Moduler l’esprit : comment le sport permet de reconfigurer le cerveau
Nous savons que le sport peut changer l’esprit et booster la créativité. Mais de quelle manière ? Découvrez de plus près la science (et la magie) qui se cachent derrière la relation entre mouvement et capacités cognitives.
Cet article est publié dans le numéro 3 de OFF, le magazine papier annuel de On dédié au sport, au design et à l’environnement.
Par Zoe Cormier
Keith Abraham, ancien parachutiste du corps d’élite de l’armée britannique ayant servi pendant neuf ans en Irak et en Afghanistan, a fait une découverte surprenante lors d’un entraînement militaire en 2002. Contraint à des courses d’endurance de 10 km sur des collines en pente avec des charges de 54 kg, son régiment accomplissait des exploits physiques que beaucoup d’entre nous assimileraient à de la torture, de la douleur ou trouveraient même impossibles.
Cependant Keith, aujourd’hui à la tête d’Heroic Hearts (une association qui soutient et offre des thérapies aux anciens combattants), fait l’éloge de cet entraînement militaire, en particulier l’endurance qui a fait des miracles sur son mental en le plongeant dans un état psychologique optimal qu’il n’aurait jamais pensé atteindre.
« Ce niveau d’endurance physique extrême est très difficile à atteindre, à moins d’y être contraint, et il est profondément extrême, toutes définitions du terme confondues. Mais grâce à cet entraînement, nous avons pu apprendre à déconnecter mentalement », explique-t-il. « En effet, pour continuer à avancer pendant une période aussi longue tout en portant un poids aussi lourd, il est essentiel de faire abstraction de son esprit et de se concentrer sur le rythme et le contrôle de sa respiration. Et dans cet état de flow, vous pouvez continuer à avancer indéfiniment. »
Enfant, Keith a pratiqué de nombreux sports : rugby, football et ski alpin. Paradoxalement, c’est en se préparant à la guerre qu’il a atteint la paix intérieure.
« Enfant, le sport était une façon de me dépenser. Adulte, il me donne accès à l’état de flow. » À l’époque, je n’étais pas encore conscient que le sport d’endurance était un moyen de me connecter à mon esprit », dit-il. Petit à petit, j’ai compris que le sport extrême n’était pas seulement un moyen de se défouler mais aussi d’être heureux. »
Je comprends très bien ce qu’il veut dire. Enfant, j’ai également pratiqué beaucoup de sports, et j’adorais le baseball. Je me sentais au sommet quand je réussissais un lancer ou un home run. Cependant, à la fin de mon adolescence, comme beaucoup de jeunes, j’ai abandonné le sport qui me prenait trop de temps, pour me consacrer à mes études.
Vingt ans plus tard, la force des choses m’a fait reprendre l’exercice, en particulier l’endurance, quand un incendie quasi mortel a presque détruit mon appartement, me laissant sans domicile pendant deux mois. Submergée par le stress, j’ai plongé dans la dépression, une situation inédite pour moi. Même après l’incendie, tous les signaux de mon cerveau étaient passés à l’état dépressif et je n’arrivais pas à les désactiver. J’étais tout le temps fatiguée. Mon écriture en a souffert, et donc ma carrière et mes finances. C’était une période vraiment difficile.
Alors j’ai fait ce que toute personne sensée ferait. Sur des conseils avisés, j’ai rejoint pour la première fois de ma vie un club de sport afin de rebooter mon mental et mon corps. Au début, je me suis mise au vélo et à l’elliptique afin d’évacuer le stress et les insomnies accumulées aux cours de ces deux mois.
C’est alors que j’ai redécouvert ce que je n’aurais pas dû oublier : le sport fait des miracles sur le mental. Après chaque séance d’entraînement, je me sentais non seulement plus détendue et positive, mais aussi lumineuse grâce à la montée d’endorphine, tout en étant plus vive et perspicace. Je me souvenais de numéros de téléphone et d’instructions sans effort. Les tâches administratives fastidieuses étaient devenues simples. Je pouvais parcourir une pile de journaux en un rien de temps. Ma carrière a atteint de nouveaux sommets. Depuis, dès que je dois travailler un article, j’ai pris l’habitude de faire une demi-heure de cardio. Loin de mon bureau, accompagnée des battements de mon cœur et de ma respiration, les nouvelles idées de reportages viennent plus facilement.
En fait, je n’aurais jamais dû oublier le pouvoir magique du mouvement. J’étais athlète avant d’écrire et depuis cet incendie, je n’ai manqué aucune séance de gym même quand je n’ai pas de motivation. À chaque fois que je ne suis pas d’humeur je me dis : « c’est plus pour mon cerveau que pour mon corps ».
« Cela arrive à tout le monde de reculer pour aller à la gym mais lorsque l’on sort, on est regonflé à bloc. » explique Dr Jaime Tartar, Directrice du programme neuroscientifique du Département de psychologie et de neuroscience de la Nova Southeastern University en Floride.
Selon le Dr. Tartar est également l’une des fondatrices de la Society for Neurosports, un projet interdisciplinaire qui réunit des neuroscientifiques et spécialistes de l’exercice physique autour d’un objectif commun : « Comprendre ce phénomène : pourquoi le sport nous rend plus intelligent, plus fort et tout simplement mieux dans notre peau ? »
Nous avons tous entendu parler de « l’euphorie du coureur » et de la « poussée d’endorphine » qui nous donne cette bonne mine après l’effort, mais selon le Dr Tartar, il y a encore mieux.
« Le sport est le meilleur moyen de combattre la dépression, d’améliorer ses facultés cognitives, de réduire le stress, d’atténuer l’anxiété et de se protéger de la sénilité », résume-t-elle. « Cela est valable pour tout le monde, que vous soyez joueur de NFL ou une personne ordinaire. Si nous pouvions vendre les avantages du sport dans un flacon, tout le monde, sans exception, en achèterait. »
Elle a raison.
Les battements de votre cœur favorisent l’afflux sanguin vers le cerveau. Même la marche douce peut stimuler la respiration de 15 % par compression des artères et des veines du pied¹. Cette augmentation du flux sanguin s’accompagne d’hormones nourricières, de neurotransmetteurs et d’autres substances biochimiques : ces messagers de l’esprit font circuler les informations entre les cellules du cerveau afin qu’elles communiquent et puissent fonctionner de manière optimale.
Vous avez entendu parler de la plupart d’entre elles : les endorphines et leur célèbre rush, les endo-cannabinoïdes - nos calmants innés, la dopamine - hormone du plaisir souvent déclenchée par la drogue, l’alcool, les jeux d’argent et autres vices ou encore l’adrénaline - une hormone de défense qui nous prépare à combattre ou à fuir... Pour pimenter le tout, les cytokines anti-inflammatoires atténuent l’inflammation systémique, facteur clé de la dépression.
Cet afflux de sang à la tête est acheminé de façon disproportionnée vers le cortex frontal. Cette région, surnommée le « PDG » ou le « centre de commande et de contrôle », est l’une des zones du cerveau les plus évoluées. Elle est généralement associée au raisonnement et à la cognition supérieure. Des études successives ont démontré que l’arrivée de sang dans le cortex frontal, avec ses substances neurochimiques nourricières, améliore immédiatement la cognition et l’intelligence : mémoire, orientation spatiale, résolution de problèmes, vitesse de traitement, concentration, pensée latérale, créativité, et bien plus encore.
L’alliance d’une meilleure humeur et de la capacité accrue à traiter des informations complexes, entraîne un autre atout du sport : atténuer l’anxiété et favoriser la résilience. « Le sport vaccine le cerveau contre les informations négatives », résume le Dr Tartar.
Autrement dit, « le sport stimule toutes vos cellules nerveuses qui sont prêtes à affronter ce qui vous attend aujourd’hui », explique le Dr. John Ratey, Maître de conférence en psychiatrie à la Harvard Medical School, auteur de 11 livres et de plus de 60 études approuvées par des pairs. Vu comme un vétéran dans le domaine, il a été le premier à étudier les avantages cognitifs du sport, alors que peu de neuroscientifiques s’en occupaient dans les années 90.
Bien que les avantages à long terme de la pratique quotidienne du sport - améliorations cognitives et réduction du risque de sénilité - soient clairs, le Dr. Ratey affirme qu’il est plus important de considérer le sport comme « une activité à inclure dans sa journée ».
« Il vous rend heureux d’être en vie. »
Dopamine, endorphines, adrénaline, cytokines : un menu biochimique bien copieux.
Il est crucial de souligner que le cerveau consomme 20 % de notre budget énergétique alors qu’il ne représente que 2 % de notre poids corporel. Il occupe beaucoup plus que sa place et pour une bonne raison. Comme l’a déclaré le légendaire scientifique ukraino-américain Theodosius Dobzhansky en 1973 : « Rien n’est logique en biologie, si ce n’est à la lumière de l’évolution. »
« Nous voyons dans les archives de fossiles que lorsque nous sommes devenus chasseurs-cueilleurs, le cortex frontal a gagné de nouvelles cellules nerveuses, précisément parce que nous avions besoin de tracer nos mouvements », explique le Dr. Ratey. « Nous sommes devenus plus agiles, plus stratèges, et nous avions besoin d’une meilleure capacité de concentration. »
Ce qui est tout à fait logique. Pour trouver de la nourriture sur de vastes étendues et satisfaire notre régime omnivore, nous devions nous souvenir de bien plus de choses que nos ancêtres primates : quelles plantes nous nourriraient et quelles plantes nous tueraient. Sans oublier où ces plantes se situaient, quand elles étaient mûres et quand elles ne l’étaient pas.
Ajoutez à cela la chasse, qui requiert la capacité de suivre et de prévoir les mouvements de ses proies et de se montrer plus malin qu’elles, il est encore plus facile de comprendre comment le mouvement du corps a favorisé l’évolution du cerveau (et non l’inverse).
Il était commun de penser que ce sont nos gros cerveaux musclés qui ont conduit à nos physiques olympiques, mais de nouvelles recherches ont montré l’inverse : nous avions besoin de cerveaux plus gros parce que nous bougions plus. Autrement dit, nous n’aurions pas développé la faculté de calculer si nous n’avions pas été les premiers « singes sportifs ».
« Il existe une relation bidirectionnelle entre le mouvement et la santé cérébrale. Si vous voulez que votre cerveau soit en bonne santé, vous devez absolument faire du sport », souligne le Dr Tartar. « De nombreux neuroscientifiques affirment que la seule raison pour laquelle les animaux ont un cerveau est qu’ils bougent beaucoup. »
Prenez les tuniciers, également connus sous le nom d’ascidies, dit-elle. Quand ils flottent et se déplacent dans l’océan, leur cerveau est primitif, mais quand ils deviennent des organismes benthiques, collés en permanence aux rochers, leur corps absorbe et digère leur précieux cerveau car cet organe énergivore n’est plus nécessaire.
Nous sommes peut-être séparés des ascidies par plusieurs centaines de millions d’années d’évolution, mais nous partageons avec elles 80 % de nos gènes. Il n’est donc pas surprenant de constater que le rétrécissement du cerveau en raison du manque d’activité est un phénomène qui se produit également chez les humains. Une étude de 2018publiée dans la très réputée revue PLOS One – sobrement intitulée : « Comportement sédentaire associé à une réduction de l’épaisseur du lobe temporal médian chez les adultes d’âge moyen et plus âgés », a révélé que l’inactivité était corrélée à une réduction de la taille de la partie du cerveau qui contient l’hippocampe et l’amygdale, deux structures cruciales pour la formation et la conservation des souvenirs.
Les implications de ces résultats devraient nous faire réfléchir.
« Je suis toujours choqué que la plupart des gens connaissent si peu le lien entre la forme physique et l’acuité mentale », déclare le Dr. Ratey. Il attribue ce phénomène à l’essor d’internet et à la sédentarité qui résulte des emplois de bureau. « C’est hallucinant, d’une certaine manière, que nous n’écoutons plus les besoins de notre corps. Nous en sommes même arrivés au point où l’on nous apprend à ignorer ces besoins. »
La physiologiste de l’exercice Sue Hitzmann, basée à New York, l’explique de manière encore plus directe :
« La façon la plus simple d’expliquer l’importance du sport pour le cerveau est la suivante : lorsque vous restez assis.e sur une chaise toute la journée sans bouger, vous rétrécissez littéralement votre cerveau », explique-t-elle.
La bonne nouvelle, c’est qu’il suffit de faire un peu de sport par jour pour atténuer les effets néfastes de la sédentarité, affirme le Dr. Allison Brager, scientifique militaire et autrice de « Meathead:Unraveling the Athletic Brain ».
« Il suffit de faire entre 45 minutes et une heure d’exercice par jour : c’est la durée idéale pour être en bonne santé, à tous égards », dit-elle.
« Comme beaucoup de choses en biologie, il existe une courbe dose/effet », ajoute-t-elle. « Si vous faites trop peu de sport, le corps réagit de façon défavorable. Si vous en faites trop, c’est pareil. Pour avoir une bonne santé cérébrale, il faut trouver un juste milieu. »
Les bienfaits du sport sur le corps ne se font pas seulement sentir pendant et après une séance. Ils s’ajoutent avec le temps. L’entraînement ne conduit pas à la perfection, mais c’est la régularité qui offre des bienfaits. Chaque mesure de la cognition humaine, de la mémoire à long terme à la rapidité de traitement et de résolution de problèmes, a permis de démontrer que la pratique quotidienne d’exercice physique conserve le cerveau malléable, jeune et sain.
Une fois de plus, remercions nos neurotransmetteurs, nos hormones et autres substances chimiques pour ces bienfaits. L’Hormone de croissance (HGH), essentielle pour notre développement pendant la puberté, diminue dès trente ans mais reste stimulée en bougeant quotidiennement : elle nous aide à rester jeunes. Même chose pour l’ostéocalcine, l’hormone responsable du renforcement de l’intégrité de nos tissus osseux, essentielle à mesure que nous vieillissons et devenons plus sensibles aux accidents et chutes. L’irisine, surnommée « l’hormone de l’exercice », est également boostée par le mouvement quotidien. Récemment découverte, il reste encore beaucoup à apprendre sur ses bienfaits.
Le neurotransmetteur le plus rigoureusement étudié a révélé à maintes reprises qu’il induisait des changements mesurables dans l'anatomie et le fonctionnement du cerveau : le « facteur neurotrophique issu du cerveau » (BDNF), qui favorise la « neurogenèse » (la formation de nouvelles cellules cérébrales) et la « synaptogenèse » (la formation de nouvelles connexions entre les cellules cérébrales). Le BNDF est l’engrais du cerveau, ou comme le Dr Ratey l’exprime si bien : « le Round-Up de l’esprit »
Il était commun de penser qu’on ne formait pas de nouvelles cellules cérébrales après l’adolescence, mais c’est une contre-vérité. « S’il y a une chose que je sais sur le cerveau, et qui est fantastique, c’est à quel point il est malléable », déclare Hitzmann. « Si vous prenez l’habitude de faire du sport, votre cerveau développera de nouvelles cellules. »
Et si vous n’en faites pas une habitude, non seulement vous ne parviendrez pas à fabriquer de nouvelles cellules cérébrales, mais vous augmenterez également votre risque d’Alzheimer, de Parkinson et d’autres formes de neurodégénérescence. En biologie, pour comprendre la fonction d’un organe ou d’un gène, il faut le retirer du système (comme pour une souris génétiquement modifiée). C’est pareil pour le sport. L’évolution du cerveau nécessite de bouger au quotidien et sans cela, il souffre.
On estime que plus de 57 millions de personnes dans le monde souffrent aujourd’hui de la maladie d'Alzheimer ¹⁴, un chiffre qui devrait passer à 160 millions d’ici 2050.Une étude déterminante datant de 2011 a constaté que 13 % des cas d’Alzheimer peuvent être attribués à un comportement sédentaire, et jusqu’à un million pourraient être évités en réduisant de 25 % seulement notre sédentarité.
Autrement dit, être assis est mauvais pour la santé.
Il est devenu clair qu’une activité physique nous protège contre les maladies neurodégénératives. Le sport nous aide à entretenir notre santé cognitive », déclare le Dr Art Kramer, Directeur du Centre pour la santé cognitive et cérébrale et Professeur de psychologie à la Boston’s Northeastern University.
Il parle en toute autorité : le Dr. Kramer a publié l’une des premières études sur les surprenants avantages cognitifs du sport, il y a près d’un quart de siècle, en 1999 dans Nature, l’une des revues les plus importantes au monde.
Après avoir proposé à 124 adultes « précédemment sédentaires », âgés de 60 à 75 ans, l’une des deux formules de remise en forme suivantes : exercice aérobique (marche) ou anaérobique (étirements et tonification), il a constaté que le groupe aérobique avait amélioré les « processus de contrôle exécutif », tels que la planification, la programmation et la mémoire de travail. En revanche, pas le groupe anaérobique.
« Même chez les personnes âgées, l’exercice aérobique améliore tous les aspects cognitifs, y compris la mémoire, le raisonnement, la résolution de problèmes et l’attention », ajoute-t-il.
De plus, l’exercice aérobique doux n’est pas seulement utile pour maintenir notre état actuel de cognition : il peut l’améliorer, même à un âge avancé. Ses propres recherches ont montré que même une petite augmentation de l’activité physique peut améliorer les performances de la mémoire jusqu’à 20 %, tous âges confondus.
Avec autant d’options (course, marche, natation, yoga, Zumba, boxe, entraînement par intervalles à haute intensité (HIIT), CrossFit, etc.), comment peut-on savoir ce qu’il faut choisir pour stimuler au mieux le cerveau ?
La réponse est assez simple : pratiquez l’activité qui vous plaît et qui vous vient naturellement. Si vous aimez cette activité, vous continuerez à la pratiquer tous les jours. « Faites ce que vous souhaitez faire », résume le Dr Kramer.
Si vous ne jurez que par la course à pied, il est prouvé, tant chez les animaux que chez les humains, qu’elle est physiquement bonne pour notre cerveau et cognitivement bénéfique pour notre réflexion. Quand on fait courir des rats tous les jours, on constate un phénomène nommé « neurogenèse » dans leur hippocampe, qui joue un rôle crucial dans la formation des souvenirs.
La conduite d’expériences similaires chez l’humain a toujours été impossible car nous ne pouvons pas disséquer un cerveau humain pour en analyser la structure cellulaire juste après une course. Heureusement, les nouvelles technologies d’imagerie nous permettent de voir les changements dans le cerveau pendant et après une course (auparavant, il était difficile de les mesurer en raison du mouvement constant de notre tête pendant la course - la plupart des études sur les avantages cognitifs du cardio ont donc été menées sur des cyclistes à l’arrêt). Une autre étude déterminante publiée dans Nature en 2021 a démontré, à l’aide de la spectroscopie dans l’infrarouge proche, que le fait de courir pendant seulement 10 minutes permet d’augmenter le flux sanguin vers le cortex préfrontal et d’améliorer les « fonctions exécutives » selon les tests cognitifs standards.
Si la course à pied n'est pas votre tasse de thé, ou si vous préférez varier vos entraînements, envisagez un sport d’équipe. Les êtres humains sont des créatures sociales, et toute activité nécessitant la coordination de nos mouvements avec ceux d’autres personnes - du basket au ballet ou tennis - est plus stimulante pour le cerveau qu’une activité solitaire.
« Pour optimiser votre cerveau, il faut le mettre en situation de stress », explique le Dr Ratey. « C’est la raison pour laquelle des activités complexes comme la boxe et les arts martiaux peuvent être étonnamment bénéfiques sur le cerveau, car elles nous obligent à prêter attention à plusieurs facteurs en même temps. »
Selon le Dr Ratey, c'est pour cette raison que les neuroscientifiques recommandent la danse, en particulier à haute intensité, comme l’exercice ultime pour le cortex frontal.
Quand votre cerveau doit coordonner des actions physiques au rythme de la musique, tout en tenant compte des personnes autour de vous, ce n’est pas une simple affaire », explique le Dr Ratey. Ajoutez à cela la poussée d’endorphines, d’ocytocine et de dopamine provoquée par les aspects agréables de la musique, et vous obtenez un autre coup de fouet neurologique. « Tout comme les arts martiaux, la danse exige une technique précise. Vous devez tenir compte de beaucoup de choses, et c’est incroyablement compliqué. C’est excellent pour votre cerveau. »
Ce qui ne surprend pas du tout Joe Verghese, professeur de neurologie et de médecine à l’Albert Einstein College of Medicine. Ayant étudié les bénéfices cognitifs de la danse pendant près de 20 ans, il a publié une étude qui a fait date dans le New England Journal of Medicine en 2003 sur les effets étonnamment bénéfiques de la danse sur le cerveau ²⁰. « Parmi les 11 activités étudiées, seule la danse a montré une réduction des risques de démence », dit-il.
« La danse fait intervenir de nombreuses facultés en simultané : physiques, sociales et créatives. Tout est réuni dans une seule activité. »
La danse stimule le cerveau de façon unique, elle est donc remarquablement bénéfique pour la santé cérébrale. « La meilleure façon de mettre le cerveau en situation de stress optimal est de lui imposer plusieurs demandes », résume le Dr Ratey.
Étant donné que les bienfaits du sport sont liés à la biochimie et à la biomécanique, serait-il possible de pirater le système ? Pourrions-nous tirer les mêmes avantages d’une séance d'entraînement courte mais intense, comme le HIIT ?
Selon le Dr. Brager, ce n’est pas nécessaire. Il évoque le concept de « thermogenèse de l'activité non physique », ou NEAT : nous pouvons tirer autant profit de la pratique d’activités quotidiennes douces, comme jardiner, prendre les escaliers, courir après nos enfants, aller au travail à pied, etc. « Toutes les activités comptent. Inutile de devenir membre d’un club de sport. »
Osons le demander : et si une pilule remplaçait tout cela ?
« Quoi que vous pensiez, aucune pilule ne peut recréer les effets du sport », ajoute le Dr Brager. Elle souligne tous les effets subtils mais puissants de la marche sur nos cellules, notamment l’amélioration des « services de conciergerie » assurés par les cellules gliales, qui éliminent les déchets cellulaires pendant notre sommeil. Tout comme la capacité unique des cours de danse à enrichir la matière blanche du cerveau : les autoroutes à grande vitesse de l’esprit.
« Le sport favorise également la libération de facteurs neurotrophiques à partir d’organites spécialisées appelées exosomes, et cela se répercute, des muscles squelettiques vers le plasma et dans le cerveau », affirme le Dr. Brager. « Ce phénomène ne peut pas être répliqué par une pilule. »
Je pense que Hitzmann l’explique mieux que moi :
« On fait fausse route si on envisage l’effet antidépresseur des « substances chimiques du bonheur » générées grâce au sport comme facteur de plaisir », dit-elle. « En fait, le sport rend votre cerveau plus sensible à toutes les joies que la vie peut vous offrir. »
Et voici à nouveau ce mot, utilisé par Keith Abraham au début de cet article : la joie.
L’idée que la dépression aide à créer de grandes œuvres d’art est un mythe largement surfait. Dans les états dépressifs profonds, on perd la concentration, l’énergie et souvent la confiance de faire quoi que ce soit, ce qui installe durement ce sentiment de mal-être. Ce n’est qu’en réinitialisant notre corps que nous pouvons réinitialiser notre cerveau, et la dépression peut être un signal du corps au cerveau, de ce dont il a besoin.
Autrement dit, les bienfaits de l’exercice que nous constatons grâce à la montée d’endorphine ne sont pas seulement la cerise sur le gâteau : ils sont essentiels à la découverte des secrets cognitifs du mouvement. Le mouvement n’est peut-être pas seulement crucial pour améliorer la cognition dans le moment présent, mais pourrait être l’une des clés de l’évolution de la conscience elle-même.
