Zur Assoziation von regelmäßigem Ausdauersport und der Hirnaktivierung bei exekutiven Kontrollprozessen

Abstract

Die vorliegende Studie untersucht in einem longitudinalen, kontrollierten Design die Auswirkungen eines regelmäßigen, sub-maximalen Ausdauertrainings auf die Interferenzkontrolle, einer wichtigen Exekutivfunktion. Insbesondere in älteren und sehr jungen Probandenpopulationen sind bereits Assoziationen von kardiovaskulärem Training und exekutiven Kontrollfunktionen mit Methoden der funktionellen Neurobildgebung beschrieben worden. Fitnesszugewinne sind hierbei meist an trainingsinduzierten Änderungen der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO₂max) festgemacht worden. Diese Untersuchung fokussiert sich auf eine mittelalte Probandengruppe, wobei hinsichtlich der Fitnessevaluation neben VO₂max auch Blutlaktatkurven (BLC) erfasst worden sind. Dreiundzwanzig männliche Probanden (m = 49 Jahre) ohne bisherige relevante sportliche Betätigung wurden einem sechsmonatigen Lauftraining ausgesetzt (Interventionsgruppe). Zusätzlich wurden 14 Probanden rekrutiert, die keine Sportintervention erhielten (Kontrollgruppe, m = 52 Jahre). Behaviorale Leistungen und parallele Hirnaktivierungen der Interferenzkontrolle wurden vor und nach der Intervention in einem funktionellen MRT-Paradigma mithilfe eines Flanker-Tasks erfasst. Während Gruppenvergleich über die Zeit keine signifikanten Unterschiede zeigten fanden sich in der Interventionsgruppe signifikante Assoziationen von Änderungen der Aktivierung in frontalen Hirnregionen und individuellen Fitnesszuwächsen gemessen an Änderungen der BLC. Vergleichbare Assoziationen für VO₂max ergaben sich nicht. Die Studie zeigt, dass trainingsinduzierte funktionelle Plastizität bezüglich exekutiver Kontrollfunktionen auch im mittleren Erwachsenenalter beobachtbar ist und mit individuellen Fitnessänderungen korreliert. Für eine moderate Trainingsintensität scheint hierbei die BLC einen sensitiven Parameter darzustellen um trainingsinduzierte Änderungen von kardiovaskulärer Fitness und von Hirnfunktionen der Interferenzkontrolle in Zusammenhang zu bringen.

Cardiovascular training has been associated with neuroimaging correlates of executive control functions (ECF) in seniors and children/adolescents, while complementary studies in middle-aged populations are lacking. Ascribing a prominent role to cardiorespiratory fitness improvements, most studies concentrated on training-induced gains in maximal oxygen uptake (VO₂max), although other fitness indices may provide complementary information. Here, we investigated the impact of long-term sub-maximal exercise training on interference control, considering individual training-induced shifts in blood lactate profile curves (BLC) and VO₂max. Twenty-three middle-aged sedentary males (m = 49 years) underwent a six-month exercise program (intervention group, IG). Additionally, 14 individuals without exercise training were recruited (control group, CG, m = 52 years). Interference control was assessed before and after the intervention, using a functional magnetic resonance imaging (fMRI) flanker paradigm. Task performance and brain activations showed no significant group-by-time interactions. However, regression analyses in the IG revealed significant associations between individual fitness gains and brain activation changes in frontal regions, which were not evident for VO₂max, but for BLC. In conclusion, training-induced plasticity of ECF-related brain activity can be observed in late middle adulthood, but depends on individual fitness gains. For moderate training intensities, BLC shifts may provide sensitive markers for training-induced adaptations linked to ECF-related brain function.