Autor: David A. Raichlen, Gene E. Alexander Fuente: Scientific American Why Your Brain Needs Exercise
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En la década de 1990, los investigadores anunciaron una serie de descubrimientos que alterarían un principio fundamental de la neurociencia. Durante décadas, se entendió que el cerebro maduro era incapaz de desarrollar nuevas neuronas. Una vez que un individuo alcanza la edad adulta el cerebro comienza a perder neuronas en lugar de ganarlas.
Pero se estaba acumulando evidencia de que el cerebro adulto podría, de hecho, generar nuevas neuronas.
En un experimento particularmente sorprendente con ratones, los científicos descubrieron que simplemente correr sobre una rueda condujo al nacimiento de nuevas neuronas en el hipocampo, una estructura cerebral asociada con la memoria.
Desde entonces, otros estudios han establecido que el ejercicio también tiene efectos positivos en el cerebro de los humanos, especialmente a medida que envejecemos, y que incluso puede ayudar a reducir el riesgo de enfermedad de Alzheimer y otras afecciones neurodegenerativas. Pero la investigación planteó una pregunta clave: ¿por qué el ejercicio afecta al cerebro?
La actividad física mejora la función de muchos sistemas de órganos en el cuerpo, pero los efectos generalmente están relacionados con un mejor rendimiento deportivo. Por ejemplo, cuando camina o corre, sus músculos demandan más oxígeno y, con el tiempo, su sistema cardiovascular responde aumentando el tamaño del corazón y construyendo nuevos vasos sanguíneos. Los cambios cardiovasculares son principalmente una respuesta a los desafíos físicos del ejercicio, que pueden mejorar la resistencia. Pero, ¿qué desafío provoca una respuesta del cerebro?
Responder esta pregunta requiere que reconsideremos nuestros puntos de vista sobre el ejercicio. Las personas a menudo consideran que caminar y correr son actividades que el cuerpo puede realizar en piloto automático. Pero la investigación llevada a cabo durante la última década indicaría que esta sabiduría popular está equivocada.
El ejercicio parece ser tanto una actividad cognitiva como física.
De hecho, este vínculo entre la actividad física y la salud del cerebro puede remontarse a millones de años hasta el origen de los rasgos distintivos de la humanidad. Si podemos entender mejor por qué y cómo el ejercicio involucra al cerebro, quizás podamos aprovechar las vías fisiológicas relevantes para diseñar rutinas de ejercicio novedosas que impulsen la cognición de las personas a medida que envejecen, trabajo que hemos comenzado a emprender, afirman los autores.
Haciendo flexiones con el cerebro
Para explorar por qué el ejercicio beneficia al cerebro, primero debemos considerar qué aspectos de la estructura cerebral y la cognición parecen responder mejor a él. Cuando los investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, liderados por Fred Gage y Henriette Van Praag, mostraron en la década de 1990 que correr aumentó el nacimiento de nuevas neuronas del hipocampo en ratones, notaron que este proceso parecía estar vinculado a la producción de una proteína llamada factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF).
El BDNF se produce en todo el cuerpo y en el cerebro, y promueve tanto el crecimiento como la supervivencia de las neuronas nacientes.
El grupo de Salk y otros continuaron demostrando que la neurogénesis inducida por el ejercicio está asociada con un mejor rendimiento en tareas relacionadas con la memoria en roedores. Los resultados de estos estudios fueron sorprendentes porque la atrofia del hipocampo está ampliamente relacionada con las dificultades de memoria durante el envejecimiento humano saludable y se produce en mayor medida en personas con enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Los hallazgos en roedores proporcionaron una visión inicial de cómo el ejercicio podría contrarrestar esta disminución.
Después de este trabajo en animales, los investigadores llevaron a cabo una serie de investigaciones que determinaron que en los humanos, al igual que en los roedores, el ejercicio aeróbico conduce a la producción de BDNF y aumenta la estructura, es decir, el tamaño y la conectividad, de las áreas clave del cerebro, incluido el hipocampo. En un ensayo aleatorio realizado en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign por Kirk Erickson y Arthur Kramer, 12 meses de ejercicio aeróbico condujeron a un aumento en los niveles de BDNF, un aumento en el tamaño del hipocampo y mejoras en la memoria en adultos mayores.
Otros investigadores han encontrado asociaciones entre el ejercicio y el hipocampo en una variedad de estudios observacionales. En nuestro propio estudio de más de 7,000 adultos de mediana edad a adultos mayores en el Reino Unido, publicado en 2019 en Brain Imaging and Behavior, demostramos que las personas que dedicaron más tiempo a una actividad física moderada a vigorosa tenían volúmenes de hipocampo más grandes.
Aunque todavía no es posible decir si estos efectos en los humanos están relacionados con la neurogénesis u otras formas de plasticidad cerebral, como el aumento de las conexiones entre las neuronas existentes, los resultados indican claramente que el ejercicio puede beneficiar el hipocampo del cerebro y sus funciones cognitivas.
Los investigadores también han documentado vínculos claros entre el ejercicio aeróbico y los beneficios para otras partes del cerebro, incluida la expansión de la corteza prefrontal. Tal aumento de esta región se ha relacionado con funciones cognitivas ejecutivas más agudas, que involucran aspectos de planificación, toma de decisiones y multitarea, habilidades que, como la memoria, tienden a disminuir con un envejecimiento saludable y se degradan aún más en presencia de Alzheimer. Los científicos sospechan que el aumento de las conexiones entre las neuronas existentes, en lugar del nacimiento de nuevas neuronas, son responsables de los efectos beneficiosos del ejercicio en la corteza prefrontal y otras regiones del cerebro fuera del hipocampo.
Con la creciente evidencia de que el ejercicio aeróbico puede mejorar la salud del cerebro, especialmente en adultos mayores, el siguiente paso fue descubrir exactamente qué desafíos cognitivos plantea la actividad física que desencadenan esta respuesta adaptativa. Comenzamos a pensar que examinar la relación evolutiva entre el cerebro y el cuerpo podría ser un buen lugar para comenzar.
Los homínidos (el grupo que incluye a los humanos modernos y nuestros parientes cercanos y extintos) se separaron del linaje que los llevó a nuestros parientes vivos más cercanos, los chimpancés y los bonobos, entre seis y siete millones de años atrás. En ese tiempo, los homínidos desarrollaron una serie de adaptaciones anatómicas y conductuales que nos distinguen de otros primates. Creemos que dos de estos cambios evolutivos en particular vinculan el ejercicio a la función cerebral de manera que las personas puedan hacer uso de la actualidad.
Primero, nuestros antepasados pasaron de caminar a cuatro patas a caminar erguidos solo con las patas traseras. Esta postura bípeda significa que hay momentos en que nuestros cuerpos se equilibran precariamente sobre un pie en lugar de dos o más extremidades como en otros simios. Para lograr esta tarea, nuestros cerebros deben coordinar una gran cantidad de información y, en el proceso, hacer ajustes a la actividad muscular en todo el cuerpo para mantener nuestro equilibrio. Al coordinar estas acciones, también debemos estar atentos a cualquier obstáculo ambiental. En otras palabras, simplemente porque somos bípedos, nuestros cerebros pueden estar más desafiados cognitivamente que los de nuestros antepasados cuadrúpedos.
Segundo, la forma de vida de los homínidos cambió para incorporar niveles más altos de actividad aeróbica. La evidencia fósil indica que en las primeras etapas de la evolución humana, nuestros antepasados fueron probablemente simios bípedos relativamente sedentarios que comieron principalmente plantas. Sin embargo, hace unos dos millones de años, a medida que los hábitats se secaban bajo un clima frío, al menos un grupo de humanos ancestrales comenzó a alimentarse de una nueva manera, cazando animales y recolectando alimentos vegetales. La caza y la recolección dominaron las estrategias de subsistencia humana durante casi dos millones de años hasta el advenimiento de la agricultura y el pastoreo hace unos 10.000 años. Con Herman Pontzer de la Universidad de Duke y Brian Wood de la Universidad de California, Los Ángeles, hemos demostrado que debido a las largas distancias recorridas en busca de alimento, la caza y la recolección implican mucha más actividad aeróbica que en otros simios.
El aumento de las demandas en el cerebro acompañó este cambio hacia una rutina más activa físicamente. Cuando buscan comida lejos, los cazadores-recolectores deben inspeccionar sus alrededores para asegurarse de saber dónde están. Este tipo de navegación espacial se basa en el hipocampo, la misma región del cerebro que se beneficia del ejercicio y que tiende a atrofiarse a medida que envejecemos. Además, tienen que escanear el paisaje en busca de signos de comida, utilizando información sensorial de sus sistemas visuales y auditivos. Deben recordar dónde han estado antes y cuándo estaban disponibles ciertos tipos de alimentos.
El cerebro utiliza esta información de la memoria a corto y largo plazo, lo que permite a las personas tomar decisiones y planificar sus rutas, tareas cognitivas que son apoyadas por el hipocampo y la corteza prefrontal, entre otras regiones. Los cazadores-recolectores a menudo también se alimentan en grupos, en cuyo caso pueden tener conversaciones mientras sus cerebros mantienen el equilibrio y los mantienen ubicados espacialmente en su entorno. Toda esta multitarea está controlada, en parte, por la corteza prefrontal, que también tiende a disminuir con la edad.
Aunque cualquier animal en busca de alimento debe navegar y descubrir dónde encontrar comida, los cazadores-recolectores deben realizar estas funciones durante las caminatas rápidas que pueden extenderse por más de 20 kilómetros. A altas velocidades, la multitarea se vuelve aún más difícil y requiere un procesamiento de información más rápido.
Desde una perspectiva evolutiva, tendría sentido tener un cerebro listo para responder a una serie de desafíos durante y después de la búsqueda de alimentos para maximizar las posibilidades de éxito en esa tarea. Pero los recursos fisiológicos necesarios para construir y mantener dicho cerebro, incluidos los que apoyan el nacimiento y la supervivencia de nuevas neuronas, le cuestan energía al cuerpo, lo que significa que si no usamos regularmente este sistema, es probable que perdamos estos beneficios.
| Esta perspectiva evolutiva de la neurociencia sobre el ejercicio y el cerebro tiene profundas implicaciones para los humanos de hoy. En nuestra sociedad moderna, no necesitamos participar en actividades físicas aeróbicas para encontrar comida para sobrevivir. La atrofia cerebral y los declives cognitivos concomitantes que ocurren comúnmente durante el envejecimiento pueden estar en parte relacionados con nuestros hábitos sedentarios. |
Pero simplemente hacer más ejercicio puede no dar cuenta del potencial total de la actividad física para mantener a raya el deterioro cerebral. De hecho, nuestro modelo sugiere que incluso las personas que ya realizan mucha actividad aeróbica pueden querer repensar sus rutinas. Es posible que no siempre hagamos ejercicio de manera que aprovechemos al máximo nuestros mecanismos evolucionados para mantener el rendimiento cerebral.
Piense en las formas en que muchos de nosotros hacemos nuestro ejercicio aeróbico. A menudo vamos a gimnasios y usamos una máquina de ejercicios estacionaria; la tarea más exigente cognitivamente en un entrenamiento de este tipo podría ser decidir qué canal mirar en la televisión incorporada. Además, estas máquinas eliminan algunas de las exigencias de mantener el equilibrio y ajustar la velocidad, entre muchos otros desafíos cognitivos intrínsecos del movimiento a través de un entorno cambiante.
¿Qué pasa si esta forma de ejercicio nos está fallando?
Nuestros antepasados evolucionaron en un mundo impredecible. ¿Qué pasaría si pudiéramos modificar nuestras rutinas de ejercicio para incluir desafíos cognitivos como los que enfrentan nuestros antepasados cazadores-recolectores?
Si podemos aumentar los efectos del ejercicio al incluir una actividad cognitivamente exigente, entonces quizás podamos aumentar la eficacia de los regímenes de ejercicio destinados a aumentar la cognición durante el envejecimiento e incluso alterar el curso de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.
Moverse y pensar
De hecho, un número creciente de investigaciones sugiere que el ejercicio que estimula cognitivamente puede beneficiar al cerebro más que el ejercicio que no genera tales demandas cognitivas. Por ejemplo, Gerd Kempermann y sus colegas del Centro de Terapias Regenerativas de Dresde en Alemania exploraron esta posibilidad comparando el crecimiento y la supervivencia de nuevas neuronas en el hipocampo del ratón después del ejercicio solo o después del ejercicio combinado con el acceso a un entorno enriquecido cognitivamente. Encontraron un efecto aditivo: el ejercicio solo era bueno para el hipocampo, pero combinar la actividad física con las demandas cognitivas en un entorno estimulante fue aún mejor, lo que condujo a más neuronas nuevas. El uso del cerebro durante y después del ejercicio pareció desencadenar una mayor supervivencia de las neuronas.
Nosotros y otros, afirman los autores, hemos comenzado recientemente a extender estos estudios de animales a humanos, con resultados alentadores. Por ejemplo, los investigadores han estado explorando la combinación de ejercicio y desafíos cognitivos en individuos que experimentan un deterioro cognitivo notable. Cay Anderson-Hanley de Union College en Schenectady, Nueva York, ha probado el ejercicio simultáneo y las intervenciones cognitivas en personas con deterioro cognitivo leve, una condición asociada con un mayor riesgo de Alzheimer.
Ciertamente, se necesita más trabajo en poblaciones como esta antes de que podamos sacar conclusiones firmes, pero los resultados hasta ahora sugieren que las personas que ya están experimentando algún deterioro cognitivo pueden beneficiarse del ejercicio mientras juegan un videojuego mentalmente exigente. En estudios de adultos sanos, Anderson-Hanley y sus colegas también han demostrado que hacer ejercicio y jugar un videojuego cognitivo desafiante al mismo tiempo puede provocar un mayor aumento en el BDNF circulante que el ejercicio solo. Estos hallazgos refuerzan aún más la idea de que el BDNF es fundamental para lograr beneficios cerebrales inducidos por el ejercicio.
Además de las intervenciones especialmente diseñadas, similares a las descritas aquí, es posible que la participación en deportes que requieren combinaciones de tareas cognitivas y aeróbicas sea una forma de activar estos beneficios cerebrales. Por ejemplo, recientemente demostramos que los corredores universitarios de todo el país que se entrenan ampliamente en senderos al aire libre han aumentado la conectividad entre las regiones cerebrales asociadas con las funciones cognitivas ejecutivas en comparación con los adultos jóvenes sanos pero más sedentarios. El trabajo futuro nos ayudará a comprender si estos beneficios también son mayores que los observados en los corredores que entrenan en entornos menos complejos, por ejemplo, en una cinta de correr.
Queda mucho por descubrir. Aunque todavía es demasiado pronto para hacer recetas específicas para combinar ejercicio y tareas cognitivas, podemos decir con certeza que el ejercicio es un jugador clave para preservar la función cerebral a medida que envejecemos.
Las pautas del Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. sugieren que las personas deben realizar ejercicio aeróbico durante al menos 150 minutos a la semana a una intensidad moderada o al menos 75 minutos a la semana a una intensidad vigorosa (o una combinación equivalente de los dos). Cumplir o exceder estas recomendaciones de ejercicio es bueno para el cuerpo y puede mejorar la salud del cerebro.
Los ensayos clínicos nos darán mucho más información sobre la eficacia del ejercicio cognitivamente comprometido: qué tipos de actividades mentales y físicas son las más impactantes, por ejemplo, y la intensidad y duración óptimas del ejercicio para aumentar la cognición. Pero a la luz de la evidencia que tenemos hasta ahora, creemos que con una investigación cuidadosa y continua podemos enfocarnos en las vías fisiológicas que unen el cerebro y el cuerpo y explotar la capacidad adaptativa evolucionada de nuestro cerebro para la plasticidad inducida por el ejercicio durante el envejecimiento. Al final, ejercitar tanto el cuerpo como el cerebro durante el ejercicio puede ayudar a mantener la mente aguda de por vida.
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