Human PhysiologyHuman PhysiologyФизиология человека0131-16463034-6150The Russian Academy of Sciences66406710.31857/S0131164622600938XOQKAJArticlesСтатьиInfluence of Physical Loads on Cognitive Functions and Bioelectric Activity of the Brain in Athletes of Various SpecializationsВлияние физических нагрузок на когнитивные функции и биоэлектрическую активность головного мозга у спортсменов различных специализацийOvchinnikovaN. A.ОвчинниковаН. А.kapil@yandex.ruMedvedevaE. V.МедведеваЕ. В.kapil@yandex.ruEzhovaG. S.ЕжоваГ. С.kapil@yandex.ruKrivoshchekovS. G.КривощековС. Г.kapil@yandex.ruKapilevichL. V.КапилевичЛ. В.kapil@yandex.ruNational Research Tomsk Polytechnic UniversityНациональный исследовательский Томский политехнический университетNational Research Tomsk State UniversityНациональный исследовательский Томский государственный университетScientific Research Institute of Neurosciences and MedicineФГБНУ “Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины”01092023495617325022025Copyright ©; 2023, Н.А. Овчинникова, Е.В. Медведева, Г.С. Ежова, С.Г. Кривощеков, Л.В. КапилевичCopyright ©; 2023, Н.А. Овчинникова, Е.В. Медведева, Г.С. Ежова, С.Г. Кривощеков, Л.В. Капилевич2023Н.А. Овчинникова, Е.В. Медведева, Г.С. Ежова, С.Г. Кривощеков, Л.В. КапилевичН.А. Овчинникова, Е.В. Медведева, Г.С. Ежова, С.Г. Кривощеков, Л.В. Капилевичhttps://journals.eco-vector.com/0131-1646/article/view/664067

Methods of psychophysiological testing and electroencephalography were used to study the effect of physical activity on cognitive functions (in particular, in the decision-making ability test) and brain bioelectrical activity (in particular, the power of the EEG amplitude in the beta and delta ranges) in athletes of various specializations. It is shown that when performing psychological tests before the load, athletes involved in cyclic types of load demonstrate better results than weightlifters – they have a higher learning rate, a higher percentage of correct answers, a shorter response time and a faster attention switching speed. The results of psychological tests before exercise in the control group were lower than in athletes, but higher than in weightlifters. The single-time physical load of a cyclic nature did not affect the results of the Iowa Gambling Task in untrained volunteers and weightlifters, but contributed to the improvement of test results in athletes training in cyclic sports – the learning rate and the percentage of correct answers increased. When performing a cognitive test, athletes noted an increase in the power of the spectra of the delta (and in weightlifters – and theta) range to a greater extent than in the control. In contrast to the control group, physical activity in athletes more often contributes to a decrease in the power of the EEG spectra, especially in the beta and delta ranges. The revealed differences in the results of psychophysiological tests in athletes of various specializations and untrained volunteers are largely determined by the features of the functional activity of various parts of the cortex, which is reflected in the characteristics of patterns of brain bioelectrical activity.

Методами психофизиологического тестирования и электроэнцефалографии (ЭЭГ) было изучено влияние физических нагрузок на когнитивные функции (в частности, в тесте способности к принятию решений) и биоэлектрическую активность головного мозга (в частности, мощность амплитуды ЭЭГ в β- и ∆-диапазоне) у спортсменов различных специализаций. Показано, что при выполнении психологических тестов до нагрузки спортсмены, занимающиеся циклическими видами нагрузки, демонстрируют результаты лучше, чем тяжелоатлеты – у них выше скорость научения, выше процент правильных ответов, меньше время отклика и большая скорость переключения внимания. Результаты психологических тестов до нагрузки у контрольной группы были ниже, чем у легкоатлетов, но выше, чем у тяжелоатлетов. Предъявляемая однократно физическая нагрузка циклического характера не оказывала влияния на результаты теста Iowa Gambling Task (IGT) у нетренированных волонтеров и у тяжелоатлетов, но способствовала улучшению результатов тестирования у спортсменов, тренирующихся в циклических видах спорта – увеличивались скорость научения и процент правильных ответов. При выполнении когнитивной пробы у спортсменов отмечается усиление мощности спектров ∆ (а у тяжелоатлетов – и θ)-диапазона в большей степени, чем в контроле. В отличие от контрольной группы, физическая нагрузка у спортсменов чаще способствует снижению мощности спектров ЭЭГ, особенно в β- и ∆-диапазонах. Выявленные различия в результатах психофизиологических тестов у спортсменов различных специализаций и нетренированных волонтеров в значительной степени определяются особенностями функциональной активности различных отделов коры, что находит свое отражение в характеристиках паттернов биоэлектрической активности мозга.

sports trainingcognitive abilitieselectroencephalography.спортивные тренировкикогнитивные способностиэлектроэнцефалография.Овчинникова Н.А., Капилевич Л.В. Аэробные нагрузки как фактор развития когнитивных способностей в подростковом возрасте // Теория и практика физической культуры. 2020. № 11. С. 50.Perrey S., Besson P. Studying brain activity in sports performance: contributions and issues // Progr. Brain Res. 2018. V. 240. P. 247.Гультяева В.В., Зинченко М.И., Урюмцев Д.Ю. и др. Физическая нагрузка при лечении депрессии. Часть 1. Физиологические механизмы // Журн. неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2019. Т. 119. № 7. С. 112. Gultyaeva V.V., Zinchenko M.I., Uryumtsev D.Y. et al. [Exercise for depression treatment. Physiological mechanisms] // Zh. Nevrol. Psikhiatr. Im. S.S. Korsakova. 2019. V. 119. № 7. P. 112.Головин М.С., Балиоз Н.В., Кривощеков С.Г., Айзман Р.И. Изменение ЭЭГ показателей у студентов, занимающихся спортом, после однократной и продолжительной низкочастотной аудиовизуальной стимуляции // Вестник Новосибирского государственного педагогического университета. 2016. Т. 6. № 1. С. 131. Golovin M.S., Balioz N.V., Krivoshchekov S.G., Aizman R.I. [Change of the students’ EEG parameters engaging in athletics, after single and multiple low-frequency audiovisual stimulation] // Novosibirsk State Pedagogical University Bulletin. 2016. V. 6. № 1. P. 131.Черапкина Л.П., Тристан В.Г. Особенности биоэлектрической активности головного мозга спортсменов // Вестник ЮУрГУ. Образование, здравоохранение, физическая культура. 2011. № 39. С. 27.Del Percio C., Infarinato F., Marzano N. et al. Reactivity of alpha rhythms to eyes opening is lower in athletes then non- athletes: a high-resolution EEG study // Int. J. Psychophysiol. 2011. V. 82. № 3. P. 240.Антипова О.С., Харитонова Л.Г. Психофизиологические особенности спортсменов, занимающихся циклическими и ациклическими видами спорта // Физкультурное образование Сибири. 2014. № 1 (31). С. 73.Michelle W., Weng T.B., Burzynska A.Z. et al. Fitness, but not physical activity, is related to functional integrity of brain networks associated with aging // NeuroImage. 2016. V. 131. P. 113.Ruscheweyh R., Willemer C., Krüger K. et al. Physical activity and memory functions: An interventional study // Neurobiol. Aging. 2011. V. 32. № 7. P. 1304.Crick F., Koch C. Are we aware of neural activity in primary visual cortex? // Nature. 1995. V. 375. № 6527. P. 121.Овчинникова Н.А., Южанин Э.Ф., Медведева Е.В., Капилевич Л.В. Характеристики биоэлектрической активности головного мозга у спортсменов при сочетании когнитивной и физических нагрузок // Человек. Спорт. Медицина. 2021. Т. 21. № 3. С. 64. Ovchinnikova N.A., Yuzanin E.F., Medvedeva E.V., Kapilevich L.V. [Bioelectrical activity of the brain in athletes under cognitive and physical load] // Human. Sport. Medicine. 2021. V. 21. № 3. P. 64.Кабачкова А.В., Фомченко В.В., Фролова Ю.С. Двигательная активность студенческой молодежи // Вестник Томского государственного университета. 2015. № 392. С. 175. Kabachkova A.V., Fomchenko V.V., Frolova Yu.S. [Students’ physical activity] // Tomsk State University J. 2015. № 392. P. 175.Furley P., Wood G. Working memory, attentional control, and expertise in sports: a review of current literature and directions for future research // J. Appl. Res. Memory Cogn. 2016. V. 5. P. 415.Wang C.H., Moreau D., Kao S.C. From the lab to the field: potential applications of dry EEG systems to understand the brain-behavior relationship in sports // Front. Neurosci. 2019. V. 13. P. 893.Илларионова А.В., Капилевич Л.В. Характеристики биоэлектрической активности головного мозга при тренировке с использованием аппаратов с функцией обратной связи // Человек. Спорт. Медицина. 2019. Т. 19. № S1. С. 7. Illarionova A.V., Kapilevich L.V. [Characteristics of brain bioelectrical activity during feedback training] // Human. Sport. Medicine. 2019. V. 19. № S1. P. 7.Blazhenetsa G., Kurz A., Frings L. et al. Brain activation patterns during visuomotor adaptation in motor experts and novices: An FDG PET study with unrestricted movements // J. Neurosci. Methods. 2021. V. 350. P. 109061.Cheron G., Petit G., Cheron J. et al. Brain oscillations in sport: toward EEG biomarkers of performance // Front. Psychol. 2016. V. 7. P. 246.Капилевич Л.В., Ежова Г.С., Захарова А.Н. и др. Биоэлектрическая активность головного мозга и церебральная гемодинамика у спортсменов при сочетании когнитивной и физической нагрузки // Физиология человека. 2019. Т. 45. № 2. С. 58. Kapilevich L.V., Yezhova G.S., Zakharova A.N. et al. Brain bioelectrical activity and cerebral hemodynamics in athletes under combined cognitive and physical loading // Human Physiology. 2019. V. 45. № 2. P. 164.Кабачкова А.В., Лалаева Г.С., Захарова А.Н., Капилевич Л.В. Психофизиологические и когнитивные особенности лиц с различным уровнем двигательной активности // Теория и практика физической культуры. 2016. № 12. С. 85. Kabachkova A.V., Lalaeva G.S., Zakharova A.N., Kapilevich L.V. [Psycho-physiological and cognitive abilities rating versus individual motor activity levels] // Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kultury. 2016. № 12. P. 85.Лалаева Г.С., Захарова А.Н., Кабачкова А.В. и др. Психофизиологические особенности спортсменов циклических и силовых видов спорта // Теория и практика физической культуры. 2015. № 11. С. 73. Kabachkova A.V., Zakharova A.N., Kabachkova A.V. et al. [Psychophysiological features of cyclic and endurance athletes] // Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kultury. 2015. № 11. P. 25.Lin C.-T., King J.T., John A.R. et al. The Impact of Vigorous Cycling Exercise on Visual Attention: A Study With the BR8 Wireless Dry EEG System // Front. Neurosci. 2021. V. 15. P. 621365.Wang C.H., Tu K.C. Neural correlates of expert behavior during a domain-specific attentional cueing task in badminton players // J. Sport Exerc. Psychol. 2017. V. 39. № 3. P. 209.Копылов М.С. Проблемы использования теста PWC170 для контроля физической работоспособности представителей бега на средние дистанции // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. 2012. № 4 (86). С. 68.Bechara A., Damasio H., Tranel D., Damasio A.R. The Iowa Gambling Task and the somatic marker hypothesis: some questions and answers // Trends Cogn. Sci. 2005. V. 9. № 4. P. 159.Buelow M.T., Suhr J.A. Construct validity of the Iowa gambling task // Neuropsychol. Rev. 2009. V. 19. № 1. P. 102.Корнилова Т.В., Чумакова М.А., Корнилов. С.А. Интеллект и успешность стратегий прогнозирования при выполнении Айова-теста (IGT) // Психология. Журн. Высшей школы экономики. 2018. Т. 15. № 1. С. 10.Jansen P., Paes F., Hoja S., Machado S. Mental Rotation Test Performance in Brazilian and German Adolescents: The Role of Sex, Processing Speed, and Physical Activity in Two Different Cultures // Front. Psychol. 2019. V. 10. P. 945.Jaeggi S.M., Studer-Luethi B., Buschkuehl M. et al. The relationship between n-back performance and matrix reasoning – implications for training and transfer // Intelligence. 2010. V. 38. № 6. P. 625.Verbruggen F., Logan G.D. Response Inhibition in the Stop-Signal Paradigm // Trends Cogn. Sci. 2008. V. 12. № 11. P. 418.Nyhus E., Barceló F. The Wisconsin Card Sorting Test and the cognitive asesment of prefrontal executive functions: A critical update // Brain Cogn. 2009. V. 71. № 3. P. 437.Seleznov I., Zyma I., Kiyono K. Detrended Fluctuation, Coherence, and Spectral Power Analysis of Activation Rearrangement in EEG Dynamics During Cognitive Workload // Front. Hum. Neurosci. 2019. V. 13. P. 270.Кабачкова А.В., Лалаева Г.С., Захарова А.Н., Капилевич Л.В. Влияние уровня двигательной активности на пространственное распределение альфа-ритма электроэнцефалограммы // Теория и практика физической культуры. 2016. № 2. С. 83. Kabachkova A.V., Lalaeva G.S., Zakharova A.N., Kapilevich L.V. [EEG alpha rhythm spatial distribution depending on level of motor activity] // Teoriya i Praktika Fizicheskoy Kultury. 2016. № 2. P. 83.Bullitt E., Rahman F.N., Smith J.K. et al. The effect of exercise on the cerebral vasculature of healthy aged subjects as visualized by MR angiography // Am. J. Neuroradiol. 2009. V. 30. № 10. P. 1857.Voss M.W., Vivar C., Kramer A.F., van Praag H. Bridging animal and human models of exercise-induced brain plasticity // Trends. Cogn. Sci. 2013. V. 17. № 10. P. 525.Pereira A.C., Huddleston D.E., Brickman A.M. et al. An in vivo correlate of exercise-induced neurogenesis in the adult dentate gyrus // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. V. 104. № 13. P. 5638.Pedersen B.K., Pedersen M., Krabbe K.S. et al. Role of exercise-induced brain-derived neurotrophic factor production in the regulation of energy homeostasis in mammals // Exp. Physiol. 2009. V. 94. № 12. P. 1153.Tsai S.J. Brain-derived neurotrophic factor: a bridge between major depression and Alzheimer’s disease? // Med. Hypotheses. 2003. V. 61. № 1. P. 110.Shohayeb B., Diab M., Ahmed M., Ng D.C.H. Factors that influence adult neurogenesis as potential therapy // Transl. Neurodegener. 2018. V. 7. P. 4.Park J.L., Fairweather M.M., Donaldson D.I. Making the case for mobile cognition: EEG and sports performance // Neurosci. Biobehav. Rev. 2015. V. 52. P. 117.