İnsan beyni; duygu, düşünce, davranış ve benlik gibi duyguların oluşturulduğu, insan olmanın toplam kalite merkezidir. İnsanoğlunun sahip olduğu bu kalite merkezi, ömür boyu dinamik bir değişim ve yeniden organize olabilme kapasitesine sahiptir. Beynin bu uyum yeteneği, nöroplastisite kelimesi ile tanımlanmaktadır.
Prof. Dr. Bekir Çoksevim
Egzersizin insan beyni üzerine meydana getirdiği karmaşık etkilere bir yanıt olarak ortaya çıkan nöroplastisite, beynin yaşam boyu yeni sinirsel bağlantılar kurarak kendini yeniden organize etme konusundaki olağanüstü yeteneğidir. Bu, beynin yeni deneyimlere uyum sağlamasına, yeni beceriler öğrenmesine, yaralanmalardan iyileşmesine ve çevredeki değişikliklere uyum sağlamasına kadar geniş bir alanı kapsar. Egzersiz, nöroplastisitenin güçlü bir düzenleyicisi olarak ortaya çıkmıştır ve beyin yapısını ve işlevini çeşitli düzeylerde başlıklar hâlinde izah edilmeye çalışılacaktır.
Egzersiz, nöroplastisitenin güçlü bir düzenleyicisi olarak ortaya çıkmıştır.
Nöroplastisite ve egzersiz
Yaradılışın bir algoritması sonucu meydana gelen insan beyni; duygu, düşünce, davranış ve benlik gibi duyguların oluşturulduğu, insan olmanın toplam kalite merkezidir. İnsanoğlunun sahip olduğu bu kalite merkezi, ömür boyu dinamik bir değişim ve yeniden organize olabilme kapasitesine sahiptir. Beynin bu uyum yeteneği, nöroplastisite kelimesi ile tanımlanmaktadır.
Yaşam boyu eksik olmayan stres yapıcı faktörlere karşı beyinde oluşan uyum yeteneği; çevresel ve mental uyaranlara yanıt olarak yeni sinirsel bağlantıların kurulması, mevcut sinir bağlantılarının ise değiştirilmesi sağlanarak veri kullanımının olgunlaşmasını sağlamaktadır. Nöroplastisite, yeni bir dil öğrenmek gibi devamlı değişen çevresel faktörlerin oluşturduğu yeni bilgilere uyum sağlama ile mental gelişimi ve olgunlaşmayı sağlamaktadır.
Egzersiz ve nöroplastisite, biri diğerine muhtaç; fiziksel ve düşünsel tüm faaliyetlerde biri diğerini etkileyerek güçlü bir düzenleyici rol oynamaktadırlar.
Günlük yaşamda bireylerin temel ihtiyaçlarının giderilmesi, ilgi alanları, icra edilen meslekler, kişilerin ilgi ve merakları bedensel olarak da çok aktif olmayı gerektirebilmektedir. İyilik sahibi ve yararlı bir insan olabilmek için sarf edilen fiziksel aktivite, beynin kullanılabilir tüm kabiliyetlerine ihtiyaç duymaktadır. Ancak, birlikteliğin işlevsel mimarisi çok karmaşık mekanizmaların katkısı ile meydana gelebilmektedir.
Egzersiz ve nöroplastisite, biri diğerine muhtaç; fiziksel ve düşünsel tüm faaliyetlerde biri diğerini etkileyerek güçlü bir düzenleyici rol oynamaktadırlar. Egzersiz olarak ifade edilen fiziksel aktivite ile insan performansında kalp-damar sistemi dayanıklılığı, iskelet-kas sistemi performansı, minimal kullanım, maksimal etki ile enerji kaynakları ile mental ve atletik mahareti hem yapısal hem de beynin sinir devrelerine kadar giden, yani nöroplastisitenin birlikte meydana getirdiği verimlilik düzeyidir.
Beynin temel bilişsel (kognitif) performansı, düzenli yapılan egzersizlerin etkisi ile yapısal değişim oluşturabildiği gibi; dikkat, hafıza ve kognitif fonksiyonları da etkileyerek beynin işlem kapasitesini artırmaktadır.
Mental maharet ve atletik performans konusu, uluslararası yarışlarda devletlerin daha başarılı olabilmek için farklı boyutlarda bilimsel faaliyetlerini artırması, özü itibarıyla daha çok şampiyon eldesi için ileri düzeyde çalışmaların yapıldığı bir gerçektir. Kadın bir yüzücünün, erkeklerin bile beceremediği yüzme hızına sahip bir performans göstermiş olması, egzersiz ve nöroplastisite uyumunda ulaşılan durumu daha da önemli hâle getirmektedir.
Beynin temel bilişsel (kognitif) performansı, düzenli yapılan egzersizlerin etkisi ile yapısal değişim oluşturabildiği gibi; dikkat, hafıza ve kognitif fonksiyonları da etkileyerek beynin işlem kapasitesini artırmaktadır. Ayrıca egzersiz, sinir dokusu yenilenmesi ve tamiri (nörogenez) ile bir yandan sinir dokusunda gençleştirme sağlanırken, diğer yandan da beynin işlem hızı ve kapasitesini artırmaktadır. Sağlıklı bir toplumun meydana gelmesinde, her bir bireyin günlük yaşamına bir egzersiz programı eklemesi; hem bireysel zindelik ve verimliliği hem de sağlıklı bir toplumun oluşmasını sağlamaktadır. “Sağlam kafa sağlam vücutta bulunur.” özdeyişi, aktif bir yaşam anlayışının akıl sağlığını da iyileştirdiği geleneksel olarak söylenegelmiştir.
“Sağlam kafa sağlam vücutta bulunur.”
Yaşa bağlı olarak meydana gelen depresyon, anksiyete, bilişsel gerileme ve nörodejeneratif hastalık risklerinin azaltılmasında ve sağlıklı bir yaşamın teşvik edilmesinde egzersiz temelli uygulamalar, sağlıklı bir yaşam için çok önemlidir. Egzersizin fiziksel ve nöronal iyileşmenin olumlu yönde ve özellikle mental sağlık için oluşturduğu etki hatırda tutulmalıdır. Tanımlanmış optimal egzersiz programlarının beyin plastisitesi üzerine önemli olumlu etkiler oluşturduğu; egzersiz-mental sağlık ilişkisinin karmaşık bir yapı göstermesine rağmen, nöroplastisitenin mental sağlık ve yaşam kalitesini iyileştirmede önemli etkiler oluşturabildiği görülmektedir.
Egzersizin fiziksel ve nöronal iyileşmenin olumlu yönde ve özellikle mental sağlık için oluşturduğu etki hatırda tutulmalıdır.
Günlük aktivite düzeyine bağlı olarak egzersiz–beyin ilişkisi kapsamında meydana gelen fonksiyonel değişiklikler, egzersizin sadece fiziksel yetenekleri değil, mental performansın altında duran nöronal fonksiyonların da uyumunu, yani nöroplastisitesini sağlamaktadır. Sağlıklı bir yaşam için gerekli istemli hareket ve buna karşı meydana gelen yapısal-fonksiyonel düzeyin, insan yaşamında bilişsel canlılık ve daha sağlıklı bir ömrün elde edilebileceğini düşündürmektedir. Koruyucu hekimlik ve sağlıklı, zinde bir toplum eldesi için var olan tüm iletişim yolları kullanılarak bu kavramın toplumun genel bilgisine sunulması sağlanmalıdır.
Egzersiz beyni yapısal olarak etkiler mi?
Egzersizin neden olduğu nöroplastik etkiler, beyin yapısında önemli yenilenmeler (remodelling) oluştururken bu değişim, bilişsel fonksiyonların gelişmesini de sağlamaktadır. Düzenli yapılan aerobik egzersizler, özellikle hafıza için kritik görev yapan hipokampus; planlama ve karar verme gibi işlevlerde rol oynayan prefrontal korteks gibi önemli beyin bölgelerinin yapısal boyutlarını artırabilmektedir.
Ayrıca egzersiz, nöron büyüme ve gelişmesinde çok önemli nörotrofik faktörlerin yapımını uyarır.
Programlı ve düzenli fiziksel aktivitenin, nöroplastisite üzerinden beynin hafıza, dikkat ve odaklanma, planlama ve problem çözme, zihinsel işlemlerde daha hızlı ve verimli faaliyetler gibi bilişsel alanlarında sürekli bir iyileşme; beynin bellek ve hafıza parametrelerini depolayan organı hipokampus ve paydaş yapılarda büyüme süresince yeni nöronların yapımı (nörogenez) meydana gelmektedir. Ayrıca egzersiz, nöron büyüme ve gelişmesinde çok önemli nörotrofik faktörlerin yapımını uyararak, inflamasyonu azaltarak; nöron harabiyetinin (nörodejeneratif) olduğu süreçlere ve yaşa bağlı bilişsel gerilemeye karşı beyni koruyabilmektedir (nöroproteksiyon).
Egzersiz-Nöroplastisite İlişkisi Açıklanabilir mi?
Egzersiz ve nöroplastisite arasındaki ilişkinin çok karmaşık olduğu bilinmeli, beyin içindeki moleküler, hücresel ve sistemik değişikliklerden edinilen verilerle konu hakkında bilimsel bir düzeye ulaşılabilmiştir. Ancak mevcut bilgilerle bu ilişkinin, öncelikle nöronların hayatta kalması, büyümesi, farklılaşması safhalarında; nörotrofik faktörler egzersize nöron cevabının düzeyini belirlemektedir.
Belirtildiği gibi egzersiz, nöroplastisitenin bir düzenleyicisi olarak görev yapmaktadır ve beyin yapısını ve işlevini çeşitli düzeylerde etkilemektedir. Bu yenilenme, beynin yeni uyaranlara uyumu ile yeni beceriler öğrenmesine ve çevredeki değişikliklere kolay uyumunu sağlayabilmektedir.
Egzersiz, nöroplastisitenin bir düzenleyicisi olarak görev yapmaktadır.
Nöroplastisitenin oluşmasında temel faktör olan egzersizin etkisine uyum sağlayarak beynin yenilenmesine katkı sağlayan; nörotrofik, endokrinolojik, metabolik, epigenetik (gen ifadesi) ve sitokinler (hücre içi sinyal üreten küçük proteinler) gibi unsurlardır. Nöroplastisite oluşumunda şu faktörler görev alırlar. Bunlar:
Beyin kaynaklı nörotrofik faktörler (BDNF): Yeni nöronların büyümesini, gelişmesini ve sinir bağlantı bölgelerinin güçlendirilmesini (sinaptogenez) sağlar.
İnsülin Benzeri Büyüme Faktörü 1 (IGF-1): Büyüme ve metabolizma işlemlerinde görev yapar ve beyinde sinir üretimini (nörogenez) destekler.
Vasküler Endotelyal Büyüme Faktörü (VEGF): Egzersiz, VEGF düzeylerini artırarak beyinde yeni kan damarlarının oluşmasını (anjiogenez) sağlar.
Glial Hücre Hattı Kaynaklı Nörotrofik Faktör (GDNF) ve Sinir Büyüme Faktörü (NGF): Nöronların büyüme ve gelişme gibi fonksiyonlarını yerine getirirler.
Egzersiz uyaranına cevap olarak sinir kaynaklı tüm nörotrofik faktörler, beynin nöronal büyüme, beslenme, gelişme gibi yaşamlarını ve işlevsel alanda gerekli yanıtların eldesini sağlayarak insan yaşamına büyük katkılar sağlarlar.
Nöroplastisiteye hormonlar katkı sağlar mı?
Egzersiz, nöroplastisite üzerindeki etkisini nöroendokrin sistem üzerinden de oluşturmaktadır. Fiziksel aktivite, beyin fonksiyonlarını ve plastisitesini modüle eden çeşitli nörotransmiterlerin ve hormonların salınımını tetikler.
Egzersizin neden olduğu bu nörotransmiter salınımındaki artışlar, bilişsel işlem kapasitesini geliştirme, öğrenme ve hafıza oluşumunu güçlendirmektedir.
Herhangi bir fiziksel aktiviteye cevap olarak katekolaminler (dopamin, norepinefrin) ve egzersiz düzeyine bağlı olarak hipofiz ve merkezi sinir sisteminin bazı bölgelerinden sentezlenen endorfin salgılanması; dikkat, motivasyon gibi mental fonksiyonların düzenlenmesinde rol oynamaktadır. Egzersizin neden olduğu bu nörotransmiter salınımındaki artışlar, bilişsel işlem kapasitesini geliştirme, öğrenme ve hafıza oluşumunu güçlendirmektedir.
Egzersiz ve beyin arasındaki karmaşık bir diğer etkileşim; aktivitenin yoğunluğuna ve süresine bağlı olarak, beyin ve böbreküstü bezi üzerinden salgılanan hormonlar (kortikoitler, katekolaminler) nöroplastisite üzerinde hem kolaylaştırıcı hem de engelleyici etkileri olabilen stres hormonu seviyelerini de etkileyerek stres düzeyinin azalması ve ruh hâlinin düzeltilerek mutlu bir yaşamın eldesini sağlayabilmektedir.
Nöroplastisitenin genetik boyutu var mı?
Egzersizin nöroplastisite üzerine uzun süreli etkisi, genetik yapı üzerinden de oluşmaktadır. Egzersiz, öğrenme ve hafıza ile ilişkili beyin bölgelerinde genetik modifikasyonda değişikliklere neden olmaktadır. Bu değişim, genetik yapıda DNA diziliminde bir farklılaşmadan ziyade, gen ifadesindeki kapsamın artmasına bağlı olarak ortaya çıkmakta; sinaptik plastisite, nörotrofik sinyalleme ve nöronal faaliyetlerin güçlendirilmesi gibi ilgili genlerin ifadesini etkileyerek düzenli fiziksel aktivitenin sağladığı nöroplastisite üzerinden yaşam kalitesine katkıda bulunabilmektedir.
Egzersiz, öğrenme ve hafıza ile ilişkili beyin bölgelerinde genetik modifikasyonda değişikliklere neden olmaktadır.
Ayrıca, mental performansın metabolik faaliyetleri de nöroplastisiteye katkı sağlamaktadır. Egzersiz ile beyin metabolizması önemli düzeyde etkilenmektedir. Fiziksel aktivite, mental faaliyetlerin enerji ihtiyaçlarını artırarak, nöronların glikoz metabolizması ve hücre içi organel olan mitokondriyal fonksiyonlarında adaptasyon oluşturmaktadır. Egzersiz, beyinde insülin duyarlılığını da iyileştirebilmektedir.
Mental performansın metabolik faaliyetleri de nöroplastisiteye katkı sağlamaktadır.
Bu nedenlerle nöronlarda meydana gelen gelişmiş metabolik verimlilik, beyin hücrelerinin bağlantı bölgelerinde (sinapslar) yeniden modelleme ve nörogenezle gelişen nöronların glikoz alımı ve kullanımı ile enerji ihtiyaçlarının teminini daha etkili şekilde sağlayabilmektedir.
Egzersizin beyinde yangı (inflamasyon) oluşumuna katkısı var mı?
Egzersizin beynin yangı (inflamatuar) oluşumu üzerindeki etkisi, nöroplastisite oluşumunda kritik bir faktör olarak değerlendirilmektedir. Yoğun egzersiz, bazı yangı belirteçlerini akut olarak artırırken; uzun süreli aktivitelerde anti-inflamatuvar etki sağlamaktadır. Egzersizin, sitokinleri etkileyerek pro-inflamatuvar sitokinlerde (inflamasyon yapabilme yeteneğinde olan küçük proteinler) azalma, anti-inflamatuvar sitokinlerde (pro-inflamatuvar sitokinlerin cevaplarını kontrol eden, bağışıklığı düzenleyen küçük proteinler) ise artış meydana getirmesi; nöronların sağlığı ve plastisite düzeylerine olumlu katkılar sağlayabilmektedir.
Yoğun egzersiz, bazı yangı belirteçlerini akut olarak artırırken; uzun süreli aktivitelerde anti-inflamatuvar etki sağlamaktadır.
Kronik inflamasyon, nörogenezi ve sinaptik fonksiyonu bozabilirken; anti-inflamatuvar sitokinler sinir bağlantılarını ve nöron yapımını desteklemektedir. Bu karmaşık moleküler ve hücresel değişikliklerin birleşimi, beyin yapısı ve işlevi üzerinde somut etkilere dönüşebilmektedir.
Sonuç olarak
Egzersiz, nöroplastisitenin güçlü ve çok yönlü bir düzenleyicisi olarak, beyin içinde faydalı değişiklikler meydana getirebilmektedir. Egzersiz, hayati nörotrofik faktörlerin salınımını tetiklediği ve nöroendokrin sinyallemeyi hassas bir şekilde ayarladığı moleküler düzeyden; sinaptik güçlenmeyi ve yeni nöronların oluşumunu desteklediği hücresel düzeye kadar, beynin yapısını ve işlevini yeniden düzenleyebilmektedir.
Egzersizin nöroplastisite üzerinden sağladığı hafıza, dikkat ve mental fonksiyonları kapsayan bilişsel yeteneklerdeki iyileşmeler, düzenli ve programlı bir aktif yaşamı hayatımıza dâhil etmenin gerekliliğini işaret etmektedir.
Yaşlanan küresel nüfusun ve nörolojik-ruhsal sağlık bozukluklarının artan yaygınlığı karşısında, egzersiz beyin sağlığını korumada farmakolojik olmayan çok önemli bir seçenektir.
Sağlıklı bir yaşlanma için egzersiz, bilişsel canlılığı sürdürmek ve yaşa bağlı bilişsel gerileme ile nörodejeneratif hastalık riskini azaltmak açısından çok önemli bir alışkanlıktır. Fiziksel aktivitenin, yaşlanma ve hastalıkla ilişkili sinirsel değişikliklere karşı tampon görevi görebileceği unutulmamalıdır.
Yaş, cinsiyet, genetik yapı ve bilişsel işlev gibi bireysel faktörlerin net anlaşılabilmesi için beynin egzersize verdiği yanıtın nasıl olabileceğini araştırmak ve her birey için özel egzersiz reçeteleri hazırlamanın önemi açıktır.
Sağlıklı bir yaşlanma için egzersiz, bilişsel canlılığı sürdürmek ve yaşa bağlı bilişsel gerileme ile nörodejeneratif hastalık riskini azaltmak açısından çok önemli bir alışkanlıktır.
Yaşlanan küresel nüfusun ve nörolojik-ruhsal sağlık bozukluklarının artan yaygınlığı karşısında, egzersiz beyin sağlığını korumada farmakolojik olmayan çok önemli bir seçenektir. Fiziksel olarak aktif bir yaşam tarzı benimseyerek, beynin doğal nöroplastisite kapasitesinden yararlanmalı; yalnızca daha sağlıklı bir bedeni değil, aynı zamanda daha keskin, dirençli ve canlı bir zihni geliştirmek için daha ekonomik, sağlıklı ve sürdürülebilir bir yaşam anlayışı oluşturulmalıdır.
Kaynakça
Cotman, C. W., Berchtold, N. C., & Christie, S. Y. (2007). Exercise: a behavioral intervention to modify brain aging and disease. Trends in Neurosciences, 30(10), 464–472. This seminal review provides a comprehensive overview of the evidence linking exercise to brain health, focusing on molecular mechanisms and implications for aging and neurodegenerative diseases.
Hillman, C. H., Erickson, K. I., & Kramer, A. F. (2008). Be smart, exercise your heart: exercise effects on brain and cognition. Nature Reviews Neuroscience,1 9(1), 58–65. This influential paper synthesizes the evidence for the positive effects of cardiovascular fitness on brain structure and cognitive function across the lifespan.
van Praag, H., Kempermann, G., & Gage, F. H. (2000). Neural consequences of environmental enrichment. Nature Reviews Neuroscience, 1(3), 191–198.2 While focusing on environmental enrichment, this review highlights the importance of activity and stimulation for adult neurogenesis, a key aspect influenced by exercise.
Voss, M. W., Vivar, C., Kramer, A. F., & van Praag, H. (2013). Exercise, brain, and cognition across the lifespan. Molecular Psychiatry, 18(3), 321–329. This review delves into the neurobiological mechanisms underlying the cognitive benefits of exercise, including neurotrophic factors, angiogenesis, and neurogenesis.
Lista, S., & Sorrentino, G. (2010). Physical activity and brain health. Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, 50(1), 1–9. This article provides a broad overview of the impact of physical activity on various aspects of brain health, including neuroplasticity and cognitive function.
Fernandes, J., Arida, R. M., & Gomez-Pinilla, F. (2011). Physical exercise and brain plasticity: how our neurons like to move. Brain Plasticity, 2(1), 53–67. This paper specifically focuses on the molecular mechanisms through which exercise promotes brain plasticity.
Gómez-Pinilla, F., & Hillman, C. (2013). The influence of exercise on cognitive abilities. Comprehensive Physiology, 3(1), 403–431. This comprehensive review examines the effects of exercise on various cognitive domains and discusses the underlying neurobiological mechanisms.
Erickson, K. I., Voss, M. W., Prakash, R. S., Basak, C., Szabo, A., Chaddock, L., Kim, J. S., Heo, S., Alves, H., White, S. M., Wojcicki, T. R., Mailey, E., Vieira,3 J. L., Martin, B. D., Pence, B. D., Woods, J. A., McAuley, E., & Kramer, A. F. (2011). Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proceedings of the National Academy of Sciences,4 108(7), 3017–3022. This landmark study demonstrated the positive effects of aerobic exercise on hippocampal volume and memory function in older adults.
Colcombe, S. J., Erickson, K. I., Scalf, P. E., Kim, J. S., Prakash, R., McAuley, E., Elavsky, S., Welsch, R. A., Yeh, C. L., Webb, A., & Kramer, A. F. (2006). Aerobic fitness reduces brain tissue loss in aging humans. The Journals of Gerontology: Series A, Biological Sciences and Medical Sciences,5 61(11), 1166–1170. This study highlights the neuroprotective effects of fitness on age-related brain volume loss.
Voelcker-Rehage, C., & Niemann, C. (2016). Structural and functional brain changes related to different types of physical activity across the lifespan. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 60, 194–217. This review compares the effects of different types of exercise on brain structure and function across various age groups.
Blumenthal, J. A., Babyak, M. A., Moore, K. A., Craighead, W. E., Herman, S., Khatri, P., Doraiswamy, P. M., Willis, F., & Sherwood, A. (1999). Effects of exercise training on older patients with major depression. Archives of Internal Medicine, 159(19), 2349–2356.6 This early study demonstrated the antidepressant effects of exercise in older adults.
Angevaren, M., Aufdemkampe, G., Verhaar, H. J., Aleman, A., & Vanhees, L. (2008). Physical activity and enhanced fitness to improve cognitive function in older people without7 cognitive impairment: a meta-analytic study. Ageing Research Reviews, 7(1), 21–31. This meta-analysis supports the cognitive benefits of exercise in healthy older adults.
Saunders, C. L., & Dishman, R. K. (2012). Physical activity and mental health. In R. J. Shephard & P. K. Sharma (Eds.), Exercise and Quality of Life (pp. 67–86). Academic Press. This chapter provides a broader overview of the relationship between physical activity and various aspects of mental health.
Thomas, A. G., Dennis, A., Bandettini, P. A., & Johansen-Berg, H. (2016). The effects of aerobic exercise on brain structure and function in healthy aging. NeuroImage, 131, 75–86. This study uses neuroimaging techniques to explore the effects of aerobic exercise on brain structure and function in older adults.
* Hippokampus: Beynin hafıza ve öğrenme bölümünden sorumlu merkez parçasıdır
**19 Mayıs Gençlik ve Spor Bayramında kaleme aldığım bu yazıyı Ülkemiz Gençliğine ithaf ediyorum.12
