17 минут
Понять возможности физической нагрузки для апгрейда вашей интеллектуальной продуктивности и узнать, как внедрить ее в нейрохакинговый эксперимент
Как и многие школьные спортсмены, переходя в 10-й класс, я стояла на перепутье: что поставить на первое место – спорт или учебу? Одним из способов привлечь внимание университетских тренеров было больше участвовать в соревнованиях вне школы, чтобы поднять свой национальный рейтинг. В то же время, чтобы иметь возможность заниматься по усиленной учебной программе, мне надо было добиться успеха в большинстве продвинутых математических и научных дисциплин в школе. Ни в том ни в другом преимуществ у меня не было.
В первые два года учебы в старшей школе мои спортивные успехи, как и академическая успеваемость, имели нестабильный характер. Я то достигала стопроцентно сфокусированного внимания, то в следующий момент уплывала в страну грез. Я не только иногда забывала сделать домашнее задание, но и мысленно отключалась во время важных матчей по сквошу. К счастью, тем летом мне представились сразу две хорошие возможности – одна в науке, а другая в спорте. Престижная научная лаборатория пригласила меня на летнюю практику, а элитный тренировочный сквош-лагерь в Великобритании зачислил меня в стажеры. Я сказала тренеру, что до меня дошли слухи, будто уровень игры в Великобритании намного выше, чем в США. Он кивнул и ответил: «Единственное, что ты можешь сделать, – это достичь лучшей за всю свою жизнь формы».
Я последовала его совету. Мой новый режим высокоинтенсивных интервальных тренировок, состоявших из работы на велотренажере и спринта на беговой дорожке, был тяжелым. Я сочетала его с регулярными тренировками по сквошу и силовыми нагрузками. К концу весны я сама была поражена тем, насколько сильнее и быстрее стало мое тело, но при этом заметила кое-что еще: в голове у меня значительно прояснилось.
В спортивном лагере я поняла, что мой тренер был прав. К концу первой недели мои мышцы стонали от нагрузки. Но упорные занятия окупились: мне удалось не травмироваться.
Летняя исследовательская научная работа шла похожим путем. В течение первой недели я каждый день замечала, что к обеду у меня гудела голова. Когда мой начальник вручил мне учебник по микробиологии уровня выпускного класса с заданием прочесть его на выходных, я натянула на лицо улыбку и ответила: «Отличная идея!» Однако какое бы опустошение ни накатывало на меня к концу дня, утром я всегда ощущала прилив энергии. Каким-то образом моя хорошая физическая форма отчасти трансформировалась и в интеллектуальную выносливость.
Той осенью на меня навалилось как никогда тяжелое бремя учебы. К тому же начавшийся турнирный сезон требовал ездить на соревнования почти каждые выходные. Однако каким-то образом, несмотря на то, что я теперь занималась по усиленной учебной программе, а времени на подготовку стало еще меньше, я не могла не заметить интересный момент: былая хаотичность моей продуктивности исчезла.
Хотя форма этого эксперимента была далека от идеальной, я начала задумываться: насколько сильно физические нагрузки могут менять функционирование мозга?
В поте лица: научное обоснование
Физическая нагрузка способна быть одной из самых волшебных на свете когнитивных интервенций. Судя по исследованиям, которые проводились до сих пор (не только на мне, но и на многих других людях), она хорошо работает в отношении всех четырех наших целей: исполнительной функции, обучения и памяти, эмоционального регулирования и креативности. Мало того, она начинает работать незамедлительно. На следующих страницах вы увидите результаты исследований интеллектуальных преимуществ, которые проявлялись после всего одного занятия спортом – а в некоторых случаях даже до его завершения!
Как физические упражнения воздействуют на исполнительную функцию и внимание
В 2016 году нейробиолог Адель Даймонд, член Королевского общества Канады, и ее коллега Дафни Линг опубликовали обзорную статью по интервенциям, которые были направлены на исполнительные функции[200]. Они выяснили, что большую пользу приносили физические нагрузки, задействовавшие планирование, координацию или самоосознаность. Например, тхэквондо или йога. По прогнозу Даймонд и Линг, многие состязательные и командные виды спорта тоже должны усиливать исполнительные функции, но им не удалось на тот момент найти высококачественных исследований, где изучалось бы конкретно такое воздействие. У меня есть подозрение, что на это способен и сквош, но я, конечно, не могу судить непредвзято.
Можно ли стать умнее после всего одного занятия спортом
В 2012 году Ю Кай Чан и его коллеги из Университета Северной Каролины в Гринсборо изучили почти 100 исследовательских работ, чтобы разобраться в воздействии одной физической тренировки на когнитивные возможности[201]. К этим изысканиям были привлечены более чем 2000 участников со всего мира, в числе которых были женщины и мужчины, дети и старики, здоровые и больные. Изучению подверглись все уровни интенсивности физических нагрузок, от очень легких до максимально трудных. Они включали различные типы упражнений: аэробику (кардио), анаэробику (спринт), сопротивление (силовые тренировки) и различные сочетания аэробики и силовых тренировок. Ученые рассматривали их воздействие на множество разных когнитивных способностей, включая исполнительную функцию и память. Оказывается, одной из главных когнитивных «мишеней» физической нагрузки является концентрация внимания. Чан и его коллеги выяснили, что после тренировки улучшение концентрации внимания составляло около 30 %; у некоторых участников этот показатель был ближе к 40 %.
В аспекте способностей исполнительной функции в целом (того, как участники справлялись с тестами на принятие решений, насколько свободно они выражали свои мысли словами и насколько хорошо подавляли неуместные реакции и выбирали корректные) улучшение составило около 15–20 %. Как всегда, все люди реагировали по-разному, так что давайте немного углубимся в эти различия. Мы изучим восемь вопросов, ответы на которые собирали Чан и его коллеги (а также другие исследовательские группы). Читая вопросы, попробуйте предсказать, какими в итоге оказались открытия исследователей.
1. Что эффективнее дает мгновенный приток энергии – упражнения или кофеин?
В 2017 году американская исследовательская группа задалась вопросом: как помочь сохранять бодрость студенткам, страдавшим от недосыпа (в среднем они спали менее 6,5 часа). Каждой девушке предлагали три варианта действий: 10 минут занятий физическими упражнениями (ходьба по лестнице), прием дозы кофеина, эквивалентной половине чашки кофе, и прием таблетки плацебо. Больше всего энергии давало хождение по лестнице[202].
2. У кого будет бо́льшая ясность мыслей после окончания тренировки – у диванного лежебоки или у натренированного троеборца?
Если опираться на классификацию, установленную Американским колледжем спортивной медицины для низкого, умеренного и высокого уровня физической формы, когнитивная продуктивность после тренировок улучшалась более чем на 21 % у участников в хорошей физической форме и более чем на 15 % у людей средней подготовки[203]. Результаты группы низкого уровня оказались смешанными: у некоторой когнитивной продуктивности снижалась, зато у других вырастала почти на 40 %. Что касается тех участников, которым физическая нагрузка не принесла пользы: вероятно, они слишком уставали к концу упражнений, чтобы положительный эффект проявился немедленно.
3. Как интенсивность физической нагрузки влияет на когнитивные способности? Какая интенсивность тренировки – более низкая или более высокая – помогает лучше мыслить?
Умственная продуктивность людей, проходивших когнитивные тесты после физических нагрузок, имела тенденцию улучшаться при почти любой сложности упражнений. Согласно инструкциям Американского колледжа спортивной медицины, уровни интенсивности физических нагрузок связаны с тем, какую долю (в процентах) от максимальной частоты сердечных сокращений показал участник. После легких и умеренных упражнений (50–76 % от максимальной частоты пульса) когнитивная продуктивность в среднем улучшалась на 15 %. После трудных упражнений (77–93 % от максимальной частоты) она возрастала примерно на 20 %. При очень высоких физических нагрузках (более 93 % от максимальной частоты) результат был еще выше – около 30 %! Единственным уровнем интенсивности физической нагрузки, который ничего не менял, был очень легкий (менее 50 % от максимальной частоты); в этом случае когнитивная продуктивность падала примерно на 8 % в сравнении с исходными показателями.
4. Насколько сильно нужно попотеть?
Один из моих любимых разделов в книге «Зажги себя!»[204], написанной Джоном Рэйти, психиатром и преподавателем Гарвардской медицинской школы, и Эриком Хагерманом, автором научно-популярных книг, посвящен биологическим процессам, происходящим в организме во время ходьбы, бега трусцой и спринта[205]. В нем подробно описаны эффекты похожих видов активности, но разной интенсивности. Вот что обнаружили авторы.
Ходьба: пешком к удовлетворению
Рэйти и Хагерман пишут, что ходьба при 55–65 % от максимальной частоты сердечных сокращений является способом поднять себе настроение. При этой низкоинтенсивной физической нагрузке вы находитесь в режиме сжигания жира, что увеличивает количество свободного триптофана в системе кровообращения. Триптофан – не только прекурсор[206] серотонина, нейротрансмиттера, который обеспечивает чувство удовольствия; он также изменяет тип распределения норэпинефрина и дофамина. Соедините рост уровня серотонина с той ролью, которую играет норэпинефрин в концентрации внимания, и ролью дофамина в мотивации – и поймете, почему в ходе эволюции человеческий мозг обрел способность получать удовольствие от ходьбы.
Бег трусцой: стресс сейчас – меньше тревоги потом
Бег трусцой – физическая нагрузка умеренной интенсивности при 65–75 % от максимальной частоты сердечных сокращений – дает вам уникальные преимущества. Умеренная физическая нагрузка – это, по сути, стрессовая тренировка. Выносливость увеличивается, потому что адреналин и кортизол попадают в кровоток во время умеренно интенсивных упражнений. Ваш организм берется контролировать их, реагируя на стресс, и системным регулятором этого процесса является гипоталамо-гипофизарная ось (ГГО). Нейротрофический фактор мозга (или, как любит называть его Рэйти, «мозговое удобрение») – это строительный материал для новых нейронов, и он начинает укреплять нейронные сети. Предсердный натрийуретический пептид (ПНП) – это пептидный гормон, который производится сердечной мышцей и тоже помогает усмирять стресс. Эндорфины и эндоканнабиноиды уменьшают боль и усиливают ощущение покоя.
Пробежка или спринт: боль сейчас – большой мозг потом
Во время тренировки высокой интенсивности (скажем, когда вы работаете при 75–90 % от максимальной частоты сердечных сокращений) ваш организм делает вывод, что вы находитесь в режиме чрезвычайной ситуации. Когда вы входите в анаэробную зону – используя энергию, запасенную в ваших мышцах, а не просто доступную в кровотоке, – гипофиз запускает выброс человеческого гормона роста – hGH. Уровень hGH с возрастом обычно снижается, но он играет ключевую роль в увеличении объема мозга, управлении многими факторами роста, упомянутыми выше, балансировке уровня нейротрансмиттеров, а также способствует увеличению количества нейронов. Гормон hGH может оставаться в системе кровообращения и усердно трудиться еще не один час после того, как вы завершите занятие. В «Зажги себя!» Рэйти и Хагерман описали исследование, проведенное в Университете Бата в Англии, в котором единственный 30-минутный спринт на велосипеде привел к 600-процентному увеличению hGH, причем нарастание продолжалось еще два часа после тренировки.
6. Что следует выбрать, чтобы максимизировать преимущества одного сеанса физической нагрузки: кардио, силовые тренировки или их сочетание?
Чан и его коллеги выяснили, что сочетание аэробики и силовой нагрузки ведет к примерно 20-процентному мгновенному улучшению когнитивной продуктивности. И наоборот, одна только аэробика вела к повышению всего на 8 %, а силовая тренировка даже приводила к снижению примерно на 20 %.
Какой же из этого вывод? Когда мне нужен когнитивный «пинок» от физической нагрузки, я обычно выполняю комбинацию силовых (анаэробных) и аэробных упражнений (на выносливость) – как в тех 15-минутных протоколах, которые вы найдете в конце этой главы. Пожалуйста, не трактуйте это открытие как повод больше никогда не тренироваться с отягощениями! Вне зависимости от влияния на когнитивные способности, тренировки с весами имеют массу других преимуществ для здоровья, в том числе помогают в предотвращении остеопороза. Однако, как и при каждой интервенции, которую мы будем обсуждать, отклик вашего мозга может отличаться от реакций людей, упомянутых здесь в рамках исследований, так что пробуйте несколько разных методов и проверяйте их, чтобы понять, какой подходит именно вам!
Мы уже узнали, что в результате многих типов аэробных нагрузок наблюдался рост в среднем на 8 %, однако некоторые из них, похоже, дают бо́льший интеллектуальный прирост. В обзорном исследовании 2010 года, проведенном Кейт Ламборн и Филиппом Томпоровски из Университета Джорджии, велосипедные тренировки обошли в этом плане бег. В их обзоре задействованы более 40 исследовательских статей о физических нагрузках и когнитивных способностях. Они обнаружили, что «велосипедные тренировки ассоциировались с усилением продуктивности во время и после упражнений, тогда как бег приводил к ухудшению работоспособности во время занятий и небольшому улучшению после»[207]. Если конкретнее, то когнитивный прирост, отмеченный после бега, составлял около 8 %, у некоторых участников – до 15 %. А после велосипедной тренировки он был равен примерно 15 %, а у некоторых доходил до 20 %.
7. Возраст: как влияет одна спортивная тренировка на людей разных возрастов?
Самое значительное позитивное воздействие тренировки на когнитивные способности наблюдалось в трех группах: старшие школьники, взрослые от 30 лет и пожилые люди (от 65 лет). В этих возрастных группах физическая нагрузка, по приблизительным оценкам, давала от 8 до 15 % роста когнитивных способностей. Учащиеся начальной школы и молодые люди (20–30 лет) тоже получали когнитивные преимущества от упражнений, но улучшения не превышали 5 %. Учтите, что эти приблизительные оценки – усредненные данные по многим исследованиям, так что в одних случаях эффект для отдельных участников был намного слабее, а для других – сильнее.
8. Время суток: в какое время суток следует тренироваться для наибольшего улучшения когнитивных способностей?
Чан и его коллеги выяснили, что утренние физические нагрузки связаны с ростом когнитивной продуктивности почти на 30 %. Дневные и вечерние тренировки не давали статистически значимых улучшений, так как в результатах наблюдалась слишком большая вариативность. Дневные занятия обеспечивали когнитивный прирост около 8 %, а вечерние в среднем показывали снижение примерно на 15 %. Хотя я рекомендую вам попробовать тренироваться утром, признаюсь, что сама я этого не делала. Учитывая, что в период работы над этой книгой я обычно ложилась спать в начале четвертого утра, ранняя тренировка показалась бы мне пыткой.
Как физическая нагрузка воздействует на вашу способность к обучению и память
В старших классах школы, пытаясь втиснуть в расписание дополнительные тренировки, я начала заниматься калистеникой[208] на переменах. Уже после второго подобного перерыва я заметила, что мне стало легче учиться. Когда я рассказала об этом подруге, она решила провести со мной неформальный эксперимент: сравнить, насколько хорошо будет усваиваться материал после перемены, во время которой мы будем выполнять «джампинг Джек» и отжимания, и после перерыва, во время которого мы просто встанем со стульев и выполним растяжку. Вывод не заставил себя ждать, и понеслась молва. Очень скоро собралась целая группа: мы включали музыку в женском туалете, танцевали перед зеркалами, делали «джампинг Джек» и другие прыжки, а потом, когда звенел звонок, бежали обратно за парты, чтобы воспользоваться плодами пробудившейся сообразительности.
Чан и его коллеги обнаружили, что при проверке продуктивности в тестах на когнитивные навыки, которые были уже хорошо усвоены участниками (например, сложение и вычитание), физическая нагрузка увеличивала работоспособность примерно на 15 %. Когда речь шла о новой информации, упражнения почти на 33 % улучшали свободное припоминание (например, при заучивании списка из 15 новых словарных слов). Результаты некоторых участников вырастали почти на 40 %.
В одном исследовании Мюнстерского университета в Германии группе молодых здоровых мужчин дали задание либо расслабиться и посидеть 15 минут, либо дважды пробежать трехминутный спринт с ускорением (между двумя быстрыми забегами была дистанция в более медленном темпе), либо выполнить бег в стабильном спокойном темпе в течение 40 минут[209]. Спринтерская группа заучивала словарные слова на 20 % быстрее после тренировки. У них также было отмечено большее увеличение BDNF (нейротрофического фактора мозга, он же «мозговое удобрение»). К тому же спринт, похоже, повышал уровень дофамина, который связан с лучшим промежуточным сохранением информации (например, вспоминанием заученных слов спустя неделю). Он также способствовал большей выработке эпинефрина, связанного с длительным сохранением в памяти словарных слов (спустя 8–10 месяцев). Тот факт, что различия в запоминании оставались даже 8–10 месяцев спустя, удивил меня. А что, если интенсивные тренировки сразу после изучения новой информации не оказывают воздействия, но занятия, проведенные спустя пару часов после учебного процесса, работают с памятью эффективнее? В рамках одного исследования 72 участника должны были запомнить связь фотографий с конкретными местами. Сразу после этого первой группе назначали 35 минут упражнений (высокоинтенсивных, до 80 % от максимальной частоты сердечных сокращений), вторую попросили подождать 4 часа, а потом сделать 35-минутную интенсивную тренировку, а третью – выполнить контрольный протокол, по условиям которого люди просто смотрели видео с изображениями природы (группы формировались методом случайной выборки). Двое суток спустя всем участникам дали опросник, чтобы проверить, насколько хорошо они запомнили связи между фотографиями и местами. Группа, которая выполняла интенсивную тренировку через 4 часа после обучения, показала наилучшие результаты[210].
Как физические нагрузки влияют на ваше эмоциональное саморегулирование
Саморегулирование – это контроль над эмоциями и поведением. В долгосрочной перспективе физические нагрузки, вероятно, улучшают эту способность. Исследователи из австралийского Университета Маккуори провели эксперимент. Они попросили участников отслеживать свое поведение в течение четырех месяцев[211]. Через два месяца после начала опыта испытуемые вошли в режим регулярных тренировок. В результате были продемонстрированы значительные улучшения в многочисленных аспектах способности к саморегулированию. Участники сообщали об уменьшении стресса и эмоционального дистресса, а также тяги к курению, потреблению алкоголя и кофеина; они питались более здоровой пищей, лучше управляли своими эмоциями, чаще выполняли домашние дела, больше заботились о своих обязанностях, совершенствовали привычки в учебе и контролировали свои траты.
Как физические нагрузки влияют на креативность
Физические нагрузки также способствуют притоку энергии[212], уменьшают негативные эмоции и усиливают позитивные. Исследователи из американских и канадских университетов выяснили, что 10-минутные тренировки могут сглаживать неприятные чувства[213].
Поскольку мы знаем, что физические нагрузки поднимают настроение, а это один из лучших прогностических показателей креативности[214], нас не должен удивлять тот факт, что благодаря спорту творческий потенциал тоже растет.
Группа исследователей из Мидлсекского университета в Великобритании сравнила результаты участников в решении задач на дивергентное мышление после просмотра нейтрального видео и после аэробных упражнений. Ученые обнаружили, что занятия спортом усиливают креативность независимо от настроения[215]. Что касается типов упражнений, которые способствовали росту креативности, ученые обнаружили, что ходьба оказывает сильное воздействие и на конвергентное[216], и на дивергентное мышление. Они проверили это, сравнивая сидение, ходьбу на беговой дорожке и прогулки на свежем воздухе. Последний вариант связывали с рождением самых свежих и качественных аналогий для креативного решения задач[217].
Ученые из Грацского университета в Австрии выяснили, что люди, регулярно получающие физические нагрузки, генерируют творческие идеи с меньшими усилиями, чем те, кто ведет малоподвижный образ жизни[218]. Это исследование показало, что и тот и другой тип людей способен добиться высокой креативности. Оно также показало, что высокая творческая способность может проявляться и когда этого меньше всего можно ожидать (классическая «Эврика!»), и когда человек активно стремится к этому.
• Физические нагрузки могут усиливать когнитивную продуктивность. Сразу после легких и умеренных тренировок этот показатель улучшается в среднем на 15 %. При высоких и очень высоких нагрузках когнитивный рост составляет порядка 20–30 %.
• Сразу после силовых тренировок когнитивные способности снижаются, но если этот тип нагрузки сочетается с аэробикой, то умственные показатели, наоборот, улучшаются. В быстроте воздействия на когнитивную сферу велосипед показал себя лучше бега.
• Физические нагрузки, в зависимости от возраста человека, по-разному влияют на когнитивную продуктивность.
• Время суток может играть свою роль. Утренние упражнения повышают когнитивную продуктивность почти на 30 %. Дневные – примерно на 8 %. Вечерние тренировки вызывают ее снижение примерно на 15 %.
• Физические нагрузки могут оказывать воздействие на каждую из наших четырех целевых областей: исполнительную функцию, обучение и память, эмоциональное регулирование и креативность. Они также поднимают настроение и налаживают сон.