Functional neuroimaging in exercise and sport sciences

ورزش بدنی منظم با مزایای سلامتی قابل توجهی همراه است. شواهد اخیر نه تنها در مورد اثرات قلبی عروقی که باعث ارتقای "سلامت جسمی" می شود، بلکه برای سیستم عصبی مرکزی نیز وجود دارد که اعتقاد بر این است که "سلامت مغز" را ارتقا می دهد. تحقیقات نشان می‌دهد که مکانیسم‌های محافظت عصبی و انعطاف‌پذیری مرتبط در ساختار و عملکرد مغز نیز مفید هستند. ورزش بدنی همچنین به عنوان القای طیفی از اثرات روان‌فیزیولوژیک حاد یا پایدار شناخته شده است، از جمله افزایش خلق و خو، کاهش استرس، اضطراب، و کاهش دردی. امروزه، تصویربرداری عصبی عملکردی مدرن تکنیک‌ها امکان اندازه‌گیری مستقیم رابطه حاد و مزمن ورزش بدنی بر روی مغز انسان و همچنین ارتباط سیگنال‌های فیزیولوژیکی مشتق‌شده در داخل بدن با پیامدهای رفتاری ثبت‌شده در طول و بعد از ورزش را فراهم می‌کنند. طیف وسیعی از تکنیک‌های تصویربرداری برای انسان به کار گرفته شده است. تحقیقات ورزشی، اعم از الکتروانسفالوگرافی (EEG)، مگنتوآنسفالو گرافیک (MEG)، طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک (NIRS)، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) تا توموگرافی گسیل پوزیترون (PET). همه این روش‌های تصویربرداری اطلاعات متمایزی را ارائه می‌دهند و از نظر تفکیک مکانی و زمانی، در دسترس بودن، هزینه و خطرات مرتبط به طور قابل‌توجهی متفاوت هستند. با این حال، از دیدگاه «تصویربرداری چند وجهی»، تصویربرداری عصبی پتانسیل بی‌سابقه‌ای را برای کشف نوروبیولوژی ورزش انسان فراهم می‌کند، که طیف وسیعی از انعطاف‌پذیری ساختاری در ماده خاکستری و سفید، پویایی شبکه، پرفیوژن جهانی و منطقه‌ای، پاسخ‌های عصبی برانگیخته را در بر می‌گیرد. تعیین کمیت انتشار ناقل عصبی هدف این کتاب ارائه وضعیت فعلی ادبیات تصویربرداری عصبی انسان در زمینه نوظهور علوم ورزش عصبی و ترسیم برنامه‌ها و جهت‌های تحقیقات آینده است.

Regular physical exercise is associated with substantial health benefits. Recent evidence not only holds for cardiovascular effects promoting "physical health", but also for the central nervous system believed to promote "brain health”. Moderate physical exercise has been found to improve learning, memory, and attentional processing, with recent research indicating that neuroprotective mechanisms and associated plasticity in brain structure and function also benefit. Physical exercise is also known to induce a range of acute or sustained psychophysiological effects, among these mood elevation, stress reduction, anxiolysis, and hypoalgesia. Today, modern functional neuroimaging techniques afford direct measurement of the acute and chronic relation of physical exercise on the human brain, as well as the correlation of the derived physiological in vivo signals with behavioral outcomes recorded during and after exercise. A wide range of imaging techniques have been applied to human exercise research, ranging from electroencephalography (EEG), magnetoencephalography (MEG), near infrared spectroscopy (NIRS), magnetic resonance imaging (MRI) to positron emission tomography (PET). All of these imaging methods provide distinct information, and they differ considerably in terms of spatial and temporal resolution, availability, cost, and associated risks. However, from a “multimodal imaging” perspective, neuroimaging provides an unprecedented potential to unravel the neurobiology of human exercise, covering a wide spectrum ranging from structural plasticity in gray and white matter, network dynamics, global and regional perfusion, evoked neuronal responses to the quantification of neurotransmitter release. The aim of this book is to provide the current state of the human neuroimaging literature in the emerging field of the neurobiological exercise sciences and to outline future applications and directions of research.