.С. Двигательная активность студенческой молодежи // Вестник Томского государственного университета. 2015. № 392. С. 175. Kabachkova A.V., Fomchenko V.V., Frolova Yu.S. [Students’ physical activity] // Tomsk State University J. 2015. № 392. P. 175.
Furley P., Wood G. Working memory, attentional control, and expertise in sports: a review of current literature and directions for future research // J. Appl. Res. Memory Cogn. 2016. V. 5. P. 415.
Wang C.H., Moreau D., Kao S.C. From the lab to the field: potential applications of dry EEG systems to understand the brain-behavior relationship in sports // Front. Neurosci. 2019. V. 13. P. 893.
Илларионова А.В., Капилевич Л.В. Характеристики биоэлектрической активности головного мозга при тренировке с использованием аппаратов с функцией обратной связи // Человек. Спорт. Медицина. 2019. Т. 19. № S1. С. 7. Illarionova A.V., Kapilevich L.V. [Characteristics of brain bioelectrical activity during feedback training] // Human. Sport. Medicine. 2019. V. 19. № S1. P. 7.
Blazhenetsa G., Kurz A., Frings L. et al. Brain activation patterns during visuomotor adaptation in motor experts and novices: An FDG PET study with unrestricted movements // J. Neurosci. Methods. 2021. V. 350. P. 109061.
Cheron G., Petit G., Cheron J. et al. Brain oscillations in sport: toward EEG biomarkers of performance // Front. Psychol. 2016. V. 7. P. 246.
Капилевич Л.В., Ежова Г.С., Захарова А.Н. и др. Биоэлектрическая активность головного мозга и церебральная гемодинамика у спортсменов при сочетании когнитивной и физической нагрузки // Физиология человека. 2019. Т. 45. № 2. С. 58. Kapilevich L.V., Yezhova G.S., Zakharova A.N. et al. Brain bioelectrical activity and cerebral hemodynamics in athletes under combined cognitive and physical loading // Human Physiology. 2019. V. 45. № 2. P. 164.
Кабачкова А.В., Лалаева Г.С., Захарова А.Н., Капилевич Л.В. Психофизиологические и когнитивные особенности лиц с различным уровнем двигательной активности // Теория и практика физической культуры. 2016. № 12. С. 85. Kabachkova A.V., Lalaeva G.S., Zakharova A.N., Kapilevich L.V. [Psycho-physiological and cognitive abilities rating versus individual motor activity levels] // Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kultury. 2016. № 12. P. 85.
Лалаева Г.С., Захарова А.Н., Кабачкова А.В. и др. Психофизиологические особенности спортсменов циклических и силовых видов спорта // Теория и практика физической культуры. 2015. № 11. С. 73. Kabachkova A.V., Zakharova A.N., Kabachkova A.V. et al. [Psychophysiological features of cyclic and endurance athletes] // Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kultury. 2015. № 11. P. 25.
Lin C.-T., King J.T., John A.R. et al. The Impact of Vigorous Cycling Exercise on Visual Attention: A Study With the BR8 Wireless Dry EEG System // Front. Neurosci. 2021. V. 15. P. 621365.
Wang C.H., Tu K.C. Neural correlates of expert behavior during a domain-specific attentional cueing task in badminton players // J. Sport Exerc. Psychol. 2017. V. 39. № 3. P. 209.
Копылов М.С. Проблемы использования теста PWC170 для контроля физической работоспособности представителей бега на средние дистанции // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. 2012. № 4 (86). С. 68.
Bechara A., Damasio H., Tranel D., Damasio A.R. The Iowa Gambling Task and the somatic marker hypothesis: some questions and answers // Trends Cogn. Sci. 2005. V. 9. № 4. P. 159.
Buelow M.T., Suhr J.A. Construct validity of the Iowa gambling task // Neuropsychol. Rev. 2009. V. 19. № 1. P. 102.
Корнилова Т.В., Чумакова М.А., Корнилов. С.А. Интеллект и успешность стратегий прогнозирования при выполнении Айова-теста (IGT) // Психология. Журн. Высшей школы экономики. 2018. Т. 15. № 1. С. 10.
Jansen P., Paes F., Hoja S., Machado S. Mental Rotation Test Performance in Brazilian and German Adolescents: The Role of Sex, Processing Speed, and Physical Activity in Two Different Cultures // Front. Psychol. 2019. V. 10. P. 945.
Jaeggi S.M., Studer-Luethi B., Buschkuehl M. et al. The relationship between n-back performance and matrix reasoning – implications for training and transfer // Intelligence. 2010. V. 38. № 6. P. 625.
Verbruggen F., Logan G.D. Response Inhibition in the Stop-Signal Paradigm // Trends Cogn. Sci. 2008. V. 12. № 11. P. 418.
Nyhus E., Barceló F. The Wisconsin Card Sorting Test and the cognitive asesment of prefrontal executive functions: A critical update // Brain Cogn. 2009. V. 71. № 3. P. 437.
Seleznov I., Zyma I., Kiyono K. Detrended Fluctuation, Coherence, and Spectral Power Analysis of Activation Rearrangement in EEG Dynamics During Cognitive Workload // Front. Hum. Neurosci. 2019. V. 13. P. 270.
Кабачкова А.В., Лалаева Г.С., Захарова А.Н., Капилевич Л.В. Влияние уровня двигательной активности на пространственное распределение альфа-ритма электроэнцефалограммы // Теория и практика физической культуры. 2016. № 2. С. 83. Kabachkova A.V., Lalaeva G.S., Zakharova A.N., Kapilevich L.V. [EEG alpha rhythm spatial distribution depending on level of motor activity] // Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kultury. 2016. № 2. P. 83.
Bullitt E., Rahman F.N., Smith J.K. et al. The effect of exercise on the cerebral vasculature of healthy aged subjects as visualized by MR angiography // Am. J. Neuroradiol. 2009. V. 30. № 10. P. 1857.
Voss M.W., Vivar C., Kramer A.F., van Praag H. Bridging animal and human models of exercise-induced brain plasticity // Trends. Cogn. Sci. 2013. V. 17. № 10. P. 525.
Pereira A.C., Huddleston D.E., Brickman A.M. et al. An in vivo correlate of exercise-induced neurogenesis in the adult dentate gyrus // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. V. 104. № 13. P. 5638.
Pedersen B.K., Pedersen M., Krabbe K.S. et al. Role of exercise-induced brain-derived neurotrophic factor production in the regulation of energy homeostasis in mammals // Exp. Physiol. 2009. V. 94. № 12. P. 1153.
Tsai S.J. Brain-derived neurotrophic factor: a bridge between major depression and Alzheimer’s disease? // Med. Hypotheses. 2003. V. 61. № 1. P. 110.
Shohayeb B., Diab M., Ahmed M., Ng D.C.H. Factors that influence adult neurogenesis as potential therapy // Transl. Neurodegener. 2018. V. 7. P. 4.
Park J.L., Fairweather M.M., Donaldson D.I. Making the case for mobile cognition: EEG and sports performance // Neurosci. Biobehav. Rev. 2015. V. 52. P. 117.