Взаимосвязь физической активности и функциональной связанности мозга

Abstract

Цель исследования. Изучить взаимосвязь между физической активностью и характеристиками функциональной связанности (ФС) на основе данных электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Материалы и методы. В выборку исследования вошли 43 здоровых респондента в возрасте от 17 до 35 лет (26 женщин). Участники были поделены на две группы. Первая группа (21 человек) - участники, занимающиеся физической активностью более 3 ч в неделю, вторая (22 человека) - участники, не занимающиеся физической активностью. У всех участников регистрировалась ЭЭГ в состоянии покоя в течение 10 мин. Для оценки различий глобальных характеристик ФС мозга были выбраны такие метрики графа, как характеристическая длина пути, коэффициент кластеризации, индекс тесного мира и модулярность. Результаты. Были получены достоверные различия между двумя группами по величине кластерного коэффициента с помощью критерия Вилкоксона (W = 201, p < 0,001). Для сравнения межгрупповых различий также использовалась процедура ДОТ (двойной односторонний тест), которая позволила оценить эквивалентность групп на основе заранее выбранного размера эффекта. При сравнении двух групп наблюдаются статистически значимые различия для двух односторонних тестов Стьюдента, при этом наблюдаемый размер эффекта превышает заранее выбранный размер эффекта (d = 0,05) как для верхней, так и для нижней границы, что говорит не только о статистической значимости, но и о неэквивалентности выборок. Заключение. У молодых людей, регулярно занимающихся физической активностью более 3 часов в неделю, ФС мозга выше, чем у людей того же возраста, не занимающихся физической активностью, по такому показателю, как коэффициент кластеризации. В целом результаты настоящего исследования показывают, что физическая активность увеличивает ФС мозга в альфа-диапазоне, причем связанность увеличивается за счет появления новых функциональных кластеров внутри уже существующих ассоциаций мозговых регионов. Aim. The purpose of the article is to study the correlation between physical activity and functional connectivity (FC) of the brain based on EEG data. Materials and methods. The study sample included 43 healthy persons aged from 17 to 35 years (26 women). The participants were divided into two groups. The first group (21 persons) was engaged in physical activity for more than 3 hours a week, the second (22 persons) group was not engaged in physical activity. In all participants, 10-minute EEG recording at rest was performed. To assess the differences in the global characteristics of functional connectivity, such graph metrics as the characteristic path length, clustering coefficient, small world index, and modularity were chosen. Results. Significant differences between the two groups in terms of the cluster coefficient were obtained using the Wilcoxon test (W = 201, p < 0.001). To compare the intergroup differences, the DOT (double one-sided test) procedure was used, which allowed assessing the equivalence of groups based on a pre-selected effect size. When comparing the two groups, statistically significant differences are observed for two one-sided Student’s tests, while the effect size exceeds the pre-selected effect size (d = 0.05), both for the upper and lower reference values, which indicates not only statistical significance, but also the inequality of the samples. Conclusion. Young people who regularly engage in physical activity for more than 3 hours per week have higher functional connectivity of the brain than those of the same age who do not engage in physical activity, which is expressed in the clustering coefficient. In general, the results of this study show that physical activity increases functional connectivity of the brain in the alpha range. The connectivity increases due to the emergence of new functional clusters within existing associations of brain regions.