Testmozgás és agyműködés - talán túlértékeljük a neurogenezis szerepét?
Bemelegítés
Gyakran ismételt bölcsesség, hogy vigyáznunk kell az agyunkra, mert az „agyállományunk” véges, az „agysejtjeink” pedig nem képesek osztódni. Vajon mennyiben igaz ez? Keletkeznek-e új idegsejtek a felnőtt központi idegrendszerben? Valóban számít-e a méret, ha az agyról van szó? Ebben az írásban e kérdések biológiai hátterét járjuk körül, és megvizsgáljuk, hogyan befolyásolhatja a rendszeres testmozgás egyes agyi struktúrák szerkezetét és a kognitív működést.
A legtöbb érett idegsejt valóban nem osztódik, ez azonban nem jelenti azt, hogy a felnőtt agy egyáltalán nem képes új idegsejteket létrehozni. Ennek korai bizonyítékai rágcsálókon végzett kísérletekből származnak, köztük Joseph Altman és Gopal D. Das 1960-as évekbeli úttörő munkáiból [1]. Ezek a vizsgálatok megkérdőjelezték azt az elképzelést, hogy az idegsejtek képződése az élet korai szakaszában lezárul. Ma már értjük a különbséget érett idegsejtek osztódása és a neurogenezis között: utóbbi során idegi őssejtekből és elődsejtekből új idegsejtek keletkeznek.
Rágcsálókban a felnőttkori neurogenezis egyik igazolt képlete a hippokampuszhoz tartozó fogazott tekervény, a gyrus dentatus. A hippokampusz az emlékek kialakításában és a térbeli tájékozódásban vesz részt, míg a gyrus dentatus és a CA3 régió idegi hálózata hozzájárul a mintázatszeparációhoz, vagyis ahhoz, hogy a hasonló élményeket elkülönítve őrizzük meg az emlékezetünkben. Például fel tudom-e idézni, hogy a tegnap látott zöld papagájnak piros vagy narancssárga csőre volt, anélkül, hogy összekeverném egy másik, nagyon hasonló madárral? Ez a folyamat több egy látványbeli különbség egyszerű felismerésénél: az egymással részben átfedő élmények elkülönült emlékezeti reprezentációinak fenntartását igényli.
A hippokampusznak az ismerős helyszínek felismerésében is szerepe van, és a környezet térbeli támpontjai alapján segít reprezentálni hollétünket. A hippokampusz mindkét oldalt érintő jelentős károsodása súlyosan megnehezítheti az új epizodikus, vagyis az eseményekre és személyes élményekre vonatkozó emlékek kialakulását. Ez a nehézség ismerős lehet a Memento című film cselekményéből, bár a film inkább fikció, mintsem pontos klinikai esetleírás.
A hippokampusz szerkezetének egyik klasszikussá vált vizsgálatát Eleanor Maguire és munkatársai végezték az Egyesült Királyságban [2]. Azt találták, hogy a londoni taxisofőröknek – akik alapos képzés során sajátítják el London utcáinak és útvonalainak ismeretét – nagyobb volt a hippokampuszuk hátsó része, mint a kontrollcsoport tagjainak. Az elülső rész ugyanakkor a kontrollcsoportban volt nagyobb. Az eredmény tehát régiónként eltérő szerkezeti különbségekre utalt, nem a hippokampusz egészének egyöntetű megnagyobbodására (1. ábra).
1. ábra. A hippokampusz szerepe az új idegsejtek képződésében, az emlékezetben és a térbeli tájékozódásban. (A) Az idegi őssejtekből és elődsejtekből új idegsejtek alakulnak ki; ezt a folyamatot rágcsálókban a felnőttkori gyrus dentatusban igazolták. (B) A rágcsálóagyban elhelyezkedő hippokampusz, a gyrus dentatus sematikus részletével, amely az új idegsejtek képződését szemlélteti. (C) A hasonló papagájok azt példázzák, hogyan különíthet el egymástól a hippokampusz idegi hálózata részben átfedő élményeket a mintázatszeparáció révén. (D) A londoni taxisofőröknél leírt eltérések a hippokampusz egyes régióira vonatkoztak, nem annak egységes megnagyobbodására. Szemléltető ábra, nem kísérleti mikroszkópos felvétel.
Edzés
Henriette van Praag és munkatársai végezték az első olyan kísérletek egy részét, amelyek összekapcsolták a felnőttkori hippokampális neurogenezist a rendszeres fizikai aktivitással [3]. Vizsgálatukban az önkéntes futókerék-használat növelte az újonnan képződő idegsejtek számát az egerek hippokampuszában, és javította a térbeli tanulásukat, valamint a memóriájukat.
A nagy kérdés az, hogy ezek a főként rágcsálók vizsgálataiból származó eredmények és a magyarázatukra felvetett mechanizmusok mennyiben érvényesek emberre. Az emberi agyról szerzett ismereteinket továbbra is technológiai és etikai korlátok határolják. A rágcsálókon végzett kísérletekben az új sejtek képződését gyakran bróm-dezoxiuridinnel (BrdU) vizsgálják. Ez a timidin szintetikus analógja, amely az osztódó sejtekben a DNS-szintézis során beépül a DNS-be. A kutatók ezt követően megvizsgálják az agyszövetet, és a BrdU kimutatását idegsejtekre jellemző markerekkel kombinálva azonosítani tudják azokat a sejteket, amelyek osztódtak, majd idegsejtté fejlődtek.
Ez az eljárás egészséges emberi önkéntesek neurogenezisének vizsgálatára nem alkalmazható rutinszerűen, különösen azért, mert az agyszövet közvetlen vizsgálatát igényli. Az azonban nem volna pontos állítás, hogy emberben soha nem használták a fentebb említett eljárást: egy mérföldkőnek számító, 1998-as vizsgálat olyan betegek postmortem agyszövetét elemezte, akik daganatos betegségükkel összefüggő diagnosztikai célból kaptak BrdU-t. A tanulmány a felnőtt emberi hippokampuszban zajló neurogenezisre utaló bizonyítékokról számolt be [4]. Újabb molekuláris vizsgálatok osztódó idegi elődsejteket is azonosítottak a felnőtt emberi hippokampuszban [5]. Ezek az eredmények alátámasztják a folyamat létezését, azt azonban, hogy a testmozgás milyen mértékben serkenti az emberben, nem mutatják meg.
Az emberi edzésvizsgálatok ezért az agy szerkezeti változásainak mérésére inkább mágneses rezonanciás képalkotást, azaz MRI-t alkalmaznak. Ezzel időben monitorozható a hippokampusz térfogata, ám a térfogatváltozás önmagában nem egyértelmű markere az új idegsejtek képződésének. Fontos megemlíteni, hogy a térfogatot többféle szöveti összetevő együttesen határozza meg, így pusztán ebből a neurogenezis nem különíthető el a meglévő idegsejtek, a gliasejtek vagy az erek változásaitól.
Kirk Erickson és munkatársai nagy hatású, 12 hónapos, randomizált, kontrollált vizsgálatában 120 idősebb felnőtt vett részt [6]. Az aerob edzést végző csoportban a hippokampusz térfogata megközelítőleg 2%-kal nőtt, elsősorban az elülső régióban, míg a nyújtógyakorlatokat végző kontrollcsoportban csökkenést figyeltek meg. Az aerob edzéscsoporton belül a hippokampusz térfogatváltozása összefüggött az agyi eredetű neurotróf faktor, vagyis a BDNF szérumszintjének változásával. Ez a fehérje támogatja az idegsejtek túlélését és a szinaptikus plaszticitást, valamint a neurogenezisben is szerepet játszik.
Felmerült azonban egy probléma: a későbbi vizsgálatok nem tudták következetesen megismételni Erickson eredményeit. Balbim és munkatársai metaanalízisükben nyolc randomizált vizsgálat kilenc közleményben ismertetett eredményeit összegezték [7]. Az elemzés 554 egészséges, kognitív károsodástól mentes idősebb felnőtt adatait foglalta magában; átlagéletkoruk megközelítőleg 68 év volt. A résztvevők 3–12 hónapos, felügyelt aerob edzésprogramokban vettek részt, jellemzően heti három alkalommal, alkalmanként körülbelül 44 perc fizikai aktivitást végezve.
Az összesített eredmények szerint az aerob edzés szignifikánsan javította a kardiorespiratorikus fittséget, a hippokampusz térfogatában azonban nem eredményezett statisztikailag szignifikáns növekedést. Emellett a vizsgálatok összevetésekor a fittség javulása nem mutatott összefüggést a hippokampusz térfogatának változásával. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a vizsgált körülmények között az aerob edzés nem idéz elő konzekvensen mérhető térfogat-növekedést a hippokampuszban. Az adatokból ugyanakkor nem következik, hogy a hatás pontosan nulla, vagy hogy a testmozgásnak ne lennének kognitív előnyei (2. ábra).
2. ábra. Az aerob edzés javítja a fittséget, miközben a hippokampusz térfogatának növekedése nem egyértelmű. (A) Egészséges idősebb felnőttek felügyelt aerob edzése. (B) Korábbi rágcsálókísérletekben a futás fokozta a hippokampális neurogenezist (van Praag és mtsai, 1999). (C) A vizsgálatok összesített eredményei a kardiorespiratorikus fittség (CRF) szignifikáns javulását mutatták. (D) A hippokampusz térfogatának összesített növekedése nem volt statisztikailag szignifikáns; az MRI-vel mért térfogat nem a neurogenezis közvetlen mérőszáma. A C és D panel tölcsérdiagramjai az egyes vizsgálatok hatásbecsléseit ábrázolják a standard hiba függvényében; a függőleges zöld vonal a nulla hatást jelöli. Az illusztráció és a tölcsérdiagramok Balbim és mtsai közleményének 2. ábrája alapján készültek: GeroScience 46, 2755–2764. A nem szignifikáns eredmény nem bizonyítja a hatás teljes hiányát, és nem zárja ki a kognitív előnyöket.
Levezetés
Látszólag miért térnek el az egereken és az embereken végzett vizsgálatok eredményei? Részben azért, mert gyakran különböző dolgokat mérünk: állatkísérletekben az agyszövetben újonnan képződött idegsejteket, emberi vizsgálatokban pedig a hippokampusz MRI-vel meghatározott térfogatát. Emellett a fajok közötti különbségek, a testmozgás dózisa és a mérések időzítése is szerepet játszhat. Egy másik lehetséges magyarázatot az expanzió–renormalizáció modell kínál, mely szerint a szöveti térfogat kezdeti növekedését a szerkezet finomhangolása követheti, amelynek során a térfogat visszatérhet a kiindulási érték közelébe, miközben a működés javulása fennmarad. Ha csak a beavatkozás előtt és után készült MRI-felvétel áll a kutató rendelkezésére, ez a köztes változás rejtve maradhat. Az említett metaanalízis ugyanakkor nem vizsgálta, hogy valóban ez a folyamat zajlott volna le.
A szignifikáns térfogat-növekedés hiánya nem zárja ki a működés javulását. Erickson és munkatársai vizsgálatában a testmozgással összefüggő hippokampális változások a térbeli emlékezet javulásával jártak együtt. Ez is mutatja, miért kell a szerkezeti méréseket az agy működését tükröző eredményekkel együtt értelmeznünk.
Vajon túl sokat várunk az új idegsejtektől? Talán igen, ha képződésüket tekintjük elsődleges magyarázatnak arra, hogy a testmozgás jótékony hatást gyakorol az emberi kognitív működésre. Az újonnan keletkező idegsejtek az idegsejtállománynak csupán kis hányadát alkothatják, és integrációjuk nem feltétlenül jár az agytérfogat mérhető növekedésével. A szinaptikus plaszticitás, az idegi hálózatok működése és kapcsolatrendszere fontosabb lehet, mint önmagában a méret. A neurogenezis valószínűleg továbbra is a kirakósjáték egyik lehetséges eleme, de egyelőre bizonytalan, hogy emberben milyen mértékben járul hozzá a testmozgás kedvező hatásaihoz.
A testmozgásról számos tanulmány mutatta ki, hogy az agyműködés több területén is képes javulást elérni. Az agy azonban a természet egyik legösszetettebb struktúrája. A latin mondás, a mens sana in corpore sano - „ép testben ép lélek” - találó törekvést fogalmaz meg, még akkor is, ha a mögötte álló biológia ennél jóval összetettebb.
Hivatkozások
1. Altman J, Das GD. Autoradiographic and histological evidence of postnatal hippocampal neurogenesis in rats. J Comp Neurol. 1965;124(3):319–335. doi: 10.1002/cne.901240303. PMID: 5861717
2. Maguire EA, Gadian DG, Johnsrude IS, Good CD, Ashburner J, Frackowiak RS, et al. Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000;97(8):4398–4403. doi: 10.1073/pnas.070039597. PMID: 10716738
3. van Praag H, Christie BR, Sejnowski TJ, Gage FH. Running enhances neurogenesis, learning, and long-term potentiation in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 1999;96(23):13427–13431. doi: 10.1073/pnas.96.23.13427. PMID: 10557337
4. Eriksson PS, Perfilieva E, Björk-Eriksson T, Alborn AM, Nordborg C, Peterson DA, et al. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat Med. 1998;4(11):1313–1317. doi: 10.1038/3305. PMID: 9809557
5. Dumitru I, Paterlini M, Zamboni M, Ziegenhain C, Giatrellis S, Saghaleyni R, et al. Identification of proliferating neural progenitors in the adult human hippocampus. Science. 2025;389(6755):58–63. doi: 10.1126/science.adu9575. PMID: 40608919.
6. Erickson KI, Voss MW, Prakash RS, Basak C, Szabo A, Chaddock L, et al. Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108(7):3017–3022. doi: 10.1073/pnas.1015950108. PMID: 21282661.
7. Balbim GM, Boa Sorte Silva NC, Ten Brinke L, Falck RS, Hortobágyi T, Granacher U, et al. Aerobic exercise training effects on hippocampal volume in healthy older individuals: a meta-analysis of randomized controlled trials. Geroscience. 2024;46(2):2755–2764. doi: 10.1007/s11357-023-00971-7. PMID: 37943486.
