Effects of moderate intensity aerobic exercise on oscillatory dynamics and connectivity in specific brain networks: An Exploratory Proof-of-Concept study
Translated title
Effekt af moderat intensitet aerob træning på oscillatorisk dynamik og konnektivitet i specifikke hjernenetværk
Author
Nielsen, Teis Kalsbøl
Term
4. Semester
Publication year
2026
Submitted on
2026-06-22
Pages
36
Abstract
Moderate aerobic exercise benefits brain health, but it remains unclear how a single workout alters communication across different cortical networks. Understanding these network‑specific responses could help time exercise with non‑invasive brain stimulation. We tested whether 30 minutes of moderate cycling changes brain network dynamics after stimulating either the primary motor cortex (M1) or the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). Based on their distinct roles, we expected more localized effects for M1 and more widespread effects for DLPFC. Forty healthy adults were assigned to an exercise group (n=22) or a resting control (n=18). Before and after cycling or rest, single magnetic pulses (transcranial magnetic stimulation, TMS) were delivered to the left M1 and left DLPFC. We quantified electrophysiological signals in common brain rhythms—alpha, low‑beta, high‑beta, and gamma—by examining changes in their strength (relative spectral power, RSP; event‑related spectral perturbation, ERSP) and how consistently their timing aligned across trials (inter‑trial coherence, ITC) within predefined time windows. After exercise, M1 stimulation produced mainly localized increases in the timing consistency (ITC) of faster rhythms (beta and gamma) in right anterior frontal and parietal regions. In contrast, DLPFC stimulation produced more widespread effects: exercise increased low‑beta power (RSP) across several regions, decreased ERSP across multiple regions and frequencies, and selectively increased gamma ITC in posterior cortex. In sum, a single bout of moderate aerobic exercise induced target‑dependent changes in cortical network dynamics—localized phase‑synchronization changes for M1 and broader, multi‑measure modulation for DLPFC. These exploratory results suggest that moderate exercise may prime cortical networks in a site‑specific way before neurorehabilitation or non‑invasive brain stimulation.
Moderat konditionstræning er godt for hjernen, men det er uklart, hvordan en enkelt træningssession påvirker kommunikationen i forskellige netværk i hjernebarken. Sådan viden kan hjælpe med at tidsmæssigt kombinere træning med ikke‑invasiv hjernestimulation. Vi undersøgte, om 30 minutters moderat cykling ændrer netværksdynamik efter stimulering af enten primær motorisk cortex (M1) eller dorsolateral præfrontal cortex (DLPFC). Vi forventede område‑specifikke effekter: mere lokale ændringer for M1 og mere udbredte ændringer for DLPFC. 40 raske voksne blev fordelt til en træningsgruppe (n=22) eller en hvilekontrol (n=18). Før og efter cykling/hvile gav vi enkeltpulser af transkraniel magnetisk stimulation (TMS) til venstre M1 og venstre DLPFC. Vi beskrev elektrofysiologiske signaler i almindelige hjernerytmer (alfa, lav‑beta, høj‑beta og gamma) ved at måle ændringer i rytmernes styrke (relative spectral power, RSP; event‑related spectral perturbation, ERSP) og hvor ens deres timing var på tværs af gentagelser (inter‑trial coherence, ITC) inden for foruddefinerede tidsvinduer. Efter træning gav M1‑stimulation overvejende lokale stigninger i timing‑synkronisering (ITC) af hurtige rytmer (beta og gamma) i højre forreste frontale område og i parietale områder. DLPFC‑stimulation gav derimod mere udbredte effekter: træning øgede lav‑beta‑styrke (RSP) på tværs af flere områder, reducerede ERSP på tværs af flere områder og frekvenser og øgede selektivt gamma‑ITC bagtil i hjernebarken. Samlet set fremkaldte en enkelt moderat træningssession målområdespecifikke ændringer i netværksdynamik—lokale fasesynkroniseringsændringer for M1 og bredere modulation på tværs af flere mål og områder for DLPFC. Disse eksplorative fund tyder på, at moderat træning kan “prime” hjernebarkens netværk på en område‑specifik måde før neurorehabilitering eller ikke‑invasiv hjernestimulation.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords