¿Por que el cerebro necesita ejercicio?

En la decada de 1990, los investigadores anunciaron una serie de descubrimientos que alterarian un principio fundamental de la neurociencia. Durante decadas, se entendio que el cerebro maduro era incapaz de desarrollar nuevas neuronas. Una vez que un individuo alcanza la edad adulta el cerebro comeienza a perder neuronas en lugar de ganarlas.

Pero se estaba acumulando evidencia de que el cerebro adulto podria, de hecho, generar nuevas neuronas.

En un experimento particularmente sorprendente con ratones, los cientificos descubrieron que simplemente correr sobre una rueda condujo al nacimiento de nuevas neuronas en el hipocampo, una estructura cerebral asociada con la memoria.

Desde entonces, otros estudios han establecido que el ejercicio tambien tiene efectos positivos en el cerebro de los humanos, especialmente a medida que envejecemos, y que incluso puede ayudar a reducir el riesgo de enfermedad de Alzheimer y otras afecciones neurodegenerativas. Pero la investigacion planteo una pregunta clave: ¿por que el ejercicio afecta al cerebro?

La actividad fisica mejora la funcion de muchos sistemas de organos en el cuerpo, pero los efectos generalmente estan relacionados con un mejor rendimiento deportivo. Por ejemplo, cuando camina o corre, sus musculos demandan mas oxigeno y, con el tiempo, su sistema cardiovascular responde aumentando el tamaño del corazon y construyendo nuevos vasos sanguineos. Los cambios cardiovasculares son principalmente una respuesta a los desafios fisicos del ejercicio, que pueden mejorar la resistencia. Pero, ¿que desafio provoca una respuesta del cerebro?

Responder esta pregunta requiere que reconsideremos nuestros puntos de vista sobre el ejercicio. Las personas a menudo consideran que caminar y correr son actividades que el cuerpo puede realizar en piloto automatico. Pero la investigacion llevada a cabo durante la ultima decada indicaria que esta sabiduria popular esta equivocada.

El ejercicio parece ser tanto una actividad cognitiva como fisica.

De hecho, este vinculo entre la actividad fisica y la salud del cerebro puede remontarse a millones de años hasta el origen de los rasgos distintivos de la humanidad. Si podemos entender mejor por que y como el ejercicio involucra al cerebro, quizas podamos aprovechar las vias fisiologicas relevantes para diseñar rutinas de ejercicio novedosas que impulsen la cognicion de las personas a medida que envejecen, trabajo que hemos comenzado a emprender, afirman los autores.

Haciendo flexiones con el cerebro

Para explorar por que el ejercicio beneficia al cerebro, primero debemos considerar que aspectos de la estructura cerebral y la cognicion parecen responder mejor a el. Cuando los investigadores del Instituto Salk de Estudios Biologicos en La Jolla, California, liderados por Fred Gage y Henriette Van Praag, mostraron en la decada de 1990 que correr aumento el nacimiento de nuevas neuronas del hipocampo en ratones, notaron que este proceso parecia estar vinculado a la produccion de una proteina llamada factor neurotrofico derivado del cerebro (BDNF).

El BDNF se produce en todo el cuerpo y en el cerebro, y promueve tanto el crecimiento como la supervivencia de las neuronas nacientes.

El grupo de Salk y otros continuaron demostrando que la neurogenesis inducida por el ejercicio esta asociada con un mejor rendimiento en tareas relacionadas con la memoria en roedores. Los resultados de estos estudios fueron sorprendentes porque la atrofia del hipocampo esta ampliamente relacionada con las dificultades de memoria durante el envejecimiento humano saludable y se produce en mayor medida en personas con enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Los hallazgos en roedores proporcionaron una vision inicial de como el ejercicio podria contrarrestar esta disminucion.

Despues de este trabajo en animales, los investigadores llevaron a cabo una serie de investigaciones que determinaron que en los humanos, al igual que en los roedores, el ejercicio aerobico conduce a la produccion de BDNF y aumenta la estructura, es decir, el tamaño y la conectividad, de las areas clave del cerebro, incluido el hipocampo. En un ensayo aleatorio realizado en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign por Kirk Erickson y Arthur Kramer, 12 meses de ejercicio aerobico condujeron a un aumento en los niveles de BDNF, un aumento en el tamaño del hipocampo y mejoras en la memoria en adultos mayores.

Otros investigadores han encontrado asociaciones entre el ejercicio y el hipocampo en una variedad de estudios observacionales. En nuestro propio estudio de mas de 7,000 adultos de mediana edad a adultos mayores en el Reino Unido, publicado en 2019 en Brain Imaging and Behavior, demostramos que las personas que dedicaron mas tiempo a una actividad fisica moderada a vigorosa tenian volumenes de hipocampo mas grandes.

Aunque todavia no es posible decir si estos efectos en los humanos estan relacionados con la neurogenesis u otras formas de plasticidad cerebral, como el aumento de las conexiones entre las neuronas existentes, los resultados indican claramente que el ejercicio puede beneficiar el hipocampo del cerebro y sus funciones cognitivas.

Los investigadores tambien han documentado vinculos claros entre el ejercicio aerobico y los beneficios para otras partes del cerebro, incluida la expansion de la corteza prefrontal. Tal aumento de esta region se ha relacionado con funciones cognitivas ejecutivas mas agudas, que involucran aspectos de planificacion, toma de decisiones y multitarea, habilidades que, como la memoria, tienden a disminuir con un envejecimiento saludable y se degradan aun mas en presencia de Alzheimer. Los cientificos sospechan que el aumento de las conexiones entre las neuronas existentes, en lugar del nacimiento de nuevas neuronas, son responsables de los efectos beneficiosos del ejercicio en la corteza prefrontal y otras regiones del cerebro fuera del hipocampo.

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Vertical y activo

Con la creciente evidencia de que el ejercicio aerobico puede mejorar la salud del cerebro, especialmente en adultos mayores, el siguiente paso fue descubrir exactamente que desafios cognitivos plantea la actividad fisica que desencadenan esta respuesta adaptativa. Comenzamos a pensar que examinar la relacion evolutiva entre el cerebro y el cuerpo podria ser un buen lugar para comenzar.

Los hominidos (el grupo que incluye a los humanos modernos y nuestros parientes cercanos y extintos) se separaron del linaje que los llevo a nuestros parientes vivos mas cercanos, los chimpances y los bonobos, entre seis y siete millones de años atras. En ese tiempo, los hominidos desarrollaron una serie de adaptaciones anatomicas y conductuales que nos distinguen de otros primates. Creemos que dos de estos cambios evolutivos en particular vinculan el ejercicio a la funcion cerebral de manera que las personas puedan hacer uso de la actualidad.

Primero, nuestros antepasados pasaron de caminar a cuatro patas a caminar erguidos solo con las patas traseras. Esta postura bipeda significa que hay momentos en que nuestros cuerpos se equilibran precariamente sobre un pie en lugar de dos o mas extremidades como en otros simios. Para lograr esta tarea, nuestros cerebros deben coordinar una gran cantidad de informacion y, en el proceso, hacer ajustes a la actividad muscular en todo el cuerpo para mantener nuestro equilibrio. Al coordinar estas acciones, tambien debemos estar atentos a cualquier obstaculo ambiental. En otras palabras, simplemente porque somos bipedos, nuestros cerebros pueden estar mas desafiados cognitivamente que los de nuestros antepasados cuadrupedos.

Segundo, la forma de vida de los hominidos cambio para incorporar niveles mas altos de actividad aerobica. La evidencia fosil indica que en las primeras etapas de la evolucion humana, nuestros antepasados fueron probablemente simios bipedos relativamente sedentarios que comieron principalmente plantas. Sin embargo, hace unos dos millones de años, a medida que los habitats se secaban bajo un clima frio, al menos un grupo de humanos ancestrales comenzo a alimentarse de una nueva manera, cazando animales y recolectando alimentos vegetales. La caza y la recoleccion dominaron las estrategias de subsistencia humana durante casi dos millones de años hasta el advenimiento de la agricultura y el pastoreo hace unos 10.000 años. Con Herman Pontzer de la Universidad de Duke y Brian Wood de la Universidad de California, Los Ángeles, hemos demostrado que debido a las largas distancias recorridas en busca de alimento, la caza y la recoleccion implican mucha mas actividad aerobica que en otros simios.

El aumento de las demandas en el cerebro acompaño este cambio hacia una rutina mas activa fisicamente. Cuando buscan comida lejos, los cazadores-recolectores deben inspeccionar sus alrededores para asegurarse de saber donde estan. Este tipo de navegacion espacial se basa en el hipocampo, la misma region del cerebro que se beneficia del ejercicio y que tiende a atrofiarse a medida que envejecemos. Ademas, tienen que escanear el paisaje en busca de signos de comida, utilizando informacion sensorial de sus sistemas visuales y auditivos. Deben recordar donde han estado antes y cuando estaban disponibles ciertos tipos de alimentos.

El cerebro utiliza esta informacion de la memoria a corto y largo plazo, lo que permite a las personas tomar decisiones y planificar sus rutas, tareas cognitivas que son apoyadas por el hipocampo y la corteza prefrontal, entre otras regiones. Los cazadores-recolectores a menudo tambien se alimentan en grupos, en cuyo caso pueden tener conversaciones mientras sus cerebros mantienen el equilibrio y los mantienen ubicados espacialmente en su entorno. Toda esta multitarea esta controlada, en parte, por la corteza prefrontal, que tambien tiende a disminuir con la edad.

Aunque cualquier animal en busca de alimento debe navegar y descubrir donde encontrar comida, los cazadores-recolectores deben realizar estas funciones durante las caminatas rapidas que pueden extenderse por mas de 20 kilometros. A altas velocidades, la multitarea se vuelve aun mas dificil y requiere un procesamiento de informacion mas rapido.

Desde una perspectiva evolutiva, tendria sentido tener un cerebro listo para responder a una serie de desafios durante y despues de la busqueda de alimentos para maximizar las posibilidades de exito en esa tarea. Pero los recursos fisiologicos necesarios para construir y mantener dicho cerebro, incluidos los que apoyan el nacimiento y la supervivencia de nuevas neuronas, le cuestan energia al cuerpo, lo que significa que si no usamos regularmente este sistema, es probable que perdamos estos beneficios.

Pero simplemente hacer mas ejercicio puede no dar cuenta del potencial total de la actividad fisica para mantener a raya el deterioro cerebral. De hecho, nuestro modelo sugiere que incluso las personas que ya realizan mucha actividad aerobica pueden querer repensar sus rutinas. Es posible que no siempre hagamos ejercicio de manera que aprovechemos al maximo nuestros mecanismos evolucionados para mantener el rendimiento cerebral.

Piense en las formas en que muchos de nosotros hacemos nuestro ejercicio aerobico. A menudo vamos a gimnasios y usamos una maquina de ejercicios estacionaria; la tarea mas exigente cognitivamente en un entrenamiento de este tipo podria ser decidir que canal mirar en la television incorporada. Ademas, estas maquinas eliminan algunas de las exigencias de mantener el equilibrio y ajustar la velocidad, entre muchos otros desafios cognitivos intrinsecos del movimiento a traves de un entorno cambiante.

¿Que pasa si esta forma de ejercicio nos esta fallando?

Nuestros antepasados evolucionaron en un mundo impredecible. ¿Que pasaria si pudieramos modificar nuestras rutinas de ejercicio para incluir desafios cognitivos como los que enfrentan nuestros antepasados cazadores-recolectores?

Si podemos aumentar los efectos del ejercicio al incluir una actividad cognitivamente exigente, entonces quizas podamos aumentar la eficacia de los regimenes de ejercicio destinados a aumentar la cognicion durante el envejecimiento e incluso alterar el curso de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.

Moverse y pensar

De hecho, un numero creciente de investigaciones sugiere que el ejercicio que estimula cognitivamente puede beneficiar al cerebro mas que el ejercicio que no genera tales demandas cognitivas. Por ejemplo, Gerd Kempermann y sus colegas del Centro de Terapias Regenerativas de Dresde en Alemania exploraron esta posibilidad comparando el crecimiento y la supervivencia de nuevas neuronas en el hipocampo del raton despues del ejercicio solo o despues del ejercicio combinado con el acceso a un entorno enriquecido cognitivamente. Encontraron un efecto aditivo: el ejercicio solo era bueno para el hipocampo, pero combinar la actividad fisica con las demandas cognitivas en un entorno estimulante fue aun mejor, lo que condujo a mas neuronas nuevas. El uso del cerebro durante y despues del ejercicio parecio desencadenar una mayor supervivencia de las neuronas.

Nosotros y otros, afirman los autores, hemos comenzado recientemente a extender estos estudios de animales a humanos, con resultados alentadores. Por ejemplo, los investigadores han estado explorando la combinacion de ejercicio y desafios cognitivos en individuos que experimentan un deterioro cognitivo notable. Cay Anderson-Hanley de Union College en Schenectady, Nueva York, ha probado el ejercicio simultaneo y las intervenciones cognitivas en personas con deterioro cognitivo leve, una condicion asociada con un mayor riesgo de Alzheimer.

Ciertamente, se necesita mas trabajo en poblaciones como esta antes de que podamos sacar conclusiones firmes, pero los resultados hasta ahora sugieren que las personas que ya estan experimentando algun deterioro cognitivo pueden beneficiarse del ejercicio mientras juegan un videojuego mentalmente exigente. En estudios de adultos sanos, Anderson-Hanley y sus colegas tambien han demostrado que hacer ejercicio y jugar un videojuego cognitivo desafiante al mismo tiempo puede provocar un mayor aumento en el BDNF circulante que el ejercicio solo. Estos hallazgos refuerzan aun mas la idea de que el BDNF es fundamental para lograr beneficios cerebrales inducidos por el ejercicio.

Ademas de las intervenciones especialmente diseñadas, similares a las descritas aqui, es posible que la participacion en deportes que requieren combinaciones de tareas cognitivas y aerobicas sea una forma de activar estos beneficios cerebrales. Por ejemplo, recientemente demostramos que los corredores universitarios de todo el pais que se entrenan ampliamente en senderos al aire libre han aumentado la conectividad entre las regiones cerebrales asociadas con las funciones cognitivas ejecutivas en comparacion con los adultos jovenes sanos pero mas sedentarios. El trabajo futuro nos ayudara a comprender si estos beneficios tambien son mayores que los observados en los corredores que entrenan en entornos menos complejos, por ejemplo, en una cinta de correr.

Queda mucho por descubrir. Aunque todavia es demasiado pronto para hacer recetas especificas para combinar ejercicio y tareas cognitivas, podemos decir con certeza que el ejercicio es un jugador clave para preservar la funcion cerebral a medida que envejecemos.

Las pautas del Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. sugieren que las personas deben realizar ejercicio aerobico durante al menos 150 minutos a la semana a una intensidad moderada o al menos 75 minutos a la semana a una intensidad vigorosa (o una combinacion equivalente de los dos). Cumplir o exceder estas recomendaciones de ejercicio es bueno para el cuerpo y puede mejorar la salud del cerebro.

Los ensayos clinicos nos daran mucho mas informacion sobre la eficacia del ejercicio cognitivamente comprometido: que tipos de actividades mentales y fisicas son las mas impactantes, por ejemplo, y la intensidad y duracion optimas del ejercicio para aumentar la cognicion. Pero a la luz de la evidencia que tenemos hasta ahora, creemos que con una investigacion cuidadosa y continua podemos enfocarnos en las vias fisiologicas que unen el cerebro y el cuerpo y explotar la capacidad adaptativa evolucionada de nuestro cerebro para la plasticidad inducida por el ejercicio durante el envejecimiento. Al final, ejercitar tanto el cuerpo como el cerebro durante el ejercicio puede ayudar a mantener la mente aguda de por vida.