Het effect van acute beweging en fitness niveau op het verouderende brein, onderzocht met fMRI.

Uit een groeiende hoeveelheid literatuur blijkt dat meerdere cognitieve
domeinen kunnen worden verbeterd door fysieke inspanning, zowel door een enkele
periode van inspanning als door training (Colcombe & Kramer, 2003), maar er is
weinig bekend over het effect van bewegen op werkgeheugen en temporele
aandacht. Het verouderende brein laat bilaterale hersenactiviteit zien in de
prefrontale cortex (PFC) gedurende verschillende taken. Er wordt gedacht dat
dit een compensatie mechanisme is. Recente studies laten zien dat acute
inspanning bilaterale activiteit in de PFC verhoogt in ouderen, terwijl een
hoog fitness level leidt tot activatie patronen die lijken op jongeren. Deze
hypothese is nog niet onderzocht met een werkgeheugentaak. Li et al. (2014) is
de enige neuroimaging studie die het effect van acute inspanning op
werkgeheugen heeft onderzocht met een N-back taak. Zij vonden geen verschil in
gedrag, maar observeerden wel verschillen in taakgerelateerde toename van
activiteit in onder andere prefrontale gebieden. Wij zullen deze resultaten
trachten uit te breiden door het effect van acute inspanning op de N-back taak
te onderzoeken in jongeren en ouderen. Eén van de hypotheses die het positieve
effect van beweging op cognitie verklaard is dat het de cerebrale doorbloeding
(CBF) vergroot. Daarom gaan wij ook het effect van acute inspanning op CBF in
rust onderzoeken.

Een ander cognitief domein waar nog weinig onderzoek naar gedaan is wat betreft
het effect van fysieke inspanning is temporele aandacht. Wu en Hillman (2013)
hebben laten zien dat fitness niveau positief gerelateerd is aan visuele
temporele aandacht in kinderen, gemeten met een Attentional Blink (AB) taak. De
auteurs suggereren dat een hoog fitness niveau de controle verhoogd over de
verdeling van aandacht. In de voorgestelde studie zullen wij proberen de
resultaten in jongeren en ouderen te repliceren en uit te breiden. Als maat van
fitness niveau zullen deelnemers een submaximale inspannings test doen. Wu en
Hillman hebben elektro-encefalografie(EEG) gebruikt om brein responses te
meten, maar wij zullen pupil dilatatie signaal meten. Er wordt gedacht dat
taak-gerelateerde pupil dilatatie veranderingen in aandacht weergeeft en het
blijkt een betrouwbare en sensitievere maat te zijn dan EEG (Wierda et al.,
2012), waardoor er minder trials nodig zijn.

Met deze studie zullen wij de kennis vergroten over het effect van acute
inspanning op CBF, werkgeheugen en onderliggende neurale correlaten. De
levensverwachting stijgt en cognitieve achteruitgang toeneemt met een hogere
leeftijd. Het vergaren van kennis over het effect van inspanning op cognitie
zal vooral van belang zijn voor de oudere populatie, omdat deze kennis mogelijk
kan bijdragen aan toekomstige interventies om het cognitieve functioneren te
behouden en de kwaliteit van leven te vergroten.

Het doel van de studie is om te onderzoek (1) of acute inspanning brein
responses gedurende een werkgeheugen taak beïnvloedt, (2) of acute inspanning
de CBF responses beïnvloedt en (3) of fitness niveau is gerelateerd aan
aandachtscapaciteit.

Deelnemers zullen worden gevraagd om vragenlijsten in te vullen over de
gezondheid, MRI compatibility en in- en exclusiecriteria. Daarnaast zal er een
vragenlijst over video spellen worden ingevuld die gebruikt wordt als
covariate. Tijdens het eerste bezoek zullen proefpersonen oefenen op een
fietsergometer met de Borg RPE schaal (classificatie van de vermoeidheid). Dan
zullen vragenlijsten worden afgenomen die algemene cognitie meten (MMSE) en
anst en depressieklachten (HADS), om er zeker van te zijn dat deelnemers geen
geheugenklachten of angst- of depressieklachten hebben, aangezien deze
taakprestatie kunnen beïnvloeden. Dan zullen proefpersonen een submaximale
inspannings test doen. Gedurende het tweede en derde zullen de proefpersonen
twee MRI sessies doen: een inspannings sessie en controle sessie. De volgorde
van de MRI sessies zal counterbalanced zijn voor alle proefpersonen. Gedurende
het tweede bezoek zullen proefpersonen twee versies van de AB taak doen terwijl
pupil dilatatie gemeten wordt. Hierna zullen de proefpersonen één van de twee
MRI sessies doen. Tijdens het derde bezoek zullen drie testen worden gedaan,
namelijk de Digit Symbol Substitution Task, Dutch National Adult Reading Test
en Trail Making Test A en B. Verder bestaat het derde bezoek uit de tweede MRI
sessie. In de inspanningssessie zullen CBF en BOLD scans in rust willen
gemaakt. Daarna zullen de proefpersonen 20 minuten aerobe inspanning doen op
een stationaire fiets buiten de MRI scanner, waarvan 15 minuten op 70% van de
maximale hartslag. De proefpersonen zullen weer terug in de MRI scanner worden
gelegd.
Proefpersonen worden gevraagd voor 2 minuten te fietsen op een fietsergometer
die MRI-compatibel is, op RPE-niveau 13. RPE 13 is gelijkwaardig aan 'iets
zwaar' en is ca. 74% van de maximale hartslag.
Dan zullen er weer twee scans worden gemaakt in rust. Daarna zullen de
proefpersonen de N-back taak doen. In de controle MRI sessie zullen de
proefpersonen rusten in plaats van fietsen.

De belasting voor de deelnemer bestaat uit het invullen van vier vragenlijsten
via post en email (met een duur van 30 minuten) en drie bezoeken. Het eerste
bezoek zal 90 minuten duren. De proefpersonen zullen een submaximale test
uitvoeren op het SportsFieldLab. Omdat we een gezondheidsvragenlijst afnemen
beschouwen we het risico voor deelnemers minimaal. Het tweede bezoek duurt 171
minuten en het derde bezoek 105 minuten. Pupil dilatatie zal worden gemeten met
een eye tracker gedurende de AB taken. Deelnemers zullen hun kin op een
kinsteun laten rusten gedurende de taken om eye-tracking en condities te
optimaliseren. In de MRI scanner zullen deelnemers worden blootgesteld aan een
magnetisch veld van 3 Tesla en lawaai van de scanner. Er is geen bewijs dat het
blootstellen van mensen aan een magnetisch veld van deze sterkte een negatief
effect heeft op de gezondheid. Wat betreft het geluid zullen deelnemers worden
voorzien van oordopjes. Als er abnormaliteiten in het brein worden
geconstateerd zal de huisarts, die aangewezen is door de deelnemer, op de
hoogte worden gesteld.

Deelnemers hebben geen direct voordeel van deelname aan deze studie, maar de
gegevens die verzameld worden tijdens deze studie zullen bijdragen aan ons
begrip van de complexe relatie tussen fysieke fitheid, acute inspanning en
cognitie. Omdat de levensverwachting stijgt en cognitieve achteruitgang
vergroot met een hogere leeftijd is het verzamelen van kennis over het effect
van bewegen op cognitie voornamelijk van belang voor de oudere populatie, omdat
dit zou kunnen bijdragen aan toekomstige interventies om cognitief functioneren
te onderhouden en de kwaliteit van leven te verhogen.