W powszechnym mniemaniu ruch i gimnastyka powodują lepsze dotlenienie i odżywienie organizmu, także tkanki nerwowej, i z tym wiąże się najczęściej dobroczynne działanie ćwiczeń fizycznych. Jednak trudno w ten sposób tłumaczyć poprawę uczenia się i pamięci. Dlatego w ostatnich latach rozpoczęto szeroko zakrojone badania, których celem jest wyjaśnienie mechanizmu dobroczynnego działania ćwiczeń ruchowych na układ nerwowy. W pionierskich doświadczeniach, przeprowadzonych w połowie lat 90. przez zespół C. Cotmana z University of California w Irvine (USA), zwrócono uwagę, że synteza jednego z białek, kluczowych dla rozwoju i naprawy układu nerwowego, rośnie w mózgu pod wpływem ćwiczenia ruchowego. Tym białkiem jest neurotrofina, nazwana w skrócie BDNF (ang. brain-derived neurotrophic factor). Spośród kilku zidentyfikowanych białek zaliczanych do rodziny neurotrofin, BDNF jest najbardziej rozpowszechniona w strukturach mózgu i rdzenia kręgowego. Jej poziom mierzony w hipokampie, strukturze mózgu związanej z pamięcią, wzrasta u myszy i szczurów, którym umożliwiono bieganie do woli w kręcącym się bębenku (podobnym do tego, w jakim biegają nasze domowe chomiki). Bębenek poruszany jest przez zwierzę, które może w dowolnym momencie rozpocząć lub przerwać bieganie. Zwykle gryzonie pokonują na kole ok. 1 km w ciągu pierwszej doby, a z czasem do kilku kilometrów dziennie. Okazało się, że poziom białka BDNF rośnie w sposób niemal liniowo zależny od dystansu, który zwierzę przemierza. Z drugiej strony, grupa neurofizjologów, kierowana przez X.F. Zhou z Flinders University w Adelajdzie (Australia), wykazała, że gryzonie, którym obniżono poziom BDNF w mózgu, znacznie gorzej zapamiętują zadania wymagające orientacji przestrzennej. Warto dodać, że trudności w wykonaniu takich zadań obserwuje się zarówno u zwierząt doświadczalnych, jak też u ludzi z uszkodzeniami w obrębie hipokampa. Wyniki te pokazują, że procesy uczenia się wymagają odpowiedniego poziomu BDNF, i jednocześnie, jak w prosty sposób, bo za pomocą biegania, można podwyższać poziom tej neurotrofiny. Możliwość podwyższenia poziomu BDNF za pomocą ćwiczenia okazała się szczególnie ważna w świetle danych wskazujących, że ubywa jej w mózgu wraz wiekiem. W ubiegłym roku B. Greenwood ze współpracownikami z University of Colorado wykazali, że zwierzęta lepiej zapamiętują zadanie, jeśli proces uczenia poprzedzimy sześciotygodniowym ćwiczeniem ruchowym (bieganie). Lepszemu zapamiętywaniu towarzyszy wzrost syntezy BDNF w hipokampie. Czy można wyciągnąć z tych badań wniosek, że im więcej białka BDNF, tym lepiej? Tylko w pewnych granicach. Dowodzą tego wyniki najnowszych doświadczeń zespołu R. Brambilli z San Raffaele Scientific Institute w Mediolanie, który badał pamięć krótko- i długotrwałą myszy zmodyfikowanych genetycznie. W mózgach tych zwierząt poziom BDNF był niemal dwukrotnie wyższy w porównaniu z myszami niezmodyfikowanymi. Okazało się, że tak wysoki poziom BDNF wcale nie poprawia wyników w testach badających pamięć i uczenie się, ale wręcz je pogarsza. Można więc zaryzykować stwierdzenie, że to właśnie ćwiczenie ruchowe, które daje możliwość subtelnego podwyższania poziomu BDNF w układzie nerwowym, wywiera dobroczynny wpływ na procesy poznawcze - na pamięć i uczenie się. Natomiast znaczące przekroczenie fizjologicznego poziomu jest niekorzystne.