Einfluss akuter körperlicher Belastungen unterschiedlicher Intensität auf Exekutivfunktionen kognitiver Ruhenetzwerke

Abstract

Die Auswirkungen von akuter körperlicher Aktivität auf die kognitive Leistung und die funktionelle Konnektivität in Ruhenetzwerken (RSN) wurden erst in wenigen Studien gemeinsam untersucht und sind bisher nicht vollständig verstanden. Die Literatur gibt Hinweise auf eine nicht-lineare Beziehung zwischen Intensität der körperlichen Aktivität und Änderungen der kognitiven Leistung bzw. funktionellen Konnektivität. Das Verständnis der neuronalen Hintergründe in Akutstudien bei jungen, gesunden Probanden kann in Zukunft hilfreich für die Vorhersage von Langzeiteffekten und Effekten bei älteren Erwachsenen und Patienten mit bspw. neurodegenerativen Erkrankungen sein. Die BEACON-Studie (Bicycling Effects on Affect and Cognition in Neuroscience) untersuchte in einem randomisierten Studiendesign die Effekte akuter körperlicher Aktivität mit aerober und anaerober Intensität und einer Kontrollbedingung auf die kognitive Leistung im Attention Network Test (ANT) und die funktionelle Konnektivität in kognitiven RSN bei jungen (Alter: 20-35 Jahre), gesunden und trainierten männlichen Probanden. Ziel war es, die Beziehung zwischen Intensität und Änderungen der funktionellen Konnektivität und kognitiven Leistung zu ermitteln. In einer Leistungsdiagnostik auf einem Fahrradergometer wurden die kardiorespiratorische Fitness der Probanden (Einschlusskriterium: relVO2max > 55 ml/min/kg Körpergewicht) und die individuellen Leistungsintensitäten für die anschließenden Untersuchungsbedingungen bestimmt. Die Untersuchungstage fanden in randomisierter Reihenfolge mit standardisiertem Ablauf statt. Die finale Stichprobe umfasste n = 20 Probanden. Im ANT fanden sich keine signifikanten Änderungen der kognitiven Leistung. Im linken frontoparietalen Netzwerk zeigte sich nach Clusterkorrektur ein signifikanter Interaktionseffekt im Gyrus frontalis superior (Zeitpunkt x Bedingung; p < 0,001 (unkorrigiert), FWE-korrigiert α < 0,05 mit 3dFWHMx und 3dClustSim), wobei die funktionelle Konnektivität nach der anaeroben Bedingung signifikant abnahm und nach der aeroben Bedingung (nicht signifikant) anstieg. Bei einem liberaleren p-Wert von p < 0,005 (unkorrigiert), FWE-korrigiert α < 0,05 fanden sich Konnektivitätsänderungen nach dem gleichen Muster im dorsalen Aufmerksamkeitsnetzwerk im Lobulus parietalis superior und im cerebellären basalganglionären Netzwerk im rechten Kleinhirn (Crus 1 und 2). Eine Korrelationsanalyse ergab eine signifikante positive Korrelation zwischen den Änderungen der funktionellen Konnektivität im Lobulus parietalis superior und dem "orienting"-Score aus dem ANT nach der aeroben Bedingung. Die Studienergebnisse stützen Hinweise darauf, dass die kognitive Leistung und funktionelle Konnektivität in entsprechenden RSN vor allem durch eine aerobe Trainingsintensität verbessert werden, während anaerobe Trainingsintensitäten diese vermindern, und unterstützen somit die umgekehrt U-förmige Beziehung zwischen der Intensität akuter körperlicher Belastung und der kognitiven Leistung bzw. Änderungen der funktionellen Konnektivität.