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Modulation of cortical and subcortical brain areas at low and high exercise intensities
British Journal of Sports Medicine ( IF 18.4 ) Pub Date : 2019-08-16 , DOI: 10.1136/bjsports-2018-100295 Eduardo Bodnariuc Fontes , Henrique Bortolotti , Kell Grandjean da Costa , Brunno Machado de Campos , Gabriela K Castanho , Rodrigo Hohl , Timothy Noakes , Li Li Min
British Journal of Sports Medicine ( IF 18.4 ) Pub Date : 2019-08-16 , DOI: 10.1136/bjsports-2018-100295 Eduardo Bodnariuc Fontes , Henrique Bortolotti , Kell Grandjean da Costa , Brunno Machado de Campos , Gabriela K Castanho , Rodrigo Hohl , Timothy Noakes , Li Li Min
Introduction The brain plays a key role in the perceptual regulation of exercise, yet neuroimaging techniques have only demonstrated superficial brain areas responses during exercise, and little is known about the modulation of the deeper brain areas at different intensities. Objectives/methods Using a specially designed functional MRI (fMRI) cycling ergometer, we have determined the sequence in which the cortical and subcortical brain regions are modulated at low and high ratings perceived exertion (RPE) during an incremental exercise protocol. Results Additional to the activation of the classical motor control regions (motor, somatosensory, premotor and supplementary motor cortices and cerebellum), we found the activation of the regions associated with autonomic regulation (ie, insular cortex) (ie, positive blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal) during exercise. Also, we showed reduced activation (negative BOLD signal) of cognitive-related areas (prefrontal cortex), an effect that increased during exercise at a higher perceived intensity (RPE 13–17 on Borg Scale). The motor cortex remained active throughout the exercise protocol whereas the cerebellum was activated only at low intensity (RPE 6–12), not at high intensity (RPE 13–17). Conclusions These findings describe the sequence in which different brain areas become activated or deactivated during exercise of increasing intensity, including subcortical areas measured with fMRI analysis.
中文翻译:
在低和高运动强度下调节皮质和皮质下大脑区域
介绍 大脑在运动的感知调节中起着关键作用,但神经影像技术仅显示运动期间大脑表面区域的反应,并且对不同强度下更深的大脑区域的调制知之甚少。目标/方法 使用专门设计的功能性 MRI (fMRI) 自行车测力计,我们确定了在增量运动方案期间皮层和皮层下大脑区域在低和高等级感知劳累 (RPE) 下调节的顺序。结果 除了经典运动控制区域(运动、体感、运动前和辅助运动皮质和小脑)的激活之外,我们还发现了与自主神经调节相关的区域(即岛叶皮层)的激活(即,运动期间血氧水平依赖性(BOLD)阳性信号)。此外,我们还发现认知相关区域(前额叶皮层)的激活减少(负 BOLD 信号),这种效果在运动期间以更高的感知强度(Borg 量表上的 RPE 13-17)增强。运动皮层在整个运动过程中保持活跃,而小脑仅在低强度 (RPE 6-12) 时被激活,在高强度 (RPE 13-17) 时不会被激活。结论 这些发现描述了在增加强度的运动期间不同大脑区域被激活或停用的顺序,包括用 fMRI 分析测量的皮层下区域。在更高的感知强度(Borg 量表上的 RPE 13-17)的运动期间增加的效果。运动皮层在整个运动过程中保持活跃,而小脑仅在低强度 (RPE 6-12) 时被激活,在高强度 (RPE 13-17) 时不会被激活。结论 这些发现描述了在增加强度的运动期间不同大脑区域被激活或停用的顺序,包括用 fMRI 分析测量的皮层下区域。在更高的感知强度(Borg 量表上的 RPE 13-17)的运动期间增加的效果。运动皮层在整个运动过程中保持活跃,而小脑仅在低强度 (RPE 6-12) 时被激活,在高强度 (RPE 13-17) 时不会被激活。结论 这些发现描述了在增加强度的运动期间不同大脑区域被激活或停用的顺序,包括用 fMRI 分析测量的皮层下区域。
更新日期:2019-08-16
中文翻译:
在低和高运动强度下调节皮质和皮质下大脑区域
介绍 大脑在运动的感知调节中起着关键作用,但神经影像技术仅显示运动期间大脑表面区域的反应,并且对不同强度下更深的大脑区域的调制知之甚少。目标/方法 使用专门设计的功能性 MRI (fMRI) 自行车测力计,我们确定了在增量运动方案期间皮层和皮层下大脑区域在低和高等级感知劳累 (RPE) 下调节的顺序。结果 除了经典运动控制区域(运动、体感、运动前和辅助运动皮质和小脑)的激活之外,我们还发现了与自主神经调节相关的区域(即岛叶皮层)的激活(即,运动期间血氧水平依赖性(BOLD)阳性信号)。此外,我们还发现认知相关区域(前额叶皮层)的激活减少(负 BOLD 信号),这种效果在运动期间以更高的感知强度(Borg 量表上的 RPE 13-17)增强。运动皮层在整个运动过程中保持活跃,而小脑仅在低强度 (RPE 6-12) 时被激活,在高强度 (RPE 13-17) 时不会被激活。结论 这些发现描述了在增加强度的运动期间不同大脑区域被激活或停用的顺序,包括用 fMRI 分析测量的皮层下区域。在更高的感知强度(Borg 量表上的 RPE 13-17)的运动期间增加的效果。运动皮层在整个运动过程中保持活跃,而小脑仅在低强度 (RPE 6-12) 时被激活,在高强度 (RPE 13-17) 时不会被激活。结论 这些发现描述了在增加强度的运动期间不同大脑区域被激活或停用的顺序,包括用 fMRI 分析测量的皮层下区域。在更高的感知强度(Borg 量表上的 RPE 13-17)的运动期间增加的效果。运动皮层在整个运动过程中保持活跃,而小脑仅在低强度 (RPE 6-12) 时被激活,在高强度 (RPE 13-17) 时不会被激活。结论 这些发现描述了在增加强度的运动期间不同大脑区域被激活或停用的顺序,包括用 fMRI 分析测量的皮层下区域。