Die Auswirkungen akuter hochintensiver Intervallübungen auf die zeitliche Dynamik des Arbeitsgedächtnisses und der kontralateralen Verzögerungsaktivität Teil 2

1,3|Auswirkungen hochintensiver Intervallübungen auf Kognition und ERPs

HIIE ist gekennzeichnet durch kurze bis mittelschwere wiederholte Anfälle hochintensiver Aktivität (oberhalb der anaeroben Schwelle), gemischt mit Erholungsphasen geringer Intensität (Westonet al., 2014). HIIE bietet die gleichen physiologischen Gesundheitsvorteile wie herkömmliche kontinuierliche Aerobic-Übungen, die in der Hälfte der Zeit durchgeführt werden (Currie et al., 2013; Gillen et al., 2016; Helgerud et al., 2007).

Aufgrund des schnellen Lebenstempos in der modernen Gesellschaft haben viele Menschen das Gefühl, nicht genug Zeit zu haben, körperlich müde zu sein, geistig schwach zu sein, das Gedächtnis zu verlieren und andere Probleme zu haben. Der Zusammenhang zwischen hochintensiver Aktivität und Gedächtnis ist jedoch positiv.

Erstens kann Bewegung die Sauerstoffversorgung und Durchblutung des Gehirns erhöhen und dadurch den Gehirnstoffwechsel verbessern. Dies kann die normale Aktivität von Neuronen fördern und zur Förderung einer normalen Gehirnfunktion beitragen. Sport kann auch die Erweiterung und Kontraktion der Blutgefäße im Gehirn fördern, die Verhärtung der Blutgefäße verhindern und die Bildung von Blutgerinnseln verstärken, das Auftreten zerebrovaskulärer Erkrankungen verhindern und das Gedächtnis zusätzlich schützen.

Zweitens kann Bewegung den Stoffwechsel des Körpers fördern und die Ausdauer und Immunität des Körpers steigern. Dadurch werden körperliche Ermüdung und Stress reduziert und positive Emotionen angeregt. Wenn der Körper entspannt ist, kann das Gehirn leichter arbeiten und unser Gedächtnis besser aufrechterhalten und verbessern.

Schließlich stimulieren hochintensive Aktivitäten die körperliche Vitalität und die mentale Stärke. Durch den Aufbau körperlicher Ausdauer und durch Schwitzen kann man Ausdauer und Selbstvertrauen entwickeln, was sehr wichtig ist, da man im täglichen Leben viele Herausforderungen und schwierige Aufgaben bewältigen muss. Diese Art der physischen und psychischen Stärkung kann uns auch dabei helfen, mit verschiedenen Problemen im täglichen Leben besser umzugehen und unser Denk- und Gedächtnisvermögen zu verbessern.

Insgesamt ist der Zusammenhang zwischen hochintensiver Aktivität und Gedächtnis positiv. Mit den richtigen Trainingsmethoden können wir unser Gedächtnis deutlich verbessern, gesünder leben und verschiedene Herausforderungen besser meistern. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola auch das Gleichgewicht von Neurotransmittern regulieren kann, beispielsweise durch die Erhöhung des Acetylcholin- und Wachstumsfaktorspiegels. Diese Stoffe sind sehr wichtig für das Gedächtnis und das Lernen. Darüber hinaus kann Fleisch auch die Durchblutung verbessern und die Sauerstoffversorgung fördern, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Gehirn ausreichend Nährstoffe und Energie erhält, wodurch die Vitalität und Ausdauer des Gehirns verbessert werden.

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Obwohl begrenzt, deuten neuere Erkenntnisse darauf hin, dass HIIE hinsichtlich der kognitiven Vorteile ebenso wirksam sein könnte wie kontinuierliche Anfälle mäßiger körperlicher Betätigung. Untersuchungen von Kao und Kollegen (Kao et al., 2017, 2018) zeigen beispielsweise signifikante Verbesserungen der Hemmkontrolle, des Gedächtnisses und eine Verringerung der P3ERP-Komponente nach 9- und 20-minütigem aeroben HIIE({{ 5}}minütige Gehintervalle, unterbrochen von 1-minütigen hochintensiven Trainingseinheiten mit 90 % der maximalen Herzfrequenz). Diese Daten – zusammen mit ähnlichen Erkenntnissen (Alves et al., 2014; Tsukamoto et al., 2016) – legen nahe, dass kurze aerobe HIIE-Zyklen für verbesserte kognitive und neurokognitive Ergebnisse genauso wirksam sein können wie herkömmliche kontinuierliche Trainingsroutinen.

HIIE-Protokolle in einer realen Umgebung beschränken sich jedoch nicht nur auf aerobe Intervalle und integrieren typischerweise eine Mischung aus Aerobic- und Widerstandsroutinen, einschließlich grundlegender Calisthenics, die als Ganzkörper-, Kraft- und Konditionierungsprogramm mit hoher Intensität konzipiert sind -Gewichtswiderstandstraining wird in realen Umgebungen, einschließlich Arbeits- und Universitätsumgebungen, bevorzugt (Eather et al., 2019, 2020). Bedauerlicherweise wird die Evidenz, die einzelne Anfälle traditioneller Resistenzaktivität bewertet, mit Daten vermischt, die sowohl Verbesserungen (Brush et al., 2016) als auch keine Veränderung der Kognition (Changet al., 2014; Pontifex et al., 2009) nach akuten Anfällen zeigen.

Diese Daten könnten darauf hindeuten, dass reale Aerobic-/Widerstands-HIIE-Routinen (HIIE-Aerobic/Widerstand), die Elemente von Belastungsübungen beinhalten, bei der Verbesserung der kognitiven Ergebnisse möglicherweise nicht so wirksam sind wie Aerobic-HIIE (HIIE-Aerobic). Eine kürzlich durchgeführte Untersuchung ergab jedoch eine verbesserte Leistung während einer Aufmerksamkeitsaufgabe nach HIIE-Aerobic/Widerstand (11-Mindestgewichtskalisthenics) im Vergleich zu sitzender Ruhe (Walsh et al., 2018). Daher deuten einige Hinweise darauf hin, dass die Kombination von Krafttrainingsmodalitäten mit hochintensivem Aerobic wirksam für eine verbesserte kognitive Leistung sein kann.

Angesichts der Notwendigkeit der Forschung zur Bewertung praktischer Anwendungen, die typischerweise in realen Umgebungen auftreten – zusammen mit den begrenzten Ergebnissen für andere Ergebnisse der kognitiven Kontrolle – ist es daher notwendig, praktische Übungsmodalitäten weiter zu untersuchen, um die translationalen Auswirkungen von akutem HIIE für die Anwendung in der realen Welt besser zu verstehen.

1,4|Aktuelle Studie

Das erste Ziel dieser Studie besteht darin, die zeitliche Dynamik des Arbeitsgedächtnisses und der CDA-Messungen zu mehreren Zeitpunkten nach akuten Anfällen von HIIE-Aerobic und HIIE-Aerobic/Widerstand im Vergleich zur sitzenden Ruhe zu bestimmen. Frühere Untersuchungen legen nahe, dass die Schätzungen der Arbeitsgedächtniskapazität über die gesamte Zeit hinweg relativ stabil sind Zeit, die auf einen robusten kognitiven Betrieb hindeutet, der möglicherweise immun gegen weitere Veränderungen ist.

Angesichts früherer Untersuchungen zu akutem Training, die Veränderungen in der Arbeitsgedächtnisleistung zeigten (Ji et al., 2017; Kamijo & Abe, 2019; Park & ​​Etnier, 2019; Salerno et al., 2019), wurde jedoch vorhergesagt, dass akutes HIIE früheren Untersuchungen folgen könnte ( Pontifex et al., 2019) und offenbaren größere Vorteile für Studientypen, die die Arbeitsgedächtniskapazität (oder Asymptote) aufzeigen, und haben zusätzliche dauerhafte Auswirkungen auf die Stabilität dieser Studientypen und der damit verbundenen ERP-Messungen über einen längeren Zeitraum über den akuten Anfall hinaus. Unser zweites Ziel besteht darin, HIIE-Aerobic-/Widerstandsmodalitäten zu bewerten, die in realen Umgebungen auftreten, um festzustellen, ob solche Methoden genauso wirksam sind wie frühere Laborbewertungen von HIIE-Aerobic.

2|METHODE

2.1|Teilnehmer

Für die vorliegende Studie wurden junge Erwachsene im Alter zwischen 18 und 30 Jahren rekrutiert. Zu den Rekrutierungsmethoden gehörten Ankündigungen in Kinesiologie-Bachelorstudiengängen und auf dem gesamten Campus verteilte Studienflyer. Alle Teilnehmer gaben ihr Einverständnis per digitaler Signatur mithilfe einer Online-Qualtrics-Umfrage (Qualtrics, Provo, UT) des Institutional Review Board der University of North Carolina in Greensboro. Alle Teilnehmer erhielten eine eindeutige ID, um an mehreren Qualtrics-Umfragen teilzunehmen, einschließlich Informationen zum Gesundheitsscreening, PAR-Q, Edinburgh Handedness Inventory und demografischen Informationen. Basierend auf diesen Umfragen gaben alle in die Studie einbezogenen Teilnehmer an, dass sie keine neurologischen oder körperlichen Behinderungen hatten, die sie daran hinderten, sich an hochintensiven Übungen zu beteiligen, und dass sie über ein (auf) normales Sehvermögen basierend auf dem minimalen 20/20-Standard verfügten.

Teilnehmerdaten wurden von den endgültigen Analysen ausgeschlossen, da sie nach dem ersten (n = 2) oder zweiten (n = 3) Laborbesuch abgebrochen wurden und die Leistung bei der Änderungserkennungsaufgabe schlecht war (<50% accuracy; n  =  1), and insufficient ERP trials in one or more conditions (n  =  2). The final analyses were performed on 22 participants (15 female; 21.4±1.7 years old; 27% Black or African American; 60% White or Caucasian; 14% Alaska Native, American Indian, Asian, mixed, or other).

2.2|Aufgabe zur Änderungserkennung

Die Änderungserkennungsaufgabe wurde auf einem Computer durchgeführt und mithilfe der Präsentationssoftware PsychoPy präsentiert, wobei sich der Bildschirm in einem Abstand von 1 m zu den sitzenden Teilnehmern befand. Wie in Abbildung 1 dargestellt, umfasste ein einzelner Versuch nacheinander präsentierte Reize, bestehend aus einem Richtungspfeil (Dauer 200 ms), einem Speicherarray (Dauer 150 ms), einem Aufbewahrungsintervall (Dauer 1000 ms) und einem Testarray (Dauer 3000 ms). Die Teilnehmer wurden angewiesen, während jedes Versuchs den visuellen Fokus auf einen weißen Fixierungspunkt in der Mitte eines grauen Bildschirms (RGB: 128128128) zu richten. Während die Fixierung aufrechterhalten wurde, wurden die Teilnehmer angewiesen, sich die Punkte im Gedächtnisfeld zu merken, die dem Halbfeld entsprechen, das durch die Richtung des Pfeils angezeigt wird, der über dem Fixierungspunkt erscheint. Die Teilnehmer antworteten während des Testarrays auf einem Antwortpad, indem sie angaben, ob die Speicher- und Testarrays gleich oder unterschiedlich waren („Hat einer der Punkte im besuchten Halbfeld seine Farbe geändert?“).

Der Zweck, die Aufmerksamkeit auf das linke und rechte visuelle Halbfeld zu lenken, besteht darin, methodische Ansätze zur Bewertung der N2pc- und CDA-ERP-Komponenten zu entwickeln. Gleiche oder unterschiedliche Antworten wurden zwischen den Teilnehmern ausgeglichen, wobei „gleiche“ Antworten einem Drücken des linken Daumens und „unterschiedliche“ Antworten einem Drücken des rechten Daumens bei 11 Teilnehmern entsprachen, wobei für die übrigen 11 Teilnehmer entgegengesetzte Antwortanweisungen gegeben wurden. Jeder Versuch bestand aus zufälligen Satzgrößen von 2, 3, 4 oder 5 Punkten zufälliger Farbe (von möglichen 10 verschiedenen Farben, RGB-Werte: Rot = 255 0 0; Grün = 0 255 0; Blau = 0 0 255 ; Magenta = 255 0 255; Gelb = 255 255 0; Cyan = 0 255 255; Orange = 255 103 1; Weiß = 255 255 255; Braun = 11356 0; Schwarz = 0 0 0) .

Die Teilnehmer absolvierten sechs Blöcke mit jeweils 80 Versuchen (6-Min. pro Block; 1-Min. Verzögerung zwischen den Blöcken; 41-Min. Gesamtzeit zum Abschließen der Aufgabe) mit gleicher wahrscheinlicher Satzgröße (2- bis 5-Punkte) und Erkennung (Änderung oder keine Änderung), die gleichmäßig zwischen den Halbfeldern dargestellt wurden.

Verhaltens- und ERP-Ergebnisse wurden über gepaarte Blöcke hinweg zusammengeführt und entsprechend der Zeit des Auftretens nach den Interventionsbedingungen identifiziert („40-min“ =  1erster und zweiter zusammengeführter Block, „54-min“ {{4 }}rdund 4. zusammengeführte Blöcke, „68-min“ = 5. und 6. zusammengeführte Blöcke) und separat ausgewertet, um zeitliche Veränderungen der Gehirnfunktion und Aufgabenleistung nach den Behandlungsbedingungen zu bestimmen. Die Berechnung der individuellen Speicherkapazität folgte früheren Untersuchungen [k=(Trefferrate – Fehlalarmrate) × eingestellte Größe], ​​sodass davon ausgegangen wird, dass k mit der eingestellten Größenbelastung zunimmt und bei der Arbeitsgedächtniskapazität einer Person eine Asymptote erreicht (Cowan, 2001).

2.3|ERP-Aufzeichnungen

Die EEG-Aktivität wurde von 64 Ag/AgCl-Sinterelektrodenstellen aufgezeichnet, die in einer erweiterten Montage gemäß dem International 10–10-System (Chatrianet al., 1985) angeordnet waren, unter Verwendung eines Neuroscan Quik-Cap (Compumedics, Inc., Charlotte, NC) mit AFz-Beleuchtung als Masseelektrode. Zur Überwachung der vertikalen und horizontalen elektrookulographischen (EOG) Aktivität wurden zusätzliche bipolare Elektroden oberhalb und unterhalb der linken Augenhöhle sowie am äußeren Augenwinkel beider Augen angebracht. Vor den EEG-Aufzeichnungen wurde die Elektrodenimpedanz beibehalten<10 kΩ. 

Kontinuierliche Daten wurden auf eine Mittellinienelektrode bezogen, die in der Mitte zwischen Cz und CPz platziert war, und mit einer Abtastrate von 1000 Hz digitalisiert und mit einem DC-70-Hz-Filter unter Verwendung eines NeuroscanSynAmps RT-Verstärkers 500-fach verstärkt. Offline wurden die Daten mithilfe von MATLAB (R2019) und verschiedenen Toolbox-Plugins verarbeitet, darunter EEGLAB (Delorme & Makeig, 2004) und ERPLAB (Lopez-Calderon & Luck, 2014). Die Daten wurden erneut auf durchschnittliche Mastoide (M1, M2) bezogen und hochpassgefiltert (0,1 Hz).

Augenzwinkerartefakte wurden mithilfe eines automatisierten Verfahrens zur unabhängigen Komponentenanalyse (ICA) entfernt. ICA-Zerlegungen wurden unter Verwendung des erweiterten Infomax-Algorithmus durchgeführt, gefolgt von einer Zeitreihenkorrelationsmethode, die Punkt-für-Punkt-VEOG-Rohdaten mit separaten ICA-Aktivierungswellenformen (d. h. der durch das ICA-Verfahren generierten EEG.icaact-Matrix) verglich. ICA-Faktoren wurden entfernt, wenn der Korrelationskoeffizient größer als 0.30 war. Anschließend wurden die Daten ohne verworfene ICA-Komponenten rückprojiziert und visuell überprüft, um die Abschwächung des Augenzwinkerartefakts zu bestimmen.
Stimulus-gesperrte Epochen wurden für jede eingestellte Größe während des Retentionsintervalls extrahiert (–200 ms bis 1000 ms; Basislinienkorrektur und Tiefpassfilterung bei 30 Hz), wenn während des Testarrays eine korrekte Reaktion auftrat. Epochen wurden abgelehnt, wenn die Spitze-zu-Spitze-Amplitude eines beweglichen Fensters 100 μV (100-ms Fensterbreite und 50-ms Fensterschritt) überschritt, wenn die Gesamtvarianz der Epoche ±3 Standardabweichungen des lokalen Mittelwerts überschritt (um Elektrodenstandort) und global (alle Elektrodenstandorte) akzeptierte Epochen sowie durch visuelle Inspektion der HEOG-Kanäle auf stereotypische horizontale Augenbewegungen.

CDA wurde durch Subtrahieren der kontralateralen (entgegengesetztes Hemifeld des betreuten Arrays) Elektroaktivität von der ipsilateralen Aktivität für jede Satzgröße bestimmt. Neuere Untersuchungen deuten darauf hin, dass mindestens 30–50 saubere Versuche erforderlich sind, um das Vorhandensein eines CDA (d. h. ein zuverlässiger Unterschied zwischen kontralateraler und ipsilateraler Seite) festzustellen, und 400 saubere Versuche, um Unterschiede in der CDA-Amplitude zwischen zwei Satzgrößen festzustellen (Ngiam et al., 2021).

Angesichts der begrenzten Versuche zur Erkennung von Unterschieden zwischen Satzgrößen in der vorliegenden Studie (insgesamt 120 Versuche pro Satzgröße) wurden CDA-Wellenformen durch getrennte Mittelung von 100 ± 15 Epochen über alle Satzgrößen innerhalb jedes Zeitintervalls (d. h. 40-min, { {4}}min, 68-min. Die Analyse der mittleren CDA-Amplitude (300 ms bis 1000 ms) und der mittleren N2pc-Amplitude (230 ms bis 300 ms) wurde an den Elektrodenstandorten TP7/TP8, CP5/CP6, P7/P8, P5/ durchgeführt. P6, PO7/PO8 und PO5/PO6.

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