Despite the practical implication of mild exercise, little is known about its influence on executive function and its neural substrates. To address these issues, the present study examined the effect of an acute bout of mild exercise on executive function and attempted to identify potential neural substrates using non-invasive functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). Twenty-five young individuals performed a color-word matching Stroop task (CWST) and a two-dimensional scale to measure changes of psychological mood states both before and after a 10-minute exercise session on a cycle ergometer at light intensity (30% v·o2peak) and, for the control session, without exercise. Cortical hemodynamic changes in the prefrontal area were monitored with fNIRS during the CWST in both sessions. The acute bout of mild exercise led to improved Stroop performance, which was positively correlated with increased arousal levels. It also evoked cortical activations regarding Stroop interference on the left dorsolateral prefrontal cortex and frontopolar area. These activations significantly corresponded with both improved cognitive performance and increased arousal levels. Concurrently, this study provides empirical evidence that an acute bout of mild exercise improves executive function mediated by the exercise-induced arousal system, which intensifies cortical activation in task-related prefrontal sub-regions.

Physical exercise has beneficial effects on neurocognitive function, including hippocampus-dependent episodic memory. Exercise intensity level can be assessed according to whether it induces a stress response; the most effective exercise for improving hippocampal function remains unclear. Our prior work using a special treadmill running model in animals has shown that stress-free mild exercise increases hippocampal neuronal activity and promotes adult neurogenesis in the dentate gyrus (DG) of the hippocampus, improving spatial memory performance. However, the rapid modification, from mild exercise, on hippocampal memory function and the exact mechanisms for these changes, in particular the impact on pattern separation acting in the DG and CA3 regions, are yet to be elucidated. To this end, we adopted an acute-exercise design in humans, coupled with high-resolution functional MRI techniques, capable of resolving hippocampal subfields. A single 10-min bout of very light-intensity exercise (30%[Formula: see text]) results in rapid enhancement in pattern separation and an increase in functional connectivity between hippocampal DG/CA3 and cortical regions (i.e., parahippocampal, angular, and fusiform gyri). Importantly, the magnitude of the enhanced functional connectivity predicted the extent of memory improvement at an individual subject level. These results suggest that brief, very light exercise rapidly enhances hippocampal memory function, possibly by increasing DG/CA3-neocortical functional connectivity.